2018 Fiscal Year Research-status Report
Analysis and Suppression of Vibrations of a Wind Turbine Blades in a Typhoon
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17K06245
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| Research Institution | Nagoya Industrial Science Research Institute |
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Principal Investigator |
石田 幸男 公益財団法人名古屋産業科学研究所, 研究部, 上席研究員 (10092991)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鳥居 孝夫 静岡大学, 工学部, 教授 (70188829)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 風車 / 弾性ブレード / 弾性タワー / 共振 / 振動モード |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年，沖縄の与那国島が台風に襲われた際，発電用風車の３枚の各ブレードが長手方向のそれぞれ異なる位置で破断し，飛散するという事故が発生した．この被害が発生したとき，強風による過回転を防止するため，ブレードの回転は止められており，またタワーには損傷がないので，ブレードとタワーの接触も考えられない．本研究の第１の目的は，発電用風車の破損の原因を振動工学の立場から明らかにすることである．
理論解析では，全体がたわむ支柱の上に３枚の弾性ブレードを取り付けた風車のモデルを考え，運動方程式を導いた．そのモデルを用いて，系の固有振動数をもとめ，各ブレードの回転角による固有角振動数の変化とタワーの固有角振動数の変化を調べた．実験では，弾性的支柱の上に回転する３枚の弾性ブレードを取り付け，それらの固有角振動数の変化を調べた．
以上のような理論解析と実験解析により，つぎのことが明らかとなった．（１）実験結果と比較することによって，提案した理論モデルは適切である．（２）ブレードの固有振動数は，ブレードが水平方向になるほど大きくなり，鉛直方向になるほど小さくなる．（３）支柱の固有角振動数はブレードの角度に影響されない．
風車ブレードの上記の研究と平行して，同様なモデルで発生する係数励振不安定振動と非線形性に起因するモード局在化現象についても研究を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
理論モデルと実験により，ブレードの角位置と固有振動数および振動モードを明らかにできたが，ブレードがその根元でなく途中で折れることが説明できていない．
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| Strategy for Future Research Activity |
ブレードが途中で破断する原因を調べるため，タワーのたわみと振動モードの関係を明らかにする．これにより，与那国島で観察された破損現象を説明できると予想している．
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| Causes of Carryover |
理論結果と実験結果が初期に予定した事故の内容を十分説明できていないため，さらに詳細な実験を行う必要がある．研究の進行状況を鑑み，２年目で予定した実験を３年目に移行させたため，予算の繰越額が予定より大きくなった．次年度のより精密な実験を行う予定である．
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