JP2006274989A

JP2006274989A - 風車

Info

Publication number: JP2006274989A
Application number: JP2005098139A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Ito; 瞭介伊藤; 英樹 ▲ぬで▼島; Hideki Nudeshima
Original assignee: ZEPHYR CORP; Toray Industries Inc
Current assignee: ZEPHYR CORP; Toray Industries Inc
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】風車翼のハブへの通常の連結・固定構造が疲労破壊等の原因で解放されてしまった（破損してしまった）場合にも、翼の飛散を適切に防止できるようにした風車の翼連結部の構造を提供する。
【解決手段】翼のハブへの連結部に、翼のハブに対する固定が解放された場合に翼のハブに対する変位を拘束する、柔軟性を備えた条体を設けたことを特徴とする風車。
【選択図】図１

Description

本発明は、風車に関し、とくに風車翼のハブへの通常の連結・固定構造が何らかの原因で解放されてしまった場合に翼の飛散を防止できるようにした、風車の翼連結部の構造に関する。

通常、風車の翼は、その根元部が、風車軸周りに設けられたハブに連結・固定され、この連結・固定には、通常、ボルト締結構造が採用されている。風車翼には、風車回転時の遠心力によるハブからの引き抜き荷重と、曲げ荷重が作用する。風車回転による繰り返し荷重により、ボルト締結部が疲労限度に達すると、この部分に疲労破壊が生じるおそれがある。もしボルト締結部に破損が生じると、風車翼が高速で周囲に飛散するおそれがある。

近年、高強度、高剛性の翼を軽量化するために、翼の本体部を繊維強化プラスチック（以下、単にＦＲＰと呼ぶこともある。）、中でも炭素繊維強化プラスチック（以下、単にＣＦＲＰと呼ぶこともある。）で構成することも行われつつある（例えば、特許文献１）。また、大型のＦＲＰ製翼等について、金属製の補強材で翼を補強し、振動を低減したり、翼の強度、剛性を向上したり工夫も行われている（例えば、特許文献２）。このようなＦＲＰ製翼についても、ハブへの連結部には、通常、上記のようなボルト締結構造が採用されており、上記同様の問題が残されている。
実開平４−１０３２６２号公報特開２００１−２８９１５１号公報

そこで本発明の課題は、上記のような現状に鑑み、風車翼のハブへの通常の連結・固定構造が疲労破壊等の原因で解放されてしまった（破損してしまった）場合にも、翼の飛散を適切に防止できるようにした風車の翼連結部の構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る風車は、翼のハブへの連結部に、翼のハブに対する固定が解放された場合に翼のハブに対する変位を拘束する、柔軟性を備えた条体を設けたことを特徴とするものからなる。

すなわち、翼のハブへの連結・固定部は、通常通りに構成されるが、これに加えて、柔軟性を備えた条体により、翼のハブに対する固定が解放された場合に翼のハブに対する変位を拘束するようにした構造である。基本的に、この条体には、通常運転時（通常の翼回転時）には、実質的に翼の拘束力は加わらないようにし（条体に力が加わらないようにし）、上記翼の固定が連結部の疲労破壊等により解放された場合に、条体により翼がある距離以上にハブから離れないように翼を拘束し、翼の飛散を防止するようにしたものである。したがって、条体自身には、疲労は発生せず、条体を翼の飛散防止のために機能させるときには、条体自身としては確実に予定していた強度特性等を発揮させることができるようになり、翼の飛散防止も確実に達成されるようになる。

上記条体の引張強度としては、１．５〜５．０ＧＰａの範囲にあり、かつ、引張破断歪としては、３〜１５％の範囲にあることが好ましい。このような構成により、翼の飛散を適切に防止可能となる。

また、風車の定格運転時において、上記条体に発生する引張応力が条体の引張強度の１％以下であることが好ましい。つまり、上述したように、通常運転時には、条体にはほとんど引張荷重がかからないように条体を撓ませて、あるいは条体にその柔軟性を利用して余裕を持たせて、翼に条体を連結しておき、翼の飛散防止が必要な時にのみ、条体に翼を拘束するための引張荷重がかかるようにしておくことが好ましい。

条体の翼への連結構造としては、種々の形態を採り得る。例えば、上記条体の一部が上記翼の一部に内包されている構造を採用することができる。また、上記条体の一部が上記翼の一部に縛着されている構造を採用することもできる。さらに、これらとともに、接着剤を用いて接着しておくこともできる。

本発明に係る構造は、あらゆる風車翼のハブへの連結部に適用可能であり、とくに、翼が繊維強化プラスチックを用いて構成されている風車にも好適に適用できる。中でも、繊維強化プラスチックが炭素繊維強化プラスチックからなる風車に、好適に適用できる。

上記条体としては、翼の飛散を防止できるだけの引張強度、通常運転時にはほとんど条体に力が作用しない翼との連結構造を採用することができるだけの柔軟性を備えていれば、特に限定されない。上記条体の好ましい材質としては、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、鋼線材の少なくとも一種を含むものが挙げられる。

また、条体と翼との連結構造に関しては、一つの翼に対して１本の条体を用いて拘束するようにすることもできるし、実質的に１本の条体を用いて複数の翼の変位が拘束されている構造を採用することもできる。

本発明に係る風車のタイプはとくに限定しないが、本発明は、風車軸が水平方向に延びる水平軸型風車にとくに好適なものである。

このように本発明に係る風車によれば、柔軟性を備えた条体により、疲労破壊等により翼のハブに対する固定が解放された場合に翼のハブに対する変位を拘束できるようにしたので、翼の周囲への飛散を適切に防止することが可能になる。

また、翼をＦＲＰ製とすれば、翼重量を軽量化しつつ、上記のような飛散防止構造を実現でき、風車の効率等を向上しつつ、併せて安全対策も講じることが可能になる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１および図２は、本発明の一実施態様に係る風車を示しており、とくに、翼をＦＲＰで構成した場合の例を示している。本発明に係る風車の翼に使用するＦＲＰとしては、とくに限定されないが、強化繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維等の無機繊維や、ケブラー繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維などの有機繊維からなる強化繊維が挙げられる。翼の強度や剛性の制御の容易性の面からは、とくに炭素繊維が好ましい。ＦＲＰのマトリックス樹脂としては、たとえば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられ、さらには、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂も使用可能である。また、ＦＲＰ製翼本体部の構造としては、その外殻構造のみ（表面材のみ）をＦＲＰ製として内部を中空にした構造、ＦＲＰ製外郭の内部に軽量のコア材を介在または充填した、いわゆるサンドイッチ構造のいずれも採用可能である。コア材としては、弾性体や発泡材、ハニカム材の使用が可能であり、軽量化のためにはとくに発泡材が好ましい。発泡材の材質としては特に限定されず、たとえば、ポリウレタンやアクリル、ポリスチレン、ポリイミド、塩化ビニル、フェノールなどの高分子材料の低密度フォーム材などを使用できる。ハニカム材としては特に限定されず、たとえばアルミニウム合金、紙、アラミドペーパー等を使用することができる。

図１は、水平軸型の風車の翼部の正面図を示しており、図１において、１は風車全体を指している。風車１は、回転軸としての風車軸２を備えており、風車軸２の回りには、風車軸２と一体的に回転されるハブ３と、ハブ３と一体または別体に形成された回転軸スリーブ４が設けられている。このハブ３に、本実施態様では、３枚の翼５が、その根元部において連結・固定されている。連結・固定構造には、通常のボルト締結構造等が採用されている。

回転軸スリーブ４の周りには、図２にも示すように、柔軟性を備えた条体６が設けられている。条体６は、回転軸スリーブ４の外周に巻き付けられることにより、該回転軸スリーブ４に対し実質的に巻き付け位置が固定されており、条体６の反巻き付け側先端部は、ＦＲＰ製の翼５の根元部に内包されて該根元部に連結されている。この内包連結のためには、ＦＲＰ製の翼５を成形する際に条体６の一端部を内包して一体成形するようにしてもよいし、翼５に条体６の挿入孔を形成しておき、その孔に条体６の一端部を挿入して接着剤を用いて接着固定するようにしてもよい。いかなる方法も採用可能である。

条体６は、翼５に対し、通常運転時には実質的に引張荷重（張力）が加わらないように連結されていることが好ましく、回転軸スリーブ４と翼５の根元部との間で、条体６に若干の緩みを持たせておくことが好ましい。すなわち、翼５とハブ３との通常の連結・固定が解放された場合にのみ、条体６に引張荷重（張力）が加わるようにした構成である。

本実施態様では、実質的に図２に示したような条体６による翼５の変位拘束構造が、翼５の数に対応した数だけ、つまり、３組設けられている。但し、この構造は各種形態を採り得る。

例えば、図３に示すように、実質的に１本の条体７をハブ３上の回転軸スリーブ４の周囲に撓みをもたせて張りめぐらせ、条体７が、複数の翼５の根元部に内包されるように、例えば、複数の翼５の根元部に設けられた横断孔を通過するように、設けられた構造とすることもできる。この場合にも、条体７は、各翼５の根元部に対し接着剤で接着されていてもよい。

さらに、図４に示すように、回転軸スリーブ４の外周に巻き付けられた条体８の先端部を翼５の根元部に縛着し、この縛着部９を介して翼５の変位を拘束するようにしてもよい。また、翼５の根元部に切り欠き部等を形成して、より緊密に縛着されるようにしてもよく、縛着部９に接着剤による接着固定を施してもよい。さらに、図３に示したような構造と併用し、回転軸スリーブ４の周囲に撓みをもたせて張りめぐらせた条体の各部分で複数の翼５の根元部を縛着する構造とすることも可能である。

このように、条体による翼の変位拘束構造としては、各種の形態を採り得るが、いずれの構造においても、通常運転時には、条体には荷重が作用せず、条体自体の疲労を考慮する必要はない。条体は、翼のハブに対する通常の固定が解放された場合にのみ、翼のハブに対する過剰変位を拘束することになり、翼の飛散を効率よく防止できる。翼をＦＲＰで構成しておけば、軽量化も併せて達成されることになる。

本発明は、あらゆる風車に適用可能であるが、とくに、翼がＦＲＰ製の風車、水平軸型の風車に好適なものである。

本発明の一実施態様に係る風車の翼部の正面図である。図１の風車の翼とハブとの連結部における条体による翼変位拘束構造部の拡大斜視図である。図２とは別の条体による翼変位拘束構造部の例を示す風車翼部の部分正面図である。さらに別の条体による翼変位拘束構造部の例を示す風車翼部の部分正面図である。

符号の説明

１風車
２風車軸
３ハブ
４回転軸スリーブ
５翼
６、７、８条体
９縛着部

Claims

翼のハブへの連結部に、翼のハブに対する固定が解放された場合に翼のハブに対する変位を拘束する、柔軟性を備えた条体を設けたことを特徴とする風車。
前記条体の引張強度が１．５〜５．０ＧＰａの範囲にあり、かつ、引張破断歪が３〜１５％の範囲にある、請求項１の風車。
風車の定格運転時において、前記条体に発生する引張応力が条体の引張強度の１％以下である、請求項１または２の風車。
前記条体の一部が前記翼の一部に内包されている、請求項１〜３のいずれかに記載の風車。
前記条体の一部が前記翼の一部に縛着されている、請求項１〜３のいずれかに記載の風車。
前記翼が繊維強化プラスチックを用いて構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の風車。
繊維強化プラスチックが炭素繊維強化プラスチックからなる、請求項６の風車。
前記条体が、ガラス繊維、アラミド繊維、鋼線材の少なくとも一種を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の風車。
実質的に１本の条体を用いて複数の翼の変位が拘束されている、請求項１〜８のいずれかに記載の風車。
風車軸が水平方向に延びる水平軸型風車からなる、請求項１〜９のいずれかに記載の風車。