JP2012246812A - Wind power generation blade - Google Patents

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泰宏 藤田
Atsutoshi Muto
厚俊 武藤
Jun Suzuki
潤 鈴木
Toshiaki Ueda
俊明 植田
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Chubu Electric Power Co Inc
Japan Steel Works Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain the falling of a thunderbolt on a metallic thunder receiving part boundary and an inside anchor, while restraining a blade weight increase and separation of a conductive material coating film, in a wind power generation blade.SOLUTION: This wind power generation blade includes a blade body 1a, a metallic thunder receiving part (a tip thunder receiving part 2) arranged in the blade body 1a, and a down conductor 4 for electrically connecting the thunder receiving part and the earth, a thunder can be captured by a conductive material 6 when a lightening stroke falls in a position dislocated from the metallic thunder receiving part by covering the conductive material 6 on the surface side of at least the blade body 1a by limiting to the periphery of a boundary 5 between a thunder receiving part surface and a blade body 1a surface, and a lightening stroke current quickly flows to the vicinal metallic thunder receiving part via the covered conductive material 6, and damage of the blade body 1a is effectively prevented.

Description

この発明は、金属製受雷部周辺のFRP(繊維強化プラスチック)への雷撃損傷を抑制する風力発電用ブレードに関するものである。   The present invention relates to a blade for wind power generation that suppresses lightning damage to FRP (fiber reinforced plastic) around a metal lightning receiving portion.

風力発電所は、強い風が安定して吹く、いわゆる風況の良い地域に建設されることが好ましいが、このような地域は、周辺に高い山や木々が存在しない、開けた土地であることが多い。また、近年では平地の好適地が限られつつあるため、山岳地域に風力発電所を建設する例もみられる。このような開けた土地や、山岳地域にブレード先端高さが100m前後に及ぶ風車を建設した場合、雷撃を受けやすくなるのは自明であり、実際に毎年多数の風車が落雷被害をこうむっている。特に落雷の被害を受けやすいのが、形状的に電界が集中しやすく、雷雲との距離も短いブレードである。落雷によってブレードが大きな損傷を受けると、その修復に多大な時間とコストがかかる場合が多い。   Wind farms are preferably constructed in so-called windy areas where strong winds are stable, but these areas are open lands without high mountains and trees in the vicinity. There are many. In recent years, there are examples of constructing wind power plants in mountainous areas because the preferred land of flat areas is becoming limited. It is obvious that when a windmill with a blade tip height of around 100m is constructed in such an open land or in a mountainous area, it is easy to receive lightning strikes, and many windmills actually suffer lightning strikes every year. . The blades that are particularly susceptible to lightning strikes are blades that tend to concentrate the electric field in shape and have a short distance from the thundercloud. If a blade is severely damaged by a lightning strike, it often takes a lot of time and money to repair it.

そこで、風力発電用ブレードの耐雷性を高めるため、これまで様々な工夫がなされてきた。例えば、特許文献1では、アルミニウム製のブレード先端材をブレード本体に設けることで、FRP製のブレード本体の雷撃損傷を効果的に防止できるとしている。
特許文献2、3は、ブレード本体表面の全面を導電性材料で被覆する手段が提案されており、ブレード表面のいかなる位置で雷撃を受けてもFRP製のブレード本体の損傷を軽微に抑えられるとしている。
また、特許文献4では、導電性帯をリーディングエッジ(LE、前縁部)あるいはトレーリングエッジ(TE、後縁部)の全長にわたって固着した上で、接地させたブレードを提案している。また、特許文献5では、リーディングエッジ(LE)、トレーリングエッジ(TE)の導電性帯に加え、両エッジを電気的に接続する連結帯を設けたブレードについて提案されている。
In order to increase the lightning resistance of the blade for wind power generation, various devices have been made so far. For example, in Patent Document 1, it is said that lightning damage to an FRP blade body can be effectively prevented by providing an aluminum blade tip material on the blade body.
Patent Documents 2 and 3 propose means for covering the entire surface of the blade body with a conductive material, and it is possible to minimize damage to the blade body made of FRP regardless of where the blade surface is subjected to lightning strikes. Yes.
Patent Document 4 proposes a blade that is grounded after the conductive band is fixed over the entire length of the leading edge (LE, leading edge) or the trailing edge (TE, trailing edge). Patent Document 5 proposes a blade provided with a coupling band for electrically connecting both edges in addition to the conductive band of the leading edge (LE) and the trailing edge (TE).

特開2005−113735号公報JP 2005-113735 A 特開2004−245174号公報JP 2004-245174 A 特開2005−171916号公報JP 2005-171916 A 特開2010−223147号公報JP 2010-223147 A 特開2009−115052号公報JP 2009-115052

我々が独自に実施してきた、風車への落雷被害の記録、および、模擬試験体を供した種々の雷撃試験の結果、雷撃は金属製受雷部およびその周辺に集中することが明らかとなった。金属部に雷撃を受けた場合は、雷撃箇所の金属が若干溶損しつつも雷撃電流を安全にアースに流すことができ、FRP製のブレード本体に被害は及ばない。しかしながら、受雷部境界や埋め込まれたアンカー部に向けて落雷した場合、少なからずFRP製ブレード本体の損傷を伴う。場合によっては水分や樹脂の瞬間的な蒸発を引き起こして内圧が上昇し、ブレード接着面を引き剥がしてしまうこともある。
したがって、特許文献1のようにアルミニウムを先端に用いたブレードでは、雷撃対策として十分であるとは言いがたい。
As a result of our own lightning damage records on windmills and various lightning tests using simulated specimens, it became clear that lightning strikes were concentrated in and around metal lightning strikes. . When the metal part receives a lightning stroke, the metal at the lightning stroke is slightly melted and a lightning current can be safely passed to the ground, and the FRP blade body is not damaged. However, when lightning strikes toward the lightning strike boundary or the embedded anchor portion, the FRP blade body is not a little damaged. In some cases, momentary evaporation of moisture and resin causes an increase in internal pressure, and the blade adhesion surface may be peeled off.
Therefore, it is difficult to say that a blade using aluminum at the tip as in Patent Document 1 is sufficient as a countermeasure against lightning strikes.

一方、特許文献2、3のように、導電性材料をブレード本体表面の全面にわたって被覆する考案では、FRP製のブレード本体の貫通を含め、雷撃損傷を効果的に緩和できるものと考えられる。しかし、日本海沿岸などの強雷地域でしばしば観測される大電流雷に対して、この導電性材料が十分な耐久性を保つためには、相当の被覆厚さが必要となる。ブレード表面の全域にこのような肉厚の導電性材料被覆を施すことにより、ブレードの重量が増加することはもちろんであるが、FRPと導電性材料との剛性や熱膨張率の違いのために、供用中のブレードのたわみや温度変化によって導電性材料がFRP製ブレード本体から剥離するという悪影響が考えられる。   On the other hand, as disclosed in Patent Documents 2 and 3, it is considered that the idea of covering the entire surface of the blade body with a conductive material can effectively reduce lightning damage including penetration of the blade body made of FRP. However, a considerable covering thickness is required for this conductive material to maintain sufficient durability against large current lightning often observed in strong lightning areas such as the coast of the Sea of Japan. Applying such a thick conductive material coating to the entire surface of the blade increases the weight of the blade, but due to differences in stiffness and thermal expansion coefficient between FRP and the conductive material. An adverse effect is considered that the conductive material is peeled off from the FRP blade body due to the deflection of the blade in service or the temperature change.

特許文献4、5では、リーディングエッジ(LE)やトレーリングエッジ(TE)の外表面に固着させた導電性帯で雷撃を受け、さらにこの導電性帯を通じて雷撃電流をハブまで流す考案を開示している。しかしながら、このように導電性帯を外表面に敷設してしまうと、落雷の衝撃や供用中のブレード変形によって導電性帯が破損、脱落する可能性があり、瞬時的に数百kAにも達する雷撃電流を流す用途には不向きである。   Patent Documents 4 and 5 disclose a device in which a lightning stroke is received by a conductive band fixed to the outer surface of a leading edge (LE) or a trailing edge (TE), and a lightning current is passed to the hub through the conductive band. ing. However, if the conductive band is laid on the outer surface in this manner, the conductive band may be damaged or dropped due to the impact of lightning strikes or blade deformation during service, and the current instantaneously reaches several hundred kA. It is unsuitable for applications where lightning currents flow.

本発明は、ブレード重量増加や導電性材料皮膜の剥離を最小限に抑えながら、金属製受雷部境界や内部アンカーを有する場合は該アンカーへの落雷を抑制することを目的とするものである。   An object of the present invention is to suppress a lightning strike to the anchor when having a metal lightning strike boundary and an internal anchor while minimizing an increase in blade weight and peeling of a conductive material film. .

すなわち、本発明の風力発電用ブレードのうち、第1の本発明は、ブレード本体と、該ブレード本体に設けられた金属製の受雷部と、前記受雷部とアースとを電気的に接続するためのダウンコンダクタと、を有し、前記受雷部表面と前記ブレード本体表面との境界周囲に限定して、少なくとも前記ブレード本体の表面側に導電性材料が被覆されていることを特徴とする。   That is, among the blades for wind power generation according to the present invention, the first aspect of the present invention is to electrically connect a blade body, a metal lightning receiving portion provided on the blade body, and the lightning receiving portion and the ground. And a down conductor for performing, and limited to the periphery of the boundary between the surface of the lightning receiving part and the surface of the blade body, and at least the surface side of the blade body is coated with a conductive material, To do.

第2の本発明の風力発電用ブレードは、前記第1の本発明において、前記受雷部としてブレード本体の先端に設けられた先端受電部を有することを特徴とする。   A blade for wind power generation according to a second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect of the present invention, the power receiving portion includes a tip power receiving portion provided at a tip of a blade body as the lightning receiving portion.

第3の本発明の風力発電用ブレードは、前記第1または第2の本発明において、前記受雷部として、前記ブレード本体の基端側と先端側との間に設けられた1個以上の中間受雷部を有することを特徴とする。   The blade for wind power generation according to the third aspect of the present invention is the blade according to the first or second aspect of the present invention, wherein one or more blades provided between the proximal end side and the distal end side of the blade body as the lightning receiving portion. It has an intermediate lightning receiving portion.

第4の本発明の風力発電用ブレードは、前記第1〜第3の本発明のいずれかにおいて、前記導電性材料の被覆範囲が、前記受雷部表面と前記ブレード本体表面の境界から前記ブレード本体側に0.1m以上、2m以下であることを特徴とする。   The blade for wind power generation according to a fourth aspect of the present invention is the blade according to any one of the first to third aspects of the present invention, wherein the covering range of the conductive material is from the boundary between the surface of the lightning receiving part and the surface of the blade body. It is 0.1 m or more and 2 m or less on the main body side.

第5の本発明の風力発電用ブレードは、前記第1〜第4の本発明のいずれかにおいて、前記導電性材料が、前記境界の全長に亘って前記受雷部に接触していることを特徴とする。   The blade for wind power generation according to a fifth aspect of the present invention is the blade according to any one of the first to fourth aspects, wherein the conductive material is in contact with the lightning receiving portion over the entire length of the boundary. Features.

第6の本発明の風力発電用ブレードは、前記第1〜第5の本発明のいずれかにおいて、前記導電性材料の被覆範囲が、前記受雷部表面と前記ブレード本体表面の境界から前記受雷部側に0.1m以上であることを特徴とする。   The blade for wind power generation according to the sixth aspect of the present invention is the blade according to any one of the first to fifth aspects of the present invention, wherein the covering range of the conductive material is received from the boundary between the surface of the lightning receiver and the surface of the blade body. It is 0.1 m or more on the lightning part side.

第7の本発明の風力発電用ブレードは、前記第1〜第6の本発明のいずれかにおいて、前記導電性材料の被覆厚さが、0.1mm以上10mm以下であることを特徴とする。   In the blade for wind power generation according to the seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects of the present invention, the coating thickness of the conductive material is 0.1 mm or more and 10 mm or less.

第8の本発明の風力発電用ブレードは、前記第1〜第7の本発明のいずれかにおいて、前記導電性材料表面に塗装が施されていることを特徴とする。   The blade for wind power generation according to the eighth aspect of the present invention is characterized in that, in any of the first to seventh aspects of the present invention, the surface of the conductive material is coated.

本発明によれば、雷撃が金属製受雷部から外れた位置に落ちた際に、導電性材料で捕雷され、雷撃電流は被覆された導電性材料を経由して速やかに近傍の金属製受雷部に流れる。
金属製受雷部は、ブレード本体に設けられており、ブレード本体の先端に設けられた先端受雷部やブレード本体の基端部と先端部との間に設けられた中間受雷部が示される。中間受雷部は、1個の他、複数個であってもよい。本発明においては、先端受雷部の配置を必須として、中間受雷部の有無およびその数を問わないものが代表的である。ただし、これに限定されない。
境界周囲に導電性材料を被覆する対象となる受雷部としては、ブレード本体に設けられた全部を対象としてもよく、特に電撃を受けやすい先端受雷部を優先するなどして一部を対象とするものであってもよい。したがって、先端受雷部と中間受雷部とを有する場合、先端受雷部側にのみ導電性材料による被覆を設けるものであってもよい。
According to the present invention, when a lightning strike falls to a position off the metal lightning receiving section, the lightning is captured by the conductive material, and the lightning strike current is quickly made from the nearby metal via the coated conductive material. It flows into the lightning section.
The metal lightning protection section is provided on the blade body, and shows the lightning protection section provided at the tip of the blade body and the intermediate lightning protection section provided between the base end and the tip of the blade body. It is. The number of intermediate lightning receiving portions may be one or more. In the present invention, the arrangement of the tip lightning receiving portion is essential, and the presence or absence and the number of intermediate lightning receiving portions are representative. However, it is not limited to this.
The lightning receiving part that is to be covered with a conductive material around the boundary may be the entire lightning part provided on the blade body, and in particular a part of the lightning receiving part that is particularly susceptible to lightning. It may be. Therefore, when it has a tip lightning-receiving part and an intermediate lightning-receiving part, you may provide the coating | cover with an electroconductive material only on the tip lightning-receiving part side.

ブレード本体は、金属以外の材質であり、通常はFRP(繊維強化プラスチック)で構成される。また、FRPを主成分とし、一部に木材や発泡体などを用いた複合体とするものであってもよい。
ブレード本体の形状は本発明としては特に限定されるものではなく、適宜形状を採択することができる。
The blade body is made of a material other than metal and is usually made of FRP (fiber reinforced plastic). Moreover, it may be a composite using FRP as a main component and partially using wood or foam.
The shape of the blade body is not particularly limited in the present invention, and the shape can be appropriately selected.

金属製受雷部の形状も本発明としては特に限定されるものではなく、アンカー部の有無も特に限定されるものではない。
金属製受雷部は、導電性と耐食性を有した金属、合金から選択する。中でも、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン、ステンレス、あるいはこれらの合金が好ましい。また、先端受雷部と中間受雷部との間で材質を異にするなど、受雷部間で材質を変えるようにしてもよい。
The shape of the metal lightning receiving portion is not particularly limited as the present invention, and the presence or absence of the anchor portion is not particularly limited.
The metal lightning receiving portion is selected from metals and alloys having conductivity and corrosion resistance. Among these, aluminum, copper, tungsten, nickel, titanium, stainless steel, or an alloy thereof is preferable. Further, the material may be changed between the lightning receiving parts, for example, the material may be different between the lightning receiving part and the intermediate lightning receiving part.

受雷部表面とブレード本体表面との境界周辺に配置される導電性材料は、金属メッシュ、金属箔、金属メッキ、金属溶射、導電性塗料などの形態でブレード本体表面に被覆される。
境界周辺への被覆は、本発明としては境界全長のうちの一部を対象にすることも可能であるが、境界の全長において対象とするのが望ましい。
導電性材料には、導電性と耐食性を有した金属、合金から選択する。中でも、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン、ステンレス、あるいはこれらの合金が好ましい。受雷部および導電性材料の材質は同じもの異なるもののいずれであってもよい。但し受雷部と導電性材料とのイオン化傾向が大きく異なる場合、一般に腐食を生じやすくなるため、受雷部材質と導電性材料材質との組み合わせを考慮するのが望ましい。
導電性塗料のフィラーとしては、アルミニウム、銅、銀、タングステン、ニッケル、炭素などが考えられるが、本発明では特に指定しない。上記の導電性材料から、複数を選んで組み合わせても良い(例:金属メッシュの上に導電性塗料を塗装)。
The conductive material disposed around the boundary between the lightning receiving portion surface and the blade body surface is coated on the blade body surface in the form of a metal mesh, metal foil, metal plating, metal spraying, conductive paint, or the like.
Although it is possible for the present invention to cover a part of the entire boundary length, it is desirable to cover the entire boundary length.
The conductive material is selected from metals and alloys having conductivity and corrosion resistance. Among these, aluminum, copper, tungsten, nickel, titanium, stainless steel, or an alloy thereof is preferable. The material of the lightning receiver and the conductive material may be the same or different. However, when the ionization tendency of the lightning receiving portion and the conductive material are greatly different, it is generally easy to cause corrosion. Therefore, it is desirable to consider the combination of the lightning receiving member material and the conductive material material.
As the filler of the conductive paint, aluminum, copper, silver, tungsten, nickel, carbon and the like can be considered, but are not particularly specified in the present invention. A plurality of the above conductive materials may be selected and combined (for example, a conductive paint is applied on a metal mesh).

導電性材料の被覆厚さは本発明としては特定の範囲に限定しないが、雷撃に対する耐久性と、接着強度との観点から決定することができる。例えば、0.1mm以上10mm以下が望ましい。
0.1mm未満であると雷撃に対する耐久性の点で充分と言えない。また、10mmを越えると接着強度が低下し、剥離などがしやすくなる。このため、導電性材料の被覆厚さは上記範囲が望ましい。また、同様の範囲で下限を0.5mm、上限を3mmとするのが一層望ましい。
The coating thickness of the conductive material is not limited to a specific range in the present invention, but can be determined from the viewpoint of durability against lightning strikes and adhesive strength. For example, 0.1 mm or more and 10 mm or less are desirable.
If it is less than 0.1 mm, it cannot be said that it is sufficient in terms of durability against lightning strikes. On the other hand, when the thickness exceeds 10 mm, the adhesive strength is lowered and peeling is likely to occur. For this reason, the said range is desirable for the coating thickness of an electroconductive material. In the same range, it is more desirable that the lower limit is 0.5 mm and the upper limit is 3 mm.

また、雷撃試験の結果から、導電性材料の被覆範囲は、受雷部とブレード本体との境界からブレード本体側へ0.1m以上2m以下とするのが好ましいことを見出した。
0.1m未満であると、雷撃が金属製受雷部から外れた位置に落ちた際に、充分に捕雷することができない。一方、導電性材料の被覆範囲が2mを越えても効果が飽和するのみであり、風力発電用ブレード全体の重量が増してしまう。
また、同様の理由で上記被覆範囲の下限を0.2m、上限を1mとするのが一層望ましい。
Further, from the results of the lightning strike test, it was found that the covering range of the conductive material is preferably 0.1 m or more and 2 m or less from the boundary between the lightning receiving portion and the blade body toward the blade body.
If it is less than 0.1 m, lightning cannot be sufficiently captured when the lightning strike falls to a position off the metal lightning receiving portion. On the other hand, even if the covering range of the conductive material exceeds 2 m, the effect is only saturated, and the weight of the entire blade for wind power generation increases.
For the same reason, it is more desirable that the lower limit of the covering range is 0.2 m and the upper limit is 1 m.

また、被覆した導電性材料と金属製受雷部との接触面積が小さいと、大電流の負荷に耐えられず、焼損してしまう可能性がある。したがって、境界の全長に亘って導電性材料と金属製受雷部とが接触しているのが望ましい。さらに電流に対して十分な耐久性を得るため、受雷部とブレード本体との境界から受雷部側に0.1m以上の範囲を導電性材料で被覆することが好ましい。上限は規定しないため、受雷部全面に亘って導電性材料による被覆を行うものであってもよい。
さらに、美観を向上させるため、被覆した導電性材料の上にパテや塗料による塗装を施してもよい。塗装はその他のブレード本体と同一色とすることで一体性をだすことができる。
In addition, if the contact area between the coated conductive material and the metal lightning receiving portion is small, it may not be able to withstand a large current load and may be burned out. Therefore, it is desirable that the conductive material and the metal lightning receiving portion are in contact over the entire length of the boundary. Furthermore, in order to obtain sufficient durability against electric current, it is preferable to cover a range of 0.1 m or more from the boundary between the lightning receiving portion and the blade body to the lightning receiving portion side with a conductive material. Since the upper limit is not defined, the entire surface of the lightning receiving portion may be covered with a conductive material.
Further, in order to improve the aesthetic appearance, the coated conductive material may be coated with putty or paint. The paint can be made the same color as the other blade body, so that it can be integrated.

本発明によれば、雷撃が誘導されやすい金属製受雷部の周囲のブレード本体表面側に導電性材料を被覆しているため、雷撃が金属製受雷部から外れた位置に落ちたとしても、導電性材料上にて捕雷できる。雷撃電流は被覆された導電性材料を経由して速やかに近傍の金属製受雷部に流れていき、ブレード本体の損傷を効果的に防ぐことができる。
また、導電性材料の被覆範囲は金属製受雷部の周囲に限定されているため、ブレードの重量増加は最小限に抑えられる。同時に、被覆範囲が狭いため、供用中にたわみや温度差が生じても導電性材料の皮膜はブレード本体の変形に追従しやすく、剥離の可能性は非常に少ない。
According to the present invention, since the conductive material is coated on the surface of the blade body around the metal lightning portion where lightning strikes are easily induced, even if the lightning strike falls off the metal lightning portion. Lightning can be captured on conductive materials. The lightning strike current quickly flows to the nearby metal lightning receiving portion via the coated conductive material, and can effectively prevent damage to the blade body.
In addition, since the covering range of the conductive material is limited to the periphery of the metal lightning receiving portion, an increase in the weight of the blade can be minimized. At the same time, since the coating range is narrow, even if a deflection or temperature difference occurs during service, the conductive material film easily follows the deformation of the blade body, and the possibility of peeling is very low.

また、雷撃電流をアースに流すためのメインの経路としてダウンコンダクタを設けているため、特許文献4、5で懸念されるような導電経路の喪失は起こらない。
以上より、本発明により、ブレード重量増加と導電性材料の剥離を抑制しながら、ブレードの耐雷性を飛躍的に向上させることができる。
In addition, since the down conductor is provided as a main path for flowing the lightning strike current to the ground, the loss of the conductive path, which is a concern in Patent Documents 4 and 5, does not occur.
As described above, according to the present invention, it is possible to dramatically improve the lightning resistance of the blade while suppressing increase in blade weight and peeling of the conductive material.

先端受雷部を有した風力発電用ブレードの全体を示す図である。It is a figure which shows the whole blade for wind power generation which has a tip lightning-receiving part. チップ型先端受雷部を用いたブレード先端部を示す図であり、(a)は、導電性材料の被覆をしていない説明図、(b)は導電性材料を被覆した説明図、(c)は導電性材料の被覆の変更例の説明図である。It is a figure which shows the braid | blade front-end | tip part using a chip | tip tip lightning-receiving part, (a) is explanatory drawing which does not coat | cover with a conductive material, (b) is explanatory drawing which coat | covered the conductive material, (c) ) Is an explanatory view of a modified example of the covering of the conductive material. ディスク型先端受雷部を用いたブレード先端部を示す図であり、(a)は、導電性材料の被覆をしていない説明図、(b)は導電性材料を被覆した説明図である。It is a figure which shows the braid | blade front-end | tip part using a disk type front lightning-receiving part, (a) is explanatory drawing which does not coat | cover with a conductive material, (b) is explanatory drawing which coat | covered the conductive material. ロッド型先端受雷部を用いたブレード先端部を示す図であり、(a)は、導電性材料の被覆をしていない説明図、(b)は導電性材料を被覆した説明図である。It is a figure which shows the braid | blade front-end | tip part which used the rod-type front-end | tip lightning receiving part, (a) is explanatory drawing which does not coat | cover with a conductive material, (b) is explanatory drawing which coat | covered the conductive material. 先端受雷部と中間受雷部を有した風力発電用ブレードの全体を示す図である。It is a figure which shows the whole blade for wind power generation which has a front lightning receiving part and an intermediate | middle lightning receiving part. 中間受雷部を用いたブレード中間部を示す図であり、(a)は、導電性材料の被覆をしていない説明図、(b)は導電性材料を被覆した説明図である。It is a figure which shows the braid | blade intermediate part using an intermediate | middle lightning-receiving part, (a) is explanatory drawing which does not coat | cover with a conductive material, (b) is explanatory drawing which coat | covered the conductive material.

以下に、本発明の一実施形態の風力発電用ブレードについて説明する。
図1は、風力発電用ブレード1の全体図を示すものである。
風力発電用ブレード1は、全体形状を形成し、FRPで構成されたブレード本体1aを有しており、先端に金属製先端受雷部2が設けられている。金属製先端受雷部2は、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン、ステンレス、あるいはこれらの合金で構成されている。先端受雷部2とブレード本体1aとは表面が面一に形成されている。先端受雷部2には、ダウンコンダクタ4が接続されており、ダウンコンダクタ4は、先端受雷部2に電気的に接続し、ブレード本体1aの根元まで配線した後、図示しないハブ、ナセル、タワー等を経由し、接地している。ダウンコンダクタ4は十分大きな断面積を有した導線により構成することで、人身傷害や機器損傷をともなわずに雷撃電流をアースに流すことができる。
Below, the blade for wind power generation of one embodiment of the present invention is explained.
FIG. 1 shows an overall view of a blade 1 for wind power generation.
The blade 1 for wind power generation has an overall shape and has a blade body 1a made of FRP, and a metal tip light-receiving section 2 is provided at the tip. The metal tip lightning receiving portion 2 is made of aluminum, copper, tungsten, nickel, titanium, stainless steel, or an alloy thereof. The front lightning receiving part 2 and the blade body 1a are formed with the same surface. A down conductor 4 is connected to the tip lightning receiving portion 2. The down conductor 4 is electrically connected to the tip lightning receiving portion 2 and wired to the base of the blade body 1 a, and then a hub, nacelle, not shown, It is grounded via a tower. By configuring the down conductor 4 with a conductive wire having a sufficiently large cross-sectional area, a lightning strike current can be passed to the ground without causing personal injury or equipment damage.

次に、風力発電用ブレードの先端部を拡大した部分について、以下に説明する。
図2(a)は、先端受雷部2の接続構造を示している。先端受雷部2は図に示すように先端受雷部の一類型であるチップ型先端受雷部を適用したものである。
この先端受雷部2は、遠心力による脱落を防ぐため、基部にアンカー部20を有しており、該アンカー部20をブレード本体1a内に埋め込むことで先端受雷部2を確実にブレード本体1a固定している。該アンカー部20に前記したダウンコンダクタ4が電気的に接続されている。
Next, the part which expanded the front-end | tip part of the blade for wind power generation is demonstrated below.
FIG. 2A shows a connection structure of the tip lightning receiving portion 2. As shown in the drawing, the tip lightning receiving portion 2 is a tip type lightning receiving portion which is a type of the tip lightning receiving portion.
The tip lightning receiving portion 2 has an anchor portion 20 at a base portion to prevent dropping due to centrifugal force. By embedding the anchor portion 20 in the blade body 1a, the tip lightning receiving portion 2 can be securely attached to the blade body. 1a is fixed. The down conductor 4 is electrically connected to the anchor portion 20.

本発明の実施形態としては、上記図2(a)で示す風力発電用ブレードの先端部において、図2(b)(c)に示すように、導電性材料による被覆が行われている。
図2(b)の形態では、先端受雷部2の表面全体および、先端受雷部2の表面とブレード本体1aの表面との境界5を越えた所定範囲のブレード本体1a側に亘って導電性材料6が被覆されている。
導電性材料6は、金属メッシュ、金属箔、金属メッキ、金属溶射、導電性塗料などの形態で被覆がなされるが、本発明としては特定の方法に限定されるものではない。被覆は、好適には0.1mm以上10mm以下の範囲で行われる。
As an embodiment of the present invention, the tip of the blade for wind power generation shown in FIG. 2A is coated with a conductive material as shown in FIGS. 2B and 2C.
In the form of FIG. 2 (b), the entire surface of the tip lightning receiving portion 2 and conductive over the blade body 1a side in a predetermined range beyond the boundary 5 between the surface of the tip lightning receiving portion 2 and the surface of the blade body 1a. The material 6 is coated.
The conductive material 6 is coated in the form of metal mesh, metal foil, metal plating, metal spraying, conductive paint, etc., but the present invention is not limited to a specific method. The coating is preferably performed in the range of 0.1 mm to 10 mm.

導電性材料6は、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン、ステンレス、あるいはこれらの合金で構成されている。
導電性材料6は、先端受雷部2全体に亘ることで、好適には、境界5から先端受雷部2側に0.1m以上の範囲で被覆がなされている。また、導電性材料6は、ブレード本体1a側の表面に好適には0.1m以上、2m以下の範囲で被覆がなされている。
The conductive material 6 is made of aluminum, copper, tungsten, nickel, titanium, stainless steel, or an alloy thereof.
The conductive material 6 is preferably coated in a range of 0.1 m or more from the boundary 5 to the tip lightning receiving portion 2 side over the entire tip lightning receiving portion 2. The conductive material 6 is preferably coated on the blade body 1a side surface in a range of 0.1 m to 2 m.

図2(c)の形態では、先端受雷部2の先端側を除いた一部領域で、先端受雷部2の表面とブレード本体1aの表面との境界5を越えた所定範囲のブレード本体1a側に亘って導電性材料6が被覆されている。
ブレード本体1a側では、上記と同様にブレード本体1a側で好適には0.1m以上、2m以下の範囲で被覆がなされている。また、先端受電部2側では、好適には、境界5から先端受雷部2側に0.1m以上の範囲で、かつ先端受雷部2の先端に至らない範囲で被覆がなされている。
In the form of FIG. 2 (c), a blade body within a predetermined range beyond a boundary 5 between the surface of the tip lightning receiving portion 2 and the surface of the blade body 1a in a partial region excluding the tip end side of the tip lightning receiving portion 2. The conductive material 6 is covered over the 1a side.
On the blade body 1a side, similarly to the above, the blade body 1a side is preferably coated in the range of 0.1 m to 2 m. In addition, the tip power receiving unit 2 side is preferably covered within a range of 0.1 m or more from the boundary 5 to the tip light receiving unit 2 side and not reaching the tip of the tip light receiving unit 2.

次に、先端受雷部の一類型であるディスク型先端受雷部21を適用したブレード1について説明する。
図3(a)は、ブレード本体1aにおけるディスク型先端受雷部21の配置構成を示す図である。
すなわち、ブレード本体1aの先端側に、金属製の円柱形状のディスク型先端受雷部21が埋め込まれて表面が露出するように配置されている。ディスク型先端受雷部21は、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン、ステンレス、あるいはこれらの合金で構成されている。
ディスク型先端受雷部21の表面とブレード本体1aの表面とは面一になっており、ディスク型先端受雷部21の周縁にディスク型先端受雷部21表面とブレード本体1a表面との境界5aを有している。また、ディスク型先端受雷部21には、ダウンコンダクタ4が電気的に接続されている。
Next, a description will be given of the blade 1 to which the disk-type tip lightning receiving portion 21 which is a type of the lightning receiving portion is applied.
FIG. 3A is a diagram showing an arrangement configuration of the disk-type tip lightning receiving portion 21 in the blade body 1a.
That is, a metal columnar disc type lightning striker 21 is embedded on the front end side of the blade body 1a so that the surface is exposed. The disk-type tip lightning detector 21 is made of aluminum, copper, tungsten, nickel, titanium, stainless steel, or an alloy thereof.
The surface of the disk-type tip lightning receiving portion 21 and the surface of the blade body 1a are flush with each other, and the boundary between the surface of the disk-type tip lightning receiving portion 21 and the surface of the blade body 1a is formed at the periphery of the disk-type tip lightning receiving portion 21. 5a. Further, the down conductor 4 is electrically connected to the disk-type tip lightning receiver 21.

本発明の実施形態としては、上記図3(a)で示す風力発電用ブレードの先端部において、図3(b)に示すように、導電性材料による被覆が行われている。
すなわち、ディスク型先端受雷部21を有するブレード1の形態では、図3(b)に示すように、ディスク型先端受雷部21の表面を含めてブレード本体1aの先端から基端側にかけて所定の範囲に導電性材料7が被覆されている。導電性材料7は、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン、ステンレス、あるいはこれらの合金で構成されている。導電性材料7は、金属メッシュ、金属箔、金属メッキ、金属溶射、導電性塗料などの形態で被覆がなされ、好適には0.1mm以上10mm以下の厚さとする。
As an embodiment of the present invention, the tip of the blade for wind power generation shown in FIG. 3 (a) is coated with a conductive material as shown in FIG. 3 (b).
That is, in the form of the blade 1 having the disk-type tip lightning-receiving portion 21, as shown in FIG. In this range, the conductive material 7 is coated. The conductive material 7 is made of aluminum, copper, tungsten, nickel, titanium, stainless steel, or an alloy thereof. The conductive material 7 is coated in the form of metal mesh, metal foil, metal plating, metal spraying, conductive paint, etc., and preferably has a thickness of 0.1 mm to 10 mm.

ディスク型先端受雷部21は、面方向において0.2m以上の径を有しており、この結果、ディスク型先端受雷部21は、境界5aから受雷部側に.0.1m以上の範囲で導電性材料7が被覆されていることになる。また、境界5aからブレード本体1a側の表面には、いずれの位置でも導電性材料7が0.1m以上2m以下の範囲で被覆されている。   The disk-type tip lightning receiving portion 21 has a diameter of 0.2 m or more in the surface direction. As a result, the disk-type tip lightning receiving portion 21 extends from the boundary 5a to the lightning receiving portion side. The conductive material 7 is covered in a range of 0.1 m or more. Further, the conductive material 7 is coated on the surface on the blade body 1a side from the boundary 5a in a range of 0.1 m to 2 m at any position.

次に、先端受雷部の一類型であるロッド型先端受雷部22を適用したブレード1について説明する。
図4(a)は、ブレード本体1aへのロッド型先端受雷部22の装着構成を示す図である。
すなわち、ロッド型先端受雷部22は、ブレード本体1aの先端からブレード本体1aの長手方向に向けてブレード本体1a内に埋設されており、先端部のみがブレード本体1aから露出している。ロッド型先端受雷部22が露出した部分の周縁部とブレード本体1a表面との境が本発明の境界5bとなる。
ロッド型先端受雷部22は、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン、ステンレス、あるいはこれらの合金で構成されている。ロッド型先端受雷部22の基端部側にはダウンコンダクタ4が電気的に接続されている。
Next, the blade 1 to which the rod-type tip lightning receiving portion 22 which is a type of the tip lightning receiving portion is applied will be described.
FIG. 4A is a diagram illustrating a configuration in which the rod-type tip lightning receiving portion 22 is attached to the blade body 1a.
That is, the rod-type tip lightning receiving portion 22 is embedded in the blade body 1a from the tip of the blade body 1a in the longitudinal direction of the blade body 1a, and only the tip is exposed from the blade body 1a. The boundary between the peripheral edge of the exposed portion of the rod-type tip lightning receiver 22 and the surface of the blade body 1a is the boundary 5b of the present invention.
The rod-type tip lightning detector 22 is made of aluminum, copper, tungsten, nickel, titanium, stainless steel, or an alloy thereof. A down conductor 4 is electrically connected to the base end side of the rod-type tip lightning receiving portion 22.

ロッド型先端受雷部22を有するブレード1の形態では、本発明の実施形態では、図4(b)に示すように、ブレード本体1aの先端から基端側にかけて所定の範囲で導電性材料8によって被覆がなされている。導電性材料8は、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン、ステンレス、あるいはこれらの合金で構成されている。導電性材料8は、金属メッシュ、金属箔、金属メッキ、金属溶射、導電性塗料などの形態で被覆がなされ、好適には0.1mm以上10mm以下の厚さとする。   In the form of the blade 1 having the rod-type tip lightning receiving portion 22, in the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4B, the conductive material 8 is within a predetermined range from the tip of the blade body 1a to the base end. Is covered. The conductive material 8 is made of aluminum, copper, tungsten, nickel, titanium, stainless steel, or an alloy thereof. The conductive material 8 is coated in the form of a metal mesh, metal foil, metal plating, metal spraying, conductive paint, etc., and preferably has a thickness of 0.1 mm to 10 mm.

この結果、ロッド型先端受雷部22が0.2m以上の径を有していれば、境界5bから受雷部側に、0.1m以上の範囲で導電性材料8が被覆されていることになる。
また、導電性材料8は、境界5bを越えてブレード本体1aの基端側に向かう範囲に被覆されており、境界5bからはブレード本体1a表面に基端側に向けて0.1m以上2m以内の範囲で導電性材料8が被覆されている。
As a result, if the rod-type tip lightning-receiving part 22 has a diameter of 0.2 m or more, the conductive material 8 is covered in a range of 0.1 m or more from the boundary 5b to the lightning-receiving part side. become.
In addition, the conductive material 8 is coated in a range extending beyond the boundary 5b toward the base end side of the blade body 1a, and from the boundary 5b to the blade body 1a surface toward the base end side within 0.1 m to 2 m. In this range, the conductive material 8 is coated.

次に、図5は、中間受雷部を有する風力発電用ブレード10の全体を示している。
この風力発電用ブレード10においても、全体形状を形成し、FRPで構成されたブレード本体10aを有しており、先端に金属製先端受雷部23が設けられている。先端受雷部23は、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン、ステンレス、あるいはこれらの合金で構成されており、先に説明したようにチップ型先端受雷部、ディスク型先端受雷部、ロッド型先端受雷部などの種々の類型の先端受雷部を選択することができる。
Next, FIG. 5 shows the entire wind power generation blade 10 having an intermediate lightning receiving portion.
This blade 10 for wind power generation also has a blade body 10a that is formed in an overall shape and is made of FRP, and is provided with a metal tip light-receiving section 23 at the tip. The tip lightning detector 23 is made of aluminum, copper, tungsten, nickel, titanium, stainless steel, or an alloy thereof. As described above, the tip-type lightning detector, the disk-type tip lightning detector, and the rod Various types of tip lightning detectors such as a mold tip lightning detector can be selected.

また、ブレード本体10aの基端部と先端部との間において、ブレード本体10aのフラップ面に長手方向に所定の間隔(例えば等間隔)で複数の金属製中間受雷部3が設けられている。金属製中間受雷部3は、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン、ステンレス、あるいはこれらの合金で構成されている。
先端受雷部23および中間受雷部3は、それぞれダウンコンダクタ14に電気的に接続されている。ダウンコンダクタ14は、風力発電用ブレード1の根元まで配線した後、ハブ、ナセル、タワーを経由し、接地している。
Further, between the base end portion and the tip end portion of the blade main body 10a, a plurality of metal intermediate lightning receiving portions 3 are provided on the flap surface of the blade main body 10a at predetermined intervals (for example, equal intervals) in the longitudinal direction. . The metal intermediate lightning receiving portion 3 is made of aluminum, copper, tungsten, nickel, titanium, stainless steel, or an alloy thereof.
The tip lightning receiver 23 and the intermediate lightning receiver 3 are each electrically connected to the down conductor 14. The down conductor 14 is grounded via a hub, a nacelle, and a tower after being wired to the base of the blade 1 for wind power generation.

次に、上記風力発電用ブレードのブレード本体10aにおける中間部を拡大した部分について、図6(a)(b)に基づいて説明する。
図6(a)は、中間受雷部3の配置構造を示している。
すなわち、ブレード本体10aの表面にチップ状で表面円形状の中間受雷部3が表面を露出させて埋設されている。
中間受雷部3表面とブレード本体10a表面との境界5cは、中間受雷部3の周縁に沿っている。ここでは、中間受雷部3の形状を表面形状で円形としているが、表面形状で多角形や楕円形としてもよい。
Next, the part which expanded the intermediate part in the blade main body 10a of the said blade for wind power generation is demonstrated based on Fig.6 (a) (b).
FIG. 6A shows the arrangement structure of the intermediate lightning receiver 3.
That is, the tip-shaped, circular-shaped intermediate lightning light receiving portion 3 is embedded on the surface of the blade body 10a with the surface exposed.
A boundary 5 c between the surface of the intermediate lightning receiver 3 and the surface of the blade body 10 a is along the periphery of the intermediate lightning receiver 3. Here, the shape of the intermediate lightning receiving portion 3 is circular in terms of surface shape, but may be polygonal or elliptical in terms of surface shape.

中間受雷部3の周囲では、図6(b)に示すように中間受雷部3の表面を含め、境界5cを越えて外周側に拡がるようにブレード本体10a表面に導電性材料9が被覆されている。導電性材料9は、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン、ステンレス、あるいはこれらの合金で構成されている。導電性材料9は、金属メッシュ、金属箔、金属メッキ、金属溶射、導電性塗料などの形態で被覆がなされ、好適には0.1mm以上10mm以下の厚さとする。
なお、中間受雷部3は、0.2m以上の径を有していれば、境界5cから受雷部側に、0.1m以上の範囲で導電性材料9が被覆されていることになる。
また、導電性材料9は、境界5cを越えてブレード本体1a側に拡がるように被覆されており、境界5cからは0.1m以上2m以内の範囲でブレード本体1a側に導電性材料9が被覆されている。
As shown in FIG. 6 (b), the surface of the blade body 10a covers the surface of the blade body 10a so as to extend beyond the boundary 5c, including the surface of the intermediate lightning section 3, as shown in FIG. 6 (b). Has been. The conductive material 9 is made of aluminum, copper, tungsten, nickel, titanium, stainless steel, or an alloy thereof. The conductive material 9 is coated in the form of metal mesh, metal foil, metal plating, metal spraying, conductive paint, etc., and preferably has a thickness of 0.1 mm or more and 10 mm or less.
In addition, if the intermediate lightning receiving part 3 has a diameter of 0.2 m or more, the conductive material 9 is covered in a range of 0.1 m or more from the boundary 5 c to the lightning receiving part side. .
Further, the conductive material 9 is coated so as to extend beyond the boundary 5c to the blade body 1a side, and the conductive material 9 is coated on the blade body 1a side within a range of 0.1 m to 2 m from the boundary 5c. Has been.

なお、先端受雷部23については上記で詳細に説明していないが、先に説明した先端受雷部2、ディスク型先端受雷部21、ロッド型先端受雷部22と同様に、先端受雷部23とブレード本体10aの境界周囲に限ってブレード本体10a表面側と先端受雷部23表面側とに、好適には0.1mm以上10mm以下の厚さで導電性材料が被覆されている。この場合、先端受雷部23側では、先端受雷部23とブレード本体1aとの境界から0.1m以上の範囲で導電性材料が被覆され、ブレード本体1a側では、先端受雷部23とブレード本体1aとの境界から0.1m以上2m以下の範囲で導電性材料が被覆されている。   Although the tip lightning receiving portion 23 has not been described in detail above, the tip lightning receiving portion 23 is similar to the tip lightning receiving portion 2, the disk-type tip lightning receiving portion 21, and the rod-type tip lightning receiving portion 22 described above. The conductive material is preferably coated with a thickness of 0.1 mm or more and 10 mm or less on the surface side of the blade body 10a and the surface side of the tip lightning receiver 23 only around the boundary between the lightning portion 23 and the blade body 10a. . In this case, on the tip lightning receiving portion 23 side, the conductive material is coated in a range of 0.1 m or more from the boundary between the tip lightning receiving portion 23 and the blade body 1a, and on the blade body 1a side, the tip lightning receiving portion 23 and The conductive material is coated in the range of 0.1 m to 2 m from the boundary with the blade body 1a.

以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明の範囲が上記で説明された内容に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。   As described above, the present invention has been described based on the above embodiment, but the scope of the present invention is not limited to the contents described above, and appropriate modifications can be made without departing from the scope of the present invention. It is.

1 風力発電用ブレード
1a ブレード本体
2 先端受雷部
21 ディスク型先端受雷部
22 ロッド型先端受雷部
3 中間受雷部
4 ダウンコンダクタ
5 境界
5a 境界
5b 境界
5c 境界
6 導電性材料
7 導電性材料
8 導電性材料
9 導電性材料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wind power generation blade 1a Blade body 2 Tip lightning receiving part 21 Disk type tip lightning receiving part 22 Rod type tip lightning receiving part 3 Intermediate lightning receiving part 4 Down conductor 5 Boundary 5a Boundary 5b Boundary 5c Boundary 6 Conductive material 7 Conductivity Material 8 Conductive material 9 Conductive material

Claims (8)

ブレード本体と、該ブレード本体に設けられた金属製の受雷部と、前記受雷部とアースとを電気的に接続するためのダウンコンダクタと、を有し、前記受雷部表面と前記ブレード本体表面との境界周囲に限定して、少なくとも前記ブレード本体の表面側に導電性材料が被覆されていることを特徴とする風力発電用ブレード。   A blade main body, a metal lightning receiving portion provided on the blade main body, and a down conductor for electrically connecting the lightning receiving portion and the ground, the lightning receiving portion surface and the blade A blade for wind power generation, characterized in that the conductive material is coated on at least the surface side of the blade body, limited to the periphery of the boundary with the body surface. 前記受雷部としてブレード本体の先端に設けられた先端受電部を有することを特徴とする請求項1記載の風力発電用ブレード。   2. The blade for wind power generation according to claim 1, further comprising a tip power receiving portion provided at a tip of a blade body as the lightning receiving portion. 前記受雷部として、前記ブレード本体の基端側と先端側との間に設けられた1個以上の中間受雷部を有することを特徴とする請求項1または2に記載の風力発電用ブレード。   3. The blade for wind power generation according to claim 1, wherein the lightning receiving portion includes one or more intermediate lightning receiving portions provided between a proximal end side and a distal end side of the blade body. . 前記導電性材料の被覆範囲が、前記受雷部表面と前記ブレード本体表面の境界から前記ブレード本体側に0.1m以上、2m以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の風力発電用ブレード。   The covering range of the conductive material is 0.1 m or more and 2 m or less from the boundary between the lightning receiving portion surface and the blade body surface to the blade body side. The blade for wind power generation described. 前記導電性材料が、前記境界の全長に亘って前記受雷部に接触していることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の風力発電用ブレード。   The blade for wind power generation according to any one of claims 1 to 4, wherein the conductive material is in contact with the lightning receiving portion over the entire length of the boundary. 前記導電性材料の被覆範囲が、前記受雷部表面と前記ブレード本体表面の境界から前記受雷部側に0.1m以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の風力発電用ブレード。   The covering range of the conductive material is 0.1 m or more from the boundary between the surface of the lightning receiving portion and the surface of the blade body to the lightning receiving portion side. Blade for wind power generation. 前記導電性材料の被覆厚さが、0.1mm以上10mm以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の風力発電用ブレード。   The blade for wind power generation according to any one of claims 1 to 6, wherein a coating thickness of the conductive material is 0.1 mm or more and 10 mm or less. 前記導電性材料表面に塗装が施されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の風力発電用ブレード。   The blade for wind power generation according to any one of claims 1 to 7, wherein the surface of the conductive material is coated.
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