CN101784790A - 风车叶片及使用该风车叶片的风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可使在叶片的前端部分的叶片面产生的紊流边界层变薄且有效地抑制在后缘部产生的噪声的风车叶片及使用该风车叶片的风力发电装置。提供一种风车叶片(9)，其截面呈叶片形状，其中，在从叶片端(20)向叶片根(21)侧的规定范围内设有至少降低以规定转速旋转时的迎角的迎角降低部(19)。

Description

风车叶片及使用该风车叶片的风力发电装置

技术领域

本发明涉及一种风车叶片及使用该风车叶片进行发电的风力发电装置。

背景技术

风力发电装置中，从叶片产生的噪声成为问题。从叶片产生的噪声的主要原因是基于叶片端涡流的噪声和基于在叶片面产生的紊流边界层的噪声。

以往，为了降低该噪声水平，降低转子的转速是有效的。即，当降低转子的转速时，空气向叶片的流入速度降低，因此可降低空气动力声音。但是，当降低转子的转速时，存在发电效率降低的问题。

另外，特别是对于在噪声大的叶片端部的噪声的降低，提案有例如专利文献1中公开的发明。

所述提案为使叶片端部分在叶片的叶片面向后缘侧弯曲或折曲(所谓的后掠叶片)，及/或设置与叶片端部交叉地向正压面侧弯曲的小叶片(所谓的小翅)，减少叶片端部的涡流，抑制噪声。

专利文献1：(日本)特表2006-521483号公报

但是，近年来，风力发电装置寻求输出的增大，从而导致大型化。随之，转子直径即风车叶片的叶片长增大。

当叶片长增大时，叶片端部的移动速度增大。因此，产生的噪声增大，因此寻求进一步降低噪声。

另外，由于叶片长的长大化，基于在叶片端附近的叶片面产生的紊流边界层的噪声的影响增大，因此例如专利文献1所述，在仅抑制叶片端部的噪声时，不能期待足够的噪声抑制。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于，提供一种可使在叶片的前端部分的叶片面产生的紊流边界层变薄且有效地抑制在后缘部产生的噪声的风车叶片及使用该风车叶片的风力发电装置。

为了解决所述课题，本发明采用了以下手段。

本发明第一方面提供一种风车叶片，其截面呈叶片形状，其中，在从叶片端向叶片根侧的规定范围内设有至少降低以规定转速旋转时的迎角的迎角降低部。

根据本方面的风车叶片，迎角降低部在从叶片端向叶片根侧的规定范围内至少降低以规定转速旋转时的迎角，因此可以使在运转中从叶片端向叶片根侧的规定范围的叶片面的边界层的厚度变薄。

这样，当边界层变薄时，能够抑制叶片的后缘的涡流的产生，因此能够降低噪声。

由于迎角降低部设于噪声的产生较大的风车叶片的前端部分，因此能够有效地降低噪声。由此，不需要为了降低噪声而抑制转速，因此能够抑制发电效率等的性能降低。

另外，如果叶片的截面形状相同，则迎角变小时产生的升力减小，因此优选设置迎角降低部的范围考虑对叶片的性能的影响和噪声的降低效果来进行设定。该范围例如在叶片长的20％以内，优选在10％以内。

另外，规定转速例如为风力发电装置达到额定输出的转速，即额定转速。

所述方面中，所述迎角降低部也可以形成为使迎角从叶片根侧的迎角朝向叶片端逐渐降低。

换言之，迎角降低部以使叶片相对于风的流入方向的角度朝向叶片端逐渐降低的方式扭转，即，在叶片端部增加扭转角而形成。

这样，与叶片根侧相比，迎角不受转速影响而总是不同，因此可以在较宽的转速范围内进行噪声的降低。

所述方面中，所述迎角降低部的结构也可以为，形成为在以所述规定转速旋转时成为所述叶片根侧的叶片面的大致延长部。

换言之，在以规定转速旋转时，迎角降低部的面形成为与叶片根侧的叶片面为大致同一个面。

当叶片旋转时，叶片因风而变形。该变形在叶片的前端部变大。因该变形，在风车叶片的前端部迎角大于设计值，噪声增大。

本方面中，迎角降低部形成为在叶片以规定转速旋转且因风而变形时，叶片根侧的叶片面的大致延长部即叶片根侧的叶片面和迎角降低部的叶片面成为同一个面，因此迎角降低部的迎角不会比设计值大，换言之，与不具有迎角降低部的叶片相比，可降低规定旋转时的迎角。

由此，可降低规定转速时的噪声，且可抑制性能降低。

所述结构中，优选所述迎角降低部以从叶片根侧的叶片面向正压面侧逐渐弯曲变大的方式平滑地弯曲。

根据本发明第二方面，提供一种风力发电装置，其使用能够至少抑制以规定转速旋转时叶片的后缘的涡流的产生的风车叶片进行发电。

这样，风力发电装置可降低运转中的噪声的产生。由此，噪声的限制被缓和，因此例如能够靠近居住地设置等、可确保设置场所的自由度。

根据本发明，迎角降低部在从叶片端向叶片根侧的规定范围内至少降低以规定转速旋转时的迎角，因此能够抑制运转中叶片的后缘的涡流的产生，能够降低噪声。

另外，迎角降低部被设置于噪声的产生较大的风车叶片的前端部分，因此能够有效地降低噪声。由此，不需要为了降低噪声而抑制转速，因此能够抑制发电效率等的性能降低。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式的风力发电装置的整体概略结构的侧面图；

图2是本发明第一实施方式的风车叶片的正面图；

图3是表示本发明第一实施方式的风车叶片的迎角变化的曲线图；

图4是本发明第二实施方式的风车叶片的正面图；

图5是表示本发明第二实施方式的风车叶片的额定转速时的状态的侧面图；

图6是表示本发明第二实施方式的风车叶片停止时的状态的侧面图。

标号说明

1风力发电装置

9风车叶片

19迎角降低部

20叶片端

21叶片根

27正压面

具体实施方式

(第一实施方式)

下面，基于附图对本发明一实施方式的风力发电装置1进行说明。

图1是表示风力发电装置1的整体概略结构的侧面图。

如图1所示，风力发电装置1具备：立设于基础11上的支柱3；以支柱3为支点大致水平地可旋转地设于支柱3的上端的机舱5；绕大致水平的轴线可旋转地设于机舱5上的旋叶片头7；及绕旋叶片头7的旋转轴线放射状地以叶片长方向为中心可旋转地安装的多个风车叶片9。

从旋叶片头7的旋转轴线方向吹向风车叶片9的风力被转换成使旋叶片头7绕旋转轴线旋转的动力。

在机舱5的外周面适当位置(例如上部等)具备测定周边的风速值的风速计13、测定风向的风向计15、及未图示的避雷针。

在机舱5的内部，均省略图示，设置有经由与旋叶片头7同轴的增速机连结的发电机。即，将旋叶片头7的旋转由增速机增速而驱动发电机，由此从发电机可得到发电机输出。

图2是风车叶片9的正面图。另外，图2中记载有风车叶片9在其位置上的横截面图。

风车叶片9为横截面形状为叶片形状的中空体。风车叶片9例如通过由玻璃纤维强化塑料形成的外皮17区划成叶片形状。外皮17通过主叶片梁等从内部增强强度。

在风车叶片9的叶片端20侧部分设有迎角降低部19。迎角降低部19构成为叶片弦23和风向25形成的角度即迎角从叶片根21侧的迎角α朝向叶片端20逐渐减小。换言之，迎角降低部19是使相对于风的流入方向的叶片的角度朝向叶片端20逐渐降低地扭转而形成，即在叶片端部增加扭转角而形成。

图3表示风车叶片9的叶片长方向的迎角的变化。

迎角降低部19的叶片长方向的长度考虑对于叶片的性能的影响和噪声的降低效果而设定，在此为叶片长L的大致10％。另外，如果考虑性能降低，则优选在20％内。

迎角降低部19的叶片端20的迎角在成为额定输出的转速(额定转速)中例如为0°。

另外，叶片端20的迎角不限于0°，考虑噪声以外的其它条件，也有时为0°以外的值。

另外，根据叶片(例如带弧高等的叶片等)，也有时边界层最薄的值为0°以外。

对如上构成的风力发电支柱1的运转动作进行说明。

风力发电装置1在运转中通过风向计15测定风向。根据该测定结果，机舱5旋转，风从旋叶片头7的旋转轴线风向吹。即，风以一定的方向吹向风车叶片9。

当风吹到风车叶片9时，在与叶片面交叉的方向产生升力。风车叶片9因该升力而移动，因此旋叶片头7绕旋转轴线旋转。

将该旋叶片头7的旋转由增速机增速而驱动发电机，由此进行发电。

风车叶片9根据由风速计13测定的风速绕叶片长方向旋转并调整螺距角。在风速较低的情况下，增大螺距角，承受风的面积增大。当成为超过得到额定输出的转速(额定转速)的风速时，减小螺距角，减小承受风的面积。

此时，例如在额定转速时，在迎角降低部19，迎角比叶片根21侧的迎角小，因此若移动速度一样，则风从叶片面受到的阻力比具有与叶片根21相同的迎角的情况的阻力小。由此，由于风沿叶片面进一步顺畅地流动，故而形成于叶片面的边界层的厚度比叶片端部分具有与叶片根21侧相同的迎角的情况的厚度薄。

这样，当边界层变薄时，能够抑制风车叶片9的后缘的涡流的产生，因此可降低噪声。

迎角降低部19是为了增大移动速度而设于噪声的产生较大的风车叶片9的前端部分，因此能够有效地降低噪声。由此，由于为了降低噪声而不需要抑制转速，故而可抑制发电效率等的性能降低。

另外，由于迎角降低部19的迎角被固定，故而即使转速变化相互的关系也总是不变。

因此，不受转速影响，迎角降低部19与叶片根21侧相比，迎角总是不同，因此可以在较宽的转速范围内进行噪声的降低。

这样，风力发电装置1可降低运转中的噪声的产生。由此，噪声的限制被缓和，因此例如可靠近居住地设置等、能够确保设置场所的自由度。

(第二实施方式)

接着使用图4～图6说明本发明第二实施方式。

本实施方式中，基本结构与第一实施方式相同，风车叶片9的结构不同。因此，本实施方式中，对该不同点进行说明，其它部分省略重复的说明。

另外，对与第一实施方式相同的结构要素标注相同标号，其详细的说明省略。

图4是风车叶片9的正面图。图5是表示风车叶片9的额定转速时的状态的侧面图。图6是表示风车叶片9停止时的状态的侧面图。

在风车叶片9的前端侧部分设有迎角降低部19。迎角降低部19如图6所示，以从叶片根21侧的叶片面朝向叶片端20向正压面27侧逐渐弯曲变大的方式平滑地弯曲而形成。

该弯曲在风车叶片9以规定转速旋转且因风而变形时，如图5所示，成为迎角降低部19为叶片根21侧的叶片面的大致延长部即叶片根21侧的叶片面和迎角降低部19的叶片面为大致同一面的大小。也有时用标号19B表示此时的迎角降低部19。另外，也有时用标号19A表示停止时(即制造时)的迎角降低部19。

如上构成的风力发电装置1的运转动作与第一实施方式大致相同，因此重复的说明省略，对不同的部分进行说明。

当风车叶片9旋转时，风车叶片9因风的作用产生的力(升力、抗力)而变形。该变形在风车叶片9的叶片端部即迎角降低部19增大。

当风车叶片9的转速达到额定转速时，迎角降低部19从停止时的图6所示的迎角降低部19A变化到图5所示的迎角降低部15B的状态。即，迎角降低部19B成为叶片根21侧的叶片面的大致延长部，因此迎角降低部19B的迎角不会比设计值大。

即，在不具有迎角降低部19的风车叶片9中，由于该变形，迎角在前端部比设计值大，噪声增大，但本实施方式的风车叶片9中，与其相比可降低额定旋转时的迎角。

因此，本实施方式中，与不具有迎角降低部19的风车叶片9相比，可降低额定转速时的噪声，且可抑制性能降低。

本实施方式中，迎角降低部19在达到额定转速时，成为叶片根21侧的叶片面的大致延长部，但不限于此，例如也可以为迎角降低部19产生扭转且其迎角比叶片根21侧的迎角小的形状。

另外，本发明不限于上述的各实施方式，在不脱离其宗旨的范围内可进行适当变更。

例如，也可以为同时具有第一实施方式的使迎角朝向风车叶片9的叶片端20依次减小的结构和第二实施方式的活用旋转时的变形的结构的构成。

Claims (5)

1.一种风车叶片，其截面呈叶片形状，其中，

在从叶片端向叶片根侧的规定范围内设有至少降低以规定转速旋转时的迎角的迎角降低部。

2.如权利要求1所述的风车叶片，其中，

所述迎角降低部形成为使迎角从叶片根侧的迎角朝向叶片端逐渐降低。

3.如权利要求1或2所述的的风车叶片，其中，

所述迎角降低部形成为在以所述规定转速旋转时成为所述叶片根侧的叶片面的大致延长部。

4.如权利要求3所述的风车叶片，其中，

所述迎角降低部以弯曲从叶片根侧的叶片面向正压面侧逐渐变大的方式平滑地弯曲。

5.一种风力发电装置，其使用所述权利要求1～4中任一项所述的风车叶片进行发电。

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