JP2012225180A - 風車翼 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】横断面が翼形をした長い中空状の空間を形成する外皮13と、長手方向に縦通され外皮13を内部から補強する主桁15と、を備える風車翼11であって、外皮13の翼根側部分は、幅方向に前縁17を含む外皮本体19と後縁21を含む分割外皮23とに分割され、分割外皮23は、外皮本体19に対して長手方向に移動可能に、外皮本体19または主桁15に取り付けられている。
【選択図】図3
Description
このように風車翼が大型化されると、製造上および運搬上種々の課題が生じてくる。すなわち、風車翼は軽量とするために、たとえば、繊維で強化されたプラスチック等で製造されているが、製造するシートが大型化すると、製造中に繊維しわ、樹脂未含侵欠陥、接着不良等の製造欠陥が発生するリスクが増加し、製品品質が低下する恐れがある。また、製造時間が長くなる。
また、一体構造の風車翼とした場合には、運転中に一部分が損傷しても全体を交換することになる。
この課題を解消するものとして、たとえば、特許文献1に示されるように風車翼を長手方向で分割するものが提案されている。これは、分割された風車翼の桁同士を強固に接続することによって一体の風車翼が形成されている。
また、特許文献2に示されるように翼根側における幅の広い部分が、さらに幅方向で前縁側部材と後縁側部材とに分割されているものが提案されている。これは、分割された前縁側部材と後縁側部材とは継ぎ目ができないような状態で固定されている。
ところで、特許文献2に示されるものでは、翼頂側に一体的に取り付けられた前縁側部材の長手方向の変形により後縁側部材に長手方向に向けた荷重が作用するので、分割された後縁側部材はそれに耐える強度とする必要がある。このため、後縁側部材は強固な構造とする必要があるため、構造が複雑となるし、重量も増加することとなる。また、後縁側部材も変形するので、空力性能および空力騒音に悪影響を及ぼす恐れがある。
本発明の一態様は、横断面が翼形をした長い中空状の空間を形成する外皮と、長手方向に縦通され該外皮を内部から補強する桁と、を備える風車翼であって、前記外皮の翼根側部分は、幅方向に前縁を含む外皮本体と後縁を含む分割外皮とに分割され、該分割外皮は、前記外皮本体に対して長手方向に移動可能に、前記外皮本体または前記桁に取り付けられている、風車翼である。
また、製造された単位で搬送されるので、幅方向の制約条件が緩和される。これにより運搬車の確保、道路の選択等が容易となり、効率的な運搬を行えるので、運搬作業時間の短縮およびコストの低減をはかることができる。
風車翼の外表面の一部が損傷した場合、当該損傷部分が存在する外皮本体あるいは分割外皮を交換することでよいので、全体を交換する場合に比べて復旧が容易で、安価に行うことができる。
なお、分割外皮をボルト等の結合部材を用いて結合する場合、結合部材の頭部は外皮本体あるいは分割外皮の外表面から突出しないように、言い換えれば、分割外皮を結合部材で結合した状態で外表面が平滑となるようにすることが好ましい。このようにすると、性能・騒音の劣化を一層抑制することができる。
このようにすると、分割外皮は外皮本体との結合部で段差が出ないように結合することができ、性能・騒音の劣化を抑制することができる。
このようにすると、分割外皮を薄くしても強度を保つことができる。これにより、分割外皮の変形を抑制できるので、性能・騒音の劣化を抑制することができる。
このようにすると、製造単位がより小さくできるので、一体で製造されるものに比べて、容易に、安価に、品質よく製造することができる。
また、製造された単位で搬送されるので、長手方向の制約条件が緩和される。これにより運搬車の確保、道路の選択等が容易となり、効率的な運搬を行えるので、運搬作業時間の短縮およびコストの低減をはかることができる。
さらに、製造された単位が小さければ、それぞれの重量がより軽量となるため、取替えを含めた補修時の取扱いがより容易となる。
このようにすると、部分分割外皮の接合が固定されないため、特定の接合部に過大な負荷がかかることを防止することができる。
このようにすると、部分分割外皮同士で摺動部が無いため、接合面の耐久性・信頼性を向上させることができる。
風車翼の構造内部に雨などによる水の浸入があった場合に、その水をドレイン抜孔から外部に排出することができる。
このように、分割外皮にドレイン抜孔を設けているので、ドレイン抜孔の加工が容易である。また、ドレイン抜孔に不具合が生じた場合でも分割外皮を交換するだけでよいので、取替えが容易である。
結合部材およびその付近に落雷があった場合、雷撃電流を結合部材およびアース線を介して本体アースに流すことができるので、雷撃による分割外皮等の損傷を防止することができる。
また、製造された単位で搬送されるので、運搬作業時間の短縮およびコストの低減をはかることができる。
分割外皮は、外皮本体に対して長手方向に移動可能に、外皮本体または桁に取り付けられているので、分割外皮の構造を簡素化することができるとともに軽量化することができ、風車翼を軽量化することができる。また、分割外皮は幅方向には外皮本体に対して相対移動しないので、性能・騒音の劣化を抑制することができる。
風車翼の外表面の一部が損傷した場合、当該損傷部分が存在する外皮本体あるいは分割外皮を交換することでよいので、全体を交換する場合に比べて復旧が容易で、安価に行うことができる。
[第一実施形態]
本発明の第一実施形態にかかる風力発電装置1を図1〜図7に基づいて説明する。
図1は、風力発電装置1の全体概略構成を示す側面図である。
風力発電装置1には、図1に示すように、基礎3上に立設される支柱5と、支柱5の上端に設置されるナセル7と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル7に設けられるロータヘッド9と、ロータヘッド9の回転軸線周りに放射状に取り付けられた複数枚、たとえば、3枚の風車翼11とが備えられている。
ナセル7の内部には、いずれも図示を省略しているが、ロータヘッド9と同軸の増速機を介して連結された発電機が設置されている。すなわち、ロータヘッド9の回転を増速機で増速して発電機を駆動することにより、発電機より電気出力が得られるようになっている。
風車翼11には、長い中空状の翼形状を画成する外皮13と、外皮の内部における長手方向Lに縦通され、外皮13の強度を補強する複数、たとえば、2本の主桁(桁)15とが備えられている。
主桁15,15は、それぞれ横断面形状がコ字形状をし、その開放部が向き合う形で取り付けられている。
主桁15,15は、たとえば、ガラス繊維強化プラスチックで形成されている。なお、これらの材料としては、たとえば、カーボン繊維強化プラスチックとしてもよいし、他の素材を用いてもよい。
外皮本体19および分割外皮23は、たとえば、ガラス繊維強化プラスチックまたはカーボン繊維強化プラスチック等の繊維で強化された繊維強化プラスチック(FRP)で形成されている。
外皮本体19の分割外皮23に対応する位置の後縁21側端部には、内表面側の一部分が断面矩形状に突起した本体結合部25が設けられている。
分割外皮桁27を設けると、分割外皮23の外形を形成する背側外皮および腹側外皮を薄くしても分割外皮23の形状を保持することができるし、荷重が作用してもそれらが変形することを抑制することができる。
なお、分割外皮桁27は、分割外皮23が必要な強度を持つように構成されている場合には、省略してもよい。
本体結合部25および分割結合部29は、図4に示されるように重ねられ、結合部31が構成される。分割外皮23は、幅方向Bに対向する外皮本体19と相互に重複するようにされている。
このように、本体結合部25の深さおよび分割結合部29の厚さを調節した値とすることによって分割外皮23の外表面と外皮本体19の外表面とで段差が出ないように結合することができる。
本体結合部25には、長孔33に対応する位置に、円筒形状の孔37が厚さ方向に貫通するように形成されている。
結合部材39は、ボルト41と、ボルト41に螺合するナット43とで構成されている。ボルト41には、雄ねじが切られた軸部45と頭部47とが備えられている。
軸部45の直径は、長孔33の幅方向B長さおよび孔37の直径と略等しくされている。頭部47の上面は、平坦とされ、下面は、傾斜面35と係合するように傾斜されている。
このとき、長孔33の長手方向Lにおける長さKは、ボルト41の軸部45の直径よりも大きくされているので、分割外皮29は外皮本体19に対して長手方向Lに移動することができる。
たとえば、図8に示されるように本体結合部25が外皮本体19の外側と内側とに設けられ、厚さ方向の中間位置に設けられた分割結合部29を挟むようにされてもよい。
また、図9に示されるように本体結合部25および分割結合部29の対向面が傾斜面とされ、くさび状に係合するようにしてもよい。
すなわち、外皮本体19および分割外皮23を製造する型がコンパクトにできる。このため、品質管理が十分に行えるので、製品の品質が向上する。さらに、製造ミスに伴う廃棄量が小さくなるので、製品の歩留まりが向上する。また、製造に要する場所を小さくできる。
このとき、外皮本体19あるいは分割外皮23は、一体の風車翼11に比べて幅方向Bの長さが小さく、かつ、重量も小さくなるので、運搬車の確保、道路の選択等が容易となる。これにより、効率的な運搬を行えるので、運搬作業時間の短縮およびコストの低減をはかることができる。
設置場所に運搬された外皮本体19および分割外皮23は、結合部材39によって連結されて、風車翼11とされ、ロータヘッド9に取り付けられる。
このようにすると、製造単位がより小さくできるので、一体で製造されるものに比べて、容易に、安価に、品質よく製造することができる。
また、製造された単位で搬送されるので、長手方向の制約条件が緩和される。これにより運搬車の確保、道路の選択等が容易となり、効率的な運搬を行えるので、運搬作業時間の短縮およびコストの一層の低減をはかることができる。
これにより、分割外皮23の構造を簡素化することができるとともに軽量化することができるので、風車翼11を軽量化することができる。
また、解析により、各長孔33の位置での外皮本体19の長手方向Lにおける最大歪を算出し、算出された最大歪の中で最大のものを長孔33の長さKとするようにしてもよい。
このようにすると、長孔33の長さが全て共通のものとすることができるので、容易に施工することができる。
風車翼11の外表面の一部が損傷した場合、当該損傷部分が存在する外皮本体19あるいは分割外皮23を交換することでよいので、風車翼11全体を交換する場合に比べて復旧が容易で、安価に行うことができる。
分割外皮23は、分割外皮桁27によって内部から補強されているので、分割外皮23を薄くしても強度を保つことができるし、分割外皮23の変形を抑制できるので、空力性能・騒音の劣化を抑制することができる。
外皮本体19は、幅方向Bで後縁21側の主桁15のところまでの大きさとされ、その後縁21側端部は、略垂直面とされている。分割外皮23は、幅方向Bで後縁21側の主桁15のところまでの大きさとされ、その前縁17側端部は、略垂直面とされている。
分割外皮23には、図5に示される長孔33が形成され、主桁15には図7に示される孔37が形成されており、分割外皮23は、結合部材39によって主桁15に接合されている。
このようにすると、分割外皮23は外皮本体19よりも強固な主桁15に取り付けられるので、結合構造の信頼性を向上させることができる。
次に、本発明の第二実施形態にかかる風車翼11について、図11を用いて説明する。
本実施形態は、分割外皮23の構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態と同じ部分については重複した説明を省略する。なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
図11は、本実施形態にかかる風車翼11を示す斜視図である。
これにより、分割外皮23は一体として動作することになる。
このように、分割外皮23を製造する単位が部分分割外皮49と小さくなるので、より一層容易に、安価に、品質よく製造することができる。また、部分的な取替え性がより向上するし、運搬がより楽になる。
次に、本発明の第三実施形態にかかる風車翼11について、図12および図13を用いて説明する。
本実施形態は、分割外皮23の構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態と同じ部分については重複した説明を省略する。なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
図12は、本実施形態にかかる分割外皮23を示す側面図である。図13は、図12のZ−Z断面図である。
ドレイン抜孔55は、風車翼11の構造内部に雨などによる水の浸入があった場合に、その水を外部に排出するものである。
次に、本発明の第四実施形態にかかる風車翼11について、図14を用いて説明する。
本実施形態は、風車翼11の構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態と同じ部分については重複した説明を省略する。なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
図14は、本実施形態にかかる風車翼11を示す断面図である。
結合部材39は、導電性のある材料、たとえば、金属で形成されている。結合部材39は導電性の材料であればよく、樹脂製とされてもよい。
前縁17側の主桁15には、略全長に亘り本体アース線(本体アース)57が取り付けられている。複数の結合部材39の内、少なくとも一部の接合部材39と本体アース線57とは、アース線59によって接続されている。
このように、分割外皮23への落雷に伴う雷撃電流が結合部材39、アース線59および本体アース線57を通って外部に案内できるので、雷撃による分割外皮23等の損傷を防止することができる。
例えば、図15に示すように、上述した第二実施形態において、部分分割外皮49同士が、互いに移動可能に取り付けられているとさらに好適である。
このようにすると、部分分割外皮49の接合が固定されないため、特定の接合部に過大な負荷がかかることを防止することができる。
ここで、図15中の符号71はボルト、符号72はナット、符号73は一方の部分分割外皮49に設けられた貫通穴、符号74は他方の部分分割外皮49に設けられた貫通穴である。
また、貫通穴73,74はそれぞれ平面視円形状を呈する丸穴であり、貫通穴73は、その内径が貫通穴74の内径よりも大きくなるようにして形成されている。
13 外皮
15 主桁
17 前縁
19 外皮本体
21 後縁
23 分割外皮
27 分割外皮桁
49 部分分割外皮
53 内部空間
55 ドレイン抜孔
57 本体アース線
59 アース線
Claims (8)
- 横断面が翼形をした長い中空状の空間を形成する外皮と、長手方向に縦通され該外皮を内部から補強する桁と、を備える風車翼であって、
前記外皮の翼根側部分は、幅方向に前縁を含む外皮本体と後縁を含む分割外皮とに分割され、
該分割外皮は、前記外皮本体に対して長手方向に移動可能に、前記外皮本体または前記桁に取り付けられている風車翼。 - 前記分割外皮は、幅方向に対向する前記外皮本体と相互に重複するようにされている請求項1に記載された風車翼。
- 前記分割外皮には、長手方向に縦通され前記分割外皮を内部から補強する分割外皮桁が備えられている請求項1または請求項2に記載された風車翼。
- 少なくとも、前記本体外皮および前記桁は、長手方向に分割されている請求項1から請求項3のいずれか1項に記載された風車翼。
- 前記分割外皮は、長手方向に分割された部分分割外皮で構成され、該部分分割外皮同士は移動可能に取り付けられている請求項1から請求項4のいずれか1項に記載された風車翼。
- 前記分割外皮は、長手方向に分割された部分分割外皮で構成され、該部分分割外皮同士が結合手段により固定されている請求項1から請求項4のいずれか1項に記載された風車翼。
- 前記分割外皮の後縁側端部に、前記空間と外部空間とを接続するドレイン抜孔が形成されている請求項1から請求項6のいずれか1項に記載された風車翼。
- 前記分割外皮部は、導電性を有する結合部材によって取り付けられ、前記結合部材の少なくとも一部と前記空間に設置された本体アースとをアース線によって連結されている請求項1から請求項7のいずれか1項に記載された風車翼。
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