风车翼及具备该风车翼的风力发电装置以及风车翼的设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种在翼根侧的弦长的上限值受限制的条件下，能够得到所希望的空气动力特性的风车翼。具备从翼前端（1b）侧到翼根（1a）侧弦长增大的翼主体部（3）。翼主体部（3）具有：翼前端区域（1c），在翼主体部（3）的前端侧，为大致一定的第一设计升力系数的状态下，朝向翼根（1a）侧弦长逐渐增大；最大弦长位置（1d），在翼根（1a）侧的成为最大弦长的位置，具有比第一设计升力系数大的第二设计升力系数；过渡区域（1e），位于翼前端区域（1c）与最大弦长位置（1d）之间。过渡区域（1e）的设计升力系数从翼前端（1b）侧朝向翼根（1a）侧从第一设计升力系数向第二设计升力系数逐渐增大。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。
技术介绍
近年来，作为在发电时不排出温室效应气体的清洁能源，风力发电装置引起注目。风力发电装置借助风力而使风车翼绕轴旋转，将其旋转力转换成电力而得到发电输出。风力发电装置的发电输出由轴端输出(翼产生的输出)与转换效率(轴承或发电机等的效率)之积来表示。而且，轴端输出由下式表示，若是翼效率高、翼直径大的翼，则发电量提闻。轴端输出=1/2 X空气密度X风速3X翼效率X X (翼直径/2) 2翼效率存在理论上的上限值(贝茨极限=0.593)，实际上由于风车后流的影响和翼的空气阻力的存在而上限值成为0.5左右。因此，难以实现翼效率的更进一步的大幅的改盡口 ο另一方面，翼直径以其平方对输出具有影响，因此为了提高发电量而扩大翼直径是有效的。然而，翼直径的扩大会导致空气动力载荷(作用于流入方向的推力及传递到翼根的力矩)的增大，因此存在导致旋翼头、机舱、塔架等设备的大型化或重量增大、甚至成本增加的担心.倾向。因此，必需一种抑制翼的空气动力载荷的增大并实现长翼化的技术。为了避免载荷增大的问题，作为空气动力学上(翼形状上)考虑的方法，可以考虑进一步缩短弦长(翼弦长)(即，进一步增大展弦比或进一步减小弦节比)而减小翼投影面积来降低空气动力载荷的方法。在此，展弦比及弦节比由下式表示。展弦比=翼长2/翼投影面积(I)弦节比=全翼投影面积/翼扫过面积=(翼张数X平均弦长)/( X (翼直径/2) 2) (2)通常，风车翼相对于规定的周速比而具有规定的最佳弦长，存在下式的关系(WindEnergy Handbook、John Wiley&Sons、p378)。Copt/RX λ 2XCLdesignXr/R N 16/9X π /n (3)在此，Copt为最佳弦长、R (翼半径)为翼直径的二分之一、λ为设计周速比、CLdesign为设计升力系数、r为翼截面的半径位置、η为翼张数。设计周速比为翼端周速/无限上游风速。设计升力系数是翼型(翼截面)的升阻比(升力/阻力)成为最大的迎角下的升力系数，由翼型(翼截面)的(空气动力)形状和流入条件(雷诺数)来决定。在图26中表示在本说明书中使用的雷诺数的定义。如该图所示，风车中的雷诺数是考虑了以规定的转速旋转的翼的规定截面A-A处的相对风速度而得到的值，由下式表/Jn ο雷诺数=空气密度X向翼截面的相对风速度X翼截面的弦长/空气的粘性系数为了维持翼的空气动力效率，翼型(翼截面)优选具有以下的特性。1.设计升力系数高2.设计升力系数的“组合”最佳化在此，设计升力系数的“组合”是指由适用于一个风车翼的不同的翼厚比(翼厚的最大值除以弦长所得值的百分率)构成的一连串的翼型组(Airfoil series/family/set)分别具有的设计升力系数的组合。例如，作为适用于风车的翼型的翼厚比，列举出12、15、18、21、24、30、36、42% 的组合。在下述专利文献I中公开了一种风车输出提高用的翼型。具体而言，公开了一种翼厚比为14%至45%的范围而设计升力系数为1.10 1.25的范围的翼型(参照权利要求1)。 另外，在下述专利文献2中，为了抑制翼前缘的粗糙(向翼前缘的废料附着或伤痕、制造误差等)引起的性能下降，而对翼前缘的形状进行规定。具体而言，将翼前缘的弦长位置设为0%及翼后缘的弦长位置设为100%时的2%位置处的距翼背侧的弦的距离除以弦长所得到的值的百分率规定为7%以上且9%以下。在先技术文献专利文献专利文献I欧洲专利申请公开第1152148号说明书专利文献2国际公开第2007/010329号
技术实现思路
专利技术要解决的课题然而，即便如专利文献I那样确定所希望的设计升力系数，关于如何规定将其实现的翼型，到目前为止还未统一地整理。另一方面，在决定翼型时，使用背侧膨胀YS或腹侧膨胀YP。在此，背侧膨胀YS是最大翼厚位置处的距翼背侧的弦的距离除以弦长所得到的值的百分率。而且，腹侧膨胀YP是最大翼厚位置处的距翼腹侧的弦的距离除以弦长所得到的值的百分率。然而，关于背侧膨胀YS或腹侧膨胀YP与设计升力系数的关系，并未进行任何研究。另外，从上式(3)可知，在维持所希望的设计升力系数的状态下确定翼根侧(即半径位置小的一侧)的形状时，翼根侧的最佳弦长与半径位置成反比而不得不增大。然而，实际上，从风车翼的运输上的问题出发，作为翼根侧而能够容许的弦长存在最大值。相对于此，在上述专利文献I中，从风车输出的观点出发，公开了适当的设计升力系数的组合，但关于翼厚比超过30%的翼根侧，也将设计升力系数设为1.10 1.25的范围，这样的话，弦长变得过大，风车翼的运输变得困难。另外，即使将运输上容许的弦长赋予于翼根侧，也需要决定考虑了风车翼的空气动力性能所得的翼型(例如设计升力系数的组合)。然而，以往，在翼前端侧的区域赋予所希望的设计升力系数的情况下，在由于运输上的理由等而不得不赋予不同的设计升力系数的与最大弦长位置之间的过渡区域，并没有以应赋予何种翼型这样的观点进行研究。S卩，即使如专利文献I那样得到各翼厚比下的所希望的设计升力系数，在设计风车翼时，并未进行在风车翼的长度方向上如何赋予各翼厚比下的翼型形状(翼截面形状)这样具体的研究。而且，需要也考虑实际的制作来考虑各翼厚比下的翼型形状(翼截面形状)。需要说明的时，在此，翼型形状(翼截面形状)是指对将三维翼在某半径位置切断时的翼截面(图2)以前缘为原点(0，0)，以后缘为点(1，0)进行正规化所得的翼型形状(图3)。因此，位于比翼前端区域更靠翼根侧的厚翼部(与前端区域相比翼厚的部位:从过渡区域到最大弦长位置的区域)处的空气动力性能存在提高的余地。需要说明的是，在专利文献I的FIG.3中公开了一种从翼前端侧(Station4)朝向翼根侧(Stationl)而使设计升力系数从1.25变化为1.45的翼型(baseline、2b、3a、3b)。即，公开了与翼前端相比，增大翼根侧的升力系数而减小弦长的情况。然而，在薄翼部分即翼厚比21%至30%间，使设计升力系数增大。翼厚比21% 30%的位置相当于接受大风力的半径位置，因此在这种半径位置上使设计升力系数变化在空气动力特性上并不适当。另一方面，如专利文献2那样已知有通过规定翼前缘的距翼背侧的弦的距离来定义翼型的情况。然而，在专利文献2中，考虑了翼前缘的粗糙而规定翼背侧的距离，关于与设计升力系数的关系并未进行任何表示。另外，即使如专利文献I那样确定所希望的设计升力系数而实现风车输出的提高，进而，如专利文献2那样能够抑制粗糙引起的性能下降，也存在以下的问题。通常，作为翼的性能评价，存在最大升阻比及最大升力系数。尤其是从风车翼的观点出发，最大升阻比是对风车以可变速度运转的状态(设计点)下的翼空气动力性能造成影响的参数。而且，最大升力系数是从风车达到最高转速至达到额定输出为止的过渡状态下对翼空气动力性能造成影响的参数。因此，提高所述最大升阻比及最大升力系数这两者对于风车翼而言至关重要。另一方面，即使 风车翼发挥所希望的空气动力性能，与此同时若未考虑风车翼的空气动力噪音，则会对设置风车的周围环境造成坏影响。本专利技术鉴于这种情况而作出，提供一种能够实现所希望的设计升力系数的。另外，本专利技术提供一种在翼根侧的弦长的上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.22 JP 2010-238039;2010.10.22 JP 2010-238041.一种风车翼，其特征在于， 具备从翼前端侧到翼根侧弦长增大的翼主体部， 该翼主体部具有: 翼前端区域，在该翼主体部的前端侧，在设为大致一定的第一设计升力系数的状态下朝向翼根侧弦长逐渐增大； 最大弦长位置，在翼根侧的成为最大弦长的位置，具有比所述第一设计升力系数大的第二设计升力系数； 过渡区域，位于所述翼前端区域与所述最大弦长位置之间， 该过渡区域的设计升力系数从翼前端侧朝向翼根侧由所述第一设计升力系数向所述第二设计升力系数逐渐增大。2.根据权利要求1所述的风车翼，其特征在于， 所述翼前端区域设于半径位置除以翼半径(翼直径的1/2)所得到的无量纲半径位置为·0.5以上且0.95以下的范围， 所述第一设计升力系数在将其中央值设为X的情况下，为X±0.10的范围，优选为X±0.05的范围， 向所述最大弦长位置赋予的所述第二设计升力系数为X+0.3±0.2，优选为X+0.3±0.1， 所述过渡区域设置为，所述翼前端区域的翼根侧端部与所述最大弦长位置之间的中央位置的设计升力系数为X+0.15±0.15，优选为X+0.15±0.075。3.根据权利要求1所述的风车翼，其特征在于， 所述翼前端区域设于半径位置除以翼半径(翼直径的1/2)所得到的无量纲半径位置为0.5以上且0.95以下的范围， 所述第一设计升力系数为1.15±0.05的范围， 向所述最大弦长位置赋予的所述第二设计升力系数为1.45±0.1， 所述过渡区域设置为，所述翼前端区域的翼根侧端部与所述最大弦长位置之间的中央位置的设计升力系数为1.30±0.075。4.根据权利要求1所述的风车翼，其特征在于， 所述翼前端区域设于翼厚比为12%以上且30%以下的范围，其中所述翼厚比为翼厚的最大值除以弦长所得到的值的百分率， 所述第一升力系数在将其中央值设为X的情况下，为X±0.10的范围，优选为X±0.05的范围， 向所述最大弦长位置赋予的所述第二设计升力系数为X+0.3±0.2，优选为X+0.3±0.1， 所述过渡区域设置为，所述翼前端区域的翼根侧端部与所述最大弦长位置之间的中央位置的设计升力系数为X+0.15±0.15，优选为X+0.15±0.075。5.根据权利要求1所述的风车翼，其特征在于， 所述翼前端区域设于翼厚比为12%以上且30%以下的范围，其中所述翼厚比为翼厚的最大值除以弦长所得到的值的百分率， 所述第一设计升力系数为1.15±0.05的范围，向所述最大弦长位置赋予的所述第二设计升力系数为1.45±0.1， 所述过渡区域设置为，所述翼前端区域的翼根侧端部与所述最大弦长位置之间的中央位置的设计升力系数为1.30±0.075。6.一种风车翼，其特征在于， 具备从翼前端侧到翼根侧弦长增大的翼主体部， 翼厚的最大值除以弦长所得到的值的百分率为 翼厚比，将翼前缘的弦长位置设为0%及将翼后缘的弦长位置设为100%时的1.25%位置处的距翼背侧的弦的距离除以弦长所得到的值的百分率为Y125，在该翼主体部由翼厚比和Y125表示的情况下， 在翼厚比21%位置处，Y125为2.575±0.13%， 在翼厚比24%位置处，Y125为2.6±0.15%， 在翼厚比30%位置处，Y125为2.75±0.25%，优选为2.75±0.20%,更优选为2.75 ± 0.15%。7.根据权利要求6所述的风车翼，其特征在于， 所述翼主体部在翼厚比为21%以上且35%以下的范围内具有:由通过所述翼厚比21%位置处的所述Y125的值、所述翼厚比24%位置处的所述Y125的值及所述翼厚比30%位置处的所述Y125的值的插补曲线所得到的Y125。8.根据权利要求6或7所述的风车翼，其特征在于， 所述翼主体部被设置为， 在翼厚比18%位置处，Y125为2.55 ±0.1%， 在翼厚比36%位置处，Y125为3.0±0.4%，优选为3.0±0.25%，更优选为3.0±0.20%， 在翼厚比42%位置处，Y125为3.4±0.6%，优选为3.4±0.4%，更优选为3.4±0.2%。9.根据权利要求8所述的风车翼，其特征在于， 所述翼主体部在翼厚比为18%以上且42%以下的范围内[Si]具有:由通过所述翼厚比18%位置处的所述Y125的值、所述翼厚比21%位置处的所述Y125的值、所述翼厚比24%位置处的所述Y125的值、所述翼厚比30%位置处的所述Y125的值、所述翼厚比36%位置处的所述Y125的值及所述翼厚比42%位置处的所述Y125的值的插补曲线所得到的Y125。10.一种风车翼，其特征在于， 具备从翼前端侧到翼根侧弦长增大的翼主体部， 翼厚的最大值除以弦长所得到的值的百分率为翼厚比，最大翼厚位置处的距翼背侧的弦的距离除以弦长所得到的值的百分率为背侧膨胀YS，在该翼主体部由翼厚比和背侧膨胀YS表示的情况下， 在翼厚比21%位置处，背侧膨胀YS为12.0±0.6%， 在翼厚比24%位置处，背侧膨胀YS为12.3±0.7%， 在翼厚比30%位置处，背侧膨胀YS为13.3 ±1.2%，优选为13.3 ±1.0%，更优选为13.3±0.8%ο11.根据权利要求10所述的风车翼，其特征在于， 所述翼主体部在翼厚比为21%以上且35%以下的范围内具有:由通过所述翼厚比21%位置处的所述YS的值、所述翼厚比24%位置处的所述YS的值及所述翼厚比30%位置处的所述YS的值的插补曲线所得到的YS。12.根据权利要求10或11所述的风车翼，其特征在于， 所述翼主体部被设置为， 在翼厚比18%位置处，YS为11.7 ±0.5%， 在翼厚比36%位置处，YS为14.6 ±2.0%，优选为14.6±1.2%，更优选为14.6±1.0%， 在翼厚比42%位置处，YS为16.6 ±3.0%，优选为16.6 ±2.0%，更优选为16.6±1.5%。13.根据权利要求12所述的风车翼，其特征在于， 所述翼主体部在翼厚比为18%以上且42%以下的范围内具有:由通过所述翼厚比18%位置处的所述YS的值、所述翼厚比21%位置处的所述YS的值、所述翼厚比24%位置处的所述YS的值、所述翼厚比30%位置处的所述YS的值、所述翼厚比36%位置处的所述YS的值、及所述翼厚比42%位置处的所述YS的值的插补曲线所得到的YS。14.一种风车翼，其特征在于， 具备从翼前端侧到翼根侧弦长增大的翼主体部， 翼厚的最大值除以弦长所得到的值的百分率为翼厚比，最大翼厚位置处的距翼腹侧的弦的距离除以弦长所得到的值的百分率为腹侧膨胀YP，在该翼主体部由翼厚比和腹侧膨胀YP表示的情况下， 在翼厚比21%位置处，腹侧膨胀YP为9.0±0.6%， 在翼厚比24%位置处，腹侧膨胀YP为11.7 ± 0.7%， 在翼厚比30%位置处， 腹侧膨胀YP为16.7 ±1.2%，优选为16.7 ±1.0%，更优选为16.7±0.8%ο15.根据权利要求14...

【专利技术属性】
技术研发人员：深见浩司，
申请(专利权)人：三菱重工业株式会社，
类型：
国别省市：