JPH0264270A - 自己可変ピッチ案内羽根を有する衝動タービン - Google Patents
自己可変ピッチ案内羽根を有する衝動タービンInfo
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- JPH0264270A JPH0264270A JP63214777A JP21477788A JPH0264270A JP H0264270 A JPH0264270 A JP H0264270A JP 63214777 A JP63214777 A JP 63214777A JP 21477788 A JP21477788 A JP 21477788A JP H0264270 A JPH0264270 A JP H0264270A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- turbine
- guide
- guide vanes
- power generation
- rotor hub
- Prior art date
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- Granted
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- 241001272720 Medialuna californiensis Species 0.000 claims description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 21
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
Landscapes
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は主に波力発電装置に用いる自己可変ピッチ案内
羽根を有する衝動タービンに関するものである。
羽根を有する衝動タービンに関するものである。
四方を海で囲まれ、また石炭・石油などの化石燃料資源
の少ない我国において、海洋エネルギーの有効利用は、
エネルギー供給源の多様化に向けて解決しなければなら
ない技術的課題の一つである。
の少ない我国において、海洋エネルギーの有効利用は、
エネルギー供給源の多様化に向けて解決しなければなら
ない技術的課題の一つである。
温度差、波浪、潮汐、海流、濃度差、そして生物などの
各海洋エネルギーの中、波浪エネルギーを利用するもの
としては、波の上下運動を空気圧力に変換し、この変換
により生ずる空気流でタービンを回転させる装置があり
、その一つに対称翼型ブレードを有するタービン（以下
ウェルズタービンと言う）を用いた波力発電装置がある
。
各海洋エネルギーの中、波浪エネルギーを利用するもの
としては、波の上下運動を空気圧力に変換し、この変換
により生ずる空気流でタービンを回転させる装置があり
、その一つに対称翼型ブレードを有するタービン（以下
ウェルズタービンと言う）を用いた波力発電装置がある
。
この装置は、第５図に模式的に示すように、波の上下運
動を空気圧力に変換する空気室１と、この変換により生
ずる空気流を外方又は空気室内方に導くガイド２と、ガ
イド２内に配設されたタービン３と、発電機を内蔵した
発電ユニット４とを具え、発電ユニットを図示しない軸
を介してタービン３に連結している。タービン３は第６
図（ａ）に示すように発電ユニット４に連結した出力軸
５に固着したロータハブ６と、このロータハブ６の外周
に一端を固着した対称翼型をしたタービンブレード７と
から成る。
動を空気圧力に変換する空気室１と、この変換により生
ずる空気流を外方又は空気室内方に導くガイド２と、ガ
イド２内に配設されたタービン３と、発電機を内蔵した
発電ユニット４とを具え、発電ユニットを図示しない軸
を介してタービン３に連結している。タービン３は第６
図（ａ）に示すように発電ユニット４に連結した出力軸
５に固着したロータハブ６と、このロータハブ６の外周
に一端を固着した対称翼型をしたタービンブレード７と
から成る。
次にこの波力発電装置の作動を説明する。たとえば、空
気室１内の海面が図中矢印Ａで示すように上昇すると、
空気室１内の空気は圧縮されガイド２を介して空気室外
方に流出する。この時、ガイド２を流れる空気流によっ
て、対称翼型をしたタービンブレード７には、第６図（
ｂ）に示したように、揚力りと抗力りとが発生する。こ
れら揚力と抗力とは、タービンブレード７の弦長方向の
力と、この力に直角な方向の力とに分かれて作用し、ブ
レードの弦長方向の力の合力が、タービンを回転させる
べく作用する。なお、ここでαは迎え角であり、空気流
とブレードとがなす角度をあられしている。
気室１内の海面が図中矢印Ａで示すように上昇すると、
空気室１内の空気は圧縮されガイド２を介して空気室外
方に流出する。この時、ガイド２を流れる空気流によっ
て、対称翼型をしたタービンブレード７には、第６図（
ｂ）に示したように、揚力りと抗力りとが発生する。こ
れら揚力と抗力とは、タービンブレード７の弦長方向の
力と、この力に直角な方向の力とに分かれて作用し、ブ
レードの弦長方向の力の合力が、タービンを回転させる
べく作用する。なお、ここでαは迎え角であり、空気流
とブレードとがなす角度をあられしている。
一方、空気室１内の海面が図中矢印Ｂで示すように下降
すると、空気室ｌ内の圧力がその外方の圧力に比べて低
下するので、外方の空気がガイド２を介して空気室内に
流入することになる。その流れの方向は、海面が上昇す
る場合のそれとは逆向きであるが、ブレードの翼壁が対
称であるため、ブレードの弦方向に作用する力の方向は
、空気流の方向に拘わらず一定であり、弦長方向に直角
な力だけがその方向を変化させることとなる。それゆえ
、ウェルズタービンは、作動流体の往復動流れに対しそ
の回転方向が常に一定であるので、とくに波力発電に適
したタービンと言える。
すると、空気室ｌ内の圧力がその外方の圧力に比べて低
下するので、外方の空気がガイド２を介して空気室内に
流入することになる。その流れの方向は、海面が上昇す
る場合のそれとは逆向きであるが、ブレードの翼壁が対
称であるため、ブレードの弦方向に作用する力の方向は
、空気流の方向に拘わらず一定であり、弦長方向に直角
な力だけがその方向を変化させることとなる。それゆえ
、ウェルズタービンは、作動流体の往復動流れに対しそ
の回転方向が常に一定であるので、とくに波力発電に適
したタービンと言える。
しかし、ウェルズタービンは往復流における平均効率が
４０％と低く、また高速形タービンであるため騒音が大
きく、軸受の耐久性の保持が困難であるという問題点が
あった。
４０％と低く、また高速形タービンであるため騒音が大
きく、軸受の耐久性の保持が困難であるという問題点が
あった。
本発明の目的は従来のウェルズタービンより効率が良く
、低速化を達成できる波力発電装置用のタービンを開発
することである。
、低速化を達成できる波力発電装置用のタービンを開発
することである。
上記目的を達成するため、本発明の自己可変ピッチ案内
羽根を有する衝動タービンは出力軸に固着したロータハ
ブと、このロータハブの周囲に等間隔でハブの軸線方向
に交差させるようにして一端を固着した略々半月状断面
の複数のタービンブレードと、このタービンブレードの
両側に配置した案内羽根と、この案内羽根のタービンブ
レード側の端部を回動自在に支持する回動軸と、前記案
内羽根を所定の回動範囲に制限するストッパとを具える
ことを特徴とするものである。
羽根を有する衝動タービンは出力軸に固着したロータハ
ブと、このロータハブの周囲に等間隔でハブの軸線方向
に交差させるようにして一端を固着した略々半月状断面
の複数のタービンブレードと、このタービンブレードの
両側に配置した案内羽根と、この案内羽根のタービンブ
レード側の端部を回動自在に支持する回動軸と、前記案
内羽根を所定の回動範囲に制限するストッパとを具える
ことを特徴とするものである。
本発明の衝動タービンでは案内羽根に作用する空気流に
よる風圧の作用により案内羽根が回動軸を中心に自動的
に回動し、この際、空気流の上流側ではタービンの軸線
方向に直角な面に対して小さな角度をなすように回動し
、空気流の下流側ではタービンの軸線方向に直角な面に
対して大きな角度をなすように回動する。
よる風圧の作用により案内羽根が回動軸を中心に自動的
に回動し、この際、空気流の上流側ではタービンの軸線
方向に直角な面に対して小さな角度をなすように回動し
、空気流の下流側ではタービンの軸線方向に直角な面に
対して大きな角度をなすように回動する。
これにより、タービンの上流側では、空気流の方向が大
きく側方に曲げられ、この空気流がタービンブレードに
作用することによりタービンが回転駆動される。
きく側方に曲げられ、この空気流がタービンブレードに
作用することによりタービンが回転駆動される。
またタービンの下流側ではタービンに流入した空気流を
タービンの軸線方向に沿ってスムーズに排出することが
できる。
タービンの軸線方向に沿ってスムーズに排出することが
できる。
空気流の方向が変わった場合は、上流側、下流側の案内
羽根が上記と同様に夫々回動することにより、タービン
が前記と同方向に駆動される。
羽根が上記と同様に夫々回動することにより、タービン
が前記と同方向に駆動される。
従って、タービンは往復流に対して常に同方向に回動す
ることになる。
ることになる。
以下に図面を参照して本発明の自己可変ピッチ案内羽根
を有する衝動タービンの好適な実施例について詳述する
。
を有する衝動タービンの好適な実施例について詳述する
。
第１．２図は本発明の衝動タービンの一実施例を示す図
である。なお簡明のため第５．６図に示した従来例に対
応する部分には同一の符号を付す。
である。なお簡明のため第５．６図に示した従来例に対
応する部分には同一の符号を付す。
第１図において、空気流を導くガイド２内に回動自在に
支持したタービン３は、図示してない出力軸に固着した
ロータハブ６とこのロータハブ６の外周に一端を固着し
た略々半月状断面の複数のタービンブレード７とから成
り、図示してない出力軸を介して発電ユニット４に連結
する。
支持したタービン３は、図示してない出力軸に固着した
ロータハブ６とこのロータハブ６の外周に一端を固着し
た略々半月状断面の複数のタービンブレード７とから成
り、図示してない出力軸を介して発電ユニット４に連結
する。
第２図に示すように、案内羽根８は発電ユニット４とガ
イド２とにより両端を支持した回動軸９によりタービン
プレー）’Ｔ側の端部を回動自在に支持する。案内羽根
８の断面形状は流入する流れに対してはく離が生じにく
い形状であれば良いが、−例としては空気の流入側及び
流出側の端部がそれぞれ円弧と直線の、直線円弧結合形
（ＳＣＡ形）の面形状を用いることができる。
イド２とにより両端を支持した回動軸９によりタービン
プレー）’Ｔ側の端部を回動自在に支持する。案内羽根
８の断面形状は流入する流れに対してはく離が生じにく
い形状であれば良いが、−例としては空気の流入側及び
流出側の端部がそれぞれ円弧と直線の、直線円弧結合形
（ＳＣＡ形）の面形状を用いることができる。
案内羽１８は発電ユニット４に取付けたストッパ１０に
より回動角を一定範囲に制限する。この回動角はロータ
の節弦比や案内羽根の設計により適切な範囲が異なるが
、第２図に示すように、タービンの軸線方向に直角な面
に対して、空気流の上流側の角度をθ、下流側の角度を
θ′とした場合に、実験例においてはθ＝１５＠、θ′
−５０°において良好な結果が得られた。なお、実験に
用いた案内羽根の形状においてはθ′を７２．５’程度
まで大きくすることができた。
より回動角を一定範囲に制限する。この回動角はロータ
の節弦比や案内羽根の設計により適切な範囲が異なるが
、第２図に示すように、タービンの軸線方向に直角な面
に対して、空気流の上流側の角度をθ、下流側の角度を
θ′とした場合に、実験例においてはθ＝１５＠、θ′
−５０°において良好な結果が得られた。なお、実験に
用いた案内羽根の形状においてはθ′を７２．５’程度
まで大きくすることができた。
次に、この衝動タービンの作動を説明する。
例えば、第２図の実線で示す矢印の方向の空気流に対し
ては、空気流による風圧の作用により案内羽根８が回動
軸９を中心に第２図の実線で示す位置に回動する。
ては、空気流による風圧の作用により案内羽根８が回動
軸９を中心に第２図の実線で示す位置に回動する。
これにより、タービン３の上流側では、空気流の方向が
大きく側方に曲げられ、この空気流がタービンブレード
７に作用することによりタービン３が回転駆動される。
大きく側方に曲げられ、この空気流がタービンブレード
７に作用することによりタービン３が回転駆動される。
またタービンの下流側ではタービンに流入した空気流を
タービンの軸線方向に沿ってスムーズに排出することが
できる。
タービンの軸線方向に沿ってスムーズに排出することが
できる。
空気流の方向が第２図の破線で示す矢印の方向に変った
場合は、上述したのと同様の作動により、案内羽根８が
破線で示す位置に回動し、実線で示した矢印の方向の空
気流と同方向にタービン３が回転駆動される。
場合は、上述したのと同様の作動により、案内羽根８が
破線で示す位置に回動し、実線で示した矢印の方向の空
気流と同方向にタービン３が回転駆動される。
第３図は本発明の衝動タービンを用いた波力発電装置の
一例を示す図である。
一例を示す図である。
この発電装置は、波の上下動を空気圧力に変換する空気
室１と、この変換により生ずる空気流を外方又は空気室
内方に導くガイド２とを具える。
室１と、この変換により生ずる空気流を外方又は空気室
内方に導くガイド２とを具える。
このガイド２内に配置したタービン３はロータハブ６と
タービンブレード７とから成り、図示してない出力軸を
介して発電ユニット４に連結する。
タービンブレード７とから成り、図示してない出力軸を
介して発電ユニット４に連結する。
案内羽根８は第１図に示したものと同様のものであり、
発電ユニット４に回動自在に支持し、図示してないスト
ッパにより一定の回動角度に回動範囲を制限する。
発電ユニット４に回動自在に支持し、図示してないスト
ッパにより一定の回動角度に回動範囲を制限する。
この発電装置は、例えば図中矢印Ａで示すように空気室
ｌ内の海面が上昇すると、空気室１内の空気は圧縮され
ガイド２を介して空気室外方に流出する。
ｌ内の海面が上昇すると、空気室１内の空気は圧縮され
ガイド２を介して空気室外方に流出する。
一方、空気室１内の海面が図中矢印Ｂで示すように下降
すると、空気室ｌ内の圧力が外方の圧力に比べて低下す
るので、外方の空気がガイド２を介して空気室内に流入
する。
すると、空気室ｌ内の圧力が外方の圧力に比べて低下す
るので、外方の空気がガイド２を介して空気室内に流入
する。
このように海面の上下に伴ってガイド２内に空気流の往
復流が生じ、これにより、第２図により説明した作動に
より案内羽根８が自動的に回動し、タービン３が往復流
に対し同方向に駆動される。
復流が生じ、これにより、第２図により説明した作動に
より案内羽根８が自動的に回動し、タービン３が往復流
に対し同方向に駆動される。
次に本発明の実験例について説明する。
第４図（ａ） （ｂ）は放物線状の案内羽根を用いた場
合の本発明の衝動タービンの非定常試験結果を示したも
のであり、第４図（ａ）は平均効率７とＶ−／ＵＲ（空
気流の最大速度／翼平均高さにおけるロータ周速）との
関係を示す。
合の本発明の衝動タービンの非定常試験結果を示したも
のであり、第４図（ａ）は平均効率７とＶ−／ＵＲ（空
気流の最大速度／翼平均高さにおけるロータ周速）との
関係を示す。
で表わされ、Ｔ：波の周期、ＴＯ：トルク、ω：ロータ
の角速度、ｔ：時間、ΔＰ：空気室と大気との全圧差、
Ｑ：流量である。
の角速度、ｔ：時間、ΔＰ：空気室と大気との全圧差、
Ｑ：流量である。
図面より本発明の衝動タービンはウェルズタービンより
平均効率７が高いことがわかる。さらに平均効率７の最
大値におけるＶ、／Ｕ、も本発明の衝動タービンの方が
大きいことから本発明の衝動タービンはウェルズタービ
ンより低速形であることがわかる。
平均効率７が高いことがわかる。さらに平均効率７の最
大値におけるＶ、／Ｕ、も本発明の衝動タービンの方が
大きいことから本発明の衝動タービンはウェルズタービ
ンより低速形であることがわかる。
第４図（ｂ）は平均トルク係数Ｔ。とＶ、／Ｕ、との関
係を示す図である。ここで わされ、Ｐ：空気密度、Ｒ：ロータの平均半径である。
係を示す図である。ここで わされ、Ｐ：空気密度、Ｒ：ロータの平均半径である。
図より本発明の衝動タービンの平均トルク係数Ｔｏはウ
ェルズタービンより大きいことがわかる。
ェルズタービンより大きいことがわかる。
これは本発明の衝動タービンの方がウェルズタービンよ
り起動特性に優れることを示す。
り起動特性に優れることを示す。
以上詳述したように本発明の自己可変ピッチ案内羽根を
有する衝動タービンは、往復方向の空気流に対し、複雑
な制御機構を設けることなく、案内羽根が自動的に向き
を変え空気流をタービンに導く構成としたため、コスト
を比較的低く保ちつつ、従来のウェルズタービンより起
動特性及び平均効率を格段に向上させることができると
ともに、タービンの低速化が図れるので、タービンの軸
受の耐久性を高め、騒音を低減しつつ出力の高い波力発
電装置を実現できるものであります。
有する衝動タービンは、往復方向の空気流に対し、複雑
な制御機構を設けることなく、案内羽根が自動的に向き
を変え空気流をタービンに導く構成としたため、コスト
を比較的低く保ちつつ、従来のウェルズタービンより起
動特性及び平均効率を格段に向上させることができると
ともに、タービンの低速化が図れるので、タービンの軸
受の耐久性を高め、騒音を低減しつつ出力の高い波力発
電装置を実現できるものであります。
第１図は本発明の自己可変ピッチ案内羽根を有する衝動
タービンの一実施例の構成を示す一部切欠き斜視図、 第２図は本発明の衝動タービンの作動を示す図、第３図
は本発明の衝動タービンを用いた波力発電装置の一例を
示す断面図、 第４図（ａ）は本発明の衝動タービンとウェルズタービ
ンとの平均効率ηをＶ、／ＵＲ（空気流の最大速度／翼
平均高さにおけるロータ周速）に対して表わした線図、 第４図（ｂ）は本発明の衝動タービンとウェルズタービ
ンとの平均トルク係数Ｔ０をｖａ／Ｕｌｌに対して表わ
した線図、 第５図はウェルズタービンを用いた発電装置の一例の構
成を示す断面図、 第６図（ａ）は第５図の発電装置に用いるタービンの一
例を示す斜視図、 第６図（ｂ）は第６図（ａ）に示すタービンの作用を示
す図である。 ・・・空気室 ・・・タービン ・・・出力軸 ・・・タービンブレード ・・・回動軸 ２・・・ガイド ４・・・発電ユニッ ６・・・ロータハブ ８・・・案内羽根 １０・・・ストッパ ト
タービンの一実施例の構成を示す一部切欠き斜視図、 第２図は本発明の衝動タービンの作動を示す図、第３図
は本発明の衝動タービンを用いた波力発電装置の一例を
示す断面図、 第４図（ａ）は本発明の衝動タービンとウェルズタービ
ンとの平均効率ηをＶ、／ＵＲ（空気流の最大速度／翼
平均高さにおけるロータ周速）に対して表わした線図、 第４図（ｂ）は本発明の衝動タービンとウェルズタービ
ンとの平均トルク係数Ｔ０をｖａ／Ｕｌｌに対して表わ
した線図、 第５図はウェルズタービンを用いた発電装置の一例の構
成を示す断面図、 第６図（ａ）は第５図の発電装置に用いるタービンの一
例を示す斜視図、 第６図（ｂ）は第６図（ａ）に示すタービンの作用を示
す図である。 ・・・空気室 ・・・タービン ・・・出力軸 ・・・タービンブレード ・・・回動軸 ２・・・ガイド ４・・・発電ユニッ ６・・・ロータハブ ８・・・案内羽根 １０・・・ストッパ ト
Claims (1)
- １、出力軸に固着したロータハブと、このロータハブの
周囲に等間隔でハブの軸線方向に交差させるようにして
一端を固着した略々半月状断面の複数のタービンブレー
ドと、このタービンブレードの両側に配置した案内羽根
と、この案内羽根のタービンブレード側の端部を回動自
在に支持する回動軸と、前記案内羽根を所定の回動範囲
に制限するストッパとを具えることを特徴とする自己可
変ピッチ案内羽根を有する衝動タービン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63214777A JPH0264270A (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 自己可変ピッチ案内羽根を有する衝動タービン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63214777A JPH0264270A (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 自己可変ピッチ案内羽根を有する衝動タービン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0264270A true JPH0264270A (ja) | 1990-03-05 |
| JPH0339197B2 JPH0339197B2 (ja) | 1991-06-13 |
Family
ID=16661363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63214777A Granted JPH0264270A (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 自己可変ピッチ案内羽根を有する衝動タービン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0264270A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1988
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