JP2017536081A - ファン用ブレード - Google Patents

Abstract

本発明は、回転電気機械の、特に発電機のロータのロータシャフト上に配置可能なファンのためのブレード（７）に関するものであり、当該ブレードは少なくとも部分的に、ミネラル繊維が埋め込まれたポリマーマトリクスを含む繊維複合材料から形成される。

Description

本発明は、回転電気機械、特に発電機のロータのロータシャフト上に配置可能なファンのためのブレードに関するものである。

本発明は、また、回転電気機械、特に発電機を冷却するための、回転電気機械のロータのロータシャフト上に配置可能なファンに関するものである。

本発明は、さらに、回転電気機械、特に発電機のロータのロータシャフト上に配置可能なファンのためのブレードを製造するための方法に関するものである。

発電機の形態の回転電気機械は、例えば発電のために発電所で使用されている。回転電気機械の作動中、回転電気機械のステータおよび／またはロータあるいはステータおよびロータ上にそれぞれに配置された巻線には必ず熱が発生する。この廃熱は、回転電気機械を用いて機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する間に生じる。

回転電気機械の安全な作動を確実にするために、回転電気機械のステータおよび／またはロータで発生した熱を回転電気機械から放出する必要がある。これは、とりわけ所定の温度に達すると劣化して、それによりさらに急速に経年劣化し得る電気絶縁体がステータおよび／またはロータ上に存在するため、必要である。より多くの熱を回転電気機械から放出すればするほど回転電気機械の実行できる使用率が高くなり、それに関連して対応するパフォーマンスが向上する。

従来では、回転電気機械を流れる空気、水素、水またはこれらの冷媒の組合せが、回転電気機械からの放熱もしくはステータおよび／またはロータの冷却のために使用されてもよい。

空気または水素を用いて回転電気機械を冷却するために、回転電気機械のロータのロータシャフト上に単段式のファンまたは多段式のファンを使用してもよい。ファンは、吸入運転または加圧運転時に作動し、それによって回転電気機械を通る冷媒の流れが発生してもよい。単段式ファンは、ロータシャフト上に配置されかつ複数のロータブレードを有する単一のロータブレードリングを備える。多段式ファンは、複数のガイドベーンを有する少なくとも１つの固定状態で取り付けられたガイドベーンリングをさらに備える。

オーステナイト系ステンレススチールからファンのガイドベーンを製造すること、およびマルテンサイト系ステンレススチールからファンのロータブレードを製造することが知られている。この場合、ガイドベーンまたはロータブレードは、慣習的に、中実材料をフライス加工することによって製造される。

本発明の目的は、従来のブレードと比較してより安価に製造されるとともにより高い機械的負荷能力を有する回転電気機械のロータのロータシャフト上に配置可能なファンのためのブレードを提供することである。

回転電気機械の、特に発電機のロータのロータシャフト上に配置可能なファンのための本発明に基づくブレードの場合、ブレードは、その少なくとも一部分が、ミネラル繊維が埋め込まれたポリマーマトリクスを含む繊維複合材料から形成される。

本発明によれば、ブレードは、従来のようにスチールから製造されるのではなく、ミネラル繊維が埋め込まれたポリマーマトリクスを含む繊維複合材料から部分的に製造されるか、または完全に当該繊維複合材料から製造される。この繊維複合材料は、スチール材料より著しく安価である。加えて、繊維複合材料を本発明に基づいて使用する場合、ブレードは、あまり高価ではない製造方法、例えば射出成形法を用いて製造されてもよい。この方法は、比較的大量のスクラップ材料を必然的に生じてしまう中実スチール材料からブレードを製造する従来のフライス加工と比較して、製造工程の継続時間を大幅に短縮することができるため、とりわけ安価である。

様々なミネラル繊維は、スチールよりも高い引張強度を有するという利点を有しており、それによってブレードは高い耐負荷能力が付与されかつ非常に高い耐久性を有するものとなる。

加えて、繊維複合材料を本発明に基づいて使用することは、スチール材料からなるブレードに対して、ブレードの重量を低減できるという利点をさらに有しており、それは、対応するように備えられる回転電気機械の動作に有益な効果をもたらす。

ミネラル繊維は、好ましくは、その少なくとも一部が玄武岩繊維の形態をとる。玄武岩繊維は、スチールよりも比重が小さく、スチールよりも数倍高い引張強度を有し、かつ例えば炭素繊維よりも著しく安価に製造することができる。炭素繊維は、さらに、玄武岩繊維よりも著しく低い引張強度を有する。玄武岩繊維は、例えば、約４０００ＭＰａの引張強度を有し得る。玄武岩は天然岩であり、かつ地殻に約１３％の割合で含まれており、それゆえ十分豊富にある。ミネラル繊維は、全体的に玄武岩繊維の形態をとってもよい。

ポリマーマトリクスは、好ましくは硬化エポキシ樹脂、特にビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦジグリシジルエーテルおよび／または脂環式エポキシ樹脂である。エポキシ樹脂は、アミン系硬化剤、特にジエチレントリアミンおよび／またはカルボン酸無水物、特にヘキサヒドロフタル酸無水物で硬化されてもよい。

ブレードは、好ましくは、ロータブレードまたはガイドベーンの形態をとる。

特に発電機である回転電気機械を冷却するための本発明に基づくファンは、回転電気機械のロータのロータシャフト上に配置可能であり、ロータシャフト上に回転可能な様式で配置されるとともに複数のブレードから形成される少なくとも１つのブレードリングを備えている。このものにおいて、これらブレードは、上述の構成の１つまたはそれらの任意の所望の組み合わせにに基づいて構成される。

ブレードに関して上述した利点は、変更すべき点は変更した上でファンに関しても適用される。ブレードリングは、ロータブレードリングまたはガイドベーンリングであってもよい。ファンは、単段式、二段式または多段式の構成であってもよい。ファンのすべてのブレードはまた、対応するように構成されてもよい。

回転電気機械、特に発電機のロータのロータシャフト上に配置可能なファンのためのブレードを製造するための本発明に基づく方法では、ブレードは射出成形法を用いて製造される。この方法において、ミネラル繊維が埋め込まれたポリマーマトリクスを含む繊維複合材料が射出成形材料として使用される。

ポリマーマトリクスは、好ましくはエポキシ樹脂、特にビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦジグリシジルエーテルおよび／または脂環式エポキシ樹脂である。エポキシ樹脂は、射出成形法で硬化される。これは、アミン系硬化剤、特にジエチレントリアミンおよび／またはカルボン酸無水物、特にヘキサヒドロフタル酸無水物を用いて実施されてもよい。

ブレードに関して上述した利点は、変更すべき点は変更した上で本発明の方法に関しても適用される。射出成形法は、ブレードを慣習的にフライス加工を用いて中実のスチール材料から製造するよりも著しく安価である。ブレードは、射出成形法が実施された後に、後処理を受けてもよい。

使用されるミネラル繊維は、好ましくは、少なくとも部分的に玄武岩繊維である。ブレードの対応する構成に関して上述した利点は、変更すべき点は変更した上でこの構成に関しても適用される。

以下では、本発明に基づく方法の好ましい実施形態および本発明に基づくブレードの好ましい実施形態について添付の概略図に基づいて説明する。

本発明に基づく方法の例示的な実施形態を示す図である。 本発明に基づくブレードの例示的な実施形態の斜視図である。

図１は、発電機の形態の回転電気機械のロータのロータシャフト上に配置可能なファンのためのブレード（図示せず）を製造するための本発明に基づく方法の例示的な実施形態を示す図である。

ステップ１では、ポリマー材料と玄武岩繊維との均質な混合物が得られるように、ポリマー材料を玄武岩繊維と混合する。ステップ２では、玄武岩繊維が埋め込まれたポリマーマトリクスを含む繊維複合材料を得るために、前記均質な混合物を混練する。ステップ３では、ステップ２で製造された繊維複合材料を射出成形材料として使用する射出成形法を用いてブレードを製造する。ステップ４では、ステップ３で製造されたブレードを加熱する。これによりブレードは完成する。これを目的として、例えばウォーキングビーム式加熱炉が使用される。ステップ５では、ステップ４で完成したブレードを使用するかまたは保管してもよい。あるいはステップ６においては、ステップ５でブレードを使用または保管する前に、ステップ４で完成したブレードに後処理を施してもよい。

図２は、回転電気機械のロータのロータシャフト（図示せず）上に配置可能なファン（図示せず）のための本発明に基づくブレード７の例示的な実施形態を示す斜視図である。ブレード７はその少なくとも一部が、ミネラル繊維が埋め込まれたポリマーマトリクスを含む繊維複合材料から形成される。ミネラル繊維は、少なくとも部分的に玄武岩繊維の形態をとる。ブレード７は、ロータブレードの形態をとる。ブレード７は翼根８を備えており、当該翼根８を用いて、ブレード７は、ロータシャフトに取り付けられてもよい。さらにブレード７は、翼根８から突出するブレードリーフ９を備える。

本発明について好ましい例示的な実施形態を参照してより詳細に図示しかつ説明したが、本発明は開示された実施例によって限定されるものではなく、さまざまな変形例が、本発明の保護の範囲を超えることなく、当業者によって他の変形が導かれてもよい。

７ ブレード
８ 翼根
９ ブレードリーフ

Claims (6)

1. 回転電気機械の、特に発電機のロータのロータシャフト上に配置可能なファンのためのブレード（７）であって、
   前記ブレード（７）は少なくとも一部が、ミネラル繊維が埋め込まれたポリマーマトリクスを含む繊維複合材料から形成されることを特徴とするブレード（７）。
2. 前記ミネラル繊維は、少なくとも一部において玄武岩繊維の形態をとることを特徴とする請求項１に記載のブレード（７）。
3. 前記ブレード（７）は、ロータブレードまたはガイドベーンの形態をとることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブレード（７）。
4. 回転電気機械、特に発電機を冷却するためのファンであって、
   前記ファンは、前記回転電気機械のロータのロータシャフト上に配置可能であり、かつ前記ロータシャフト上に回転可能な様式で配置されるとともに請求項１から請求項３のいずれか一項に記載されるように構成される複数のブレード（７）から形成された少なくとも１つのブレードリングを備えることを特徴とするファン。
5. 回転電気機械の、特に発電機のロータのロータシャフト上に配置可能なファンのためのブレード（７）を製造する方法であって、
   前記ブレード（７）が射出成形法を用いて製造され、
   ミネラル繊維が埋め込まれたポリマーマトリクスを含む繊維複合材料が、射出成形材料として使用されることを特徴とする方法。
6. 使用されるミネラル繊維は少なくとも部分的に玄武岩繊維であることを特徴とする請求項５に記載の方法。

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