JP2018503775A - ポリウレタン材料、かかる材料を作るための方法、及び風力タービン翼のための保護カバー - Google Patents

ポリウレタン材料、かかる材料を作るための方法、及び風力タービン翼のための保護カバー Download PDF

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Abstract

ポリウレタン材料は、ポリオール、ブタンジオール、及びイソシアネートから作られている。予備成形された保護カバー（１）は、風力タービン翼の長手方向縁の表面（５）への、予備成形された保護カバーの内部（４）の接着によって取り付けられるように適合されている。予備成形された保護カバー（１）は、長手方向（Ｄ）に細長く、かつ少なくとも実質的にＵ形状の断面を有する。予備成形された保護カバー（１）は、長手方向に延びる中央カバー区域と、中央カバー区域（６）の両側で長手方向にそれぞれ延びる二つの周囲カバー区域とを含む。中央カバー区域は、少なくとも１ミリメートルの最小厚さを有し、それぞれの周囲カバー区域は、少なくとも１ミリメートルの最大厚さから１／２ミリメートル未満の最小厚さまで減少する厚さを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ポリウレタン材料に関する。
ポリウレタン材料は、ポリオール、ブタンジオール、及びイソシアネートから作られていることを特徴とする。
一つの実施形態では、イソシアネートは、所望により改変されたジフェニルメタン４，４′−ジイソシアネートである。
一つの実施形態では、ブタンジオールは、１，４−ブタンジオールである。
一つの実施形態では、ポリウレタン材料は、ＵＶ安定化剤及び／又は有色顔料を含む。
本発明はさらに、ポリウレタンを作るための方法であって、
ａ）ポリオールとブタンジオールを混合すること、
ｂ）前記ａ）による混合物を調質（ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）して脱ガスすること、
ｃ）イソシアネートを調質して脱ガスすること、
ｄ）前記ｂ）による脱ガスされた混合物と、前記ｃ）による脱ガスされたイソシアネートとを、混合ヘッドを通して型の中にポンプ輸送すること、
ｅ）型の中で硬化させること、及び
ｆ）硬化した物品を型からはずすこと
を特徴とする方法に関する。
本発明はさらに、風力タービン翼のための保護カバーを作るための方法であって、
ａ）ポリオールとブタンジオールを混合すること、
ｂ）前記ａ）による混合物を調質して脱ガスすること、
ｃ）イソシアネートを調質して脱ガスすること、
ｄ）前記ｂ）による脱ガスされた混合物と、前記ｃ）による脱ガスされたイソシアネートとを、混合ヘッドを通して型の中にポンプ輸送すること、
ｅ）型の中で硬化させること、及び
ｆ）硬化した物品を型からはずすこと
を特徴とする方法に関する。
一つの実施形態では、ポリウレタン材料又は方法において、前記ｂ）及び／又はｃ）による調質は、３０℃〜５０℃の温度で行なわれる。
一つの実施形態では、ポリウレタン材料又は方法において、前記ｂ）及び／又はｃ）による調質は、約４０℃の温度で行なわれる。
一つの実施形態では、工程ｄ）における型は、予め加熱されている。
一つの実施形態では、工程ｄ）における型は、９０℃〜１２０℃の温度に予め加熱されている。
一つの実施形態では、工程ｄ）における型は、約１００℃の温度に予め加熱されている。
一つの実施形態では、工程ｅ）における硬化は、９０℃〜１２０℃の温度で行なわれる。
一つの実施形態では、工程ｅ）における硬化は、約１００℃の温度で行なわれる。
一つの実施形態では、工程ｅ）における硬化は、約１５分間行なわれる。
一つの実施形態では、方法は、ｇ）後硬化する工程をさらに含む。
一つの実施形態では、工程ｇ）における後硬化は、約１００℃の温度で約１２時間行なわれる。
一つの実施形態では、ポリウレタン材料又は方法において、ポリオール、ブタンジオール、及びイソシアネートは、１００：（３〜５）：（３０〜３５）のポリオール：ブタンジオール：イソシアネートの重量比で使用される。
一つの実施形態では、ポリウレタン材料又は方法において、ポリオール、ブタンジオール、及びイソシアネートは、１００：４：３２．３のポリオール：ブタンジオール：イソシアネートの重量比で使用される。
一つの実施形態では、ポリウレタン材料又は方法において、ポリオールは、ＵＶ安定化剤及び／又は有色顔料を含む。
一つの実施形態では、ポリウレタン材料又は方法において、ポリオールはＢａｙｆｌｅｘ（登録商標）ＯＳ３８０−Ａ−５９Ａである。
一つの実施形態では、ポリウレタン材料又は方法において、イソシアネートはＤＥＳＭＯＤＵＲ（登録商標）ＰＦである。
一つの実施形態では、ポリウレタン材料又は方法において、ブタンジオールは１，４−ブタンジオールである。
本発明はさらに、風力タービン翼のための予備成形された保護カバーに関する。
ＥＰ００３７９８７Ａ２（Ｍｅｓｓｅｒｓｃｈｍｉｔｔ−Ｂｏｅｌｋｏｗ−Ｂｌｏｈｍ Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ）は、翼、ローター翼などのためのノーズカバー及び後端カバーを開示する。
ＷＯ２００４／０７６８５２Ａ２（Ｖｅｓｔａｓ Ｗｉｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ａ／Ｓ）は、風力タービン翼に嵌合するように予備成形された前縁カバーであって、続いて翼に接着される前縁カバーを開示する。
ＷＯ２０１０／１２２１５７Ａ１（Ｈｅｍｐｅｌ Ａ／Ｓ）は、ポリウレタンコーティングの特殊な化学的組成物を開示する。
しかしながら、従来技術の方法によれば、良好な結果を得ることが困難であった。
本発明の目的は、風力タービン翼のための改良された予備成形された保護カバーを提供することである。
この目的に鑑み、予備成形された保護カバーは、ポリエーテルベースのポリウレタンなどのポリマー材料から形成されており、予備成形された保護カバーは、風力タービン翼の長手方向縁の少なくとも一部に沿って、風力タービン翼の長手方向縁の表面への、予備成形された保護カバーの内部の接着によって取り付けられるように適合されており、予備成形された保護カバーは、長手方向に細長く、かつ少なくとも実質的にＵ形状の断面を有し、予備成形された保護カバーは、長手方向に延びる中央カバー区域と、中央カバー区域の両側で長手方向にそれぞれ延びる二つの周囲カバー区域とを含み、中央カバー区域は、少なくとも１ミリメートルの最小厚さを有し、それぞれの周囲カバー区域は、少なくとも１ミリメートルの最大厚さから１／２ミリメートル未満の最小厚さまで減少する厚さを有する。
予備成形された保護カバーの有利な実施形態は、以下に記述される。
一つの実施形態では、それぞれの周囲カバー区域の最大厚さは、中央カバー区域の最小厚さに相当する。
一つの実施形態では、中央カバー区域の最小厚さは、少なくとも２ミリメートル、好ましくは少なくとも３ミリメートル、より好ましくは少なくとも４ミリメートル、最も好ましくは約５ミリメートルである。
一つの実施形態では、中央カバー区域の厚さは、中央カバー区域の一方の側から他方の側まで少なくとも実質的に一定である。
一つの実施形態では、各周囲カバー区域の最小厚さは、１／３ミリメートル未満、好ましくは１／５ミリメートル未満、より好ましくは１／７ミリメートル未満、最も好ましくは約１／１０ミリメートルである。
一つの実施形態では、各周囲カバー区域は、その最大厚さからその最小厚さまで少なくとも実質的に一定に減少する厚さを有する。
一つの実施形態では、各周囲カバー区域の幅は、予備成形された保護カバーの全幅の少なくとも３パーセント、好ましくは少なくとも７パーセント、より好ましくは少なくとも１２パーセント、最も好ましくは少なくとも１５パーセントである。
一つの実施形態では、予備成形された保護カバーの全幅は、少なくとも３０ミリメートル、好ましくは少なくとも５０ミリメートル、より好ましくは少なくとも１００ミリメートル、最も好ましくは約１５０〜２５０ミリメートルである。
一つの実施形態では、予備成形された保護カバーの全幅は、長手方向に増大する。
一つの実施形態では、予備成形された保護カバーの内部は、１／２〜２ミリメートル、好ましくは約１ミリメートルの高さを有する複数の突起を与えられている。
一つの実施形態では、予備成形された保護カバーは、長手方向に延びる対称軸を有し、この対称軸の両側の予備成形された保護カバーの内部が、長手方向に対して斜めの角度で延びる複数の間隔を置かれて配置された細長い突起を与えられている。
本発明はさらに、上述の予備成形された保護カバーを含む風力タービン翼に関し、そこでは、予備成形された保護カバーが、風力タービン翼の長手方向縁の表面への接着によって、風力タービン翼の長手方向縁の少なくとも一部に沿って取り付けられている。
一つの実施形態では、風力タービン翼は、第一翼シェル及び第二翼シェルを含み、これらの第一翼シェル及び第二翼シェルが一緒に接合されて、風力タービン翼の前縁における第一長手方向接合部に沿って、かつ風力タービン翼の後縁における第二長手方向接合部に沿って、風力タービン翼を形成しており、予備成形された保護カバーは、第一又は第二長手方向接合部の周りに、好ましくは第一長手方向接合部の周りに少なくとも略対称的に取り付けられている。
本発明はさらに、風力タービン翼に、上述の予備成形された保護カバーを与えるための方法に関する。そこでは、予備成形された保護カバーが、風力タービン翼の長手方向縁の表面への、予備成形された保護カバーの内部の接着によって、風力タービン翼の長手方向縁の少なくとも一部に沿って取り付けられ、接着が、以下の工程によって行なわれる：
・ 予備成形された保護カバーの内部に、二成分ポリウレタン接着剤などの接着剤を与えること、
・ 予備成形された保護カバーの内部を、風力タービン翼の長手方向縁の表面に対してプレスすること、及び
・ 各周囲カバー区域と風力タービン翼の長手方向縁の表面との間に漏出した過剰の接着剤を除去すること。
方法の有利な実施形態は、以下に記述される。
一つの実施形態では、接着剤は、接着剤の紐（ｓｔｒｉｎｇ）として、少なくとも実質的に予備成形された保護カバーの内部に、予備成形された保護カバーの長手方向の対称軸に沿って与えられる。
一つの実施形態では、予備成形された保護カバーは、以下の工程によって製造される：
・ 風力タービン翼の長手方向縁の少なくとも一部の外部幾何学的形状に類似するか又は少なくとも実質的に整合する幾何学的形状を有する雄型部分を与えること、
・ 雄型部分に整合するが、わずかに大きい幾何学的形状を有する雌型部分を与えること、
・ 雌型部分に対して雄型部分を閉鎖して、型キャビティを形成すること、
・ 型キャビティ中に接着剤を注入すること、及び
・ 雌型部分から雄型部分を分離することによって型キャビティを開放し、成形された予備成形された保護カバーを排出すること。
一つの実施形態では、風力タービン翼は、修復作業として、予備成形された保護カバーを与えられ、予備成形された保護カバーに相当する風力タービン翼の長手方向縁の前記表面の領域は、予備成形された保護カバーへの取り付けの前に、研削又はフライス削りなどによって機械加工される。
一つの実施形態では、風力タービン翼がまだ風力タービンに設置されているときに、風力タービン翼は、予備成形された保護カバーを与えられる。
一つの実施形態では、予備成形された保護カバーは、上述の実施形態のいずれか一つに規定されるか又は上述の実施形態のいずれか一つに従って作られたポリウレタン材料の形のポリマー材料から形成されている。
一つの実施形態では、風力タービン翼は、上述の実施形態のいずれか一つに規定されるか又は上述の実施形態のいずれか一つに従って作られたポリウレタン材料の形のポリマー材料から形成されている前記予備成形された保護カバーを含む。
風力タービン翼に予備成形された保護カバーを与える方法の一つの実施形態では、予備成形された保護カバーは、上述の実施形態のいずれか一つに規定されるか又は上述の実施形態のいずれか一つに従って作られたポリウレタン材料の形のポリマー材料から形成されている。
第二発明はさらに、一体化された雷からの保護の強化、前縁の保護、空気力学の増強、及び除氷システムを組み入れた風力タービン翼の部品を作成するための方法であって、以下の工程を含む方法に関する：
翼の先端領域に一片の新規なポリウレタン材料のオーバーモールド（ｏｖｅｒ ｍｏｕｌｄｉｎｇ）を与えること、ただし、前記材料は、翼の前縁の外部表面を完全に覆い、前記材料は、翼シェルラミネートと中実な金属チップ雷レセプタとの間の界面を覆う；翼シェルラミネートと中実な金属チップ雷レセプタとの間の界面で新規のポリウレタン誘電性の空気力学フェンスを一体化すること；翼の上の翼弦方向の最適化された位置にさらなる空気力学フェンスを一体化すること；翼の前縁に新規の複合加熱層を一体化すること；及び前記除氷層の保護のために雷レセプタ部品を一体化すること。
第二発明の一つの実施形態では、新規のポリウレタン材料は、上述の実施形態のいずれか一つに規定されるか又は上述の実施形態のいずれか一つに従って作られたポリウレタン材料である。
第二発明の技術分野
本発明は、落雷、前縁の環境浸蝕、空気力学の増大、及び翼の氷結の全て又はサブセットに対する風力タービン翼のレジリエンスを改良するための、風力タービン翼の構造の一部としての一体化されたシステム、及び関連する製造方法に関する。本発明はまた、適用及び製造方法に加えて、前記システム中で使用される関連する材料の特定の組成及び特性にも拡張される。
第二発明の背景
風力タービンは、特に風力タービン翼が前縁の浸蝕、落雷、及び氷結によって傷つきやすい極限環境条件下で作動される。
落雷は、タービン翼の構造に物理的な損傷をもたらす可能性がある。前縁の浸蝕は、翼の前縁に物理的な損傷をもたらす可能性がある。翼の氷結は、風力タービン翼に長時間の運転停止をもたらす。
従って、近年、風力タービン翼が環境中で効率的に作動して、翼の損傷を回避し、しかも翼の修理／交換の間のタービンの運転停止時間に関連するコストを回避するために、風力タービン翼の頑丈さを改良するための努力が風力タービンの製造業者によってなされている。
一般的に、風力タービン翼のための雷保護システムや、浸蝕に対する前縁の頑丈さを改良するための方法や、翼を除氷するための様々なシステムが知られている。しかしながら、現存の個別の保護システムについての保護要求は、しばしば相互に排他的である。現時点では、雷、前縁の浸蝕、及び除氷の影響に対して同時に風力タービン翼を保護することができる保護システムは存在しない。
この状況に対して、第二発明がなされた。
第二発明の概要
第一の側面において、第二発明は、以下の工程を含む：
翼の先端領域に一片の新規なポリウレタン材料のオーバーモールドを与えること、ただし、前記材料は、翼の前縁の外部表面を完全に覆い、前記材料は、翼シェルラミネートと中実な金属チップ雷レセプタとの間の界面を覆う；翼シェルラミネートと中実な金属チップ雷レセプタとの間の界面で新規のポリウレタン誘電性の空気力学フェンスを一体化すること；翼の上の翼弦方向の最適化された位置にさらなる空気力学フェンスを一体化すること；翼の前縁に新規の複合加熱層を一体化すること；及び前記除氷層の保護のために雷レセプタ部品を一体化すること。
空気力学的及び誘電性のフェンス部品は、タービン翼の外部幾何学的形状によって指図される正確な幾何学的形状における最適化された機械的、環境的及び電気的特性を持つ新規のポリウレタン材料を使用して予備成形されることができる。
除氷加熱層及び関連する雷保護層は、予備成形されたポリウレタン支持体に付与されることができる。
次に、システムの予備成形された部品は、本発明の一部として開発された新規の関連する自動化されたツール中に装填される。このツールは、システムの要素の全て又はサブセットが使用されるかどうかに依存して、一つの段階方法又は二つの段階方法において、タービン翼に保護システムを組み立てるように設計されている。
次に、自動化されたツールは、問題の風力タービン翼の先端の周りに配置されて固定される。この作業は、翼工場において仕上げ作業の一部として実行されることができるか、又はメンテナンスのために風力タービンから取りはずされた既存の翼に対して実行されることができる。
次に、自動化されたツールは、完全な保護システムを風力タービン翼に組み立て、そして方法が完成して保護システムが十分に硬化されて翼シェルに結合されるまで、その場に置かれたままにされる。システムが通常の翼塗装工程の一部として塗装されることを末端ユーザーが要求しない限り、さらなる仕上げ作業は不要である。
保護システムが除氷サブシステムの組入れを要求する場合、関連する電力及び制御サブシステムは、上述の翼の仕上げ作業の前に風力タービン翼の中に設置されるべきである。
翼シェルラミネートと中実な金属チップ雷レセプタとの間の界面での誘電性／空気力学フェンスは、三つの新規の機能を有する。第一に、材料は、中実な金属チップ雷レセプタと翼ラミネートとの間の前縁界面を、正常な作動中に経験される雨及び他の事象による浸蝕から保護するために、前記界面を覆う環境保護層を形成する。第二に、誘電性フェンス（これは、前記界面にわたって位置され、中実な金属チップ雷レセプタに隣接して翼弦方向に、翼表面に対して規定された角度で垂直広がりで延びる）は、落雷の弧根（ａｒｃ ｒｏｏｔ）が、翼シェルラミネートに対して局部的な熱損傷を通常もたらす前記中実な金属チップレセプタ上の位置に取り付けられることを防止し、これにより保護システムの頑丈さを改良する。第三に、新規の幾何学的形状を有するフェンスの垂直の広がりは、先端の渦エネルギーを部分的に回収することによって翼抵抗を減少させ、これにより効率を改良する。
新規のポリウレタン材料は、風力タービン翼の前縁の周りに完全に配置され、かつ前記翼の絶対外部表面を含み、翼を前縁の浸蝕から保護する。
除氷加熱層は、翼の前縁における前縁保護層の直下に配置されており、前記翼の風上側及び風下側に向かって延びる。加熱層は、新規の薄層カーボン複合体及びポリウレタン材料を含み、これらは、どのような特定の技術が展開されるかに依存して、直接的な抵抗加熱又は間接的な高周波のいずれかによって加熱されることができる。もし抵抗加熱法が使用されるのなら、電力移送システム及び関連する雷保護ガードバンドは、ポリウレタン支持体中に一体化され、落雷事象中に雷保護が加熱システムへの損傷を防止するように配置される。前記加熱層は、作動中に温度を増大させ、翼の前縁において均一な表面温度を迅速に与え、制御システムが使用している戦略に応じて、氷の形成を防止するか、又は既に形成された氷を融解させて落とす。
システムは、追加の接着剤及び人為的な工程の必要性なしに、翼構造への頑丈な接着を確実にするために、自動化された成形工程を使用して翼に組み立てられる。
第二発明の第一側面の好ましい及び／又は所望の特徴は、本発明の他の側面と組み合わせられることができること、及びまたその逆も可能であることは、理解されるであろう。
本発明は今や、極めて模式的な図を参照して、実施形態の例によってさらに詳細に説明される。
図１は、風力タービン翼、及び風力タービン翼への取り付け前の予備成形された保護カバーの断面図を示す。
図２は、図１の予備成形された保護カバーの断面図の拡大図を示す。
図３は、図１の予備成形された保護カバーをその内部から見た図を示す。
図１は、風力タービン翼２のための予備成形された保護カバー１であって、予備成形された保護カバー１が、ポリエーテルベースのポリウレタンなどのポリマー材料から形成されているものを示す。予備成形された保護カバー１は、風力タービン翼２の長手方向縁３の少なくとも一部に沿って、風力タービン翼２の長手方向縁の表面５への、予備成形された保護カバー１の内部４の接着によって取り付けられるように適合されている。予備成形された保護カバー１は、長手方向Ｄに細長く、かつ少なくとも実質的にＵ形状の断面を有する。予備成形された保護カバー１は、長手方向Ｄに延びる中央カバー区域６と、中央カバー区域６の両側で長手方向にそれぞれ延びる二つの周囲カバー区域７とを含む。中央カバー区域６は、少なくとも１ミリメートルの最小厚さを有し、それぞれの周囲カバー区域７は、少なくとも１ミリメートルの最大厚さから１／２ミリメートル未満の最小厚さまで減少する厚さを有する。
周囲カバー区域７の特定の形状は、予備成形された保護カバー１の中央カバー区域から風力タービン翼２の表面への良好な移行を与える。縁なしの良好な移行は、風が材料を破壊することを回避するために極めて重要である。封止材料（シーラー）は、移行をさらに改良するために、周囲カバー区域７の縁と風力タービン翼２の表面との間のあり得る溝に付与されることができる。
それぞれの周囲カバー区域７の最大厚さは、中央カバー区域の最小厚さに相当することができる。中央カバー区域の最小厚さは、少なくとも２ミリメートル、好ましくは少なくとも３ミリメートル、より好ましくは少なくとも４ミリメートル、最も好ましくは約５ミリメートルであることができる。
中央カバー区域６の厚さは、中央カバー区域の一方の側から他方の側まで少なくとも実質的に一定であることができる。
各周囲カバー区域７の最小厚さは、１／３ミリメートル未満、好ましくは１／５ミリメートル未満、より好ましくは１／７ミリメートル未満、最も好ましくは約１／１０ミリメートルであることができる。
各周囲カバー区域７は、その最大厚さからその最小厚さまで少なくとも実質的に一定に減少する厚さを有することができる。
各周囲カバー区域７の幅は、予備成形された保護カバーの全幅の少なくとも３パーセント、好ましくは少なくとも７パーセント、より好ましくは少なくとも１２パーセント、最も好ましくは少なくとも１５パーセントであることができる。
予備成形された保護カバー１の全幅は、少なくとも３０ミリメートル、好ましくは少なくとも５０ミリメートル、より好ましくは少なくとも１００ミリメートル、最も好ましくは約１５０〜２５０ミリメートルであることができる。
予備成形された保護カバー１の全幅は、図３に示されるように長手方向に増大することができる。
予備成形された保護カバー１の内部は、１／２〜２ミリメートル、好ましくは約１ミリメートルの高さを有する複数の突起（図示されず）を与えられることができる。かかる図示されない突起は、予備成形された保護カバー１と風力タービン翼２の表面との間の接着剤の適切な層厚さを確実にする機能を有することができる。
予備成形された保護カバーは、長手方向Ｄに延びる対称軸８を有することができる。この対称軸の両側の予備成形された保護カバー１の内部は、長手方向に対して斜めの角度で延びる複数の間隔を置かれて配置された細長い突起（図示されず）を与えられることができる。かかる図示されない突起は、上述の機能に加えて、対称軸８の周りの領域から周囲カバー区域７の領域まで接着剤を適切に導く機能を有することができる。
図１からわかるように、予備成形された保護カバー１は、風力タービン翼２の長手方向縁３の表面５への接着によって、風力タービン翼の長手方向縁の少なくとも一部に沿って取り付けられるように適合されている。
風力タービン翼２は、第一翼シェル９及び第二翼シェル１０を含むことができ、これらの第一翼シェル及び第二翼シェルが一緒に接合されて、風力タービン翼の前縁１３における第一長手方向接合部１１に沿って、かつ風力タービン翼の後縁１４における第二長手方向接合部１２に沿って、風力タービン翼２を形成することができる。予備成形された保護カバー１は、第一又は第二長手方向接合部１１，１２の周りに、好ましくは第一長手方向接合部１１の周りに少なくとも略対称的に取り付けられることができる。
風力タービン翼に、本発明による予備成形された保護カバーを与えるための方法によれば、予備成形された保護カバー１は、風力タービン翼の長手方向縁の表面５への、予備成形された保護カバーの内部４の接着によって、風力タービン翼２の長手方向縁３の少なくとも一部に沿って取り付けられる。接着は、以下の工程によって行なわれる：
・ 予備成形された保護カバー１の内部４に、二成分ポリウレタン接着剤などの接着剤を与えること、
・ 予備成形された保護カバー１の内部４を、風力タービン翼２の長手方向縁３の表面５に対してプレスすること、及び
・ 各周囲カバー区域７と風力タービン翼２の長手方向縁３の表面５との間に漏出した過剰の接着剤を除去すること。
予備成形された保護カバー１の内部４は、特別なツールによって風力タービン翼２の長手方向縁３の表面５に対してプレスされることができる。例えば、ツールは、予備成形された保護カバー１の外部に相当する形状を有することができ、予備成形された保護カバー１が風力タービン翼の上に可能な限り良好に嵌合するようにするために、予備成形された保護カバーの外部に沿ってスライドされることができる。
接着剤は、接着剤の紐として、予備成形された保護カバー１の内部５に、少なくとも実質的に予備成形された保護カバー１の長手方向の対称軸８に沿って与えられることができる。保護カバー１を風力タービン翼２の上に続いて配置して保護カバー１を長手方向の対称軸８に実質的に沿ってプレスすることによって、接着剤は、周囲カバー区域７の方向にプレスされることができ、これにより好適に分散されることができる。
予備成形された保護カバー１は、以下の工程によって製造されることができる：
・ 風力タービン翼２の長手方向縁３の少なくとも一部の外部幾何学的形状に類似するか又は少なくとも実質的に整合する幾何学的形状を有する雄型部分（図示されず）を与えること、
・ 雄型部分に整合するが、わずかに大きい幾何学的形状を有する雌型部分（図示されず）を与えること、
・ 雌型部分に対して雄型部分を閉鎖して、型キャビティを形成すること、
・ 型キャビティ中に接着剤を注入すること、及び
・ 雌型部分から雄型部分を分離することによって型キャビティを開放し、成形された予備成形された保護カバー１を排出すること。
風力タービン翼２は、修復作業として、予備成形された保護カバー１を与えられることができ、予備成形された保護カバー１に相当する風力タービン翼２の長手方向縁３の前記表面５の領域は、予備成形された保護カバー１への取り付けの前に、研削又はフライス削りなどによって機械加工されることができる。
風力タービン翼２がまだ風力タービンに設置されているときに、風力タービン翼２は、予備成形された保護カバー１を与えられることができる。
従って、本発明によれば、損傷を受けた風力タービン翼２は、有利な方法で修復されることができる。
ポリウレタン材料は、好ましくは、ポリオール、ブタンジオール、及びイソシアネートから作られている。イソシアネートは、所望により改変されたジフェニルメタン４，４′−ジイソシアネートであることができる。ブタンジオールは１，４−ブタンジオールであることができる。ポリウレタン材料は、ＵＶ安定化剤及び／又は有色顔料を含むことができる。
風力タービン翼のための保護カバーは、
ａ）ポリオールとブタンジオールを混合すること、
ｂ）前記ａ）による混合物を調質して脱ガスすること、
ｃ）イソシアネートを調質して脱ガスすること、
ｄ）前記ｂ）による脱ガスされた混合物と、前記ｃ）による脱ガスされたイソシアネートとを、混合ヘッドを通して型の中にポンプ輸送すること、
ｅ）型の中で硬化させること、及び
ｆ）硬化した物品を型からはずすこと
によって作られることができる。
前記ｂ）及び／又はｃ）による調質は、３０℃〜５０℃の温度で行なわれることができる。前記ｂ）及び／又はｃ）による調質は、約４０℃の温度で行なわれることができる。工程ｄ）における型は、予め加熱されることができる。工程ｄ）における型は、９０℃〜１２０℃の温度に予め加熱されることができる。工程ｄ）における型は、約１００℃の温度に予め加熱されることができる。工程ｅ）における硬化は、９０℃〜１２０℃の温度で行なわれることができる。工程ｅ）における硬化は、約１００℃の温度で行なわれることができる。工程ｅ）における硬化は、約１５分間行なわれることができる。方法は、ｇ）後硬化する工程をさらに含むことができる。工程ｇ）における後硬化は、約１００℃の温度で約１２時間行なわれることができる。ポリウレタン材料又は方法において、ポリオール、ブタンジオール、及びイソシアネートは、１００：（３〜５）：（３０〜３５）のポリオール：ブタンジオール：イソシアネートの重量比で使用されることができる。ポリウレタン材料又は方法において、ポリオール、ブタンジオール、及びイソシアネートは、１００：４：３２．３のポリオール：ブタンジオール：イソシアネートの重量比で使用されることができる。ポリオールは、ＵＶ安定化剤及び／又は有色顔料を含むことができる。ポリオールはＢａｙｆｌｅｘ（登録商標）ＯＳ３８０−Ａ−５９Ａであることができる。イソシアネートはＤＥＳＭＯＤＵＲ（登録商標）ＰＦであることができる。ブタンジオールは１，４−ブタンジオールであることができる。
比較実施例：
本発明によるポリウレタン材料の雨浸蝕（ＲＥ）耐久性を評価するため、材料の耐久性は、他の製品と比較された。
付属書類Ａは、本発明によるポリウレタン材料から形成された、風力タービン翼のための保護カバーのサンプル部分について実行されたいわゆる雨浸蝕試験の結果を示す。試験は、ＡＳＴＭ Ｇ７３−１０に従って実行された。
付属書類Ａ−１は、試験の開始前のサンプル部分を大きな縮尺で示す。
付属書類Ａ−２は、試験の九つの異なる段階でのサンプル部分を示す。「ＵＶ」は、サンプル部分がＵＶ光にさらされた時間を示す。「ＲＥ」は、サンプル部分が模擬雨浸蝕にさらされた時間を示す。
付属書類Ａ−３は、試験の終了時のサンプル部分を示す。サンプル部分は、ＵＶ光に５７３時間さらされ、模擬雨浸蝕に４０時間さらされた。浸蝕は見られない。
付属書類Ｂは、本発明によるポリウレタン材料から形成されていない、風力タービン翼（翼番号１）のための保護カバーのサンプル部分について実行されたいわゆる雨浸蝕試験の結果を示す。試験は、ＡＳＴＭ Ｇ７３−１０に従って実行された。
付属書類Ｂ−３は、試験の開始前のサンプル部分を示す。
付属書類Ｂ−４は、模擬雨浸蝕に０．５時間さらされたときのサンプル部分を示す。浸蝕は見られない。
付属書類Ｂ−５は、模擬雨浸蝕に１時間さらされたときのサンプル部分を示す。重度の浸蝕が見られる。
付属書類Ｂ−６は、模擬雨浸蝕に５．０時間さらされたときのサンプル部分を示す。重度の浸蝕が見られる。
付属書類Ｂ−７は、試験の終わりに模擬雨浸蝕に１１．５時間さらされたときのサンプル部分を示す。重度の浸蝕が見られる。
付属書類Ｃは、本発明によるポリウレタン材料から形成されていない、風力タービン翼（翼番号２）のための保護カバーのサンプル部分について実行された雨浸蝕試験の結果を示す。試験は、ＡＳＴＭ Ｇ７３−１０に従って実行された。
付属書類Ｃ−２は、試験の開始前のサンプル部分を示す。
付属書類Ｃ−３は、模擬雨浸蝕に５．０時間さらされたときのサンプル部分を示す。重度の浸蝕が見られる。
付属書類Ｃ−４は、模擬雨浸蝕に１０．０時間さらされたときのサンプル部分を示す。重度の浸蝕が見られる。
付属書類Ｃ−５は、試験の終わりに模擬雨浸蝕に２１．０時間さらされたときのサンプル部分を示す。重度の浸蝕が見られる。
付属書類Ｄは、本発明によるポリウレタン材料から形成されていない、風力タービン翼（翼番号３）のための保護カバーのサンプル部分について実行された雨浸蝕試験の結果を示す。試験は、ＡＳＴＭ Ｇ７３−１０に従って実行された。
付属書類Ｄ−２は、試験の開始前のサンプル部分を示す。
付属書類Ｄ−３は、模擬雨浸蝕に０．５時間さらされたときのサンプル部分を示す。重度の浸蝕が見られる。
付属書類Ｄ−４は、模擬雨浸蝕に１．５時間さらされたときのサンプル部分を示す。重度の浸蝕が見られる。
付属書類Ｄ−５は、試験の終わりに模擬雨浸蝕に３．５時間さらされたときのサンプル部分を示す。重度の浸蝕が見られる。
付属書類Ｅ−１は、実行された試験中のそれぞれの速度を示す。
付属書類Ｅ−２は、実行された試験中のそれぞれの温度を示す。
従って、本発明によるポリウレタン材料の耐久性は、他の試験された材料の耐久性より有意に高いことがわかる。
本発明は、ポリウレタン材料から形成された、風力タービン翼のための予備成形された保護カバーに関する。
ＷＯ２０１０／１２２１５７Ａ１（Ｈｅｍｐｅｌ Ａ／Ｓ）は、ポリウレタンコーティングの特殊な化学的組成物を開示する。
ＵＳ２０１３／０４５１０５Ａ１は、前縁、後縁、及び前縁内に配置された凹所を含む、風力タービン用のタービン翼を開示する。翼は、内側及び外側を有する保護層をさらに含み、内側は、物体によって付与される衝突力への抵抗を促進するために、凹所内に配置されるように寸法決定され、配向されている。
この目的に鑑み、予備成形された保護カバーは、ポリオール、ブタンジオール、及びイソシアネートから作られたポリウレタン材料から形成されており、予備成形された保護カバーは、風力タービン翼の長手方向縁の少なくとも一部に沿って、風力タービン翼の長手方向縁の表面への、予備成形された保護カバーの内部の接着によって取り付けられるように適合されており、予備成形された保護カバーは、長手方向に細長く、かつ少なくとも実質的にＵ形状の断面を有し、予備成形された保護カバーは、長手方向に延びる中央カバー区域と、中央カバー区域の両側で長手方向にそれぞれ延びる二つの周囲カバー区域とを含み、中央カバー区域は、少なくとも１ミリメートルの最小厚さを有し、それぞれの周囲カバー区域は、少なくとも１ミリメートルの最大厚さから１／２ミリメートル未満の最小厚さまで減少する厚さを有する。
ポリウレタン材料は、ポリオール、ブタンジオール、及びイソシアネートから作られている。イソシアネートは、所望により改変されたジフェニルメタン４，４′−ジイソシアネートであることができる。ブタンジオールは１，４−ブタンジオールであることができる。ポリウレタン材料は、ＵＶ安定化剤及び／又は有色顔料を含むことができる。

Claims (45)

  1. ポリオール、ブタンジオール、及びイソシアネートから作られていることを特徴とするポリウレタン材料。
  2. イソシアネートが、所望により改変されたジフェニルメタン４，４′−ジイソシアネートであることを特徴とする、請求項１に記載のポリウレタン材料。
  3. ブタンジオールが１，４−ブタンジオールであることを特徴とする、請求項１に記載のポリウレタン材料。
  4. ＵＶ安定化剤及び／又は有色顔料を含むことを特徴とする、請求項１に記載のポリウレタン材料。
  5. ポリウレタンを作るための方法であって、
    ａ）ポリオールとブタンジオールを混合すること、
    ｂ）前記ａ）による混合物を調質して脱ガスすること、
    ｃ）イソシアネートを調質して脱ガスすること、
    ｄ）前記ｂ）による脱ガスされた混合物と、前記ｃ）による脱ガスされたイソシアネートとを、混合ヘッドを通して型の中にポンプ輸送すること、
    ｅ）型の中で硬化させること、及び
    ｆ）硬化した物品を型からはずすこと
    を特徴とする方法。
  6. 風力タービン翼のための保護カバーを作るための方法であって、
    ａ）ポリオールとブタンジオールを混合すること、
    ｂ）前記ａ）による混合物を調質して脱ガスすること、
    ｃ）イソシアネートを調質して脱ガスすること、
    ｄ）前記ｂ）による脱ガスされた混合物と、前記ｃ）による脱ガスされたイソシアネートとを、混合ヘッドを通して型の中にポンプ輸送すること、
    ｅ）型の中で硬化させること、及び
    ｆ）硬化した物品を型からはずすこと
    を特徴とする方法。
  7. 前記ｂ）及び／又はｃ）による調質が、３０℃〜５０℃の温度で行なわれることを特徴とする、請求項１に記載のポリウレタン材料又は請求項５もしくは６に記載の方法。
  8. 前記ｂ）及び／又はｃ）による調質が、約４０℃の温度で行なわれることを特徴とする、請求項１に記載のポリウレタン材料又は請求項５もしくは６に記載の方法。
  9. 工程ｄ）における型が、予め加熱されていることを特徴とする、請求項５〜８のいずれかに記載の方法。
  10. 工程ｄ）における型が、９０℃〜１２０℃の温度に予め加熱されていることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
  11. 工程ｄ）における型が、約１００℃の温度に予め加熱されていることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
  12. 工程ｅ）における硬化が、９０℃〜１２０℃の温度で行なわれることを特徴とする、請求項５〜１１のいずれかに記載の方法。
  13. 工程ｅ）における硬化が、約１００℃の温度で行なわれることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
  14. 工程ｅ）における硬化が、約１５分間行なわれることを特徴とする、請求項５〜１３のいずれかに記載の方法。
  15. ｇ）後硬化する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項５〜１４のいずれかに記載の方法。
  16. 工程ｇ）における後硬化が、約１００℃の温度で約１２時間行なわれることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
  17. ポリオール、ブタンジオール、及びイソシアネートが、１００：（３〜５）：（３０〜３５）のポリオール：ブタンジオール：イソシアネートの重量比で使用されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のポリウレタン材料又は請求項５〜１６のいずれかに記載の方法。
  18. ポリオール、ブタンジオール、及びイソシアネートが、１００：４：３２．３のポリオール：ブタンジオール：イソシアネートの重量比で使用されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のポリウレタン材料又は請求項５〜１７のいずれかに記載の方法。
  19. ポリオールが、ＵＶ安定化剤及び／又は有色顔料を含むことを特徴とする、請求項１〜４，１７，１８のいずれかに記載のポリウレタン材料又は請求項５〜１８のいずれかに記載の方法。
  20. ポリオールがＢａｙｆｌｅｘ（登録商標）ＯＳ３８０−Ａ−５９Ａであることを特徴とする、請求項１〜４，１７〜１９のいずれかに記載のポリウレタン材料又は請求項５〜１９のいずれかに記載の方法。
  21. イソシアネートがＤＥＳＭＯＤＵＲ（登録商標）ＰＦであることを特徴とする、請求項１〜４，１７〜２０のいずれかに記載のポリウレタン材料又は請求項５〜１９のいずれかに記載の方法。
  22. ブタンジオールが１，４−ブタンジオールであることを特徴とする、請求項１〜４，１７〜２０のいずれかに記載のポリウレタン材料又は請求項５〜２０のいずれかに記載の方法。
  23. 風力タービン翼（２）のための予備成形された保護カバー（１）であって、予備成形された保護カバーが、ポリエーテルベースのポリウレタンなどのポリマー材料から形成されており、予備成形された保護カバーが、風力タービン翼の長手方向縁（３）の少なくとも一部に沿って、風力タービン翼の長手方向縁の表面（５）への、予備成形された保護カバーの内部（４）の接着によって取り付けられるように適合されており、予備成形された保護カバーが、長手方向（Ｄ）に細長く、かつ少なくとも実質的にＵ形状の断面を有し、予備成形された保護カバーが、長手方向に延びる中央カバー区域（６）と、中央カバー区域（６）の両側で長手方向にそれぞれ延びる二つの周囲カバー区域（７）とを含み、中央カバー区域（６）が、少なくとも１ミリメートルの最小厚さを有し、それぞれの周囲カバー区域（７）が、少なくとも１ミリメートルの最大厚さから１／２ミリメートル未満の最小厚さまで減少する厚さを有することを特徴とする、予備成形された保護カバー。
  24. それぞれの周囲カバー区域の最大厚さが、中央カバー区域の最小厚さに相当することを特徴とする、請求項２３に記載の予備成形された保護カバー。
  25. 中央カバー区域の最小厚さが、少なくとも２ミリメートル、好ましくは少なくとも３ミリメートル、より好ましくは少なくとも４ミリメートル、最も好ましくは約５ミリメートルであることを特徴とする、請求項２３又は２４に記載の予備成形された保護カバー。
  26. 中央カバー区域の厚さが、中央カバー区域の一方の側から他方の側まで少なくとも実質的に一定であることを特徴とする、請求項２３〜２５のいずれかに記載の予備成形された保護カバー。
  27. 各周囲カバー区域の最小厚さが、１／３ミリメートル未満、好ましくは１／５ミリメートル未満、より好ましくは１／７ミリメートル未満、最も好ましくは約１／１０ミリメートルであることを特徴とする、請求項２３〜２６のいずれかに記載の予備成形された保護カバー。
  28. 各周囲カバー区域が、その最大厚さからその最小厚さまで少なくとも実質的に一定に減少する厚さを有することを特徴とする、請求項２３〜２７のいずれかに記載の予備成形された保護カバー。
  29. 各周囲カバー区域の幅が、予備成形された保護カバーの全幅の少なくとも３パーセント、好ましくは少なくとも７パーセント、より好ましくは少なくとも１２パーセント、最も好ましくは少なくとも１５パーセントであることを特徴とする、請求項２３〜２８のいずれかに記載の予備成形された保護カバー。
  30. 予備成形された保護カバーの全幅が、少なくとも３０ミリメートル、好ましくは少なくとも５０ミリメートル、より好ましくは少なくとも１００ミリメートル、最も好ましくは約１５０〜２５０ミリメートルであることを特徴とする、請求項２３〜２９のいずれかに記載の予備成形された保護カバー。
  31. 予備成形された保護カバーの全幅が、長手方向に増大することを特徴とする、請求項２３〜３０のいずれかに記載の予備成形された保護カバー。
  32. 予備成形された保護カバーの内部が、１／２〜２ミリメートル、好ましくは約１ミリメートルの高さを有する複数の突起を与えられていることを特徴とする、請求項２３〜３１のいずれかに記載の予備成形された保護カバー。
  33. 予備成形された保護カバーが、長手方向に延びる対称軸を有し、この対称軸の両側の予備成形された保護カバーの内部が、長手方向に対して斜めの角度で延びる複数の間隔を置かれて配置された細長い突起を与えられていることを特徴とする、請求項２３〜３２のいずれかに記載の予備成形された保護カバー。
  34. 予備成形された保護カバーが、風力タービン翼の長手方向縁の表面への接着によって、風力タービン翼の長手方向縁の少なくとも一部に沿って取り付けられていることを特徴とする、請求項２３〜３３のいずれかに記載の予備成形された保護カバー。
  35. 風力タービン翼が、第一翼シェル及び第二翼シェルを含み、これらの第一翼シェル及び第二翼シェルが一緒に接合されて、風力タービン翼の前縁における第一長手方向接合部に沿って、かつ風力タービン翼の後縁における第二長手方向接合部に沿って、風力タービン翼を形成していること、及び予備成形された保護カバーが、第一又は第二長手方向接合部の周りに、好ましくは第一長手方向接合部の周りに少なくとも略対称的に取り付けられていることを特徴とする、請求項３４に記載の予備成形された保護カバー。
  36. 風力タービン翼に、請求項２３〜３３のいずれかに記載の予備成形された保護カバーを与えるための方法であって、予備成形された保護カバーが、風力タービン翼の長手方向縁の表面への、予備成形された保護カバーの内部の接着によって、風力タービン翼の長手方向縁の少なくとも一部に沿って取り付けられること、及び接着が、以下の工程によって行なわれることを特徴とする方法：
    ・ 予備成形された保護カバーの内部に、二成分ポリウレタン接着剤などの接着剤を与えること、
    ・ 予備成形された保護カバーの内部を、風力タービン翼の長手方向縁の表面に対してプレスすること、及び
    ・ 各周囲カバー区域と風力タービン翼の長手方向縁の表面との間に漏出した過剰の接着剤を除去すること。
  37. 接着剤が、接着剤の紐として、予備成形された保護カバーの内部に、少なくとも実質的に予備成形された保護カバーの長手方向の対称軸に沿って与えられることを特徴とする、請求項３６に記載の方法。
  38. 予備成形された保護カバーが、以下の工程によって製造されることを特徴とする、請求項３６又は３７に記載の方法：
    ・ 風力タービン翼の長手方向縁の少なくとも一部の外部幾何学的形状に類似するか又は少なくとも実質的に整合する幾何学的形状を有する雄型部分を与えること、
    ・ 雄型部分に整合するが、わずかに大きい幾何学的形状を有する雌型部分を与えること、
    ・ 雌型部分に対して雄型部分を閉鎖して、型キャビティを形成すること、
    ・ 型キャビティ中に接着剤を注入すること、及び
    ・ 雌型部分から雄型部分を分離することによって型キャビティを開放し、成形された予備成形された保護カバーを排出すること。
  39. 風力タービン翼が、修復作業として、予備成形された保護カバーを与えられること、及び予備成形された保護カバーに相当する風力タービン翼の長手方向縁の前記表面の領域が、予備成形された保護カバーへの取り付けの前に、研削又はフライス削りなどによって機械加工されることを特徴とする、請求項３６〜３８のいずれかに記載の方法。
  40. 風力タービン翼がまだ風力タービンに設置されているときに、風力タービン翼が、予備成形された保護カバーを与えられることを特徴とする、請求項３６〜３９のいずれかに記載の方法。
  41. 予備成形された保護カバーが、請求項１〜２２のいずれかに規定されるか又は請求項１〜２２のいずれかに従って作られたポリウレタン材料の形のポリマー材料から形成されていることを特徴とする、請求項２３〜３３のいずれかに記載の予備成形された保護カバー。
  42. 予備成形された保護カバーが、請求項１〜２２のいずれかに規定されるか又は請求項１〜２２のいずれかに従って作られたポリウレタン材料の形のポリマー材料から形成されていることを特徴とする、請求項３４又は３５に記載の風力タービン翼。
  43. 予備成形された保護カバーが、請求項１〜２２のいずれかに規定されるか又は請求項１〜２２のいずれかに従って作られたポリウレタン材料の形のポリマー材料から形成されていることを特徴とする、請求項３６〜４０のいずれかに記載の方法。
  44. 一体化された雷からの保護の強化、前縁の保護、空気力学の増強、及び除氷システムを組み入れた風力タービン翼の部品を作成するための方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする方法：
    翼の先端領域に一片の新規なポリウレタン材料のオーバーモールドを与えること、ただし、前記材料は、翼の前縁の外部表面を完全に覆い、前記材料は、翼シェルラミネートと中実な金属チップ雷レセプタとの間の界面を覆う；翼シェルラミネートと中実な金属チップ雷レセプタとの間の界面で新規のポリウレタン誘電性の空気力学フェンスを一体化すること；翼の上の翼弦方向の最適化された位置にさらなる空気力学フェンスを一体化すること；翼の前縁に新規の複合加熱層を一体化すること；及び前記除氷層の保護のために雷レセプタ部品を一体化すること。
  45. 新規のポリウレタン材料が、請求項１〜２２のいずれかに規定されるか又は請求項１〜２２のいずれかに従って作られたポリウレタン材料である、請求項４４に記載の方法。
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