JP2021525336A

JP2021525336A - 風力タービンブレードの前縁を修理する方法

Info

Publication number: JP2021525336A
Application number: JP2020567556A
Authority: JP
Inventors: レオンマーティン; リースニッケルスンピーザ
Original assignee: / Siemens Gamesa Renewable Energy AS; Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: / Siemens Gamesa Renewable Energy AS; Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2018-06-04
Filing date: 2019-05-14
Publication date: 2021-09-24
Also published as: US20210231108A1; CN112166248A; EP3578806A1; AU2019281815A1; EP3781810A1; WO2019233715A1

Abstract

風力タービンブレードの前縁を修理する方法を示す。当該方法では、風力タービンブレードの前縁の腐食した表面に接着剤を被着して、風力タービンブレードの前縁の幾何学形状を実質的に回復させる。その後、前縁防護シェルを前縁に被着し、これにより前縁防護シェルを、腐食した表面に、腐食した表面と前縁防護シェルとの間の接着剤のみでもって付着させる。この場合、前縁防護シェルの形状は、前縁の空力的な外側プロファイルに対応している。好適には、軟質ポリマ前縁防護シェルを取り付けるために、２成分シラン変性ポリマ接着剤が用いられる。

Description

本発明は概して、風力タービンコンポーネントの修理、特に風力タービンブレードの前縁を修理する方法に関する。

今日ではブレード等のいくつかの風力タービンコンポーネントは、繊維強化プラスチック複合材料から製造されている。このような風力タービンのコンポーネントの表面および特にロータブレードの前縁の腐食は、運転中に生じることが知られている。タービンブレードの前縁の腐食は、ブレードの効率ひいてはタービンにより出力される動力を低下させる。

洋上風力タービンの風力タービンロータブレードおよび陸上風力タービンの風力タービンロータブレードは両方共特に、周囲の風に含まれる粒子または液滴がブレードにぶつかった時に生じる摩滅により変質させられ、その結果、風力タービンロータブレードの前縁が劣化することになる。粒子および液滴は、周囲の風の中に存在しており、塵埃、雨、降雪等から生じ、衝突摩擦により風力タービンブレードの前縁の腐食を生ぜしめ、その結果、ブレードの空力的な効率ひいては風力タービンの最大出力動力を低下させる。

タービンブレードの腐食は、繊維強化積層構造の内部を侵食し、タービンブレードの修理を要する深刻な故障を招く恐れがあり、このことはタービンオペレータにとって極めて手間がかかる可能性があり、変質させられた風力タービンの少なからぬ動作不可能時間を伴い、変質させられたコンポーネントの取外しおよび修理工場への運搬が必要になることがある。

これが、一般に陸上および洋上風力タービンの風力タービンロータブレードの前縁において表面システムが予測される理由である。

修理手順は、典型的には前縁の表面の回復、すなわち充填材による前縁の空力的な形状の再形成を含む。充填材を用いて前縁の表面を修理した後で、ポリマ材料から製造された防護シェルまたはシールドが、風力タービンブレードの前縁に取り付けられる。防護シェルは、ブレードシェルの腐食を防ぎ、代わりに腐食することを目的としたものである。しかしながら、従来の修理方法により行われる前縁回復プロセスは、積層損傷部の手動での貼り合わせ、および充填材の被着ならびにトップコート系の塗布を必要とする。積層部およびトップコートのこの復元には極めて手間がかかる可能性がある。それというのも、このことは典型的には、作業に必要とされる長時間のタービン動作不可能時間および人力を意味する、修理材料の数回の硬化サイクルを含むためである。

したがって本発明の目的は、正確でひいては防護シェル装着前の前縁の回復を必要としない、風力タービン設置現場で実施可能な、風力タービンブレードの前縁を修理する方法を提供することにある。

前記目的は、本技術の請求項１記載の風力タービンブレードの前縁を修理する方法により達成される。本技術の有利な実施形態は、各従属請求項に記載されている。

本技術では、風力タービンブレードの前縁を修理する方法を示す。当該方法は、好適には、風力タービンのいずれのコンポーネントも取り外されること無しに、風力タービンの設置現場において実施される。当該方法では、風力タービンブレードの前縁の腐食した表面に接着剤を被着して、風力タービンブレードの前縁の幾何学形状を実質的に回復させる。その後、前縁防護シェルを前縁に被着し、これにより前縁防護シェルを、腐食した表面に、腐食した表面と前縁防護シェルとの間の接着剤のみでもって付着させる。この場合、前縁防護シェルの形状は、前縁の空力的な外側プロファイルに対応している。好適には、軟質ポリマ前縁防護シェルを取り付けるために、２成分シラン変性ポリマ接着剤(two component modified-silane polymer adhesive)が用いられる。

上述した本技術による方法は、いくつかの利点を有している。第１に、接着剤を被着する前の、貼り合わせおよび充填材による前縁の回復が不要であるため、簡単で時間がかからず、費用対効果が高い。接着剤は、２つの機能を有している。第１に、接着剤は前縁の幾何学形状を概ね回復するための充填材として作用する、すなわち、腐食の結果として前縁の表面に形成されたリセスまたはへこみが接着剤によりふさがれ、第２に、接着剤は前縁の表面と防護シェルとの間を接着する作用物質として作用する。損傷した表面の形状を、空力的な形状に完全に修復する必要はない。それというのも前縁のこの機能は、予備成形された空力的な形状を有すると共にさらに前縁に取り付けられた後に前縁の形状に適合する防護シェルにより修復されるからである。さらに、当該方法は簡単でありひいては風力タービンを取り外すこと無しに風力タービンの設置現場で実施可能であるため、当該方法は、風力タービンの動作不可能時間を減じる。

本技術の上述した特性および他の特徴および利点ならびにこれらを達成する方法は、添付の図面に関連した本技術の実施形態の以下の説明を参照することにより、より一層明確になると共に、本技術自体も、より良好に理解されるであろう。

風力タービンの設置現場において、修理されるべきコンポーネントが風力タービンから取り外されること無しに本技術による修理方法が適用される風力タービンロータブレードを有する風力タービンを示す概略図である。本技術による修理方法が適用される風力タービンロータブレードを示す概略図である。損傷していないブレードの前縁の幾何学形状を示す、風力タービンブレードの概略横断面図である。風力タービンブレードの前縁の腐食した表面を示す、風力タービンブレードの概略横断面図である。接着剤が被着され、ブレードの幾何学形状が実質的に回復した、図４に示した風力タービンブレードの概略横断面図である。本技術の方法に用いられる前縁防護シェルを示す概略図である。本技術の方法により修理された前縁を示す概略図である。

以下に、本技術の上述した特徴および別の特徴を詳細に説明する。図面を参照して説明する異なる実施形態において、同じ参照番号は、全体的に同じ要素を参照するために用いられる。以下の説明では、１つ以上の実施形態の完全な理解をもたらすために、説明の目的で多数の独特の詳細が示されている。図示の実施形態は、説明を意図したものであり、本発明を限定するものではないということに留意されたい。このような実施形態は、前記独特の詳細無しでも実施され得るということが明白であってよい。

図１には、本技術の風力タービン１００の１つの例示的な実施形態が示されている。風力タービン１００は、基礎（図示せず）に取り付けられたタワー１２０を有している。タワー１２０の先端にはナセル１２２が、ヨー軸受およびヨーモータ等のヨー角調節機構１２１によりタワー１２０に対して回転可能に取り付けられている。ヨー角調節機構１２１は、タワー１２０の長手方向延在部に対して整列させられたヨー軸線と呼ばれる鉛直方向軸線（図示せず）を中心としてナセル１２２を回転させるように働く。ヨー角調節機構１２１は、風力タービン１００の運転中にナセル１２２を回転させ、風力タービン１００がさらされている目下の風向きにナセル１２２が適切に整合させられる、ということを保証する。

風力タービン１００はさらにロータ１１０を有しており、図１の透視図では２つのロータブレード１０しか見えないが、ロータ１１０は、少なくとも１つのロータブレード１０、一般に３つのロータブレード１０を有している。これらのロータブレード１０のうちの１つが図２に概略的に示されている。ロータ１１０は、回転軸線１１０ａを中心として回転可能である。以下でブレード１０のうちの１つを参照する場合に複数のブレード１０またはブレード１０とも呼ぶロータブレード１０は、一般にハブ１１２とも呼ばれる駆動カラー１１２に取り付けられている。ハブ１１２は、主軸受（図示せず）により、ナセル１２２に対して回転可能に取り付けられている。ハブ１１２は、回転軸線１１０ａを中心として回転可能である。ブレード１０はそれぞれ、回転軸線１１０ａに対して半径方向に延在しており、翼区間２０を有している。

ハブ１１２と各ロータブレード１０との間には、ブレード１０の長手方向軸線（図示せず）を中心とした各ブレード１０の回転によりブレード１０のブレードピッチ角を調節するために、ブレード調節機構１１６が設けられている。各ブレード１０の長手方向軸線は、各ブレード１０の長手方向延在部に対して実質的に平行に整列されている。ブレード調節機構１１６は、各ブレード１０のブレードピッチ角を調節するように働く。

風力タービン１００は、主軸部１２５を有しており、主軸部１２５は、ロータ１１０、特にハブ１１２を、ナセル１２２内に収容された発電機１２８に回転可能に結合している。ハブ１１２は、発電機１２８のロータに結合されている。風力タービン１００の１つの例示的な実施形態（図示せず）では、ハブ１１２は、発電機１２８のロータに直接に結合されており、よってこの風力タービン１００は、直接駆動式のギヤ無し風力タービン１００と呼ばれる。図１に示した例示的な実施形態のような１つの択一例として、風力タービン１００は、ナセル１２２内に設けられたギヤボックス１２４を有しており、主軸部１２５はハブ１１２を、ギヤボックス１２４を介して発電機１２８に結合しており、これによりこの風力タービン１００は、ギヤ付き風力タービン１００と呼ばれる。さらに、例えば風力タービンに本技術の修理方法が適用される場合に風力タービン１００の運転を停止させるために、または例えば極めて強い風の場合および／または緊急事態の場合にロータ１１０の回転速度を低下させるために、ブレーキ１２６が設けられている。

風力タービン１００はさらに、風力タービン１００を所望の運転パラメータで運転するための制御システム１５０を有している。風力タービン１００はさらに、制御機構１５０に入力を提供する様々なセンサ、例えば回転速度センサ１４３、電力センサ１４４、角度センサ１４２等または風力タービン１００を最適に運転するための、風力タービン１００の別のコンポーネントを有していてよい。

さらに図２に示すように、ロータブレード１０は、根元１１ａを有する根元区間１１と、翼区間２０とを有している。一般に、ロータブレード１０は根元区間１１と翼区間２０との間に移行区間９０を有している。ロータブレード１０はショルダ１８を有しており、ショルダ１８は、弦線１７が最大弦長を有している所、すなわち図２の例では根元１１ａの近くに図示された弦線１７の所のロータブレード１０の区間である。以下、翼２０とも呼ばれる翼区間２０は、先端１２ａを有する先端区間１２を有している。根元１１ａと先端１２ａとは、ロータブレード１０の形状に従ったロータブレード１０の翼長６により隔てられている。図２および図３に示すように、ロータブレード１０は、前縁１４および後縁１３を有している。

風力タービン１００において、ブレード１０は、ブレード１０の外面を形成するブレードシェル２２を有している。風力タービン１００のブレード１０は、別個に製造されてから互いに組み合わされてブレード１０を形成する風下シェルと風上シェルとを有する「バタフライブレード」構造を有していてよいか、またはバタフライブレード構造とは異なり風下シェルと風上シェルとが別個には製造されない、よく知られたジーメンス社の「インテグラルブレード」構造を有していてよい。インテグラルブレード構造では、シェル全体が一体型シェルとして１つの部分で製造されており、したがって別個に製造された風下側および風上側を有することはない。シェルは、外部環境にさらされる表面２２ａを有している。

図４には、腐食した表面１４ｅ、すなわち前縁１４の、損傷または腐食した１つの領域を有する前縁１４が概略的に示されている。図５に示すように、前縁１４を修理するための本技術の方法では、腐食した表面１４ｅに接着剤３０が被着されており、好適にはシェル２２の表面２２ａにおいて腐食した表面１４ｅの周囲の領域に延在している。この段階で、接着剤３０は充填材として作用し、腐食の結果として形成されたへこみまたはリセスをふさぐ。接着剤３０は、前縁１４において腐食した表面１４ｅをふさぎ、これにより前縁１４の実質的な幾何学形状が回復される、すなわち換言すると、前縁１４は概ねギザ無し状態と同様に形作られる。その後、図６に示すような前縁防護シェル４０が、予め被着された接着剤３０を有する前縁１４に被着される。前縁防護シェル４０の１つの形状は、前縁１４の空力的な外側プロファイルに対応している、または換言すると、前縁防護シェル４０の外形は、空力的でありかつ非損傷状態の前縁１４の形状、例えば図３に示した形状に対応している。図７に示すように、接着剤３０は、前縁防護シェル４０の内面４２（図６に図示）と、前縁１４の腐食した表面１４ｅとに付着して硬化した後に、前縁防護シェル４０を、風力タービンブレード１０の前縁１４に保持する。前縁防護シェル４０は腐食した表面１４ｅに、腐食した表面１４ｅと前縁防護シェル４０との間の接着剤３０のみでもって付着している、または換言すると、腐食した表面１４ｅと前縁防護シェル４０との間に他の充填材は存在しない、ということに留意されたい。

前縁防護シェル４０の材料と適合性がありかつ充填材としても接着剤としても作用し得る全ての適当な接着剤が、本技術に使用されてよい。本技術の１つの実施形態では、当該方法に用いられる接着剤３０は、シラン変性ポリマ（ＭＳポリマ）であり、好適には２成分ＭＳポリマ材料である。当該方法に用いられる前縁防護シェル４０は、軟質ポリマシェル、例えばポリウレタンを含むシェルであり、予備成形された空力的な形状を有しているが、風力タービンブレード１０の前縁１４にフレキシブルに取り付けられる。

いくつかの実施形態を参照して本技術を詳細に説明したが、本技術はこれらの厳密な実施形態に限定されるものではないということを認識されたい。

Claims

風力タービンブレード（１０）の前縁（１４）を修理する方法（１）であって、
前記風力タービンブレード（１０）の前記前縁（１４）の幾何学形状を実質的に回復させるために、前記風力タービンブレード（１０）の前記前縁（１４）の腐食した表面（１４ｅ）に接着剤（３０）を被着するステップと、
前縁防護シェル（４０）を前記前縁（１４）に被着するステップであって、前記前縁防護シェル（４０）を、前記腐食した表面（１４ｅ）に、該腐食した表面（１４ｅ）と前記前縁防護シェル（４０）との間の前記接着剤（３０）のみでもって付着させる、ステップと、
を含み、
前記前縁防護シェル（４０）の形状は、前記前縁（１４）の空力的な外側プロファイルに対応している、
方法（１）。
前記接着剤（３０）は、シラン変性ポリマである、請求項１記載の方法（１）。
前記シラン変性ポリマは、２成分接着剤である、請求項２記載の方法（１）。
前記防護シェルは、軟質ポリマシェルである、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法（１）。
前記ポリマは、ポリウレタンを含んでいる、請求項４記載の方法（１）。
当該方法は、前記風力タービンの設置現場で実施される、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法（１）。