CN106194577A - 风车叶片及风力发电装置、以及风车叶片的制造或改造方法 - Google Patents

风车叶片及风力发电装置、以及风车叶片的制造或改造方法 Download PDF

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Abstract

一种风车叶片及风力发电装置、以及风车叶片的制造或改造方法，所述风车叶片具备：叶片主体，从叶根朝向叶片尖端而沿着叶片长度方向延伸；及金属带材，以至少覆盖所述叶片主体中的所述叶片尖端侧的前缘的方式设置，用于抑制所述叶片主体的所述前缘的腐蚀。

Description

风车叶片及风力发电装置、以及风车叶片的制造或改造方法
技术领域
本公开涉及风车叶片及风力发电装置、以及风车叶片的制造或改造方法。
背景技术
近年来，从地球环境的保护的观点出发，利用了风力的风力发电装置的普及不断进展。通常，风力发电装置将风的动能转换成风车叶片(准确来说是包括风车叶片的转子整体)的旋转能量，进而利用发电机将该旋转能量转换成电力。
在这样的风力发电装置中，雨滴或沙尘等与风车叶片碰撞，有时会产生腐蚀。当腐蚀引起的风车叶片的损伤显著化时，叶片表面的平滑性丧失，结果是产生例如以噪音的增大为代表的不希望的现象。
因此，用于抑制腐蚀的产生的各种对策被提出并实用化。
例如，在专利文献1中记载了如下结构，为了保护风车叶片免于受到以与雨滴或冰粒等外部物质的碰撞为起因的损伤，而对风车叶片的表面实施保护涂层。
而且，在专利文献2中记载了如下结构，出于保护风车叶片免于受到腐蚀的目的，而在风车叶片的前缘设置例如由弹性材料等构成的保护层。
此外，在专利文献3或4中记载了在风车叶片的前缘部粘贴有保护带或保护片的结构。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】欧洲专利申请公开第2674613号说明书
【专利文献2】欧洲专利申请公开第2559891号说明书
【专利文献3】国际公开第2013/129046号
【专利文献4】国际公开第2012/102294号
【发明要解决的课题】
风力发电装置从发电输出提高的观点出发而处于大型化的倾向，由于与之相伴的长叶片化而叶片端周速不断增加。因此，在风车叶片中腐蚀更容易进展，以往的腐蚀对策的话，难以进行长时间的风车叶片的保护。例如，作为腐蚀对策而对风车叶片实施保护涂层(专利文献1)或弹性材料等的保护层(专利文献2)的情况下，对于雨粒或沙尘等的保护涂层或保护层的耐久性不那么高，因此需要定期地进行维护而对它们进行再施工。在风车叶片上粘贴有保护带(专利文献3)或保护片(专利文献4)的情况下，它们在曝露于风雨的环境下发生时效劣化时，会从风车叶片剥落，因此仍然需要通过定期的维护而重新粘贴。
然而，风力发电装置多设置在海洋上或山地等的访问困难的场所，因此希望维护频度低进而免维护。
而且，作为其他的问题点，在对风车叶片实施保护涂层或保护带等保护材料的情况下，由于保护材料的表面形状而可能会使风车叶片的空气动力性能降低。例如，保护涂层难以进行厚度管理，因此尽管考虑空气动力性能而设计翼型，在涂敷有保护涂层的区域也可能会从设计时的翼型脱离而空气动力性能降低。而且，保护带或保护片在向风车叶片的施工时容易产生阶梯，由于该阶梯而也存在空气动力性能降低的情况。
因此，对于风车叶片，要求具有优异的耐久性并较高地维持空气动力性能。
发明内容
本发明的至少若干的实施方式的目的在于，提供一种能够长时间地抑制腐蚀的发生并能够较高地维持空气动力性能的风车叶片及风力发电装置、以及风车叶片的制造或改造方法。
【用于解决课题的方案】
(1)本发明的至少若干的实施方式的风车叶片具备：
叶片主体，从叶根朝向叶片尖端而沿着叶片长度方向延伸；及
金属带材，以至少覆盖所述叶片主体中的所述叶片尖端侧的前缘的方式设置，用于抑制所述叶片主体的所述前缘的腐蚀。
根据上述(1)的风车叶片，由于以至少覆盖容易产生腐蚀的叶片尖端侧的前缘的方式设置金属带材，因此能够提高风车叶片的耐腐蚀性。
金属带材与保护涂层、保护带或保护片相比，对于雨滴或沙尘等的腐蚀原因物质的耐久性高，而且与保护带或保护片相比，难以剥落。因此，通过使用金属带材作为腐蚀对策，能够实现风车叶片的维护频度的减少或风车寿命内的免维护费用。
而且，金属带材由于形状精度高，因此也能够以避免损害风车叶片的空气动力性能的方式安装于风车叶片。例如，金属带材难以如保护涂层或保护带那样在施工时产生阶梯，而且也能够高精度地调整厚度，因此即使安装金属带材也能够较高地维持风车叶片的空气动力性能。
(2)在若干的实施方式中，以上述(1)的结构为基础，其中，
所述风车叶片还具备金属接收器，该金属接收器连接于所述叶片主体的与所述叶根相反的一侧的端部并形成叶片尖端，
所述金属带材与所述金属接收器重叠设置。
根据上述(2)的结构，金属带材与形成叶片尖端的金属接收器重叠设置，因此金属带材与金属接收器成为电连接的状态。因此，即使在金属带材发生了落雷的情况下，雷电流也能从金属带材通过金属接收器而顺畅地流动，因此能够防止风车叶片的损伤。
而且，由于使金属带材与金属接收器重叠，因此能够利用简单的结构确保它们的电连接，并且能够提高金属带材与金属接收器的连接强度。
(3)在一实施方式中，以上述(2)的结构为基础，其中，
所述风车叶片还具备金属箔，该金属箔与所述金属接收器电连接并朝向所述叶根而沿所述叶片长度方向在所述叶片主体的压力面及负压面上延伸，并且将来自所述金属接收器的雷电流导向所述叶根侧，
所述金属带材与所述金属箔电连接。
根据上述(3)的结构，由于金属带材、金属接收器及金属箔电连接，因此能够形成雷电流的路径，防止落雷引起的风车叶片的损伤。
而且，金属带材和金属箔分别沿叶片长度方向延伸，它们的距离比较近。因此，在金属带材与金属箔之间被绝缘的情况下，在向金属带材落雷时，在它们之间瞬间地产生较大的电位差而产生电弧，可能会给风车叶片造成重大的损伤。关于这一点，在上述(3)的结构中，由于金属带材与金属箔电连接，因此金属带材与金属箔被等电位化，能够避免落雷时的电弧产生所引起的风车用的损伤。
(4)在若干的实施方式中，以上述(2)或(3)的结构为基础，其中，
所述金属接收器至少在所述叶片尖端的前缘具有供所述金属带材的端部卡合的凹部，
所述风车叶片还具备紧固构件，该紧固构件用于将与所述凹部卡合的所述金属带材的所述端部紧固于所述金属接收器。
根据上述(4)的结构，在金属带材的端部与金属接收器的凹部卡合的状态下，金属接收器与金属带材被紧固。由此，在金属接收器与金属带材重叠的区域，能够避免形成与金属带材的厚度相当的阶梯的情况，能够较高地维持风车叶片的空气动力性能。
(5)在一实施方式中，以上述(4)的结构为基础，其中，
所述紧固构件的头部与该头部的周围的所述金属带材一起构成平滑面。
根据上述(5)的结构，能够防止紧固构件的头部从风车叶片的表面向外方突出，因此能够较高地维持风车叶片的空气动力性能。
(6)在若干的实施方式中，以上述(4)或(5)的结构为基础，其中，
所述紧固构件包括如下构件中的任一个：
(a)与以向所述凹部的底面开口的方式形成于所述金属接收器的螺纹孔螺合的螺栓；
(b)插通于以向所述凹部的底面开口的方式形成于所述金属接收器的贯通孔的螺栓及与该螺栓螺合的螺母。
根据上述(6)的结构，由于沿金属带材及金属接收器的厚度方向插通螺栓，因此通过调节螺栓的紧固强度，能够可靠地形成金属带材与金属接收器的接触状态，并确保电连接。此时，若使用金属制的螺栓，则经由螺栓，能够更可靠地形成金属带材与金属接收器的电连接。
(7)在若干的实施方式中，以上述(2)至(6)中的任一结构为基础，其中，
所述金属带材包括：
第一区域，与所述金属接收器重叠并固定于所述金属接收器；及
第二区域，位于比所述第一区域靠所述叶根侧处，且所述金属带材的厚度比所述第一区域小。
在风车叶片中，叶片尖端侧比叶根侧的周速大，因此固定于叶片尖端的金属接收器的第一区域与位于比该第一区域靠叶根侧处的第二区域相比，容易产生腐蚀。因此，根据上述(7)，在容易产生腐蚀的第一区域中，与叶根侧的第二区域相比增厚金属带材。另一方面，在腐蚀比较难以产生的第二区域中，以轻量化为目的而减薄金属带材。这样，对应于腐蚀的产生容易度而使金属带材的厚度不同，由此能够同时实现耐腐蚀性的确保和轻量化这两者。
(8)在一实施方式中，以上述(4)至(7)中的任一结构为基础，其中，
在所述金属带材的所述第二区域中，所述金属带材的所述厚度随着接近所述第一区域而增大。
根据上述(8)的结构，对应于腐蚀的产生容易度而使金属带材的厚度逐渐不同，由此能够同时实现耐腐蚀性的确保和轻量化这两者。
(9)在若干的实施方式中，以上述(4)至(8)中的任一结构为基础，其中，
所述风车叶片还具备耐腐蚀保护膜，该耐腐蚀保护膜在所述叶片长度方向上与所述金属带材相邻而位于所述金属带材的所述叶根侧，且以至少覆盖所述叶片主体的所述前缘的方式设置。
根据上述(9)的结构，在腐蚀比较难以成为问题的叶根侧的区域中，以至少覆盖叶片主体的前缘的方式设置耐腐蚀保护膜。通常耐腐蚀保护膜为轻量，因此通过上述结构能够同时实现耐腐蚀性的确保和轻量化这两者。
(10)在若干的实施方式中，以上述(1)至(9)中的任一结构为基础，其中，
所述风车叶片还具备设置在所述金属带材与所述叶片主体之间的能够变形的中间层。
根据上述(10)的结构，通过设置在金属带材与叶片主体之间的能够变形的中间层，能够吸收金属带材与叶片主体的热膨胀差。因此，能够防止以金属带材与叶片主体的热膨胀差为起因而金属带材或叶片主体变形，或者金属带材与叶片主体的接合状态恶化的情况。
(11)在若干的实施方式中，以上述(1)至(10)中的任一结构为基础，其中，
所述金属带材具有所述叶片主体的负压面上的第一宽度方向端和所述叶片主体的压力面上的第二宽度方向端，
所述金属带材在所述负压面及所述压力面上从所述前缘延伸至所述第一宽度方向端及所述第二宽度方向端。
根据上述(11)的结构，金属带材的宽度方向上的一方侧从叶片主体的前缘延伸至负压面上的第一宽度方向端，另一方侧从叶片主体的前缘延伸至压力面上的第二宽度方向端。由此，在包括叶片主体的前缘的负压面侧区域及压力面侧区域中能够提高耐腐蚀性。
(12)在一实施方式中，以上述(11)的结构为基础，其中，
所述金属带材包括所述金属带材的厚度朝向所述第一宽度方向端及所述第二宽度方向端逐渐减少的宽度方向区域。
根据上述(12)的结构，金属带材在容易产生腐蚀的前缘或前缘附近最厚，厚度朝向腐蚀比较难以产生的区域而沿宽度方向逐渐减少。这样，对应于腐蚀的产生容易度而使金属带材的厚度不同，由此能够同时实现耐腐蚀性的确保和轻量化这两者。
(13)在若干的实施方式中，以上述(1)至(12)中的任一结构为基础，其中，
所述金属带材是电铸件。
根据上述(13)的结构，金属带材是能够得到高形状精度的电铸件，因此能够容易地制造可较高地维持风车叶片的空气动力性能并且耐腐蚀性良好且可轻量化的金属带材。
(14)本发明的至少若干的实施方式的风力发电装置具备：
上述(1)至(13)中的任一项记载的风车叶片；
安装所述风车叶片的轮毂；及
通过所述轮毂的旋转而被驱动的发电机。
根据上述(14)的风力发电装置，能够长时间地抑制风车叶片的腐蚀的产生，且能够较高地维持风车叶片的空气动力性能，因此能够维持风力发电装置的发电效率并减少维护频度。
(15)本发明的至少若干的实施方式的风车叶片的制造或改造方法具备如下的步骤：以至少覆盖从叶根朝向叶片尖端而沿叶片长度方向延伸的所述风车叶片的叶片主体中的、所述叶片尖端侧的前缘的方式，将用于抑制所述叶片主体的所述前缘的腐蚀的金属带材安装于所述叶片主体。
在上述(15)的方法中，以至少覆盖风车叶片的叶片主体中的叶片尖端侧的前缘的方式将金属带材安装于叶片主体，因此能够容易地制造或改造可长时间地抑制腐蚀的产生的风车叶片。
【发明效果】
根据本发明的至少一实施方式，由于以至少覆盖风车叶片的叶片尖端侧的前缘的方式设置金属带材，因此能够长时间地抑制风车叶片的腐蚀的产生，且能够较高地维持风车叶片的空气动力性能。
附图说明
图1是表示一实施方式的风力发电装置的整体结构的图。
图2是一实施方式的风车叶片的俯视图。
图3是图2所示的风车叶片的A部放大图。
图4是图2所示的风车叶片的B-B线剖视图。
图5是一实施方式的金属接收器的立体图。
图6是一实施方式的金属接收器及金属带材的剖视图。
图7A是表示一实施方式的金属接收器与金属带材的接合部的剖视图。
图7B是表示另一实施方式的金属接收器与金属带材的接合部的剖视图。
图8A是表示一实施方式的风车叶片的周速与金属带材的厚度之间的关系的图。
图8B是表示另一实施方式的风车叶片的周速与金属带材的厚度之间的关系的图。
图9A是示意性地表示一实施方式的设有金属带材的风车叶片的剖面的图。
图9B是示意性地表示另一实施方式的设有金属带材的风车叶片的剖面的图。
图9C是示意性地表示进而另一实施方式的设有金属带材的风车叶片的剖面的图。
图10A是表示图9A所示的风车叶片的宽度方向位置与厚度之间的关系的图。
图10B是表示图9B所示的风车叶片的宽度方向位置与厚度之间的关系的图。
图10C是表示图9C所示的风车叶片的宽度方向位置与厚度之间的关系的图。
【标号说明】
1 风力发电装置
2 轮毂
3 转子
10 风车叶片
11 叶片尖端
12 叶根
13 叶片主体
14 前缘
15 后缘
16 压力面
17 负压面
21 金属带材
22、23、42a、42b 贯通孔
26 第一区域
27 第二区域
28 第一宽度方向端
29 第二宽度方向端
30 紧固构件
30a 头部
38 中间层
39 耐腐蚀保护膜
40 金属接收器
41 凹部
43 螺纹孔
44 螺纹孔
50、50a、50b 金属箔
55 宽度方向区域
56、57 交界部
60 引下线
70 层叠区域
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的若干实施方式。但是，作为实施方式而记载的或附图所示的构成零件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等不是将本发明的范围限定于此的主旨，只不过是说明例。
图1是表示风力发电装置1的整体结构的图。
如图1所示，一实施方式的风力发电装置1具备至少1个风车叶片10、安装风车叶片10的轮毂2、通过轮毂2的旋转而被驱动的发电机(未图示)、对包括风车叶片10及轮毂2的转子3进行支承的机舱4、将机舱4支承为回旋自如的塔架5。
例如，多个(例如3个)风车叶片10以呈放射状地排列的方式安装于轮毂2。各个风车叶片10以轮毂2为中心而叶片尖端11位于外径侧，叶根12通过任意的紧固构件而固定于轮毂2。塔架5竖立设置在海洋上或陆地上。
在该风力发电装置1中，接受风而包括风车叶片10的转子3旋转，转子3的旋转向未图示的发电机输入，在该发电机中生成电力。
接下来，参照图1～图4，说明若干的实施方式的风车叶片10。
图2是一实施方式的风车叶片10的俯视图。图3是图2所示的风车叶片10的A部放大图。图4是图2所示的风车叶片10的B-B线剖视图。
如图1～图4所示，若干的实施方式的风车叶片10具备从叶根12朝向叶片尖端11沿着叶片长度方向延伸的叶片主体13。叶片主体13具有前缘14、后缘15、压力面16(参照图4)及负压面17(参照图4)，成为翼型。
在图4所示的例子中，叶片主体13具有翼型形成件18、翼梁缘条19、抗剪腹板20。翼型形成件18包括由例如轻质木材等木材或聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)等树脂发泡体构成的轻量芯材、或者玻璃纤维强化塑料等纤维强化塑料材料而构成。翼梁缘条19主要作为用于耐受向风车叶片10施加的弯曲力矩的主强度材料发挥作用，沿着抗剪腹板20从叶根12侧至叶片尖端11侧沿叶片长度方向延伸。上述的翼梁缘条19由例如CFRP(碳纤维强化塑料)形成。抗剪腹板20配置在彼此相对的压力面16侧的翼梁缘条19与负压面17侧的翼梁缘条19之间，从叶根12侧至叶片尖端11侧沿叶片长度方向延伸。在图示的例子中，在压力面16及负压面17上分别设置2个翼梁缘条19，对应于此而设置2个抗剪腹板20。但是，翼梁缘条19或抗剪腹板20的个数、配置没有限定于此。例如，也可以在压力面16及负压面17上分别设置1个翼梁缘条19，对应于此而设置1个抗剪腹板20。或者，也可以在压力面16及负压面17上分别设置3个翼梁缘条19，对应于此而设置3个抗剪腹板20。
如图1～图3所示，若干的实施方式的风车叶片10还具备用于抑制叶片主体13的前缘14的腐蚀的金属带材21。金属带材21以至少覆盖叶片主体13中的叶片尖端11侧的前缘14的方式设置。该金属带材21可以相对于叶片主体13使用螺栓等紧固构件或粘结材料等接合手段而安装于叶片主体13。作为具体的构成例，金属带材21沿着叶片长度方向形成为长条。而且，金属带材21的与叶片长度方向正交的剖面沿着前缘14的形状而弯曲。
根据上述结构，以至少覆盖容易发生腐蚀的叶片尖端11侧的前缘14的方式设置金属带材21，因此能够提高风车叶片10的耐腐蚀性。
该金属带材21与保护涂层、保护带或保护片相比，对于雨滴或沙尘等的腐蚀原因物质的耐久性高，而且与保护带或保护片相比难以剥落。因此，作为腐蚀对策而使用金属带材21，由此能够实现风车叶片10的维护频度的减少或风车寿命内的免维护费用。
而且，金属带材21由于形状精度高，因此能够以避免损害风车叶片10的空气动力性能的方式安装于风车叶片10。即，金属带材21难以如保护涂层或保护带那样在施工时产生阶梯，而且也能够高精度地调整厚度，因此即使安装金属带材21也能够较高地维持风车叶片10的空气动力性能。
具有上述结构的风车叶片10可以还具备耐雷构造。
如图1～图4所示，一实施方式的风车叶片10具备连接在叶片主体13的与叶根12相反的一侧的端部并形成叶片尖端11的金属接收器40作为耐雷构造。
金属接收器40以形成叶片尖端11的方式呈块状地设置而作为受雷部发挥作用，可以成为在内部具有空洞的中空形状(参照图7A)，也可以成为在内部几乎不存在空洞的实心形状(参照图7B)。
具体而言，风车叶片10具备上述的金属接收器40、与金属接收器40电连接的金属箔50(50a、50b)、与金属箔50电连接的引下线60(参照图1)作为耐雷构造。
金属箔50以一端侧与金属接收器40抵接的方式配置在叶片尖端11侧，从金属接收器40朝向叶根12沿着叶片长度方向在叶片主体13的压力面16及负压面17上延伸，将来自金属接收器40的雷电流导向叶根12侧。在图2～图4所示的例子中，在压力面16及负压面17上分别设置2个翼梁缘条19，并以覆盖该翼梁缘条19的方式在压力面16及负压面17上分别设置2张金属箔50。需要说明的是，金属箔50也可以在叶片主体13的外表面不露出而埋设于翼型形成件18的内部。例如，金属箔50的表面也可以由玻璃纤维强化塑料等树脂材料覆盖。
引下线60(参照图1)例如由导线构成，使流向金属箔50的雷电流通过机舱4及塔架5而向地面等的风力发电装置1的外部逃散。
在具有上述结构的风车叶片10中，如图3所示，金属带材21与金属接收器40重叠地设置。
这种情况下，金属带材21与形成叶片尖端11的金属接收器40重叠设置，因此金属带材21与金属接收器40成为被电连接的状态。因此，即使在金属带材21产生了落雷的情况下，雷电流也会从金属带材21通过金属接收器40地流动，因此能够防止风车叶片10的损伤。
而且，由于使金属带材21与金属接收器40重叠，因此能够通过简单的结构来确保它们的电连接，并且能够提高金属带材21与金属接收器40的连接强度。
而且，金属带材21与金属箔50电连接。在图2及图3所示的例子中，对于在压力面16及负压面17分别设置各2个的金属箔50中的前缘14侧的金属箔50a，直接连接金属带材21。
在一构成例中，形成金属箔50a与金属带材21重合的层叠区域70(参照图3)，利用该层叠区域70将金属箔50a与金属带材21电连接。在层叠区域70中，金属箔50a与金属带材21也可以通过导电性粘结剂而粘结。这种情况下，导电性粘结剂在层叠区域70中也可以沿叶片长度方向涂敷。由此，能更可靠地得到金属箔50a与金属带材21之间的电连接。
需要说明的是，金属带材21也可以经由其他的导电性材料(除了金属接收器40之外)而与金属箔50电连接。
根据上述结构，通过金属带材21、金属接收器40及金属箔50的电连接，形成雷电流的路径，能够防止落雷引起的风车叶片10的损伤。
而且，金属带材21和金属箔50a分别沿叶片长度方向延伸，它们的距离比较近。因此，在金属带材21与金属箔50a之间被绝缘的情况下，在向金属带材21落雷时，在它们之间瞬间地产生较大的电位差而产生电弧，可能会给风车叶片10造成重大的损伤。关于这一点，根据上述结构，由于金属带材21与金属箔50a被电连接，因此金属带材21与金属箔50a被等电位化，能够避免由落雷时产生电弧所引起的损伤。
图5是一实施方式的金属接收器40的立体图。图6是一实施方式的金属接收器40及金属带材21的剖视图。需要说明的是，图6示出与叶片长度方向正交的剖面。图7A是表示一实施方式的金属接收器40与金属带材21的接合部(相当于图6的C部)的剖视图。图7B是表示另一实施方式的金属接收器40与金属带材21的接合部(相当于图6的C部)的剖视图。
如图6、图7A及图7B所示，在一实施方式中，金属接收器40至少在叶片尖端11的前缘14具有供金属带材21的端部卡合的凹部41。这种情况下，也可以在金属带材21与金属接收器40重叠的区域中，使凹部41的深度与金属带材21的厚度大体一致。并且，在金属带材21的端部与凹部41卡合的状态下，金属带材21的端部利用紧固构件30而紧固于金属接收器40。紧固构件30也可以是螺栓31及螺母32(参照图7A)、或者螺栓34、35(参照图7B)。
根据上述结构，在金属带材21的端部与金属接收器40的凹部41卡合的状态下，金属接收器40与金属带材21被紧固。由此，在金属接收器40与金属带材21重叠的区域中，能够避免形成与金属带材21的厚度相当的阶梯的情况，能够较高地维持风车叶片10的空气动力性能。而且，在凹部41的深度与金属带材21的厚度大体一致的情况下，在金属接收器40与金属带材21重叠的区域中，风车叶片10的外表面变得平坦，能够更高地维持风车叶片10的空气动力性能。
而且，如图7A及图7B所示，紧固构件30的头部30a也可以与该头部30a的周围的金属带材21一起构成平滑面。
由此，能够防止紧固构件30的头部30a从风车叶片10的表面向外方突出的情况，因此能够较高地维持风车叶片10的空气动力性能。
在此，具体地说明各实施方式。
在图7A所示的构成例中，金属接收器40成为在内部具有空洞45的中空形状。而且，在金属接收器40上以向凹部41的底面开口的方式形成贯通孔42a、42b。具体而言，金属接收器40在压力面16侧及负压面17侧分别设置有贯通孔42a、42b。贯通孔42a、42b分别以使凹部41与空洞45连通的方式贯通金属接收器40。
在一实施方式中，紧固构件30包括螺栓31及与该螺栓31螺合的螺母32。1根螺栓31插通于2个贯通孔42a、42b。
而且，在金属带材21上，也是在压力面16侧的端部及负压面17侧的端部分别形成贯通孔22、23。金属带材21的贯通孔22、23设置在与金属接收器40的贯通孔42a、42b对应的位置。
螺栓31具有头部31a及轴部31b。轴部31b的长度对应于金属带材21与金属接收器40卡合而形成的叶片尖端11的厚度，轴部31b的直径比贯通孔42a、42b稍小。
从压力面16或负压面17的一方的面侧将螺栓31插通于贯通孔42a、42b及贯通孔22、23的状态下，从压力面16或负压面17的另一方的面侧向螺栓31的端部螺合螺母32。由此，在螺栓31的头部31a与螺母32之间夹持金属接收器40及金属带材21而将它们紧固。
在金属接收器40和金属带材21被紧固的状态下，螺栓31的头部31a及螺母32分别与它们的周围的金属带材21一起构成平滑面。
需要说明的是，如图7B所示，金属接收器成为在内部不具有空洞的实心形状的情况下，金属接收器的贯通孔以从风车叶片的压力面侧朝向负压面侧地贯通金属接收器的方式形成，在这1个贯通孔内插入1根螺栓。
如图7B所示，在另一实施方式中，紧固构件30包括与螺纹孔43、44螺合的螺栓34、35，该螺纹孔43、44以向凹部41的底面开口的方式形成于金属接收器40。
金属接收器40的螺纹孔43设置在压力面16侧，螺纹孔44设置在负压面17侧。
而且，在金属带材21中的压力面16侧的端部及负压面17侧的端部分别形成有贯通孔24、25。金属带材21的贯通孔24、25设置在与金属接收器40的螺纹孔43、44对应的位置。
螺栓34、35分别贯通金属带材21的贯通孔24、25而与金属接收器40的螺纹孔43、44螺合。
分别在压力面16及负压面17中，将螺栓34、35插通于贯通孔24、25而与螺纹孔43、44螺合。由此，分别在压力面16及负压面17中，将金属接收器40和金属带材21的端部紧固。
在金属接收器40和金属带材21被紧固的状态下，螺栓34、35的头部34a、35a分别与它们的周围的金属带材21一起构成平滑面。
根据图7A及图7B所示的结构，由于沿金属带材21及金属接收器40的厚度方向插通螺栓31、34、35，因此通过调节螺栓31、34、35的紧固强度，能够可靠地形成金属带材21与金属接收器40的接触状态，确保电连接。此时，若使用金属制的螺栓31、34、35，则经由螺栓31、34、35而能够更可靠地形成金属带材21与金属接收器40的电连接。
图8A是表示一实施方式的风车叶片10的周速与金属带材21的厚度之间的关系的图。图8B是表示另一实施方式的风车叶片10的周速与金属带材21的厚度之间的关系的图。需要说明的是，在图8A及图8B中，风车叶片10的任意的位置处的周速与转子3(参照图1)的半径位置即叶片长度方向上的距叶根12的距离成比例。因此，横轴的周速对应于叶片长度方向位置。
如图3、图8A及图8B所示，根据若干的实施方式，金属带材21包括：与金属接收器40重叠并固定于金属接收器40的第一区域26；位于比该第一区域26靠叶根12侧处，且金属带材21的厚度比第一区域26小的第二区域27。
在风车叶片10中，叶片尖端11侧比叶根12侧的周速大，因此固定于叶片尖端11的金属接收器40上的第一区域26与位于比该第一区域26靠叶根12侧处的第二区域27相比容易产生腐蚀。因此，在容易产生腐蚀的第一区域26中，与叶根12侧的第二区域27相比增厚金属带材21。另一方面，在腐蚀比较难以产生的第二区域27中，以轻量化为目的而减薄金属带材21。这样，根据腐蚀的产生容易度而使金属带材21的厚度不同，由此能够同时实现耐腐蚀性的确保和轻量化这两者。
在图8A所示的例子中，第一区域26的金属带材21的厚度在叶片长度方向上大致一定，第二区域27的金属带材21的厚度在叶片长度方向上大致一定且比第一区域26薄。即，在第一区域26与第二区域的交界处存在阶梯。该阶梯设置在金属带材21的表面及背面中的与叶片主体13相对的背面。因此，在金属带材21的表面(即风车叶片10的外表面)不存在阶梯，不会损害风车叶片10的空气动力性能。
而且，在图8A所示的例子中，还具备保护膜区域(图2所示的耐腐蚀保护膜39)，所述保护膜区域在叶片长度方向上与金属带材21相邻而位于金属带材21的叶根12侧且以至少覆盖叶片主体13的前缘14的方式设置。即，在腐蚀比较难以成为问题的叶根12侧的区域中，以至少覆盖叶片主体13的前缘14的方式设置耐腐蚀保护膜39(参照图2)。通常耐腐蚀保护膜39(参照图2)为轻量，因此通过上述结构能够同时实现耐腐蚀性的确保和轻量化这两者。
在图8A所示的一实施方式中，保护膜区域设置在周速ω1以上且小于ω2的区域，形成厚度t1的保护膜。例如，在叶片尖端11的周速(最前端的周速)ω5为90m/s时，保护膜区域的下限值的周速ω1为50m/s，上限值的周速ω2为80m/s。在该保护膜区域中，保护膜的厚度t1也可以为0.3m左右。这样，也可以从要求某些腐蚀对策的50m/s左右开始保护膜区域。
而且，第二区域与保护膜区域相邻地设置，且设置在周速比保护膜区域大的区域即周速ω2以上且小于ω3的区域，形成为厚度t2。例如，在叶片尖端11的周速ω5为90m/s时，第二区域的下限值的周速ω2为80m/s，上限值的周速ω2为87m/s。该第二区域的厚度t2也可以为1.0mm左右。即，周速80m/s以上的话，仅是基于保护膜区域的腐蚀对策的话可能并不充分，因此如图8A所示，在周速80m/s以上的区域中设置第二区域及第一区域。
此外，第一区域与第二区域相邻地设置，且设置在周速比第二区域大的区域即周速ω3以上且ω4以下的区域，形成为厚度t3。例如，在叶片尖端11的周速ω5为90m/s时，第一区域的下限值的周速ω3为87m/s，上限值的周速ω4为89m/s。该第一区域的厚度t3也可以为5.0mm左右。
需要说明的是，在上述风车叶片10中，从成本削减的观点出发，叶片长度方向上的保护膜区域的长度也可以大于金属带材区域(第一区域及第二区域)的长度。
在图8B所示的例子中，第一区域26的金属带材21的厚度在叶片长度方向上大致一定，第二区域27的金属带材21的厚度在叶片长度方向上随着接近第一区域26而增大。这种情况下，也与图8A同样地在第一区域26与第二区域的交界处，在金属带材21的背面存在阶梯。
这样，根据腐蚀的产生容易度而使金属带材21的厚度逐渐不同，由此能够同时实现耐腐蚀性的确保和轻量化这两者。
在图8B所示的另一实施方式中，第二区域设置在周速ω6以上且小于ω7的区域，在该区域中，朝向叶片尖端11而厚度从厚度t4逐渐增大至t5。例如，在叶片尖端11的周速ω5为90m/s时，第二区域的下限值的周速ω6为50m/s，上限值的周速ω7为87m/s。而且，也可以是，第二区域的下限值的厚度t4为0.3mm，上限值的厚度t5为1.0mm。
第一区域与第二区域相邻地设置，且设置在周速比第二区域大的区域即周速ω7以上且小于ω8的区域，形成为厚度t6。例如，在叶片尖端11的周速ω5为90m/s时，第一区域的下限值的周速ω7为87m/s，上限值的周速ω8为89m/s(小于90m/s的值)。该第一区域的厚度t6也可以为5.0mm左右。
而且，在关于图8A及图8B的上述说明中，示出了叶片尖端11的周速ω5为90m/s时的数值作为一例，但例如在叶片尖端11的周速ω5为100m/s时，ω1、ω2或ω6也可以与90m/s的情况的上述值相同，ω3或ω7也可以为97～99m/s的范围内。即，也可以是，在叶片尖端11的周速不同的情况下，保护膜区域及第二区域的各开始点(各区域的叶片长度方向上的叶根侧端部)无论周速如何都大致一定，第一区域的开始点(第一区域的叶片长度方向上的叶根侧端部)对应于周速而变化。
图9A是示意性地表示一实施方式的设有金属带材21的风车叶片10的剖面的图。图9B是示意性地表示另一实施方式的设有金属带材21的风车叶片10的剖面的图。图9C是示意性地表示又一实施方式的设有金属带材21的风车叶片10的剖面的图。需要说明的是，图9A～图9C示出与叶片长度方向正交的方向上的风车叶片10的剖面，在本图中，风车叶片10的剖面中的金属带材21及金属箔50a、50b以外的部位省略。
如图9A～图9C所示，金属带材21具有叶片主体13的负压面17上的第一宽度方向端28和叶片主体13的压力面16上的第二宽度方向端29。
而且，金属带材21在负压面17及压力面16上从前缘14延伸至第一宽度方向端28及第二宽度方向端29。需要说明的是，在金属带材21与叶片主体13之间也可以配置金属箔50a。即，在金属箔50a与金属带材21直接接触那样局部重叠的状态下，配置金属带材21及金属箔50a。
根据该结构，金属带材21的宽度方向上的一方侧从叶片主体13的前缘14延伸至负压面17上的第一宽度方向端28，另一方侧从叶片主体13的前缘14延伸至压力面16上的第二宽度方向端29。由此，在包括叶片主体13的前缘14的负压面侧区域及压力面侧区域中能够提高耐腐蚀性。
此外，金属带材21包括朝向第一宽度方向端28及第二宽度方向端29而金属带材21的厚度逐渐减少的宽度方向区域55。
在图9A及图10A所示的例子中，宽度方向区域55包括从前缘14至第一宽度方向端28的区域、及从前缘14至第二宽度方向端29的区域。
同样，在图9B及图10B所示的例子中，宽度方向区域55包括从前缘14至第一宽度方向端28的区域、及从前缘14至第二宽度方向端29的区域。
在图9C及图10C所示的例子中，位于比前缘14靠负压面17侧处的交界部56、及位于比前缘14靠压力面16侧处的交界部57中，金属带材21的厚度呈阶梯状地变化。在包括前缘14的交界部56与交界部57之间，金属带材21的厚度大致一定。另一方面，从交界部56至第一宽度方向端28的区域、及从交界部57至第二宽度方向端29的区域成为金属带材21的厚度朝向第一宽度方向端28及第二宽度方向端29逐渐减少的宽度方向区域55。
例如，第一宽度方向端28或第二宽度方向端29的金属带材21的厚度相对于前缘14(或金属带材21的最厚的位置)的金属带材21的厚度，也可以为0.05倍～0.2倍(在图示的例子中为0.1倍)。
根据图9A～图9C及图10A～图10C所示的结构，金属带材21在容易产生腐蚀的前缘14处最厚，厚度朝向腐蚀比较难以产生的区域而沿宽度方向逐渐减少。这样，对应于腐蚀的产生容易度而使金属带材21的厚度不同，由此能够同时实现耐腐蚀性的确保和轻量化这两者。
而且，在图9C及图10C所示的例子中，在从交界部56至第一宽度方向端28的宽度方向区域55、及从交界部57至第二宽度方向端29的宽度方向区域55中，与包括前缘14的交界部56与交界部57之间的区域相比，金属带材21的厚度小。例如，交界部57的金属带材21的厚度相对于包括前缘14的交界部56与交界部57之间的区域的金属带材21的厚度也可以为0.2～0.4倍(在图示的例子中为0.3倍)。
这种情况下，在宽度方向区域55中，金属带材21也可以与金属箔50a重合。即，图3所示的金属箔50a与金属带材21的层叠区域70也可以位于金属带材21的宽度方向区域55。由此，在金属箔50a与金属带材21的层叠区域70中，能防止厚度比其他的区域增大的情况，能够使风车叶片10的表面平坦，因此能够较高地维持风车叶片10的空气动力性能。
在图9A所示的例子中，利用金属带材21形成的从前缘14至后缘15的线长L与考虑了空气动力性能的设计线长L0一致。在该结构中，叶片主体13的从前缘14侧端部(不包括金属带材21)至后缘15的线长L1比设计线长L0小。这样，考虑到安装金属带材21的情况，也可以是以使叶片主体13的线长L1小于设计线长L0的方式形成叶片主体13。由此，在安装有金属带材21的状态下，能够实现空气动力性能优异的翼型。
在图9B所示的例子中，叶片主体13的从前缘14侧端部(不包括金属带材21)至后缘15的线长L1与设计线长L0一致。因此，在该结构中，在安装有金属带材21的状态下从前缘14至后缘15的线长L大于设计线长L0。该结构对于考虑空气动力性能而制造的现存的叶片主体13也能够应用。
在一实施方式中，如图9A～图9C所示，也可以是，还具备设置在金属带材21与叶片主体13之间的能够变形的中间层38。
根据该结构，通过设置在金属带材21与叶片主体13之间的能够变形的中间层38，能够吸收金属带材21与叶片主体13的热膨胀差。因此，能够防止以金属带材21与叶片主体13的热膨胀差为起因而金属带材21或叶片主体13变形，或者金属带材21与叶片主体13的接合状态恶化的情况。
在一实施方式中，金属带材21也可以是电铸件。
这样，通过电铸来制造金属带材21，由此金属带材21的形状精度提高，能够较高地维持风车叶片10的空气动力性能，并且能够容易地制造耐腐蚀性良好且能够轻量化的金属带材21。
需要说明的是，金属带材21也可以通过与电铸不同的方法来制造。
参照图1至图3，若干的实施方式的风车叶片10的制造或改造方法具备如下的步骤：以至少覆盖从叶根12朝向叶片尖端11沿着叶片长度方向延伸的风车叶片10的叶片主体13中的叶片尖端11侧的前缘14的方式，将用于抑制叶片主体13的前缘14的腐蚀的金属带材21安装于叶片主体13。
在上述方法中，以至少覆盖风车叶片10的叶片主体13中的叶片尖端11侧的前缘14的方式将金属带材21安装于叶片主体13，因此能够容易地制造或改造可长时间地抑制腐蚀的产生的风车叶片10。
如上所述，根据本发明的至少若干的实施方式，以至少覆盖风车叶片10的叶片尖端11侧的前缘14的方式设置金属带材21，因此能够长时间地抑制风车叶片10的腐蚀的产生，并且能够较高地维持风车叶片10的空气动力性能。
本发明没有限定为上述的实施方式，也包括对上述的实施方式加入了变形的方式或将这些方式适当组合的方式。
例如，“在某方向上”、“沿着某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等的表示相对的或绝对的配置的表达不仅严格表示这样的配置，而且也表示具有公差或得到相同功能的程度的角度或距离而相对位移的状态。
例如，“相同”、“相等”及“均质”等的表示事物相等的状态的表达不仅表示严格相等的状态，而且也表示存在公差或者能得到相同功能的程度的差的状态。
例如，四边形形状或圆筒形状等的表示形状的表达不仅表示几何学上严格的意义下的四边形形状或圆筒形状等形状，也表示在得到相同效果的范围内包括凹凸部或倒角部等的形状。
另一方面，“具备”、“包括”或“具有”一构成要素这样的表达不是将其他的构成要素的存在排除在外的排他性的表达。

Claims (15)

1.一种风车叶片，其特征在于，具备：
叶片主体，从叶根朝向叶片尖端而沿着叶片长度方向延伸；及
金属带材，以至少覆盖所述叶片主体中的所述叶片尖端侧的前缘的方式设置，用于抑制所述叶片主体的所述前缘的腐蚀。
2.根据权利要求1所述的风车叶片，其特征在于，
所述风车叶片还具备金属接收器，该金属接收器连接于所述叶片主体的与所述叶根相反的一侧的端部并形成叶片尖端，
所述金属带材与所述金属接收器重叠设置。
3.根据权利要求2所述的风车叶片，其特征在于，
所述风车叶片还具备金属箔，该金属箔与所述金属接收器电连接并朝向所述叶根而沿所述叶片长度方向在所述叶片主体的压力面及负压面上延伸，并且将来自所述金属接收器的雷电流导向所述叶根侧，
所述金属带材与所述金属箔电连接。
4.根据权利要求2或3所述的风车叶片，其特征在于，
所述金属接收器至少在所述叶片尖端的前缘具有供所述金属带材的端部卡合的凹部，
所述风车叶片还具备紧固构件，该紧固构件用于将与所述凹部卡合的所述金属带材的所述端部紧固于所述金属接收器。
5.根据权利要求4所述的风车叶片，其特征在于，
所述紧固构件的头部与该头部的周围的所述金属带材一起构成平滑面。
6.根据权利要求4或5所述的风车叶片，其特征在于，
所述紧固构件包括如下构件中的任一个：
(a)与以向所述凹部的底面开口的方式形成于所述金属接收器的螺纹孔螺合的螺栓；
(b)插通于以向所述凹部的底面开口的方式形成于所述金属接收器的贯通孔的螺栓及与该螺栓螺合的螺母。
7.根据权利要求2～6中任一项所述的风车叶片，其特征在于，
所述金属带材包括：
第一区域，与所述金属接收器重叠并固定于所述金属接收器；及
第二区域，位于比所述第一区域靠所述叶根侧处，且所述金属带材的厚度比所述第一区域小。
8.根据权利要求7所述的风车叶片，其特征在于，
在所述金属带材的所述第二区域中，所述金属带材的所述厚度随着接近所述第一区域而增大。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的风车叶片，其特征在于，
所述风车叶片还具备耐腐蚀保护膜，该耐腐蚀保护膜在所述叶片长度方向上与所述金属带材相邻而位于所述金属带材的所述叶根侧，且以至少覆盖所述叶片主体的所述前缘的方式设置。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的风车叶片，其特征在于，
所述风车叶片还具备设置在所述金属带材与所述叶片主体之间的能够变形的中间层。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的风车叶片，其特征在于，
所述金属带材具有所述叶片主体的负压面上的第一宽度方向端和所述叶片主体的压力面上的第二宽度方向端，
所述金属带材在所述负压面及所述压力面上从所述前缘延伸至所述第一宽度方向端及所述第二宽度方向端。
12.根据权利要求11所述的风车叶片，其特征在于，
所述金属带材包括所述金属带材的厚度朝向所述第一宽度方向端及所述第二宽度方向端逐渐减少的宽度方向区域。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的风车叶片，其特征在于，
所述金属带材是电铸件。
14.一种风力发电装置，其特征在于，具备：
权利要求1～13中任一项所述的风车叶片；
安装所述风车叶片的轮毂；及
通过所述轮毂的旋转而被驱动的发电机。
15.一种风车叶片的制造或改造方法，其中，
所述风车叶片的制造或改造方法具备如下的步骤：以至少覆盖从叶根朝向叶片尖端而沿叶片长度方向延伸的所述风车叶片的叶片主体中的、所述叶片尖端侧的前缘的方式，将用于抑制所述叶片主体的所述前缘的腐蚀的金属带材安装于所述叶片主体。
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