WO2019049902A1 - ロータブレードとこれを備える横軸水車 - Google Patents

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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a thick base rotor blade in which a large amount of combined fluid is allowed to pass at high speed by collecting and collecting fluid in a radially intermediate portion of the blade, and a lateral axis water wheel including the same.
  • a rotor blade for a water turbine having a forward inclined portion formed at the tip is disclosed, for example, in Patent Document 1 and is known.
  • the forward inclined portion in the invention described in Patent Document 1 suppresses the water flow moving from the blade root direction to the wing tip direction at the time of rotation at the forward inclined portion, and centrifuges the water flow from the trailing edge tip of the forward inclined portion. It is made to pass in the direction.
  • the present invention brings a centrifugally passing water flow close to the radial intermediate portion of the blade, and efficiently collects the water flow from the blade root portion into the middle portion, and passes a large amount of merging water flow at high speed. It is an object of the present invention to provide a blade and a horizontal axis water turbine including the blade.
  • the present invention takes the following technical measures in order to solve the problems.
  • chord length is gradually increased from the blade root toward the tip end, and the tip end is a forwardly inclined portion with the tip end as the forward inclination starting from the largest chord length, and flat in the chord direction
  • a rotor blade having a front surface inclined from the leading edge to the rear edge in the back surface direction and gradually thickened from the main portion to the base of the blade root as a thick base in a side view.
  • a horizontal axis water turbine configured to rotate a generator with a horizontal axis rotor including the rotor blade according to any one of (1) to (6).
  • the blade tip is inclined substantially in the middle of the main part, and the rotation, the water flow to move in the centrifugal direction is restrained at the inclined portion, and the base end of the blade root Because the thickness is thick, the water flow moves from the blade root portion to the middle direction of the main portion, and a large amount of water flow joined here passes at high speed and rotation efficiency is enhanced.
  • the rear surface of the rotor blade since the rear surface of the rotor blade has a curved surface which becomes thicker at the front edge and becomes thinner gradually toward the rear edge, it passes at high speed due to the Coanda effect at the time of rotation, Increase the rotational efficiency of the rotor blades.
  • any of the rotor blades described in the above (1) to (6) are arranged as the rotor blades of the horizontal axis rotor of the horizontal axis water turbine, Because the generator is rotated by generating high torque, efficient power generation can be achieved.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line V-V in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII in FIG.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line IX-IX in FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line XX in FIG.
  • the rotor blade 1 (hereinafter simply referred to as a blade) of the present invention shown in FIG. 1 is used by fixing, for example, 2 to 6 pieces at regular intervals on the circumferential surface of the hub 9 of the rotor.
  • Each of the blades 1 is pointed from the wing root 2A to the wing tip 3 in a front view, gradually increasing in chord length, and from the largest chord length 4 to the wing tip 3 in a pointed shape.
  • the blade root 2A which is the base, has a thickness which is at least 1.5 times, preferably about twice as large as the thickness of the main portion 5 in the side view.
  • the thick base 2 has the front and rear surfaces inclined so as to become thinner gradually toward the middle of the maximum chord length 4 and the blade root 2A.
  • the reason for thickening the base of the thick base 2 is to move the water flow of the arrow shown in the arrow of the thick base front 2B toward the main part front 5A quickly.
  • the water collected in the main part front 5A is shown in FIG. By collectively passing in the direction of the trailing edge 8, the rotation efficiency of the blade 1 can be enhanced.
  • the maximum chord length 4 is set at a position about 80% of the maximum chord length from the tip 3 toward the blade root 2A. With the largest chord length 4 as a base point, the tip end portion is forwardly inclined within a range of 45 ° ⁇ 5 ° with respect to the central plane S in the thickness direction of the main portion 5 to form a forwardly inclined portion 6 ing.
  • the forward inclined portion 6 does not meet the purpose of the present invention of enclosing the fluid towards the main portion 5 and, from this angle If it is too narrowly inclined, the amount of fluid to be collected towards the maximum chord length 4 will be reduced.
  • FIG. 3 is a plan view of the blade 1.
  • the forward inclined portion 6 largely protrudes forward from the main portion 5. Also, although the inclination angle of the forward inclined portion 6 with respect to the hub 9 is shown at about 9 degrees, this angle is appropriately changed depending on the thickness.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line V-V in FIG. 1, and since it corresponds to the base of the inclined portion 6, the thickness is slightly thick.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 1, where the maximum chord length 4 is hit and the thickness is also thick.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII in FIG. 1, and the chord length is becoming narrower because it is the front of the main part 5.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII in FIG. 1, and the thickness is becoming thicker and the chord length is becoming narrower.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line IX-IX in FIG. 1.
  • the chord length is approximately two thirds of the maximum chord length, and the thickness is almost twice as large as that of the main part 5 It has become solid.
  • FIG. 10 is an end view taken along the line XX in FIG.
  • the front surface 5A from the line VIII-VIII in FIG. 1 starts to incline in the rear surface direction from the front edge 7 to the rear edge 8.
  • the inclination angle is gradually increased from the blade root 2A to the blade tip 3. That means that the fluid is less likely to move from the main part 5 to the wing tip 3.
  • the fluid collected on the main part front face 5A passes from the front edge 7 to the rear edge 8 in the main part 5 shown in FIG. 1, and the strong reaction causes the blade 1 to be rotated in the front edge 7 direction. Therefore, when this blade 1 is used, for example, as a rotor blade of a horizontal axis water turbine in a hydroelectric power generation apparatus, an efficient rotation effect is obtained, and the power generation efficiency is remarkably enhanced as compared with the conventional one.
  • the blade since a large amount of water flow is gathered in the middle of the blade in the longitudinal direction and rotated, the blade can obtain a large rotational torque by the reaction. Therefore, it can be effectively used, for example, as a rotor of a hydroelectric power generation apparatus disposed in a water channel or the like.

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Abstract

ブレードの翼根及び翼端の両方向から、ブレードの長さの中間方向へ流体を集合させて、後縁方向へ多量の流体を通過させ、その反作用により回転効率を高めるようにした、ロータブレードを提供する。　正面視で翼根２から翼端方向へ次第に弦長を大とし、最大弦長部４を基点として、翼端を前向傾斜とした前向傾斜部６とし、弦方向に平坦な前面を、前縁７から後縁８へかけて後面寄りに傾斜させるとともに、側面視で主部５から翼根２の基端部へかけて次第に厚くして厚基部としてある。

Description

ロータブレードとこれを備える横軸水車
　本発明は、ブレードの径方向の中間部に流体を寄せ集めて、合流した多量の流体を、高速で通過させるようにした厚基部ロータブレードと、これを備える横軸水車に関する。
　先端に前向傾斜部が形成されている水車用ロータブレードは、例えば特許文献１に開示されており公知である。
特開２００８－１９６４２５号公報
　特許文献１に記載の発明における前向傾斜部は、回転時に翼根方向から翼端方向へ移動する水流を前向傾斜部で抑止し、前向傾斜部の後縁先端部から、水流を遠心方向へ通過させるものである。
　本発明は、遠心方向へ通過する水流を、ブレードの径方向の中間部分に寄せるとともに、翼根部分から効率良く水流を中間部分に集めて、合流する多量の水流を高速で通過させるようにしたロータブレードと、これを備える横軸水車を提供することを目的とするものである。
　本発明は前記課題を解決するために、次のような技術的手段を講じたものである。
　（１）正面視において、翼根から翼端方向へかけて次第に弦長を大とし、最大弦長部を基点として、翼端を前向き傾斜とした前向傾斜部とし、かつ弦方向に平坦である前面を、前縁から後縁にかけて、後面方向に傾斜させるとともに、側面視で主部から翼根の基端部へかけて次第に厚肉として厚基部としてあるロータブレード。
　（２）前記、ブレードの後面は、前縁部は厚く、後縁へかけて次第に薄くなる曲面としてある前記（1）に記載のロータブレード。
　（３）前記、最大弦長部分の位置は、翼端から最大弦長部までの長さの位置としてある前記（1）または（2）に記載のロータブレード。
　（４）前記、前向傾斜部の傾斜角度は、ブレードの主部の厚さの中心線に対して４５°±５度としてある前記（1）～（3）のいずれかに記載のロータブレード。
　（５）前記、前向傾斜部の先端は、前向傾斜部の前方向に向かって湾曲している前記（1）～（4）のいずれかに記載のロータブレード。
　（６）前記、翼根の基端部の厚さは、主部の厚さより大である前記（1）～（5）のいずれかに記載のロータブレード。
　（７）前記（1）～（6）のいずれかに記載のロータブレードを備える横軸ロータをもって、発電機を回転させるようにした横軸水車。
　本発明によると、次のような効果が奏せられる。
　前記（1）に記載の発明においては、翼端が主部のほぼ中間で傾斜しており、回転により、遠心方向へ移動しようとする水流は傾斜部で抑止され、また翼根の基端部は厚さが厚いため、翼根部分から主部の中間方向へ水流が移動し、ここで合流した多量の水流は、高速となって通過するので、回転効率が高まる。
　前記（2）に記載の発明において、ロータブレードの後面は、前縁部が厚く、後縁へかけて次第に薄くなる曲面としてあるので、回転時に前面よりもコアンダ効果によって高速で通過し、反作用でロータブレードの回転効率を高める。
　前記（3）に記載の発明においてロータブレードの最大弦長部分は、翼端から最大弦長の長さ部分の位置としてあるので、ここを基点として傾斜する前向傾斜部の面積が大きく設定され、これによって後縁方向へ通過する水量は多く、回転効率を高める。
　前記（4）に記載の発明において、前向傾斜部の傾斜角度は、ロータ軸に対して４５度±５度としてあるので、回転時に前向き傾斜部の前面から遠心方向へ通過しにくく、後縁方向へ通過するので、通過した水流による反作用が大きく、回転効率を高める。
　前記（5）に記載の発明において、前向傾斜部の先端は、前向傾斜部の前方向に湾曲しているので、回転時に水流を抱え込むことによって、翼端方向への散逸が抑止される。
　前記（6）に記載の発明において、翼根の基端部の厚さは、主部の厚さより大としてあるので、翼根の基端方向に当たる水流は、主部方向に移動し合流して後縁方向へ通過して、回転効率を高める。
　前記（7）に記載の発明においては、横軸水車の横軸ロータのロータブレードとして前記（1）～（6）に記載のいずれかのロータブレードを配設したので、水流をよく集合させて、高いトルクを生みだして発電機を回転させるので、効率のよい発電をさせることができる。
本発明のロータブレードの正面図である。 同じく右側面図である。 同じく平面図である。 図１におけるIV－IV線断面図である。 図１におけるV－V線断面図である。 図１におけるVI－VI線断面図である。 図１におけるVII－VII線断面図である。 図１におけるVIII－VIII線断面図である。 図１におけるIX－IX線断面図である。 図１におけるX－X線断面図である。
　本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
　図１に示す本発明のロータブレード１（以下単にブレードという）は、ロータのハブ９の周面に、例えば２～６枚を等間隔に固定して使用に供される。
　各ブレード１は、正面視で翼根２Ａから翼端３へかけて、弦長を次第に大とし、最大弦長部４から翼端３へかけて、先尖り状とされている。
　図２に示すようにブレード１は、側面視において、基部である翼根２Ａは、主部５の厚さの少なくとも１．５倍、好ましくは２倍近い厚さを有し、かつ主部５の最大弦長部４と翼根２Ａとの中間へ向けて、次第に薄くなるように前後面を傾斜させた厚基部２とされている。
　厚基部２の基部を厚くする理由は、この厚基部正面２Ｂに当たるＷＢ矢示の水流を、主部正面５Ａの方へ速く移動させるためであり、主部正面５Ａに集めた水流を図１における後縁８方向へ纏めて通過させることによって、ブレード１の回転効率を高めることができる。
　前記最大弦長部４は、翼端３から翼根２Ａに向かって最大弦長の８０％ほどの長さの位置に設定されている。その最大弦長部４を基点として、先端部分は、主部５の厚さ方向の中心面Ｓに対し、４５°±５度の範囲で前向きに傾斜されて、前向傾斜部６が形成されている。
　この角度より翼端３が、中心面Ｓの方向に開いている場合は、前向傾斜部６で流体を主部５の方へ囲い込むという本発明の目的に合わなくなり、また、この角度より狭く傾き過ぎると、最大弦長部４の方へ集めようとする流体の量が、減少することになる。
　図３は、ブレード１の平面図である。前向傾斜部６は、主部５から大きく前方へ突出している。またハブ９に対する前向傾斜部６の傾斜角度は約９度で示してあるが、この角度は厚さによって適宜変化させる。
　図４は図１におけるIV－IV線断面図で、前向傾斜部６なので薄く形成されている。図５は、図１におけるV－V線断面図で、傾斜部６の基部にあたるので、やや厚さが厚くなっている。
　図６は、図１におけるVI－VI線断面図で、ここは最大弦長部４にあたっており厚さも厚くなっている。図７は、図１におけるVII－VII線断面図で、主部５の先方部なので弦長が狭くなってきている。
　図８は図１におけるVIII－VIII線断面図で、厚さは厚くなり、弦長は狭くなってきている。図９は図１におけるIX－IX線断面図で、弦長が最大弦長部のほぼ３分の２になり、厚みは主部５の二倍近くになって略鶏卵のような形になって、堅固になっている。図１０は図１におけるX－X線端面図で剛性が持たされている。
　図８に示すように、ブレード１の主部５は、図１におけるVIII－VIII線部分から正面５Ａが、前縁７から後縁８へかけて後面方向へ傾斜し始めている。
　またその傾斜角度は、翼根２Ａの方から翼端３へ至るに従って、次第に傾斜度を高めている。そのことは、主部５の方から翼端３の方へ、流体が移動しにくいことを意味している。
　図２において、左の方向からブレード１の前面に流体が当たると、ブレード１は回転する。流体ＷＡ矢示が、前向傾斜部６の傾斜正面６Ａに当たると、ブレード１は前縁７方向へ回転する。
　また、ブレード１の厚基部正面２Ｂに当たった流体ＷＢ矢示は、最大弦長部４の方向に滑って移動し、前向傾斜部６の方から移動するＷＡ矢示の流体と合流する。
　その結果、主部正面５Ａに集合した流体は、図１に示す主部５の前縁７から後縁８方向へ通過し、その強い反作用によりブレード１は前縁７方向へ回転させられる。従ってこのブレード１を、例えば水力発電装置における横軸水車のロータブレードとして使用すると、効率のよい回転効果が得られ、発電効率は従来のものに比して著しく高められる。
　この発明は、ブレードの長さ方向の中間に多量の水流を集合させて回転するので、その反作用によりブレードは大きな回転トルクを得ることができる。
　そのため、例えば水路などに配設される水力発電装置のロータに、効果的に使用することができる。
１．ロータブレード
２．厚基部
２Ａ．翼根
３．翼端
４．最大弦長部
５．主部
５Ａ．主部正面
６．前向傾斜部
６Ａ．傾斜部正面
７．前縁
８．後縁
９．ハブ
Ｓ．中心線
ＷＡ．傾斜部に当る風流
ＷＢ．風流

Claims (7)

  1. 　正面視で翼根から翼端方向へ次第に弦長を大とし、最大弦長部を基点として、翼端を前向きに傾斜させた前向傾斜部とし、弦方向に平坦な前面を、前縁から後縁へかけて後面寄りに傾斜させるとともに、側面視で主部から翼根の基端部へかけて次第に肉厚とし、厚基部としてあることを特徴とするロータブレード。
  2. 　前記、ブレードの後面は、前縁部は厚く、後縁へかけて次第に薄くなる曲面としてあることを特徴とする請求項１に記載のロータブレード。
  3. 　前記、最大弦長部分は、翼端から最大弦長の長さ部分の位置としてなることを特徴とする請求項１または２に記載のロータブレード。
  4. 　前記、前向傾斜部の傾斜角度は、ブレードの主部の厚さの中心線に対して４５°±５度としてあることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のロータブレード。
  5. 　前記、前向傾斜部の先端は、前向傾斜部の前方向に湾曲していることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のロータブレード。
  6. 　前記、翼根の基端部の厚さは、主部の厚さよりも大としてあることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載のロータブレード。
  7. 　前記請求項１～６に記載のいずれかの、厚基部ロータブレードを備える横軸ロータをもって発電機を回転させるようにした横軸水車。
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