JP2023011495A - 風力タービンブレードアセンブリおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】風力タービンブレードアセンブリおよび風力タービンブレードアセンブリを提供するための方法を提供する。【解決手段】本発明は、根元部分を有するブレードと、ブレード根元フランジとを備える、風力タービン用のブレード根元アセンブリを開示する。ブレード根元部分は、締結具を受け入れてブレード根元部分を風力タービンロータハブと結合するように構成された複数のレセプタクルを備える。【選択図】図３

Description

本開示は、風力タービンブレードアセンブリおよび風力タービンブレードアセンブリを提供するための方法に関し、より詳細には、ブレード根元フランジを備える風力タービンブレードアセンブリに関する。

風力タービンは、風力を電気に変換するために広く使用されている。生成された電気は、送電網および対象の消費者に供給することができる。風力タービンは、一般に、上部にナセルが装着されたタワーを備える。ロータハブおよび複数のブレードを備えるロータは、一般に、前記ナセルに装着され、ロータとナセルとの間の回転可能な結合を画定する。複数のブレードは、生成された風の空気力を使用して回転シャフトに対して正味の正のトルクを発生し、機械的動力を発生し、これは後に発電機で電気に変換される。

ブレードは、ロータハブに直接接続されてもよいし、ピッチ軸受を通して接続されてもよい。ピッチシステムは、その長手方向軸に沿ってブレードを回転させることができ、流入空気流に対する風力タービンブレードの迎え角の修正を可能にする。これにより、ブレードに作用する空気力を制御することができる。

風力タービンは、過去数十年にわたって急速に進化しており、サイズが増大する傾向が明らかである。風力タービンによって生成される電力は、ロータの掃引面積に比例し、したがってブレードの長さの２乗に比例する。したがって、より高いタワーおよびより長いブレードは、風からより多くのエネルギーを抽出することを目的として実装されており、より高い発電量をもたらす。長年にわたるサイズの増加は、風力タービン構成要素に作用する負荷の大幅な増加をもたらし、とりわけ機械、電気、材料、および土木工学を含む広範囲の分野に対する新たな課題を提起している。

典型的には、ブレードは、複合材料、すなわち樹脂で互いに結合され、硬化して固化することができる強化繊維から作製される。ガラス繊維－エポキシなどの複合材料、または他の組み合わせは、ブレードの総重量を減少させるが、それらは固着固定機構をロータハブに提供するための構造的完全性を有さない場合があり、締結具、例えばボルトが直接結合される場合がある。したがって、風力タービンブレードは、一般に、ブレードの長手方向軸に平行な方向にブレード根元に埋め込まれた金属インサート、レセプタクル、またはブッシングを備える。これらのインサートは、ロータハブ（またはピッチ軸受）とブレードとの間の確実な接続を達成するために、スタッド、ボルト、またはロッドなどの締結具と組み合わせることができる。しかし、ロータハブへの風力タービンブレード装着プロセスを容易にするために、ブレード根元部分を円形に維持し、ブレード根元が接続されるロータハブの対応部分の幾何学的形状と一致させることが非常に重要である。

風力タービンの複合ブレードの製造プロセス中、単一の成形ステップで完全なブレードを製造するか、または２つの半体を共に接合し、比較的迅速に金型からそれらを取り外すことが一般的に行われている。これらの状況下では、ブレードが金型から取り出されるときに樹脂が完全に硬化されていない可能性があり、得られたブレードは依然として比較的柔らかい場合がある。さらに、ブレードが風力タービンに設置される前に、ブレードの最終的な幾何学的形状を変える可能性がある他の要因がある。複合材料は、硬化中に収縮挙動を示し、長期間のブレード保管は、ブレードの自重に起因してブレードに作用する大きな持続力をもたらす。実際、ブレード根元部分に作用するブレード自体の重量力は、円形ブレード根元装着面の楕円化をもたらし得ることが分かっている。

ブレードの、より正確にはブレード根元部分の前記潜在的な変形は、ブレード装着プロセスがプロセスを時間的に延長するのを妨げる可能性がある。さらに、ブレード根元の楕円化はまた、ロータハブへの確実性の低い接続をもたらす可能性があり、特定の締結具は、ブレードの長手方向軸に平行な方向と完全に位置合わせされない場合がある。

本開示は、前述の欠点のいくつかを少なくとも部分的に克服する方法およびシステムを提供する。

本開示の一態様では、風力タービン用のブレードアセンブリが提供される。風力タービンブレードアセンブリは、ブレード根元部分を含むブレードと、ブレード根元フランジとを備え、ブレード根元部分は、ブレード根元部分に埋め込まれた複数のレセプタクルを備える。レセプタクルは、ハブ締結具を受け入れてブレード根元部分をロータハブに結合するように構成され、ブレード根元フランジは、レセプタクルを通してブレード根元部分に結合される。

この態様によれば、ブレード根元フランジが、ハブ締結具を受け入れるのに適した同じレセプタクルを通してブレード根元部分に結合されるという事実は、ブレード根元部分の厚さを低減したコンパクトなブレード根元設計を可能にする。代替形態と比較してブレード根元部分の厚さを低減することにより、ブレードの重量を低減することができる。前述のように、重量の低減は、それ自体の重量に起因してブレードに作用する力の減少を表し、これは、保管中におけるブレードの変形およびブレード根元の楕円化にかなりの影響を及ぼすことが分かっている。

さらに、このようにして、フランジとブレード根元との間の接続は、後にハブ締結具が導入される同じ場所と位置合わせされ、したがってブレードをロータハブに装着する間の位置ずれの問題を大幅に低減することができる。

本開示のさらなる態様では、風力タービンブレードアセンブリが提供され、アセンブリは、ブレード根元部分を含むブレードと、ブレード根元フランジと、ブレード根元フランジをブレード根元部分に接続するための複数の締結具とを備え、ブレード根元部分は、ブレード根元部分に埋め込まれた複数のレセプタクルを備える。レセプタクルは、締結具を受け入れてブレード根元フランジをブレード根元部分と接続するように構成される。

追加の態様では、風力タービンアセンブリを提供するための方法が提供される。方法は、ブレード根元フランジを設けることと、風力タービンブレードの根元部分において複数の埋め込みレセプタクルを繊維強化複合材料で作製されたブレードに設けることと、ブレードの根元部分に対してブレード根元フランジを位置決めすることと、１つまたは複数のフランジ締結具をレセプタクルに結合し、ブレード根元フランジを風力タービンブレードに結合することとを含む。

この追加の態様によれば、この方法は、当技術分野で知られているように、メトリックボルトを使用してブレード根元部分をさらに穿孔することなく、フランジをブレード根元に結合することを可能にする。さらに、方法は、ブレード根元フランジと、後にハブ締結具を受け入れる埋め込みレセプタクルとの間の直接的な位置合わせを提供する。

本発明の実施形態のさらなる目的、利点、および特徴は、説明を検討することによって当業者に明らかになるか、または本発明の実践によって習得され得る。

本開示を通して、本明細書に開示される様々な例に関して、ハブ締結具は、ブレード根元部分をロータハブ、ロータハブエクステンダ、ピッチ軸受、またはロータハブの任意の他の要素に直接結合することができることに留意されたい。すなわち本開示は、１つまたは複数のさらなる構成要素を通したブレードとハブの直接接続ならびにブレードとハブの間接接続の両方を包含することを目的とする。

風力タービンの一例の斜視図を概略的に示す図である。 風力タービンのハブおよびナセルの例を示す図である。 風力タービンブレードアセンブリの一例の分解図を概略的に示す図である。 平面Ａ－Ａ’を通る異なる締結具を備える、図３の風力タービンブレードアセンブリの断面の詳細図を概略的に示す図である。 平面Ａ－Ａ’を通る風力タービンブレードアセンブリの別の例の断面の詳細分解図を概略的に示す図である。 平面Ａ－Ａ’を通る風力タービンブレードアセンブリのさらに別の例の断面の詳細分解図を概略的に示す図である。 風力タービンブレードアセンブリを提供するための方法の一例のフローチャートを概略的に示す図である。

ここで、本発明の実施形態を詳細に参照するが、その１つまたは複数の例が図面に示されている。各例は、本発明の限定としてではなく、本発明の例示として提供されている。実際、本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく、本発明において様々な修正および変更が行われ得ることは、当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または記載された特徴は、またさらなる実施形態をもたらすために、別の実施形態と共に使用することができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内で行われる、このような改変および変形を網羅することが意図される。

図１は、風力タービン１０の一例の斜視図である。この例では、風力タービン１０は、水平軸風力タービンである。あるいは、風力タービン１０は、垂直軸風力タービンであってもよい。この例では、風力タービン１０は、地面１２上の支持システム１４から延びるタワー１５と、タワー１５に装着されたナセル１６と、ナセル１６に結合されたロータ１８とを含む。ロータ１８は、回転可能なハブ２０と、ハブ２０に結合され、ハブ２０から外側に延びる少なくとも１つのロータブレード２２とを含む。この例では、ロータ１８は、３つのロータブレード２２を有する。代替の実施形態では、ロータ１８は、３つよりも多いまたは少ない数のロータブレード２２を含む。タワー１５は、支持システム１４とナセル１６との間に空洞（図１には図示せず）を画定するために管状鋼から製作することができる。代替の実施形態では、タワー１５は、任意の適切な高さを有する任意の適切なタイプのタワーである。代替形態によれば、タワーは、コンクリート製の部分および管状鋼部分を備えるハイブリッドタワーであってもよい。また、タワーは、部分的または完全な格子タワーであってもよい。

ロータブレード２２は、ロータ１８の回転を容易にし、運動エネルギーが風から使用可能な機械的エネルギー、続いて電気エネルギーに伝達され得るように、ハブ２０の周りに離間して配置され得る。ロータブレード２２は、ブレード根元部分２４を複数の負荷伝達領域２６でハブ２０に結合することによって、ハブ２０に嵌合される。負荷伝達領域２６は、ハブ負荷伝達領域およびブレード負荷伝達領域（両方とも図１には図示せず）を有してもよい。ロータブレード２２に誘導された負荷は、負荷伝達領域２６を介してハブ２０に伝達される。

例では、ロータブレード２２は、約１５メートル（ｍ）～約９０ｍ以上の範囲の長さを有することができる。ロータブレード２２は、風力タービン１０が本明細書で説明するように機能することを可能にする任意の適切な長さを有してもよい。例えば、ブレード長さの非限定的な例は、２０ｍ以下、３７ｍ、４８．７ｍ、５０．２ｍ、５２．２ｍ、または９１ｍを超える長さを含む。風が風向２８からロータブレード２２に当たると、ロータ１８は、ロータ軸３０を中心に回転する。ロータブレード２２が回転して遠心力を受けると、ロータブレード２２も様々な力およびモーメントを受ける。したがって、ロータブレード２２は、中立位置または非偏向位置から偏向位置に偏向および／または回転することができる。

さらに、ロータブレード２２のピッチ角、すなわち、風向に対するロータブレード２２の向きを決定する角度は、ピッチシステム３２によって変更され、風ベクトルに対する少なくとも１つのロータブレード２２の角度位置を調整することによって、風力タービン１０によって生成される負荷および電力を制御することができる。ロータブレード２２のピッチ軸３４もまた、示されている。風力タービン１０の動作中、ピッチシステム３２は、ロータブレード（の一部）の迎え角が低減されるようにロータブレード２２のピッチ角を特に変更することができ、これにより回転速度の低減を容易にし、かつ／またはロータ１８の失速を容易にする。

この例では、各ロータブレード２２のブレードピッチは、風力タービンコントローラ３６またはピッチ制御システム８０によって個々に制御される。あるいは、すべてのロータブレード２２についてのブレードピッチは、前記制御システムによって同時に制御されてもよい。

さらに、この例では、風向２８が変化するにつれて、ナセル１６のヨー方向をヨー軸３８を中心に回転させ、風向２８に対してロータブレード２２を位置決めすることができる。

この例では、風力タービンコントローラ３６はナセル１６内に集中しているように示されているが、風力タービンコントローラ３６は、風力タービン１０全体、支持システム１４上、風力発電基地内、および／または遠隔制御センターにおいて分散したシステムであってもよい。風力タービンコントローラ３６は、本明細書に記載の方法および／またはステップを実施するように構成されたプロセッサ４０を含む。さらに、本明細書に記載の他の構成要素の多くは、プロセッサを含む。

本明細書で使用される場合、「プロセッサ」という用語は、従来技術においてコンピュータと呼ばれている集積回路に限定されず、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路、および他のプログラマブル回路を広く指し、これらの用語は、本明細書では互換的に使用される。プロセッサおよび／または制御システムはまた、メモリ、入力チャネル、および／または出力チャネルを含むことができることを理解されたい。

図２は、風力タービン１０の一部の拡大断面図である。この例では、風力タービン１０は、ナセル１６と、ナセル１６に回転可能に結合されたロータ１８とを含む。より具体的には、ロータ１８のハブ２０は、主シャフト４４、ギアボックス４６、高速シャフト４８、およびカップリング５０によって、ナセル１６内に位置決めされた電気発電機４２に回転可能に結合される。この例では、主シャフト４４は、ナセル１６の長手方向軸（図示せず）と少なくとも部分的に同軸に配置される。主シャフト４４の回転はギアボックス４６を駆動し、ギアボックス４６は、ロータ１８および主シャフト４４の比較的遅い回転運動を高速シャフト４８の比較的速い回転運動に転換することによって、その後高速シャフト４８を駆動する。後者は、カップリング５０の助けを借りて電気エネルギーを生成するために発電機４２に接続される。さらに、４００Ｖ～１０００Ｖの電圧を有する発電機４２によって生成された電気エネルギーを中電圧（１０～３５ｋＶ）を有する電気エネルギーに変換するために、変圧器９０および／もしくは適切な電子機器、スイッチ、ならびに／またはインバータをナセル１６に配置することができる。前記電気エネルギーは、電力ケーブルを介してナセル１６からタワー１５に伝導される。

ギアボックス４６、発電機４２、および変圧器９０は、ナセル１６の主支持構造フレームによって支持されてもよく、任意選択で主フレーム５２として具現化されてもよい。ギアボックス４６は、１つまたは複数のトルクアーム１０３によって主フレーム５２に接続されたギアボックスハウジングを含むことができる。この例では、ナセル１６はまた、主前方支持軸受６０および主後方支持軸受６２を含む。さらに、発電機４２は、特に発電機４２の振動が主フレーム５２に導入され、それによってノイズ放出源を引き起こすことを防止するために、分離支持手段５４によって主フレーム５２に装着されてもよい。

任意選択で、主フレーム５２は、ロータ１８およびナセル１６の構成要素の重量、ならびに風および回転負荷によって引き起こされる負荷全体を担持し、さらに、これらの負荷を風力タービン１０のタワー１５に導入するように構成される。ロータシャフト４４、発電機４２、ギアボックス４６、高速シャフト４８、カップリング５０、ならびに、限定はしないが、支持体５２、前方支持軸受６０、および後方支持軸受６２を含む任意の関連する締結、支持、および／または固着デバイスは、ドライブトレイン６４と呼ばれることがある。

いくつかの例では、風力タービンは、ギアボックス４６のない直接駆動風力タービンであってもよい。発電機４２は、直接駆動風力タービンにおけるロータ１８と同じ回転速度で動作する。したがって、それらは一般に、ギアボックスを有する風力タービンと同様の量の電力を提供するために、ギアボックス４６を有する風力タービンで使用される発電機よりもはるかに大きい直径を有する。

ナセル１６はまた、ヨー軸３８を中心にナセル１６、ひいてはロータ１８を回転させ、風向２８に対するロータブレード２２の視点を制御するために使用することができるヨー駆動機構５６を含むことができる。

風向２８に対して適切にナセル１６を位置決めするために、ナセル１６はまた、風向計および風速計を含み得る少なくとも１つの気象測定システム５８を含むことができる。気象測定システム５８は、風向２８および／または風速を含み得る情報を風力タービンコントローラ３６に提供することができる。この例では、ピッチシステム３２は、ハブ２０内にピッチアセンブリ６６として少なくとも部分的に配置される。ピッチアセンブリ６６は、１つまたは複数のピッチ駆動システム６８と、少なくとも１つのセンサ７０とを含む。各ピッチ駆動システム６８は、ピッチ軸３４に沿ってロータブレード２２のピッチ角を変調するために、それぞれのロータブレード２２（図１に示す）に結合される。３つのピッチ駆動システム６８のうちの１つのみが、図２に示されている。

この例では、ピッチアセンブリ６６は、ピッチ軸３４を中心にそれぞれのロータブレード２２（図１に示す）を回転させるために、ハブ２０およびそれぞれのロータブレード２２に結合された少なくとも１つのピッチ軸受７２を含む。ピッチ駆動システム６８は、ピッチ駆動モータ７４と、ピッチ駆動ギアボックス７６と、ピッチ駆動ピニオン７８とを含む。ピッチ駆動モータ７４は、ピッチ駆動モータ７４が機械的力をピッチ駆動ギアボックス７６に付与するように、ピッチ駆動ギアボックス７６に結合される。ピッチ駆動ギアボックス７６は、ピッチ駆動ピニオン７８がピッチ駆動ギアボックス７６によって回転されるように、ピッチ駆動ピニオン７８に結合される。ピッチ軸受７２は、ピッチ駆動ピニオン７８の回転がピッチ軸受７２の回転を引き起こすように、ピッチ駆動ピニオン７８に結合される。

ピッチ駆動システム６８は、風力タービンコントローラ３６からの１つまたは複数の信号の受信時にロータブレード２２のピッチ角を調整するために風力タービンコントローラ３６に結合される。この例では、ピッチ駆動モータ７４は、ピッチアセンブリ６６が本明細書で説明するように機能することを可能にする電力および／または油圧システムによって駆動される任意の適切なモータである。あるいは、ピッチアセンブリ６６は、限定はしないが、油圧シリンダ、ばね、および／またはサーボ機構などの任意の適切な構造、構成、配置、および／または構成要素を含むことができる。特定の実施形態では、ピッチ駆動モータ７４は、ハブ２０の回転慣性および／またはエネルギーを風力タービン１０の構成要素に供給する蓄積エネルギー源（図示せず）から抽出されたエネルギーによって駆動される。

ピッチアセンブリ６６はまた、特定の優先状況の場合、および／またはロータ１８の過速度中、風力タービンコントローラ３６からの制御信号に従ってピッチ駆動システム６８を制御するための１つまたは複数のピッチ制御システム８０を含むことができる。この例では、ピッチアセンブリ６６は、風力タービンコントローラ３６から独立してピッチ駆動システム６８を制御するために、それぞれのピッチ駆動システム６８に通信可能に結合された少なくとも１つのピッチ制御システム８０を含む。この例では、ピッチ制御システム８０は、ピッチ駆動システム６８およびセンサ７０に結合される。風力タービン１０の通常動作中、風力タービンコントローラ３６は、ロータブレード２２のピッチ角を調整するようにピッチ駆動システム６８を制御することができる。

一実施形態によれば、例えば、バッテリーおよび電気コンデンサを備える電力発電機８４は、ハブ２０にまたはハブ２０内に配置され、センサ７０、ピッチ制御システム８０、およびピッチ駆動システム６８に結合されて電力源をこれらの構成要素に提供する。この例では、電力発電機８４は、風力タービン１０の動作中に継続的な電力源をピッチアセンブリ６６に提供する。代替の実施形態では、電力発電機８４は、風力タービン１０の電力損失事象中にのみ電力をピッチアセンブリ６６に提供する。電力損失事象は、送電網の損失もしくは低下、風力タービン１０の電気システムの誤動作、および／または風力タービンコントローラ３６の故障を含んでもよい。電力損失事象中、電力発電機８４は、ピッチアセンブリ６６が電力損失事象中に動作することができるように、電力をピッチアセンブリ６６に提供するように動作する。

この例では、ピッチ駆動システム６８、センサ７０、ピッチ制御システム８０、ケーブル、および電力発電機８４は各々、ハブ２０の内面８８によって画定された空洞８６内に位置決めされる。代替の実施形態では、前記構成要素は、ハブ２０の外面に対して位置決めされ、外面に直接的または間接的に結合されてもよい。

図３は、風力タービンブレードアセンブリの一例の分解概略図である。図３は、ブレード根元部分２４を含む風力タービンブレード２２を示し、複数のレセプタクル２００が位置している。本開示の一態様によれば、風力タービンブレードアセンブリが提供される。風力タービンブレードアセンブリは、ブレード根元部分２４を含むブレード２２と、ブレード根元フランジ３００とを備える。ブレード根元部分２４は、ブレード根元部分に埋め込まれた複数のレセプタクル２００を備え、レセプタクルは、ハブ締結具４００を受け入れてブレード根元部分２４をロータハブに結合するように構成される。ブレード根元フランジ３００は、レセプタクル２００を通してブレード根元部分２４に結合される。

この例では、ブレード根元部分に埋め込まれたレセプタクル２００は、第１のブッシングである。さらに、この例では、ブッシング２００は、ブレード根元部分２４の周りに半径方向対称に分散している。レセプタクル２００は、ブレード２２のピッチ軸Ｒに実質的に平行に延びてもよい。ブッシング２００は、この例に示すように、他のタイプのレセプタクルの中でも、例えばねじ付きブッシング、螺旋ブッシング、モールドインブッシング、圧入ブッシング、またはポットブッシングであってもよく、またはそれらを含んでもよい。

さらに、図３の例では、ブレード根元フランジ３００は、環状フランジの形態である。貫通孔３０１は、ブレード根元におけるレセプタクル２００と同じ間隔で分散されてもよい。

他の例では、円形フランジなどの他の幾何学的形状を有するブレード根元フランジを使用することができる。レセプタクル２００および貫通孔３０１の図示の構成は、ハブ締結具４００が貫通孔３０１を通過し、レセプタクル２００を通してハブの一部をブレード根元部分２４と結合することを可能にする。この図に示されるハブ締結具４００は、各端部にねじ付き面を備えるスタッドボルトであるが、他の締結具も同様に使用することができる。

図４は、異なる締結具４００を備える、平面Ａ－Ａ’を横切る図３に示される例示的なアセンブリの部分断面図である。図４の例では、ねじ付きボルト４００が、フランジ３００をブレード根元部分２４に取り付けるための締結具として使用される。この図は、ブレード根元部分２４に埋め込まれたレセプタクル２００の詳細図を示す。

ブレード根元部分２４は、繊維が樹脂に埋め込まれた複合材料で作製されてもよく、レセプタクル２００は、ブレード成形中に繊維に埋め込まれてもよい。あるいは、レセプタクル２００は、成形後にブレード根元部分２４に挿入することができ、当技術分野で知られている機械的技術を適用する。

図４の断面図は、レセプタクル２００が外部平滑面を備えるブッシングであることを示しているが、これは単なる例示であり、外面が溝を備え、かつ／または鋸歯状もしくはねじ状であるブッシングなどの他のタイプのレセプタクルも可能である。異なる仕上げを有する外面は、平滑面よりも大きな接触面積を提供し、複合材料とレセプタクルとの間の相対的な結合および摩擦を増加させる場合がある。

さらに、図４はまた、レセプタクル２００が、第１の雌ねじ２０１を有する内面を備えるねじ付きの第１のブッシングであることを示している。雌ねじ２０１は、レセプタクルの内面の全長に沿って形成されてもよい。あるいは、第１の雌ねじ２０１は、図４に現在示すように、内面の特定の場所に形成されてもよい。図４のこの例では、レセプタクル２００は、雌ねじ２０１よりも大きい直径の中央セクション２０４と、レセプタクルの内径がレセプタクルの口部２０６まで増加する近位セクション２０５とをさらに備える。口部２０６の近位部分は、一定の直径を有するように示されている。

図４に示す例では、フランジ３００は、少なくとも第１の雌ねじ２０１と同じ直径のレセプタクル２００と一致する貫通孔３０１を有する。本例では、貫通孔３０１はレセプタクルの口部２０６と実質的に同じ直径を有するが、他の寸法も使用されてもよい。さらに、この例は、レセプタクル２００の第１の雌ねじ２０１と一致する第１のねじ山４０１と、第１のねじ山４０１と実質的に同じ直径の中央セクション４０２と、レセプタクルの中央セクション２０４および口部２０６とそれぞれ実質的に同じ直径の２つの連続するセクション４０３、４０４とを備える締結具としてのねじ付きボルト４００を示す。さらに、ねじ付きボルト４００は、締結具４００がレセプタクル２００に結合されたときにフランジ３００に圧力を加えるヘッド４０５を備える。レセプタクル２００の内径の開示された配置および締結具４００の外径のそれぞれの変化は、組み立て中の締結具の位置合わせを助けることができる。しかし、異なる内部幾何学的形状を有する他のレセプタクル、ならびに異なる外部幾何学的形状を有する締結具も使用することができる。加えて、締結具４００は、ロータハブの対応部分と必ずしも一致しなくてもよい。

図４に示すように、風力タービンブレードアセンブリは、ブレード根元フランジをブレード根元部分に取り付けるためのフランジ締結具を備えることができる。フランジ締結具はまた、レセプタクル２００の第１の雌ねじ２０１またはねじ付きの第１のブッシングと一致するねじ山を含むことができる。これは、フランジを締結するためにブレード根元部分に既存のレセプタクルを使用することを可能にするが、フランジ締結具がロータハブ（またはピッチ軸受）と結合されるように適合されていない場合、ロータスタッドをレセプタクルに導入するためにブレードアセンブリをロータハブに設置する前に、フランジ締結具を取り外す必要があり得ることを意味し得る。

図５は、風力タービンブレードアセンブリの別の例の分解概略断面図である。図５は、ブレード根元部分２４を含むブレードと、ブレード根元フランジ３００と、ブレード根元フランジ３００をブレード根元部分２４に接続するための締結具５００とを備える風力タービンブレードアセンブリを示し、ブレード根元部分２４は、ブレード根元部分２４に埋め込まれた複数のレセプタクル２００を備える。図５のレセプタクル２００は、締結具５００、４００を受け入れてブレード根元フランジ３００をブレード根元部分２４と接続するように構成される。

図５では、レセプタクル２００は、第１の雌ねじ２０１と追加の第２の雌ねじ２０２とを備えるねじ付きの第１のブッシングである。第２の雌ねじ２０２は、第１の雌ねじ２０１よりも大きい直径である。第２の雌ねじ２０２は、第１の雌ねじよりもブレードの根元側に位置している。この例では、風力タービンブレードアセンブリは、レセプタクル２００の第２の雌ねじ２０２またはねじ付きの第１のブッシングと一致する雄ねじ５０１を備える第２のブッシングであるフランジ締結具５００をさらに備える。したがって、フランジ締結具５００は、レセプタクル２００と嵌合し、フランジをブレード根元に固定することができる。フランジ締結具５００は、ねじ付きの第１のブッシング２００の第１の雌ねじ２０１と少なくとも同じサイズの貫通孔を有する中空ブッシングであってもよい。

図示の例では、フランジ締結具５００は、締結具５００がブッシング２００に結合されたときにフランジ３００に圧力を加えるように構成されたフランジ５１１を有することができる。

さらに、フランジ締結具５００はまた、ブッシング２００の第１の雌ねじ２０１と少なくとも同じ直径の貫通孔５１０を備える。貫通孔のサイズは、フランジ締結具５００を締結解除する必要なしに、ハブ締結具（または任意の他の締結具）がレセプタクル２００の第１の雌ねじ２０１を貫通してねじ込まれることを可能にする。

図５の例では、第１および第２の雌ねじ２０１、２０２の間の幾何学的移行部は内径の急激な変化として例示されているが、直径の漸進的変化または平滑な湾曲した移行部を提供するテーパ縁部などの他の内部幾何学的形状も可能である。

図６は、風力タービンブレードアセンブリのさらに別の例の分解概略図である。図６の例では、ブレード根元部分２４に埋め込まれたレセプタクルまたは第１のブッシング２００は、第１の雌ねじ２０１と、第１の雌ねじ２０１よりも大きい直径の第１の雄ねじ２０３とを備える。この図は、第１の雌ねじ２０１の周りのブッシング２００の外面がブレード根元部分２４の繊維と直接接触しているのに対して、第１の雄ねじ２０３と繊維の内壁との間にギャップ２４１があることを示している。ブッシング２００を囲むこのギャップは、フランジ締結具５００を収容することを意図している。したがって、この例は、ねじ付きの第１のブッシング２００の第１の雄ねじ２０３と一致する雌ねじ５０２と、ねじ付きの第１のブッシング２００の第１の雌ねじ２０１と少なくとも同じサイズの貫通孔５１０とを含むフランジ締結具または第２の中空ブッシング５００を図示する。

図６はまた、アセンブリを通過してフランジ３００をブレード根元部分２４と結合するために、フランジ締結具５００の貫通孔５１０よりも小さい直径を有するハブ締結具４００を示す。

本開示の一態様では、ロータハブ２０と、前述の例のいずれかによる複数の風力タービンブレードアセンブリとを備える風力タービンロータアセンブリが提供される。

本開示の別の態様では、方法６００が提供される。方法６００は、風力タービンブレードアセンブリを提供するのに適している。方法６００は、図７に概略的に示されている。

方法は、ブロック６０１において、ブレード根元フランジ３００を設けることを含む。ブレード根元フランジは、例えば環状または円形など、様々な形態を有することができる。したがって、ブレード根元フランジ３００は、環状または円形フランジであってもよい。方法６００はまた、ブロック６０２において、風力タービンブレード２２の根元部分２４において複数の埋め込みレセプタクル２００を繊維強化複合材料で作製されたブレード２２に設けることを含む。埋め込みレセプタクル２００は、単純なスリーブ、ねじ付きブッシング、螺旋ブッシング、モールドインブッシング、圧入ブッシング、ポットブッシング、または他のタイプのレセプタクルであってもよい。方法６００は、ブロック６０３において、ブレード２２の根元部分２４に対してブレード根元フランジ３００を位置決めすることを含む。そして、ブロック６０４において、１つまたは複数の締結具４００、５００をレセプタクル２００に結合し、ブレード根元フランジ３００を風力タービンブレード２２に取り付けることができる。

例では、ブレード根元アセンブリを提供するための方法６００は、少なくとも雌ねじ２０１を有するレセプタクル２００、および雄ねじ４０１を有する締結具４００としてねじ付きブッシングを提供することを含むことができる。設けられた締結具４００は、図４に見られるように、後に、風力タービンブレードアセンブリをロータハブに装着する間にハブ締結具に交換することができる。

さらに、方法６００はまた、ブレードアセンブリを風力タービンタワーの上部のロータハブまで上方に上昇させるステップと、ブレードアセンブリをロータハブ２０と位置合わせするステップと、締結具の１つまたは複数を締結解除するステップと、１つまたは複数のロータスタッドをレセプタクル２００に導入することによって、ブレードアセンブリをロータハブに取り付けるステップとを含むことができる。説明したように、ブレードアセンブリとロータハブとの間の接続は、直接接続、またはピッチ軸受７２、エクステンダなどの他の風力タービン構成要素を通した接続のいずれかとすることができる。

この態様では、方法６００は、代替的に、図５および図６に見られるように、ブレードアセンブリを風力タービンタワーの上部のロータハブまで上方に上昇させることと、ブレードアセンブリをロータハブ２０と位置合わせすることと、フランジ締結具５００を取り外すことなく、１つまたは複数のロータスタッド４００をレセプタクル２００に導入することによって、ブレードアセンブリをロータハブ２０に取り付けることとをさらに含むことができる。この例のために設けられた埋め込みレセプタクル２００は、第１の雌ねじ２０１、および第１の雌ねじ２０１よりも大きい直径の第２の雌ねじ２０２を有するねじ付きブッシングを含むことができ、設けられたフランジ締結具５００は、ロータスタッド４００がフランジ締結具５００を通過することができるように、レセプタクル２００の第２の雌ねじ２０２と一致する雄ねじ５０１、およびレセプタクル２００の第１の雌ねじ２０１と少なくとも同じ直径の貫通孔５１０を有するねじ付きブッシングを含むことができる。

前述の方法６００は、別の例では、ブレードアセンブリを風力タービンタワーの上部のロータハブまで上方に上昇させることと、ブレードアセンブリをロータハブ２０と位置合わせすることと、１つまたは複数のロータスタッド４００をレセプタクル２００に導入することによって、ブレードアセンブリをロータハブ２０に取り付けることとをさらに含むことができ、設けられた埋め込みレセプタクル２００は、第１の雌ねじ２０１、および第１の雌ねじ２０１よりも大きい直径の第１の雄ねじ２０３を有するねじ付きブッシングを含み、設けられたフランジ締結具５００は、ロータスタッド４００がフランジ締結具５００を通過することができるように、レセプタクル２００の第１の雄ねじ２０３と一致する雌ねじ５０２、およびレセプタクル２００の第１の雌ねじ２０１と少なくとも同じ直径の貫通孔５１０を有するねじ付きブッシングを含む。前述のように、また本明細書で提供されるすべての例に関して、ブレードアセンブリとロータハブ２０との間の接続は、直接接続、またはピッチ軸受７２、エクステンダなどの他の風力タービン構成要素を通した接続のいずれかとすることができる。

本明細書は、例を使用して、好ましい実施形態を含む本発明を開示し、また、当業者が、任意のデバイスまたはシステムを作製し使用し、任意の組み込まれた方法を実施することを含めて、本発明を実践することを可能にする。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差異を有さない等価な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。当業者であれば、上述の様々な実施形態からの態様ならびに各々のそのような態様についての他の公知の均等物を混ぜ合わせて適合させることで、本出願の原理に従ったさらなる実施形態および技術を構築することができる。図面に関連する参照符号が特許請求の範囲の括弧内に配置されている場合、それらの参照符号は単に特許請求の範囲の明瞭性を高めるためのものであり、特許請求の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

１０ 風力タービン
１２ 地面
１４ 支持システム
１５ タワー
１６ ナセル
１８ ロータ
２０ ハブ、ロータハブ
２２ 風力タービンロータブレード
２４ ブレード根元部分、ブレード
２６ 負荷伝達領域
２８ 風向
３０ ロータ軸
３２ ピッチシステム
３４ ピッチ軸
３６ 風力タービンコントローラ
３８ ヨー軸
４０ プロセッサ
４２ 電気発電機、発電機
４４ 主シャフト、ロータシャフト
４６ ギアボックス
４８ 高速シャフト
５０ カップリング
５２ 主フレーム、支持体
５４ 分離支持手段
５６ ヨー駆動機構
５８ 気象測定システム
６０ 主前方支持軸受
６２ 主後方支持軸受
６４ ドライブトレイン
６６ ピッチアセンブリ
６８ ピッチ駆動システム
７０ センサ
７２ ピッチ軸受
７４ ピッチ駆動モータ
７６ ピッチ駆動ギアボックス
７８ ピッチ駆動ピニオン
８０ ピッチ制御システム
８４ 電力発電機
８６ 空洞
８８ 内面
９０ 変圧器
１０３ トルクアーム
２００ ねじ付きの第１のブッシング、埋め込みレセプタクル
２０１ 第１の雌ねじ
２０２ 第２の雌ねじ
２０３ 第１の雄ねじ
２０４ 中央セクション
２０５ 近位セクション
２０６ 口部
２４１ ギャップ
３００ ブレード根元フランジ
３０１ 貫通孔
４００ 締結具、ねじ付きボルト、ロータスタッド
４０１ 第１のねじ山、雄ねじ
４０２ 中央セクション
４０３ 連続するセクション
４０４ 連続するセクション
４０５ ヘッド
５００ フランジ締結具、第２の中空ブッシング
５０１ 雄ねじ
５０２ 雌ねじ
５１０ 貫通孔
５１１ フランジ
６００ 方法
Ａ－Ａ’ 平面
Ｒ ピッチ軸

Claims (15)

1. ブレード根元部分（２４）を含むブレード（２２）と、
   ブレード根元フランジ（３００）と
   を備え、
   前記ブレード根元部分（２４）は、前記ブレード根元部分（２４）に埋め込まれた複数のレセプタクル（２００）を備え、前記レセプタクル（２００）は、ハブ締結具（４００）を受け入れて前記ブレード根元部分（２４）をロータハブ（２０）に結合するように構成され、前記ブレード根元フランジ（３００）は、前記レセプタクル（２００）を通して前記ブレード根元部分（２４）に結合される、
   風力タービンブレードアセンブリ。
2. 前記ブレード根元フランジ（３００）を前記ブレード根元部分（２４）に取り付けるためのフランジ締結具（４００、５００）をさらに備える、請求項１に記載の風力タービンブレードアセンブリ。
3. 前記ブレード根元フランジ（３００）は、環状または円形フランジである、請求項１乃至２のいずれか１項に記載の風力タービンブレードアセンブリ。
4. 前記ブレード根元部分（２４）に埋め込まれた前記レセプタクル（２００）の１つまたは複数は、第１のブッシング（２００）である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の風力タービンブレードアセンブリ。
5. 前記ブレード根元部分（２４）に埋め込まれた前記レセプタクル（２００）の１つまたは複数は、第１の雌ねじ（２０１）を備えるねじ付きの第１のブッシング（２００）である、請求項４に記載の風力タービンブレードアセンブリ。
6. 前記ブレード根元部分（２４）に埋め込まれた前記レセプタクル（２００）の１つまたは複数は、第１の雌ねじ（２０１）と、前記第１の雌ねじ（２０１）よりも大きい直径の第２の雌ねじ（２０２）とを備えるねじ付きの第１のブッシング（２００）である、請求項４に記載の風力タービンブレードアセンブリ。
7. 前記ブレード根元部分（２４）に埋め込まれた前記レセプタクル（２００）の１つまたは複数は、第１の雌ねじ（２０１）と、前記第１の雌ねじ（２０１）よりも大きい直径の第１の雄ねじ（２０３）とを備えるねじ付きの第１のブッシング（２００）である、請求項４に記載の風力タービンブレードアセンブリ。
8. 前記ブレード根元フランジ（３００）の前記フランジ締結具（４００、５００）の１つまたは複数は、前記ねじ付きの第１のブッシング（２００）の前記第１の雌ねじ（２０１）と一致するねじ山（４０１）を含む、請求項５乃至７のいずれか１項に記載の風力タービンブレードアセンブリ。
9. 前記ブレード根元フランジ（３００）の前記フランジ締結具（５００）の１つまたは複数は、前記ねじ付きの第１のブッシング（２００）の前記第２の雌ねじ（２０２）と一致する雄ねじ（５０１）と、前記ねじ付きの第１のブッシング（２００）の前記第１の雌ねじ（２０１）と少なくとも同じサイズの貫通孔（５１０）とを含む第２のブッシング（５００）である、請求項６に記載の風力タービンブレードアセンブリ。
10. 前記ブレード根元フランジ（３００）の前記フランジ締結具（５００）の１つまたは複数は、前記ねじ付きの第１のブッシング（２００）の前記第１の雄ねじ（２０３）と一致する雌ねじ（５０２）と、前記ねじ付きの第１のブッシング（２００）の前記第１の雌ねじ（２０１）と少なくとも同じサイズの貫通孔（５１０）とを含む第２のブッシング（５００）である、請求項７に記載の風力タービンブレードアセンブリ。
11. ロータハブ（２０）と、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の複数の風力タービンブレードアセンブリと
    を備える、風力タービンロータアセンブリ。
12. ブレード根元フランジ（３００）を設けること（６０１）と、
    風力タービンブレード（２２）の根元部分（２４）において複数の埋め込みレセプタクル（２００）を繊維強化複合材料で作製された前記ブレード（２２）に設けること（６０２）であって、設けられた前記埋め込みレセプタクル（２００）は、少なくとも雌ねじ（２０１）を有するねじ付きブッシング（２００）を含むことと、
    前記ブレード（２２）の前記根元部分（２４）に対して前記ブレード根元フランジ（３００）を位置決めすること（６０３）と、
    １つまたは複数の締結具（４００、５００）を前記レセプタクル（２００）に結合し、前記ブレード根元フランジ（３００）を前記風力タービンブレード（２２）に取り付けること（６０４）であって、前記締結具（４００、５００）は、少なくとも雄ねじ（４０１、５０１）を含むことと
    を含む、方法（６００）。
13. ブレードアセンブリを上方に上昇させることと、
    前記ブレードアセンブリをロータハブ（２０）と位置合わせすることと、
    前記締結具（４００）の１つまたは複数を締結解除することと、
    １つまたは複数のロータスタッド（４００）を前記レセプタクル（２００）に導入することによって、前記ブレードアセンブリを前記ロータハブ（２０）に取り付けることと
    をさらに含む、請求項１２に記載の方法（６００）。
14. 前記ブレードアセンブリを上方に上昇させることと、
    前記ブレードアセンブリをロータハブ（２０）と位置合わせすることと、
    １つまたは複数のロータスタッド（４００）を前記レセプタクル（２００）に導入することによって、前記ブレードアセンブリを前記ロータハブ（２０）に取り付けることと
    をさらに含み、
    設けられた前記埋め込みレセプタクル（２００）は、第１の雌ねじ（２０１）、および前記第１の雌ねじ（２０１）よりも大きい直径の第２の雌ねじ（２０２）を有するねじ付きブッシング（２００）を含み、
    設けられた前記フランジ締結具（５００）は、ロータスタッド（４００）が前記フランジ締結具（５００）を通過することができるように、前記レセプタクル（２００）の前記第２の雌ねじ（２０２）と一致する雄ねじ（５０１）、および前記レセプタクル（２００）の前記第１の雌ねじ（２０１）と少なくとも同じ直径の貫通孔（５１０）を有するねじ付きブッシング（５００）を含む、
    請求項１２または１３のいずれか１項に記載の方法（６００）。
15. 前記ブレードアセンブリを上方に上昇させることと、
    前記ブレードアセンブリをロータハブ（２０）と位置合わせすることと、
    １つまたは複数のロータスタッド（４００）を前記レセプタクル（２００）に導入することによって、前記ブレードアセンブリを前記ロータハブ（２０）に取り付けることと
    をさらに含み、
    設けられた前記埋め込みレセプタクル（２００）は、第１の雌ねじ（２０１）、および前記第１の雌ねじ（２０１）よりも大きい直径の第１の雄ねじ（２０３）を有するねじ付きブッシング（２００）を含み、
    設けられた前記フランジ締結具（５００）は、ロータスタッド（４００）が前記フランジ締結具（５００）を通過することができるように、前記レセプタクル（２００）の前記第１の雄ねじ（２０３）と一致する雌ねじ（５０２）、および前記レセプタクル（２００）の前記第１の雌ねじ（２０１）と少なくとも同じ直径の貫通孔（５１０）を有するねじ付きブッシング（５００）を含む、
    請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の方法（６００）。

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