JP2012511119A5 - - Google Patents

Description

図３に示される特有の実施例において、ブレード１１０は、両方とも、前縁領域１１７
に、および／または、前縁１１７ａの方向に位置付けられ、厚さ方向軸Ｔに沿って互いに
離隔された第１のけた１７０ａおよび第２のけた１７０ｂを含む３つのけた１７０を含む
ことができる。ブレード１１０は、さらに、後縁領域１１８、および／または、後縁１１
８ａの方向に位置付けられ、第１のけた１７０ａおよび第２のけた１７０ｂの両方から翼
弦方向軸Ｃに沿って離隔される第３のけた１７０ｃを含むことができるけた１７０ａ〜１
７０ｃは、それぞれ、スパン方向軸Ｓに沿って順に互いに離隔された複数のリブ１４２（
それらのうちの１つを図３で見ることができる）に取り付けられている。けた１７０ａ〜
１７０ｃは、それぞれ、概して矩形の断面を有することができる。前方のけた１７０ａ、
１７０ｂは、厚さ寸法より大きい翼弦方向の寸法を有することができ、後方のけた１７０ｃは、翼弦方向の寸法より大きい厚さ寸法を有することができる。第３のけた１７０ｃは、ブレード１１０の厚さ寸法の大部分にわたって延在することができ、特有の実施例では、厚さの寸法の全体、またはほぼ全体にわたって延在することができる。例えば、第３のけた１７０ｃは、リブ１４２における厚さ方向の寸法とほぼ同一である厚さ方向の寸法を有することができる。

図４は、図２Ａを参照しながら上述した外側領域１１４に配される風力タービンブレー
ド１１０の一部を図式化した図である。この実施例において、外側領域１１４における風
力タービンブレード１１０の内部構造は、トラス構造ではない。その代わりに、例えば、
その構造は、厚さ方向の軸Ｔに略平行に向けられ、スパン方向の軸Ｓに沿って延在する比
較的薄いウェブ１１９を含むことができる。ウェブ１１９は、翼弦方向Ｃに延在するフラ
ンジ１２０に接続され、即ち、それと一体形成され得る。スパン方向に延在するけた４７
０ａ、４７０ｂは、各フランジ１２０に取り付けられ、そしてまた、外板１１５、図４に示されているその一部分に接続されている。一実施例では、その構造は、後縁領域１１８に位置決めされ、間隔をあけて配置された複数のリブ１４２を含むことができる。他の実施例においては、そのようなリブ１４２もまた、前縁領域１１７に広がることができる。外板１１５は、ガラス繊維−バルサ材−ガラス繊維サンドイッチ、または、ガラス繊維−フォーム−ガラス繊維サンドイッチから作ることができる。他の実施例では、外板１１５は、ウェットラミネーション、インフュージョン、プレプレグ、スプレイチョップトファイバー（ｓｐｒａｙｅｄ ｃｈｏｐｐｅｄ ｆｉｂｅｒ）、プレス成型、真空成形、および／または、他の適切な量産技術によって作製可能とされる複合材料で作ることができる。外板１１５は、図４に示される外側領域１１４および図３に示される内側領域１１３の両方において同一の構造を有することができる。複数のリブ１４２は、同様の構造を有することができる。ウェブ１１９および複数のフランジ１２０は、ガラス繊維、例えば、単一方向性のガラス繊維から作られ得る。他の実施例では、前述の構成要素のいずれも、他の適切な物質から作られ得る。限定されるわけではないが、図６Ａ〜図６Ｃおよび図８Ａ〜図１６を参照しながら後述する技術を含む様々な技術を用いて、外側領域１１４に配されるけた４７０ａ、４７０ｂは、内側領域１１３（図２Ａ）において対応するけたに結合可能とされる。これらのいずれの実施例においても、外側領域１１４に配されるけた４７０ａ、４７０ｂは、内側領域１１３における対応するけたと同様に概して滑らかな連続的な長手方向軸線に沿って延在し、負荷を外側領域１１４から内側領域１１３まで効率的に伝達することができる。

図５Ｃは、図５Ａ〜図５Ｂに示されるトラス付属部材１５０のうちの１つの拡大等角投
影図である。この実施例においては、トラス付属部材１５０は、けた取り付け部１５２と
（例えば、対応するけた１７０がその中に位置決めされるチャネル１５３を有する）、１
つ以上のトラス取り付け部１５４（２つが図５Ｂに示される）とを含む。トラス取り付け
部１５４は、第２のアタッチメントフィーチャ１５１ｂ（例えば、取付孔１５８ｂ）が位
置付けられている平坦なフランジタイプの形状を有することができる。図５Ｃに示される
特有の実施例では、トラス付属部材１５０は、相補形の２つの構成要素、すなわち、部品
、第１の構成要素、即ち部品１５６ａおよび第２の構成要素、即ち、部品１５６ｂから作
られる。第１の部品１５６ａは、２つの第１のフランジ部分１５５ａを含み、第２の部品
１５６ｂは、２つの第２のフランジ部分１５５ｂを含む。２つの部品１５６ａ、１５６ｂ
が重ねて配置される場合、第１のフランジ部分１５５ａが対応する第２のフランジ部分１
５５ｂと接続し、それぞれ複数のトラス取り付け部１５４のうちの一つを形成する２つの
フランジ対を形成する。したがって、第１のフランジ部分１５５ａは、それぞれ、対応す
る第２のフランジ部分と面接触することができる。第１の部分１５５ａおよび第２の部分
１５５ｂは、対応する留め具を受けるように構成された同心となる取付孔を有することが
できる。また、それらの２つの部品１５６ａ、１５６ｂは、チャネル１５３を形成する。
この実施例における特有の特徴においては、第１の部品１５６ａおよび第２の部品１５６
ｂは、重ねて配置される場合、結果としてのチャネル１５３がその周りに配置されるけた
の断面積よりもわずかに小さくなるような大きさの寸法とされる。したがって、２つの部
品１５６ａ、１５６ｂが互いに押し付けられる場合、トラス付属部材１５０は、対応する
けたの周りで締め付け可能とされ、したがって、トラス付属部材１５０が所定位置に固定
される。例えば、第２のアタッチメントフィーチャ１５１ｂが取付孔を含む場合、製造者
は、締結具１５７を取付孔に貫通させ、トラス付属部材１５０を対応するトラス部材１４
３（図５Ａ）に取り付けることと、トラス付属部材１５０を対応するけた１７０（図５Ａ
）の周りに留めることもできる。

代表的な製造工程中に、２つの部分１７１ａ、１７１ｂが互いに離れて位置付けられな
がら、第１の層１７２ａは、それぞれ、各第２の層１７２ｂと同様に、積み重ねられ、結
合され、硬化される。層１７２ａ、１７２ｂは、積み重ねられる場合、それらが凹部１７５および突起部１７４を形成するように、積み重ねられる前に予め切断されている。２つの部分１７１ａ、１７１ｂが硬化した後、凹部１７５、および／または、突起部１７４は、被覆され、および／または、接着剤で充填され得る。それから、２つの部分１７１ａ、１７１ｂは、各部分の突起部１７４が他方の対応する凹部１７５に受け入れられるように互いに向かって動かされる。それから、接続領域が、接着され硬化され得る。

次に、図９Ｂを参照すると、第２のけた部８７１ｂも、互いにずれた位置に配置されて
、突起部９７４および対応する凹部９７５における交互の配置を作る終端部９７３を有す
る複数の層９７２からなる。第１のけた部８７１ａと同様に、第２のけた部８７１ｂは、インボード端部分９７９ｃおよびアウトボード端部分９７９ｄを含む。しかしながら、図
９Ｂに例示されるように、第２のけた部８７１ｂは、アウトボード端部分９７９ｄに向か
って薄くなる（すなわち、厚さが先細りする）。例示の実施例では、これは、外側の層９７２がインボード端部分９７９ｃから外側に延在するにつれて連続して終端することによって実現される。けた１７０ｂにおけるこの緩やかなテーパが、けた１７０ｂの重量を軽減し、および／または、タービンブレード１１０の先端部に向かって生じる低減された構造的な負荷についてけた１７０ｂの強度を調整するように、なされ得る。次に図９Ｃを参照すると、第３のけた部８７１ｃは、インボード端部分９７９ｅおよび対応するアウトボード端部分９７９ｆを含む。この図に例示するように、けた１７０ｂは、端部分９７９ｆに近づくにつれて様々な層９７２を終端させることによって、アウトボード端部分９７９ｆに向かって先細りし続ける。

図１０Ａおよび図１０Ｃ乃至図１０Ｅは、本開示の実施例によるタービンブレード１１
０のトラス構造上に現場でけた１７０ｂを製造する方法の様々な段階を示す、図８Ａの製
造アセンブリ８０１の一部分の一連の一部を図式化した側面図である。図１０Ｂは、この
けたの製造方法のいくつかの態様をさらに示す、図１０Ａの１０Ｂ−１０Ｂ線に沿った拡
大端面図である。まず図１０Ａおよび図１０Ｂを合わせて参照すると、リブ１４２は、対
応するツールスタンチョン８０２に固定されており、複数のトラス部材１４３が、対応す
るトラス付属部材１５０間に（少なくとも一時的に）設置されている。例示の実施例のト
ラス付属部材１５０はそれぞれ、第１の部品１０５６ａおよび合わせる第２の部品１０５
６ｂを含む。図１０Ａに示すように、けた１７０ｂの構築中には、第１の部品１０５６ａ
のみがトラス構造に取り付けられている。以下でより詳細に検討するように、けたの層９
７２が全てトラス付属部材１５０の第１の部品１０５６ａ上に適切に配置された後で、第
２の部品１０５６ｂが所定位置に嵌合され、第１の部品１０５６ａに固定される。

次に図１０Ｃを参照すると、個々のけたの層９７２は、各リブ１４２のトラス付属部材
１５０の第１の部品１０５６ａ上の所定位置に順次配置されている。けたの層９７２が互いの上に置かれると、終端部９７３が図９Ａ〜図９Ｅに示すように配置されて、所望のけたプロフィルが作製される。接着剤（例えば、エポキシ接着剤、熱硬化性樹脂の接着剤など）の層を、隣接する層９７２の合わせ面の一方または両方に塗布することができる。そのけたの層９７２を、クランプ１００２（例えば、Ｃ字形クランプおよび／または当技術分野で知られた他の適切なクランプ）によって、積み重ねプロセス中に所定位置に一時的に保持することができる。

次に図１０Ｄを参照すると、層９７２が全てトラス付属部材１５０の第１の部品１０５
６ａ上に適切に配置されると、それらの層９７２を接着硬化サイクル中に以下でさらに詳
細に説明する加圧装置１０９０などの適切なクランプ締め具を使用して加圧することがで
きる。より具体的には、複数の加圧装置１０９０をリブ１４２間のけた部８７１上に配置
して、硬化プロセス中に層９７２を一緒に加圧することができる。加圧装置１０９０を、
以下で図１２Ａ〜図１５を参照しながらさらに詳細に説明する。

図１２Ａは、本開示の実施例に従って構成された加圧装置１０９０の等角投影図であり、図１２Ｂは、加圧装置１０９０の部分分解等角投影図である。図１２Ａおよび図１２Ｂを併せて参照すると、加圧装置１０９０は第１のツール部１２５０ａおよび第２のツール部１２５０ｂを含む。例示の実施例では、ツール部１２５０は互いに鏡像であるか、または少なくとも互いに非常に似ている。ツール部１２５０はそれぞれ、支持プレート１２５４と、ツール部１２５０から延在する、対向する側部フランジ１２５６（第１の側部フランジ１２５６ａおよび第２の側部フランジ１２５６ｂとして個別に識別される）とを含む。以下でさらに詳細に説明するように、ツール部１２５０は、積層したけた１７０の一部分の周りで、クラムシェル構成で互いに嵌合して、層間の接着剤が硬化する間にけたの層（例えば、層７７２）を互いに圧縮および加圧するように構成されている。より具体的には、ツール部１２５０はそれぞれ、１つまたは複数の拡張可能な部材１２５８を含み、その拡張可能な部材１２５８は、支持プレート１２５４から内側に拡張し、それにより硬化プロセス中に対応するけたのセクションを加圧するように構成されている。例示の実施例では、第１の側部フランジ１２５６ａは、第２の側部フランジ１２５６ｂよりもわずかに幅が広く、そのため、合わせるフランジ１２５６が互いに重なり、それらを加圧プロセスおよび硬化プロセス中に締結具１２５２（例えば、ボルト、スクリュなどのねじ部品など）によって一時的に保持できる。ツール部１２５０はそれぞれ、第１の端部分１２６１および対向する第２の端部分１２６２を含むこともできる。端部分１２６１および１２６２上にハンドル１２５３を設けて、ツール部１２５０の手動による配置、設置、および／または取り外しを容易にすることができる。ツール部１２５０を、十分な強度、剛性、および製造の特徴を有する様々な材料から製造することができる。例えば、一実施例では、ツール部１２５０を、機械加工するか、溶接するか、または別法で所望の形状に形成したアルミニウムから形成することができる。他の実施例では、ツール部１２５０を、鋼鉄、真鍮などを含む他の適切な金属、ならびに複合材料などの適切な非金属材料から作製することができる。

Claims (19)

1. 長手方向に延在するスパン方向軸と、前記スパン方向軸を横切って延在する翼弦方向軸
   と、前記翼弦方向軸および前記スパン方向軸の両方を横切って延在する厚さ方向軸とを有
   する空力的外部表面と、
   前記空力的表面のための内側の支持をもたらす長手方向に延在する複数のけたと、を含
   み、
   前記複数のけたのうちの少なくとも１つは、予備硬化した複合材料の薄層を含み、該予
   備硬化した複合材料の薄層は、
   予備硬化した複数の複合部材層と、
   互いに隣接する予備硬化した複合部材層の相互間に挿入された複数の接着剤層と、
   を含む風力タービンブレード。
2. 前記予備硬化した複合部材層はそれぞれ、予備硬化した繊維強化樹脂製品を含む請求項
   １に記載の風力タービンブレード。
3. 前記予備硬化した複合部材層はそれぞれ、予備硬化した複合部材の引き抜き成形品を含
   む請求項１に記載の風力タービンブレード。
4. 前記空力的表面は、エーロフォイル断面を画定し、前記長手方向に延在する複数のけた
   は、圧力けたと、前記厚さ方向軸に沿って互いから間隔をあけて配置されたサクションス
   パーと、前記翼弦方向軸に沿って前記圧力けたおよびサクションスパーの両方から間隔を
   あけて配置された後方けたとを含み、前記圧力けた、前記サクションスパー、および前記
   後方けたはそれぞれ、予備硬化した複合部材の引き抜き成形品の薄層から構成される請求
   項１に記載の風力タービンブレード。
5. 長手方向に間隔をあけて配置された複数のリブをさらに備え、前記少なくとも１つのけ
   たは、前記リブに取り付けられる請求項１に記載の風力タービンブレード。
6. 予備硬化した複数の前記複合部材層の周りで円周に沿ってクランプ締めされたストラッ
   プをさらに備える請求項１に記載の風力タービンブレード。
7. 長手方向に間隔をあけて配置された複数のリブと、
   複数のトラス付属部材であって、前記トラス付属部材はそれぞれ、第１の部品および対
   応する第２の部品を含み、前記第１の部品はそれぞれ、前記予備硬化した複合部材層の一
   部分を前記前記第１の部品と前記対応する第２の部品と間で互いにクランプ締めするよう
   に、前記対応する第２の部品に取り付けられ、各トラス付属部材の前記第１の部品および
   前記第２の部品の少なくとも一方は、前記長手方向に間隔をあけて配置されたリブのうち
   の１つに取り付けられる、複数のトラス付属部材と、
   をさらに備える請求項１に記載の風力タービンブレード。
8. 長手方向に延在するスパン方向軸と、前記スパン方向軸を横切る翼弦方向軸と、前記翼
   弦方向軸および前記スパン方向軸の両方を横切る厚さ方向軸とを有する空力的外部表面を
   備える風力タービンブレードを製造する方法であって、
   個々のリブが、前記翼弦方向軸と位置合わせされ、前記スパン方向軸に沿って互いに離
   隔される複数のタービンブレードのリブを製造アセンブリに位置決めし、
   第１の細長い複合材料層を前記スパン方向軸に沿って前記複数のリブを横切るように位
   置決めし、
   接着剤層を前記第１の複合材料層に塗布し、
   第２の細長い複合材料層を前記接着剤層上に位置決めし、
   前記第１の細長い複合材料層および前記第２の細長い複合材料層を一緒に加圧し、
   前記接着剤を硬化させて、前記第２の複合材料層を前記第１の複合材料層に被覆し、前
   記複数のリブ相互間を前記スパン方向軸に沿って延在するけた部を形成することを含む風
   力タービンブレードを製造する方法。
9. 第１の細長い複合材料層を、前記複数のリブを横切るように配置することは、第１の予
   備硬化した複合材料層を、前記リブを横切るように配置することを含み、第２の細長い複
   合材料層を前記接着剤層上に配置することは、第２の予備硬化した複合材料層を前記接着
   剤層上に配置することを含む請求項８に記載の方法。
10. 第１の細長い複合材料層を、前記複数のリブを横切るように配置することは、第１の引
    き抜き成形した層を、前記リブを横切るように配置することを含み、第２の細長い複合材
    料層を前記接着剤層上に配置することは、第２の引き抜き成形した層を前記接着剤層上に
    配置することを含む請求項８に記載の方法。
11. 前記個々のリブはそれぞれ、切欠きを含み、第１の細長い複合材料層を、前記複数のリ
    ブを横切るように配置することは、前記第１の細長い複合材料層の一部分を前記各切欠き
    中に配置することを含む請求項８に記載の方法。
12. 前記個々のリブはそれぞれ、切欠きを含み、
    前記方法は、
    個々の連結部を前記個々の切欠きそれぞれに配置することと、
    前記個々の連結部を前記対応するリブに取り付けることと、
    前記けた部の対応する部分を前記個々の連結部のそれぞれに取り付けることと
    をさらに含む請求項８に記載の方法。
13. 複数の追加の細長い複合材料層を、前記第１の細長い層および前記第２の細長い層の上
    に配置することと、
    個々の突起部が前記厚さ方向軸に沿って個々の凹部と交互に配置される前記個々の複合
    材料層を異なる長手方向位置で終端させて、複数の突起部および凹部を有するけたの端部
    分を形成することと、
    をさらに含む請求項８に記載の方法。
14. 前記接着剤を硬化させて、前記第２の複合材料層を前記第１の複合材料層に積層して、
    けた部を形成することは、個々の突起部が前記翼弦方向軸に沿って個々の凹部と交互に配
    置される、複数の突起部および凹部を有するけたの端部分を形成することを含む請求項８に記載の方法。
15. 前記複数のタービンブレードのリブは、複数の第１のタービンブレードのリブであり、
    前記接着剤を硬化させて、前記第２の複合材料層を前記第１の複合材料層に積層して、け
    た部を形成することは、複数の第１の突起部および第１の凹部を有する第１のけたの端部
    分を有する第１のけた部を形成することを含み、
    前記方法は、
    複数の第２のタービンブレードのリブを第２の製造アセンブリに配置することであって
    、個々の第２のリブは、前記翼弦方向軸と位置合わせされ、前記スパン方向軸に沿って互
    いから間隔をあけて配置される、リブを配置することと、
    第３の細長い複合材料層を、前記スパン方向軸に沿って前記複数の第２のリブを横切る
    ように配置することと、
    第２の接着剤層を前記第３の複合材料層に塗布することと、
    第４の細長い複合材料層を前記第２の接着剤層上に配置することと、
    前記第３の細長い複合材料層および前記第４の細長い複合材料層を一緒に加圧すること
    と、
    前記第２の接着剤層を硬化させて、前記第３の複合材料層を前記第４の複合材料層に積
    層し、前記複数の第２のリブ間で前記スパン方向軸に沿って延在する第２のけた部を形成
    し、前記第２のけた部は、複数の第２の突起部および第２の凹部を有する第２のけたの端
    部を含む、第２のけた部を形成することと、
    接着剤を前記第１のけたの端部分および前記第２のけたの端部分に塗布することと、
    個々の第１の突起部を対応する個々の第２の凹部に挿入し、個々の第２の突起部を対応
    する第１の凹部に挿入して、前記第１のけた部を前記第２のけた部に接続することと
    をさらに含む請求項８に記載の方法。
16. 前記第１の細長い複合材料層および前記第２の細長い複合材料層を一緒に加圧すること
    は、
    前記第１の複合材料層および前記第２の複合材料層に個々のタービンブレードのリブの
    間で複数の加圧装置を着脱可能に接続することと、
    前記加圧装置を動作させて、前記第１の複合材料層および前記第２の複合材料層を加圧
    することとを含む請求項８に記載の方法。
17. 前記第１の細長い複合材料層および前記第２の細長い複合材料層を一緒に加圧すること
    は、
    拡張可能な部材を有する第１のツール部を、前記第１の複合材料層および前記第２の複
    合材料層の一方の面に配置することと、
    第２のツール部を、前記第１の複合材料層および前記第２の複合材料層のもう一方の面
    に配置することと、
    前記第１のツール部を前記第２のツール部に接続することと、
    前記拡張可能な部材を拡張させて、前記第１の複合材料層および前記第２の複合材料層
    を一緒に加圧することと
    を含む請求項８に記載の方法。
18. 前記第１の細長い複合材料層および前記第２の細長い複合材料層を一緒に加圧すること
    は、
    拡張可能な部材を有する第１のツール部を、前記第１の複合材料層および前記第２の複
    合材料層の一方の面に配置することと、
    第２のツール部を、前記第１の複合材料層および前記第２の複合材料層のもう一方の面
    に配置することと、
    前記第１のツール部を前記第２のツール部に接続することと、
    前記拡張可能な部材を膨張させて、前記第１の複合材料層および前記第２の複合材料層
    を一緒に加圧することと、
    を含む請求項８に記載の方法。
19. 前記第１の複合材料層および前記第２の複合材料層を一緒に加圧することは、
    第１の拡張可能な部材を有する第１のツール部を、前記第１の複合材料層および前記第
    ２の複合材料層の一方の面に配置することと、
    第２の拡張可能な部材を有する第２のツール部を、前記第１の複合材料層および前記第
    ２の複合材料層のもう一方の面に配置することと、
    前記第１のツール部を前記第２のツール部に接続することと、
    前記第１の拡張可能な部材および前記第２の拡張可能な部材を拡張させて、前記第１の
    複合材料層および前記第２の複合材料層を一緒に加圧することと、
    を含む請求項８に記載の方法。