アクティブ製御式可動案内羽根を有する直線翼垂直軸風車の開発

主动制造可动导叶直叶片垂直轴风力机的研制

• 批准号: 22917015
• 负责人: 奥原 真哉
• 金额: $ 0.36万
• 依托单位: Matsue National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22917015/
• 关键词: 直線翼垂直軸風車; アクティブ制御; 可動式案内羽根

直線翼垂直軸風車はプロペラ風車とは異なり、風向に対する風車の方位制御が不要で、さらに重量物を地上近くに設置できる利点があるため、近年注目を集めている。この風車はプロペラ風車に比べてパワー係数(風車の効率)や起動性が低いが、可動案内羽根を採用することにより改善できることが従来の研究で明らかにされている。しかし、従来の可動案内羽根の位置制御は尾翼によるパッシブ制御式で、案内羽根位置が尾翼の挙動に依存するため常に最適な位置にあるとは限らない。また、尾翼の使用により風車が大型化する問題がある。本研究では、直線翼垂直軸風車へのアクティブ制御式可動案内羽根の採用による風車の小型化とさらなる高出力化を図るため、風洞によるモデル試験を行った。風車ロータ(回転半径1.0m、高さ1.5m)およびアクティブ制御式可動案内羽根の設計・製作を行った。この可動案内羽根の位置制御システムは、まず風向計・風速計・回転数計からのアナログ信号をA/D変換し、そのデジタル信号に基づくコンピュータ制御によりモータドライバーを介して、ステッピングモータを駆動することで案内羽根位置を制御するシステムである。風車の動翼はメス型を作製し、それを用いてFRP樹脂を積層、研磨することにより製作した。本研究では、直線翼垂直軸風車の性能に及ぼす可動式案内羽根翼列の枚数、ソリディティによる影響、案内羽根弦長による影響を風洞実験により調査し、以下の結論を得ることができた。(1)パワー係数およびトルク係数のピーク値は、枚数にはあまり依存しない。(2)案内羽根ソリディティには好適値が存在する。(3)案内羽根枚数の増加により、高周速比でのパワー係数およびトルク係数は向上するが、起動性は低下する。(4)本研究の範囲においては、案内羽根弦長が大きいほどパワー係数、トルク係数が向上する。

与螺旋桨风力涡轮机不同，直翼垂直轴风力涡轮机不需要风力涡轮机来控制风向的方向，并且具有可以将重物安装在接近地面附近的优势，近年来引起了人们的注意。尽管这种风力涡轮机的功率系数（风力涡轮机的高效）和启动性能比螺旋桨风力涡轮机具有较低的启动性能，但先前的研究表明，通过采用可移动指南刀片可以改善它。但是，可移动指南刀片的常规位置控制是使用尾巴的被动控制系统，而导板的位置取决于尾刀片的行为，因此并非总是处于最佳位置。此外，使用尾鳍会导致风车变大。在这项研究中，我们使用风洞进行了模型测试，以减小风力涡轮机的尺寸，并通过采用主动控制的可移动导向叶片来进一步增加输出，以使直叶片垂直轴风涡轮机进行。风力涡轮转子的设计和制造（旋转半径1.0m，高1.5m）和主动控制的可移动导板。该移动指南叶片位置控制系统是一个系统，该系统首先将风量叶片，气压计和RPM仪表中的模拟信号转换为A/D，然后根据计算机控制在计算机控制下通过数字信号来驱动垫脚电机，以控制指导叶片位置。风力涡轮机的转子叶片是通过使用相同的层压和抛光FRP树脂制成的。在这项研究中，通过风洞实验研究了可移动指南叶片级联反应的数量，固体性的影响以及指南刀片和弦长度对线性垂直轴风力涡轮机性能的影响，并获得了以下结论。 （1）功率系数和扭矩系数的峰值不大取决于板的数量。 （2）有适合指导叶片固体的值。 （3）增加的指南叶片可改善高外围速度比以高的功率和扭矩系数，但降低了启动性能。 （4）在这项研究的范围内，导板和弦长度越大，功率和扭矩系数越高。