JP2019535962A - 風力タービンロータブレードの製造方法および風力タービンロータブレード - Google Patents

Abstract

風力タービンロータブレード（２００）の製造方法が開示されている。風力タービンロータブレード（２００）は、少なくとも内部ブレード部（２１０）と外部ブレード部（２２０）と、接続エレメント（６００）とを有している。内部ブレード部（２１０）は、第１および第２の巻線部を有する巻線形状に巻回されている。第１および第２の巻線部は、ねじ接続によって互いに解放可能に固定されている。第２の巻線部は、円錐形の形状であるため、内部ブレード部（２１０）を巻回後にスリーブが内部ブレード部（２１０）の端部に作られる。【選択図】図５

Description

本発明は、風力タービンロータブレードの製造方法および風力タービンロータブレードに関する。

米国特許出願公開第２００７／０２５３８２４号明細書は、風力タービンのモジュール式のロータブレードを開示している。ロータブレードは、２つの部品構成であって、内部ブレード部と外部ブレード部とを有している。内部ブレード部と外部ブレード部とは、互いに固定され、あるいは接続エレメントによって互いに固定される。ロータブレードの多部品構造により、ロータブレードの輸送をかなり簡単にすることができる。内部ブレード部と外部ブレード部との間の接続は、真空注入によって行われる。しかしながら、その位置での真空注入は、困難であってそして時間がかかる。

優先権が主張される独国特許出願について、独国特許商標庁は、以下の先行技術文献をサーチした：米国特許出願公開第２００７／０２５３８２５号明細書、独国特許出願公開第３２ ３９ ８０４号明細書、独国特許発明第１０ ２００８ ０５５ ５１３号明細書、米国特許出願公開第２０１４／０１６９９７８号。

米国特許出願公開第２００７／０２５３８２４号明細書 米国特許出願公開第２００７／０２５３８２５号明細書 独国特許出願公開第３２ ３９ ８０４号明細書 独国特許発明第１０ ２００８ ０５５ ５１３号明細書 米国特許出願公開第２０１４／０１６９９７８号

よって、本発明の目的は、多部分構成であって、かつ上記の欠点を少なくとも部分的に克服する風力タービンロータブレードを提供することである。特に、本発明の目的は、多部品構成であって、かつそれぞれの部品間の改良された接続を有する風力タービンロータブレードを提供することである。
その目的は、請求項１に係る風力タービンロータブレードの製造方法および請求項５に係る風力タービンロータブレードによって達成される。

よって、風力タービンロータブレードの製造方法が提供される。風力タービンロータブレードは、少なくとも内部ブレード部と外部ブレード部と、接続エレメントとを有している。内部ブレード部は、第１および第２の巻線部を有する巻線形状に巻回されている。第１および第２の巻線部は、ネジ接続によって互いに解放可能に固定されている。第２の巻線部は円錐形の形状であるため、内部ブレード部の巻回後にスリーブが内部ブレード部の端部に形成される。

本発明の一態様によれば、接続エレメントは、巻き型に巻回されている。接続エレメントは、第１および第２の部分を有する。
本発明のさらなる態様によれば、円錐形状で滑らかな表面を有する第１の部分を提供するために、巻回ラミネートが硬化される前に、円錐形の内部形状を有する型が、接続エレメントの第１の部分に押し付けられる。

本発明のさらなる態様によれば、少なくとも１つの内部ブレード部と少なくとも１つの外部ブレード部とは、互いに解放可能に接続される、あるいは接続エレメントによって互いに接着結合される。
本発明はまた、内部ブレード部と、外部ブレード部と、内部ブレード部と外部ブレード部とを接続するための接続エレメントとを備える風力タービンロータブレードに関する。内部ブレード部は、第１端にスリーブを有し、これは内部ブレード部の巻回によって達成される。少なくとも１つの内部ブレード部と少なくとも１つの外部ブレード部とは、接続エレメントによって内部ブレード部が外部ブレード部に固定されるように、ネジ接続によって互いに固定することができる。

本発明のさらなる態様では、内部ブレード部は、それに接着されている少なくとも１つの第１ウェブを有することができる。接続エレメントは、その第１端がその中に接着された第２ウェブを有する状態で、内部ブレード部のスリーブ内に導入される。接続エレメントの第２端は、外部ブレード部の端部に接着される。
風力タービンロータブレードは、少なくとも２つの部分構成からなり、内部ブレード部と外部ブレード部とを有している。内部ブレード部は、例えば、ロータブレード根部を有しており、風力タービンのハブに固定されている。反対側の端部において、内部ブレード部は、接続エレメントを部分的に導入可能な受容ユニットまたはスリーブを有している。ロータブレードはさらに、接続エレメントによって内部ブレード部に固定される外部ブレード部を有している。

本発明に係る風力タービンロータブレードを用いて、ブレード分離接合部の両側での複雑で面倒なミリング作業を回避することが可能である。さらに、外部ブレードの領域では複雑で高価なフランジラミネートを避けることができる。
本発明の一態様によれば、ブレード分離接合部も外側に変位させることができる。それは輸送のためにユニットをよりよく分割することを可能にする。さらに、安価な内部ブレードの製造は、巻回ラミネートによって拡大される。さらに、建築現場において、より迅速な組み立てが可能になる。最後に、古典的な横断ボルト接続の場合のように、外形形状が厚くなることを避けることも可能である。

本発明の一態様によれば、内部ブレード部のスリーブと押し込み部材（接続エレメント）との間の接触面は、接続部のきれいな組み立ておよび分離を可能にするために付与された角度を含む円錐形状である。それにより、内部ブレードと外部ブレードとの間に、間隙が画定される。それは、互いに嵌合して所定の位置に固定された後、長手方向におけるブレード部分の位置に関する。さらに、接触面の断面は、摩擦力のみに頼る必要はなく、ねじり荷重をより良好に伝達することができるようにするために、円形ではなく、例えば、楕円形とすることができる。さらに、接触面は、長手方向における最初と最後において２つの領域だけが接触するような構成とすることができる。これにより、より明確で予測可能な方法で負荷転送が可能になる。高精度の領域は減少し、バイアス効果によって締付け作用が高められる。正確に製造された巻き型によるスリーブの正確な成形によって、後でミリングされる必要がなく、所望の形状の表面を提供することが可能である。

押し込み部材（接続エレメント）の正確な成形は、所望の形状を付与するために硬化後に表面をミリングする必要がなく、新たに巻かれてまだ硬化されていない巻回ラミネートに押し付けられ、精密に製造されたネガ型によって達成することができる。
本発明のさらなる構成は、添付の請求の範囲の主題である。
本発明の例としての利点および実施形態は、図面を参照して以下により詳細に説明される。

本発明に係る風力タービンの概略図。 その製造中の内部ブレード部の概略図。 その製造中の接続エレメントの概略断面図。 その製造中の接続エレメントの概略側面図。 風力タービンロータブレードの一部の概略断面図。 その製造中の内部ブレード部の概略断面図。 その製造中の内部ブレード部の概略断面図。 その製造中の内部ブレード部の概略断面図。 その製造中の内部ブレード部の概略断面図。 その製造中の接続エレメントの概略断面図。 その製造中の接続エレメントの別の概略断面図。 その製造中の接続エレメントの別の概略断面図。

図１は、風力タービンの概略図を示す。風力タービン１００は、タワー１０２、ポッド１０４を有している。３つのロータブレード１０８を有するロータ１０６とスピナ１１０とは、ポッド１０４に設けられている。ロータ１０６は、運転時に、風によって回転運動するように駆動され、電気エネルギーを生成するためにポッド１０４内の発電機を駆動する。

ロータブレード２００は、少なくとも２つの部品、すなわち、内部ブレード部２１０と外部ブレード部２２０とを有している。外部ブレード部２２０は、内部ブレード部２１０に固定されている。
図２は、その製造中の内部ブレード部の概略図を示す。内部ブレード部２１０は、本発明に従って巻回されている。その目的のために、互いに固定されているかまたはインターフェース３３０を介して互いに接続されている第１の巻き型３１０および第２の巻き型３２０を有する巻き型３００が提供される。第１の巻線部３１０は、ベアリング３４０ａによって支持され、第２の巻線部３２０は、別のベアリング３４０ｂによって巻き型３００が回転できるように支持されている。

第１の巻線部３２０は、第１端３１１と第２端３１２とを有している。第１端３１１は、ベアリング３４０ａに連結されている。第２端３１２は、接続インターフェース３３０によって、第２の巻き型３２０の第１端３２１に連結されている。一例として、第１および第２の巻線部３１０，３２０は、ネジ接続によって、解放可能な状態で互いに固定されている。選択的に、第１の巻線部３１０の直径は、第１端３１１から第２端３１２にかけて減少してもよい。第２の巻線部３２０の直径は、第１端３２１から第２端３２２にかけて増加してもよい。よって、巻き型３００は、インターフェース３２０の領域において最も小さい直径となってもよい。巻き型３００の構成は、アンダーカット構成２１３を有する内部ブレード部を製造することができることを提供する。

繊維複合布は、巻線部３１０，３２０上に巻回される。内部ブレード部２１０が製造された後、インターフェース３３０の領域におけるネジ接続が解除され、第１および第２の巻線部３１０，３２０が分離されるため、特に、アンダーカット構成２１３を有する内部ブレード部２１０だけが残される。内部ブレード部２１０は、第１端２１１および第２端２１２を有している。巻き材料の厚さ、または横断ボルト接続（例えば、ロータハブに関して）のためのフランジ厚さは、第１端２１１の領域に提供される。

第２の巻線部３２０は、内部ブレード部の第２端２１２の領域にスリーブを設けるために、スリーブ形状の形態で提供されてもよい。そのスリーブは、特に、接続エレメントの端部を受けるために設けられている。
本発明の一態様によれば、第１および第２の巻線部３１０，３２０は、例えば、鋼等の金属から作られる。そのようにして第１および第２の巻線部３１０，３２０上に滑らかな表面を提供することが可能であるため、それは特に有利である。特に、第１および／または第２の巻線部３２０の滑らかな表面は、滑らかな内面２１５，２１６、および、特に、滑らかでもある内部ブレード部の第２端２１２の領域においてスリーブ部分を提供することができる。

図３は、その製造中の接続エレメントの概略断面図を示す。巻き型７００は、例えば、接続ビームの形態とすることが可能な接続エレメント６００を製造するために設けられている。巻き型７００は、第１および第２の端部７０１，７０２、ならびに遷移領域７０３を有している。巻き型７００の外径は、第１の端部７０１の遷移と遷移領域７０３との間の領域において増大する。繊維暗色化材料は、例えば、材料中の巻き型７００の回転によって基礎４００上にベアリング７１０によって支持されている巻き型７００上に巻回される。

接続エレメント６００は、第１端６１１および第２端６２１を有している。さらに、接続エレメント６００は、第１端６１１の領域に第１部分６１０と、第２部分６１０，６２０の領域に第２部分６２０とを有している。中央部分６３０は、それら２つの部分６１０，６２０の間に設けられている。
第１部分６１０の滑らかな表面を達成するために、鋼製の型５００が、例えば、ホイール５２０上に設けられる。鋼製の型５００は、閉じられた端部５３０に向かって狭くなる内径５１０を有している。接続エレメント６００が巻回された後、材料が効果する前に、鋼製の型５００は、その内側が第１部分６１０を圧迫するように、第１部分６１０に押し付けられる。このようにして、第１部分６１０の外側領域は、非常に滑らかになるように製造される。

図４は、その製造中の接続エレメントの概略側面図を示す。図４は、接続エレメント６００の巻き線材料がまだ巻き型７００上にある間に、接続エレメント６００の第１部分６１０に押し付ける方法を示す。
図５は、風力タービンロータブレードの一部の概略断面図を示す。図５は、特に、内部ブレード部２１０と外部ブレード部２２０との間のブレード分離接合部を示している。内部ブレード部２１０と外部ブレード部２２０との間の接続は、接続エレメント６００によって行われている。接続エレメント６００は、図３および図４を参照して説明したように製造された第１部分６１０を有し、好ましくは滑らかな表面を有している。第１部分６１０は、内部ブレード部２１０の第２端２１２のスリーブ内に導入されている。

接続エレメント６００は、その中に接着されたウェブ６５０を有していてもよい。別のウェブ２５０は、増厚部分またはアンダーカット構成２１３の領域内における適所に接着される。２つのウェブ６５０，２５０は、互いにねじ込まれる、あるいは横断ボルト２６０によって互いに固定される。接続エレメント６００の第２部分６２０は、外部ブレード部２２０の開口端に押し込まれ、好ましくは、接着剤８１０によって接着される。

最適な方法で、耐摩耗コーティング６６０をスリーブの領域に設けることができる。したがって、接続エレメントの第１端部は、第２端２１２のスリーブ部分内に押し込まれ、ウェブ２５０，６５０および横断ボルト２６０によって固定される。
これにより、内部ブレード部と外部ブレード部との間における可逆的な固定オプションを達成することが可能になる。

図６は、その製造中の内部ブレード部の概略断面図を示す。図６は、図２に示されている巻き型に関連する別の巻き型３４０を示している。図２の巻き型は鋼を含んでいるが、図６の巻き型３４０は、例えば、繊維複合材料を含んでいる。巻き型３４０は、内部ブレード部から取り除かれる必要はないが、そこに留まることができる。よって、巻き型３４０は、内部ブレード部内に留まっているため、空の巻き型を表す。

巻き型３４０は、第１端３４１、第２端３４２、および鋼製の接続部３４４を有し、接続部３４４を介して、巻き型は、ベアリング３４０ａに接続される。ベアリング３４０ａは、基礎４００に設けられる。例えば、巻き型３４０は、複数の横断補強部材３４３を有することができる。巻き型３４０がブレード部分から取り外される必要がないという事実によって、内部ブレード部２１０の第１端２１１をより広くすることができるため、例えば、横断ボルト接続を行うためのフランジ厚肉化構成が提供される。内部ブレード部２１０の材料は、巻き型３４０に巻回される。巻き型３４０は、例えば、ネジ接続によって、第２の巻き型３２０に結合される。その場合、第２の巻き型３２０は、図２に示されている巻き型３２０に対応する。その巻き型は、特に、内部ブレードのためのスリーブ形状を製造することを意図している。内部ブレード部２１０が製造された後、第２の巻き型３２０は、ネジ接続を解放することによって取り外される。場合によっては、鋼製の接続部３４４は、巻き型３４０内に留まる、あるいは取り外されることができる。

図７は、その製造中の内部ブレード部の概略断面図を示す。図７は、特に、巻き型３１０，３２０に材料が巻回される方法を示す。場合によっては、巻き型３１０は、スタッド３１０ａを有していてもよく、第２の巻型３２０は、スタッド３１０ｂを有していてもよい。したがって、本発明によれば、巻回ラミネートを巻き型に塗布することができる。
巻回ラミネートの第１層が巻き型に塗布された後、少なくとも１つの一方向ＵＤロービングが塗布されてもよい。その場合、ロービングは、スタッド３１０ａ，３１０ｂの周囲に塗布されてもよい。

場合によっては、一方向ＵＤロービングを、単に、その上に置くことができるように、第１の巻回ラミネート層の外側は、実質的に真っ直ぐな構成であってもよい。
図９は、その製造中の内部ブレード部の概略断面図を示す。
図１０は、その製造中の接続エレメントの概略断面図を示す。
図１０から図１２は、特に、接続エレメント６００の製造を示す。巻回ラミネートＦＫＶ１の第１の層は、直線が外側に設けられるように巻き型７００に塗布される。一方向ＵＤロービングは、ロービングによってその上に設けられる。特に、ロービングは、スタッド７００ａ，７００ｂの周りに巻回される。そして、巻回ラミネートＦＫＶ２の第２層が塗布される。

Claims (6)

1. 少なくとも１つの内部ブレード部（２１０）と少なくとも１つの外部ブレード部（２２０）とを接続するために、少なくとも１つの内部ブレード部（２１０）と少なくとも１つの外部ブレード部（２２０）と接続エレメント（６００）とを有する風力タービンロータブレードの製造方法であって、
   第１および第２の巻線部（３１０，３２０）を有する巻き形状（３１０）上に前記内部ブレード部（２１０）を巻回するステップを備え、前記第１および第２の巻線部（３１０，３２０）は互いに固定さており、
   前記第２の巻線部（３２０）は、円錐状の構成であるため、前記内部ブレード部（２１０）の巻回後に、スリーブが前記内部ブレード部（２１０）の端部に形成される、
   方法。
2. 前記内部ブレード部（２１０）と外部ブレード部（２２０）とを接続する前記接続エレメント（６００）を巻き型（７００）に巻回するステップを備え、
   前記接続エレメント（６００）は、第１および第２部分（６１０，６２０）を有している、
   請求項１に記載の方法。
3. 円錐形状で滑らかな表面を有する第１部分（６１０）を提供するために、巻回ラミネートが硬化される前に、円錐形状を有する型（５００）が前記接続エレメント（６００）の前記第１の部分に押し付けられる、
   請求項２に記載の方法。
4. 少なくとも１つの前記内部ブレード部（２１０）と少なくとも１つの前記外部ブレード部（２２０）は、互いに解放可能な状態で接続されている、あるいは、前記接続エレメント（６００）によって互いに接着結合されている、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 少なくとも１つの内部ブレード部（２１０）と、
   少なくとも１つの外部ブレード部（２２０）と、
   前記内部ブレード部（２１０）と前記外部ブレード部(２２０)とを接続する接続エレメント（６００）と、
   を備え、
   前記内部ブレード部（２１０）は、前記内部ブレード部（２１０）の巻回によって達成されるスリーブ（２１６）を第１端に有し、
   少なくとも１つの前記内部ブレード部（２１０）と少なくとも１つの前記外部ブレード部（２２０）とは、互いに解放可能な状態で固定されており、これにより、前記内部ブレード部（２１０）は、前記接続エレメント（６００）によって前記外部ブレード部（２２０）に対して固定される、
   風力タービンロータブレード（２００）。
6. 前記内部ブレード部（２１０）は、案内される少なくとも１つの第１ウェブを有し、
   前記接続エレメント（６００）は、案内される第２ウェブを有するその第１端（２６０）を用いて前記内部ブレード部の前記スリーブ（２１６）に導入され、
   前記接続エレメント（６００）の第２端（６２０）は、前記外部ブレード部（２２０）の第１端に案内される、
   請求項５に記載の風力タービンロータブレード。

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