專利名稱：風(fēng)車葉片及使用該風(fēng)車葉片的風(fēng)力發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)車葉片及使用該風(fēng)車葉片進(jìn)行發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電裝置中，從葉片產(chǎn)生的噪聲成為問題。從葉片產(chǎn)生的噪聲的主要原因是基于葉片端渦流的噪聲和基于在葉片面產(chǎn)生的紊流邊界層的噪聲。 以往，為了降低該噪聲水平，降低轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是有效的。即，當(dāng)降低轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速時(shí)，空氣向葉片的流入速度降低，因此可降低空氣動(dòng)力聲音。但是，當(dāng)降低轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速時(shí)，存在發(fā)電效率降低的問題。 另外，特別是對(duì)于在噪聲大的葉片端部的噪聲的降低，提案有例如專利文獻(xiàn)1中公開的發(fā)明。 所述提案為使葉片端部分在葉片的葉片面向后緣側(cè)彎曲或折曲(所謂的后掠葉片)，及/或設(shè)置與葉片端部交叉地向正壓面?zhèn)葟澢男∪~片(所謂的小翅)，減少葉片端部的渦流，抑制噪聲。 專利文獻(xiàn)1 :(日本)特表2006-521483號(hào)公報(bào) 但是，近年來，風(fēng)力發(fā)電裝置尋求輸出的增大，從而導(dǎo)致大型化。隨之，轉(zhuǎn)子直徑即風(fēng)車葉片的葉片長增大。 當(dāng)葉片長增大時(shí)，葉片端部的移動(dòng)速度增大。因此，產(chǎn)生的噪聲增大，因此尋求進(jìn)一步降低噪聲。 另外，由于葉片長的長大化，基于在葉片端附近的葉片面產(chǎn)生的紊流邊界層的噪聲的影響增大，因此例如專利文獻(xiàn)1所述，在僅抑制葉片端部的噪聲時(shí)，不能期待足夠的噪聲抑制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而做出的，其目的在于，提供一種可使在葉片的前端部分
的葉片面產(chǎn)生的紊流邊界層變薄且有效地抑制在后緣部產(chǎn)生的噪聲的風(fēng)車葉片及使用該風(fēng)車葉片的風(fēng)力發(fā)電裝置。 為了解決所述課題，本發(fā)明采用了以下手段。 本發(fā)明第一方面提供一種風(fēng)車葉片，其截面呈葉片形狀，其中，在從葉片端向葉片
根側(cè)的規(guī)定范圍內(nèi)設(shè)有至少降低以規(guī)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)的迎角的迎角降低部。 根據(jù)本方面的風(fēng)車葉片，迎角降低部在從葉片端向葉片根側(cè)的規(guī)定范圍內(nèi)至少降
低以規(guī)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)的迎角，因此可以使在運(yùn)轉(zhuǎn)中從葉片端向葉片根側(cè)的規(guī)定范圍的葉片
面的邊界層的厚度變薄。 這樣，當(dāng)邊界層變薄時(shí)，能夠抑制葉片的后緣的渦流的產(chǎn)生，因此能夠降低噪聲。
由于迎角降低部設(shè)于噪聲的產(chǎn)生較大的風(fēng)車葉片的前端部分，因此能夠有效地降低噪聲。由此，不需要為了降低噪聲而抑制轉(zhuǎn)速，因此能夠抑制發(fā)電效率等的性能降低。
另外，如果葉片的截面形狀相同，則迎角變小時(shí)產(chǎn)生的升力減小，因此優(yōu)選設(shè)置迎角降低部的范圍考慮對(duì)葉片的性能的影響和噪聲的降低效果來進(jìn)行設(shè)定。該范圍例如在葉片長的20%以內(nèi)，優(yōu)選在10%以內(nèi)。 另外，規(guī)定轉(zhuǎn)速例如為風(fēng)力發(fā)電裝置達(dá)到額定輸出的轉(zhuǎn)速，即額定轉(zhuǎn)速。 所述方面中，所述迎角降低部也可以形成為使迎角從葉片根側(cè)的迎角朝向葉片端
逐漸降低。 換言之，迎角降低部以使葉片相對(duì)于風(fēng)的流入方向的角度朝向葉片端逐漸降低的方式扭轉(zhuǎn)，即，在葉片端部增加扭轉(zhuǎn)角而形成。 這樣，與葉片根側(cè)相比，迎角不受轉(zhuǎn)速影響而總是不同，因此可以在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行噪聲的降低。 所述方面中，所述迎角降低部的結(jié)構(gòu)也可以為，形成為在以所述規(guī)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)成為所述葉片根側(cè)的葉片面的大致延長部。 換言之，在以規(guī)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，迎角降低部的面形成為與葉片根側(cè)的葉片面為大致同一個(gè)面。 當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片因風(fēng)而變形。該變形在葉片的前端部變大。因該變形，在風(fēng)車葉片的前端部迎角大于設(shè)計(jì)值，噪聲增大。 本方面中，迎角降低部形成為在葉片以規(guī)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)且因風(fēng)而變形時(shí)，葉片根側(cè)的葉片面的大致延長部即葉片根側(cè)的葉片面和迎角降低部的葉片面成為同一個(gè)面，因此迎角降低部的迎角不會(huì)比設(shè)計(jì)值大，換言之，與不具有迎角降低部的葉片相比，可降低規(guī)定旋轉(zhuǎn)時(shí)的迎角。 由此，可降低規(guī)定轉(zhuǎn)速時(shí)的噪聲，且可抑制性能降低。 所述結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選所述迎角降低部以從葉片根側(cè)的葉片面向正壓面?zhèn)戎饾u彎曲變大的方式平滑地彎曲。 根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其使用能夠至少抑制以規(guī)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)葉片的后緣的渦流的產(chǎn)生的風(fēng)車葉片進(jìn)行發(fā)電。 這樣，風(fēng)力發(fā)電裝置可降低運(yùn)轉(zhuǎn)中的噪聲的產(chǎn)生。由此，噪聲的限制被緩和，因此例如能夠靠近居住地設(shè)置等、可確保設(shè)置場所的自由度。 根據(jù)本發(fā)明，迎角降低部在從葉片端向葉片根側(cè)的規(guī)定范圍內(nèi)至少降低以規(guī)定轉(zhuǎn)
速旋轉(zhuǎn)時(shí)的迎角，因此能夠抑制運(yùn)轉(zhuǎn)中葉片的后緣的渦流的產(chǎn)生，能夠降低噪聲。 另外，迎角降低部被設(shè)置于噪聲的產(chǎn)生較大的風(fēng)車葉片的前端部分，因此能夠有
效地降低噪聲。由此，不需要為了降低噪聲而抑制轉(zhuǎn)速，因此能夠抑制發(fā)電效率等的性能降低。


圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置的整體概略結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖； 圖2是本發(fā)明第一實(shí)施方式的風(fēng)車葉片的正面圖； 圖3是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的風(fēng)車葉片的迎角變化的曲線圖； 圖4是本發(fā)明第二實(shí)施方式的風(fēng)車葉片的正面圖； 圖5是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的風(fēng)車葉片的額定轉(zhuǎn)速時(shí)的狀態(tài)的側(cè)面 圖6是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的風(fēng)車葉片停止時(shí)的狀態(tài)的側(cè)面圖。 標(biāo)號(hào)說明 l風(fēng)力發(fā)電裝置 9風(fēng)車葉片 19迎角降低部 20葉片端 21葉片根 27正壓面
具體實(shí)施例方式(第一實(shí)施方式) 下面，基于附圖對(duì)本發(fā)明一實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置1進(jìn)行說明。
圖1是表示風(fēng)力發(fā)電裝置1的整體概略結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。 如圖1所示，風(fēng)力發(fā)電裝置1具備立設(shè)于基礎(chǔ)11上的支柱3 ;以支柱3為支點(diǎn)大致水平地可旋轉(zhuǎn)地設(shè)于支柱3的上端的機(jī)艙5 ;繞大致水平的軸線可旋轉(zhuǎn)地設(shè)于機(jī)艙5上的旋葉片頭7 ;及繞旋葉片頭7的旋轉(zhuǎn)軸線放射狀地以葉片長方向?yàn)橹行目尚D(zhuǎn)地安裝的多個(gè)風(fēng)車葉片9。 從旋葉片頭7的旋轉(zhuǎn)軸線方向吹向風(fēng)車葉片9的風(fēng)力被轉(zhuǎn)換成使旋葉片頭7繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力。 在機(jī)艙5的外周面適當(dāng)位置(例如上部等)具備測定周邊的風(fēng)速值的風(fēng)速計(jì)13、測定風(fēng)向的風(fēng)向計(jì)15、及未圖示的避雷針。 在機(jī)艙5的內(nèi)部，均省略圖示，設(shè)置有經(jīng)由與旋葉片頭7同軸的增速機(jī)連結(jié)的發(fā)電機(jī)。即，將旋葉片頭7的旋轉(zhuǎn)由增速機(jī)增速而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，由此從發(fā)電機(jī)可得到發(fā)電機(jī)輸出。 圖2是風(fēng)車葉片9的正面圖。另外，圖2中記載有風(fēng)車葉片9在其位置上的橫截面圖。 風(fēng)車葉片9為橫截面形狀為葉片形狀的中空體。風(fēng)車葉片9例如通過由玻璃纖維強(qiáng)化塑料形成的外皮17區(qū)劃成葉片形狀。外皮17通過主葉片梁等從內(nèi)部增強(qiáng)強(qiáng)度。
在風(fēng)車葉片9的葉片端20側(cè)部分設(shè)有迎角降低部19。迎角降低部19構(gòu)成為葉片弦23和風(fēng)向25形成的角度即迎角從葉片根21側(cè)的迎角a朝向葉片端20逐漸減小。換言之，迎角降低部19是使相對(duì)于風(fēng)的流入方向的葉片的角度朝向葉片端20逐漸降低地扭轉(zhuǎn)而形成，即在葉片端部增加扭轉(zhuǎn)角而形成。
圖3表示風(fēng)車葉片9的葉片長方向的迎角的變化。 迎角降低部19的葉片長方向的長度考慮對(duì)于葉片的性能的影響和噪聲的降低效果而設(shè)定，在此為葉片長L的大致10%。另外，如果考慮性能降低，則優(yōu)選在20%內(nèi)。
迎角降低部19的葉片端20的迎角在成為額定輸出的轉(zhuǎn)速(額定轉(zhuǎn)速)中例如為(T 。 另外，葉片端20的迎角不限于0。，考慮噪聲以外的其它條件，也有時(shí)為O。以外的值。
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另外，根據(jù)葉片(例如帶弧高等的葉片等)，也有時(shí)邊界層最薄的值為O。以外。
對(duì)如上構(gòu)成的風(fēng)力發(fā)電支柱1的運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)作進(jìn)行說明。 風(fēng)力發(fā)電裝置1在運(yùn)轉(zhuǎn)中通過風(fēng)向計(jì)15測定風(fēng)向。根據(jù)該測定結(jié)果，機(jī)艙5旋轉(zhuǎn)，風(fēng)從旋葉片頭7的旋轉(zhuǎn)軸線風(fēng)向吹。即，風(fēng)以一定的方向吹向風(fēng)車葉片9。
當(dāng)風(fēng)吹到風(fēng)車葉片9時(shí)，在與葉片面交叉的方向產(chǎn)生升力。風(fēng)車葉片9因該升力而移動(dòng)，因此旋葉片頭7繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。 將該旋葉片頭7的旋轉(zhuǎn)由增速機(jī)增速而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，由此進(jìn)行發(fā)電。
風(fēng)車葉片9根據(jù)由風(fēng)速計(jì)13測定的風(fēng)速繞葉片長方向旋轉(zhuǎn)并調(diào)整螺距角。在風(fēng)速較低的情況下，增大螺距角，承受風(fēng)的面積增大。當(dāng)成為超過得到額定輸出的轉(zhuǎn)速(額定轉(zhuǎn)速)的風(fēng)速時(shí)，減小螺距角，減小承受風(fēng)的面積。 此時(shí)，例如在額定轉(zhuǎn)速時(shí)，在迎角降低部19，迎角比葉片根21側(cè)的迎角小，因此若移動(dòng)速度一樣，則風(fēng)從葉片面受到的阻力比具有與葉片根21相同的迎角的情況的阻力小。由此，由于風(fēng)沿葉片面進(jìn)一步順暢地流動(dòng)，故而形成于葉片面的邊界層的厚度比葉片端部分具有與葉片根21側(cè)相同的迎角的情況的厚度薄。 這樣，當(dāng)邊界層變薄時(shí)，能夠抑制風(fēng)車葉片9的后緣的渦流的產(chǎn)生，因此可降低噪
聲° 迎角降低部19是為了增大移動(dòng)速度而設(shè)于噪聲的產(chǎn)生較大的風(fēng)車葉片9的前端部分，因此能夠有效地降低噪聲。由此，由于為了降低噪聲而不需要抑制轉(zhuǎn)速，故而可抑制發(fā)電效率等的性能降低。 另外，由于迎角降低部19的迎角被固定，故而即使轉(zhuǎn)速變化相互的關(guān)系也總是不變。 因此，不受轉(zhuǎn)速影響，迎角降低部19與葉片根21側(cè)相比，迎角總是不同，因此可以在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行噪聲的降低。 這樣，風(fēng)力發(fā)電裝置1可降低運(yùn)轉(zhuǎn)中的噪聲的產(chǎn)生。由此，噪聲的限制被緩和，因此例如可靠近居住地設(shè)置等、能夠確保設(shè)置場所的自由度。
(第二實(shí)施方式) 接著使用圖4 圖6說明本發(fā)明第二實(shí)施方式。 本實(shí)施方式中，基本結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式相同，風(fēng)車葉片9的結(jié)構(gòu)不同。因此，本實(shí)施方式中，對(duì)該不同點(diǎn)進(jìn)行說明，其它部分省略重復(fù)的說明。 另外，對(duì)與第一實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同標(biāo)號(hào)，其詳細(xì)的說明省略。
圖4是風(fēng)車葉片9的正面圖。圖5是表示風(fēng)車葉片9的額定轉(zhuǎn)速時(shí)的狀態(tài)的側(cè)面圖。圖6是表示風(fēng)車葉片9停止時(shí)的狀態(tài)的側(cè)面圖。 在風(fēng)車葉片9的前端側(cè)部分設(shè)有迎角降低部19。迎角降低部19如圖6所示，以從葉片根21側(cè)的葉片面朝向葉片端20向正壓面27側(cè)逐漸彎曲變大的方式平滑地彎曲而形成。 該彎曲在風(fēng)車葉片9以規(guī)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)且因風(fēng)而變形時(shí)，如圖5所示，成為迎角降低部19為葉片根21側(cè)的葉片面的大致延長部即葉片根21側(cè)的葉片面和迎角降低部19的葉片面為大致同一面的大小。也有時(shí)用標(biāo)號(hào)19B表示此時(shí)的迎角降低部19。另外，也有時(shí)用標(biāo)號(hào)19A表示停止時(shí)(即制造時(shí))的迎角降低部19。
如上構(gòu)成的風(fēng)力發(fā)電裝置1的運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)作與第一實(shí)施方式大致相同，因此重復(fù)的說明省略，對(duì)不同的部分進(jìn)行說明。 當(dāng)風(fēng)車葉片9旋轉(zhuǎn)時(shí)，風(fēng)車葉片9因風(fēng)的作用產(chǎn)生的力(升力、抗力)而變形。該變形在風(fēng)車葉片9的葉片端部即迎角降低部19增大。 當(dāng)風(fēng)車葉片9的轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，迎角降低部19從停止時(shí)的圖6所示的迎角
降低部19A變化到圖5所示的迎角降低部15B的狀態(tài)。S卩，迎角降低部19B成為葉片根21
側(cè)的葉片面的大致延長部，因此迎角降低部19B的迎角不會(huì)比設(shè)計(jì)值大。 SP，在不具有迎角降低部19的風(fēng)車葉片9中，由于該變形，迎角在前端部比設(shè)計(jì)值
大，噪聲增大，但本實(shí)施方式的風(fēng)車葉片9中，與其相比可降低額定旋轉(zhuǎn)時(shí)的迎角。 因此，本實(shí)施方式中，與不具有迎角降低部19的風(fēng)車葉片9相比，可降低額定轉(zhuǎn)速
時(shí)的噪聲，且可抑制性能降低。 本實(shí)施方式中，迎角降低部19在達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，成為葉片根21側(cè)的葉片面的大致延長部，但不限于此，例如也可以為迎角降低部19產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)且其迎角比葉片根21側(cè)的迎角小的形狀。 另外，本發(fā)明不限于上述的各實(shí)施方式，在不脫離其宗旨的范圍內(nèi)可進(jìn)行適當(dāng)變更。 例如，也可以為同時(shí)具有第一實(shí)施方式的使迎角朝向風(fēng)車葉片9的葉片端20依次減小的結(jié)構(gòu)和第二實(shí)施方式的活用旋轉(zhuǎn)時(shí)的變形的結(jié)構(gòu)的構(gòu)成。
權(quán)利要求
一種風(fēng)車葉片，其截面呈葉片形狀，其中，在從葉片端向葉片根側(cè)的規(guī)定范圍內(nèi)設(shè)有至少降低以規(guī)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)的迎角的迎角降低部。
2. 如權(quán)利要求l所述的風(fēng)車葉片，其中，所述迎角降低部形成為使迎角從葉片根側(cè)的迎角朝向葉片端逐漸降低。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的的風(fēng)車葉片，其中，所述迎角降低部形成為在以所述規(guī)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)成為所述葉片根側(cè)的葉片面的大致延長部。
4. 如權(quán)利要求3所述的風(fēng)車葉片，其中，所述迎角降低部以彎曲從葉片根側(cè)的葉片面向正壓面?zhèn)戎饾u變大的方式平滑地彎曲。
5. —種風(fēng)力發(fā)電裝置，其使用所述權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的風(fēng)車葉片進(jìn)行發(fā)電。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可使在葉片的前端部分的葉片面產(chǎn)生的紊流邊界層變薄且有效地抑制在后緣部產(chǎn)生的噪聲的風(fēng)車葉片及使用該風(fēng)車葉片的風(fēng)力發(fā)電裝置。提供一種風(fēng)車葉片(9)，其截面呈葉片形狀，其中，在從葉片端(20)向葉片根(21)側(cè)的規(guī)定范圍內(nèi)設(shè)有至少降低以規(guī)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)的迎角的迎角降低部(19)。
文檔編號(hào)F03D1/06GK101784790SQ20078010031
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2007年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月19日
發(fā)明者刈込界, 松尾淳, 林健太郎, 細(xì)谷浩之, 西野宏 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社