風車翼和使用該風車翼的風力發電裝置的製作方法
2023-06-02 21:26:56
專利名稱：風車翼和使用該風車翼的風力發電裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及風車翼和使用該風車翼進行發電的風力發電裝置。
背景技術：
在風力發電裝置中，從翼(葉片)所產生的噪音成為問題。近年來，風力發電裝置 被要求輸出加大，已經逐漸大型化。與此相伴，旋翼(rotor)直徑即風車翼的翼長也在變 大。當翼長變大時，翼端部的移動速度變大。由此產生的噪音也變大，所以要求進一步 地降低噪音。從翼所產生的噪音的主要因素是由翼端渦旋引起的噪音和由在翼面產生的湍流 邊界層引起的噪音。現有技術中，為了降低該噪音等級，降低旋翼的轉速是行之有效的。S卩，降低旋翼 的轉速時，空氣流入翼的流入速度也降低，所以能發降低空氣聲。但是，當降低旋翼的轉速 時，發電效率也會降低。作為不降低旋翼的轉速而低噪音化的方式，例如提出有如專利文獻1所示的被稱 為鋸齒的手法。其在翼的後緣形成齒形部，產生縱渦，以抑制來自後緣的卡門渦。通過抑制該卡門 渦來降低噪音。專利文獻1 日本特開2003-336572號公報
發明內容
但是，如專利文獻1所示的方式中，鋸齒與翼整體一體成型，或者，在翼上使用螺 栓進行固定，所以工作的自由度低。S卩，在如專利文獻1所示的方式中，鋸齒形成為翼的一部分即翼的延長部。換言 之，將翼型的後緣切缺為齒形而形成鋸齒。一般，翼相對於風的氣流具有迎角，所以在翼的後緣，產生從翼的腹側(下面)向 背側(上面)的氣流(交叉流動)。因此，在成為翼的延長部的鋸齒處，鋸齒自身擾亂氣流，有可能成為新的噪音源。此外，在翼上使用螺栓安裝的情況下，該螺栓安裝部有可能成為新的噪音源。本發明鑑於上述情況，提供一種風車翼和使用該風車翼的風力發電裝置，其鋸齒 板能夠與翼整體的構造無關係地構成，以最佳的形狀安裝，能夠有效地抑制在後緣產生的噪音。本發明為了解決上述課題，採用以下手段。本發明的第一方式提供一種風車翼，其通過將背側外殼和腹側外殼接合而形成， 並且在後緣安裝有後部具有齒形部的鋸齒板，其中，上述鋸齒板伴隨著上述背側外殼和上 述腹側外殼的接合而安裝。
根據本方式的風車翼，風車翼的背側外殼和腹側外殼接合形成，另一方面，後部具 有齒形部的鋸齒板伴隨著背側外殼和腹側外殼的接合而安裝，因此，鋸齒板在風車翼的整 體構造，換言之，在形成背側外殼和腹側外殼的接合構造時被安裝。從而，能夠與背側外殼和腹側外殼的接合構造無關係地構成，所以能夠以防止噪 音的最佳的形狀例如能夠抑制交叉流動的產生的形狀安裝，能夠有效地抑制在後緣產生的 噪音。其中，產生噪音大的部位是流速快的風車翼的前端部分，所以鋸齒板從有效地降 低噪音的角度來說，優選設置在該前端部分。具備鋸齒板的前端部分例如為從翼端向翼根 的翼長的30%以內，優選為20%以內。在上述方式中，上述背側外殼和上述腹側外殼通過粘接劑接合，上述鋸齒板被插 入到上述背側外殼和上述腹側外殼之間，由所述粘接劑固定也可以。鋸齒板在背側外殼和腹側外殼分別製成，且背側外殼和腹側外殼通過粘接劑接合 的情況下，鋸齒板的翼側部分插入到背側外殼和腹側外殼之間，並且，插入到兩者之間存在 的粘接劑的層中。伴隨著粘接劑的乾燥，背側外殼和腹側外殼被固定，並且鋸齒板也被固 定。像這樣，通過將背側外殼和腹側外殼接合而固定鋸齒板，所以在安裝鋸齒板時不 需要特別的安裝，能夠使安裝操作變得容易。此外，鋸齒板能夠被製成防止噪音的最佳的形狀例如能夠抑制交叉流動的產生的 形狀，所以能夠有效地抑制在後緣產生的噪音。在上述結構中，在上述鋸齒板的插入部具備有向上述背側外殼一側和/或上述腹 側外殼一側突出的至少一個突起部也可以。這樣設置時，突起部成為大的阻力，所以能夠有效地防止鋸齒板被拔出脫落。在上述方式中，上述鋸齒板與上述背側外殼和上述腹側外殼中的任意一個外殼一 體構成，而另一個外殼的端部與該一個外殼嵌合也可以。鋸齒板作為背側外殼或者腹側外殼的後端部分一體形成。背側外殼或者腹側外殼 分別單獨形成，所以鋸齒板能夠與背側外殼和腹側外殼的接合構造無關係地形成。從而，鋸 齒板能夠被製成防止噪音的最佳的形狀例如能夠抑制交叉流動的產生的形狀，所以能夠有 效地抑制在後緣產生的噪音。在上述方式中，上述鋸齒板優選為沿上述後緣的流線的形狀。這樣設置時，風的氣流沿鋸齒板流動，所以能夠抑制作為從翼的腹側(下面)向背 側(上面)的氣流的交叉流動的產生，能夠抑制新的噪音源的產生。根據本發明的第二方式，提供一種使用能夠有效地抑制在翼的後緣產生的噪音的 風車翼進行發電的風力發電裝置。這樣，風力發電裝置就能夠降低運轉中的噪音的產生。由此，可緩和噪音導致的制 約，所以例如能夠接近居住地設置等、能夠確保設置場所的自由度。根據本發明，構成為風車翼的背側外殼和腹側外殼接合形成，另一方面，後部具有 齒形部的鋸齒板伴隨著背側外殼和腹側外殼的接合而安裝，所以能夠安裝成防止噪音的最 佳的形狀例如能夠抑制交叉流動的產生的形狀，能夠有效地抑制在後緣產生的噪音。
圖1是表示本發明的第一實施方式的風力發電裝置的整體概略結構的側視圖。圖2是本發明的第一實施方式的風車翼的主視圖。圖3是圖2的X-X截面圖。圖4是表示本發明的第一實施方式的風車翼的後緣部分的局部放大圖。圖5是表示本發明的第一實施方式的風車翼的後緣部分又一實施方式的局部放 大圖。圖6是表示本發明的第一實施方式的鋸齒板的安裝構造的局部立體圖。圖7是表示本發明的第一實施方式的鋸齒板的又一實施方式的安裝構造局部立 體圖。圖8是表示本發明的第二實施方式的鋸齒板的安裝構造的局部立體圖。圖9是表示本發明的第二實施方式的背側外殼和腹側外殼的接合構造的局部立 體圖。附圖標記說明1 風力發電裝置9 風車翼19 背側外殼21 腹側外殼29 氣流33 後緣35 鋸齒板37 齒形部39 粘接劑層41 插入部43 突起部
具體實施例方式(第一實施方式)以下基於
本發明的一個實施方式的風力發電裝置1。圖1是表示風力發電裝置1的整體概略結構的側視圖。風力發電裝置1如圖1所示，包括豎立設置在基礎11上的支柱3 ；在支柱3的上 端以能夠以支柱3作為支點大致水平地旋轉的方式設置的機艙5 ；以能夠繞大致水平的軸 線旋轉的方式設置於機艙5的旋翼頭7 ；和繞旋翼頭7的旋轉軸線呈放射狀按照能夠以翼 長方向為中心旋轉的方式安裝的多個風車翼9。從旋翼頭7的旋轉軸線方向到達風車翼9的風力被變換為使旋翼頭7繞旋轉軸線 旋轉的動力。在機艙5的外周面的適當位置(例如上部等)具備測定周邊的風速值的風速計 13 ；測定風向的風向計15 ；和未圖示的避雷針。在機艙5的內部，雖然均省略了圖示，但是設置有通過與旋翼頭7同軸的增速機而連接的發電機。即，用增速機使旋翼頭7的旋轉增速來驅動發電機從而獲得發電機輸出。圖2是風車翼9的主視圖。圖3是圖2的X-X截面圖。風車翼9是橫截面形狀為翼形狀的中空體。風車翼9通過例如由玻璃纖維強化塑 料形成的外殼17而劃成翼形狀。外殼17包括相互接合的背側外殼19和腹側外殼21這兩 個半分割體，從內部通過未圖示的主橫梁等增加強度。風車翼9在使用時，翼弦25相對於風向27具有某角度。該角度被稱為迎角α。風車翼9中的風的氣流(流線)29，如圖3所示，相對於前緣31沿風向27導入， 沿背側外殼19和腹側外殼21流動，並在後緣33向沿風向27的方向流動。後緣33的氣流 29 一般是從腹側外殼21 —側向背側外殼19 一側的流動。在風車翼9的後緣33，在翼端23 —側部分(前端部分)設置有鋸齒板35。鋸齒 板35的翼長方向的長度例如為從翼端23向翼根24的翼長的大致20%。鋸齒板35用於在產生大的噪音的流速快的部分設置以有效地降低噪音，雖然在 該意義下也是取決於風車翼9的翼長的，但是鋸齒板35的翼長方向的長度為從翼端23向 翼根24的翼長的30 %以內，更優選為20 %以內。其中，在不太考慮噪音降低的效率而想要大大降低噪音的情況下，鋸齒板35例如 也可以遍及翼長整體設置。鋸齒板35為板狀，如圖3和圖4所示，為沿著氣流29的平面狀，在其後部設置有 圖2所示的齒形部37。鋸齒板35也可以為如圖5所示的沿氣流29而彎曲的形狀。這樣設置時，氣流29 能夠更加流暢地沿鋸齒板35流動。圖6表示鋸齒板35的安裝構造。鋸齒板35被背側外殼19和腹側外殼21的後緣33所夾持，其前部在被背側外殼 19和腹側外殼21包圍的空間中延伸設置。即，在鋸齒板35的前部設置有被插入在對背側 外殼19和腹側外殼21的後緣33進行接合的粘接劑層(粘接劑)39中的曲折的插入部41。換言之，鋸齒板35的插入部41被背側外殼19和腹側外殼21的後緣33夾持而被 保持，並且由粘接劑層39固定而被保持。該風車翼9如以下所示製造。首先，將背側外殼19和腹側外殼21、主橫梁等增強部件和鋸齒板35分別成形為預 定形狀。例如，將腹側外殼21以內側向上的方式載置。在該腹側外殼21上粘接主橫梁等 增強部件的一端側。接著，在主橫梁等增強部件的另一端側塗布粘接劑，並且在包括前緣31 和後緣33的周邊部分使粘接劑層39隆起。同樣地，將塗布有粘接劑的背側外殼19定位設置在腹側外殼21上。同時，將鋸齒 板35的插入部41插入到粘接劑層39中，由背側外殼19和腹側外殼21夾持，從而被保持。在該狀態下，使粘接劑層39等乾燥，則背側外殼19和腹側外殼21被固定並且鋸 齒板35也被固定。像這樣，通過將背側外殼19和腹側外殼21接合而固定鋸齒板35，所以在安裝鋸齒 板35時不需要特別的安裝，能夠使安裝操作變得容易。其中，在本實施方式中，插入部41呈板狀，但是它也可以如圖7所示，具備向背側外殼19 一側和腹側外殼21 —側突出，並且沿翼長方向延伸設置的突起部43。這樣設置時，突起部43對插入部41被拔出的方向造成大的阻力，所以能夠有效防 止鋸齒板35被拔出脫落。接著，對這樣構成的風力發電裝置1的運轉動作進行說明。風力發電裝置1在運轉中由風向計15測定風向。根據其測定結果，機艙5旋轉， 風從旋翼頭7的旋轉軸線方向吹入。即，相對於風車翼9，風以一定的方向吹刮。當風到達風車翼9時，在與翼面交叉的方向上產生升力。由該升力使風車翼9移 動，所以旋翼頭7繞旋轉軸線旋轉。用增速機使該旋翼頭7的旋轉增速來驅動發電機，從而發電。風車翼9根據由風速計13測定的風速調整繞翼長方向旋轉的槳距角。在風速低 的情況下使槳距角大，使受風的面積變大。在成為超過能夠獲得額定輸出的轉速即額定轉 速的風速時，減小槳距角並減小受風面積。此時，在後緣33沿翼長方向設置有鋸齒板35，所以其齒形部37能夠抑制在風車翼 9的後緣的後方的卡門渦街的產生。由此，能夠可靠地抑制由卡門渦街引起的噪音。進而，在本實施方式中，從後緣33突出的鋸齒板35的部分為沿後緣33的氣流29 的形狀，所以氣流29沿鋸齒板35流動。因此，在鋸齒板35的齒形部37的後端，作為從腹 側外殼21 —側向背側外殼19 一側的氣流的交叉流動的產生被抑制，所以能夠抑制新的噪 音源的產生。由此，能夠有效地抑制在後緣33產生的噪音。此外，在本實施方式中，鋸齒板35設置在由於移動速度大而產生噪音較大的風車 翼9的前端部分，所以能夠有效地降低噪音。由此，不需要為了降低噪音而抑制轉速，所以能夠抑制風力發電裝置1的發電效 率等的性能降低。(第二實施方式)接著，對本發明的第二實施方式，使用圖8和圖9進行說明。在本實施方式中，與第一實施方式的基本的結構相同，但風車翼9的後緣33的結 構不同。因此，在本實施方式中，對該不同點進行說明，對其他的部分省略重複的說明。其中，對與第一實施方式相同的結構要素標註相同的標號，省略其詳細說明。圖8是表示鋸齒板35的安裝構造的局部立體圖。圖9是表示背側外殼19和腹側 外殼21的接合構造的局部立體圖。鋸齒板35作為背側外殼19的後緣部分的延長部分與背側外殼19 一體形成。鋸齒板35在風車翼9的組裝時沿著氣流29，並且相對於背側外殼19具有角度。在背側外殼19與鋸齒板35的邊界線的內側、腹側外殼21 —側形成有沿翼長方向 延伸的嵌合槽45。另一方面，在腹側外殼21的外緣33 —端，形成有與嵌合槽45嵌合的嵌合部47。該風車翼9，其與鋸齒板35—體化的背側外殼19、腹側外殼21、和主橫梁等增強部 件分別被成形為預定形狀。像這樣，背側外殼19或者腹側外殼21分別單獨形成，所以鋸齒板35能夠與背側 外殼19和腹側外殼21的接合構造(風車翼9)無關係地形成。從而，鋸齒板35能夠製成用於防止噪音的最佳形狀，即沿著氣流29的形狀。接著，例如，將背側外殼19以內側向上的方式載置。在該背側外殼19上粘接主橫 梁等增強部件的一端側。接著，在主橫梁等增強部件的另一端側塗布粘接劑，並且在包括前 緣31和後緣33的周邊部分塗布粘接劑。同樣地，將塗布有粘接劑的腹側外殼21定位設置在背側外殼19上。此時，在後緣 33 一側，將腹側外殼21的嵌合部47以與背側外殼19的嵌合槽45嵌合的方式對位置進行 調節，並且將背側外殼19和腹側外殼21接合。像這樣，通過將背側外殼19和腹側外殼21接合而固定鋸齒板35，所以在安裝鋸齒 板35時不需要特別的安裝，能夠使安裝操作變得容易。此外，由於嵌合槽45與嵌合部47嵌合，能夠可靠並且正確地進行背側外殼19和 腹側外殼21的固定。由此，鋸齒板35的位置設定也能夠可靠地進行。其中，也可以嵌合槽45為適宜形狀的孔，嵌合部47為與該孔嵌合的突起形狀。此外，也可以鋸齒板35不是一體安裝於背側外殼19 一側，而是一體地安裝於腹側 外殼21 —側。關於如以上所示構成的風力發電裝置1的運轉動作，與第一實施方式大致相同， 所以在此省略重複的說明。而且，本發明並不限定於上述各實施方式，在不脫離其主旨的範圍內能夠進行適
當變更。
權利要求
1.一種風車翼，其通過將背側外殼和腹側外殼接合而形成，並且在後緣安裝有後部具 有齒形部的鋸齒板，其中，所述鋸齒板伴隨著所述背側外殼和所述腹側外殼的接合而安裝。
2.根據權利要求1所述的風車翼，其中，所述背側外殼和所述腹側外殼通過粘接劑接合，所述鋸齒板被插入到所述背側外殼和 所述腹側外殼之間，由所述粘接劑固定。
3.根據權利要求2所述的風車翼，其中，在所述鋸齒板的插入部具備有向所述背側外殼一側和/或所述腹側外殼一側突出的 至少一個突起部。
4.根據權利要求1所述的風車翼，其中，所述鋸齒板與所述背側外殼和所述腹側外殼中的任意一個外殼一體構成，而另一個外 殼的端部與該一個外殼嵌合。
5.根據權利要求1 4中任一項所述的風車翼，其中， 所述鋸齒板為沿所述後緣的流線的形狀。
6.一種風力發電裝置，其使用所述權利要求1 5中任一項所述的風車翼進行發電。
全文摘要
本發明的目的是提供一種風車翼和使用該風車翼的風力發電裝置，其鋸齒板能夠與翼整體的構造無關係地構成，以最佳的形狀安裝，能夠有效地抑制在後緣部產生的噪音。本發明提供的風車翼(9)，其通過將背側外殼(19)和腹側外殼(21)接合而形成，並且在後緣(33)安裝有鋸齒板(35)，其中，鋸齒板(35)伴隨著背側外殼(19)和腹側外殼(21)的接合而安裝。
文檔編號F03D11/00GK102007291SQ20088012861
公開日2011年4月6日 申請日期2008年8月6日 優先權日2008年8月6日
發明者林健太郎, 西野宏 申請人:三菱重工業株式會社