WO2015166813A1 - 軸流羽根車およびタービン - Google Patents

軸流羽根車およびタービン Download PDF

Info

Publication number
WO2015166813A1
WO2015166813A1 PCT/JP2015/061788 JP2015061788W WO2015166813A1 WO 2015166813 A1 WO2015166813 A1 WO 2015166813A1 JP 2015061788 W JP2015061788 W JP 2015061788W WO 2015166813 A1 WO2015166813 A1 WO 2015166813A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor blade
axial
protrusion
rotation
flow impeller
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/061788
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
寛 川嶋
Original Assignee
寛 川嶋
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 寛 川嶋 filed Critical 寛 川嶋
Publication of WO2015166813A1 publication Critical patent/WO2015166813A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/18—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines without stationary working-fluid guiding means
    • F01D1/20—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines without stationary working-fluid guiding means traversed by the working-fluid substantially axially
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • 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
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • 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
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to an axial flow impeller and a turbine having the axial flow impeller.
  • Patent Document 1 In order to improve the output efficiency of an impeller of a turbine such as wind power generation, optimization of a blade shape, bending of a blade tip, addition of a vane or a vortex generator, and the like have been performed (for example, Patent Document 1). See), and no significant improvement in output efficiency has been realized. Therefore, with the aim of drastically improving output efficiency, a cylindrical diffuser (commonly known as a wind lens) formed so that the opening area increases from the wind inlet to the outlet is installed so as to surround the outer periphery of the impeller. A technique for increasing the output of the impeller 2 to 3 times has been developed (see, for example, Patent Document 2). Further, a radial turbine using a flow of air or water in the radial direction from the center of rotation is known as one that can achieve high-efficiency rotation (see, for example, Patent Document 3).
  • a cylindrical diffuser commonly known as a wind lens
  • the radial turbine as described in Patent Document 3 has a high efficiency rotation because of an increase in impulse and reaction force against the turbine, but it is still necessary to increase the size in order to further increase the output efficiency.
  • the radial flow turbine since the radial flow turbine has a three-dimensional structure, it is limited in size by the installation space. For this reason, there has been a problem that there is a limit in improving the output efficiency.
  • This invention is made paying attention to such a subject, and it aims at providing the axial flow impeller and turbine which can improve output efficiency, without enlarging.
  • the inventor of the present invention pays attention to the fact that in the conventional axial flow type impeller, the radial flow component of the fluid flowing in the radial direction from the rotation center along the impeller rotor blades does not contribute to the rotation of the impeller. As a result of trial and error for a technique for effectively utilizing this radial flow component for the rotation of the impeller, the present invention has been achieved.
  • the axial-flow impeller according to the present invention is disposed around the predetermined central axis at an angular interval, and is provided to be able to rotate around the central axis in response to a fluid flow along the central axis direction.
  • Each projecting portion is characterized in that a cross section along the rotating surface of each rotor blade has an airfoil shape that swells outside the rotation.
  • the flow pushes each rotor blade to rotate each rotor blade.
  • the fluid hitting each rotor blade becomes a flow having a rotational direction component and a radial flow direction component of each rotor blade along the upstream surface of each rotor blade. It flows in a direction inclined from the central axis toward the outside from the side edge to the rear edge. A part of the inclined flow hits each protrusion from the central axis side, flows along each protrusion, and escapes to the rear edge in the rotation direction of each rotor blade.
  • the axial flow impeller according to the present invention can increase the rotation efficiency by using the radial flow component along each rotary blade by providing each protrusion, and without increasing the size, the output Efficiency can be improved. Note that the axial flow impeller according to the present invention may be increased in size to further improve the output efficiency.
  • each projecting portion is provided in an arc shape along the rotation direction of each rotor blade, and thus is not easily subjected to resistance due to the rotation of each rotor blade.
  • Each protrusion is preferably formed from the front side edge to the rear side edge in the rotation direction of each rotary blade over the entire width of each rotary blade.
  • Each protrusion may be formed by attaching an arc-shaped protruding piece to the surface of each rotor blade, or may be formed by raising the surface of each rotor blade in an arc shape.
  • An arcuate groove may be formed. The arcuate raised shape and the cross section of the groove may be, for example, a triangular shape.
  • Each protrusion may be formed by arranging a plurality of protrusions in an arc shape.
  • each protrusion may be provided on the downstream surface of each rotor blade.
  • the radial flow component along the downstream surface of each rotor blade can also be used, and the rotational efficiency of each rotor blade can be further increased.
  • each of the rotor blades may be any propeller or screw as long as it is an axial flow type, and may be a conventional axial flow type impeller.
  • each protrusion is inclined forward with respect to the rotation direction of each rotor blade.
  • each protrusion has an airfoil shape in which the cross section along the rotation surface of each rotor blade swells outside the rotation, and therefore flows on the surface of each rotor blade. The fluid generates lift at each protrusion toward the outside of the rotation.
  • a rotational direction component of each rotor blade can be obtained from the lift force, so that the rotation efficiency of each rotor blade can be further increased.
  • by tilting each protrusion forward resistance due to rotation of each rotor blade can be made more difficult to receive, and rotation efficiency can be increased.
  • the turbine according to the present invention includes the axial-flow impeller according to the present invention. Since the turbine according to the present invention includes the axial flow impeller according to the present invention, the output efficiency can be improved without increasing the size.
  • the turbine according to the present invention may be any turbine as long as it can convert the kinetic energy of the fluid into rotational energy, such as a steam turbine, a gas turbine, a water turbine for power generation, a wind power generator, and the like.
  • FIG. 1 A) Front view which shows the axial-flow impeller of embodiment of this invention, (b) The cutting part end view which passes along the center axis
  • FIG. 6 is a cut-part end view, (c) a front view showing a head and one rotary blade of a second modification of the rotary blade, and (b) a cut-part end view passing through the central axis and the center of the rotary blade.
  • the front view which shows the head and one rotary blade of the 3rd modification of the (a) rotary blade of the axial-flow impeller of embodiment of this invention, (b) It passes along the center axis
  • the axial flow impeller 10 includes a head 11, a plurality of rotating blades 12, and a plurality of protrusions 13.
  • the head 11 has a conical shape and is provided so as to be rotatable about its central axis.
  • Each rotary blade 12 has an elongated plate shape, and is arranged around the head 11 at equiangular intervals.
  • Each rotary blade 12 extends from the head 11 in the radial direction, and is attached so that one surface faces the front side of the head 11.
  • Each rotor blade 12 is provided so as to be rotatable around the central axis of the head 11 and inclined with respect to the central axis direction of the head 11 when receiving a fluid flow along the central axis direction of the head 11. .
  • Each protrusion 13 is plate-shaped, and is provided on each rotary blade 12 by the same number with a predetermined interval. Each protrusion 13 is provided on the upstream surface of each rotor blade 12 so as to protrude toward the upstream side. Each protrusion 13 is provided vertically upright with respect to the surface of each rotor blade 12. Each protrusion 13 is provided in a circular arc shape along the rotational direction of each rotary blade 12 over the entire width of each rotary blade 12 from one side edge to the other side edge of each rotary blade 12. In the specific example shown in FIG. 1, the rotor blades 12 are composed of six sheets, and five protrusions 13 are provided on each rotor blade 12.
  • each rotor blade 12 rotates in the direction of arrow A, and fluid flows in the direction of arrow B on the surface of each rotor blade 12.
  • the axial flow impeller 10 can increase the rotation efficiency by using the radial flow components along the rotary blades 12 by providing the protrusions 13, and can increase the output efficiency without increasing the size. Can be improved. Further, even when the axial flow impeller 10 is tilted backward by the downwind method or when coning occurs in which each rotor blade 12 is inclined downstream due to the pressure of the fluid, the radial flow component is increased by each.
  • the protrusion 13 can be used effectively, and the rotation efficiency can be increased.
  • the axial flow impeller 10 can effectively utilize the radial flow component that increases due to the disk effect by the protrusions 13 even when the rotary blades 12 rotate at a high speed, thereby improving the rotation efficiency. it can.
  • the conventional impeller has little contribution to rotation at the end of each rotary blade on the central axis side, but the axial impeller 10 also protrudes from the end of each rotary blade 12 on the central axis side.
  • the contribution to the rotation by the part can be increased and the rotation efficiency can be increased.
  • the axial flow impeller 10 is less susceptible to resistance due to the rotation of each rotary blade 12 because each protrusion 13 is provided in an arc shape along the rotation direction of each rotary blade 12.
  • the axial-flow impeller 10 can be used as an impeller of a turbine such as a steam turbine, a gas turbine, a power generation water turbine, or a wind power generator. Thereby, output efficiency can be improved, without enlarging a turbine.
  • each protrusion 13 may be provided on the downstream surface of each rotor blade 12.
  • the radial flow component along the downstream surface of each rotor blade 12 can also be used, and the rotational efficiency of each rotor blade 12 can be further increased.
  • the axial flow impeller 10 is provided with alternately a raised portion 21 in which the surface of each rotary blade 12 has an arc shape and an arc-shaped groove 22. A shape may be formed, and each raised portion 21 may form each protruding portion 13. The cross sections of the raised portion 21 and the groove 22 are triangular.
  • each protrusion 13 may be formed by arranging a plurality of protrusions 23 in an arc shape.
  • each protrusion 13 has an airfoil shape in which the cross section along the rotation surface of each rotary blade 12 swells outside the rotation, and the rotation direction of each rotary blade 12 is May be tilted forward.
  • the fluid flows along the surface of each rotary blade 12 along each airfoil-shaped protrusion 13, so that lift is generated outward of rotation at each protrusion 13. F is generated.
  • the rotational direction component of each rotor blade 12 is obtained from the lift F, and the rotational efficiency of each rotor blade 12 can be further increased.
  • each rotor blade 12 is tilted forward, it is possible to further reduce resistance to the fluid (arrow B) flowing obliquely on the surface of each rotor blade 12 and to increase the rotation efficiency.
  • Table 1 The experimental results are shown in Table 1.
  • each value of the impeller without the projecting portion 13 is set to 1.00, and the result of the axial flow impeller 10 is shown.
  • the output is weight ⁇ number of rotations.
  • the axial flow impeller 10 having the projecting portion 13 has an output efficiency improved by 130% or more compared to the conventional impeller without the projecting portion 13.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

【課題】大型化することなく、出力効率を改善することができる軸流羽根車およびタービンを提供する。 【解決手段】複数の回転翼が、ヘッドの周囲に等角度間隔で配置され、ヘッドの中心軸方向に沿った流体の流れを受けて、ヘッドの中心軸周りに回転可能に設けられている。複数の突出部が、各回転翼に同じ数ずつ、それぞれ所定の間隔をあけて設けられている。各突出部は、各回転翼の上流側の表面に、上流側に向かって突出し、各回転翼の回転方向に沿って円弧状に設けられている。

Description

軸流羽根車およびタービン
　本発明は、軸流羽根車および、その軸流羽根車を有するタービンに関する。
　従来、風力発電などのタービンの羽根車の出力効率を改善するために、翼型の最適化や翼端部の屈曲、ベーンやボルテックスジェネレータの付与などが行われているが（例えば、特許文献１参照）、大幅な出力効率の改善は実現していない。そこで、大幅な出力効率の改善を目指して、風の入口から出口に向かって開口面積が拡がるよう形成された筒状のディフューザ（通称：風レンズ）を、羽根車の外周を囲うよう取り付けることにより、羽根車の出力を２～３倍に高める技術が開発されている（例えば、特許文献２参照）。また、高効率回転が得られるものとして、回転中心から半径方向への空気や水の流れを利用した半径流タービンが知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００２－３４９４１８号公報 国際公開第２０１０／１０９８００号 特開２００６－３７７９１号公報
　特許文献２に記載の風レンズを利用した風車では、風レンズ自体は固定されて回転に直接寄与せず、その出口の外径は羽根車の直径の１．４倍となっている。この風レンズを利用した風車では、出力効率をさらに高めるためには大型化する必要があるが、風レンズの大きさにより羽根車の大型化に制限を受けてしまう。このため、出力効率の改善には限度があるという課題があった。
　また、特許文献３に記載のような半径流タービンは、タービンに対する衝動力や反動力が増加するため高効率回転となるが、出力効率をさらに高めるためには、やはり大型化する必要がある。しかし、半径流タービンは立体構造を有しているため、設置スペースによって、大型化に制限を受けてしまう。このため、出力効率の改善には限度があるという課題があった。
　本発明は、このような課題に着目してなされたもので、大型化することなく、出力効率を改善することができる軸流羽根車およびタービンを提供することを目的とする。
　本発明者は、従来型の軸流式の羽根車では、羽根車の回転翼に沿って回転中心から半径方向に流れる流体の半径流成分が、羽根車の回転に寄与していないことに着目し、この半径流成分を羽根車の回転に有効に活用するための技術について試行錯誤を行った結果、本発明に至った。
　すなわち、本発明に係る軸流羽根車は、所定の中心軸周りに互いに角度間隔をあけて配置され、前記中心軸方向に沿った流体の流れを受けて前記中心軸周りに回転可能に設けられた複数の回転翼と、各回転翼の上流側の表面に、上流側に向かって突出し、各回転翼の回転方向に沿って円弧状に設けられた１または複数の突出部とを有し、各突出部は、各回転翼の回転面に沿った断面が、回転の外側に膨らんだ翼型形状を成していることを特徴とする。
　本発明に係る軸流羽根車では、各回転翼に中心軸方向に沿って流れる流体が当たると、その流れが各回転翼を押して各回転翼を回転させる。このとき、各回転翼に当たった流体は、各回転翼の上流側の表面に沿って、各回転翼の回転方向成分と半径流方向成分とを有する流れとなり、各回転翼の回転方向の前方側端縁から後方側端縁にかけて、中心軸から外側に向かって傾斜した向きに流れる。その傾斜した流れのうちの一部は、中心軸側から各突出部に当たり、各突出部に沿って流れて各回転翼の回転方向の後方側端縁に抜けていく。このとき、その流れにより各突出部が斜めに押されるため、各回転翼の回転方向成分の力が得られ、各回転翼の回転効率を高めることができる。このように、本発明に係る軸流羽根車は、各突出部を設けることにより、各回転翼に沿った半径流成分を利用して回転効率を高めることができ、大型化することなく、出力効率を改善することができる。なお、本発明に係る軸流羽根車は、大型化してさらに出力効率を改善してもよい。
　本発明に係る軸流羽根車で、各突出部は、各回転翼の回転方向に沿って円弧状に設けられているため、各回転翼の回転による抵抗を受けにくい。各突出部は、各回転翼の幅いっぱいに、各回転翼の回転方向の前方側端縁から後方側端縁にかけて形成されていることが好ましい。また、各突出部は、各回転翼の表面に円弧状の突出片を取り付けて形成されてもよく、各回転翼の表面を円弧状に盛り上げて形成されてもよく、各回転翼の表面に円弧状の溝を形成して形成されてもよい。円弧状の盛り上げ形状や溝の横断面は、例えば三角形状であってもよい。また、各突出部は、複数の突起を円弧状に並べて形成されていてもよい。
　各突出部は、各回転翼に所定の間隔で複数設けられていることが好ましい。また、各突出部は、各回転翼の下流側の表面にも設けられていてもよい。この場合、各回転翼の下流側の表面に沿った半径流成分も利用することができ、各回転翼の回転効率をさらに高めることができる。本発明に係る軸流羽根車で、各回転翼は、軸流式のものであれば、プロペラやスクリュー等いかなるものであってもよく、従来の軸流式の羽根車であってもよい。
　本発明に係る軸流羽根車で、各突出部は、各回転翼の回転方向に対して前傾していることが好ましい。本発明に係る軸流羽根車で、各突出部は、各回転翼の回転面に沿った断面が、回転の外側に膨らんだ翼型形状を成しているため、各回転翼の表面を流れる流体により、各突出部で回転の外側に向かって揚力が発生する。このとき、各突出部を前傾させておくことにより、その揚力から各回転翼の回転方向成分が得られるため、各回転翼の回転効率をさらに高めることができる。また、各突出部を前傾させることにより、各回転翼の回転による抵抗をさらに受けにくくすることができ、回転効率を高めることができる。
　本発明に係るタービンは、本発明に係る軸流羽根車を有することを特徴とする。
　本発明に係るタービンは、本発明に係る軸流羽根車を有しているため、大型化することなく、出力効率を改善することができる。本発明に係るタービンは、流体の運動エネルギーを回転エネルギーに変換可能であれば、いかなるものであってもよく、例えば、蒸気タービンやガスタービン、発電用水車、風力原動機などである。
　本発明によれば、大型化することなく、出力効率を改善することができる軸流羽根車およびタービンを提供することができる。
本発明の実施の形態の軸流羽根車を示す（ａ）正面図、（ｂ）中心軸および回転翼の中心を通る切断部端面図である。 図１に示す軸流羽根車の、突出部に作用する力を示す、突出部を拡大した正面図である。 本発明の実施の形態の軸流羽根車の（ａ）回転翼の第１の変形例の、ヘッドおよび１枚の回転翼を示す正面図、（ｂ）その中心軸および回転翼の中心を通る切断部端面図、（ｃ）回転翼の第２の変形例の、ヘッドおよび１枚の回転翼を示す正面図、（ｂ）その中心軸および回転翼の中心を通る切断部端面図である。 本発明の実施の形態の軸流羽根車の（ａ）回転翼の第３の変形例の、ヘッドおよび１枚の回転翼を示す正面図、（ｂ）その中心軸および回転翼の中心を通る切断部端面図である。
　以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
　図１乃至図４は、本発明の実施の形態の軸流羽根車を示している。
　図１に示すように、軸流羽根車１０は、ヘッド１１と複数の回転翼１２と複数の突出部１３とを有している。
　ヘッド１１は、円錐形を成しており、その中心軸を中心として回転可能に設けられている。
　各回転翼１２は、細長い板状であり、ヘッド１１の周囲に、等角度間隔で配置されている。各回転翼１２は、ヘッド１１から半径方向に伸び、一方の表面がヘッド１１の前方側に向くよう取り付けられている。各回転翼１２は、ヘッド１１の中心軸方向に沿った流体の流れを受けたとき、ヘッド１１の中心軸周りに回転可能に、ヘッド１１の中心軸方向に対して傾斜して設けられている。
　各突出部１３は、板状であり、各回転翼１２に同じ数ずつ、それぞれ所定の間隔をあけて設けられている。各突出部１３は、それぞれ各回転翼１２の上流側の表面に、上流側に向かって突出して設けられている。各突出部１３は、各回転翼１２の表面に対して、垂直に直立して設けられている。各突出部１３は、各回転翼１２の一方の側縁から他方の側縁にかけて各回転翼１２の幅いっぱいに、各回転翼１２の回転方向に沿って円弧状に設けられている。なお、図１に示す具体的な一例では、回転翼１２は６枚から成っており、突出部１３は、各回転翼１２にそれぞれ５つずつ設けられている。
　次に、作用について説明する。
　軸流羽根車１０では、各回転翼１２に中心軸方向に沿って流れる流体が当たると、その流れが各回転翼１２を押して各回転翼１２を回転させる。このとき、各回転翼１２に当たった流体は、各回転翼１２の上流側の表面に沿って、各回転翼１２の回転方向成分と半径流方向成分とを有する流れとなり、各回転翼１２の回転方向の前方側端縁から後方側端縁にかけて、中心軸から外側に向かって傾斜した向きに流れる。図１および図２に示す具体例では、各回転翼１２が矢印Ａの方向に回転し、各回転翼１２の表面では、矢印Ｂの方向に流体が流れる。
　その傾斜した流れのうちの一部は、中心軸側から各突出部１３に当たり、各突出部１３に沿って流れて各回転翼１２の回転方向の後方側端縁に抜けていく。このとき、その流れにより各突出部１３が斜めに押されるため、各回転翼１２の回転方向成分の力が得られ、各回転翼１２の回転効率を高めることができる。これを図２に示す具体例で示すと、矢印Ｂの方向の流れが各突出部１３に当たると、その流れによる衝動力Ｃと反動力Ｄが発生し、それらの合力Ｅから回転翼１２の回転方向成分が得られ、各回転翼１２の回転効率を高めることができる。
　このように、軸流羽根車１０は、各突出部１３を設けることにより、各回転翼１２に沿った半径流成分を利用して回転効率を高めることができ、大型化することなく、出力効率を改善することができる。また、軸流羽根車１０は、ダウンウインド方式で後傾したり、流体の圧力で各回転翼１２が下流側に傾斜するコーニングが発生したりしたときでも、それらにより増加する半径流成分を各突出部１３により有効活用することができ、回転効率を高めることができる。また、軸流羽根車１０は、各回転翼１２が高速で回転したときでも、その円板効果により増加する半径流成分を各突出部１３により有効活用することができ、回転効率を高めることができる。
　また、従来の羽根車は、各回転翼の中心軸側の端部で、回転への寄与が少なかったが、軸流羽根車１０は、各回転翼１２の中心軸側の端部にも突出部１３を設けることにより、その部分による回転への寄与を増やし、回転効率を高めることができる。また、軸流羽根車１０は、各突出部１３が各回転翼１２の回転方向に沿って円弧状に設けられているため、各回転翼１２の回転による抵抗を受けにくい。軸流羽根車１０は、蒸気タービンやガスタービン、発電用水車、風力原動機などのタービンの羽根車として使用することができる。これにより、タービンを大型化することなく、出力効率を改善することができる。
　なお、軸流羽根車１０で、各突出部１３は、各回転翼１２の下流側の表面にも設けられていてもよい。この場合、各回転翼１２の下流側の表面に沿った半径流成分も利用することができ、各回転翼１２の回転効率をさらに高めることができる。また、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、軸流羽根車１０は、各回転翼１２の表面が円弧状の盛上部２１と、円弧状の溝２２とが交互に設けられた形状を成し、各盛上部２１が各突出部１３を成していてもよい。盛上部２１や溝２２の横断面は、三角形状である。また、図３（ｃ）および（ｄ）に示すように、各突出部１３は、複数の突起２３を円弧状に並べて形成されていてもよい。
　また、図４に示すように、各突出部１３は、各回転翼１２の回転面に沿った断面が、回転の外側に膨らんだ翼型形状を成し、各回転翼１２の回転方向に対して前傾していてもよい。この場合、図４（ａ）に示すように、翼型形状の各突出部１３に沿って、各回転翼１２の表面を流体が流れることにより、各突出部１３で回転の外側に向かって揚力Ｆが発生する。このとき、各回転翼１２が前傾しているため、その揚力Ｆから各回転翼１２の回転方向成分が得られ、各回転翼１２の回転効率をさらに高めることができる。また、各回転翼１２が前傾しているため、各回転翼１２の表面を斜めに流れる流体（矢印Ｂ）による抵抗をさらに受けにくくすることができ、回転効率を高めることができる。
［回転実験］
　図４に示す軸流羽根車１０を用いて、回転効率を調べる実験を行った。実験に使用した軸流羽根車１０は、各回転翼１２の直径が280mm、ピッチ角度が10度、各突出部１３の高さが5mmである。また、軸流羽根車１０の正面から風速5m/sの風を当て、非接触赤外線式回転計により各回転翼１２の回転数を測定した。また、比較のために、突出部１３がない以外は同じ条件の羽根車についても、実験を行った。
　実験結果を、表１に示す。表１では、突出部１３がない羽根車の各値を１．００として、軸流羽根車１０の結果を示している。また、出力は、重量×回転数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、突出部１３を有する軸流羽根車１０は、突出部１３がない従来型の羽根車と比べて、出力効率が１３０％以上改善されていることが確認された。
　１０　軸流羽根車
　１１　ヘッド
　１２　回転翼
　１３　突出部
 
　２１　盛上部
　２２　溝
　２３　突起
 

Claims (4)

  1. 　所定の中心軸周りに互いに角度間隔をあけて配置され、前記中心軸方向に沿った流体の流れを受けて前記中心軸周りに回転可能に設けられた複数の回転翼と、
    　各回転翼の上流側の表面に、上流側に向かって突出し、各回転翼の回転方向に沿って円弧状に設けられた１または複数の突出部とを有し、
    　各突出部は、各回転翼の回転面に沿った断面が、回転の外側に膨らんだ翼型形状を成していることを
    　特徴とする軸流羽根車。
  2. 　各突出部は、複数の突起を円弧状に並べて形成されていることを特徴とする請求項１記載の軸流羽根車。
  3. 　各突出部は、各回転翼の回転方向に対して前傾していることを特徴とする請求項１または２記載の軸流羽根車
  4. 　請求項１乃至３のいずれか１項に記載の軸流羽根車を有することを特徴とするタービン。
     
PCT/JP2015/061788 2014-04-28 2015-04-17 軸流羽根車およびタービン WO2015166813A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-093223 2014-04-28
JP2014093223A JP5670591B1 (ja) 2014-04-28 2014-04-28 軸流羽根車およびタービン

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015166813A1 true WO2015166813A1 (ja) 2015-11-05

Family

ID=52573840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/061788 WO2015166813A1 (ja) 2014-04-28 2015-04-17 軸流羽根車およびタービン

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5670591B1 (ja)
WO (1) WO2015166813A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3535489B1 (en) * 2016-11-04 2022-07-27 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine blade with boundary layer fence

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017067059A (ja) * 2015-10-03 2017-04-06 遊生 井手 風車の翼

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06137298A (ja) * 1992-10-23 1994-05-17 Aisin Chem Co Ltd ファンのブレード構造
JPH09100774A (ja) * 1995-10-06 1997-04-15 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 風力発電装置用ブレード
JPH11201021A (ja) * 1998-01-06 1999-07-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 風車翼
DE102005049794A1 (de) * 2005-10-18 2007-04-19 Eew Maschinenbau Gmbh Propeller
JP4097020B2 (ja) * 2002-07-04 2008-06-04 幸雄 中田 回転翼
WO2013120946A1 (en) * 2012-02-17 2013-08-22 Lm Wp Patent Holding A/S Wind turbine blade having a shaped stall fence or flow diverter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06137298A (ja) * 1992-10-23 1994-05-17 Aisin Chem Co Ltd ファンのブレード構造
JPH09100774A (ja) * 1995-10-06 1997-04-15 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 風力発電装置用ブレード
JPH11201021A (ja) * 1998-01-06 1999-07-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 風車翼
JP4097020B2 (ja) * 2002-07-04 2008-06-04 幸雄 中田 回転翼
DE102005049794A1 (de) * 2005-10-18 2007-04-19 Eew Maschinenbau Gmbh Propeller
WO2013120946A1 (en) * 2012-02-17 2013-08-22 Lm Wp Patent Holding A/S Wind turbine blade having a shaped stall fence or flow diverter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3535489B1 (en) * 2016-11-04 2022-07-27 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine blade with boundary layer fence

Also Published As

Publication number Publication date
JP5670591B1 (ja) 2015-02-18
JP2015209831A (ja) 2015-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10288036B2 (en) Rotor
JP5785181B2 (ja) タービン
FI122540B (fi) Radiaalisiipipyörä
JP2007529662A5 (ja)
WO2005090779A1 (en) Turbine and rotor therefor
JP2010537097A5 (ja)
JP2020537729A (ja) 流動エネルギーシステム、特にジャケット付き風力タービン
EP3129278B1 (en) High pitch stall resisting propeller
EP3421780B1 (en) Rotor blade
JP2007332871A (ja) 風車用羽根車
US20150110627A1 (en) Blade bucket structure for savonius turbine
WO2015166813A1 (ja) 軸流羽根車およびタービン
RU2006117267A (ru) Лопаточный аппарат рабочего колеса радиально-осевой гидротурбины
JP2018507973A5 (ja)
JP2006307843A5 (ja)
JP2015166562A (ja) 強風による過回転を防止できる垂直軸抗力型風車及び風力発電装置
JP2020033885A (ja) 軸流羽根車およびタービン
JP4814186B2 (ja) 抗力型風車
US20120087791A1 (en) Wind turbine device
JP6354051B2 (ja) 波力発電タービン
JP6997580B2 (ja) 縦長ブレード及び縦軸ロータ
JP6034205B2 (ja) 風車
JP6047348B2 (ja) 流体用回転装置
JP6357668B2 (ja) 波力発電タービン
JP2015203395A (ja) 波力発電タービン

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15785548

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15785548

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1