JPS6385201A - Wells turbine for wave activated power generation - Google Patents
Wells turbine for wave activated power generationInfo
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- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
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 sea on all sides and has few fossil fuel resources such as coal and oil, the effective use of ocean energy is
This is one of the technical issues that must be solved in order to diversify energy supply sources. 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
下ウェ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ット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って、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、ウェルズタービンは、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）
このウェルズ・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が劣ると言う問題があ
った。(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 the problem of inferior characteristics compared 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
、ウェルズタービンの有する特徴を損なうことなく、そ
の特性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 characteristics without impairing the characteristics of the Wells turbine.
（発明の開示）
この目的を達成するため、本発明ウェルズタービンは、
とくに、タービンブレードの前縁からその弦長の５０％
未満の範囲内に位置し、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) In order to achieve this object, the Wells turbine of the present invention has the following features:
In particular, 50% of the chord length from the leading edge of the turbine blade.
The line segment extending in the span direction of the turbine blade is aligned with the line segment 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、本発明ウェ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、シャフト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. 1(a) is a plan view showing an embodiment of the Wells turbine of the present invention, and the turbine 10 includes a rotor hub 14 fixed to a shaft 12, and in this embodiment the turbine is integrally attached to the rotor hub. It has four turbine blades 16 for simplicity.
タービンブレード１６は、第１図ら）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へのその取付は点までの直線路
ａｔ方向に延在する線分ＯＲ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（ＩＲがタービンブレード１４の前縁からその弦長β
に対し５０％未満、好ましくは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、ソリディティが変わることがない。The turbine blade 16 has a symmetrical airfoil shape, as shown in FIG. The line segment OR extending in the radial direction of the rotor hub 14 is aligned with the line segment OP extending in the radial direction of the rotor hub 14.
50%, preferably around 35%. Note that even with such a configuration, the aspect ratio, hub ratio, and solidity do not change.
本発明ウェ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ＱＲＯ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
験を行った。なお、本発明者等の研究によれば、ソリデ
ィティ０．６前後、アスペクト比０．５翼圧化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Ａ
’＝９０ｍｍ、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
ぞれトルク枚数ＣＴ 、タービン効率ηと翼先端を基準
とした平均迎え角α、との関係を調べた。ここで平均迎
え角α、は、タービンブレードの先端における周速Ｕ、
に対する空気流のシャ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 effectiveness of the Wells turbine of the present invention, a comparative experiment was conducted using a suction type wind cylinder, using the ratio f of the distance from the leading edge of the line segment QRO to the chord length l of the turbine blade as a parameter. According to the research conducted by the present inventors, it was found that a NACA blade with a solidity of around 0.6, an aspect ratio of 0.5, and a blade pressure of around 20%, and a turbine with six blades, exhibited excellent characteristics. are doing. Therefore, in a comparative experiment, we used a NACA blade with a blade pressure ratio of 20% and a chord length of A.
Using a turbine with 6 blades with ' = 90 mm and hub ratio h = 0.7, the torque number CT, turbine efficiency η, and average angle of attack α with respect to the blade tip are calculated using f as a parameter. I investigated the relationship. Here, the average angle of attack α is the circumferential speed U at the tip of the turbine blade,
The torque coefficient CT is expressed as the ratio of the speed va of the airflow in the shaft axial direction to It is characterized by
Ｃ７＝□ 一・ρ・Ｗｔ２ ・ｚ −ｎ −１−ｒ。C7=□ 1・ρ・Wt2・z −n −1−r.
ここで、ρｌ １ＩｌｔＴ Ｚ＋ ’＋ ｒｔは、それ
ツレ空気密度、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。Here, ρl 1IltT Z+ '+ rt indicates the air density, the relative speed of the blade tip, the number of blades, the blade width, and the radius from the center of the hub to the blade tip.
また、タービン効率ηは次式で与えられる無次元化した
値である。Further, the turbine efficiency η is a dimensionless value given by the following equation.
Ｔ ・ω
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。T·ω 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.
比較実験の結果を第２図（ａ）、（ｂ）に示す。第２図
（ａ）は、平均迎え角α、とトルク係数０７ との関係
を示す図であり、第２図（６）は、平均迎え角α、とタ
ービン効率ηとの関係を示す。なお、ｆ＝０．５の実験
例は、従来のウェルズタービンに対応しており、第４図
に示したように、ロータフ１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Ｏ
Ｒが、タービンブレードの前縁から弦長β０５０％の位
置にある。また図中の「・」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 experiment are shown in FIGS. 2(a) and (b). FIG. 2(a) is a diagram showing the relationship between the average angle of attack α and the torque coefficient 07, and FIG. 2(6) is a diagram showing the relationship between the average angle of attack α and the turbine efficiency η. The experimental example with f=0.5 corresponds to a conventional Wells turbine, which is aligned with the radial line segment OP of the rotor blade 1 and aligned in the span direction of the turbine blades, as shown in Fig. 4. Extending line segment O
R is located at a chord length β050% from the leading edge of the turbine blade. In addition, the symbol "・" in the figure indicates that the wing is in a stall starting state.
第２図（ａ）からは、ｆ＝０、つまりスパン方向に延在
する線分ＯＲがタービンブレードの前縁に一致したもの
を除き、いずれのタービンも平均迎え角α、が１５〜１
８°の範囲にある時に失速することがわかる。平均迎え
角α、がさらに減少すると、ｒ値を０．５より小さくし
たもの、つまり、線分ＯＲ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Ｃ１が大きい
ことがわかる。それゆえ、ｆ値を０．５未満、好ましく
はｆ値を０．３５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向上するこ
とがわかる。From FIG. 2(a), it can be seen that the average angle of attack α of all turbines is 15 to 1, except for the case where f=0, that is, the line segment OR extending in the span direction coincides with the leading edge of the turbine blade.
It can be seen that the vehicle stalls when it is in the 8° range. When the average angle of attack α further decreases, the torque coefficient C1 is larger when the r value is smaller than 0.5, that is, when the line segment OR is less than 50% of the chord length l from the leading edge of the blade. I understand. Therefore, it can be seen that by setting the f value to less than 0.5, preferably around 0.35, the self-starting characteristics of the turbine after stalling are improved compared to conventional turbines.
一方、第２図（ｂ）からは、ｆ＝０としたタービンを除
き、各タービンは、ｆ値に拘らずほぼ同程度のタービン
効率ηを示すことがわかる。On the other hand, it can be seen from FIG. 2(b) that, except for the turbine where f=0, each turbine exhibits approximately the same turbine efficiency η regardless of the f value.
しかしながら、海面の上下運動を変換することにより生
起される空気流は、海面の上下運動に応じてほぼ周期的
に速度Ｖａ、すなわちタービンの軸線方向における速度
が変動し、それゆえ平均迎え角α、も変動する。したが
って海水の有する運動エネルギーを有効に取出すには、
平均迎え角α。However, the airflow generated by converting the vertical motion of the sea surface has a speed Va, that is, a speed in the axial direction of the turbine, which varies almost periodically in accordance with the vertical motion of the sea surface, and therefore the average angle of attack α, Also fluctuates. Therefore, in order to effectively extract the kinetic energy of seawater,
Average angle of attack α.
の変動に拘らずタービン効率ηが高い一定値を一取るも
のであることが望ましく、第２図ら）から明かなように
ｆ値を０．５より小さく、好ましくはｆ＝０．３５近傍
とするのが良い。It is desirable that the turbine efficiency η maintains a high constant value regardless of fluctuations in the f value. It's good.
（発明の効果）
以上述べたように、本発明ウェルズタービンは、タービ
ンブレードのスパン方向に延在する線分を、ブレードの
前縁からその翼弦長の３５％近傍に位置させるとともに
、ロータハブ半径方向に延在する線分に整列させる構成
とすることにより、従来のウェ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改善し、また
往復流の有する運動エネルギーを有効に取り出すことが
できる。(Effects of the Invention) As described above, in the Wells turbine of the present invention, the line segment extending in the span direction of the turbine blade is located in the vicinity of 35% of the chord length from the leading edge of the blade, and the rotor hub radius is By arranging them in line segments extending in the direction, it is possible to improve the self-starting characteristics of the conventional Wells turbine and effectively extract the kinetic energy of the reciprocating flow without impairing the characteristics of the conventional Wells turbine. .
しかも同等特別な手段・装置を必要としないので、製造
コスト的にも有利であるなど、数多くの利点を有する。Moreover, since no equivalent special means or devices are required, it has many advantages, such as being advantageous in terms of manufacturing costs.
第１図（ａ）は、本発明ウェルズタービンを示す図、第
１図ら）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）、（ｂ）は、本発明ウェルズタービンのト
ルク特性及びタービン効率を示す図、
第３図は、ウェルズタービンを用いた波力発電装置を示
す路線図、
第４図は、従来のウェルズタービンを示す図である。FIG. 1(a) is a diagram showing the Wells turbine of the present invention, FIG. 1 et al.) are diagrams showing the airfoil of the turbine blade shown in FIG. 1(a), and FIGS. FIG. 3 is a route diagram showing a wave power generation device using a Wells turbine; FIG. 4 is a diagram showing a conventional Wells turbine.
Claims (1)
動流体の往復流れに対し常に一方向に回転するウェルズ
タービンにおいて、タービンブレードのスパン方向に延
在し、タービンブレードの前縁から弦長の５０％未満の
範囲内に位置する線分を、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ことを特徴とする波力発電用
ウェルズタービン。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 chord length extends in the span direction of the turbine blade and is measured from the leading edge of the turbine blade. A Wells turbine for wave power generation, characterized in that line segments located within a range of less than 50% of the rotor hub are aligned with line segments extending in the radial direction of a 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 true JPS6385201A (en) | 1988-04-15 |
| JPH0478801B2 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) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013543559A (en) * | 2010-10-22 | 2013-12-05 | オーシャンリンクス リミテッド | Turbine rotor assembly |
| JP2015203397A (en) * | 2014-04-16 | 2015-11-16 | 国立大学法人 東京大学 | Wave power turbine |
| JP2015203395A (en) * | 2014-04-16 | 2015-11-16 | 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 |
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| US9279333B2 (en) | 2010-10-22 | 2016-03-08 | Wave Power Renewables Limited | Turbine rotor assembly |
| JP2015203397A (en) * | 2014-04-16 | 2015-11-16 | 国立大学法人 東京大学 | Wave power turbine |
| JP2015203395A (en) * | 2014-04-16 | 2015-11-16 | 国立大学法人 東京大学 | Wave power turbine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0478801B2 (en) | 1992-12-14 |
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