JPH0478801B2 - - Google Patents
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- JPH0478801B2 JPH0478801B2 JP61228455A JP22845586A JPH0478801B2 JP H0478801 B2 JPH0478801 B2 JP H0478801B2 JP 61228455 A JP61228455 A JP 61228455A JP 22845586 A JP22845586 A JP 22845586A JP H0478801 B2 JPH0478801 B2 JP H0478801B2
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- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、波浪の有するエネルギーを機械的な
回転運動に変換する装置、より具体的には、対称
翼型をしたブレードを有するタービンに関するも
のである。Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a device for converting the energy of waves into mechanical rotational motion, and more specifically to a turbine having symmetrical blades. It is.
（従来の技術）
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。なお、主要な海洋エネルギーとしては、温度
差、波浪、潮汐、海流、濃度差、そして生物の各
エネルギーがある。(Conventional technology) In Japan, which is surrounded by the ocean on all sides and has few fossil fuel resources such as coal and oil, the effective use of ocean energy is a technical issue that must be solved in order to diversify energy supply sources. one of. The main ocean energies include temperature differences, waves, tides, ocean currents, concentration differences, and the energy of living organisms.
これら各エネルギーの中、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（以下ウエルズタービン
と言う）を用いた波力発電装置がある。 Among these types of energy, there are devices that utilize wave energy by converting the vertical motion of waves into air pressure and rotating a turbine using the airflow generated by this conversion.One of these is a device that uses symmetrical airfoil blades. There is a wave power generation device using a turbine (hereinafter referred to as a Wells turbine).
この装置は、第３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
に導くガイド部２と、ガイド部２内に配設された
タービン３とを具え、このタービン３は、発電機
を内蔵した発電ユニツト４に、図示しない軸を介
して連結されている。 As schematically shown in FIG. 3, this device includes an air chamber 1 that converts the vertical motion of waves into air pressure, a guide section 2 that guides the air flow generated by this conversion to the outside or inside the air chamber. The turbine 3 includes a turbine 3 disposed within the guide portion 2, and the turbine 3 is connected to a power generation unit 4 having a built-in generator via a shaft (not shown).
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
れガイド部２を介して、大気圧に等しい空気室外
方に流出する。この時、ガイド部２を流れる空気
流によつて、タービンブレード５には揚力と抗力
とが発生する。これら揚力と抗力とは、タービン
ブレード５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
の力は、タービンを回転させるべく作用する。 For example, when the sea level within the air chamber 1 rises as shown by arrow A in the figure, the air within the air chamber 1 is compressed and flows out through the guide portion 2 to the outside of the air chamber, which is equal to atmospheric pressure. At this time, the airflow flowing through the guide portion 2 generates lift and drag on the turbine blade 5. These lift and drag forces act separately into a force in the chordal length direction of the turbine blade 5 and a force in a direction perpendicular to this force, and the force in the chordal length direction of the blade acts to rotate the turbine.
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１内の圧力は、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
ド部２を介して空気室内に流入する。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、ブレードの翼型が対称であるため、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の
方向が単に変化する。 On the other hand, when the sea level inside the air chamber 1 falls as shown by arrow B in the figure, the pressure inside the air chamber 1 decreases compared to the pressure outside, so the outside air flows through the guide part 2. and flows into the air chamber. The direction of the flow is opposite to that when the sea level rises, but because the airfoil of the blade is symmetrical, the direction of the force acting chordwise on the blade remains constant regardless of the direction of the airflow. , the direction of the force perpendicular to the chord length simply changes.
それゆえ、ウエルズタービンは、その回転方向
が常に一定であるので波力発電に適したタービン
と言える。 Therefore, the Wells turbine can be said to be a turbine suitable for wave power generation because its rotation direction is always constant.
（発明が解決すべき問題点）
このウエルズ・タービンは、上述したところか
ら明かなように、作動流体の往復流に対して常に
一定方向の回転を得ることができ、しかも構造が
簡単で保守も容易であり、その適用範囲が広いと
言う特徴を有するものであるが、従来のタービン
に比べて特性、特にはその起動特性が劣ると言う
問題があつた。(Problems to be Solved by the Invention) As is clear from the above, this Wells turbine can always obtain rotation in a constant direction with respect to the reciprocating flow of the working fluid, and has a simple structure and is easy to maintain. Although it is easy to use and has a wide range of applications, it has a problem in that its characteristics, particularly its starting characteristics, are inferior to conventional turbines.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたも
のであり、ウエルズタービンの有する特徴を損な
うことなく、起動特性、更にはタービン効率を向
上させたタービンを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a turbine with improved starting characteristics and turbine efficiency without impairing the characteristics of the Wells turbine.
（発明の開示）
この目的を達成するため、本発明ウエルズター
ビンは、とくに、タービンブレードの前縁からそ
の弦長の35％近傍の範囲内に位置してタービンブ
レードのスパン方向に延在する線分をロータハブ
の半径方向に延在する線分に整列させてなる。(Disclosure of the Invention) To achieve this object, the Wells turbine of the present invention particularly provides a line extending in the span direction of the turbine blade located within approximately 35% of the chord length of the leading edge of the turbine blade. are aligned with line segments extending in the radial direction of the rotor hub.
（実施例）
以下図面を参照して本発明装置について詳述す
る。(Example) The apparatus of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第１図ａは、本発明ウエルズタービンの一実施
例を示す平面図であり、タービン１０は、シヤフ
ト１２に固着されたロータハブ１４と、このロー
タハブに一体的に取付けられた本実施例では簡略
のため４枚としたタービンブレード１６とを有す
る。 FIG. 1a is a plan view showing one embodiment of the Wells turbine of the present invention. The turbine 10 includes a rotor hub 14 fixed to a shaft 12, and a simple structure in this embodiment that is integrally attached to the rotor hub. Therefore, the turbine blade 16 has four blades.
タービンブレード１６は、第１図ｂに示すよう
に、対称翼型をしており、そのスパン方向、すな
ちブレードの先端からロータハブ１４へのその取
付け点までの直線距離方向に延在する線分QR
を、ロータハブ１４の半径方向に延在する線分
OPに整列させるとともに、その線分QRがタービ
ンブレード１４の前縁からその弦長ｌに対し35％
近傍に位置するようにする。なお、このような構
成としても、アスペクト比、ハブ比、ソリデイテ
イが変わることがない。 The turbine blades 16 have a symmetrical airfoil profile, as shown in FIG. minute QR
is a line segment extending in the radial direction of the rotor hub 14
In addition to aligning with OP, the line segment QR is 35% of the chord length l from the leading edge of the turbine blade 14.
Be located nearby. Note that even with such a configuration, the aspect ratio, hub ratio, and solidity do not change.
本発明ウエルズタービンの有意性を確認するた
め、タービンブレードの弦長ｌに対する線分QR
の前縁からの距離の比ｆをパラメータとし、吸込
式風胴を用いて比較実験を行つた。なお、本発明
者等の研究によれば、ソリデイテイ0.6前後、ア
スペクト比0.5翼圧比20％前後のNACA翼で、翼
枚数が６枚のタービンが優れた特性を示すことが
判明している。そこで比較実験においては、翼圧
比20％としたNACA翼よりなり、翼弦長ｌ＝90
mm、ハブ比ｈ＝0.7とした６枚のブレードを有す
るタービンを用い、ｆをパラメータとして、それ
ぞれトルク係数CT、タービン効率ηと翼先端を
基準とした平均迎え角αtとの関係を調べた。ここ
で平均迎え角αtは、タービンブレードの先端にお
ける周速Utに対する空気流のシヤフト軸線方向
における速度Vaの比で表され、トルク係数CTは、
タービンに生起されたトルクをＴとすると次式で
表される無次元化した値であり、タービンの自己
起動特性を特徴づけるものである。 In order to confirm the significance of the Wells turbine of the present invention, the line segment QR with respect to the chord length l of the turbine blade
A comparative experiment was conducted using a suction type wind cylinder, using the ratio f of the distance from the leading edge of the wind turbine as a parameter. According to research conducted by the present inventors, it has been found that a NACA blade with a solidity of around 0.6, an aspect ratio of 0.5, and a blade pressure ratio of around 20%, and a turbine with six blades, exhibits excellent characteristics. Therefore, in the comparative experiment, we used a NACA blade with a blade pressure ratio of 20%, and the chord length l = 90.
Using a turbine with 6 blades with mm and hub ratio h = 0.7, the relationship between torque coefficient C T , turbine efficiency η, and average angle of attack α t with respect to the blade tip was investigated using f as a parameter. Ta. Here, the average angle of attack α t is expressed as the ratio of the speed V a of the airflow in the shaft axial direction to the circumferential speed U t at the tip of the turbine blade, and the torque coefficient C T is
Letting T be the torque generated in the turbine, it is a dimensionless value expressed by the following equation, which characterizes the self-starting characteristics of the turbine.
CT＝Ｔ／１／２・ρ・Wt2・Ｚ・ｎ・ｌ・rt
ここで、ρ、Wt、Ｚ、ｎ、rtは、それぞれ空
気密度、翼先端の相対速度、翼枚数、翼幅、ハブ
の中心から翼先端までの半径を示している。C T = T/1/2・ρ・Wt 2・Z・n・l・r tHere, ρ, Wt, Z, n, r t are the air density, the relative speed of the blade tip, the number of blades, and It shows the wing span, the radius from the center of the hub to the tip of the wing.
また、タービン効率ηは次式で与えらる無次元
化した値である。 Further, the turbine efficiency η is a dimensionless value given by the following equation.
η＝Ｔ・ω／ΔP・Ｑ
ここで、ω、ΔP、Ｑはそれぞれタービンの角
速度、タービンの前後の差圧、そしてタービンを
通過する空気の流量である。 η=T・ω/ΔP・Q Here, ω, ΔP, and Q are the angular velocity of the turbine, the pressure difference before and after the turbine, and the flow rate of air passing through the turbine, respectively.
比較実験の結果をそれぞれ第２図ａ〜ｄに示
す。ここで、第２図ａは平均迎え角αtとトルク係
数CTとの関係を、第２図ｂは平均迎え角αtとター
ビン効率ηとの関係を、第２図ｃはロータハブの
角速度ωと当該角速度を得るのに要する時間ｔと
の関係を、そして、第２図ｄはタービンを通過す
る空気流れの最大流量係数φnと平均タービン効
率〓との関係をそれぞれ示している。また、第２
図中、ｆ＝0.5とあるのは、従来のウエルズター
ビンに対応しており、第４図に示したように、ロ
ータハブの半径方向線分OPに整列し、タービン
ブレードのスパン方向に延在する線分QRが、タ
ービンブレードの前縁から弦長ｌの50％の位置に
ある。また図中の「Γ」は翼が失速開始状態にあ
ることを示している。 The results of the comparative experiments are shown in Figures 2a-d, respectively. Here, Figure 2a shows the relationship between the average angle of attack α t and the torque coefficient C T , Figure 2b shows the relationship between the average angle of attack α t and the turbine efficiency η, and Figure 2c shows the angular velocity of the rotor hub. FIG. 2d shows the relationship between ω and the time t required to obtain the angular velocity, and FIG. 2d shows the relationship between the maximum flow coefficient φ n of the air flow passing through the turbine and the average turbine efficiency. Also, the second
In the figure, f = 0.5 corresponds to the conventional Wells turbine, which is aligned with the radial line segment OP of the rotor hub and extends in the span direction of the turbine blades, as shown in Figure 4. A line segment QR is located at 50% of the chord length l from the leading edge of the turbine blade. Further, "Γ" in the figure indicates that the blade is in a stall starting state.
第２図ａからは、ｆ＝０、即ち、タービンブレ
ードのスパン方向に延在する線分QRがタービン
ブレードの前縁に対応しロータハブの半径方向に
一致したものを除き、いずれのタービンも平均迎
え角αtが15〜18°の範囲にある時に失速すること
がわかる。平均迎え角αtがさらに減少すると、ｆ
値を0.5より小さくしたもの、つまり、線分QRを
ブレード前縁から弦長ｌの50％未満としたものの
方が、トルク係数CTが大きく、好ましくはｆを
35％近傍とすることにより、失速後のタービンの
自己起動特性が、従来のタービンに比べて向上す
ることがわかる。また、波の周期的な往復運動に
伴つて生起される非定常的な空気流れに起因して
タービンブレードの平均迎え角αTが変動するにも
拘らず、ｆが50％である既知のウエルズタービン
に比べて、平均迎え角αtの広範囲に亙る領域でト
ルクを発生し得るので、そのような空気流れか
ら、その一周期の間に取出し得るエネルギー量を
増大させることができる。 From Fig. 2a, it can be seen that f = 0, that is, all turbines have an average of It can be seen that the vehicle stalls when the angle of attack α t is in the range of 15 to 18 degrees. As the average angle of attack α t decreases further, f
The torque coefficient C T is larger when the value is smaller than 0.5, that is, when the line segment QR is less than 50% of the chord length l from the leading edge of the blade, and preferably f is
It can be seen that by setting it to around 35%, the self-starting characteristics of the turbine after stalling are improved compared to conventional turbines. Furthermore, although the average angle of attack α T of the turbine blades fluctuates due to the unsteady air flow caused by the periodic reciprocating motion of waves, the known Wells where f is 50% Compared to turbines, the ability to generate torque over a wide range of average angle of attack α t increases the amount of energy that can be extracted from such air flow during one cycle.
このことは、第２図ｂに示すところからも明ら
かであり、平均迎え角αTの変動にも拘らずタービ
ン効率ηが高い値を取るためには、ｆを35％近傍
とすること有利である。 This is clear from what is shown in Figure 2b, and in order for the turbine efficiency η to take a high value despite fluctuations in the average angle of attack α T , it is advantageous to set f near 35%. be.
一方、ロータハブが或る角速度ωとなるまでに
要する時間の関係を示す第２図ｃからは、ｆを
「０」としたものを除き、当該値を35％近傍とし
てものの方が、ｆが50％である従来のウエルズタ
ービンに比して、より短時間のうちに所定速度に
達成することがわかる。そして、波の一周期に関
連する最大流量係数φnと平均効率とを示す第
２図ｄからもｆを35％近傍の値とすることが有利
であることがわかる。 On the other hand, from Figure 2c, which shows the relationship between the time required for the rotor hub to reach a certain angular velocity ω, excluding the case where f is set to 0, the case where the value is set near 35% shows that f is 50%. It can be seen that the predetermined speed can be achieved in a shorter period of time compared to the conventional Wells turbine, which has a speed of 100%. It can also be seen from FIG. 2d, which shows the maximum flow coefficient φ n and the average efficiency related to one cycle of the wave, that it is advantageous to set f to a value near 35%.
（発明の効果）
以上述べたように、本発明ウエルズタービン
は、タービンブレードの前縁からその弦長の35％
近傍に位置してタービンブレードのスパン方向に
延在する線分を、ロータハブの半径方向に整列さ
せる構成とすることにより、従来のウエルズター
ビンの有する特徴を損なうことなく、その自己起
動特性を向上させると共に、空気の往復流れの有
する運動エネルギーを効率良く機械的な運動に変
換することができる。しかも、何ら特別な手段や
装置を別途必要としないことから、製造コスト的
にも従来のウエルズタービンと同様に製造するこ
とができるなど、数多くの利点がある。(Effects of the Invention) As described above, the Wells turbine of the present invention has a wind turbine blade whose chord length is approximately 35% from the leading edge of the turbine blade.
By aligning line segments located nearby and extending in the span direction of the turbine blades in the radial direction of the rotor hub, the self-starting characteristics of conventional Wells turbines are improved without impairing their characteristics. At the same time, the kinetic energy of the reciprocating air flow can be efficiently converted into mechanical motion. Furthermore, since no special means or equipment are required, the turbine has many advantages, including the fact that it can be manufactured at the same cost as conventional Wells turbines.
第１図ａは、本発明ウエルズタービンを示す
図、第１図ｂは、第１図ａに示すタービンブレー
ドの翼型を示す図、第２図ａ〜ｄは、本発明ウエ
ルズタービンの平均迎え角とトルク係数との関
係、平均迎え角とタービン効率との関係、ロータ
ハブ角速度とそれに要する時間との関係、そし
て、タービンを通過する空気流れの最大流量係数
と平均タービン効率との関係をそれぞれ示す図で
ある。第３図は、ウエルズタービンを用いた波力
発電装置を示す略線図、第４図は、従来のウエル
ズタービンを示す図である。
１……空気室、２……ガイド部、３，１０……
タービン、４……発電ユニツト、５，１６……タ
ービンブレード、１２……シヤフト、１４……ロ
ータハブ。
FIG. 1a is a diagram showing the Wells turbine of the present invention, FIG. 1b is a diagram showing the airfoil of the turbine blade shown in FIG. 1a, and FIGS. The relationship between angle and torque coefficient, the relationship between average angle of attack and turbine efficiency, the relationship between rotor hub angular velocity and the time required for it, and the relationship between maximum flow coefficient of airflow through the turbine and average turbine efficiency, respectively. It is a diagram. FIG. 3 is a schematic diagram showing a wave power generation device using a Wells turbine, and FIG. 4 is a diagram showing a conventional Wells turbine. 1... Air chamber, 2... Guide section, 3, 10...
Turbine, 4...Power generation unit, 5, 16...Turbine blade, 12...Shaft, 14...Rotor hub.
Claims (1)
し、作動流体の往復流れに対し常に一方向に回転
するウエルズタービンにおいて、タービンブレー
ドの前縁からその弦長の35％近傍に位置してター
ビンブレードのスパン方向に延在する線分を、ロ
ータハブの半径方向に整列させてなることを特徴
とする波力発電用ウエルズタービン。1. In a Wells turbine that has multiple turbine blades with a symmetrical airfoil shape and always rotates in one direction in response to the reciprocating flow of working fluid, the turbine blade is located approximately 35% of the chord length from the leading edge of the turbine blade. A Wells turbine for wave power generation, characterized in that line segments extending in the span direction of the rotor hub are aligned in the radial direction of the rotor hub.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61228455A JPS6385201A (en) | 1986-09-29 | 1986-09-29 | Wells turbine for wave activated power generation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61228455A JPS6385201A (en) | 1986-09-29 | 1986-09-29 | Wells turbine for wave activated power generation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6385201A JPS6385201A (en) | 1988-04-15 |
| JPH0478801B2 true JPH0478801B2 (en) | 1992-12-14 |
Family
ID=16876757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61228455A Granted JPS6385201A (en) | 1986-09-29 | 1986-09-29 | Wells turbine for wave activated power generation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6385201A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DK2630366T3 (en) * | 2010-10-22 | 2018-10-29 | Wave Power Renewables Ltd | Turbine rotor unit |
| JP6524396B2 (en) * | 2014-04-16 | 2019-06-05 | 国立大学法人 東京大学 | Wave power generation turbine |
| JP6354051B2 (en) * | 2014-04-16 | 2018-07-11 | 国立大学法人 東京大学 | Wave power turbine |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5888402A (en) * | 1981-11-20 | 1983-05-26 | Mitsubishi Electric Corp | Turbine driven by shuttling air flow |
-
1986
- 1986-09-29 JP JP61228455A patent/JPS6385201A/en active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5888402A (en) * | 1981-11-20 | 1983-05-26 | Mitsubishi Electric Corp | Turbine driven by shuttling air flow |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6385201A (en) | 1988-04-15 |
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