JP6677783B1 - Propeller device - Google Patents

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Abstract

【課題】従来と比較して低風速からのカットイン風速を実現できる高効率なプロペラ装置を得る。【解決手段】プロペラ装置は、回転中心部に固定された複数の主ブレードを有する主プロペラと、主プロペラと第1距離を隔てた異なる位置で回転中心部に固定された複数の副ブレードを有する副プロペラとを備え、複数の主ブレードのそれぞれは、回転中心部から外周側になるに従って翼弦長が短くなる形状を有し、複数の副ブレードのそれぞれは、回転中心部から外周側になるに従って翼弦長が長くなる形状を有する。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a highly efficient propeller device capable of realizing a cut-in wind speed from a low wind speed as compared with a conventional one. A propeller device includes a main propeller having a plurality of main blades fixed to a center of rotation, and a plurality of auxiliary blades fixed to the center of rotation at different positions separated from the main propeller by a first distance. With a sub-propeller, each of the plurality of main blades has a shape in which the chord length becomes shorter from the rotation center toward the outer circumference, and each of the plurality of sub blades goes from the rotation center toward the outer circumference. Has a shape in which the chord length increases. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、主プロペラおよび副プロペラを備えたプロペラ装置に関する。   The present invention relates to a propeller device including a main propeller and a sub-propeller.

従来の発電機用のプロペラ装置に関連する技術として、ハブと、スピナーと、少なくとも2枚の主ブレードとを備える風車ロータがある(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に係る風車ロータでは、隣り合う2枚の主ブレードの翼根部間の領域の少なくとも一部を覆うように、少なくとも一枚の副ブレードが設けられている。   As a technique related to a conventional propeller device for a generator, there is a windmill rotor including a hub, a spinner, and at least two main blades (for example, see Patent Document 1). In the wind turbine rotor according to Patent Literature 1, at least one sub-blade is provided so as to cover at least a part of a region between blade roots of two adjacent main blades.

このような副ブレードは、ハブまたはスピナーから風車ロータの径方向外方に延出し、主ブレードよりも翼長が短い構成を備えている。また、副ブレードのコード長は、羽根側からはね先端側へ向けて単調減少している。   Such an auxiliary blade extends radially outward of the wind turbine rotor from the hub or the spinner, and has a configuration in which the blade length is shorter than that of the main blade. Further, the cord length of the sub-blade decreases monotonously from the blade side toward the splash tip side.

さらに、特許文献1に係る副ブレードは、下式(1)の関係を有している。
Copt−Cmain≦Cs≦0.5Copt (1)
Further, the sub-blade according to Patent Document 1 has a relationship represented by the following expression (1).
Copt-Cmain ≦ Cs ≦ 0.5 Copt (1)

ここで、上式(1)におけるCopt、Cmain、Csのそれぞれは、以下の内容を意味している。
Copt:翼長方向位置xに対応する風車ロータの半径位置rにおける主ブレードの最適コード長
Cmain:半径位置rにおける主ブレードのコード長
Cs:コード長
Here, each of Copt, Cmain, and Cs in the above equation (1) means the following contents.
Copt: Optimum code length of the main blade at the radial position r of the wind turbine rotor corresponding to the blade length direction position x Cmain: Code length of the main blade at the radial position r Cs: Code length

そして、主ブレードの最適コード長Coptは、下式(2)で表される。   Then, the optimum code length Copt of the main blade is expressed by the following equation (2).

Figure 0006677783
Figure 0006677783

その結果、特許文献1に係る風車ロータは、風車ロータ全体としての内側セクションにおける空力性能を向上させることができ、風車ロータにおける翼効率の効果的な改善を図ることができる。   As a result, the wind turbine rotor according to Patent Document 1 can improve the aerodynamic performance in the inner section as the entire wind turbine rotor, and can effectively improve the blade efficiency of the wind turbine rotor.

特開2015−86822号公報JP-A-2005-86822

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。特許文献1に係る風車ロータの羽根形状は、主ブレード、副ブレードともに、比較的周速比が高く、ある程度の高回転で性能を発揮するタイプのものである。従って、特許文献1に係る風車ロータのブレードは、低風速、低回転時に大きなトルクを発生し、カットイン風速を大きく改善できるようなブレードではなかった。   However, the related art has the following problems. The blade shape of the wind turbine rotor according to Patent Document 1 is of a type in which both the main blade and the sub-blade have a relatively high peripheral speed ratio and exhibit performance at a certain high rotation. Therefore, the blade of the wind turbine rotor according to Patent Literature 1 is not a blade that generates a large torque at low wind speeds and low rotation speeds and can greatly improve the cut-in wind speed.

その一方で、設置環境によっては、低風速、低回転時において、所望のトルクを発生し、適切な発電量を得ることが要求される。   On the other hand, depending on the installation environment, it is required to generate a desired torque and obtain an appropriate power generation amount at low wind speed and low rotation.

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、従来と比較して低風速からのカットイン風速を実現できる高効率な発電機用のプロペラ装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and has an object to obtain a high-efficiency propeller device for a generator that can realize a cut-in wind speed from a low wind speed as compared with the related art. I do.

本発明に係るプロペラ装置は、回転中心部に固定された複数の主ブレードを有する主プロペラと、主プロペラと第1距離を隔てた異なる位置で回転中心部に固定された複数の副ブレードを有する副プロペラとを備え、複数の主ブレードのそれぞれは、回転中心部から外周側になるに従って翼弦長が短くなる形状を有し、複数の副ブレードのそれぞれは、回転中心部から外周側になるに従って翼弦長が長くなる形状を有するものである。   A propeller device according to the present invention includes a main propeller having a plurality of main blades fixed to a center of rotation, and a plurality of sub-blades fixed to the center of rotation at different positions separated from the main propeller by a first distance. A main propeller, and each of the plurality of main blades has a shape in which the chord length becomes shorter from the center of rotation to the outer peripheral side, and each of the plurality of sub blades is closer to the outer peripheral side from the center of rotation. Has a shape in which the chord length becomes longer in accordance with

本発明によれば、低回転時において副ブレードのトルクで主ブレードのトルクをアシストできる構成を備えている。この結果、従来と比較して低風速からのカットイン風速を実現できる高効率な発電機用のプロペラ装置を得ることができる。   According to the present invention, a configuration is provided in which the torque of the main blade can be assisted by the torque of the auxiliary blade during low rotation. As a result, it is possible to obtain a high-efficiency propeller device for a generator capable of realizing a cut-in wind speed from a low wind speed as compared with the related art.

本発明の実施の形態1に係るプロペラ装置を示す正面図である。1 is a front view showing a propeller device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1に係る図1のプロペラ装置を示す側面図である。FIG. 2 is a side view showing the propeller device of FIG. 1 according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態2に係るプロペラ装置の発生トルクおよびカットイン風速の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the generated torque and cut-in wind speed of the propeller apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係るプロペラ装置の発生トルクの特性を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating characteristics of generated torque of a propeller device according to Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施の形態4に係る主プロペラの発生トルクに関する説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram relating to a generated torque of a main propeller according to Embodiment 4 of the present invention. 本発明の実施の形態5に係るプロペラ装置が、ダウンウインド型として設置された際の、副プロペラと支柱5との位置関係を示した説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing a positional relationship between a sub propeller and a support post 5 when a propeller device according to a fifth embodiment of the present invention is installed as a downwind type. 本発明の実施の形態5に係るプロペラ装置の発生トルクの特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the generated torque of the propeller apparatus which concerns on Embodiment 5 of this invention.

以下、本発明のプロペラ装置の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of a propeller device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係るプロペラ装置を示す正面図である。また、図2は、本発明の実施の形態1に係る図1のプロペラ装置を示す側面図である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a front view showing a propeller device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a side view showing the propeller device of FIG. 1 according to Embodiment 1 of the present invention.

発電機用のプロペラ装置は、流体の流れのエネルギーを回転エネルギーに変換する。流体としては、空気、水などが挙げられる。発電機用のプロペラ装置は、回転可能に設けられた主プロペラ1と、主プロペラ1に対して上流側に設置された副プロペラ2を備えている。主プロペラ1と副プロペラ2とは、図示しない発電機の回転軸に接続されている。   Propeller devices for generators convert the energy of a fluid stream into rotational energy. Examples of the fluid include air and water. The propeller device for a generator includes a main propeller 1 rotatably provided and a sub-propeller 2 installed upstream of the main propeller 1. The main propeller 1 and the sub-propeller 2 are connected to a rotating shaft of a generator (not shown).

主プロペラ1は、円柱形状の回転中心部3と、回転中心部3に設けられた複数の主ブレード1aとを有している。なお、以下の説明において、径方向とは、回転中心部3についての径方向とする。また、周方向とは、回転中心部3についての周方向とする。さらに、軸方向とは、回転中心部3についての軸方向とする。   The main propeller 1 has a columnar rotation center 3 and a plurality of main blades 1 a provided in the rotation center 3. In the following description, the radial direction is the radial direction of the rotation center 3. Further, the circumferential direction is a circumferential direction about the rotation center portion 3. Further, the axial direction is the axial direction of the rotation center 3.

主ブレード1aは、回転中心部3から径方向外側に向かって延びるように、回転中心部3に固定されている。図1においては、3枚の主ブレード1aが、周方向に等間隔に並べて配置されている。さらに、3枚の主ブレード1aは、径方向に延びるほど主ブレード1aの周方向の幅が狭くなっている。すなわち、主ブレード1aは、周方向において、翼型の前縁と後縁とを結ぶ直線の長さである翼弦長が、外周側になるに従って短くなっている。   The main blade 1a is fixed to the rotation center 3 so as to extend radially outward from the rotation center 3. In FIG. 1, three main blades 1a are arranged at equal intervals in the circumferential direction. Further, as the three main blades 1a extend in the radial direction, the circumferential width of the main blades 1a decreases. That is, in the main blade 1a, in the circumferential direction, the chord length, which is the length of a straight line connecting the leading edge and the trailing edge of the airfoil, becomes shorter toward the outer peripheral side.

このような形状を有する主プロペラ1は、周方向に回転する。主プロペラ1が回転することによって、発電機の回転軸が回転する。発電機の回転軸は、水平方向に延びて配置されている。言い換えれば、プロペラ装置に用いられる発電機は、水平軸発電機として構成されている。   The main propeller 1 having such a shape rotates in the circumferential direction. As the main propeller 1 rotates, the rotating shaft of the generator rotates. The rotating shaft of the generator extends horizontally. In other words, the generator used for the propeller device is configured as a horizontal axis generator.

一方、副プロペラ2は、主プロペラ1と同様に、円柱形状の回転中心部3と、回転中心部3に設けられた複数の副ブレード2aとを有している。副プロペラ2は、回転中心部3から径方向外側に向かって延びるように、回転中心部3に固定されている。図1においては、3枚の副ブレード2aが、周方向に等間隔に並べて配置されている。さらに、3枚の副ブレード2aは、径方向に延びるほど副ブレード2aの周方向の幅が広くなっている。すなわち、副ブレード2aは、周方向において、翼型の前縁と後縁とを結ぶ直線の長さである翼弦長が、外周側になるに従って長くなっている。   On the other hand, similarly to the main propeller 1, the sub-propeller 2 has a column-shaped rotation center portion 3 and a plurality of sub-blades 2a provided in the rotation center portion 3. The auxiliary propeller 2 is fixed to the rotation center 3 so as to extend radially outward from the rotation center 3. In FIG. 1, three sub-blades 2a are arranged at equal intervals in the circumferential direction. Further, as for the three sub-blades 2a, the width in the circumferential direction of the sub-blade 2a is increased as it extends in the radial direction. That is, in the sub-blade 2a, in the circumferential direction, the chord length, which is the length of a straight line connecting the leading edge and the trailing edge of the airfoil, becomes longer toward the outer peripheral side.

そして、図1に示すように、副プロペラ2の径方向の中心線は、主プロペラ1の径方向の中心線に対して角度θを有している。また、図1および図2に示すように、半径R1を有する主プロペラ1と、半径R2を有する副プロペラ2とは、軸方向において距離Lを有して配置されている。このような形状および配置を有する主プロペラ1および副プロペラ2は、互いに同期して周方向に回転する。   Then, as shown in FIG. 1, the radial center line of the sub-propeller 2 has an angle θ with respect to the radial center line of the main propeller 1. As shown in FIGS. 1 and 2, the main propeller 1 having the radius R1 and the sub-propeller 2 having the radius R2 are arranged with a distance L in the axial direction. The main propeller 1 and the sub-propeller 2 having such a shape and arrangement rotate in the circumferential direction in synchronization with each other.

ここで、主プロペラ1は、揚力型で高回転タイプのプロペラである。一方、主プロペラ1と比較して周速比の低い副プロペラ2は、低回転タイプのプロペラである。従って、本実施の形態1に係るプロペラ装置によれば、このような2つのプロペラを同軸上に取り付けることによって、低回転時のプロペラ効率を向上させることができる。この結果、低回転からのカットイン風速を実現する発電機用のプロペラ装置を提供できる。   Here, the main propeller 1 is a lift-type high-rotation type propeller. On the other hand, the auxiliary propeller 2 having a lower peripheral speed ratio than the main propeller 1 is a low-rotation type propeller. Therefore, according to the propeller device according to the first embodiment, by attaching such two propellers coaxially, the propeller efficiency at the time of low rotation can be improved. As a result, it is possible to provide a propeller device for a generator that realizes a cut-in wind speed from a low rotation.

なお、カットイン風速とは、プロペラ装置の主プロペラ1および副プロペラ2が回転を始めて、発電を開始できる状態となる風速のことである。   Note that the cut-in wind speed is a wind speed at which the main propeller 1 and the sub-propeller 2 of the propeller device start rotating and can start power generation.

実施の形態2.
本実施の形態2では、図1に示した角度θによるプロペラ装置の特性の違いについて、詳細に説明する。
図3は、本発明の実施の形態2に係るプロペラ装置の発生トルクおよびカットイン風速の特性を示す図である。より具体的には、図3は、主プロペラ1の径方向の中心線と副プロペラ2の径方向の中心線との角度θを0°〜100°の範囲で変化させたときの、発電機用のプロペラ装置の発生トルクおよびカットイン風速のそれぞれの特性を示したものである。
Embodiment 2 FIG.
In the second embodiment, the difference in the characteristics of the propeller device depending on the angle θ shown in FIG. 1 will be described in detail.
FIG. 3 is a diagram illustrating characteristics of generated torque and cut-in wind speed of a propeller device according to Embodiment 2 of the present invention. More specifically, FIG. 3 shows a generator when the angle θ between the radial center line of the main propeller 1 and the radial center line of the sub-propeller 2 is changed in the range of 0 ° to 100 °. FIG. 2 shows characteristics of a generated torque and a cut-in wind speed of a propeller device for use.

トルクは、風速8m/s、1000rpm時(高風速高回転時)の発生トルクを、最大トルク100として数値化しており、図3の左側の縦軸に目盛りが付されている。また、カットイン風速は、発電開始時のトルクを40cN・mとしたときの風速を、最低風速を1として数値化しており、図3の右側の縦軸に目盛りが付されている。図3の特性から、高風速、高回転時においては、θ=60°の時が最も発生トルクが大きいことがわかる。また、カットイン風速に関しては、θ=50°の時が、最もカットイン風速が低いことがわかる。   As the torque, the generated torque at a wind speed of 8 m / s and 1000 rpm (at high wind speed and high rotation) is quantified as the maximum torque 100, and the scale is attached to the left vertical axis in FIG. Further, the cut-in wind speed is expressed as a numerical value with the minimum wind speed being 1 when the torque at the start of power generation is 40 cN · m, and the scale is attached to the vertical axis on the right side of FIG. From the characteristics of FIG. 3, it can be seen that the generated torque is the largest when θ = 60 ° at high wind speed and high rotation. As for the cut-in wind speed, it can be seen that the cut-in wind speed is lowest when θ = 50 °.

一般的に、発電機用のプロペラ装置の設置場所および設置条件によって、カットイン風速重視か、最大トルク重視かが変わってくる。例えば、発電機用のプロペラ装置が、あまり風の吹かない街中に設置される場合には、カットイン風速重視となる。一方、発電機用のプロペラ装置が、元々、風の強い海岸地帯、あるいは山岳地帯に設置される場合には、最大トルク重視となる。図3に示した結果から、最大トルクと最低カットイン風速のそれぞれについて、5%程度までの悪化を許容した場合、θは、45°〜65°の範囲が適切な値となる。   In general, whether the cut-in wind speed is important or the maximum torque is important depends on the installation location and the installation conditions of the generator propeller device. For example, when a propeller device for a generator is installed in a city where the wind does not blow much, the cut-in wind speed is emphasized. On the other hand, when the propeller device for the generator is originally installed in a windy coastal area or a mountainous area, the maximum torque is emphasized. From the results shown in FIG. 3, when the maximum torque and the minimum cut-in wind speed are allowed to deteriorate to about 5%, θ is in a range of 45 ° to 65 °.

以上説明したように、本実施の形態2に係るプロペラ装置によれば、角度θを変更することによって、プロペラ装置の設置場所および設置条件に応じて、カットイン風速重視、また最大トルク重視による適切な特性を実現できる。   As described above, according to the propeller device according to the second embodiment, by changing the angle θ, the cut-in wind speed is emphasized and the proper torque is emphasized according to the maximum torque in accordance with the installation location and installation conditions of the propeller device. Characteristics can be realized.

さらに、主プロペラと副プロペラの角度調整を行うことができる機構を準備しておくことによって、同一部品を使用した上で、プロペラ装置の設置場所および設置条件に応じて、カットイン風速重視、また最大トルク重視による適切な特性に対応することができる。   Furthermore, by preparing a mechanism that can adjust the angle of the main propeller and the sub-propeller, using the same parts, the cut-in wind speed is emphasized according to the installation location and installation conditions of the propeller device, and It is possible to cope with appropriate characteristics based on the emphasis on the maximum torque.

実施の形態3.
本実施の形態3では、図1に示した半径R2、および図2に示した距離Lによるトルク特性の違いについて、詳細に説明する。
副プロペラ2は、主プロペラ1よりも風上側に配置されている。ここで、主プロペラ1および副プロペラ2のそれぞれのプロペラ重心の距離Lと副プロペラ2の半径R2との比であるL/R2と、プロペラ装置の発生トルクとの関係について説明する。
Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment, the difference between the torque characteristics according to the radius R2 shown in FIG. 1 and the distance L shown in FIG. 2 will be described in detail.
The auxiliary propeller 2 is arranged more windward than the main propeller 1. Here, the relationship between L / R2, which is the ratio of the distance L between the center of gravity of the propeller of each of the main propeller 1 and the auxiliary propeller 2 and the radius R2 of the auxiliary propeller 2, and the torque generated by the propeller device will be described.

図4は、本発明の実施の形態3に係るプロペラ装置の発生トルクの特性を示す図である。より具体的には、図3は、L/R2を変化させたときの、プロペラ装置の発生トルクの特性を示したものである。なお、図4の縦軸は、副プロペラ2の影響のないL/R2の寸法時の発生トルクを1として、トルクを数値化している。図4に示すように、L/R2が0.2の場合、約5%のトルク低下が測定された。   FIG. 4 is a diagram illustrating characteristics of generated torque of a propeller device according to Embodiment 3 of the present invention. More specifically, FIG. 3 shows the characteristics of the generated torque of the propeller device when L / R2 is changed. Note that the vertical axis of FIG. 4 is a numerical value of the torque, with the generated torque at the time of L / R2 dimensions not affected by the sub-propeller 2 as 1. As shown in FIG. 4, when L / R2 was 0.2, a torque reduction of about 5% was measured.

副プロペラ2は、低風速、低回転時に大きなトルクを発生することで低いカットイン風速を実現し、かつ、高風速、高回転時の主プロペラ1の性能を劣化させないことが重要である。主プロペラ1の性能劣化への影響をなくすためには、図4に示すように、L/R2が0.3以上となるように、距離Lと半径R2との比を設定すれば良い。   It is important that the sub-propeller 2 realizes a low cut-in wind speed by generating a large torque at low wind speed and low rotation speed, and does not deteriorate the performance of the main propeller 1 at high wind speed and high rotation speed. In order to eliminate the influence on the performance deterioration of the main propeller 1, as shown in FIG. 4, the ratio between the distance L and the radius R2 may be set so that L / R2 becomes 0.3 or more.

ただし、プロペラ装置の小型化を考慮した場合には、L/R2を0.2以上に設定することで、トルク低下を5%以内に抑えることができる。この結果、小型でかつ発電効率の良いプロペラ装置を実現できる。   However, in consideration of miniaturization of the propeller device, the torque reduction can be suppressed to within 5% by setting L / R2 to 0.2 or more. As a result, a small-sized propeller device with high power generation efficiency can be realized.

また、本実施の形態3に係るプロペラ装置の構成では、副プロペラ2を風上側に、主プロペラ1を風下側に設置している。ダウンウインド方式の風力発電機の場合には、主プロペラ1および副プロペラ2を支えるための支柱が、これらのプロペラより風上側に配置されるため、支柱によるプロペラ性能の劣化が発生する。   In the configuration of the propeller device according to the third embodiment, the sub-propeller 2 is installed on the leeward side, and the main propeller 1 is installed on the leeward side. In the case of a downwind type wind power generator, the props for supporting the main propeller 1 and the sub-propeller 2 are arranged on the windward side of these propellers, so that the props deteriorate the propeller performance.

特に、ブレード先端の周速が速い主プロペラ1は、支柱による影響を大きく受ける傾向がある。そこで、本実施の形態3に係るプロペラ装置の構成では、主プロペラ1を支柱から遠ざけて設置している。これにより、支柱の影響を少なくし、プロペラ性能の劣化の改善効果を得ることができ、高効率の発電を可能とするプロペラ装置を実現できる。   In particular, the main propeller 1 having a high peripheral speed at the blade tip tends to be greatly affected by the columns. Therefore, in the configuration of the propeller device according to the third embodiment, the main propeller 1 is installed away from the support. This makes it possible to reduce the influence of the columns and obtain an effect of improving the deterioration of the propeller performance, thereby realizing a propeller device capable of high-efficiency power generation.

実施の形態4.
本実施の形態4では、主プロペラ1による、径方向の距離に応じて発生するトルクについて、詳細に説明する。
図5は、本発明の実施の形態4に係る主プロペラ1の発生トルクに関する説明図である。具体的には、図5は、回転中心部3からの径方向の距離Rと、主プロペラ1の径R1との比(R/R1)に対する、各径での断面のトルク割合を表したものである。R/R1=1がプロペラの先端になり、R/R1=0がプロペラの中心になる。
Embodiment 4 FIG.
In the fourth embodiment, the torque generated by the main propeller 1 according to the radial distance will be described in detail.
FIG. 5 is an explanatory diagram relating to the generated torque of main propeller 1 according to Embodiment 4 of the present invention. Specifically, FIG. 5 shows a torque ratio of a cross section at each diameter with respect to a ratio (R / R1) between a radial distance R from the rotation center portion 3 and a diameter R1 of the main propeller 1. It is. R / R1 = 1 becomes the tip of the propeller, and R / R1 = 0 becomes the center of the propeller.

図5の結果から、主プロペラ1は、先端の約30%で、発生トルク全体の約70%が占められていることがわかる。このことから、風上側に位置する副プロペラ2の半径R2を、主プロペラ1の半径R1の70%以下にすることで、高風速、高回転時に、副プロペラ2による主プロペラ1の性能の妨害を極力減らし、かつ、低カットイン風速を実現する発電機用のプロペラ装置を得ることができる。   From the results in FIG. 5, it can be seen that the main propeller 1 accounts for about 30% of the tip and about 70% of the entire generated torque. Therefore, by setting the radius R2 of the sub-propeller 2 located on the windward side to be 70% or less of the radius R1 of the main propeller 1, the sub-propeller 2 interferes with the performance of the main propeller 1 at high wind speed and high rotation. , And a propeller device for a generator that realizes a low cut-in wind speed can be obtained.

なお、副プロペラ2の半径R2は、主プロペラ1の70%の範囲内において、極力大きいほど、より小さな低カットイン風速を実現できる。一方、副プロペラ2の半径R2が小さいほど、主プロペラ1への妨害が少ないため、高風速、高回転時の性能を向上させることができる。   Note that, as the radius R2 of the sub-propeller 2 is as large as possible within a range of 70% of the main propeller 1, a smaller low cut-in wind speed can be realized. On the other hand, the smaller the radius R2 of the auxiliary propeller 2 is, the less the disturbance to the main propeller 1 is, so that the performance at high wind speed and high rotation can be improved.

従って、プロペラ装置の設置場所および設置条件によって、半径R1と半径R2との比が適切な値となるように、主プロペラ1および副プロペラ2を設計することで、設置場所および設置条件に応じて最適のプロペラ装置を実現できる。   Therefore, by designing the main propeller 1 and the sub-propeller 2 so that the ratio between the radius R1 and the radius R2 becomes an appropriate value depending on the installation place and the installation conditions of the propeller device, the installation is performed according to the installation place and the installation conditions. An optimal propeller device can be realized.

実施の形態5.
本実施の形態5では、支柱と副プロペラ2との距離の適正化について、詳細に説明する。
図6は、本発明の実施の形態5に係るプロペラ装置が、ダウンウインド型として設置された際の、副プロペラ2と支柱5との位置関係を示した説明図である。図6に示すように、支柱5は、直径dを有し、軸方向において風上側に位置する副プロペラ2との距離が、距離Xとなるように配置されている。なお、支柱5の上部に設けられたナセル4の中には、発電機等が収納されており、発電機の回転軸に、主プロペラ1および副プロペラ2が接続されている。
Embodiment 5 FIG.
In the fifth embodiment, the adjustment of the distance between the column and the sub-propeller 2 will be described in detail.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a positional relationship between the sub-propeller 2 and the column 5 when the propeller device according to Embodiment 5 of the present invention is installed as a down-window type. As shown in FIG. 6, the column 5 has a diameter d, and is arranged such that the distance from the auxiliary propeller 2 located on the windward side in the axial direction is the distance X. Note that a generator and the like are housed in the nacelle 4 provided on the upper part of the column 5, and the main propeller 1 and the sub-propeller 2 are connected to the rotating shaft of the generator.

また、図7は、本発明の実施の形態5に係るプロペラ装置の発生トルクの特性を示す図である。より具体的には、図7は、d/Xを変化させたときの、プロペラ装置の発生トルクの測定結果を示したものである。   FIG. 7 is a diagram showing characteristics of generated torque of the propeller device according to Embodiment 5 of the present invention. More specifically, FIG. 7 shows a measurement result of the generated torque of the propeller device when d / X is changed.

図7の測定結果によれば、支柱5の直径dに対する、支柱5と副プロペラ2との距離Xの比率(d/X)が、0.85以下の場合には、支柱5の影響をほぼなくすことができる。実際には、支柱5の直径dは、使用する環境において十分な強度を有する必要があり、強度面から支柱5の直径dが決定される。このため、下式(3)のように、支柱5の直径dから、支柱5と副プロペラ2との距離Xを規定することができる。
X ≧ d/0.85 (3)
According to the measurement results of FIG. 7, when the ratio (d / X) of the distance X between the support 5 and the sub-propeller 2 to the diameter d of the support 5 is 0.85 or less, the influence of the support 5 is substantially reduced. Can be eliminated. Actually, the diameter d of the column 5 needs to have sufficient strength in the environment in which it is used, and the diameter d of the column 5 is determined from the strength surface. Therefore, the distance X between the column 5 and the sub-propeller 2 can be defined from the diameter d of the column 5 as in the following equation (3).
X ≧ d / 0.85 (3)

上式(3)に従って距離Xを規定することで、設置環境に応じて決定された支柱5の直径dに対して、適切な距離Xを求めることができる。この結果、小型で高効率の発電機用のプロペラ装置を実現できる。また、小型化を実現することで、各部の部品も強度的に有利になり、軽量化の実現も可能となる。   By defining the distance X according to the above equation (3), it is possible to obtain an appropriate distance X for the diameter d of the column 5 determined according to the installation environment. As a result, a small and highly efficient propeller device for a generator can be realized. Also, by realizing the miniaturization, the components of each part are advantageous in terms of strength, and the weight can be reduced.

なお、上述した実施の形態1〜5では、複数の主ブレード1aおよび複数の副ブレード2aが、図1に例示したように、それぞれ3枚として構成される場合について説明した。しかしながら、複数の主ブレード1aおよび複数の副ブレード2aの枚数は、3枚に限定されるものではない。複数の主ブレード1aおよび複数の副ブレード2aの枚数は、2枚、あるいは4枚以上であっても、複数の主ブレードのそれぞれが回転中心部から外周側になるに従って翼弦長が短くなる形状を有し、複数の副ブレードのそれぞれが回転中心部から外周側になるに従って翼弦長が長くなる形状を有することで、3枚の場合と同様の効果を得ることができる。   In the above-described first to fifth embodiments, a case has been described in which the plurality of main blades 1a and the plurality of sub-blades 2a are each configured as three blades as illustrated in FIG. However, the number of the plurality of main blades 1a and the plurality of sub-blades 2a is not limited to three. Even if the number of the main blades 1a and the number of the sub-blades 2a are two or four or more, the chord length becomes shorter as each of the main blades moves from the center of rotation to the outer periphery. And each of the plurality of sub-blades has a shape in which the chord length becomes longer from the center of rotation to the outer peripheral side, whereby the same effect as in the case of three blades can be obtained.

1 主プロペラ、1a 主ブレード、2 副プロペラ、2a 副ブレード、3 回転中心部、4 ナセル、5 支柱。   1 Main propeller, 1a main blade, 2 sub-propeller, 2a sub-blade, 3 rotation center, 4 nacelle, 5 columns.

Claims (5)

回転中心部に固定された複数の主ブレードを有する主プロペラと、
前記主プロペラと距離Lを隔てた位置で前記回転中心部に固定された複数の副ブレードを有する副プロペラと
を備え、
前記複数の主ブレードのそれぞれは、前記回転中心部から外周側になるに従って翼弦長が短くなる形状を有し、
前記複数の副ブレードのそれぞれは、前記回転中心部から外周側になるに従って翼弦長が長くなる形状を有する
プロペラ装置。
A main propeller having a plurality of main blades fixed to the center of rotation,
A sub-propeller having a plurality of sub-blades fixed to the rotation center at a position separated by a distance L from the main propeller;
Each of the plurality of main blades has a shape in which the chord length becomes shorter as going from the rotation center portion to the outer peripheral side,
The propeller device, wherein each of the plurality of sub-blades has a shape in which a chord length becomes longer from the center of rotation to an outer peripheral side.
前記複数の主ブレードは、120°間隔で配置された3枚の主ブレードで構成され、
前記複数の副ブレードは、120°間隔で配置された3枚の副ブレードで構成され、
前記主プロペラの径方向の中心線と副プロペラの径方向の中心線との角度θは、45°〜65°の範囲である
請求項1に記載のプロペラ装置。
The plurality of main blades are constituted by three main blades arranged at intervals of 120 °,
The plurality of sub-blades are configured by three sub-blades arranged at 120 ° intervals,
The propeller device according to claim 1, wherein an angle θ between a radial centerline of the main propeller and a radial centerline of the sub-propeller is in a range of 45 ° to 65 °.
前記副プロペラは、前記主プロペラに対して前記距離Lを隔てて風上側に配置されており、
前記複数の副ブレードのそれぞれの半径を半径R2としたとき、前記距離Lと前記半径R2との比であるL/R2が、0.2以上である
請求項1または2に記載のプロペラ装置。
The auxiliary propeller is arranged on the windward side with the distance L from the main propeller,
3. The propeller device according to claim 1, wherein when a radius of each of the plurality of sub-blades is a radius R <b> 2, a ratio L / R2 between the distance L and the radius R <b> 2 is 0.2 or more. 4.
前記副ブレードの半径は、前記主ブレードの半径の70%以下である
請求項1から3のいずれか1項に記載のプロペラ装置。
The propeller device according to claim 1, wherein a radius of the auxiliary blade is equal to or less than 70% of a radius of the main blade.
前記主プロペラに対して風上側に配置された前記副プロペラから、距離Xを隔ててさらに風上側に配置され、前記主プロペラおよび前記副プロペラを支える支柱をさらに備え、
前記支柱の直径を直径dとしたとき、比率d/Xが、0.85以下である
請求項1から4のいずれか1項に記載のプロペラ装置。
The auxiliary propeller disposed on the windward side with respect to the main propeller, further disposed on the windward side with a distance X therebetween, further comprising a support column for supporting the main propeller and the auxiliary propeller,
The propeller device according to any one of claims 1 to 4, wherein a ratio d / X is 0.85 or less when a diameter of the support is a diameter d.
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