JP2020532675A - 風力タービンブレードを補強する方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、風力タービンブレードの外面の一部を補強する方法に関し、前記方法は、ｉ）風力タービンブレードの長さの少なくとも一部における少なくとも前部の外面の形状を模した外面を有するブレードプラグを提供するステップと、ｉｉ）ステップｉ）で得られたブレードプラグの一部の金型を、前記金型の内面の形状が、ステップｉ）で提供された前記ブレードプラグの外面の一部の形状に対応するように鋳造するステップと、ｉｉｉ）ステップｉｉ）で得られた金型から前記金型の内面の鋳物を作ることにより保護シェルを用意するステップであって、前記保護シェルが内面と外面とを備え、前記保護シェルが１つ以上の所定の材料から作られているステップと、ｉｖ）風力タービンブレードの表面の形状に基づいて開始、又はステップｉ）で得られたブレードプラグに基づいて開始される、拡大プラグを用意するステップであって、これにより、前記拡大プラグが、前記風力タービンブレードの少なくとも前部の外面の形状を模した外面を備え、前記拡大プラグの前記外面が、前記ブレードプラグの前記外面よりも大きな寸法を有しているステップと、ｖ）ステップｉｖ）で得られた拡大プラグに基づいて、内面と外面とを有する装着シェルを、前記装着シェルの内面の少なくとも一部の形状が前記拡大プラグの外面の一部の形状に対応するように鋳造するステップと、ｖｉ）前記保護シェルの内面の少なくとも一部、及び／又は前記風力タービンブレードの前記外面の少なくとも前部の外面の少なくとも一部に、接着剤を塗布するステップと、ｖｉｉ）前記風力タービンブレードの外面の少なくとも前部に前記保護シェルの内面を嵌合させるステップと、ｖｉｉｉ）前記保護シェルの前記外面に前記装着シェルの内面を嵌合させるステップと、ｉｘ）前記装着シェル及び延いては前記保護シェルの前記外面にも力を加えるステップであって、前記力は、前記風力タービンブレードの前面から後面へのコード方向の力構成要素を備え、前記力は、コード方向に垂直且つ前記風力タービンブレードの長さ方向に垂直な方向の力構成要素を更に備え、これにより、風力タービンブレードの外面に対して前記装着シェル及び前記保護シェルを押し付けるステップと、ｘ）ステップｖｉ）で塗布された前記接着剤を硬化させて、その後、前記風力タービンブレード及び前記保護シェルから前記装着シェルを取り外すステップとを含む。
Description
本発明は、概して風力タービンの分野に関する。より具体的には、第１の態様における本発明は、風力タービンブレードの外面の一部を補強する方法に関する。
第２の態様において、本発明は、風力タービンの非運転時間の頻度及び／又は長さを削減する方法に関する。
第３の態様において、本発明、本発明は、風力タービンブレードを補強する方法で使用するための、保護シェルと装着シェルとを備える部品一式に関する。
第４の態様において、本発明は、第３の態様について定義された保護シェル自体に関する。
第５の態様において、本発明は、第３の態様について定義された装着シェル自体に関する。
この数十年の間に、風力エネルギーの、再生可能エネルギー源としての使用がますます増加しており、膨大な数の風力タービンが製造され、陸上及び海上に建設されている。
風力タービンの最も主要な形態は、土台において地面又は海底に据え付けられた風力タービンタワーを備える水平ロータ式のものである。タワーの上端の逆側に、ナセルが枢動可能に配置される。ナセル自体がロータを保持し、ロータは、ロータ軸上のハブに配置された典型的には３枚のロータブレードを備える。また、ナセルは、ブレードによって風から得られて回転へと転換されるロータ軸のトルクを電力へと変換する発電機も備える。
風力タービン技術の分野における開発は、長年に亘り、風力タービンブレードの大きさも含めて、風力タービンを大きくするように設計する方向に向かう傾向があった。現在では、８０ｍを超える長さをもつ風力タービンブレードも珍しくない。
このような風力タービンでは、風力タービンブレードの先端が、１００ｍ／ｓ程に達する速度に直面することも珍しくない。
砂、埃、虫、ひょう、氷、水及び雪といった様々な種類の固体及び液体の細片を備えうる空気が風力タービンロータのロータ面を通過することから、風力タービンブレードにおけるこうした細片の衝撃が、少なくとも、最高の角速度に直面するブレードの先端部において、ブレードの構造的完全性に対する有害な影響をもち、これにより、（１層又は複数層の）外側塗装層の破損及び分離や、風力タービンブレードの製造に用いられる複合材料の剥離も引き起こされる。こうした影響は、そもそも風力タービンブレードの空力的特性に対して有害な影響をもつことから、風力タービンの威力を低減させうるほか、最終的に、風力タービンブレードが分解しばらばらになる虞が生じる程にまで、風力タービンブレードの構造的完全性が損なわれる結果にもなりうる。
風力タービンブレードが直面する細片による衝撃の有害な影響を緩和するために、風力タービンブレードを降ろして、地上での作業により、必要に応じて新たな複合材料を使用してブレードを再構築したり、ブレードの積層材料を覆う外面塗装を新たに塗布したりするのが通例であった。
風力タービンブレードの表面に貼ることができる保護ポリウレタンテープを販売する３Ｍ（登録商標）によって、代替解決策が示されている。このテープはリール状で供給され、ブレードの低圧側及び高圧側における前縁及び前縁のすぐ後方の領域に容易に貼り付けられる。
しかしながら、この解決策は、適用領域における風力タービンブレードの表面に表面欠陥がないことが求められる。このため、この解決策は、運転させたことのない新しい風力タービンブレードか、その外面を再生させた状態の中古の風力タービンブレードにしか適用できない。
この解決策によって保護の向上が提供される場合もあるが、３Ｍ（登録商標）によって提供されるこの解決策には、時間が経つにつれて保護テープが粘着性を失い、ブレードから剥がれ始めるという問題がある。
特許文献１には、風力タービンブレードの前部にフロントカバーを装着することを含む他の方法が開示されている。この文献は、風力タービンブレードを製造する方法を開示する。この方法は、２つのシェル部分を形成し、その後、それらの組み立てによって風力タービンを形成することを含む。その後、過酷な労働である研磨作業を回避するように、２つのシェル部分の接合線における組立部分の前部にフロントカバーを粘着させる。この文献のフロントカバーは、２つのシェル部分の接合領域の研磨を回避することによって、新たな風力タービンブレードの生産をより効率的にするためのものである。
特許文献１は、フロントカバーがブレードの外形の複製を表すように製造されているとは開示していない。これに対し、特許文献１の方法では、フロントカバーをブレードの表面上に固定した後、フロントカバーと風力タービンブレードの前面との間に、充填剤及び粘着剤が充填される隙間が生じることが好ましいことから、フロントカバーがブレードの表面と密着しないことが有利であると考えられる。特許文献１に開示されるフロントカバーは、風力タービンブレードの表面の腐食に対する保護のための保護カバーとして使用されるためのものではなく、また、そこに開示されるフロントカバーは、その運転中に表面欠陥に直面する風力タービンブレードを修繕するためのものではない。
本発明者は、彼の先行特許出願である特許文献２において、細片によって生じるブレード先端欠陥の問題に対する更なる代替解決策を提案している。この解決策は、保護の対象である実際のブレードの表面形状に対応する外面形状を有した金型を用意することに関する。そして、複合材料から金型が鋳造され、その製造の形態による複合カバーが、保護の対象である風力タービンブレードの領域の外面形状に対応する内面形状を有する。
複合カバーは、金型から製造されると、ブレードの前部における外面に粘着されている。
この解決策によって、風力タービンブレードの前部において高度に高められた表面強度が提供されることが証明されているが、複合カバーには或る欠点がある。
これらの欠点は、複合カバーを風力タービンブレードの前部に粘着させた後に、ブレードの外面と複合カバーとの間にエアポケットの存在が含まれないことを完全には保証できないという事実に関する。
こうしたエアポケットが存在する場合、完成後の風力タービンブレードは、ブレードへの落雷の際に、そうした空気の温度が急上昇することで爆発分解を起こし易くなりうる。
また、特許文献２に開示される方法では、複合カバーを位置付ける領域における全ての表面欠陥を、その装着の前に修繕しなければならない。こうした修繕によって、プロセスに対する労働及び費用が増える。
従って、空気中に存在する、衝撃を起こす細片によって生じる、風力タービンブレードの前部の表面欠陥を回避することに関する問題が残る。
本発明の目的は、こうした問題を緩和又は排除することである。
この目的は、本発明によって、その第１、第２、第３、第４及び第５の態様それぞれにおいて実現される。
従って、本発明は、第１の態様では、風力タービンブレードの外面の一部を補強する方法に関し、前記方法は、
ｉ）風力タービンブレードの長さの少なくとも一部における少なくとも前部の外面の形状を模した外面を有するブレードプラグを提供するステップと、
ｉｉ）ステップｉ）で得られた前記ブレードプラグの一部の金型を、前記金型の内面の形状が、ステップｉ）で提供された前記ブレードプラグの外面の一部の形状に対応するように鋳造するステップと、
ｉｉｉ）ステップｉｉ）で得られた金型から前記金型の内面の鋳物を作ることにより保護シェルを用意するステップであって、前記保護シェルが内面と外面とを備え、前記保護シェルが１つ以上の所定の材料から作られているステップと、
ｉｖ）風力タービンブレードの表面の形状に基づいて開始、又はステップｉ）で得られたブレードプラグに基づいて開始される、拡大プラグを用意するステップであって、これにより、前記拡大プラグが、前記風力タービンブレードの少なくとも前部の外面の形状を模した外面を備え、前記拡大プラグの前記外面が、前記ブレードプラグの前記外面よりも大きな寸法を有しているステップと、
ｖ）ステップｉｖ）で得られた拡大プラグに基づいて、内面と外面とを有する装着シェルを、前記装着シェルの内面の少なくとも一部の形状が前記拡大プラグの外面の一部の形状に対応するように鋳造するステップと、
ｖｉ）前記保護シェルの内面の少なくとも一部、及び／又は前記風力タービンブレードの前記外面の少なくとも前部の外面の少なくとも一部に、接着剤を塗布するステップと、
ｖｉｉ）前記風力タービンブレードの外面の少なくとも前部に前記保護シェルの内面を嵌合させるステップと、
ｖｉｉｉ）前記保護シェルの前記外面に前記装着シェルの内面を嵌合させるステップと、
ｉｘ）前記装着シェル及び延いては前記保護シェルの前記外面にも力を加えるステップであって、前記力は、前記風力タービンブレードの前面から後面へのコード方向の力構成要素を備え、前記力は、コード方向に垂直且つ前記風力タービンブレードの長さ方向に垂直な方向の力構成要素を更に備え、これにより、風力タービンブレードの外面に対して前記装着シェル及び前記保護シェルを押し付けるステップと、
ｘ）ステップｖｉ）で塗布された前記接着剤を硬化させて、その後、前記風力タービンブレード及び前記保護シェルから前記装着シェルを取り外すステップとを含む。
ｉ）風力タービンブレードの長さの少なくとも一部における少なくとも前部の外面の形状を模した外面を有するブレードプラグを提供するステップと、
ｉｉ）ステップｉ）で得られた前記ブレードプラグの一部の金型を、前記金型の内面の形状が、ステップｉ）で提供された前記ブレードプラグの外面の一部の形状に対応するように鋳造するステップと、
ｉｉｉ）ステップｉｉ）で得られた金型から前記金型の内面の鋳物を作ることにより保護シェルを用意するステップであって、前記保護シェルが内面と外面とを備え、前記保護シェルが１つ以上の所定の材料から作られているステップと、
ｉｖ）風力タービンブレードの表面の形状に基づいて開始、又はステップｉ）で得られたブレードプラグに基づいて開始される、拡大プラグを用意するステップであって、これにより、前記拡大プラグが、前記風力タービンブレードの少なくとも前部の外面の形状を模した外面を備え、前記拡大プラグの前記外面が、前記ブレードプラグの前記外面よりも大きな寸法を有しているステップと、
ｖ）ステップｉｖ）で得られた拡大プラグに基づいて、内面と外面とを有する装着シェルを、前記装着シェルの内面の少なくとも一部の形状が前記拡大プラグの外面の一部の形状に対応するように鋳造するステップと、
ｖｉ）前記保護シェルの内面の少なくとも一部、及び／又は前記風力タービンブレードの前記外面の少なくとも前部の外面の少なくとも一部に、接着剤を塗布するステップと、
ｖｉｉ）前記風力タービンブレードの外面の少なくとも前部に前記保護シェルの内面を嵌合させるステップと、
ｖｉｉｉ）前記保護シェルの前記外面に前記装着シェルの内面を嵌合させるステップと、
ｉｘ）前記装着シェル及び延いては前記保護シェルの前記外面にも力を加えるステップであって、前記力は、前記風力タービンブレードの前面から後面へのコード方向の力構成要素を備え、前記力は、コード方向に垂直且つ前記風力タービンブレードの長さ方向に垂直な方向の力構成要素を更に備え、これにより、風力タービンブレードの外面に対して前記装着シェル及び前記保護シェルを押し付けるステップと、
ｘ）ステップｖｉ）で塗布された前記接着剤を硬化させて、その後、前記風力タービンブレード及び前記保護シェルから前記装着シェルを取り外すステップとを含む。
第２の態様において、本発明は、風力タービンの非運転時間の頻度及び／又は長さを削減する方法に関し、前記方法は、本発明の第１の態様の方法に従って補強された風力タービンブレードを含む前記風力タービンを提供することを含む。
第３の態様において、本発明は、保護シェルと装着シェルとを備える部品一式に関し、前記保護シェルは、本発明の第１の態様に示すステップｉ）、ｉｉ）及びｉｉｉ）に従って用意されており、前記装着シェルは、本発明の第１の態様に示すステップｉ）、ｉｖ）及びｖ）に従って用意されている。
第４の態様において、本発明は、本発明の第３の態様について定義された保護シェル自体に関する。
第５の態様において、本発明は、本発明の第３の態様について定義された装着シェル自体に関する。
その様々な態様における本発明は、本発明に係る保護カバーを適用することにより、一般的な風力タービンブレードにおける構造的完全性の向上を提供する。保護カバーは、運転させたことのない新しい未使用のブレードに適用してもよいし、又は既に運転させたことのある中古のブレードに適用してもよい。
空気中の様々な種類の細片によるブレードへの衝撃によって生じる複合材料の腐食に起因する、前部の表面欠陥の問題をもつ風力タービンブレードに対して、本発明の方法は、そうした欠陥の場所において風力タービンブレードの表面を再生することもなく、保護カバーの適用も可能にする。
また、本発明により、風力タービンブレードの製造者又は修理工場が、風力タービン運転員に対して、既に運転されている風力タービンブレードを補強するための、保護シェルと対応する装着シェルとを備えた部品一式を提供することも可能となることから、風力タービン運転員が、削減された風力タービンの非運転時間の頻度及び／又は長さを得ることが可能となる。
その様々な態様における本発明を用いることで、極めて容易に、保護シェルを風力タービンブレードの前部にしっかりと固定することが可能である。
また、装着シェルの使用及び保護シェルと風力タービンブレードの外面との間に塗布された接着剤の硬化ステップにおける力の付加によって、保護シェルがよりよく嵌合して、完成後の風力タービンブレードにおけるよりよい空力的特性の提供が確実なものとなる。
また、追加された保護シェルと風力タービンブレードの外面との間にエアポケットが残らないことを確実なものにできることから、ブレードが落雷に遭った場合のブレードの爆発分解の虞が回避される。
最後に、保護シェルを装着する領域における風力タービンブレードの表面欠陥の全てについて、そうした欠陥を事前に修繕する必要なく、保護シェル自体によって容易に覆うことができる。
これらの利点は、保護シェルと風力タービンブレードの外面との間に十分な量の接着剤を追加すること及び、接着剤の硬化段階において、装着シェル及び延いては保護シェルにも適切な力を加えることで、容易に実現される。超過した量の接着剤は、単に、上述のようなブレードの外面上の表面欠陥を埋めることになるであろう。
第１の態様では、本発明は、風力タービンブレードの外面の一部を補強する方法に関し、前記方法は、
ｉ）風力タービンブレードの長さの少なくとも一部における少なくとも前部の外面の形状を模した外面を有するブレードプラグを提供するステップと、
ｉｉ）ステップｉ）で得られた前記ブレードプラグの一部の金型を、前記金型の内面の形状が、ステップｉ）で提供された前記ブレードプラグの外面の一部の形状に対応するように鋳造するステップと、
ｉｉｉ）ステップｉｉ）で得られた金型から前記金型の内面の鋳物を作ることにより保護シェルを用意するステップであって、前記保護シェルが内面と外面とを備え、前記保護シェルが１つ以上の所定の材料から作られているステップと、
ｉｖ）風力タービンブレードの表面の形状に基づいて開始、又はステップｉ）で得られたブレードプラグに基づいて開始される、拡大プラグを用意するステップであって、これにより、前記拡大プラグが、前記風力タービンブレードの少なくとも前部の外面の形状を模した外面を備え、前記拡大プラグの前記外面が、前記ブレードプラグの前記外面よりも大きな寸法を有しているステップと、
ｖ）ステップｉｖ）で得られた拡大プラグに基づいて、内面と外面とを有する装着シェルを、前記装着シェルの内面の少なくとも一部の形状が前記拡大プラグの外面の一部の形状に対応するように鋳造するステップと、
ｖｉ）前記保護シェルの内面の少なくとも一部、及び／又は前記風力タービンブレードの前記外面の少なくとも前部の外面の少なくとも一部に、接着剤を塗布するステップと、
ｖｉｉ）前記風力タービンブレードの外面の少なくとも前部に前記保護シェルの内面を嵌合させるステップと、
ｖｉｉｉ）前記保護シェルの前記外面に前記装着シェルの内面を嵌合させるステップと、
ｉｘ）前記装着シェル及び延いては前記保護シェルの前記外面にも力を加えるステップであって、前記力は、前記風力タービンブレードの前面から後面へのコード方向の力構成要素を備え、前記力は、コード方向に垂直且つ前記風力タービンブレードの長さ方向に垂直な方向の力構成要素を更に備え、これにより、風力タービンブレードの外面に対して前記装着シェル及び前記保護シェルを押し付けるステップと、
ｘ）ステップｖｉ）で塗布された前記接着剤を硬化させて、その後、前記風力タービンブレード及び前記保護シェルから前記装着シェルを取り外すステップとを含む。
ｉ）風力タービンブレードの長さの少なくとも一部における少なくとも前部の外面の形状を模した外面を有するブレードプラグを提供するステップと、
ｉｉ）ステップｉ）で得られた前記ブレードプラグの一部の金型を、前記金型の内面の形状が、ステップｉ）で提供された前記ブレードプラグの外面の一部の形状に対応するように鋳造するステップと、
ｉｉｉ）ステップｉｉ）で得られた金型から前記金型の内面の鋳物を作ることにより保護シェルを用意するステップであって、前記保護シェルが内面と外面とを備え、前記保護シェルが１つ以上の所定の材料から作られているステップと、
ｉｖ）風力タービンブレードの表面の形状に基づいて開始、又はステップｉ）で得られたブレードプラグに基づいて開始される、拡大プラグを用意するステップであって、これにより、前記拡大プラグが、前記風力タービンブレードの少なくとも前部の外面の形状を模した外面を備え、前記拡大プラグの前記外面が、前記ブレードプラグの前記外面よりも大きな寸法を有しているステップと、
ｖ）ステップｉｖ）で得られた拡大プラグに基づいて、内面と外面とを有する装着シェルを、前記装着シェルの内面の少なくとも一部の形状が前記拡大プラグの外面の一部の形状に対応するように鋳造するステップと、
ｖｉ）前記保護シェルの内面の少なくとも一部、及び／又は前記風力タービンブレードの前記外面の少なくとも前部の外面の少なくとも一部に、接着剤を塗布するステップと、
ｖｉｉ）前記風力タービンブレードの外面の少なくとも前部に前記保護シェルの内面を嵌合させるステップと、
ｖｉｉｉ）前記保護シェルの前記外面に前記装着シェルの内面を嵌合させるステップと、
ｉｘ）前記装着シェル及び延いては前記保護シェルの前記外面にも力を加えるステップであって、前記力は、前記風力タービンブレードの前面から後面へのコード方向の力構成要素を備え、前記力は、コード方向に垂直且つ前記風力タービンブレードの長さ方向に垂直な方向の力構成要素を更に備え、これにより、風力タービンブレードの外面に対して前記装着シェル及び前記保護シェルを押し付けるステップと、
ｘ）ステップｖｉ）で塗布された前記接着剤を硬化させて、その後、前記風力タービンブレード及び前記保護シェルから前記装着シェルを取り外すステップとを含む。
本発明の第１の態様の方法に従って保護シェルを設けることで、保護シェルの内面の形状が、保護シェルが装着される風力タービンの前部における外面に嵌合することが確実となる。本発明の第１の態様の方法に従って装着シェルを設けることで、前記装着シェルの内面が前記保護シェルの外面に嵌合することが確実となる。これにより、風力タービンブレードと保護シェルと装着シェルとを互いに固定することなどによって、塗布された接着剤を硬化させて、装着シェルによって保護シェルの内面全体に圧力を加えられるという改善された方法で、風力タービンの前部における外面に保護シェルを嵌合できることが確実となる。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、前記風力タービンブレードは、新しい未使用の風力タービンブレードである、又は前記風力タービンブレードは、その表面が一新されている、若しくはその表面が一新されていない中古の風力タービンブレードである。
本発明の第１の態様に係る方法は、風力タービンが新しいか中古かに関わらず、そして中古の風力タービンブレードが、保護シェルを適用する前に表面欠陥を修繕することなどにより一新されているかに関わらず風力タービンブレードを補強できるという点で有利である。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、前記ブレードプラグの前記外面は、前記風力タービンブレードの外面を拡大した面を表す。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、前記ブレードプラグは、前記風力タービンブレードの外面の一部について、前記外面の各点が、前記点の接平面に対して垂直な方向に所定の距離だけ増加しているという意味で拡大しており、前記距離は、任意で０．５〜５ｍｍ、例えば１．０〜４．５ｍｍ、例えば１．５〜４．０ｍｍ、例えば２．０〜３．５ｍｍ、例えば２．５〜３．０ｍｍである。
ブレードプラグに、保護シェルが装着される前記風力タービンブレードの外面を拡大した面を表す外面を設けることによって、前記保護シェルの内面が前記風力タービンブレードの外面における前部の形状に嵌合することを確実なものにできる。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、ステップｉ）で提供された前記ブレードプラグは、補強が行われる風力タービンブレードの少なくとも一部の複製であり、前記複製は、発泡ポリスチレン又は発砲ポリウレタンといった発泡材料を備え、任意で、前記ブレードプラグの長さ方向に沿って実質的に互いに平行に配置された複数の硬質リブが設けられ、前記ブレードプラグには、任意でガラス繊維強化ポリエステルの外層が設けられ、任意で１層以上のラッカーによって覆われている。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、ステップｉ）で提供された前記ブレードプラグは、前記風力タービンブレードに対して行われる測定に基づいて作られているか、又は前記ブレードプラグは、前記風力タービンブレードの仕様データに基づいて作られており、前記ブレードプラグは、任意でＣＮＣフライス加工を含むプロセスによって用意されている。
これらのブレードプラグの製造方法は、容易で速く且つ費用効率が高い。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、ステップｉｉ）で用意された前記金型は、繊維材料と硬化樹脂との組み合わせといった複合材料から作られる。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、前記繊維材料は、それぞれ、ガラス繊維、アラミド繊維及び炭素繊維を備える群から選ばれており、且つ／又は前記樹脂は、それぞれ、ポリエステル、エポキシ及びポリビニルエステルを備える群から選ばれている。
これらの材料は、本来の目的に対して優れていることが証明されている。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、ステップｉｉｉ）で用意された前記保護シェルは、繊維材料と硬化樹脂との組み合わせといった複合材料から作られる。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、前記繊維材料は、それぞれ、ガラス繊維、アラミド繊維及び炭素繊維を備える群から選ばれており、且つ／又は前記樹脂は、それぞれ、ポリエステル、エポキシ及びポリビニルエステルを備える群から選ばれている。
これらの材料は、本来の目的に対して優れていることが証明されている。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、ステップｖｉｉ）で嵌合された前記保護シェルの前記外面は、繊維材料を一切含まない硬化樹脂を備える。
これにより、完成後の風力タービンブレードの優れた空力的特性が確実なものとなる。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、ステップｉｉｉ）で用意された前記保護シェルは、用意されるブレードプラグの基である風力タービンブレードの長さ方向の延在に対応する長さ方向の延在を有しているか、又はステップｉｉｉ）で用意された前記保護シェルは、前記風力タービンブレードの先端から測定される、用意されるブレードプラグの基である風力タービンブレードの長さ方向の延在の１０％以上、例えば２０％以上、例えば４０％以上、例えば５０％以上に対応する、長さ方向の延在を有している。
風力タービンブレードにおける最高角速度が先端に直面することから、これらの、先端に装着されている場合の保護シェルの長さの寸法によって、運転中の風力タービンブレードが直面する細片又は雨又はひょうからの衝撃に対する適切な保護が確実なものとなる。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、ステップｉｉｉ）で用意された前記保護シェルは、所望の最終的な大きさよりも大きく用意されており、前記保護シェル（８）の、コード方向に延在する過剰な材料は、その後、前記過剰な材料を取り除くようにトリミングされる。
これにより、保護シェルと、それが装着されている風力タービンブレードの表面との間の円滑な移行を確実なものにできる。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、前記保護シェルは、その長さ方向に、１〜１００ｍ、例えば２〜９５ｍ、例えば５〜９０ｍ、例えば１０〜８５ｍ、例えば１５〜８０ｍ、例えば２０〜７５ｍ、例えば２５〜７０ｍ、例えば３０〜６５ｍ、例えば３５〜６０ｍ、例えば４０〜５５ｍ又は４５〜５０ｍの延在を有している。
これらの保護シェルの長さによって、運転中の風力タービンブレードが直面する細片、雨、ひょう、又は雪からの衝撃に対する適切且つ十分な保護が確実なものとなる。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、前記保護シェルは、その内面又は外面に対して垂直な方向に測定される、３５０μｍ以上、例えば４００μｍ以上、例えば４５０μｍ以上、例えば５００μｍ以上、例えば５５０μｍ以上、例えば６００μｍ以上又は６５０μｍ以上の範囲内の厚さを有している。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、ステップｉｖ）で用意された前記拡大プラグは、前記ブレードプラグの外面の少なくとも一部に外側材料を追加することで用意される。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、ステップｉｖ）で用意された前記拡大プラグは、前記ブレードプラグの外面の少なくとも一部にシート状の外側材料を設けることで、又は充填剤及び任意でテフロン（登録商標）ライナーといったライナーを設けることで用意される。
本実施例の一実施例において、前記シート型外側材料は、粘着によって前記ブレードプラグの外面に設けられる。
本実施例の一実施例において、前記外側材料は、前記保護シェルの厚さに対応する厚さを有している。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、ステップｉ）及びステップｉｖ）で提供された前記ブレードプラグは、同じブレードプラグ又は異なるブレードプラグである。
保護シェルの用意に使用されるブレードプラグは、保護シェルの用意に使用されるのと同じブレードプラグか、又は異なるブレードプラグでもよく、用意の所望の形態に応じる。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、ステップｖ）で用意された前記装着シェルは、繊維材料と硬化樹脂との組み合わせといった複合材料から作られる。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、前記繊維材料は、それぞれ、ガラス繊維、アラミド繊維及び炭素繊維を備える群から選ばれており、且つ／又は前記樹脂は、それぞれ、ポリエステル、エポキシ及びポリビニルエステルを備える群から選ばれている。
これらの材料は、本来の目的に対して優れていることが証明されている。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、ステップｖ）で用意された前記装着シェルは、ステップｉｉｉ）で用意された保護シェルの長さ方向の延在に対応する長さ方向の延在を有している。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、ステップｖ）で用意された前記装着シェルに対して、その外面において、前記装着シェルの剛性及び構造的完全性を向上させるため、且つ／又はステップｉｘ）で下方の保護シェルに加わる様々な領域における力の度合いを制御するための、１つ以上の補強構造が設けられる。
こうした補強構造の存在によって、この方法における硬化ステップで圧力を加えた後の向上された制御が提供され、装着シェルの適切な剛性も提供される。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、前記装着シェルは、その長さ方向に、１〜１００ｍ、例えば２〜９５ｍ、例えば５〜９０ｍ、例えば１０〜８５ｍ、例えば１５〜８０ｍ、例えば２０〜７５ｍ、例えば２５〜７０ｍ、例えば３０〜６５ｍ、例えば３５〜６０ｍ、例えば４０〜５５ｍ又は４５〜５０ｍの延在を有している。
こうした装着シェルの長さによって、同じ長さの保護シェルの装着が可能となることから、運転中の風力タービンブレードが直面する細片又は雨又はひょう又は雪からの衝撃に対する適切且つ十分な保護の提供が確実なものとなる。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、前記ブレードプラグの外面の寸法と、前記拡大プラグの外面の寸法と、前記保護シェルの厚さとが、前記保護シェルの内面が前記風力タービンブレードの前記外面の少なくとも一部に嵌合するように、そして前記装着シェルの前記内面が前記保護シェルの外面に嵌合するように、互いに適合する。
これにより、風力タービンブレードに装着された保護シェルの最適な品質が確実なものとなる。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、ステップｖｉ）で塗布された接着剤は、ポリウレタン接着剤、エポキシ又はアクリレートを備える群から選ばれる種類のものである。
これらの接着剤の種類は、優れた接着結果を提供することが証明されている。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、ステップｖｉｉｉ）で、１つ以上の剥離ライナーが、前記保護シェルと前記装着シェルとの間に位置付けられる。これにより、前記装着シェルが前記風力タービンブレードに粘着されることが回避される。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、ステップｖｉｉ）で、前記保護シェルを唯一の一貫した要素として嵌合し、ステップｖｉｉｉ）で、前記装着シェルを１つの一貫した要素又は２つ以上の別々の要素として嵌合する。
保護シェルが唯一の一貫したシェルとして設けられることで、風力タービンブレードの最適な接着及び保護が提供される。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、前記装着シェルを２つ以上の別々の要素として嵌合し、これらの要素は前記唯一の一貫した要素から製造されており、この製造は、前記装着シェルの所定の長手方向位置において、その外面に剥離ライナーを設け、ガラス繊維強化ポリエステルといった繊維強化ポリマーを、前記剥離ライナーに亘って且つ前記ライナーの一方縁から離間して鋳造することにより、繊維強化ポリマーの重複部分を形成し、その後、繊維強化ポリマーの前記重複部分を切断することなく、前記装着シェルを前記ライナーの前記一方縁の位置で切断することによるものである。
装着シェルを２つ以上の別々の要素として装着することで、保護シェルの装着中に装着シェルをより容易に扱うことができる。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、ステップｖｉｉ）、ｖｉｉｉ）及びｉｘ）、そして任意でステップｖｉ）が、製造又は修理施設といった地上において、又は、例えば陸上若しくは海上の風力タービンにおける風力タービンロータのハブに装着される風力タービンブレードそのものにおいて、又は、前記風力タービンの場所の地上において行われる。
従って、風力タービンブレードの外面の一部を補強する方法は、保護シェルを装着する場所に対する制約をあまり必要としない。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、ステップｉｘ）は、前記風力タービンブレード、前記保護シェル及び前記装着シェルの周囲に１つ以上のストラップを配置し、その後、前記１つ以上のストラップを所定時間締めることで行われる。
これにより、風力タービンの外面と保護シェルの内面との間の最適な面接触が確実なものとなることから、ブレードの表面に対する最適な接着が確実なものとなる。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、前記ストラップは、それぞれ、０．１〜３．０メートル、例えば０．２〜２．９メートル、例えば０．３〜２．８メートル、例えば０．４〜２．７メートル、例えば０．５〜２．６メートル、例えば０．６〜２．５メートル、例えば０．７〜２．４メートル、例えば０．８〜２．３メートル、例えば０．９〜２．２メートル、例えば１．０〜２．１メートル、例えば１．１〜２．０ｍ、例えば１．２〜１．９ｍ、例えば１．３〜１．８ｍ、例えば１．４〜１．７ｍ又は１．５〜１．６ｍだけ互いに離間して、前記風力タービンブレードの長さ方向に沿って配置されている。
これにより、ブレードの表面に対する保護シェルの最適な接着が確実なものとなる。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、ステップｉｘ）は、前記保護シェルと前記装着シェルとの間に膨張していない膨張式バッグを配置して、膨張している前記膨張式バッグによって、前記保護シェルの前記外面に加わる前記力を提供することで行われる。
これにより、装着シェルに対して加わる力のよりよい制御を得ることができる。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、ステップｘ）は、前記装着シェルの外面といった前記装着シェルの近傍に、１つ以上の加熱マントルといった加熱手段を設けることで行われる。
これにより、前記接着剤の硬化速度の向上が達成できる。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、前記風力タービンブレードの少なくとも前部の前記外面に対して、ステップｖｉ）の前に、洗浄、研磨、並びに／又は前記接着剤及び延いては前記保護シェルの接着を向上させるための他の種類の処置が行われる。
これにより、保護シェルの接着の向上が達成できる。
本発明の第１の態様に係る方法の一実施例において、前記保護シェルの縁は、その外面からその内面に向かって先細になっている。
これにより、前記風力タービンブレードと前記保護シェルとの間に円滑な移行領域が設けられる。
第２の態様において、本発明は、風力タービンの非運転時間の頻度及び／又は長さを削減する方法に関し、前記方法は、本発明の第１の態様の方法に従って補強された風力タービンブレードを含む前記風力タービンを提供することを含む。
第３の態様において、本発明は、保護シェルと装着シェルとを備える部品一式に関し、前記保護シェルは、本発明の第１の態様に示すステップｉ）、ｉｉ）及びｉｉｉ）に従って用意されており、前記装着シェルは、本発明の第１の態様に示すステップｉ）、ｉｖ）及びｖ）に従って用意されている。
本発明の第３の態様に係る部品一式の一実施例において、前記部品一式は膨張式エアバッグを更に備えている。
これにより、部品一式の使用によって、装着シェルに対して加わる力のよりよい制御を得ることができる。
本発明の第３の態様に係る部品一式の一実施例において、前記保護シェルは、らせんを画成するリールとして存在する。
これにより、長さ方向に数十メートルの延在を有する極めて長い保護シェルの容易な収容及び搬送も実現される。
第４の態様において、本発明は、本発明の第３の態様について定義された保護シェル自体に関する。
第５の態様において、本発明は、本発明の第３の態様について定義された装着シェル自体に関する。
ここで、その様々な態様において本発明をよりよく示す図面を参照し、図１は、風力タービンブレードを示す断面図である。図１は、前部１０４と後部１０６とを含む外面１０２を有する風力タービンブレード１００を示す。外面は、高圧側１０８と低圧側１１０とを備える。
ブレード１００の前縁１１６と後縁１１８との間に、コード線Ｃが画定される。従って、コード線は、風力タービンブレードの前部の遠方前部位置における点を備える前縁線１２０と交差する。
図２は風力タービンブレード１００の斜視図である。図２は、風力タービンブレードが基端１１２と先端１１４とを備える様子を示す。図２には、風力タービンブレード１００の長さ方向Ｘが、基端１１２と先端１１４との間に実質的に延在する方向として画定される様子も示される。例えば、幅方向Ｙは、風力タービンブレードの前部１０４と後部１０６との間の方向である。方向Ｙは長さ方向Ｘに対して垂直である。
長さ方向Ｘ及び幅方向Ｙに対して垂直なのが高さ方向Ｚである。
図３は、本発明の第１の態様に係る方法の一実施形態を概略的に示す図である。従って、図３は、本発明の第１の態様に係る方法に含まれる様々なステップｉ）、ｉｉ）、ｉｉｉ）、ｉｖ）、ｖ）、ｖｉ）、ｖｉｉ）、ｖｉｉｉ）、ｉｘ）及びｘ）を示す。
図３において、本発明の第１の態様の方法におけるステップｉは、ブレードプラグ２の提供に関するものだと分かる。ブレードプラグは、補強される風力タービン１００の前部１０４の外面の形状に関する情報から作られる。
風力タービンブレード１００の外面１０２における前部１０４の一部を補強することのみが我々の関心であることから、本発明の第１の態様の方法のステップｉ）において提供されるブレードプラグ２は、風力タービンブレード１００の前部１０４を模した延在のみを有する。
その前部における外面１０２の形状に関する情報を提供する風力タービンブレード１００のモデルは、補強が行われる風力タービンブレード１００自体であってもよいし、又は補強が行われる風力タービンブレード１００と同様若しくは同じ種類の風力タービンブレード１００であってもよいし、又は補強が行われる風力タービンブレード１００の少なくとも一部の複製であってもよい。
こうした風力タービンブレード１００の複製又はその一部は、発泡ポリスチレン又は発泡ポリウレタンといった発泡材料から製造してもよく、前記風力タービンブレードの前記複製における長さ方向に沿って実質的に互いに平行に配置された複数の硬質リブが設けられてもよい。こうした風力タービンブレードの複製には、ガラス繊維強化ポリエステル及び１層以上のラッカーの塗装を設けてもよい。
ステップｉ）で提供されるブレードプラグ２は、風力タービンブレード１００の仕様データに基づいて作られてもよく、ブレードプラグ２は、ＣＮＣフライス加工によって用意されてもよい。ブレードプラグ２の外面３は、補強される風力タービンブレード１００の前部１０４における外面１０２を模する。しかしながら、外面３は、風力タービンブレードの外面を拡大した面を表す。
これにより、ブレードプラグの外面３が、風力タービンブレード１００の長さの少なくとも一部における少なくとも前部１０４の形状を表すことが確実となる。
本発明の第１の態様の方法におけるステップｉｉ）では、ステップｉ）で提供されたブレードプラグ２から金型４が鋳造されている。
金型４は、典型的には、ブレードプラグ２の外面３を１層以上の複合材料で覆うことで用意されている。こうした複合材料は、繊維材料と硬化樹脂との組み合わせであってもよい。
繊維材料の例としては、ガラス繊維、アラミド繊維及び炭素繊維が挙げられる。
樹脂の例としては、ポリエステル、エポキシ、ポリビニルエステル、ポリウレタン、ＭＤＩ、ＰＵＲ及びＨＤＩがありうる。
複合材料がブレードプラグ２の外面３に設けられて硬化されると、ブレードプラグ２から金型４が取り外される。
ブレードプラグの外面３が風力タービンブレード１００の前部１０４における外面１０２の形状を表すことが確実であることから、金型４の内面６も風力タービンブレード１００の前部１０４における外面１０２を表す形状を有しており、これは反転の発想である。従って、ブレードプラグの外面３が、風力タービンブレード１００の前部１０４における外面１０２の一部の正の表現であることから、金型４の内面６は、風力タービンブレード１００の前部１０４における外面１０２の一部における負の表現となっている。
本発明の第１の態様の方法におけるステップｉｉｉ）では、ステップｉｉ）で提供された金型４から保護シェル８が鋳造されている。
保護シェル８は、典型的には、金型４の内面６を１層以上の複合材料で覆うことで用意されている。こうした複合材料は、繊維材料と硬化樹脂との組み合わせであってもよい。
繊維材料の例としては、上記のガラス繊維、アラミド繊維及び炭素繊維が挙げられる。
樹脂の例としては、ポリエステル、エポキシ及びポリビニルエステルがありうる。複合材料が金型４の内面６に設けられて硬化されると、保護シェル８から金型４が取り外される。
こうして、保護シェル８を風力タービンブレード１００の外面１０２における前部１０４に固定する準備が整う。
この、風力タービン１００への保護シェル８の固定は、図３に示す本発明の第１の態様の方法におけるステップｖｉ）及びｖｉ））で行われている。
しかしながら、保護シェル８を風力タービンブレードに固定できるようになる前に、まず装着シャルを用意しなければならない。これは、ステップｉｖ）を示す図３に示される。
ステップｉｖ）では拡大プラグ１４が用意されている。拡大プラグは、外側材料１６をブレードプラグ２の外面３の少なくとも一部に追加することで作られる。これにより、拡大プラグ１４は、ブレードプラグ２の表面３の形状と比べて拡大された形状を表す外面１８を備えうる。
ブレードプラグ２の外面３に設けられる外側材料１６は、前記ブレードプラグ２の外面３に粘着によって設けることができるシート状の材料であってもよい。本発明の第１の態様におけるステップｉｖ）では、ステップｉ）で提供されたブレードプラグ２と同じものであってもよいし、或いはこれらのブレードプラグ２が異なるブレードプラグであってもよい。
ステップｖ）では、装着シェル２０は拡大プラグ１４に基づいて用意される。装着シェル２０は、典型的には、拡大プラグ１４の外面１８を１層以上の複合材料で覆うことで用意される。こうした複合材料は、繊維材料と硬化樹脂との組み合わせであってもよい。
繊維材料の例は、上記のガラス繊維、アラミド繊維及び炭素繊維であってもよい。
樹脂の例としては、ポリエステル、エポキシ及びポリビニルエステルがありうる。複合材料が拡大プラグ１４の外面１８に設けられて硬化されると、拡大プラグ１４から装着シェル２０が取り外される。
こうして、保護シェル８及び装着シェル２０が提供されると、保護シェル８を風力タービンブレード１０に固定できる。
これは、図３においてステップｖｉ）、ｖｉｉ）、ｖｉｉｉ）及びｉｘ）に示される。
ステップｖｉ）では、接着剤２６が、前記保護シェル８の内面１０の少なくとも一部、及び／又は前記風力タービンブレード１００の少なくとも前部における外面１０２の少なくとも一部に塗布される。接着剤２６は図３では不図示である。
その後、ステップｖｉｉ）では、前記保護シェル８の内面１０は、風力タービンブレード１００の外面１０２における少なくとも前部１０４に嵌合されている。
保護シェルが風力タービンブレード１００の外面１０２に嵌合されていると、前記装着シェル２０の内面２２は、ステップｖｉｉｉ）で、保護シェル８の外面１２に嵌合する。
その後、ステップｉｘ）では、装着シェル２０及び延いては保護シェル８の外面１２にも力が加わり、保護シェル８と風力タービンブレード１００の外面１０２との間にしっかりとした固定が提供されることが確実となるようになっている。
加わる力には、風力タービンブレード１００の外面１０２における前部から外面１０２における後部１０６へのコード方向Ｃの力構成要素が含まれる。
また、加わる力には、前記風力タービンブレード１００のコード方向Ｃに垂直且つ長さ方向Ｘに垂直な方向Ｚの力構成要素が含まれる。
これにより、装着シェル２０及び保護シェル８が風力タービンブレード１００の外面１０２に押し付けられることが確実となる。
最後に、ステップｘ）では、ステップｖｉ）で塗布される接着剤２６が硬化され、その後、装着シェル２０が風力タービンブレード１００及び保護シェル８から取り外される。
これにより、補強された風力タービンブレードが提供されている。
これを図４に示す。
図４は、本発明の第１の態様に係る、外面１０２における前部１０４に保護シェル８が設けられている風力タービンブレード１００を示す。
保護シェル８は、ブレード１００の前縁線１２０から後部１０６に向かう間隔において、風力タービンの外面１０２の低圧側１１０に延在する。
同様に、保護シェル８は、ブレード１００の前縁線１２０から後部１０６に向かう間隔において、風力タービンの外面１０２の高圧側１０８にも延在する（図４では不図示）。
図５は、風力タービンブレードの外面１０２における前部１０４に保護シェル８を締結又は固定するステップの一実施例を断面図に示す。
図５は、風力タービンブレード１００の外面に接着剤２６で粘着された保護シェル８がその外面１０２の前部１０４に設けられている風力タービンブレード１００を示す。接着剤２６は図５において不図示である。
保護シェル８の上に装着シェル２０が配置されている。装着シェル２０は、風力タービンブレードの長さ方向Ｘに配置される、木梁であってもよい複数の補強構造２８が設けられた外面２４を有する。
その補強構造２８によって風力タービンブレード１００、保護シェル８及び装着シェル２０が囲まれるように、複数のストラップ３２が配置されている。
１つ以上のストラップ３２をストラップテンショナ３６によって所定時間締めることで、風力タービンに対する保護シェル８の強力且つ持続可能な固定が確実なものとなる。
また、装着シェル２０の補強構造２８の外面２４上における位置、相互距離及び延在の検証により、風力タービンブレードの外面１０２に保護シェルを押し付ける力の度合い及び方向の最適な分配を達成でき、これにより、その保護シェルの最適な固定が確保される。
図６は、風力タービンブレードの前部に保護シェルを締結又は固定するステップの分解部分断面図である。
図６は、外面１０２と前部１０４とを有する風力タービンブレード１００を示す。
ブレード１００の前部１０４に保護シェル８が配置される。保護シェル８は、その内面１０に接着剤２６の層が設けられる。
保護シェル８上に装着シェル２０が配置されている。装着シェル２０は、その外面２４に複数の補強構造２８が設けられている。
保護シェル８と装着シェル２０との間に膨張式エアバッグ３８が配置される。エアバッグ３８には空気を供給するためのホースが設けられ、これによってエアバッグを膨張させる。
ストラップ３２は、風力タービンブレード１００、保護シェル８、装着シェル２０及び膨張式エアバッグ３８を囲むように配置されている。
ストラップ３２及び膨張式エアバッグ３８は、共に、保護シェル８に力を加えて、その前部１０４において風力タービンブレードの表面１０２に対する保護シェルの十分な接着が確実なものとなるように提供される。
図６は、保護シェルの縁１３が、その外面からその内面への方向に向かって先細になっている様子も示す。
本特許出願の図面は、例示目的のみのために含まれることが理解されるべきである。特に、図面が縮尺通りになるようにするという目的はないことを留意されたい。
上記、並びに本発明の一態様及びその実施例に関する別記のクレームにおける全ての特徴及び成果が、本発明及びその実施例の他の態様に対しても等しく適用されることが理解されるべきである。
２ ブレードプラグ
３ ブレードプラグの外面
４ 金型
６ 金型の内面
８ 保護シェル
１０ 保護シェルの内面
１２ 保護シェルの外面
１３ 保護シェルの縁
１４ 拡大プラグ
１６ 拡大プラグの外側材料
１８ 拡大プラグの外面
２０ 装着シェル
２２ 装着シェルの内面
２４ 装着シェルの外面
２６ 接着剤
２８ 装着シェルの外面における補強構造
３０ 剥離ライナー
３２ ストラップ
３６ ストラップテンショナ
３８ 膨張式エアバッグ
４０ 膨張式エアバッグのエアホース
１００ 風力タービンブレード
１０２ 風力タービンブレードの外面
１０４ 風力タービンブレードの前部
１０６ 風力タービンブレードの後部
１０８ 風力タービンブレードの高圧側
１１０ 風力タービンブレードの低圧側
１１２ 風力タービンブレードの基端
１１４ 風力タービンブレードの先端
１１６ 風力タービンブレードの前縁
１１８ 風力タービンブレードの後縁
１２０ 前縁線
Ｃ 風力タービンブレードのコード方向
Ｘ 風力タービンブレードの長さ方向
Ｙ 風力タービンブレードの幅方向
Ｚ 風力タービンブレードの高さ方向
３ ブレードプラグの外面
４ 金型
６ 金型の内面
８ 保護シェル
１０ 保護シェルの内面
１２ 保護シェルの外面
１３ 保護シェルの縁
１４ 拡大プラグ
１６ 拡大プラグの外側材料
１８ 拡大プラグの外面
２０ 装着シェル
２２ 装着シェルの内面
２４ 装着シェルの外面
２６ 接着剤
２８ 装着シェルの外面における補強構造
３０ 剥離ライナー
３２ ストラップ
３６ ストラップテンショナ
３８ 膨張式エアバッグ
４０ 膨張式エアバッグのエアホース
１００ 風力タービンブレード
１０２ 風力タービンブレードの外面
１０４ 風力タービンブレードの前部
１０６ 風力タービンブレードの後部
１０８ 風力タービンブレードの高圧側
１１０ 風力タービンブレードの低圧側
１１２ 風力タービンブレードの基端
１１４ 風力タービンブレードの先端
１１６ 風力タービンブレードの前縁
１１８ 風力タービンブレードの後縁
１２０ 前縁線
Ｃ 風力タービンブレードのコード方向
Ｘ 風力タービンブレードの長さ方向
Ｙ 風力タービンブレードの幅方向
Ｚ 風力タービンブレードの高さ方向
Claims (43)
- 風力タービンブレード（１００）の外面（１０２）の一部を補強する方法であって、
ｉ）風力タービンブレード（１００）の長さの少なくとも一部における少なくとも前部（１０４）の外面の形状を模した外面（３）を有するブレードプラグ（２）を提供するステップと、
ｉｉ）ステップｉ）で得られた前記ブレードプラグ（２）の一部の金型（４）を、前記金型（４）の内面（６）の形状が、ステップｉ）で提供された前記ブレードプラグの外面（３）の一部の形状に対応するように鋳造するステップと、
ｉｉｉ）ステップｉｉ）で得られた前記金型（４）から前記金型の内面（６）の鋳物を作ることにより保護シェル（８）を用意するステップであって、前記保護シェルが内面（１０）と外面（１２）とを備え、前記保護シェルが１つ以上の所定の材料から作られているステップと、
ｉｖ）前記風力タービンブレード（１００）の表面の形状に基づいて開始、又はステップｉ）で得られたブレードプラグ（２）に基づいて開始される、拡大プラグ（１４）を用意するステップであって、これにより、前記拡大プラグが、前記風力タービンブレード（１００）の少なくとも前部（１０４）の外面の状を模した外面（１８）を備え、前記拡大プラグ（１４）の前記外面（１８）が、前記ブレードプラグ（２）の前記外面（３）よりも大きな寸法を有しているステップと、
ｖ）ステップｉｖ）で得られた前記拡大プラグ（１４）に基づいて、内面（２２）と外面（２４）とを有する装着シェル（２０）を、前記装着シェル（２０）の内面（２２）の少なくとも一部の形状が前記拡大プラグ（１４）の外面（１８）の一部の形状に対応するように鋳造するステップと、
ｖｉ）前記保護シェル（８）の前記内面（１０）の少なくとも一部、及び／又は前記風力タービンブレード（１００）の前記外面（１０２）の少なくとも前部の前記外面（１０２）の少なくとも一部に、接着剤（２６）を塗布するステップと、
ｖｉｉ）前記風力タービンブレード（１００）の前記外面（１０２）の少なくとも前部（１０４）に前記保護シェル（８）の前記内面（１０）を嵌合させるステップと、
ｖｉｉｉ）前記保護シェル（８）の前記外面（１２）に前記装着シェル（２０）の前記内面（２２）を嵌合させるステップと、
ｉｘ）前記装着シェル（２０）及び延いては前記保護シェル（８）の前記外面（１２）にも力を加えるステップであって、前記力が、前記風力タービンブレード（１００）の前面から後面へのコード方向（Ｃ）の力構成要素を備え、前記力が、前記コード方向（Ｃ）に垂直且つ前記風力タービンブレード（１００）の長さ方向（Ｘ）に垂直な方向（Ｚ）の力構成要素を更に備え、これにより、前記風力タービンブレード（１００）の前記外面（１０２）に対して前記装着シェル（２０）及び前記保護シェル（８）を押し付けるステップと、
ｘ）ステップｖｉ）で塗布された前記接着剤（２６）を硬化させて、その後、前記風力タービンブレード（１００）及び前記保護シェル（８）から前記装着シェル（２０）を取り外すステップとを含む方法。 - 前記風力タービンブレード（１００）が、新しい未使用の風力タービンブレードである、又は前記風力タービンブレード（１００）が、その表面が一新されている、若しくはその表面が一新されていない中古の風力タービンブレードである、請求項１に記載の方法。
- 前記ブレードプラグ（２）の前記外面（３）が、前記風力タービンブレード（１００）の前記外面（１０２）を拡大した面を表す、請求項１又は２に記載の方法。
- 前記ブレードプラグ（２）の前記外面（３）が、前記風力タービンブレード（１００）の前記外面（１０２）の一部について、前記外面の各点が、前記点の接平面に対して垂直な方向に所定の距離だけ増加しているという意味で拡大しており、前記距離が、任意で０．５〜５ｍｍ、例えば１．０〜４．５ｍｍ、例えば１．５〜４．０ｍｍ、例えば２．０〜３．５ｍｍ、例えば２．５〜３．０ｍｍである、請求項３に記載の方法。
- ステップｉ）で提供された前記ブレードプラグ（２）が、補強が行われる前記風力タービンブレード（１００）の少なくとも一部の複製であり、前記複製が、発泡ポリスチレン又は発砲ポリウレタンといった発泡材料を備え、任意で、前記ブレードプラグ（２）の長さ方向に沿って実質的に互いに平行に配置された複数の硬質リブが設けられ、前記ブレードプラグ（２）には、任意でガラス繊維強化ポリエステルの外層が設けられ、任意で１層以上のラッカーによって覆われている、請求項３に記載の方法。
- ステップｉ）で提供された前記ブレードプラグ（２）が、前記風力タービンブレード（１００）に対して行われる測定に基づいて作られているか、又は前記ブレードプラグ（２）が、前記風力タービンブレード（１００）の仕様データに基づいて作られており、前記ブレードプラグ（２）が、任意でＣＮＣフライス加工を含むプロセスによって用意されている、請求項５に記載の方法。
- ステップｉｉ）で用意された前記金型（４）が、繊維材料と硬化樹脂との組み合わせといった複合材料から作られる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
- 前記繊維材料が、それぞれ、ガラス繊維、アラミド繊維及び炭素繊維を備える群から選ばれており、且つ／又は前記樹脂が、それぞれ、ポリエステル、エポキシ及びポリビニルエステルを備える群から選ばれている、請求項７に記載の方法。
- ステップｉｉｉ）で用意された前記保護シェル（８）が、繊維材料と硬化樹脂との組み合わせといった複合材料から作られる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
- 前記繊維材料が、それぞれ、ガラス繊維、アラミド繊維及び炭素繊維を備える群から選ばれており、且つ／又は前記樹脂が、それぞれ、ポリエステル、エポキシ及びポリビニルエステルを備える群から選ばれている、請求項９に記載の方法。
- ステップｖｉｉ）で嵌合された前記保護シェル（８）の前記外面（１２）が、繊維材料を一切含まない硬化樹脂を備える、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
- ステップｉｉｉ）で用意された前記保護シェル（８）が、用意されるブレードプラグの基である前記風力タービンブレードの長さ方向の延在に対応する長さ方向の延在を有しているか、又はステップｉｉｉ）で用意された前記保護シェル（８）が、前記風力タービンブレード（１００）の先端から測定される、用意されるブレードプラグの基である前記風力タービンブレードの長さ方向の延在の１０％以上、例えば２０％以上、例えば４０％以上、例えば５０％以上に対応する、長さ方向の延在を有している、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
- ステップｉｉｉ）で用意された前記保護シェル（８）が、所望の最終的な大きさよりも大きく用意されており、前記保護シェル（８）の、コード方向に延在する過剰な材料が、その後、前記過剰な材料を取り除くようにトリミングされる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
- 前記保護シェル（８）が、その長さ方向（Ｘ）に、１〜１００ｍ、例えば２〜９５ｍ、例えば５〜９０ｍ、例えば１０〜８５ｍ、例えば１５〜８０ｍ、例えば２０〜７５ｍ、例えば２５〜７０ｍ、例えば３０〜６５ｍ、例えば３５〜６０ｍ、例えば４０〜５５ｍ又は４５〜５０ｍの延在を有している、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
- 前記保護シェル（８）が、その内面又は外面に対して垂直な方向に測定される、３５０μｍ以上、例えば４００μｍ以上、例えば４５０μｍ以上、例えば５００μｍ以上、例えば５５０μｍ以上、例えば６００μｍ以上又は６５０μｍ以上の範囲内の厚さを有している、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
- ステップｉｖ）で用意された前記拡大プラグ（１４）が、前記ブレードプラグ（２）の前記外面（３）の少なくとも一部に外側材料（１６）を追加することで用意される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
- ステップｉｖ）で用意された前記拡大プラグ（１４）が、前記ブレードプラグ（２）の前記外面（３）の少なくとも一部にシート状の外側材料（１６）を設けることで、又は充填剤及び任意でテフロン（登録商標）ライナーといったライナーを設けることで用意される、請求項１６に記載の方法。
- 前記シート型外側材料（１６）が、粘着によって前記ブレードプラグの外面に設けられる、請求項１７に記載の方法。
- 前記外側材料（１６）が、前記保護シェル（８）の厚さに対応する厚さを有している、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
- ステップｉ）及びステップｉｖ）で提供された前記ブレードプラグ（２）が、同じブレードプラグ又は異なるブレードプラグである、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
- ステップｖ）で用意された前記装着シェル（２０）が、繊維材料と硬化樹脂との組み合わせといった複合材料から作られる、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
- 前記繊維材料が、それぞれ、ガラス繊維、アラミド繊維及び炭素繊維を備える群から選ばれており、且つ／又は前記樹脂が、それぞれ、ポリエステル、エポキシ及びポリビニルエステルを備える群から選ばれている、請求項２１に記載の方法。
- ステップｖ）で用意された前記装着シェル（２０）が、ステップｉｉｉ）で用意された前記保護シェルの長さ方向の延在に対応する前記長さ方向（Ｘ）の延在を有している、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法。
- ステップｖ）で用意された前記装着シェル（２０）に対して、その外面（２４）において、前記装着シェルの剛性及び構造的完全性を向上させるため、且つ／又はステップｉｘ）で下方の前記保護シェル（８）に加わる様々な領域における力の度合いを制御するための、１つ以上の補強構造（２８）が設けられる、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の方法。
- 前記装着シェル（２０）が、その長さ方向に、１〜１００ｍ、例えば２〜９５ｍ、例えば５〜９０ｍ、例えば１０〜８５ｍ、例えば１５〜８０ｍ、例えば２０〜７５ｍ、例えば２５〜７０ｍ、例えば３０〜６５ｍ、例えば３５〜６０ｍ、例えば４０〜５５ｍ又は４５〜５０ｍの延在を有している、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ブレードプラグ（２）の前記外面（３）の寸法と、前記拡大プラグの前記外面（１８）の寸法と、前記保護シェル（８）の厚さとが、前記保護シェル（８）の前記内面（１０）が前記風力タービンブレード（１００）の前記外面（１０２）の少なくとも一部に嵌合するように、そして前記装着シェル（１４）の前記内面（２２）が前記保護シェル（８）の前記外面（１２）に嵌合するように、互いに適合する、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の方法。
- ステップｖｉ）で塗布された前記接着剤（２６）が、ポリウレタン接着剤、エポキシ又はアクリレートを備える群から選ばれる種類のものである、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の方法。
- ステップｖｉｉｉ）で、前記装着シェルが前記風力タービンブレードに粘着されることを回避するように、１つ以上の剥離ライナー（３０）が、前記保護シェル（８）と前記装着シェル（２０）との間に位置付けられる、請求項１〜２７のいずれか一項に記載の方法。
- ステップｖｉｉ）で、前記保護シェル（８）を唯一の一貫した要素として嵌合し、ステップｖｉｉｉ）で、前記装着シェル（２０）を１つの一貫した要素又は２つ以上の別々の要素として嵌合する、請求項１〜２８のいずれか一項に記載の方法。
- ステップｖｉｉｉで、前記装着シェル（２０）を２つ以上の別々の要素として嵌合し、これらの要素が前記唯一の一貫した要素から製造されており、この製造が、前記装着シェル（２０）の所定の長手方向位置において、その外面に剥離ライナーを設け、ガラス繊維強化ポリエステルといった繊維強化ポリマーを、前記剥離ライナーに亘って且つ前記ライナーの一方縁から離間して鋳造することにより、繊維強化ポリマーの重複部分を形成し、その後、繊維強化ポリマーの前記重複部分を切断することなく、前記装着シェル（２０）を前記ライナーの前記一方縁の位置で切断することによるものである、請求項２９に記載の方法。
- ステップｖｉｉ）、ｖｉｉｉ）及びｉｘ）、そして任意でステップｖｉ）が、製造又は修理施設といった地上において、又は、例えば陸上若しくは海上の風力タービンにおける風力タービンロータのハブに装着される風力タービンブレード（１００）そのものにおいて、又は、前記風力タービンの場所の地上において行われる、請求項１〜３０のいずれか一項に記載の方法。
- ステップｉｘ）が、前記風力タービンブレード（１００）、前記保護シェル（８）及び前記装着シェル（２０）の周囲に１つ以上のストラップ（３２）を配置し、その後、前記１つ以上のストラップ（３２）を所定時間締めることで行われる、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ストラップ（３２）が、それぞれ、０．１〜３．０メートル、例えば０．２〜２．９メートル、例えば０．３〜２．８メートル、例えば０．４〜２．７メートル、例えば０．５〜２．６メートル、例えば０．６〜２．５メートル、例えば０．７〜２．４メートル、例えば０．８〜２．３メートル、例えば０．９〜２．２メートル、例えば１．０〜２．１メートル、例えば１．１〜２．０ｍ、例えば１．２〜１．９ｍ、例えば１．３〜１．８ｍ、例えば１．４〜１．７ｍ又は１．５〜１．６ｍだけ互いに離間して、前記風力タービンブレードの前記長さ方向（Ｘ）に沿って配置されている、請求項３２に記載の方法。
- ステップｉｘ）が、前記保護シェル（８）と前記装着シェル（２０）との間に膨張していない膨張式バッグ（３８）を配置して、膨張している前記膨張式バッグ（３８）によって、前記保護シェル（８）の前記外面（１２）に加わる前記力を提供することで行われる、請求項１〜３３のいずれか一項に記載の方法。
- ステップｘ）が、前記接着剤（２６）の硬化速度を向上させるように、前記装着シェルの前記外面といった前記装着シェルの近傍に、１つ以上の加熱マントルといった加熱手段を設けることで行われる、請求項１〜３４のいずれか一項に記載の方法。
- 前記風力タービンブレード（１００）の少なくとも前部（１０４）の前記外面（１０２）に対して、ステップｖｉ）の前に、洗浄、研磨、並びに／又は前記接着剤及び延いては前記保護シェル（８）の接着を向上させるための他の種類の処置が行われる、請求項１〜３５のいずれか一項に記載の方法。
- 前記保護シェル（８）の前記縁（１３）が、その前記外面（１２）からその前記内面（１０）に向かって先細になっていることから、前記風力タービンブレード（１００）上に円滑な移行領域が設けられる、請求項１〜３６のいずれか一項に記載の方法。
- 風力タービンの非運転時間の頻度及び／又は長さを削減する方法であって、請求項１〜３７のいずれか一項の方法に従って補強された風力タービンブレード（１００）を含む前記風力タービンを提供することを含む方法。
- 保護シェル（８）と装着シェル（２０）とを備える部品一式であって、前記保護シェル（８）が、請求項１〜３８のいずれか一項に示すステップｉ）、ｉｉ）及びｉｉｉ）に従って用意されており、前記装着シェル（２０）が、請求項１〜３８のいずれか一項に示すステップｉ）、ｉｖ）及びｖ）に従って用意されている部品一式。
- 膨張式エアバッグ（３８）を更に備える、請求項３９に記載の部品一式。
- 前記保護シェル（８）が、らせんを画成するリールとして存在する、請求項３９又は４０に記載の部品一式。
- 請求項３９〜４１のいずれか一項に定義された保護シェル（８）。
- 請求項３９に定義された装着シェル（２０）。
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