JP2018514707A - 風力タービンおよび風力タービンブレード - Google Patents
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Abstract
Description
この背景に基づいて、本発明の目的は、既存の風力タービンブレードに装着することが先行技術の補強要素に比べて容易な補強要素を有する、風力タービンブレードおよび風力タービンを提供することにある。
シェルの負圧側および正圧側において、該シェルにおける対向位置に、第1の貫通孔および第2の貫通孔を設ける段階;
第1のヘッドが該シェルの外面に載置されるように、ロッドを該第1の貫通孔に挿入する段階;
該ロッドの第2の端部を該第2の貫通孔の正面に位置づける段階;
第2のヘッドを有するねじを該ロッドの該第2の端部にねじ接続する段階。
図1および図2は、負圧側3および正圧側4を有する空力プロファイルを形成するシェル2を有する、風力タービンブレード1の同じ断面を示し、負圧側および正圧側は、前縁5および後縁6によって分けられ、風力タービンブレードが該ブレードの通常使用時に空間を移動する方向によって定められる。
ここでのアイデアは、屈曲パターンをできるだけ平滑にするというものであり、すなわち、ピーク(図7aの緑色三角形の部分を参照)を取り除くべきであるということである。。これは、圧縮力を吸収することができる補強装置を挿入することで行われる。図9aを参照されたい。
ブレードを製造する際に使用される主な材料は、主にガラス繊維強化プラスチック(GFRP)である。これは複合材料と呼ばれることもある。ブレードの異なる部分は、異なる種類および積層構成のGFRPを有する。後縁において、パネルは、GFRPおよびコアでできたいわゆるサンドイッチ構造により構築される。図11を参照されたい。
サンドイッチ構造の複合材料は、特殊なクラスの複合材料であり、薄いが剛性である2つの外板を、軽量だが厚いコアに取り付けることで作製される。コア材料は、通常は低強度材料であるが、その厚さが比較的大きいことにより、高い屈曲剛性および低い全体密度がサンドイッチ複合材料に与えられる。
空力プロファイルは、流れに供される際に2つの力、すなわち揚力および抗力を生じさせる、特殊な幾何形状である。図12を参照されたい。
この問題に対する解決手段は、負圧側パネルと正圧側パネルとの間に補剛要素を挿入することで後縁パネルの変位を最小化するというものである。これは、異なるレトロフィット手段によって実現可能である。
3.1 オプション1
この解決手段は、空力プロファイルのコア材料に装着された2つのインサートと、2つのインサートの間に設置された補剛要素とからなる。2つのインサートは、接着剤または機械的締結によって空力プロファイルに締結される。補剛要素が2つのインサートの間で圧縮力下にあるように、補剛要素が各インサートに取り付けられる。
この解決手段は、空力プロファイルに装着されたインサートと、補剛要素とからなる。インサートは、接着剤または機械的締結によって空力プロファイルに締結される。補剛要素は機械的接続によってインサートに取り付けられ、機械的接続により補剛要素の位置の調節が可能になる。インサートと、対向する空力プロファイルシェルとの間で補剛要素が圧縮力下にあるように、補剛要素の位置を調節することができる。
この解決手段は、2つのインサートと補剛要素とからなる。インサートは空力プロファイル中の孔を通じて導入される。空力プロファイルの内側で、インサートは膨張機構を有し、膨張機構が膨張すると、インサートが押し出されるのが防止される。補剛要素が2つのインサートの間で圧縮力下にあるように、補剛要素が各インサートに取り付けられる。
この解決手段は、2つのインサートと補剛要素とからなる。インサートは空力プロファイル中の孔を通じて導入される。空力プロファイルの内側で、インサートは膨張機構を有し、膨張機構が膨張すると、インサートが押し出されるのが防止される。補剛要素が2つのインサートの間で圧縮力下にあるように、補剛要素が各インサートに取り付けられる。
この解決手段は、ストリングとロッド補剛要素とからなる。ストリングは空力プロファイルの後縁パネルに設置される(第1図)。ストリングに引張力が加えられる前に、ロッド補剛要素、例えば、剛性材料の管がストリングの周りに設置される。細長い装置を使用してストリングをブレードの内側から引っ張ることで、ストリングのループをブレードの根部に向けて引き下げることができ、サービステクニシャンはロッド補剛要素をストリング上に設置することができる。ロッド補剛要素がストリング上に設置されるときに、ストリングはブレードの外側から引っ張られ、これにより補剛要素は定位置に引っ張られる(第2図)。補剛要素が定位置にあるときに、ストリングに引張力が加えられる。ストリングの引張力によって空力プロファイルの後縁パネルは内向きに変形し、これによりロッド補剛要素は後縁パネルの間で圧縮力下にある(第3図)。
この背景に基づいて、本発明の目的は、既存の風力タービンブレードに装着することが先行技術の補強要素に比べて容易な補強要素を有する、風力タービンブレードおよび風力タービンを提供することにある。
シェルの負圧側および正圧側において、該シェルにおける対向位置に、第1の貫通孔および第2の貫通孔を設ける段階;
第1のヘッドが該シェルの外面に載置されるように、ロッドを該第1の貫通孔に挿入する段階;
該ロッドの第2の端部を該第2の貫通孔の正面に位置づける段階;
第2のヘッドを有するねじを該ロッドの該第2の端部にねじ接続する段階。
[本発明1001]
風力タービンブレードであって、
該ブレードが、該ブレードの負圧側および正圧側にそれぞれ外面を形成する空力プロファイルを有するシェルと、該ブレード内の内部空間とを含み、
該負圧側および該正圧側は、前縁および後縁によって分けられ、通常運転中に該ブレードが空間を動く方向によって定まり、
該風力タービンブレードが、該ブレードの強度を高めるために該シェルに接続された複数の細長い補強部材をさらに含み、
少なくとも1つの該細長い補強部材がそれぞれ、第1の端部および第2の端部を有しかつ該第1の端部と該第2の端部との間において延び、かつ一方の端部が該シェルの該負圧側に接続され、他方の端部が該シェルの該正圧側に接続され、これにより該シェルの変形が防止され、
該細長い補強部材のうちの少なくともいくつかが、圧縮力および引張力の両方に耐えるように適合されており、
該補強部材が、ロッドの第1の端部と第2の端部との間に最大断面を有するロッドを含み、かつ、該内部空間内を、その長手方向が該内部空間内の該負圧側と該正圧側との間にあるように延び、
該シェルが、該ブレードの該負圧側または該正圧側に第1の貫通孔を有し、該第1の貫通孔が、該ロッドの該最大断面よりも大きな最小断面を有し、
該ロッドが、該第1の端部に配置された第1のヘッドを有し、該第1のヘッドが、該第1の貫通孔の該最小断面よりも大きな断面を有しかつ該シェルの該外面に取り付けられており、
該ロッドが、該第1の貫通孔を通って該第1のヘッドから該内部空間内へと延び、
該ロッドの該第2の端部が、ねじによって該シェル中の第2の貫通孔に取り付けられており、該ねじが、該シェルの該外面に載置された第2のヘッドと、該シェル中の該第2の貫通孔を通って延びかつ該ロッドの該第2の端部にねじ接続されたねじ山付きシャンクとを有する、
風力タービンブレード。
[本発明1002]
前記ロッドの前記第1のヘッドが、前記第1の貫通孔を通って延びかつ該ロッドの前記第1の端部にねじ接続されたねじ山付きシャンクをさらに有するねじによって形成されている、本発明1001の風力タービンブレード。
[本発明1003]
前記第2の貫通孔が、前記ロッドの前記第2の端部の断面よりも小さな断面を有し、前記第2のヘッドを有する前記ねじにおける前記シャンクの断面が、該第2の貫通孔の該断面よりもわずかに小さい、本発明1001または1002の風力タービンブレード。
[本発明1004]
前記第1のヘッドが、前記シェルの外面に付着または接着されている、本発明1001、1002、または1003の風力タービンブレード。
[本発明1005]
前記第2のヘッドが、前記シェルの外面に付着または接着されている、本発明1004の風力タービンブレード。
[本発明1006]
前記第1の貫通孔および前記第2の貫通孔が、円柱形であり、かつ、前記ブレードの前記内部空間から離れる方向に次第に大きくなる断面を有し、前記第1のヘッドおよび前記第2のヘッドがいずれも、該ブレードの該内部空間から離れる方向に次第に大きくなる相補的な断面を有する、本発明1005の一つまたは複数の風力タービンブレード。
[本発明1007]
前記貫通孔および前記ヘッドの次第に大きくなる断面が円錐形である、本発明1007の風力タービン。
[本発明1008]
以下の段階を含む、前記本発明の風力タービンブレード内に前記細長い補強部材を設置する方法:
前記シェルの前記負圧側および前記正圧側において、該シェルにおける対向位置に、前記第1の貫通孔および前記第2の貫通孔を設ける段階;
前記第1のヘッドが該シェルの外面に載置されるように、前記ロッドを該第1の貫通孔に挿入する段階;
該ロッドの前記第2の端部を該第2の貫通孔の正面に位置づける段階;
前記第2のヘッドを有する前記ねじを該ロッドの該第2の端部にねじ接続する段階。
図1および図2は、負圧側3および正圧側4を有する空力プロファイルを形成するシェル2を有する、風力タービンブレード1の同じ断面を示し、負圧側および正圧側は、前縁5および後縁6によって分けられ、風力タービンブレードが該ブレードの通常使用時に空間を移動する方向によって定められる。
Claims (8)
- 風力タービンブレードであって、
該ブレードが、該ブレードの負圧側および正圧側にそれぞれ外面を形成する空力プロファイルを有するシェルと、該ブレード内の内部空間とを含み、
該負圧側および該正圧側は、前縁および後縁によって分けられ、通常運転中に該ブレードが空間を動く方向によって定まり、
該風力タービンブレードが、該ブレードの強度を高めるために該シェルに接続された複数の細長い補強部材をさらに含み、
少なくとも1つの該細長い補強部材がそれぞれ、第1の端部および第2の端部を有しかつ該第1の端部と該第2の端部との間において延び、かつ一方の端部が該シェルの該負圧側に接続され、他方の端部が該シェルの該正圧側に接続され、これにより該シェルの変形が防止され、
該細長い補強部材のうちの少なくともいくつかが、圧縮力および引張力の両方に耐えるように適合されており、
該補強部材が、ロッドの第1の端部と第2の端部との間に最大断面を有するロッドを含み、かつ、該内部空間内を、その長手方向が該内部空間内の該負圧側と該正圧側との間にあるように延び、
該シェルが、該ブレードの該負圧側または該正圧側に第1の貫通孔を有し、該第1の貫通孔が、該ロッドの該最大断面よりも大きな最小断面を有し、
該ロッドが、該第1の端部に配置された第1のヘッドを有し、該第1のヘッドが、該第1の貫通孔の該最小断面よりも大きな断面を有しかつ該シェルの該外面に取り付けられており、
該ロッドが、該第1の貫通孔を通って該第1のヘッドから該内部空間内へと延び、
該ロッドの該第2の端部が、ねじによって該シェル中の第2の貫通孔に取り付けられており、該ねじが、該シェルの該外面に載置された第2のヘッドと、該シェル中の該第2の貫通孔を通って延びかつ該ロッドの該第2の端部にねじ接続されたねじ山付きシャンクとを有する、
風力タービンブレード。 - 前記ロッドの前記第1のヘッドが、前記第1の貫通孔を通って延びかつ該ロッドの前記第1の端部にねじ接続されたねじ山付きシャンクをさらに有するねじによって形成されている、請求項1に記載の風力タービンブレード。
- 前記第2の貫通孔が、前記ロッドの前記第2の端部の断面よりも小さな断面を有し、前記第2のヘッドを有する前記ねじにおける前記シャンクの断面が、該第2の貫通孔の該断面よりもわずかに小さい、請求項1または2に記載の風力タービンブレード。
- 前記第1のヘッドが、前記シェルの外面に付着または接着されている、請求項1、2、または3に記載の風力タービンブレード。
- 前記第2のヘッドが、前記シェルの外面に付着または接着されている、請求項4に記載の風力タービンブレード。
- 前記第1の貫通孔および前記第2の貫通孔が、円柱形であり、かつ、前記ブレードの前記内部空間から離れる方向に次第に大きくなる断面を有し、前記第1のヘッドおよび前記第2のヘッドがいずれも、該ブレードの該内部空間から離れる方向に次第に大きくなる相補的な断面を有する、請求項5の一つまたは複数に記載の風力タービンブレード。
- 前記貫通孔および前記ヘッドの次第に大きくなる断面が円錐形である、請求項7に記載の風力タービン。
- 以下の段階を含む、前記請求項のうちの一項または複数項に記載の風力タービンブレード内に前記細長い補強部材を設置する方法:
前記シェルの前記負圧側および前記正圧側において、該シェルにおける対向位置に、前記第1の貫通孔および前記第2の貫通孔を設ける段階;
前記第1のヘッドが該シェルの外面に載置されるように、前記ロッドを該第1の貫通孔に挿入する段階;
該ロッドの前記第2の端部を該第2の貫通孔の正面に位置づける段階;
前記第2のヘッドを有する前記ねじを該ロッドの該第2の端部にねじ接続する段階。
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