JP2008525716A - 固定部材を有する風力タービンブレードシェル部材を製造する方法および固定部材を有する風力タービンブレード - Google Patents

Abstract

風力タービンブレードシェル部材（２）を製造する方法であって、該風力タービンブレードシェル部材が根元の近くに組み込まれた固定部材（４）を有する方法が提供される。上記方法によると、樹脂注入の前に、固定部材（４）はモールド（１４）内に該固定部材（４）の実質的な長手方向の部分を囲む組立て式のスティック（８，１０）とともに配置され、さらに、固定部材（４）を有する風力タービンブレードシェル部材（２）を含む風力タービンブレードが提供される。最後に、さらなる固定部材に対して、および／またはモールドに対して、固定部材（４）をモールディング中に整列させるための案内手段、ならびに案内手段を含む半組立体が提供される。

Description

（発明の技術分野）
本発明は、風力タービンブレードに関する。さらに詳細には、本発明は、風力タービンブレードシェル部材を含む風力タービンブレードを風力タービンハブに接続するための固定部材を有する風力タービンブレードシェル部材を製造する方法、および固定部材を有する風力タービンブレードに関する。さらに、本発明は、埋め込まれた固定部材を有する風力タービンブレードシェル部材、および埋め込まれた固定部材を有する風力タービンブレードに関する。

（発明の背景）
風力タービンは、風力を、エネルギー源、通常電気エネルギーに変換するために使用される。近年、さらに大きな風力タービンの使用により、風力タービンブレードと風力タービンのハブのフランジとの間の接続の要求が増加している。重要な特徴は、ブレードをハブに固定するための固定部材の間の接続であり、その固定部材はブレードのブレード根元および該ブレードの残りの部分に設けられる。なぜならば、この接続は、作動中に大きな周期的な負荷を受けるからである。

真空補助樹脂注入によって組立て式のスティックを結合させることによって製造される、耐久性があり、かつ価格的に入手可能な風力タービンブレードが、特許文献１に開示されている。

特許文献２には、風力タービンブレードをハブに接続するための多くの技術が記述されている。特に、特許文献２の図３に関連して記述された従来技術は、本発明との関係で関連性がある。そこでは、スチールアタッチメントスタッドロッド（ｓｔｅｅｌ ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ ｓｔｕｄ ｒｏｄ）は、完成した風力タービンブレードの壁の端にドリルで穴を開け、アタッチメントスタッドロッドを接着剤によって穴の中に固定することによって風力タービン根元に埋め込まれる。積層された複合構造にドリルで穴を開けることは、非常に時間がかかり、積層材料が無駄になり、かつドリルの磨耗が無視できない。さらに穴からくずを除去すること、また接着剤中に空気が存在しないようにすることは、穴の長さと幅の比率のために簡単ではない。従って、アタッチメントスタッドロッドと穴の壁との間にはかなりのスペースが必要とされ、接着剤の大量消費、比較的弱い接続および過度に大きなブレード壁厚さにつながる。

ブレードの硬化の前に固定部材を提供することが考慮されている。特許文献３は、挿入物が非硬化積層構造の中に挿入されているブレード接続を開示している。挿入物には、近似する長手方向サイズの複数のエレベーション（ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）およびリセス（ｒｅｃｅｓｓ）が設けられていて、リセスには、いくつかのより小さな平行積層層が提供されている。いくつかのより小さな平行積層層とより大きな外側積層層との間で充分なはく離強さを提供するために、挿入物の近くでは、積層層を縫い合わせることが必要である。層を縫うことは非常に時間がかかり、複雑なプロセスであり、積層層の張り合わせ作業間、穴の内側からか、外側からか、いずれかから行われなくてはならない。縫うことはまた、繊維の整列と相互作用し、最も重要な場所、すなわち挿入物の近くでの積層構造の強さの減少につながる。

従って、風力タービンブレードにおける固定部材を提供するための速くかつ安全な方法に対するニーズがある。
国際公開第 ０３／００８８００号パンフレット 米国特許第４，９１５，５９０号明細書 国際公開第 ０３／０８２５５１号パンフレット

（発明の目的）
固定部材が風力タービンブレードにおいてより効率的に提供される方法を提供することが本発明の目的である。

固定部材とブレードとの間の改善された接続を有する風力タービンブレードシェル部材、および固定部材とブレードとの間の改善された接続を有する風力タービンブレードを提供することが本発明の別の目的である。

（発明の開示）
本発明の上記目的のうちの１つ以上が、組立て式のスティックを含み、請求項１の方法によって製造される、風力タービンブレードシェル部材に対して、および／または請求項２６による組立て式のスティックを有する風力タービンブレードシェル部材を含む、風力タービンブレード、に対して実現される。

上記方法は、風力タービンブレードシェル部材の根元近くに設けられた固定部材を有する風力タービンブレードシェル部材を製造することに関する。ブレードに埋め込まれた場合、固定部材は、風力タービンブレードシェル部材を含む風力タービンブレードを風力タービンハブに接続するのに適している。上記方法は、剛体の外側モールドを提供することと、風力タービンブレードの根元に対応する剛体の外側モールドの端部の近くに１つ以上の固定部材を配置することと、風力タービンブレードの根元に対応する剛体の外側モールドの端部の近くに少なくとも２つの、しかし通常はさらに多くの組立て式のスティックの層を配置することとを含む。組立て式のスティックは、固定部材が、風力タービンブレードシェル部材の中に配置されるとき、固定部材の実質的な長手方向の部分を囲むように配置されるべきである。さらに、１つ以上の層の組立て式のスティックは、剛体の外側モールドの実質的な長手方向の部分の中に配置される。

その後、完成した風力タービンブレードの内側表面に通常対応する内側モールドは、剛体の外側モールドと真空気密接続されて提供され、外側モールドと内側モールドとの間の容積は空にされる。硬化可能な樹脂が注入されることにより、固定部材は周囲の組立て式のスティックに固定され、かつ少なくとも実質的に、隣接するスティックの間の隙間は満たされ、樹脂は硬化可能とされ、シェル部材はディモールドされる。随意的に、風力タービンシェル部材はディモールディングの前、または後に、１つ以上のさらなるシェル部材または他の部材に接続される。

注入が完了するまで、粘度が充分に低くある限り、硬化は注入の間に始まり得る。モールディング方法は、真空補助樹脂移送モールディング、ＶＡＲＴＭとしても公知である。風力タービンブレードの大きなサイズのために、真空の応用は、従来の樹脂移送モールディングに比べて非常に有利である。しかしながら、開示された固定部材の埋め込みの原理が、樹脂が実質的により短い距離を移動する必要がある応用において利用される場合は、他のモールド方法、例えば樹脂移送モールディングが適用可能である。

通常、固定部材の少なくとも７０％が、組立て式のスティックによって取り囲まれるが、固定部材の実際のデザインに依存して、取り囲まれる部分は変化する。例えば、固定部材に、内部にねじを切った穴が設けられている場合、固定部材のほぼ１００％もが組立て式のスティックによって取り囲まれ得る。一方、固定部材に、ハブに接続するための長いロッドが設けられ、そのロッドが固定部材から延びている場合、固定部材のわずか５０％が組立て式のスティックによって取り囲まれ得る。さらに、表面トポロジーおよび／または表面の化学的性質は、接続の強さを促進、または阻害し得、必要な部分が埋め込まれる。

風力タービンブレードは、硬化された樹脂によって接続された組立て式のスティックと、風力タービンブレードの根元近くに埋め込まれた複数の固定部材とを有する風力タービンブレードシェル部材を含む。少なくとも２つの前記固定部材が、風力タービンハブへの後の接続を促進するために整列されている。整列された固定部材を有するということは、その中に開けられた穴またはそこから延びるロッドは、実質的に平行に整列され、そのために、それらは、風力タービンブレードをハブのフランジ、または別の受け要素に接続するのに適していることを意味する。

本発明はさらに、固定部材を介して雷をハブへ移送のための準備に関する方法および製品の状況と、固定部材の表面トポロジーおよび形状と、構造用繊維の高い含有率を有する風力タービンブレードと、固定部材の整列のための案内手段と、真空補助樹脂移送モールディングに関する局面とに関する好ましい実施形態に関する。

本発明は、例示的な実施形態および図面を参照して、以下にさらに完全に説明される。

図はすべて、非常に概略的であり、必ずしも一定の比率ではなく、かつ本発明を説明するために必要な部分のみを示し、他の部分は省略されるかまたは単に提示されているだけである。

（図面の説明）
図１において、モールド１４、１６における風力タービンブレードシェル部材２の例が示されている。複数の組立て式のスティックの層８、１０が、固定部材４に従うように配置され、固定部材４は、整列（下記参照）のために、案内手段２０に有利に接続されている。接続は、好ましくは、真空補助樹脂注入を可能にするために真空気密方法でなされる。そのような真空気密接続は、例えば、ゴム状の要素３８で実現され得る。図１において、組立て式のスティックの層８、１０の数は、４つであるが、しかし、層の数は、シェル部材のサイズおよびデザインに依存して、かなり変化し得る。組立て式のスティックの層の通常の値は、２、３、４、５、６、８、１０またはそれより多くの層である。さらに、例えば外側および／または内側ファイバ層１８、ゲル被覆１９および／または避雷導線など、多くの随意の層が提供され得る。最後に、樹脂注入処理の前に、内側モールド１６が提供される。

（組立て式のスティック）
本発明の極めて好ましい実施形態において、本発明による方法、風力タービンブレードシェル部材および風力タービンブレードの重要な要素は、組立て式のスティックである。組立て式のスティックは通常、シェル部材の長さに沿った寸法において、他の寸法における長さよりも実質的に長い。スティックは、延長スティックへのゆるやかな移行を可能にするため、またはスティックが延長されない場合、ブレード特性の急ではない変化を可能にするための、いずれかのために端近くで面取りが行われ得る。

好ましい実施形態において、少なくとも組立て式のスティックのいくつかは、繊維質の部材、木製材料および空洞部材のグループから選択される。好ましい繊維質の部材の例は、好ましくは炭素繊維および／またはガラス繊維および／または天然繊維を含む、引き出し成形または押し出し成形された部材である。引き出し成形された部材は、硬化されない、部分的に硬化されまたは完全に硬化され得るが、例えば取り扱いの容易さのために完全に硬化した部材が好ましい。好ましい木製部材の例は、例えばバルサ、カバなど、重量比に対して高い強さを有する、機械で切断した木質である。木製部材はまた、バルサ、カバまたは同様な特性を有する木製材料を好ましくは含む合板であり得る。空洞部材は、例えば、繊維質の材料を随意的に含む、ブロー成型スティック、フォームスティック、押し出し成形部材のような、空洞重合体ベース部材を含む。

スティックの組み合わせは、強さ、重量、および値段の間での適切な折り合いを提供するように選択されるべきである。

（固定部材の近くに組立て式のスティックを配置すること）
好ましい実施形態において、固定部材に隣接して配置されるべき組立て式のスティックは、スティックが配置されているときスティックは固定部材の形状に合うように、機械加工されるか、そうでない場合は形成される。好ましくは、スティックは、固定部材の実質的な部分が、しっかりと組立て式のスティックによって囲まれるように、固定部材に適合することである。固定部材の実質的な部分とは、固定部材の少なくとも約７０％が組立て式のスティックによって囲まれるかまたは取り巻かれるかすることを意味するが、この数字は、他で論じられるように、５０％よりも低くまで、または１００％近くまで変化し得る。固定部材の囲まれていない部分は、囲まれていない１つ以上の長手方向の部分または横部分によって占められ得る。

固定部材の囲まれた部分は通常、ブレードの長さおよびブレード壁の厚さに依存して約０．４〜２ｍの範囲にある。好ましい実施形態においては、約０．５〜０．７５ｍの範囲にある固定部材が、ブレードと固定部材との接続の重量と強さの間で適切な折り合いを提供することが見出された。

囲まれた部分の直径は、他で論じられる通り、変化する。たいていの場合、約８〜２０ｃｍの範囲にある固定部材の囲まれた部分の断面の最大面積に対応する直径が適切である。しかしながら、好ましい実施形態において、約１０〜１５ｃｍの範囲にある固定部材の囲まれた部分の断面の最大面積に対応する直径が、固定部材の重量と強さ、およびブレードと固定部材との接合における重量と強さとの間の適切な折り合いを提供することが見出された。

好ましい実施形態において、スティックは、他で論じられる通り、マクロ表面あらさに従って固定部材に適合するようにスティックは形成される。これにより、樹脂または接着剤の使用を非常に少なくすることができ、かつ固定部材の特性とブレードの特性との間での高度に制御された移行を可能とする。

（根元近くまで延びる繊維質の部材）
非常に大きな風力タービンブレードに対しては、繊維質の材料を含む、好ましくは炭素繊維を含む一部の組立て式のスティックが、風力タービンブレードシェル部材の根元まで延びることが有利である。これにより、ブレードの根元部の硬さが増加し、かつ負荷の固定部材への移行の改善が実現し得る。

特に好ましい実施形態においては、少なくとも１つの組立て式のスティックは繊維質の材料を含み、これは固定部材の実質的な長手方向の部分に沿って、該固定部材に隣接して配置される。ここで、隣接してとは、繊維質の材料を含むスティックが、固定部材に最も近いスティックであることを意味する。固定部材の実質的な長手方向の部分とは、ここでは、固定部材の埋め込まれた長さの少なくとも５０％を意味する。しかしながら、例えば、固定部材のほとんど、例えば、１固定部材の埋め込まれた長さの少なくとも７５％、より好ましくは少なくとも９０％に沿って、スティックが配置されることが望ましい。繊維質のスティックが沿って配置される埋め込まれた長さの部分は、ある程度は、固定部材の形状に依存する。なぜならば、繊維が曲がった関係で配置されている場合、繊維質の材料の機械的な特性は、劣化するからである。非常に好ましい実施形態においては、繊維質の材料を含む組立て式のスティックは、例えば通常高い繊維含有量および高度に整列された繊維を有するスティックのような、炭素繊維を含む引出し成形された繊維質のスティックである。

好ましい実施形態において、少なくとも２つの引出し成形された繊維部材が固定部材に隣接し、かつ固定部材の実質的な長手方向の部分に沿って配置される。特に、引出し成形された繊維質の材料は、例えば硬さ、弾性率、整列または極限強度のような１つ以上の物理的特性に関して、実質的に対称的になるように、固定部材の周りに配列されることが望ましい。

根元近くまで延びる繊維質の部材を有するブレードに対しては、樹脂注入の前に固定部材を導入することは特に有利である。なぜならば、そのような繊維質の材料を含むブレードシェル部材の穴あけは、穴あけツールの非常に速い磨耗につながり、さらにはそのような穴あけにはかなり時間がかかるからである。

（固定部材の全体的な形状）
固定部材の全体的な形状は、ブレードの実際の材料および使用条件に依存して変化し得る。一般的には、鋭いまたは尖ったエッジの存在を減ずることが望まれる。なぜならば、これはひび割れの始まりになり得るからである。さらに、小さな開口角度を有する穴も避けられるべきである。なぜならば、注入樹脂はそのような穴の先端まで完全に入り込むことができないからである。

図２において、固定部材の多くの好ましい全体的な表面形状が示され、それらは、例えば本発明による方法のために使用され得る。通常、固定部材の断面積は、ブレードの根元から遠ざかるにつれて減少することが好ましい。そのような場合、減少は、単調であったりまたは連続的であったりする必要はないが、全体的な傾向を表すべきである。これは、比較的硬い固定部材から、比較的柔軟なブレードへの特性の緩やかな変化につながる。そのような全体的な形状の例は、図２Ａおよび図２Ｂに示される、一般的に円錐形の固定部材であるが、全体的な形状は、例えば図２Ｃに示されるように、さらに内側に曲がった種類のものであり得る。

例えばブレード壁が比較的厚い場合、全体的に一般的にダンベル（図２Ｄに示されるように）または別の固定形状が適切である。ブレードの根元とは反対側を向く固定部材の大きなサイズの端部を有する別の実施形態は、根元（図示されず）とは反対側を向く、広い部分を有する概ね円錐形の固定部材である。これらは有利であり得る。なぜならば、これらは、頑丈な円筒形の固定部材に比べて、頑丈な機械的結合を提供し、固定部材材料を保持するからである。

（固定部材の断面形状）
図２Ｅに示される固定部材は、回転対称形の固定部材は、取り扱いがより簡単なために、回転対称形の固定部材が通常好まれるけれども、固定部材は回転対称形である必要なはいという原則を表す。回転対称形ではない固定部材は、容積固定部材毎により広い表面積を有する。従って、ブレードから樹脂または接着剤を介して固定部材へ、さらにはハブへの負荷の移行には、より広い表面が含まれる。図３において、固定部材の断面形状の好ましい実施形態が多く示されている。断面は、例えば、図２Ａ上の平面ａ−ａに沿った断面、または図２の他の固定部材のうちの任意の１つの同様な断面に対応し得る。

図３Ａにおける円形断面は、回転対称形の固定部材に対応する。図３Ｂに示される卵形の断面は、例えば、その長軸がブレードシェルの外表面に概ね平行な方向に向けられている場合は、比較的薄いブレードシェルにとって有用であり得る。しかしながら、間隔の密な多数の固定部材が必要とされる場合は、表面と実質的に平行な長軸を有する卵形断面を有する固定部材を使用することは、有利であり得る。図３Ｃ〜図３Ｆにおいて、幾何学的に規則的な断面図の例が示されているが、当業者は、不規則なまたは概ね規則的な断面も適用され得ることを理解する。例示の形状は、全体的な概念を記述するために提供され、一方で、例えばエッジの鋭さは、特定の適用における負荷パターンおよび使用された樹脂によって調節されるべきである。丸みをつけたエッジを有する断面の例が、図３Ｇに示されている。回転対称形ではない固定部材も、特定な負荷パターンおよび／または中心をそれた固定部材に対して特に有利であり得る。

（固定部材の表面）
固定部材の表面は好ましくは、樹脂と固定部材との間の接続を強化するように変更されまたはデザインされ、それによって、ブレードと固定部材との間の接続の全体的な質は増加する。表面は、増加した機械的な強さおよび／または化学的な強さのために準備され得る。

機械的な強化の例は、噛み合い構造であり、噛み合い構造は、いくつかの寸法スケールで使用され得る。好ましい実施形態においては、固定部材の表面の粗さは、図４Ａで示されるようにマイクロメターから１ミリメートル未満のスケールで増加する。これは、例えばモールドにおけるあらい表面の使用によって、または例えばサンドブラスティングまたは研磨のようなその後の表面処理によって、固定部材の製造中に達成され得る。代替的に、または追加的に、表面の粗さは、例えば図４Ｂにおいて示されているように、固定部材の長手方向の長さを横切る約１〜５ミリメートルの横波を導入することによって、ミリメートルのスケールで増大させ得る。さらに、マクロ表面粗さ、例えば、約数ミリメートルから数センチメートルまでのオーダの、ステップ、チップまたはうねりが、固定部材を取り巻く組立て式のストリップ（ｓｔｒｉｐ）または樹脂と噛み合い得る。マクロ表面粗さを有する固定部材の例は、図４Ｃ〜図４Ｇに示されている。表面粗さの増加は、接続の強さを大きく伸ばし、および／またはブレードと固定部材との間の特性の変動により起きる潜在的な問題を減らす。

噛み合い構造が、図４Ｄ〜図４Ｆに示されるように提供される場合は、リセスおよび突出構造のサイズ、すなわち固定部材の長さに沿った長手方向の延長は、図４Ｄに示される通り、類似し得る。しかしながら、サイズは、固定部材と、固定部材のリセスを満たす周囲の材料（通常は樹脂）との相対的な強さによって、調節されることが非常に望ましい。換言すれば、比較的強い固定部材（通常はスチールまたは鋳鉄）の突起は、比較的弱い樹脂で満たされる比較的長いリセスと比較して、比較的短い。図４Ｅ〜図４Ｇにおいて、この例が示されている。図４Ｅにおいて、リセス／突起は、段階的であり、一方で図４Ｆにおいては、リセス／突起の側壁には角度がついているが、これは、接触角がそれほど鋭くなく、従ってひび割れ開始箇所として作用する減少された傾向を提供するという点で、有用である。図４Ｇは、一連のより大きなおよびより短い丸みのある要素を示す。これは好ましい実施形態であり、なぜならば、このデザインは、鋭いエッジのない、実質的に垂直な側壁を可能にするからである。

機械的に噛み合う構造を達成することに加えて、すべてのスケールでの増加した表面粗さにより、固定部材の表面が増加し、従って、固定部材と樹脂または接着剤との間の接触面積が増す。

増加した化学的接続の強さのための準備は、組み立ての前に固定部材の表面からくずを除去すること、およびほこり、さび、グリース、オイルなどを除去することを含む。これは、機械的な除去および化学的な除去（すなわち、水、石鹸または溶媒の使用）を含み得る。さらに、表面は、組み立ておよび／または樹脂注入の前に、例えば希薄酸水で洗われたり、下塗りされたりするなど、化学的に処理される。

固定部材には、好ましくは、風力タービンシェル部材を含むタービンブレードのハブとの接続を促進するための接続手段が提供されている。通常は、この接続手段は、ねじを切った表面、例えばブレードの根元から固定部材の中に入るねじを切った穴、または固定部材から延びるねじを切ったロッドを含み得る。特に好ましい実施形態においては、そのようなねじを切った表面は、風力タービンブレードシェル部材を製造する間に、例えば貼り合わせ作業間および／または樹脂注入間、および／または風力タービンブレードを形成するために風力タービンブレードシェル部材を組み立てる間に、固定部材を案内手段（下記参照）に接続するために使用される。

（案内手段）
風力タービンシェル部材の製造の間に、固定部材を整列させるための案内手段は有利に適用され得る。案内手段は、モールドに対して、および／または１つ以上のさらなる固定部材に対して、固定部材を整列し得る。使用中、１つ以上の固定部材が案内手段に接続されている。製造方法の１つ以上のステップの後、案内手段が、固定部材から除去されるという意味で、接続は一時的であり得る。その代わり、固定部材と案内手段との間の接続は永久的であり得、すなわち、案内手段は製造中に風力タービンシェル部材に一体化される。

固定部材が、１つ以上のさらなる固定部材に対して整列される場合、これらの固定部材も、案内手段に有利に接続され、好ましくは、上記固定部材と同じ案内手段に接続される。これにより、特に効率的な方法の設計が可能となる。なぜならば、非常に多くの固定部材が整列され得、その後、１回の動作で、風力タービンシェル部材の中に導入され得るからである。

図５において、案内手段が示されており、該案内手段はこれに接続された複数の固定部材を有している。案内手段２０および固定部材４の組み合わせは、固定部材が風力タービンシェル部材の中に導入される前に準備されるのが好ましく、従って、本実施形態においては、複数の整列された固定部材をシェル部材に同時に導入可能とすることにより、風力タービンシェル部材のための半組立体をなす。

好ましい実施形態においては、半組立体は１５〜１５０の固定部材を含む。案内手段は通常、完成した風力タービンブレードの根元に提供されるべき固定部材の１／４と、固定部材の全てとの間を保持する。特に、案内手段は、モールドされるべきシェル部材のための固定部材の全てを保持し、通常これは、完成した風力タービンブレードの根元に提供されるべき固定部材の約１／２に対応する。

不運な状況においては、固定部材は、ブレードシェルの層分離またはひび割れの発生源を提供し得る。これは、その固定部材が、隣接する複数の固定部材の比較的近くに配置される場合に、特に起こり得る。好ましい実施形態においては、図６に示されるように、繊維材料、好ましくはガラス繊維または炭素繊維が、固定部材の間に織り込まれるということで、予防策が提供される。図６Ａは、固定部材の端から案内手段へ向かう方向においてこの原理を示し、図６Ｂは、サイドからこの原理を示す。繊維は、乾燥したまたは含浸した繊維トウ（ｔｏｗ）、紡績糸または他の繊維の集まりであり得る。特に好ましい実施形態においては、繊維は、風力タービンブレードシェル部材の根元に最も近く埋め込まれるべき固定部材の２５％の周りに主としてまたは単独に織り込まれる。しかしながら、一部の場合においては、繊維は、固定部材、案内手段および繊維の組み合わせにつながる固定部材の大部分に沿って織り込まれ得、小さな組立て式のスティックは、随意に織り込まれた繊維構造における１つ以上の開口に位置している。そのような組み合わせは、案内手段から延びる半円形のくさびを形成し、風力タービンブレード根元における細長い溝またはチャネルの中に導入され得る。その後、さらなるスティックが、樹脂注入の前にその組み合わせの近くに配置され得る。

固定部材と案内手段との間の一時的な接続が利用される場合、製造方法はさらに、一時的な接続を解除するステップを含み得る。普通、案内手段は、その後、風力タービンブレードシェル部材から除去される。

樹脂注入は通常、真空補助され、従って案内手段は、一般的にガス不浸透性であることが有利である。さらに、案内手段は、案内手段と、剛体モールドおよび／または内側のモールドとの間のガス気密接続を提供するように構成される。案内手段は、剛体モールドと内側モールドの両方の間でのガス機密接続を提供することが好ましい。ガス気密接続は、例えば、該接続を維持するためのロッキング（ｌｏｃｋｉｎｇ）メカニズムと組み合わせて、モールドと案内手段との間で、例えば柔軟なＯリングのようなゴム状の要素３８によって、提供される。ロッキングメカニズムは、樹脂注入のための真空によって提供される真空力；例えば締め金、ボルト、ナットのような機械的手段；例えば接着剤のような化学的手段；またはこれらのうちの２つ以上の組み合わせを含み得る。

好ましい実施形態において、固定部材と案内手段との間の接続は、固定部材のねじを切った穴またはねじを切ったロッドが、案内手段の穴を介して、ボルトまたはナットと係合することを含む。固定部材のねじを切った穴またはロッドは、風力タービンシェル部材を含む風力タービンブレードを風力タービンハブに接続するために適していることは有利であり得る。

別の好ましい実施形態おいては、固定部材と案内手段との間の接続は、一般にガス気密である。そのようなガス気密接続は、Ｏリングを含む。Ｏリングは、案内手段の真空側に配置されることは有利であり得る。なぜならば、こうすることにより樹脂を注入することが、固定部材と案内手段との間の接続を提供する要素と相互作用するのを防止できるからである。

風力タービンブレードシェル部材の樹脂移送モールディングの間、固定部材を整列させるための案内手段は、好ましい実施形態において、一般的なガス気密プレート状部材と、ガス気密プレート状部材と少なくとも１つの固定部材との間の一時的なまたは永久的な接続を得る手段と、一般的なガス気密プレート状部材と剛体モールドとの間の一時的なまたは永久的な接続を得るための手段とを含む。真空補助樹脂移送モールディングを促進するための全体的なガス気密接続を実現するためには、上記の一時的または永久的な接続のうち少なくとも１つが、ガス気密のものであるべきである。しかしながら、一時的または永久的な接続の両方がガス気密のものであることが、非常に好ましい。

一般的なガス気密とは、部材を通り抜けるガス流は非常に少ないことを意味する。もちろん、部材は絶対的にガス気密であることが好ましいが、風力タービンブレードの製造のための部材は有意なサイズであり、ガスのわずかな漏れは持続的な真空ポンピングで補償され得る。

（雷伝導）
風力タービン、特に風力タービンブレードは落雷を非常に受けやすい。従って、ブレードには通常、雷レセプターおよび１つ以上の避雷針が提供されている。避雷針の例は、ブレード内に通常配置された避雷針ケーブル、ブレード壁内におよび／または内部補強部材と共に配置された伝導性の金属メッシュおよび／または炭素繊維である。雷光をブレードからハブを介してアースに伝導するためには、雷光が、固定部材を介してブレードとハブとの間で伝導されるように、避雷針は、固定部材に接続されていることが好ましい。

従って、避雷針を、固定部材と電位が等しくなるようつなげて配列することが好ましい。これは、避雷針を直接的に１つ以上の固定部材に接続することによって実現し得る。しかしながら、これは、結果として生じる大きな接触抵抗を有する好ましくない電気的な接続につながり、従って、落雷の際の過熱による損傷という有意なリスクにつながる。

従って、作動中、固定部材と避雷針との間での接触抵抗を減ずるための、専用の雷移送手段を提供することが非常に好ましい。雷移送手段は、例えば、１つ以上の避雷針を１つ以上の固定部材に接続する伝導性のフランジであり得る。雷移送手段は、固定部材の有効な避雷針断面を広くするために、複数の固定部材に接続されることが好ましい。図７に示される別の実施形態において、雷移送手段２４は、伝導性の材料の薄板を含み、この薄板は、避雷針２２に隣接して配置されている。好ましい実施形態において、雷移送手段２４は、いくつかの避雷針２２の間に挟まれているか、および／または雷移送手段２４は、１つ以上の雷移送手段２４で避雷針を挟んでいる。この実施形態は、金属メッシュ伝導体タイプの避雷針に特に適している。なぜならば、この方法では、かなり大きな接触エリアが達成され得るからである。別の実施形態において、雷移送手段は、炭素繊維、例えば、炭素フリース（ｆｌｅｅｃｅ）、炭素繊維ウエブまたは炭素繊維マットを含み、これらは、樹脂で濡れているときでさえも、接続の接触抵抗を減じる。

避雷針は、風力タービンブレードシェル部材の根元に隣接する固定部材とつながっていることが好ましい。なぜならば、これにより雷が固定部材の内側を移動しなければならない距離が減じられ、従って固定部材および周囲の材料の過熱による損傷を受けにくくなるからである。

（ブレードおよびシェル部材のさらなる要素）
すでに述べられた要素およびステップに加えて、さらなる要素が随意的にしかし通常好ましくは含まれ得る。そのような随意的な要素の例は、ゲル被覆のような表面材料の適用、金属メッシュおよび／または避雷針ケーブルのような避雷針の適用、およびシェル要素の内側または外側表面の近くに繊維材料を含む１つ以上の層を適用することである。繊維材料は、好ましくはガラス繊維および／または炭素繊維を含む。随意的な要素は、モールドまたはモールド中の要素に適用され得−これは、速い手順および均一な製品が実現できるので有利である−またはモールディングのあとに適用され得る。

（風力タービンブレードの製造）
通常は、２つ以上の風力タービンブレードシェル部材が、１つの風力タービンブレードに使用される。

風力タービンブレードは、本発明による方法によって製造可能な風力タービンブレードシェル部材を、風力タービンブレードを形成するために１つ以上の追加的なタービンブレードシェル部材に固定することによって製造され得る。固定は通常、例えばボルトおよびナット、ねじなどの締め具のような機械的な固定手段、例えば接着剤のような化学的手段、または組み合わせを含む。随意的に、例えばスパーまたはスペーサ要素のようなさらなる要素も設けられ得る。（真空補助）樹脂移送モールディングに対して使用された樹脂と類似の混合物と同じか、またはこれに基づいた接着剤を使用することが好ましい。

風力タービンブレードを準備するために、本発明に従って製造された風力タービンブレードシェル部材を利用する別の方法において、２つ以上の風力タービンブレードシェル部材の固定部材が整列されるように、多数のそのような風力タービンブレードシェル部材が共に固定される。この整列は、各風力タービンシェル部材に対応する案内手段を整列することによって実現され得ることは非常に有利である。２つ以上の固定部材が通常各案内手段に接続されているので、非常に多数の固定部材が、この方法によって素早く整列され得る。

（風力タービン）
本発明によって、風力タービンブレードが提供または準備される。そのような風力タービンブレードが、エネルギー生産のための風力タービンに使用され、そのエネルギー生産は、直接的な電気エネルギーへのものか、またはエネルギーが化学的エネルギーとしてまたは潜在的なエネルギーとして格納されるエネルギー格納のためのものである。

（実施形態の間で交換可能な特徴）
本明細書に記述された実施形態からの個々の特徴または特徴の組み合わせ、ならびにその自明な変形は、本明細書に記述された他の実施形態の特徴と組み合わせ可能であり、または交換可能であるが、当業者が、結果として得られる実施形態が物理的に可能ではないとただちに分かる場合を除く。

図１は、モールド内の、風力タービンブレードシェル部材の断面図を示す。 図２は、固定部材のさまざまな全体的形状を示す。 図３は、固定部材の好ましい断面を示す。 図４は、固定部材の好ましい表面トポグラフィを示す。 図５は、案内手段に接続された複数の固定部材を示す。 図６は、案内手段に接続された複数の固定部材を、該固定部材のまわりに織り込まれた繊維とともに示す。 図７は、実施形態を、避雷針と固定部材との間での雷の伝導とともに示す。

符号の説明

（識別の表）
２ 風力タービンブレードシェル部材
４ 固定部材
６ 風力タービンブレードの根元
８ 組立て式のスティック
１０ 繊維質の材料を含む組立て式のスティック
１２ 埋め込まれるべき固定部材の部分
１４ 外側剛体モールド
１６ 内側モールド
１８ 繊維層
１９ ゲル被覆
２０ 案内手段
２１ 織られた繊維
２２ 避雷針
２４ 雷移送手段
３０ 固定部材から延びるロッド
３２ 固定部材の穴
３４ リセス
３６ 突起
３８ ゴム状要素

Claims (46)

1. 風力タービンブレードシェル部材（２）を製造する方法であって、該風力タービンブレードシェル部材（２）はその根元（６）近くに設けられた固定部材（４）を有し、該固定部材（４）は、該風力タービンブレードシェル部材（２）を含む風力タービンブレードを風力タービンハブに接続するのに適しており、該方法は、
   剛体の外側モールド（１４）を提供するステップと、
   該風力タービンブレード（２）の根元（６）に対応する該剛体の外側モールドの端部の近くに該固定部材（４）を配置するステップと、
   該風力タービンブレード（２）の根元（６）に対応する該剛体の外側モールドの端部の近くに少なくとも２層の組立て式のスティック（８、１０）を配置し、それによって、該固定部材（４）が該風力タービンブレードシェル部材（２）内に配置されたとき、該組立て式のスティック（８、１０）が該固定部材（４）の実質的な長手方向の部分を取り囲むようにするステップと、
   １つ以上の層の組立て式のスティック（８、１０）を、該剛体の外側モールド（１４）の実質的な長手方向の部分に配置するステップと、
   その後、
   該剛体の外側モールド（１４）と真空気密接続した内側モールド（１６）を提供するステップと、
   該外側モールドと該内側モールド（１４、１６）との間の容積を空にし、硬化可能な樹脂を注入することにより、該固定部材（４）をその周囲を取り囲む該組立て式のスティック（８、１０）に固定し、かつ隣接するスティックの間の隙間を実質的に満たし、該樹脂が硬化することを可能にするステップと、
   該風力タービンブレードシェル部材（２）をディモールドするステップと
   を包含する、方法。
2. 前記固定部材（４）に隣接する前記組立て式のスティックは、該固定部材（４）の形状に従うように形成され、それによって、該固定部材（４）の実質的な部分が、堅く該組立て式のスティック（８、１０）によって囲まれるようにする、請求項１に記載の方法。
3. 前記固定部材（４）の全体的な形状は一般的に円錐形であり、より大きな部分が風力タービンブレードシェル部材（２）の中に刺さっている、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記固定部材（４）の全体的な形状は、凹形である、請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の方法。
5. 前記固定部材（４）の全体的形状は、概ねダンベル形状である請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の方法。
6. 前記固定部材（４）は、該固定部材（４）の長手方向と直交する非円形断面を有する部分を含む、請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項に記載の方法。
7. 前記固定部材（４）は、マイクロメータ〜ミリメータの範囲、好ましくは１０μｍ〜１ｍｍの範囲の凹凸を含む微細な表面粗さが提供されている、請求項１〜請求項６のうちのいずれか１項に記載の方法。
8. 前記固定部材（４）は、ミリメータ〜センチメータの範囲、好ましくは１ｍｍ〜５ｃｍの範囲の複数のリセスおよび突起を含む巨視的な表面粗さが提供される、請求項１〜請求項７のうちのいずれか１項に記載の方法。
9. 前記複数の組立て式のスティックの少なくとも一部は、繊維部材、木製材料、および空洞部材のグループから選択され、該繊維部材は、例えば引き出し成形されまたは押し出し成形され、一部または全部硬化した部材、好ましくは炭素繊維および／またはガラス繊維であり、該木製材料は、例えばバルサ、カバ、または他の随意に構成される合板である、請求項１〜請求項８のうちのいずれか１項に記載の方法。
10. 少なくとも１つの前記組立て式のスティックは、繊維質の材料（１０）を含み、好ましくは炭素繊維を含み、前記風力タービンブレードシェル部材（２）の根元（６）の近くまで延びる、請求項１〜請求項９のうちのいずれか１項に記載の方法。
11. 少なくとも１つの前記組立て式のスティックは、前記繊維質の材料（１０）を含み、前記固定部材（４）の実質的な長手方向の部分に沿って該固定部材（４）に隣接して配置され、好ましくは繊維質の材料を含む該組立て式のスティックは、引き出し成形され、かつ炭素繊維を含む、請求項１〜請求項１０のうちのいずれか１項に記載の方法。
12. 少なくとも２つの引き出し成形された繊維質の部材（１０）は前記固定部材（４）に隣接して、かつ該固定部材（４）の実質的な長手方向の延長部分に沿って配置され、好ましくは、該引き出し成形された繊維質部材（１０）は、固定部材（４）の周りに配置され、それによって、配列は、１つ以上の物理的な特性、例えば硬さ、弾性率、整列または極限強度に関して、実質的に対称的となる、請求項１１に記載の方法。
13. 表面材料、例えばゲル被覆をモールドへ適用し；かつ／または避雷針、例えば金属メッシュおよび／または避雷針ケーブルを適用し；かつ／または繊維材料を含む層、例えばガラス繊維または炭素繊維を適用するステップをさらに包含する、請求項１〜請求項１２のうちのいずれか１項に記載の方法。
14. 製造方法のうちの少なくとも１つのステップの間、前記固定部材（４）を一時的に案内手段（２０）に接続することにより、少なくとも１つのさらなる固定部材（４）に対して該固定部材（４）を整列し、かつ／または剛体の外側モールドに対して該固定部材（４）を整列するステップをさらに包含する、請求項１〜請求項１３のうちのいずれか１項に記載の方法。
15. 前記さらなる固定部材（４）は、一時的に案内手段（２０）、好ましくは前記固定部材（４）と同じ案内手段（２０）に接続される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記固定部材（４）と前記案内手段（２０）との間の一時的な接続を解除し、随意的に、該案内手段を、風力タービンブレードシェル部材（２）から除去するステップをさらに含む、請求項１４または請求項１５のうちのいずれか１項に記載の方法。
17. 前記案内手段（２０）は、概ね気体不浸透性であり、該案内手段（２０）は、該案内手段（２０）と、少なくとも１つのモールド（１４、１６）との間のガス気密接続を提供するよう構成され得る、請求項１４〜請求項１６のうちのいずれか１項に記載の方法。
18. 前記固定部材（４）の前記案内手段（２０）との一時的な接続は、固定部材のねじを切った穴またはねじを切ったロッドを、該案内手段（２０）の穴を介して、ボルトまたはナットと係合させることを含み、好ましくは、該固定部材（４）のねじを切った穴またはロッドは、前記風力タービンシェル部材（２）を含む前記風力タービンブレードを風力タービンハブに接続するのに適している、請求項１４〜請求項１７のうちのいずれか１項に記載の方法。
19. 前記固定部材（４）の前記案内手段（２０）との一時的な接続は、ガス気密であり、該ガス気密接続は、好ましくはＯリングを含む、請求項１４〜請求項１８のうちのいずれか１項に記載の方法。
20. 前記固定部材（４）と電位が等しくなるようにつなげて、避雷針（２２）を配列するステップをさらに包含する、請求項１〜請求項１９のうちのいずれか１項に記載の方法。
21. 前記避雷針（２２）は、前記風力タービンブレードシェル部材（２）の根元に隣接する前記固定部材（４）と電位が等しくなるようにつながっている、請求項２０に記載の方法。
22. 前記電位を等しくするするつながりは、前記固定部材（４）と前記避雷針（２２）との間の接触抵抗を減ずる雷移送手段（２４）を提供することを、好ましくは広められた接触面積を提供することによって含む、請求項２０または請求項２１に記載の方法。
23. 前記電位を等しくするするつながりは、炭素繊維、例えば炭素フリース、炭素繊維ウエブまたは炭素繊維マットを含む、請求項２０〜請求項２２のうちのいずれか１項に記載の方法。
24. 風力タービンブレードを製造する方法であって、該方法は、請求項１〜請求項２２のうちのいずれか１項に記載の方法によって製造可能な風力タービンブレードシェル部材（２）を、少なくとも１つのさらなる風力タービンブレードシェル部材に、かつ随意的にさらなる要素、例えばスパーまたはスペーサ要素に固定することにより風力タービンブレードを形成することを包含し、該固定は、例えば接着剤のような化学的な手段、または例えば締め具のような機械的な手段を含む、方法。
25. 請求項１〜請求項２２のうちのいずれか１項に記載の方法によって製造された多数の風力タービンブレードシェル部材（２）を固定し、それにより、少なくとも２つの風力タービンブレードシェル部材（２）からの固定部材（４）が、好ましくは各風力タービンブレードシェル部材に対応する案内手段（２０）を整列することによって整列されることを包含する、風力タービンブレードを製造する方法。
26. 硬化樹脂によって接続された組立て式のスティック（８、１０）を有する、風力タービンブレードシェル部材と、
    該風力タービンブレードの根元（６）の近くに埋め込まれた複数の固定部材（４）であって、少なくとも２つの該固定部材（４）は、風力タービンハブへの接続を促進するように整列されている、該固定部材（４）と
    を備える風力タービンブレードであって、
    該固定部材（４）に隣接して配置される該組立て式のスティックは、該固定部材（４）の形状に適合し、それにより、該固定部材（４）の実質的な部分が、きつく該組立て式のスティックに（８，１０）よって取り巻かれている、風力タービンブレード。
27. 前記固定部材（４）の概ね全体的な形状は、概ね円錐形であり、より大きな部分が前記風力タービンブレードの根元から離れる方向に向けられて、風力タービンブレードシェル部材（２）の中に入っている、請求項２６に記載のブレード。
28. 前記固定部材（４）の全体的な形状は、凹形である、請求項２６または請求項２７に記載のブレード。
29. 前記固定部材（４）の全体的な形状は、概ねダンベル形状をしている請求項２６〜請求項２８のうちのいずれか１項に記載のブレード。
30. 前記固定部材（４）は、該固定部材（４）の長手方向と直交する非円形断面を有する部分を含む、請求項２６〜請求項２９のうちのいずれか１項に記載のブレード。
31. 前記固定部材（４）は、マイクロメータ〜ミリメータの範囲、好ましくは１０μｍ〜１ｍｍの範囲の凹凸を含む微細な表面粗さを有する、請求項２６〜請求項２９のうちのいずれか１項に記載のブレード。
32. 前記固定部材（４）は、ミリメータ〜センチメータの範囲、好ましくは１ｍｍ〜５ｃｍの範囲の複数のリセスおよび突起を含む、巨視的な表面粗さを有する、請求項２６〜請求項３１のうちのいずれか１項に記載のブレード。
33. 前記固定部材（４）と電位が等しくなるようにつながった避雷針（２２）をさらに備える、請求項２６〜請求項３２のうちのいずれか１項に記載のブレード。
34. 前記避雷針（２２）は、風力タービンブレードシェル部材（２）の根元に隣接する前記固定部材（４）と電位が等しくなるようにつながっている、請求項３３に記載のブレード。
35. 前記電位を等しくするつながりは、前記固定部材（４）と前記避雷針（２２）との間の接触抵抗を、好ましくは、増大された接触抵抗を提供することにより減らすための雷移送手段（２４）を備えている、請求項３３または請求項３４に記載のブレード。
36. 前記電位を等しくするするつながりは、炭素繊維、例えば炭素フリース、炭素繊維ウエブまたは炭素繊維マットを含む、請求項３３〜請求項３５のうちのいずれか１項に記載のブレード。
37. 前記固定部材（４）は、前記風力タービンブレードシェル部材の製造の間に、前記案内手段（２０）に接続するための、ねじを切った表面を備え、該ねじを切った表面部分は、該風力タービンブレードシェル部材（２）を備える前記風力タービンブレードを、風力タービンハブに接続するために用いるのに適している、請求項２６〜請求項３５のうちのいずれか１項に記載のブレード。
38. ゲル被覆のような表面材料；金属メッシュおよび／または避雷針ケーブルのような避雷針；および／またはガラス繊維または炭素繊維のような繊維材料を含む層をさらに備える、請求項２６〜請求項３７のうちのいずれか１項に記載のブレード。
39. 好ましくは炭素繊維を含む繊維質の材料（１０）を含む、少なくとも１つの前記組立て式のスティックは、前記風力タービンブレードシェル部材（２）の根元（６）近くまで延びる、請求項２６〜請求項３８のうちのいずれか１項に記載のブレード。
40. 好ましくは炭素繊維を含む繊維質の材料（１０）を含む、少なくとも１つの前記組立て式のスティックは、前記固定部材（４）の実質的に長手方向の部分に沿って、該固定部材（４）に隣接して配置され、好ましくは該繊維質の材料を含む該組立て式のスティックは引き出し成形される、請求項２６〜請求項３９のうちのいずれか１項に記載のブレード。
41. 好ましくは炭素繊維を含む少なくとも２つの引出し成形された繊維質の部材（１０）が、前記固定部材（４）に隣接し、かつ該固定部材（４）の実質的な長手方向の部分に沿って配置され、好ましくは、前記引出し成形された繊維質の材料（１０）は、該固定部材（４）の周りに配列され、それにより配列は、硬さ、弾性率、整列または極限強さのような１つ以上の物理的特性に関して、実質的に対称的である、請求項４０に記載のブレード。
42. 請求項２６〜請求項４１のうちのいずれか１項に記載の風力タービンブレードおよび／または、
    請求項１〜請求項２２のうちのいずれか１項に記載の方法によって製造された風力タービンシェル部材（２）を備える、風力タービンブレードおよび／または、
    請求項２４または請求項２５のうちのいずれか１項に記載の方法によって製造された風力タービンブレードを備える、風力タービン。
43. エネルギー生産またはエネルギー蓄積のための、請求項４２に記載の風力タービンの使用。
44. 風力タービンブレードシェル部材（２）の樹脂移送モールディングの間、少なくとも１つのさらなる固定部材（４）に対して固定部材（４）を整列し、かつ／または剛体のモールドに対して該固定部材（４）を整列する案内手段（２０）であって、該案内手段は、
    一般的なガス気密プレート状部材と、
    該ガス気密プレート状部材と少なくとも１つの固定部材（４）との間の少なくとも一時的な接続を得る手段と、
    該一般的なガス気密プレート状部材と剛体の外側モールド（１４）との間の少なくとも一時的な接続を得る手段とを含み、
    該少なくとも一時的な接続のうちの少なくとも１つは、ガス気密であり、それによって該案内手段は、真空補助樹脂移送モールディングに適し、好ましくは、少なくとも該一時的な接続の両方はガス気密である、案内手段。
45. 風力タービンブレードシェル部材のための半組立体であって、請求項４４記載の案内手段（２０）に接続された複数の固定部材（４）を備え、該固定部材（４）は、整列され、好ましくは該固定部材（４）は実質的に平行に整列されている、半組立体。
46. 少なくとも２つの固定部材（４）の周りに織り込まれた繊維をさらに備え、好ましくは該繊維は、乾燥したまたは含浸繊維トウ、紡績糸または繊維の別の集まりである、請求項４５に記載の、半組立体。

Images