(57)【要約】【課題】  風車用ブレードの翼面圧力を計測するにあたり、ブレードの強度低下を防止するとともに、圧力計測用の孔の整備をきわめて容易にする。【解決手段】  水平軸風車のブレードを長さ方向に沿って複数の分割翼に分割し、これら分割翼間に分割翼の断面形状と同じ断面形状の金属板１３を介設する。金属板１３の内部に空洞部１３ｂを形成し、金属板１３の表面１３ａから空洞部１３ｂへと貫通する圧力計測用の貫通孔１３ｃを穿設し、各貫通孔１３ｃに所定の配管３０を介して空気圧計測装置２０を接続する。各貫通孔１３ｃ及び配管３０を経て流入した空気の圧力を空気圧計測装置２０で計測する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さ方向に沿って少なくとも２つの分割翼に分割されるとともにこれら分割翼同士が連結部材で連結されてなる風車用ブレードであって、
内部に空洞を有する金属板が前記分割翼間に介設され、この金属板の表面から前記空洞部へと貫通する圧力計測用の貫通孔が穿設されてなることを特徴とする風車用ブレード。
【請求項２】
前記金属板は、
前記分割翼の連結部分における断面形状の輪郭と同一の輪郭の断面形状を有し、前記分割翼に作用する荷重を担うことを特徴とする請求項１に記載の風車用ブレード。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の風車用ブレードを有することを特徴とする水平軸風車。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の風車用ブレードの前記金属板に穿設された前記貫通孔と、
前記貫通孔に所定の配管を介して接続される空気圧計測装置と、
を備えることを特徴とする翼面圧力計測装置。
【請求項５】
水平軸風車の風車用ブレードの翼面圧力を計測する方法であって、
請求項１又は２に記載の風車用ブレードを水平軸風車に取り付けるブレード取付工程と、
前記風車用ブレードの前記金属板に穿設された前記貫通孔に所定の配管を介して空気圧計測装置を接続する計測装置接続工程と、
前記貫通孔及び前記配管を経て流入した空気の圧力を前記空気圧計測装置で計測する空気圧計測工程と、
を備えることを特徴とする翼面圧力計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風車用ブレード、水平軸風車、翼面圧力計測装置及び翼面圧力計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水平軸風車の性能や水平軸風車に作用する荷重は、ブレードに作用する空気力（揚力や抗力）によって大部分が決定される。このため、近年においては、水平軸風車の性能を向上させる目的で、ブレード周りの流れ場（特に翼面圧力場）を解析する技術の開発が進められており、かかる解析結果に基づいてブレード翼型の開発・設計が行われている。
【０００３】
従来は、前記したような水平軸風車のブレード周りの翼面圧力場解析を行うために、ブレード表面に圧力計測用の孔を穿設し、この孔に圧力トランスデューサを接続して、ブレードの翼面圧力を計測していた（例えば、非特許文献１参照。）。
【非特許文献１】Maeda et al.、“Unsteady Pressure Distribution on Rotating Blade of Mie University Open Air Rotor Research Facility”、1999 European Wind Energy Conference、１９９９年３月、p.121-124
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記したような従来の圧力計測技術を採用すると、ブレード自体に圧力計測用の孔を穿設するため、ブレードの強度が低下するとともに、孔に塵芥等が詰まって機能しなくなった場合の修理がきわめて困難であった。また、ブレード自体に圧力計測用の孔を穿設するため、孔を多数穿設する作業や孔位置を正確に設定する作業が困難となるので、圧力計測点が限定されてしまい、結果的に翼面圧力場解析の精度に影響を与えることとなっていた。
【０００５】
また、従来の圧力計測技術を採用すると、圧力計測用の孔付近に圧力トランスデューサ等の各種機器を配置する必要があるので、これら機器の整備用の孔をブレード表面に別途設ける必要がある。従って、余分な労力を要することに加え、整備用の孔の穿設に起因してブレードの強度の低下がもたらされる。
【０００６】
本発明の課題は、風車用ブレードの翼面圧力を計測するにあたり、ブレードの強度低下を防止するとともに、圧力計測用の孔の整備をきわめて容易にすることである。      
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、長さ方向に沿って少なくとも２つの分割翼に分割されるとともにこれら分割翼同士が連結部材で連結されてなる風車用ブレードであって、内部に空洞を有する金属板が前記分割翼間に介設され、この金属板の表面から前記空洞部へと貫通する圧力計測用の貫通孔が穿設されてなることを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、風車用ブレードがその長さ方向に沿って少なくとも２つの分割翼に分割され、これら分割翼間に金属板が介設された状態で分割翼同士が連結部材で連結されている。そして、分割翼間に介設された金属板には、その表面から内部の空洞へと貫通する圧力計測用の貫通孔が穿設されている。
【０００９】
従って、金属板に穿設された圧力計測用の貫通孔を介して風車用ブレードの翼面圧力を計測することができるので、ブレード自体に圧力計測用の貫通孔を穿設することなく翼面圧力の計測を実現させることができる。この結果、ブレードの強度低下を防止することができる。また、ブレードから金属板を取り外すことができるので、圧力計測用の貫通孔の整備をきわめて容易に行うことができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の風車用ブレードにおいて、前記金属板は、前記分割翼の連結部分における断面形状の輪郭と同一の輪郭の断面形状を有し、前記分割翼に作用する荷重を担うことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、金属板は、分割翼の連結部分における断面形状の輪郭と同一の輪郭の断面形状を有し、これら分割翼に作用する荷重（捩り荷重等）を担う「リブ」としても機能する。従って、ブレードの座屈を防止することができ、ブレードの強度低下防止に寄与することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、水平軸風車であって、請求項１又は２に記載の風車用ブレードを有することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の風車用ブレードを有する水平軸風車を提供することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、翼面圧力計測装置であって、請求項１又は２に記載の風車用ブレードの前記金属板に穿設された前記貫通孔と、前記貫通孔に所定の配管を介して接続される空気圧計測装置と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、水平軸風車の風車用ブレードの翼面圧力を計測する方法であって、請求項１又は２に記載の風車用ブレードを水平軸風車に取り付けるブレード取付工程と、前記風車用ブレードの前記金属板に穿設された前記貫通孔に所定の配管を介して空気圧計測装置を接続する計測装置接続工程と、前記貫通孔及び前記配管を経て流入した空気の圧力を前記空気圧計測装置で計測する空気圧計測工程と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項４又は５に記載の発明によれば、風車用ブレードの金属板に穿設された圧力計測用の貫通孔に配管を介して空気圧計測装置を接続し、貫通孔及び配管を経て流入した空気の圧力を空気圧計測装置で計測することができる。従って、ブレード自体に圧力計測用の孔を穿設することなく翼面圧力の計測を実現させることができるので、ブレードの強度の低下を防止することができる。また、金属板の貫通孔に塵芥等が詰まって機能しなくなった場合においても、ブレードから金属板を取り外して容易に修理を行うことができる。
【００１７】
また、請求項４又は５に記載の発明によれば、圧力計測用の孔を穿設するため穿設作業が容易となるので、多数の孔を設けてブレードの同一断面における圧力の計測点数を増大させることができるとともに、孔の位置を精緻に設定することが可能となる。従って、翼面圧力場解析の精度を向上させることができる。また、金属板付近に空気圧計測装置を配置することができるため、ブレード分割時にこの装置の整備を同時に行うことができ、空気圧計測装置整備用の孔をブレードに別途設ける必要がなくなる。従って、この点からもブレードの強度低下防止が可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、圧力計測用の貫通孔が穿設された金属板を分割翼間に介設し、これら分割翼同士を連結して風車用ブレードを構成するので、金属板に穿設された圧力計測用の貫通孔を介して風車用ブレードの翼面圧力を計測することができる。この結果、ブレード自体に圧力計測用の貫通孔を穿設することなく翼面圧力の計測を実現させることができるので、ブレードの強度低下を防止することができる。また、ブレードから金属板を取り外すことができるので、圧力計測用の貫通孔の整備をきわめて容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を、図を用いて詳細に説明する。
【００２０】
まず、図１を用いて、本実施の形態に係る水平軸風車１の構成について説明する。水平軸風車１は、図１に示すように、所定の地点に設置されるタワー２、タワー２の頂部に取り付けられたナセル３、ナセル３に略水平方向に延在して軸支された図示されていない主軸、この主軸に回転自在に取り付けられるロータ４、等を備えて構成されている。ロータ４は、図１に示すように、ブレード１０を２枚備えている。
【００２１】
次に、図１〜図３を用いて、本実施の形態に係るブレード１０（風車用ブレード）の構成について説明する。
【００２２】
ブレード１０は、図１及び図２に示すように、長さ方向中央部において翼根側の内翼１１と翼端側の外翼１２とに分割される分割構造を有している。これら内翼１１及び外翼１２は、それぞれ本発明における分割翼であり、図示されていない連結部材である、分割翼に固定されたバレルナット及び各分割翼のバレルナットに各一端を螺合したテンションボルトによって連結されている。
【００２３】
ブレード１０の内翼１１と外翼１２との間には、図２に示すように、金属板（ステンレス板）１３が介設されている。金属板１３の表面１３ａは、内翼１１の表面及び外翼１２の表面とともにブレード１０の表面を形成する。すなわち、図３（ａ）に示すように金属板１３は内翼１１及び外翼１２に連続する翼形の断面を有する。金属板１３と内翼１１の互いに接合する端面の輪郭は同一形状である。金属板１３と外翼１２の互いに接合する端面の輪郭も同一形状である。金属板１３の内部には空洞部１３ｂが形成されている。この空洞部１３ｂは、内翼１１、外翼１２にそれぞれ接合する金属板１３の両端面に開口し、該両端面の間に連続して形成されている。
【００２４】
また、金属板１３には、図３に示すように、表面１３ａから空洞部１３ｂへと貫通する圧力計測用の貫通孔１３ｃが複数穿設されており、各貫通孔１３ｃには図示されていないステンレスチューブが圧入されている。かかる貫通孔１３ｃは、後述する翼面圧力の計測に用いられる。また、金属板１３の空洞部１３ｂには、内翼１１と外翼１２とを連結するテンションボルトを挿通させている。
【００２５】
続いて、水平軸風車１のブレード１０の翼面圧力を計測する方法について説明する。
【００２６】
まず、前記したブレード１０を水平軸風車１に取り付ける（ブレード取付工程）。そして、図３（ａ）に示すように、ブレード１０の金属板１３に穿設された圧力計測用の貫通孔１３ｃに、可撓性チューブ３０を介して圧力トランスデューサ２０を接続する（計測装置接続工程）。圧力トランスデューサ２０は、金属板１３の各貫通孔１３ｃ及び可撓性チューブ３０を経て流入した空気の圧力を電気信号に変換するものであり、本発明における空気圧計測装置である。本実施の形態においては、金属板１３の空洞部１３ｂに圧力トランスデューサ２０を配置している。また、可撓性チューブ３０は、本発明における配管であり、金属板１３の各貫通孔１３ｃに圧入されたステンレスチューブに連通接続されている。
【００２７】
次いで、圧力トランスデューサ２０を、図２に示した信号線４０をスリップリングの端子につなぎ、スリップリングを介してブレード１０外部の解析装置に接続した後、水平軸風車１のロータ４を回転させる。そして、ブレード１０の金属板１３に穿設された圧力計測用の貫通孔１３ｃから流入し可撓性チューブ３０を経由して圧力トランスデューサ２０に到達した空気の圧力を、圧力トランスデューサ２０で電気信号に変換し、信号線４０を介して解析装置に伝送する（空気圧計測工程）。以上の工程により、ブレード１０の翼面圧力が計測されることとなる。
【００２８】
以上説明した実施の形態に係る水平軸風車１においては、ブレード１０がその長さ方向に沿って少なくとも２つの分割翼（内翼１１及び外翼１２）に分割され、これら分割翼間に金属板１３が介設された状態で分割翼同士が連結部材で連結されている。そして、分割翼間に介設された金属板１３には、その表面１３ａから空洞部１３ｂへと貫通する圧力計測用の貫通孔１３ｃが穿設されている。
【００２９】
従って、金属板１３に穿設された圧力計測用の貫通孔１３ｃを介してブレード１０の翼面圧力を計測することができるので、ブレード１０の内翼１１や外翼１２に圧力計測用の貫通孔を穿設することなく翼面圧力の計測することができる。この結果、ブレード１０の強度の低下を防止することができる。また、ブレード１０から金属板１３を取り外すことができるので、圧力計測用の貫通孔の整備をきわめて容易に行うことができる。
【００３０】
また、以上説明した実施の形態に係る翼面圧力計測方法においては、ブレード１０の金属板１３に穿設された圧力計測用の貫通孔１３ｃに可撓性チューブ３０を介して圧力トランスデューサ２０を接続し、貫通孔１３ｃ及び可撓性チューブ３０を経て流入した空気の圧力を圧力トランスデューサ２０で計測する。ブレード１０自体に圧力計測用の孔を穿設することなく翼面圧力の計測するので、ブレード１０の強度の低下を防止することができる。また、金属板１３の貫通孔１３ｃに塵芥等が詰まって機能しなくなった場合においても、ブレード１０から金属板１３を取り外して容易に修理を行うことができる。
【００３１】
また、以上説明した実施の形態に係る翼面圧力計測方法においては、圧力計測用の孔を穿設するため穿設作業が容易となるので、多数の孔を設けてブレード１０の同一断面における圧力の計測点数を増大させることができるとともに、孔の位置を精緻に設定することが可能となる。従って、翼面圧力場解析の精度を向上させることができる。また、金属板１３付近に圧力トランスデューサ２０を配置することができるため、ブレード１０の分割時に圧力トランスデューサ２０の整備を同時に行うことができ、圧力トランスデューサ２０の整備用の孔をブレード１０に別途設ける必要がなくなる。従って、この点からもブレード１０の強度低下防止が可能となる。
【００３２】
なお、以上の実施の形態においては、水平軸風車１のブレード１０を「２つ」の分割翼（内翼１１及び外翼１２）で構成した例を示したが、「３つ」以上の分割翼でブレードを構成し、各分割翼間に計測用の貫通孔を設けた金属板を介設して計測個所を増加することも容易にできる。
【００３３】
また、以上の実施の形態においては、空気圧計測装置として「圧力トランスデューサ」を採用した例を示したが、金属板に穿設された圧力計測用の貫通孔から流入した空気の圧力を計測することが可能な他の空気圧計測装置を採用することもできる。
【００３４】
また、以上の実施の形態においては、ブレードに設けられる金属板として「ステンレス板」を採用しているが、アルミニウム等の他の金属で構成された金属板を採用することもできる。
【００３５】
また、以上の実施の形態においては、ブレードの分割部端面の断面形状と同一の外形断面形状を有する金属板とした。断面の最外線で描かれる断面形状、すなわち断面の輪郭を同一にすればよく、金属板の内部の形状は必ずしもブレードの分割部端面の内部の形状と同一でなくてもよい。また、例えば、金属板の外形を変更せずに空洞部の面積を小さくして、金属板の剛性・強度を高めることもできる。
【００３６】
また、以上の実施の形態においては、金属板の空洞部の例として、金属板の両端面間を貫通する貫通型を採用したが、必ずしも貫通型を採用しなくてもよい。例えば、金属板の何れか一方の端面の略中央部に形成した「凹部」を空洞部とする非貫通型を採用することもできる。このような「凹部」を空洞部として採用すると、金属板の剛性・強度を高めることができる。また、「凹部」を空洞部として採用した場合においても以上の実施の形態と同様に圧力計測用の貫通孔を穿設することができ、空洞部（凹部）に圧力トランスデューサを嵌め込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態に係る水平軸風車の構成を説明するための説明図である。
【図２】図１に示した水平軸風車のブレードの斜視図である。
【図３】（ａ）は図２に示したブレードに設けられた金属板のIIIA−IIIA部分における拡大断面図、（ｂ）は図２に示したブレードに設けられた金属板の表面の拡大図である。
【符号の説明】
【００３８】
１      水平軸風車
１０    ブレード
１１    内翼（分割翼）
１２    外翼（分割翼）
１３    金属板
１３ａ  表面（金属板）
１３ｂ  空洞部
１３ｃ  圧力計測用の貫通孔
２０    圧力トランスデューサ（空気圧計測装置）
３０    可撓性チューブ（配管）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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