風車翼及具備該風車翼的風力發電裝置以及風車翼的設計方法制造方法及圖紙

本發明專利技術提供一種在翼根側的弦長的上限值受限制的條件下，能夠得到所希望的空氣動力特性的風車翼。具備從翼前端（1b）側到翼根（1a）側弦長增大的翼主體部（3）。翼主體部（3）具有：翼前端區域（1c），在翼主體部（3）的前端側，為大致一定的第一設計升力系數的狀態下，朝向翼根（1a）側弦長逐漸增大；最大弦長位置（1d），在翼根（1a）側的成為最大弦長的位置，具有比第一設計升力系數大的第二設計升力系數；過渡區域（1e），位于翼前端區域（1c）與最大弦長位置（1d）之間。過渡區域（1e）的設計升力系數從翼前端（1b）側朝向翼根（1a）側從第一設計升力系數向第二設計升力系數逐漸增大。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及。
技術介紹
近年來，作為在發電時不排出溫室效應氣體的清潔能源，風力發電裝置引起注目。風力發電裝置借助風力而使風車翼繞軸旋轉，將其旋轉力轉換成電力而得到發電輸出。風力發電裝置的發電輸出由軸端輸出(翼產生的輸出)與轉換效率(軸承或發電機等的效率)之積來表示。而且，軸端輸出由下式表示，若是翼效率高、翼直徑大的翼，則發電量提聞。軸端輸出=1/2 X空氣密度X風速3X翼效率X X (翼直徑/2) 2翼效率存在理論上的上限值(貝茨極限=0.593)，實際上由于風車后流的影響和翼的空氣阻力的存在而上限值成為0.5左右。因此，難以實現翼效率的更進一步的大幅的改盡口 ο另一方面，翼直徑以其平方對輸出具有影響，因此為了提高發電量而擴大翼直徑是有效的。然而，翼直徑的擴大會導致空氣動力載荷(作用于流入方向的推力及傳遞到翼根的力矩)的增大，因此存在導致旋翼頭、機艙、塔架等設備的大型化或重量增大、甚至成本增加的擔心.傾向。因此，必需一種抑制翼的空氣動力載荷的增大并實現長翼化的技術。為了避免載荷增大的問題，作為空氣動力學上(翼形狀上)考慮的方法，可以考慮進一步縮短弦長(翼弦長)(即，進一步增大展弦比或進一步減小弦節比)而減小翼投影面積來降低空氣動力載荷的方法。在此，展弦比及弦節比由下式表示。展弦比=翼長2/翼投影面積(I)弦節比=全翼投影面積/翼掃過面積=(翼張數X平均弦長)/( X (翼直徑/2) 2) (2)通常，風車翼相對于規定的周速比而具有規定的最佳弦長，存在下式的關系(WindEnergy Handbook、John Wiley&Sons、p378)。Copt/RX λ 2XCLdesignXr/R N 16/9X π /n (3)在此，Copt為最佳弦長、R (翼半徑)為翼直徑的二分之一、λ為設計周速比、CLdesign為設計升力系數、r為翼截面的半徑位置、η為翼張數。設計周速比為翼端周速/無限上游風速。設計升力系數是翼型(翼截面)的升阻比(升力/阻力)成為最大的迎角下的升力系數，由翼型(翼截面)的(空氣動力)形狀和流入條件(雷諾數)來決定。在圖26中表示在本說明書中使用的雷諾數的定義。如該圖所示，風車中的雷諾數是考慮了以規定的轉速旋轉的翼的規定截面A-A處的相對風速度而得到的值，由下式表/Jn ο雷諾數=空氣密度X向翼截面的相對風速度X翼截面的弦長/空氣的粘性系數為了維持翼的空氣動力效率，翼型(翼截面)優選具有以下的特性。1.設計升力系數高2.設計升力系數的“組合”最佳化在此，設計升力系數的“組合”是指由適用于一個風車翼的不同的翼厚比(翼厚的最大值除以弦長所得值的百分率)構成的一連串的翼型組(Airfoil series/family/set)分別具有的設計升力系數的組合。例如，作為適用于風車的翼型的翼厚比，列舉出12、15、18、21、24、30、36、42% 的組合。在下述專利文獻I中公開了一種風車輸出提高用的翼型。具體而言，公開了一種翼厚比為14%至45%的范圍而設計升力系數為1.10 1.25的范圍的翼型(參照權利要求1)。 另外，在下述專利文獻2中，為了抑制翼前緣的粗糙(向翼前緣的廢料附著或傷痕、制造誤差等)引起的性能下降，而對翼前緣的形狀進行規定。具體而言，將翼前緣的弦長位置設為0%及翼后緣的弦長位置設為100%時的2%位置處的距翼背側的弦的距離除以弦長所得到的值的百分率規定為7%以上且9%以下。在先技術文獻專利文獻專利文獻I歐洲專利申請公開第1152148號說明書專利文獻2國際公開第2007/010329號
技術實現思路
專利技術要解決的課題然而，即便如專利文獻I那樣確定所希望的設計升力系數，關于如何規定將其實現的翼型，到目前為止還未統一地整理。另一方面，在決定翼型時，使用背側膨脹YS或腹側膨脹YP。在此，背側膨脹YS是最大翼厚位置處的距翼背側的弦的距離除以弦長所得到的值的百分率。而且，腹側膨脹YP是最大翼厚位置處的距翼腹側的弦的距離除以弦長所得到的值的百分率。然而，關于背側膨脹YS或腹側膨脹YP與設計升力系數的關系，并未進行任何研究。另外，從上式(3)可知，在維持所希望的設計升力系數的狀態下確定翼根側(即半徑位置小的一側)的形狀時，翼根側的最佳弦長與半徑位置成反比而不得不增大。然而，實際上，從風車翼的運輸上的問題出發，作為翼根側而能夠容許的弦長存在最大值。相對于此，在上述專利文獻I中，從風車輸出的觀點出發，公開了適當的設計升力系數的組合，但關于翼厚比超過30%的翼根側，也將設計升力系數設為1.10 1.25的范圍，這樣的話，弦長變得過大，風車翼的運輸變得困難。另外，即使將運輸上容許的弦長賦予于翼根側，也需要決定考慮了風車翼的空氣動力性能所得的翼型(例如設計升力系數的組合)。然而，以往，在翼前端側的區域賦予所希望的設計升力系數的情況下，在由于運輸上的理由等而不得不賦予不同的設計升力系數的與最大弦長位置之間的過渡區域，并沒有以應賦予何種翼型這樣的觀點進行研究。S卩，即使如專利文獻I那樣得到各翼厚比下的所希望的設計升力系數，在設計風車翼時，并未進行在風車翼的長度方向上如何賦予各翼厚比下的翼型形狀(翼截面形狀)這樣具體的研究。而且，需要也考慮實際的制作來考慮各翼厚比下的翼型形狀(翼截面形狀)。需要說明的時，在此，翼型形狀(翼截面形狀)是指對將三維翼在某半徑位置切斷時的翼截面(圖2)以前緣為原點(0，0)，以后緣為點(1，0)進行正規化所得的翼型形狀(圖3)。因此，位于比翼前端區域更靠翼根側的厚翼部(與前端區域相比翼厚的部位:從過渡區域到最大弦長位置的區域)處的空氣動力性能存在提高的余地。需要說明的是，在專利文獻I的FIG.3中公開了一種從翼前端側(Station4)朝向翼根側(Stationl)而使設計升力系數從1.25變化為1.45的翼型(baseline、2b、3a、3b)。即，公開了與翼前端相比，增大翼根側的升力系數而減小弦長的情況。然而，在薄翼部分即翼厚比21%至30%間，使設計升力系數增大。翼厚比21% 30%的位置相當于接受大風力的半徑位置，因此在這種半徑位置上使設計升力系數變化在空氣動力特性上并不適當。另一方面，如專利文獻2那樣已知有通過規定翼前緣的距翼背側的弦的距離來定義翼型的情況。然而，在專利文獻2中，考慮了翼前緣的粗糙而規定翼背側的距離，關于與設計升力系數的關系并未進行任何表示。另外，即使如專利文獻I那樣確定所希望的設計升力系數而實現風車輸出的提高，進而，如專利文獻2那樣能夠抑制粗糙引起的性能下降，也存在以下的問題。通常，作為翼的性能評價，存在最大升阻比及最大升力系數。尤其是從風車翼的觀點出發，最大升阻比是對風車以可變速度運轉的狀態(設計點)下的翼空氣動力性能造成影響的參數。而且，最大升力系數是從風車達到最高轉速至達到額定輸出為止的過渡狀態下對翼空氣動力性能造成影響的參數。因此，提高所述最大升阻比及最大升力系數這兩者對于風車翼而言至關重要。另一方面，即使 風車翼發揮所希望的空氣動力性能，與此同時若未考慮風車翼的空氣動力噪音，則會對設置風車的周圍環境造成壞影響。本專利技術鑒于這種情況而作出，提供一種能夠實現所希望的設計升力系數的。另外，本專利技術提供一種在翼根側的弦長的上本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.10.22 JP 2010-238039;2010.10.22 JP 2010-238041.一種風車翼，其特征在于， 具備從翼前端側到翼根側弦長增大的翼主體部， 該翼主體部具有: 翼前端區域，在該翼主體部的前端側，在設為大致一定的第一設計升力系數的狀態下朝向翼根側弦長逐漸增大； 最大弦長位置，在翼根側的成為最大弦長的位置，具有比所述第一設計升力系數大的第二設計升力系數； 過渡區域，位于所述翼前端區域與所述最大弦長位置之間， 該過渡區域的設計升力系數從翼前端側朝向翼根側由所述第一設計升力系數向所述第二設計升力系數逐漸增大。2.根據權利要求1所述的風車翼，其特征在于， 所述翼前端區域設于半徑位置除以翼半徑(翼直徑的1/2)所得到的無量綱半徑位置為·0.5以上且0.95以下的范圍， 所述第一設計升力系數在將其中央值設為X的情況下，為X±0.10的范圍，優選為X±0.05的范圍， 向所述最大弦長位置賦予的所述第二設計升力系數為X+0.3±0.2，優選為X+0.3±0.1， 所述過渡區域設置為，所述翼前端區域的翼根側端部與所述最大弦長位置之間的中央位置的設計升力系數為X+0.15±0.15，優選為X+0.15±0.075。3.根據權利要求1所述的風車翼，其特征在于， 所述翼前端區域設于半徑位置除以翼半徑(翼直徑的1/2)所得到的無量綱半徑位置為0.5以上且0.95以下的范圍， 所述第一設計升力系數為1.15±0.05的范圍， 向所述最大弦長位置賦予的所述第二設計升力系數為1.45±0.1， 所述過渡區域設置為，所述翼前端區域的翼根側端部與所述最大弦長位置之間的中央位置的設計升力系數為1.30±0.075。4.根據權利要求1所述的風車翼，其特征在于， 所述翼前端區域設于翼厚比為12%以上且30%以下的范圍，其中所述翼厚比為翼厚的最大值除以弦長所得到的值的百分率， 所述第一升力系數在將其中央值設為X的情況下，為X±0.10的范圍，優選為X±0.05的范圍， 向所述最大弦長位置賦予的所述第二設計升力系數為X+0.3±0.2，優選為X+0.3±0.1， 所述過渡區域設置為，所述翼前端區域的翼根側端部與所述最大弦長位置之間的中央位置的設計升力系數為X+0.15±0.15，優選為X+0.15±0.075。5.根據權利要求1所述的風車翼，其特征在于， 所述翼前端區域設于翼厚比為12%以上且30%以下的范圍，其中所述翼厚比為翼厚的最大值除以弦長所得到的值的百分率， 所述第一設計升力系數為1.15±0.05的范圍，向所述最大弦長位置賦予的所述第二設計升力系數為1.45±0.1， 所述過渡區域設置為，所述翼前端區域的翼根側端部與所述最大弦長位置之間的中央位置的設計升力系數為1.30±0.075。6.一種風車翼，其特征在于， 具備從翼前端側到翼根側弦長增大的翼主體部， 翼厚的最大值除以弦長所得到的值的百分率為 翼厚比，將翼前緣的弦長位置設為0%及將翼后緣的弦長位置設為100%時的1.25%位置處的距翼背側的弦的距離除以弦長所得到的值的百分率為Y125，在該翼主體部由翼厚比和Y125表示的情況下， 在翼厚比21%位置處，Y125為2.575±0.13%， 在翼厚比24%位置處，Y125為2.6±0.15%， 在翼厚比30%位置處，Y125為2.75±0.25%，優選為2.75±0.20%,更優選為2.75 ± 0.15%。7.根據權利要求6所述的風車翼，其特征在于， 所述翼主體部在翼厚比為21%以上且35%以下的范圍內具有:由通過所述翼厚比21%位置處的所述Y125的值、所述翼厚比24%位置處的所述Y125的值及所述翼厚比30%位置處的所述Y125的值的插補曲線所得到的Y125。8.根據權利要求6或7所述的風車翼，其特征在于， 所述翼主體部被設置為， 在翼厚比18%位置處，Y125為2.55 ±0.1%， 在翼厚比36%位置處，Y125為3.0±0.4%，優選為3.0±0.25%，更優選為3.0±0.20%， 在翼厚比42%位置處，Y125為3.4±0.6%，優選為3.4±0.4%，更優選為3.4±0.2%。9.根據權利要求8所述的風車翼，其特征在于， 所述翼主體部在翼厚比為18%以上且42%以下的范圍內[Si]具有:由通過所述翼厚比18%位置處的所述Y125的值、所述翼厚比21%位置處的所述Y125的值、所述翼厚比24%位置處的所述Y125的值、所述翼厚比30%位置處的所述Y125的值、所述翼厚比36%位置處的所述Y125的值及所述翼厚比42%位置處的所述Y125的值的插補曲線所得到的Y125。10.一種風車翼，其特征在于， 具備從翼前端側到翼根側弦長增大的翼主體部， 翼厚的最大值除以弦長所得到的值的百分率為翼厚比，最大翼厚位置處的距翼背側的弦的距離除以弦長所得到的值的百分率為背側膨脹YS，在該翼主體部由翼厚比和背側膨脹YS表示的情況下， 在翼厚比21%位置處，背側膨脹YS為12.0±0.6%， 在翼厚比24%位置處，背側膨脹YS為12.3±0.7%， 在翼厚比30%位置處，背側膨脹YS為13.3 ±1.2%，優選為13.3 ±1.0%，更優選為13.3±0.8%ο11.根據權利要求10所述的風車翼，其特征在于， 所述翼主體部在翼厚比為21%以上且35%以下的范圍內具有:由通過所述翼厚比21%位置處的所述YS的值、所述翼厚比24%位置處的所述YS的值及所述翼厚比30%位置處的所述YS的值的插補曲線所得到的YS。12.根據權利要求10或11所述的風車翼，其特征在于， 所述翼主體部被設置為， 在翼厚比18%位置處，YS為11.7 ±0.5%， 在翼厚比36%位置處，YS為14.6 ±2.0%，優選為14.6±1.2%，更優選為14.6±1.0%， 在翼厚比42%位置處，YS為16.6 ±3.0%，優選為16.6 ±2.0%，更優選為16.6±1.5%。13.根據權利要求12所述的風車翼，其特征在于， 所述翼主體部在翼厚比為18%以上且42%以下的范圍內具有:由通過所述翼厚比18%位置處的所述YS的值、所述翼厚比21%位置處的所述YS的值、所述翼厚比24%位置處的所述YS的值、所述翼厚比30%位置處的所述YS的值、所述翼厚比36%位置處的所述YS的值、及所述翼厚比42%位置處的所述YS的值的插補曲線所得到的YS。14.一種風車翼，其特征在于， 具備從翼前端側到翼根側弦長增大的翼主體部， 翼厚的最大值除以弦長所得到的值的百分率為翼厚比，最大翼厚位置處的距翼腹側的弦的距離除以弦長所得到的值的百分率為腹側膨脹YP，在該翼主體部由翼厚比和腹側膨脹YP表示的情況下， 在翼厚比21%位置處，腹側膨脹YP為9.0±0.6%， 在翼厚比24%位置處，腹側膨脹YP為11.7 ± 0.7%， 在翼厚比30%位置處， 腹側膨脹YP為16.7 ±1.2%，優選為16.7 ±1.0%，更優選為16.7±0.8%ο15.根據權利要求14...

【專利技術屬性】
技術研發人員：深見浩司，
申請(專利權)人：三菱重工業株式會社，
類型：
國別省市：