JP2023536190A - 風力タービンブレードの前縁保護 - Google Patents
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Abstract
【課題】風力タービンブレードの前縁を保護する方法であって、空力効率への影響を低減するとともに材料の使用を最適化しながら、風力タービンブレードの堅牢性、例えばエロージョンに対する堅牢性を向上させる方法を提供する。【解決手段】根元端から先端まで延在する風力タービンブレードであって、根元領域と、先端、正圧側、負圧側及び前縁と後縁の間に延在する翼弦を含む翼形領域とを備える風力タービンブレードの前縁に、前縁保護エレメントを設ける。前縁保護エレメントは、長手方向に外周側端部と内周側端部との間に延在しているとともに、外周側端部から第１のセクション位置まで延在する第１のセクションであって、第１の耐エロージョン性を有する第１のエロージョン保護材料からなる第１のセクションと、第１のセクション位置から第２のセクション位置まで延在する第２のセクションであって、第２の耐エロージョン性を有する第２のエロージョン保護材料からなる第２のセクションとを備えており、第１の耐エロージョン性は、第２の耐エロージョン性よりも大きい。【選択図】図２
Description
本願で開示する技術は、風力タービンブレード及び風力タービンブレードの製造に関する。さらに具体的には、本願で開示する技術は、風力タービンブレードの前縁の保護のように環境影響からの風力タービンブレードの保護の分野に関する。
風力タービンは、例えば２０年以上など幾年にもわたって運転されるように設計する必要がある。年間発電電力量（ＡＥＰ）を最大限にするには、風力タービンのダウンタイムを最小限に抑え、使用時の所期ＡＥＰを最大化することが重要である。運転中、臨界エロージョン挿入速度を超えるブレードの外周側領域の翼形部は、空気中の粒子の衝撃に起因する増大した摩耗に付される。前縁の摩耗及びエロージョンを低減するには、風力タービンブレードに、特に運転中のブレード軌跡のため空気中の粒子が高速でブレードに衝撃を与える前縁で、堅牢な材料が必要とされる。
風力タービンブレードは、寿命を延ばすため及び／又は前縁領域のエロージョン損傷を軽減するために修理することができる。しかし、これはダウンタイムを最小限に抑えるという要件に反する。さらに、風力タービン、特に洋上風力タービンの修理は困難で費用がかかる。代替又は補充策として、保護エレメントを風力タービンブレードの前縁、例えばエロージョン感受性領域に取り付けてもよい。しかし、保護エレメントの形状及び位置は、ブレードの抗力、揚力及び騒音に多大な影響を与え、ひいてはＡＥＰにも影響を与えかねない。
風力タービンブレードの先端は最も高速で移動するので、先端近くの前縁が最も摩耗を受け易い。そのため、前縁保護エレメントを風力タービンブレードの先端に向かう前縁の一部だけに適用すれば足りることがある。先端は大きな摩耗に付されるので、先端は、内周側の領域よりも耐エロージョン性の大きい材料で保護されることがある。
さらに、年間発電電力量（ＡＥＰ）を増大させるために、風力タービンブレードの運転速度を１００ｍ／ｓ以上に増大させることがある。比較のために、従来の風力タービンブレードは通常、先端で９０ｍ／ｓ未満の速度で動作する。ただし、風力タービンブレードの速度が速いほど、ブレードは摩耗を受け易くなる。そこで、ブレード速度を増大させる場合には、耐エロージョン性に関する要件も高める必要がある。
エロージョン試験では、エロージョンの進展は、一般に、潜伏段階、質量減損段階、及び下地の基材への破過段階として説明される。潜伏期間は、最初の質量減損又は損傷を視覚的に検知できるまでの曝露時間を表す。潜伏期間は、流入粒子の衝撃速度に依存する。破過の時間は、エロージョンが進行して保護層を突き破って下地の基板に達する時点である。
本願で開示する技術の目的は、従来技術の短所の少なくとも幾つかを解消又は改善する風力タービンブレードの前縁保護エレメント及び前縁部分を提供することである。
特に、本発明の目的は、風力タービンブレードの前縁を保護する方法であって、空力効率への影響を低減するとともに材料の使用を最適化しながら、風力タービンブレードの堅牢性、例えばエロージョンに対する堅牢性を向上させる方法を提供することである。前縁を保護するために用いられる材料の最適化は、コストの削減及び／又は製造時間の短縮のために必要とされることがある。風力タービンブレードの堅牢性の向上は、個々の風力タービンブレードの寿命をさらに延長し得る。風力タービンブレードの寿命の延長に加えて、本発明は、先端速度を増加させることができるように前縁保護エレメントの配置を最適化することによって、年間発電電力量を高める。高い年間発電電力量は、前縁のエロージョンをなくすことによって維持し得る。
そこで、本発明は、根元端から先端まで延在する風力タービン用ブレードに関する。風力タービンブレードは、根元領域と、先端、正圧側、負圧側及び前縁と後縁の間に延在する翼弦を備える翼形領域とを備える。風力タービンブレードは、風力タービンブレードの前縁に前縁保護エレメント（例えば、セクション化された前縁保護エレメントなど）を備える。前縁保護エレメントは、長手方向に、例えば風力タービンブレードの長手方向に平行な方向に、外周側（インボード）端部と内周側（アウトボード）端部との間に延在する。前縁保護エレメントは、外周側端部から第１のセクション位置まで延在する第１のセクションを備える。第１のセクションは、第１の耐エロージョン性を有する第１のエロージョン保護材料からなる。前縁保護エレメントは、第１のセクション位置から第２のセクション位置まで延在する第２のセクションを備える。第２のセクションは、第２の耐エロージョン性を有する第２のエロージョン保護材料からなる。第１の耐エロージョン性は、第２の耐エロージョン性よりも大きい。
好ましい実施形態では、本願で開示する技術は、根元端から先端まで延在する風力タービンブレードに関する。風力タービンブレードは、根元領域と、先端、正圧側、負圧側及び前縁と後縁の間に延在する翼弦を含む翼形領域とを含む。風力タービンブレードは、ポリマー材料中に包埋された繊維強化材料を含む複合材料からなるブレードシェル（例えば第１のブレードシェル部分及び第２のブレードシェル部分など）を備える。風力タービンブレードは、風力タービンブレードの前縁に前縁保護エレメント（例えば、セクション化された前縁保護エレメントなど）を備える。前縁保護エレメントは、長手方向、例えば風力タービンブレードの長手方向に平行な方向に、外周側端部と内周側端部との間に延在する。前縁保護エレメントは、外周側端部から第１のセクション位置まで延在する第１のセクションを備える。第１のセクションは、第１の耐エロージョン性を有する第１のエロージョン保護材料からなる。前縁保護エレメントは、第１のセクション位置から第２のセクション位置まで延在する第２のセクションを備える。第２のセクションは、第２の耐エロージョン性を有する第２のエロージョン保護材料からなる。第１の耐エロージョン性は、第２の耐エロージョン性よりも大きい。前縁保護エレメントは、ブレードシェルの複合材料とは別個のものである。
別の好ましい実施形態では、本願で開示する技術は、根元端から先端まで延在する風力タービンブレードに関する。風力タービンブレードは、根元領域と、先端、正圧側、負圧側及び前縁と後縁の間に延在する翼弦を含む翼形領域とを含む。風力タービンブレードは、風力タービンブレードの前縁に前縁保護エレメント（例えば、セクション化された前縁保護エレメントなど）を備える。前縁保護エレメントは、長手方向、例えば風力タービンブレードの長手方向に平行な方向に、外周側端部と内周側端部との間に延在する。前縁保護エレメントは、外周側端部から第１のセクション位置まで延在する第１のセクションを備える。第１のセクションは、第１の耐エロージョン性を有する第１のエロージョン保護材料からなる。前縁保護エレメントは、第１のセクション位置から第２のセクション位置まで延在する第２のセクションを備える。第２のセクションは、第２の耐エロージョン性を有する第２のエロージョン保護材料からなる。第１の耐エロージョン性は、第２の耐エロージョン性よりも大きい。前縁保護エレメントは、第２のセクション位置から内周側端部まで延在する第３のセクションを備える。第３のセクションは、第３の耐エロージョン性を有する第３のエロージョン保護材料からなる。第１の耐エロージョン性及び／又は第２の耐エロージョン性は、第３の耐エロージョン性よりも大きい。
堅牢な前縁保護エレメントのため風力タービンブレードの優れた保護がもたらされることが本願で開示する技術の利点である。本願で開示する技術のさらなる利点は、耐エロージョン性の高い材料が、エロージョンの最も顕著なところで使用されることである。エロージョンの少ない領域では、耐エロージョン性の低い材料を使用し得る。したがって、風力タービンブレードの保護に用いられる材料を最適化する途がもたらされる。こうして材料を最適化すると、優れたコスト上の利点をもたらすこともできる。さらに、風力タービンブレードの保護の改善によって、年間発電電力量（ＡＥＰ）を増大させるために風力タービンブレードの運転速度を高めることができる。
本願で開示する技術のさらなる利点は、前縁保護エレメントを複数のセクションに分けて用意することができ、前縁エレメントの輸送が簡単になり、コストが低減されることである。さらに、前縁保護エレメントは、ブレードに導入して改造するのが容易であり、既存の前縁保護エレメントとの交換も容易である。
また、風力タービンブレードの前縁を保護する方法も開示されている。本方法は、風力タービンブレードを準備することを含む。風力タービンブレードは、根元端から先端まで延在しており、根元領域と、先端、正圧側、負圧側及び前縁と後縁の間に延在する翼弦を備える翼形領域とを備える。
本方法は、風力タービンブレードの前縁に前縁保護エレメントを準備することを含む。前縁保護エレメントは、長手方向に外周側端部と内周側端部との間に延在する。前縁保護エレメントは、外周側端部から第１のセクション位置まで延在する第１のセクションを備える。第１のセクションは、第１の耐エロージョン性を有する第１のエロージョン保護材料からなる。
前縁保護エレメントは、第１のセクション位置から第２のセクション位置まで延在する第２のセクションを備える。第２のセクションは、第２の耐エロージョン性を有する第２のエロージョン保護材料からなる。第１の耐エロージョン性は、第２の耐エロージョン性よりも大きい。
好ましい実施形態では、風力タービンブレードは、ポリマー材料中に包埋された繊維強化材料を含む複合材料からなるブレードシェルを備えており、前縁保護エレメントはブレードシェルの複合材料とは別個のものである。
別の好ましい実施形態では、前縁保護エレメントは、第２のセクション位置から内周側端部まで延在する第３のセクションをさらに備える。第３のセクションは、第３の耐エロージョン性を有する第３のエロージョン保護材料からなる。第１の耐エロージョン性及び／又は第２の耐エロージョン性は、第３の耐エロージョン性よりも大きい。
本方法は、風力タービンブレードの前縁の少なくとも一部に前縁保護エレメントを取り付けることを含んでいてもよい。
前縁保護エレメントは、風力タービンブレードの前縁のブレードシェルの外表面に取り付けてもよい。前縁保護エレメントは、風力タービンブレードの前縁のブレードシェルの外表面に取り付けるように構成してもよい。
第１のエロージョン保護材料は、ニッケル基合金、チタン、ステンレス鋼、アルミニウム、形状記憶合金、オーステナイト系ニッケル－クロム基合金の１種以上のような、金属材料を含んでいてもよい。形状記憶合金の例として、銅－アルミニウム－ニッケル及びニッケル－チタンが挙げられる。オーステナイト系ニッケル－クロム基合金の例として、インコネル７１８のようなインコネルが挙げられる。
第２のエロージョン保護材料は、ポリウレタン熱硬化性ゴム、熱可塑性ポリウレタン、ＵＨＭＷＰＥ、ＰＥＥＫ、ポリカーボネート、ＡＢＳ、又はゴム、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）又はポリブタジエンの１種以上のような、ポリマー材料を含むことができる。
前縁保護エレメントは、第２のセクション位置から内周側端部まで延在する第３のセクションを備えていてもよい。第３のセクションは、第３の耐エロージョン性を有する第３のエロージョン保護材料から作成できる。第１の耐エロージョン性及び／又は第２の耐エロージョン性は、第３の耐エロージョン性よりも大きくすることができる。
第３のエロージョン保護材料は、従来の２液型脂肪族ポリウレタン又は２液型エポキシのような、塗料系材料、及び／又はエポキシ、ポリエステル又はポリウレタンのような、ゲルコート材料、及び／又はＰＭＭＡ又はＰＥＴのような、熱可塑性材料の１種以上を含むことができる。
第３のセクションは、風力タービンブレードの外側ゲルコート及び／又は塗料層に対応し得る。この場合、前縁保護エレメントは第１のセクション及び第２のセクションを備えており、これらは風力タービンブレードの前縁に先端から取り付けられる。第３のセクションは、第２のセクションから風力タービンブレードの外表面への移行を滑らかにするために取り付けてもよい。ブレードは前縁保護エレメントセクションを２つしか備えていなくもよく、第３のセクションは、ブレードの主構造によって保護してもよい。ブレードの外表面は、通例、滑らかな外面を有するようにゲルコートから作られる。
第１のセクションの材料の性状は、第２のセクションの材料よりもエロージョンからの保護性能に優れる。そこで、回転速度が大きいために大半のエロージョンが起こる風力タービンブレードの先端領域は、エロージョン耐性に優れる第１のエロージョン保護材料で保護し得る。エロージョンの発生が少ない内周側の領域は、第１のエロージョン保護材料よりもエロージョン耐性が小さいが、もっと安価な第２のエロージョン保護材料で保護し得る。
第１の耐エロージョン性、第２の耐エロージョン性及び第３の耐エロージョン性は、それらで保護されるように構成されている風力タービンブレードのそれぞれの部分の速度に依存し得る。耐エロージョン性は、標準条件下で、雨滴などの摩耗に暴露されたときに材料に視認し得る損傷が生じるまでの時間として表すことができる。試験は、例えば、前縁保護エレメントの試料での、例えば所定期間のレインエロージョンの模擬試験などによる、いわゆるレインエロージョン試験でよい。試験は、例えばＡＳＴＭ Ｇ７３－１０又はＤＮＶＧＬ－ＲＰ－０１７１に準じて実施し得る。
本方法は、第１のセクションが風力タービンブレードの先端の近傍に配置されるように前縁保護エレメントを配置することを含んでいてもよい。本方法は、第２のセクションが風力タービンブレードの根元の近傍に配置されるように前縁保護エレメントを配置することを含んでいてもよい。本方法は、第３のセクションが風力タービンブレードの根元の近傍に配置され、かつ第２のセクションが第１のセクションと第３のセクションとの間に配置されるように、前縁保護エレメントを配置することを含んでいてもよい。
本方法は、接着剤（例えば感圧接着剤又は２液性接着剤）を風力タービンブレードの前縁の一部に塗工することを含んでいてもよい。
前縁保護エレメントの材料は、テープ又はシートの形態を有し得る。前縁保護エレメントは、取付面と外表面とを備えていてもよい。前縁保護エレメントの取付面と風力タービンブレードの前縁とは、接着剤、例えば感圧接着剤又は２液型接着剤及び／又は熱硬化型接着剤を使用して接合することができる。接着剤は、前縁保護エレメントの取付面及び／又は風力タービンブレードの前縁の一部に塗工することができる。或いは、前縁保護エレメントと風力タービンブレードの前縁とを接着フィルム又はシートで取り付けてもよい。接着剤は、感圧、熱又はＵＶ硬化型接着剤であってもよい。或いは、前縁保護エレメントを風力タービンブレードに溶接してもよい。
或いは、前縁保護エレメントは、液体形態の前縁保護エレメントを風力タービンブレード上に例えば刷毛塗り又は塗布などによって塗工することによって取り付けることもできる。液体形態の前縁保護エレメントは塗工後に硬化してもよい。前縁保護エレメントの外表面は、液体形態の別の前縁保護エレメントで被覆してもよい。被覆した前縁保護エレメントは、風力タービンブレード上で硬化させることができる。この場合、追加の接着剤は必要とされない。
或いは、前縁保護エレメントは、風力タービンブレードに前縁保護エレメントの粉末堆積物を例えば噴霧などによって施工することによって取り付けることもできる。
風力タービンブレードは、ポリマー材料中に包埋された繊維強化材料を含む複合材料でできたブレードシェル（例えば第１のブレードシェル部分及び第２のブレードシェル部分を含む）を含むことができる。前縁保護エレメントは、ブレードシェルの複合材料とは別個のものでよい。
前縁保護エレメントは、風力タービンブレードの前縁のブレードシェルに埋め込まれていてもよい。前縁保護エレメントは、風力タービンブレードの前縁のブレードシェルに埋め込まれるように構成し得る。例えば、前縁保護エレメントは、ブレードシェルの繊維強化材料のレイアップ中にブレードモールド内に敷設し得る。前縁保護エレメントを次いで繊維強化材料と共に樹脂で共含浸して硬化させればよい。含浸樹脂としては、エポキシ、ビニルエステル、ポリエステル又はポリウレタン樹脂が挙げられる。共含浸部分は、熱を用いて硬化させることができる。第１のセクションの厚さは０．２～０．５ｍｍとし得る。第２のセクションの厚さは０．５～３．０ｍｍとし得る。第３のセクションの厚さは０．５ｍｍ未満とし得る。厚さは、前縁保護エレメントの各セクションの最も厚い部分で測定し得る。
或いは、前縁保護エレメントを繊維強化材料と共に樹脂で共含浸して硬化させ、予備硬化した前縁保護エレメントを風力タービンブレードの前縁に取り付けてもよい。
前縁保護エレメントの第１のセクションは、繊維強化材料と共に樹脂で共含浸し、硬化させてもよい。前縁保護エレメントの第２のセクションは、繊維強化材料と共に樹脂で共含浸し、硬化させてもよい。前縁保護エレメントの第３のセクションは、繊維強化材料と共に樹脂で共含浸し、硬化させてもよい。
第１のセクション及び第２のセクションは、風力タービンブレードの前縁に取り付けることができ、例えば、第１のセクションが第２のセクションよりも外周側に、例えば第２のセクションが第１のセクションに当接して又は第１のセクションの延長として取り付けてもよい。第２のセクション及び第３のセクションは、風力タービンブレードの前縁に取り付けることができ、例えば第２のセクションが第３のセクションよりも外周側に、例えば第３のセクションが第２のセクションに当接して又は第２のセクションの延長として取り付けてもよい。
第１のセクションと第２のセクションとの間の接合部は段として形成してもよいし、面一接続としてもよい。第２のセクションと第３のセクションとの間の接合部は段として形成してもよいし、面一接続としてもよい。
外周側端部と内周側端部との間で測定される前縁保護エレメントの長さは、風力タービンブレードの長手方向長さの３０％以上とすることができる。前縁保護エレメントは、風力タービンブレードの長さの１５～３０％、例えば風力タービンブレードの長さの２０～２５％の長さを有していてもよい。長さは１０～１００ｍ、例えば１５～７０ｍ、例えば２０～５０ｍとし得る。前縁保護エレメントの長さは、風力タービンブレードの前縁の長さよりも小さくてもよい。或いは、前縁保護エレメントの長さは、風力タービンブレードの前縁の長さと同じであってもよい。
第１のセクションの長さは、例えば外周側端部と第１のセクション位置との間で測定され、風力タービンブレードのブレード長の５～３５％、例えばブレード長の１０～３０％、例えば１５～２５％とし得る。
第１のセクションの長さは、例えば外周側端部と第１のセクション位置との間で測定され、ブレード長の１～１５％、例えばブレード長の５～１０％、例えばブレード長の約１０％としてもよい。第１のセクションの外周側端部から第１のセクション位置までの長手方向の範囲は、ブレード長の１～１５％、例えばブレード長の５～１５％、例えばブレード長の約１０％としてもよい。
第２のセクションの長さは、例えば第１のセクション位置と第２のセクション位置との間で測定され、風力タービンブレードのブレード長の５～３５％、例えばブレード長の１０～３０％、例えば１５～２５％とし得る。
第２のセクションの長さは、例えば第１のセクション位置と第２のセクション位置との間で測定され、ブレード長の１５～２５％、例えばブレード長の約２０％としてもよい。第２のセクションの第１のセクション位置から第２のセクション位置までの長手方向の範囲はブレード長の１５～２５％、例えばブレード長の約２０％としてもよい。
第３のセクションの長さは、例えば第２のセクション位置と内周側端部との間で測定され、風力タービンブレードのブレード長の２０～７５％、例えばブレード長の３０～７０％、例えば４０～６５％とし得る。
第３のセクションの長さは、例えば第２のセクション位置と内周側端部との間で測定され、ブレード長の５５～８５％、例えばブレード長の約７０％としてもよい。第３のセクションは、長手方向に第２のセクション位置から内周側端部までブレード長の５５～８５％、例えばブレード長の約７０％延在し得る。
第１のセクションの長さをブレード長の１０％とし、第２のセクションの長さをブレードの長さの２０％とし、第３のセクションの長さをブレードの長さの７０％としてもよい。
前縁保護エレメントの厚さは０．１～３．０ｍｍとし得る。前縁保護エレメントの厚さは１．５ｍｍ未満、例えば０．２～０．５ｍｍ、例えば０．５ｍｍ未満、例えば５～１．５ｍｍとすることができる。厚さは、前縁保護エレメントの最も厚い部分で測定することができる。
第１のセクション又は第２のセクション又は第３のセクションの長手方向長さは、１～２４ｍ、例えば１０～１２ｍ、例えば約１２ｍとすることができる。これらのセクションは、長さが輸送コンテナの内部長さに対応するように製造してもよい。
また、風力タービンブレード用の前縁保護エレメントキットについても開示する。前縁保護エレメントは、風力タービンブレードに取り付けたときに、長手方向に外周側端部と内周側端部との間に延在する。
前縁保護エレメントは、外周側端部から第１のセクション位置まで延在する第１のセクションを備える。第１のセクションは、第１の耐エロージョン性を有する第１のエロージョン保護材料からなる。
前縁保護エレメントは、第１のセクション位置から第２のセクション位置まで延在する第２のセクションを備える。第２のセクションは、第２の耐エロージョン性を有する第２のエロージョン保護材料からなる。
第１の耐エロージョン性は第２の耐エロージョン性よりも大きい。外周側端部の少なくとも一部及び／又は内周側端部の一部は、面取り又はテーパ付けしてもよい。面取り端部は、前縁保護エレメントからブレードシェル部分への移行を滑らかにする。
好ましい実施形態では、本願で開示する技術は、風力タービンブレード用の前縁保護エレメントキットに関する。前縁保護エレメントは、風力タービンブレードに取り付けたときに、長手方向に外周側端部と内周側端部との間に延在する。
前縁保護エレメントは、外周側端部から第１のセクション位置まで延在する第１のセクションを備える。第１のセクションは、第１の耐エロージョン性を有する第１のエロージョン保護材料からなる。
前縁保護エレメントは、第１のセクション位置から第２のセクション位置まで延在する第２のセクションを備える。第２のセクションは、第２の耐エロージョン性を有する第２のエロージョン保護材料からなる。第１の耐エロージョン性は、第２の耐エロージョン性よりも大きい。
前縁保護エレメントは、第２のセクション位置から内周側端部まで延在する第３のセクションを備える。第３のセクションは、第３の耐エロージョン性を有する第３のエロージョン保護材料からなる。第１の耐エロージョン性及び／又は第２の耐エロージョン性が第３の耐エロージョン性よりも大きい。
或いは、前縁保護エレメントは、第１の前縁保護エレメント及び第２の前縁保護エレメントを含めて、複数の別個の前縁保護エレメントを備えていてもよい。複数の前縁保護エレメントは、風力タービンブレードの別々の長手方向部分に沿って延在し得る。複数の前縁保護エレメントは互いに当接していてもよい。
ある態様に関して記載した実施形態又は構成要素は、他の任意の態様又は実施形態で用いることができると想定される。
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照してさらに詳しく説明する。本願を通して同様の符号は同様の構成要素を表す。従って、各図面の説明において、同様の構成要素については詳細に説明しないこともある。図面は、本発明の一つの実施法を示すものであり、特許請求の範囲の技術的範囲に属する他の可能な実施形態を限定するものではない。さらに、図に示す実施形態は、記載したすべての態様又は利点を有するとは限らない。ある特定の実施形態に関して記載する態様又は利点は、必ずしもその実施形態に限定されるものではなく、その旨図示されていなくても或いは明示されていなくても、他の実施形態で実施することができる。
例示的な風力タービンを示す概略図。
例示的な風力タービンブレードを示す概略図。
例示的な風力タービンブレードの断面図を示す概略図。
例示的な風力タービンブレードの断面図を示す概略図。
例示的な方法のブロック図。
以下の図面の説明では、同じ符号が同じ構成要素を示し、すべての図面に関して説明しないこともある。
図１は、タワー４と、ナセル６と、実質的に水平なローターシャフトを有するロータとを備えるいわゆる「デンマーク型」の従来の最新アップウィンド式風力タービン２を示す。ロータは、ハブ８と、ハブ８から半径方向に延在する３枚のブレード１０とを含んでおり、各ブレードはハブに最も近いブレード根元１６と、ハブ８から最も遠いブレード先端１４とを有する。
図２は、例示的な風力タービンブレード１０の概略図を示す。風力タービンブレード１０は、根元端１７と先端１５とを有する従来の風力タービンブレードの形状を有しており、ハブに最も近い根元領域３０と、ハブから最も離れた輪郭又は翼形領域３４と、根元領域３０と翼形領域３４との間の遷移領域３２とを備える。ブレード１０は、ブレードをハブに装着したときに、ブレード１０の回転方向に面する前縁１８と、前縁１８と逆方向に向いた後縁２０とを備える。
翼形領域３４（輪郭領域とも呼ばれる）は、特定の風速及び回転速度域について最小抗力で最大揚力を生成することに関して理想的又はほぼ理想的なブレード形状を有しているが、根元領域３０は構造的な考慮により実質的に円形又は楕円形の断面を有しており、例えばハブにブレード１０を取り付けるのが簡単かつ安全になる。なお、根元領域３０の直径（又は翼弦）は、根元領域３０全体に沿って一定であってもよい。遷移領域３２は、根元領域３０の円形又は楕円形から翼形領域３４の翼形輪郭に徐々に変化する遷移輪郭を有する。遷移領域３２の翼弦長は、通例、ハブからの距離ｒの増加に伴って増加する。翼形領域３４は、ブレード１０の前縁１８と後縁２０との間に延在する翼弦を有する翼形輪郭を有する。翼弦の幅は、ハブからの距離ｒの増加に伴って減少する。
ブレード１０のショルダ４０は、ブレード１０が最大の翼弦長を有する位置として定義される。ショルダ４０は、通例、遷移領域３２と翼形領域３４との境界に設けられる。
なお、ブレードの異なるセクションの翼弦は通常は同一平面上に存在しない。ブレードはねじれ及び／又は湾曲し（すなわち、予め曲げられ）ており、翼弦面はそれに応じたねじれ及び／又は湾曲した経路を与えるからであり、ハブからの半径に依存するブレードの局所速度を補償するために大抵当てはまる。
風力タービンブレード１０は、典型的には繊維強化ポリマーでできた第１のブレードシェル部分２４と第２のブレードシェル部分２６との２つのブレードシェル部分又はハーフシェルを含むブレードシェルを備える。風力タービンブレード１０は、第３のシェル部分及び／又は第４のシェル部分などの追加のシェル部分を備えていてもよい。第１のブレードシェル部分２４は、通例、正圧側又は風上側ブレードシェル部分である。第２のブレードシェル部分２６は、通例、負圧側又は風下側ブレードシェル部分である。第１のブレードシェル部分２４と第２のブレードシェル部分２６は、一緒に鋳造又は溶接されるか、或いはブレード１０の後縁２０及び前縁１８に沿って延在するボンドライン又は接着剤継手２８に沿って機械的に又は接着剤などの接着剤によって化学的に固定される。通例、ブレードシェル部分２４，２６の根元端は、半円形又は半楕円形の断面外形を有する。
風力タービンブレード１０は、風力タービンブレード１０の前縁１８に前縁保護エレメント５０を備える。前縁保護エレメントは、長手方向に外周側端部５２と内周側端部５４との間に延在し、横断方向に第１の横端部５６と第２の横端部５８との間に延在する。第１の横端部５６及び第２の横端部５８は、風力タービンブレード１０の長手方向と略平行に延在し得る。前縁保護エレメント５０は取付面（図示せず）及び外表面６０を有する。
前縁保護エレメント５０の長手方向は、風力タービンブレード１０の長手方向と略平行であってもよい。前縁保護エレメント５０は、長さＬ１、すなわち外周側端部５２と内周側端部５４との間の長さを有し得る。長さＬ１は、図に示す風力タービンブレード１０の前縁１８の長さよりも小さくてもよい。長さＬ１は、風力タービンブレード１０の前縁１８の長さの１００％であってもよい。前縁保護エレメントの長さＬ１は、風力タービンブレード１０の長さの３０％以上とし得る。
前縁保護エレメント５０は、外周側端部５２から第１のセクション位置ｐ１まで延在する第１のセクション７０を備える。第１のセクション７０は、第１の耐エロージョン性を有する第１のエロージョン保護材料で作られる。第１のエロージョン保護材料は、ニッケル基合金、チタン、ステンレス鋼、アルミニウム、形状記憶合金、オーステナイト系ニッケル－クロム基合金（例えばインコネル）の１種以上のような、金属材料を含む。形状記憶合金の例として、銅－アルミニウム－ニッケル及びニッケル－チタンが挙げられる。第１のセクション７０は、根元端１７から見て風力タービンブレード１０の翼長Ｌ２の７０～１００％の範囲内に配置し得る。第１のセクション７０の長さＬ３は、ブレード長さＬ２の５～３５％であってもよい。
前縁保護エレメント５０は、第１のセクション位置ｐ１から第２のセクション位置ｐ２まで延在する第２のセクション７２を備える。第２のセクション７２は、第２の耐エロージョン性を有する第２のエロージョン保護材料で作られる。第２のエロージョン保護材料は、ポリウレタン熱硬化性ゴム、熱可塑性ポリウレタン、ＵＨＭＷＰＥ、ＰＥＥＫ、ポリカーボネート、ＡＢＳ、又はゴム、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）又はポリブタジエンの１種以上のような、ポリマー材料を含む。第１の耐エロージョン性は第２の耐エロージョン性よりも大きい。これは、第１のエロージョン保護材料が第２のエロージョン保護材料よりも強く、雨滴の衝撃などの環境要因に対する耐性が大きいことを意味する。そこで、損傷が認められるまで及び損傷が下地層に達するまでに、第２のエロージョン保護材料よりも第１のエロージョン保護材料で時間がかかる場合がある。第２のセクション７２は、第１のセクション７０に当接してもよい。第２のセクション７２の長さＬ４は、ブレードの長さＬ２の５～３５％であってもよい。
前縁保護エレメント５０は、第２のセクション位置ｐ２から内周側端部５４まで延在する第３のセクション７４を備える。第３のセクション７４は、第３の耐エロージョン性を有する第３のエロージョン保護材料で作られる。第３のエロージョン保護材料は、ゲルコート材料、塗料系材料又は熱可塑性材料を含むことができる。或いは、第３のセクションは、風力タービンブレードの外側ゲルコート層に対応する。この場合、前縁保護エレメント５０は第１のセクション７０及び第２のセクション７２を備えており、これらは風力タービンブレードの前縁に先端から取り付けられる。第３のセクション７４の長さＬ５は、ブレードの長さＬ２の２０～７５％であってもよい。
第１のセクション７０、第２のセクション７２及び第３のセクション７４の各々は、５～２４ｍ、例えば約１２ｍの長さを有し得る。
前縁保護エレメント５０の材料は、テープ、シート、液体又は粉末堆積物の形態を有し得る。前縁保護エレメント５０の材料は、ブレードシェル部分２４，２６の複合材料とは別個のものである。
図３は、例示的な風力タービンブレード、例えば図１～図２の風力タービンブレード１０を示す概略図である。風力タービンブレード１０は、前縁１８、後縁２０、正圧側２４及び負圧側２６を有する。風力タービンブレード１０は、前縁１８と後縁２０との間の翼弦線３８を有する。風力タービンブレード１０は、前縁せん断ウェブ及び後縁せん断ウェブのようなせん断ウェブ４２を備える。せん断ウェブ４２は、代替的に、後縁スパー側面及び前縁スパー側面のようなスパー側面を有するスパーボックスであってもよい。ブレードシェル部分２４，２６は、繊維材料、例えばガラス繊維、炭素繊維又はそれらの組合せで強化し得る。
風力タービンブレード１０は、図２の前縁保護エレメント５０のような前縁保護エレメント５０を設けることによって保護し得る。前縁保護エレメント５０は、前縁保護エレメント５０の取付面６２が風力タービンブレード１０の前縁１８に面するように前縁保護エレメント５０を配置することによって、風力タービンブレード１０の前縁１８に取り付けることができる。前縁保護エレメント５０は、接着剤、例えば感圧接着剤又は２液型接着剤及び／又は熱硬化型接着剤を塗工することによって取り付けてもよい。接着剤は、前縁保護エレメント５０の取付面６２又は風力タービンブレード１０の前縁１８に塗工し得る。或いは、前縁保護エレメント５０は、風力タービンブレード１０に機械的に固定及び／又は溶接してもよい。前縁保護エレメント５０が液体の形態である場合には、液体を風力タービンブレード１０に刷毛塗りしてもよい。前縁保護エレメントが粉末堆積物である場合、粉末を風力タービンブレード１０に噴霧してもよい。
前縁保護エレメント５０は、前縁保護エレメント５０を生産現場から出てくる風力タービンブレード又は現場に既設された風力タービンブレードに取り付けることによって、風力タービンブレード完成品の前縁の保護に使用することができる。さらに、前縁保護エレメント５０は、既存の前縁保護エレメントの補修を要する前縁部分に取り付けてもよい。或いは、前縁保護エレメント５０は、風力タービンブレード１０の生産におけるレイアップ時に風力タービンブレード１０の前縁１８のブレードシェルに埋め込んでもよい。
前縁保護エレメント５０は、例えば最も肉厚の点で、厚さＤ１を有する。第１の横端部５６及び第２の横端部５８は、翼形への移行が最小限になるように面取り又はテーパ付けしてもよい。例えば、取付面６２と外表面６０との間の前縁保護エレメント５０の厚さＤ１は、端部５６，５８に向かうにつれて減少する。
厚さＤ１は、第１のセクション、第２のセクション及び第３のセクションで同じであってもよい。第３のセクションの厚さＤ１は、第１のセクション及び第２のセクションの厚さよりも小さくすることができる。
図４は、図１～図３の風力タービンブレードのような、例示的な風力タービンブレード１０の断面図を示す概略図である。前縁保護エレメント５０は、繊維強化材料６６と共に樹脂で共含浸し、硬化して、いわゆるクリップオンを形成する。クリップオンは、風力タービンブレード１０の前縁１８に取り付けられる。前縁保護エレメント５０及び風力タービンブレード１０は、風力タービンブレード１０に取り付けたときに前縁保護エレメント５０を固定するように構成された締結手段６４を備えていてもよい。
前縁保護エレメントの第１のセクション、第２のセクション及び／又は第３のセクションの各々は、繊維強化材料と共に樹脂で共含浸し、硬化させて、別個の前縁保護エレメント又はセクション化された前縁保護エレメントを形成することができる。そこで、図４の前縁保護エレメント５０は、前縁保護エレメントの第１のセクション、第２のセクション又は第３のセクションを表すことができる。
図５は、風力タービンブレードを保護するための、例えば風力タービンブレードの前縁を保護するための、例示的な方法２００のブロック図である。
方法２００は、図１～図３の風力タービンブレード１０のような風力タービンブレード２０２を準備するステップを含む。方法２００は、図２～図３の前縁保護エレメント５０のような前縁保護エレメント２０４を準備するステップを含む。
方法２００は、風力タービンブレードの前縁の少なくとも一部に前縁保護エレメントを取り付けるステップを含む。前縁保護エレメントが液体の形態である場合には、風力タービンブレードに液体を刷毛塗りすることにより、前縁保護エレメントを取り付けてもよい。前縁保護エレメントが粉末堆積物である場合には、風力タービンブレードに粉末を噴霧することにより、前縁保護エレメントを取り付けてもよい。
前縁保護エレメントを取り付けるステップ２０６は、第１のセクションが風力タービンブレードの先端の近傍に配置されるように前縁保護エレメントを配置すること２０８ａを含んでいてもよい。前縁保護エレメントを取り付けるステップ２０６は、第２のセクションが風力タービンブレードの根元の近傍に配置されるように前縁保護エレメントを配置すること２０８ｂを含んでいてもよい。前縁保護エレメントを取り付けるステップ２０６は、風力タービンブレードの根元の近傍に第３のセクションが配置され、第２のセクションが第３のセクションと第１のセクションの間に配置されるように前縁保護エレメントを配置すること２０８ｃを含んでいてもよい。
方法２００は、風力タービンブレードの前縁の一部に、接着剤（例えば感圧接着剤又は２液型接着剤）を塗工するステップ２１０を含んでいてもよい。或いは、接着剤は、取り付け時に風力タービンブレードに面する取付面に塗工してもよい。
本願で開示する技術の典型的な実施形態を、以下に挙げる。
［実施態様１］
根元端から先端まで延在する風力タービンブレードであって、風力タービンブレードが、根元領域と、先端、正圧側、負圧側及び前縁と後縁の間に延在する翼弦を備える翼形領域とを備えており、
風力タービンブレードが、風力タービンブレードの前縁に前縁保護エレメントを備えており、前縁保護エレメントが、長手方向に外周側端部と内周側端部との間に延在しているとともに、
外周側端部から第１のセクション位置まで延在する第１のセクションであって、第１の耐エロージョン性を有する第１のエロージョン保護材料からなる第１のセクションと、
第１のセクション位置から第２のセクション位置まで延在する第２のセクションであって、第２の耐エロージョン性を有する第２のエロージョン保護材料からなる第２のセクションと
を備えており、第１の耐エロージョン性が第２の耐エロージョン性よりも大きい、風力タービンブレード。
［実施態様２］
第１のエロージョン保護材料が、ニッケル基合金、チタン、ステンレス鋼、アルミニウム、形状記憶合金、オーステナイト系ニッケル－クロム基合金の１種以上のような、金属材料を含む、実施態様１に記載の風力タービンブレード。
［実施態様３］
第２のエロージョン保護材料が、ポリウレタン熱硬化性ゴム、熱可塑性ポリウレタン、ＵＨＭＷＰＥ、ＰＥＥＫ、ポリカーボネート、ＡＢＳ、又はゴム、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）又はポリブタジエンの１種以上のような、ポリマー材料を含む、実施態様１又は実施態様２に記載の風力タービンブレード。
［実施態様４］
ポリマー材料中に包埋された繊維強化材料を含む複合材料からなるブレードシェルを備えており、前縁保護エレメントがブレードシェルの複合材料とは別個のものである、実施態様１乃至実施態様３のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
［実施態様５］
前縁保護エレメントが、風力タービンブレードの前縁のブレードシェルに埋め込まれている、実施態様１乃至実施態様４のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
［実施態様６］
前縁保護エレメントが、風力タービンブレードの前縁のブレードシェルの外表面に取り付けられている、実施態様１乃至実施態様５のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
［実施態様７］
前縁保護エレメントが、第２のセクション位置から内周側端部まで延在する第３のセクションを備えており、第３のセクションが、第３の耐エロージョン性を有する第３のエロージョン保護材料からなり、第１の耐エロージョン性及び／又は第２の耐エロージョン性が、第３の耐エロージョン性よりも大きい、実施態様１乃至実施態様６のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
［実施態様８］
第３のエロージョン保護材料が、
従来の２液型脂肪族ポリウレタン又は２液型エポキシのような、塗料系材料、及び／又は
エポキシ、ポリエステル又はポリウレタンのような、ゲルコート材料、及び／又は
ＰＭＭＡ又はＰＥＴのような、熱可塑性材料
の１種以上を含む、実施態様７に記載の風力タービンブレード。
［実施態様９］
外周側端部と内周側端部との間で測定される前縁保護エレメントの長さが、風力タービンブレードの長手方向長さの３０％以上である、実施態様１乃至実施態様８のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
［実施態様１０］
外周側端部と第１のセクション位置との間で測定される第１のセクションの長さが、風力タービンブレードのブレード長の５～３５％、例えばブレード長の１０～３０％、例えば１５～２５％である、実施態様１乃至実施態様９のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
［実施態様１１］
第１のセクション位置と第２のセクション位置との間で測定される第２のセクションの長さが、風力タービンブレードのブレード長の５～３５％、例えばブレード長の１０～３０％、例えば１５～２５％である、実施態様１乃至実施態様１０のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
［実施態様１２］
第２のセクション位置と内周側端部との間で測定される第３のセクションの長さは、風力タービンブレードのブレード長の２０～７５％、例えばブレード長の３０～７０％、例えば４０～６５％である、実施態様７又は実施態様８に記載の風力タービンブレード。
［実施態様１３］
第１のセクション又は第２のセクション又は第３のセクションの長手方向長さが、５～２４ｍ、例えば約１２ｍである、実施態様１乃至実施態様１２のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
［実施態様１４］
風力タービンブレード用の前縁保護エレメントキットであって、前縁保護エレメントが、風力タービンブレードに取り付けたときに、長手方向に外周側端部と内周側端部との間に延在し、
前縁保護エレメントが、
外周側端部から第１のセクション位置まで延在する第１のセクションであって、第１の耐エロージョン性を有する第１のエロージョン保護材料からなる第１のセクションと、
第１のセクション位置から第２のセクション位置まで延在する第２のセクションであって、第２の耐エロージョン性を有する第２のエロージョン保護材料からなる第２のセクションと
を備えており、第１の耐エロージョン性が第２の耐エロージョン性よりも大きい、前縁保護エレメント。
［実施態様１５］
第１のエロージョン保護材料が、ニッケル基合金、チタン、ステンレス鋼、アルミニウム、形状記憶合金、オーステナイト系ニッケル－クロム基合金の１種以上のような、金属材料を含む、実施態様１４に記載の前縁保護エレメント。
［実施態様１６］
第２のエロージョン保護材料が、ポリウレタン熱硬化性ゴム、熱可塑性ポリウレタン、ＵＨＭＷＰＥ、ＰＥＥＫ、ポリカーボネート、ＡＢＳ、又はゴム、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）又はポリブタジエンの１種以上のような、ポリマー材料を含む、実施態様１４又は実施態様１５に記載の前縁保護エレメント。
［実施態様１７］
風力タービンブレードの前縁のブレードシェルに埋め込まれるように構成されている、実施態様１４乃至実施態様１６のいずれか１項に記載の前縁保護エレメント。
［実施態様１８］
風力タービンブレードの前縁のブレードシェルの外表面に取り付けられるように構成されている、実施態様１４乃至実施態様１７のいずれか１項に記載の前縁保護エレメント。
［実施態様１９］
第２のセクション位置から内周側端部まで延在する第３のセクションを備えており、第３のセクションが、第３の耐エロージョン性を有する第３のエロージョン保護材料からなり、第１の耐エロージョン性及び／又は第２の耐食性が第３の耐耐エロージョン性よりも大きい、実施態様１４乃至実施態様１８のいずれか１項に記載の前縁保護エレメント。
［実施態様２０］
第３のエロージョン保護材料が、
従来の２液型脂肪族ポリウレタン又は２液型エポキシのような、塗料系材料、及び／又は
エポキシ、ポリエステル又はポリウレタンのような、ゲルコート材料、及び／又は
ＰＭＭＡ又はＰＥＴのような、熱可塑性材料
の１種以上を含む、実施態様１９に記載の前縁保護エレメント。
［実施態様２１］
第１のセクション又は第２のセクション又は第３のセクションの長手方向長さが８～１６ｍ、例えば約１２ｍである、実施態様１４乃至実施態様２０のいずれか１項に記載の前縁保護エレメント。
［実施態様２２］
風力タービンブレードの前縁を保護するための方法であって、
風力タービンブレードを準備するステップであって、風力タービンブレードが、根元端から先端まで延在しているとともに、根元領域と、先端、正圧側、負圧側及び前縁と後縁の間に延在する翼弦を含む翼形領域とを備える、ステップと、
風力タービンブレードの前縁に前縁保護エレメントを準備するステップであって、前縁保護エレメントが、長手方向に外周側端部と内周側端部との間に延在しているとともに、
外周側端部から第１のセクション位置まで延在する第１のセクションであって、第１の耐エロージョン性を有する第１のエロージョン保護材料からなる第１のセクションと、
第１のセクション位置から第２のセクション位置まで延在する第２のセクションであって、第２の耐エロージョン性を有する第２のエロージョン保護材料からなる第２のセクションと
を備えており、第１の耐エロージョン性が第２の耐耐エロージョン性よりも大きい、ステップと、
風力タービンブレードの前縁の少なくとも一部に前縁保護エレメントを取り付けるステップと
を含む、方法。
［実施態様２３］
前縁保護エレメントを取り付けるステップが、第１のセクションが風力タービンブレードの先端の近傍に配置され、かつ第２のセクションが風力タービンブレードの根元の近傍に配置されるように前縁保護エレメントを配置することを含む、実施態様２２に記載の方法。
［実施態様２４］
前縁保護エレメントを取り付けるステップが、風力タービンブレードの前縁の一部に接着剤、例えば感圧接着剤又は２液性接着剤を塗工することを含む、実施態様２２又は実施態様２３に記載の方法。
［実施態様１］
根元端から先端まで延在する風力タービンブレードであって、風力タービンブレードが、根元領域と、先端、正圧側、負圧側及び前縁と後縁の間に延在する翼弦を備える翼形領域とを備えており、
風力タービンブレードが、風力タービンブレードの前縁に前縁保護エレメントを備えており、前縁保護エレメントが、長手方向に外周側端部と内周側端部との間に延在しているとともに、
外周側端部から第１のセクション位置まで延在する第１のセクションであって、第１の耐エロージョン性を有する第１のエロージョン保護材料からなる第１のセクションと、
第１のセクション位置から第２のセクション位置まで延在する第２のセクションであって、第２の耐エロージョン性を有する第２のエロージョン保護材料からなる第２のセクションと
を備えており、第１の耐エロージョン性が第２の耐エロージョン性よりも大きい、風力タービンブレード。
［実施態様２］
第１のエロージョン保護材料が、ニッケル基合金、チタン、ステンレス鋼、アルミニウム、形状記憶合金、オーステナイト系ニッケル－クロム基合金の１種以上のような、金属材料を含む、実施態様１に記載の風力タービンブレード。
［実施態様３］
第２のエロージョン保護材料が、ポリウレタン熱硬化性ゴム、熱可塑性ポリウレタン、ＵＨＭＷＰＥ、ＰＥＥＫ、ポリカーボネート、ＡＢＳ、又はゴム、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）又はポリブタジエンの１種以上のような、ポリマー材料を含む、実施態様１又は実施態様２に記載の風力タービンブレード。
［実施態様４］
ポリマー材料中に包埋された繊維強化材料を含む複合材料からなるブレードシェルを備えており、前縁保護エレメントがブレードシェルの複合材料とは別個のものである、実施態様１乃至実施態様３のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
［実施態様５］
前縁保護エレメントが、風力タービンブレードの前縁のブレードシェルに埋め込まれている、実施態様１乃至実施態様４のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
［実施態様６］
前縁保護エレメントが、風力タービンブレードの前縁のブレードシェルの外表面に取り付けられている、実施態様１乃至実施態様５のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
［実施態様７］
前縁保護エレメントが、第２のセクション位置から内周側端部まで延在する第３のセクションを備えており、第３のセクションが、第３の耐エロージョン性を有する第３のエロージョン保護材料からなり、第１の耐エロージョン性及び／又は第２の耐エロージョン性が、第３の耐エロージョン性よりも大きい、実施態様１乃至実施態様６のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
［実施態様８］
第３のエロージョン保護材料が、
従来の２液型脂肪族ポリウレタン又は２液型エポキシのような、塗料系材料、及び／又は
エポキシ、ポリエステル又はポリウレタンのような、ゲルコート材料、及び／又は
ＰＭＭＡ又はＰＥＴのような、熱可塑性材料
の１種以上を含む、実施態様７に記載の風力タービンブレード。
［実施態様９］
外周側端部と内周側端部との間で測定される前縁保護エレメントの長さが、風力タービンブレードの長手方向長さの３０％以上である、実施態様１乃至実施態様８のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
［実施態様１０］
外周側端部と第１のセクション位置との間で測定される第１のセクションの長さが、風力タービンブレードのブレード長の５～３５％、例えばブレード長の１０～３０％、例えば１５～２５％である、実施態様１乃至実施態様９のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
［実施態様１１］
第１のセクション位置と第２のセクション位置との間で測定される第２のセクションの長さが、風力タービンブレードのブレード長の５～３５％、例えばブレード長の１０～３０％、例えば１５～２５％である、実施態様１乃至実施態様１０のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
［実施態様１２］
第２のセクション位置と内周側端部との間で測定される第３のセクションの長さは、風力タービンブレードのブレード長の２０～７５％、例えばブレード長の３０～７０％、例えば４０～６５％である、実施態様７又は実施態様８に記載の風力タービンブレード。
［実施態様１３］
第１のセクション又は第２のセクション又は第３のセクションの長手方向長さが、５～２４ｍ、例えば約１２ｍである、実施態様１乃至実施態様１２のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
［実施態様１４］
風力タービンブレード用の前縁保護エレメントキットであって、前縁保護エレメントが、風力タービンブレードに取り付けたときに、長手方向に外周側端部と内周側端部との間に延在し、
前縁保護エレメントが、
外周側端部から第１のセクション位置まで延在する第１のセクションであって、第１の耐エロージョン性を有する第１のエロージョン保護材料からなる第１のセクションと、
第１のセクション位置から第２のセクション位置まで延在する第２のセクションであって、第２の耐エロージョン性を有する第２のエロージョン保護材料からなる第２のセクションと
を備えており、第１の耐エロージョン性が第２の耐エロージョン性よりも大きい、前縁保護エレメント。
［実施態様１５］
第１のエロージョン保護材料が、ニッケル基合金、チタン、ステンレス鋼、アルミニウム、形状記憶合金、オーステナイト系ニッケル－クロム基合金の１種以上のような、金属材料を含む、実施態様１４に記載の前縁保護エレメント。
［実施態様１６］
第２のエロージョン保護材料が、ポリウレタン熱硬化性ゴム、熱可塑性ポリウレタン、ＵＨＭＷＰＥ、ＰＥＥＫ、ポリカーボネート、ＡＢＳ、又はゴム、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）又はポリブタジエンの１種以上のような、ポリマー材料を含む、実施態様１４又は実施態様１５に記載の前縁保護エレメント。
［実施態様１７］
風力タービンブレードの前縁のブレードシェルに埋め込まれるように構成されている、実施態様１４乃至実施態様１６のいずれか１項に記載の前縁保護エレメント。
［実施態様１８］
風力タービンブレードの前縁のブレードシェルの外表面に取り付けられるように構成されている、実施態様１４乃至実施態様１７のいずれか１項に記載の前縁保護エレメント。
［実施態様１９］
第２のセクション位置から内周側端部まで延在する第３のセクションを備えており、第３のセクションが、第３の耐エロージョン性を有する第３のエロージョン保護材料からなり、第１の耐エロージョン性及び／又は第２の耐食性が第３の耐耐エロージョン性よりも大きい、実施態様１４乃至実施態様１８のいずれか１項に記載の前縁保護エレメント。
［実施態様２０］
第３のエロージョン保護材料が、
従来の２液型脂肪族ポリウレタン又は２液型エポキシのような、塗料系材料、及び／又は
エポキシ、ポリエステル又はポリウレタンのような、ゲルコート材料、及び／又は
ＰＭＭＡ又はＰＥＴのような、熱可塑性材料
の１種以上を含む、実施態様１９に記載の前縁保護エレメント。
［実施態様２１］
第１のセクション又は第２のセクション又は第３のセクションの長手方向長さが８～１６ｍ、例えば約１２ｍである、実施態様１４乃至実施態様２０のいずれか１項に記載の前縁保護エレメント。
［実施態様２２］
風力タービンブレードの前縁を保護するための方法であって、
風力タービンブレードを準備するステップであって、風力タービンブレードが、根元端から先端まで延在しているとともに、根元領域と、先端、正圧側、負圧側及び前縁と後縁の間に延在する翼弦を含む翼形領域とを備える、ステップと、
風力タービンブレードの前縁に前縁保護エレメントを準備するステップであって、前縁保護エレメントが、長手方向に外周側端部と内周側端部との間に延在しているとともに、
外周側端部から第１のセクション位置まで延在する第１のセクションであって、第１の耐エロージョン性を有する第１のエロージョン保護材料からなる第１のセクションと、
第１のセクション位置から第２のセクション位置まで延在する第２のセクションであって、第２の耐エロージョン性を有する第２のエロージョン保護材料からなる第２のセクションと
を備えており、第１の耐エロージョン性が第２の耐耐エロージョン性よりも大きい、ステップと、
風力タービンブレードの前縁の少なくとも一部に前縁保護エレメントを取り付けるステップと
を含む、方法。
［実施態様２３］
前縁保護エレメントを取り付けるステップが、第１のセクションが風力タービンブレードの先端の近傍に配置され、かつ第２のセクションが風力タービンブレードの根元の近傍に配置されるように前縁保護エレメントを配置することを含む、実施態様２２に記載の方法。
［実施態様２４］
前縁保護エレメントを取り付けるステップが、風力タービンブレードの前縁の一部に接着剤、例えば感圧接着剤又は２液性接着剤を塗工することを含む、実施態様２２又は実施態様２３に記載の方法。
２ 風力タービン
４ タワー
６ ナセル
８ ハブ
１０ ブレード
１２ ブレード部分
１４ ブレード先端
１５ 先端
１６ ブレード根元
１７ 根元端
１８ 前縁
２０ 後縁
２４ 第１のブレードシェル部分（正圧側）
２６ 第２のブレードシェル部分（負圧側）
２８ ボンドライン／接着剤継手／固定継手／溶接継手／鋳型分割ライン
３０ 根元領域
３２ 移行領域
３４ 翼形領域
４０ ショルダ
４２ せん断ウェブ又はスパー側
４４ エロージョン感受性領域
５０ 前縁保護エレメント
５２ 外周側端部
５４ 内周側端部
５６ 第１の横端部
５８ 第２の横端部
６０ 外表面
６２ 取付面
６４ 固定手段
６６ 繊維強化材料
７０ 第１のセクション
７２ 第２のセクション
７４ 第３のセクション
Ｌ 縦軸
Ｌ１ 前縁保護エレメントの長さ
Ｌ２ ブレードの長さ
Ｌ３ 第１のセクションの長さ
Ｌ４ 第２のセクションの長さ
Ｌ５ 第３のセクションの長さ
ｐ１ 第１のセクション位置
ｐ２ 第２のセクション位置
Ｄ１ 厚さ
２００ 方法
２０２ 風力タービンブレードの準備
２０４ 前縁保護エレメントの準備
２０６ 前縁保護エレメントの取り付け
２０８ａ 前縁保護エレメントの配置
２０８ｂ 前縁保護エレメントの配置
２０８ｃ 前縁保護エレメントの配置
２１０ 接着剤の塗工
４ タワー
６ ナセル
８ ハブ
１０ ブレード
１２ ブレード部分
１４ ブレード先端
１５ 先端
１６ ブレード根元
１７ 根元端
１８ 前縁
２０ 後縁
２４ 第１のブレードシェル部分（正圧側）
２６ 第２のブレードシェル部分（負圧側）
２８ ボンドライン／接着剤継手／固定継手／溶接継手／鋳型分割ライン
３０ 根元領域
３２ 移行領域
３４ 翼形領域
４０ ショルダ
４２ せん断ウェブ又はスパー側
４４ エロージョン感受性領域
５０ 前縁保護エレメント
５２ 外周側端部
５４ 内周側端部
５６ 第１の横端部
５８ 第２の横端部
６０ 外表面
６２ 取付面
６４ 固定手段
６６ 繊維強化材料
７０ 第１のセクション
７２ 第２のセクション
７４ 第３のセクション
Ｌ 縦軸
Ｌ１ 前縁保護エレメントの長さ
Ｌ２ ブレードの長さ
Ｌ３ 第１のセクションの長さ
Ｌ４ 第２のセクションの長さ
Ｌ５ 第３のセクションの長さ
ｐ１ 第１のセクション位置
ｐ２ 第２のセクション位置
Ｄ１ 厚さ
２００ 方法
２０２ 風力タービンブレードの準備
２０４ 前縁保護エレメントの準備
２０６ 前縁保護エレメントの取り付け
２０８ａ 前縁保護エレメントの配置
２０８ｂ 前縁保護エレメントの配置
２０８ｃ 前縁保護エレメントの配置
２１０ 接着剤の塗工
Claims (24)
- 根元端から先端まで延在する風力タービンブレードであって、当該風力タービンブレードが、根元領域と、先端、正圧側、負圧側及び前縁と後縁の間に延在する翼弦を備える翼形領域とを備えており、
当該風力タービンブレードが、ポリマー材料中に包埋された繊維強化材料を含む複合材料からなるブレードシェルを備えており、
当該風力タービンブレードが、当該風力タービンブレードの前縁に前縁保護エレメントをさらに備えていて、前記前縁保護エレメントが、長手方向に外周側端部と内周側端部との間に延在しているとともに、
外周側端部から第１のセクション位置まで延在する第１のセクションであって、第１の耐エロージョン性を有する第１のエロージョン保護材料からなる第１のセクションと、
第１のセクション位置から第２のセクション位置まで延在する第２のセクションであって、第２の耐エロージョン性を有する第２のエロージョン保護材料からなる第２のセクションと
を備えており、第１の耐エロージョン性が第２の耐エロージョン性よりも大きく、かつ
前記前縁保護エレメントが、前記ブレードシェルの複合材料とは別個のものである、風力タービンブレード。 - 第１のエロージョン保護材料が、ニッケル基合金、チタン、ステンレス鋼、アルミニウム、形状記憶合金、オーステナイト系ニッケル－クロム基合金の１種以上のような、金属材料を含む、請求項１に記載の風力タービンブレード。
- 第２のエロージョン保護材料が、ポリウレタン熱硬化性ゴム、熱可塑性ポリウレタン、ＵＨＭＷＰＥ、ＰＥＥＫ、ポリカーボネート、ＡＢＳ、又はゴム、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）又はポリブタジエンの１種以上のような、ポリマー材料を含む、請求項１又は請求項２に記載の風力タービンブレード。
- 前記前縁保護エレメントが、当該風力タービンブレードの前縁のブレードシェルに埋め込まれている、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
- 前記前縁保護エレメントが、当該風力タービンブレードの前縁のブレードシェルの外表面に取り付けられている、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
- 前記前縁保護エレメントが、第２のセクション位置から内周側端部まで延在する第３のセクションを備えており、第３のセクションが、第３の耐エロージョン性を有する第３のエロージョン保護材料からなり、第１の耐エロージョン性及び／又は第２の耐エロージョン性が、第３の耐エロージョン性よりも大きい、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
- 第３のエロージョン保護材料が、
従来の２液型脂肪族ポリウレタン又は２液型エポキシのような、塗料系材料、及び／又は
エポキシ、ポリエステル又はポリウレタンのような、ゲルコート材料、及び／又は
ＰＭＭＡ又はＰＥＴのような、熱可塑性材料
の１種以上を含む、請求項６に記載の風力タービンブレード。 - 第１のエロージョン保護材料が、ニッケル基合金、チタン、ステンレス鋼、アルミニウム、形状記憶合金、オーステナイト系ニッケル－クロム基合金の１種以上のような、金属材料を含んでおり、かつ
第２のエロージョン保護材料が、ポリウレタン熱硬化性ゴム、熱可塑性ポリウレタン、ＵＨＭＷＰＥ、ＰＥＥＫ、ポリカーボネート、ＡＢＳ、又はゴム、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）又はポリブタジエンの１種以上のような、ポリマー材料を含んでおり、かつ
第３のエロージョン保護材料が、従来の２液型脂肪族ポリウレタン又は２液型エポキシのような、塗料系材料、及び／又はエポキシ、ポリエステル又はポリウレタンのような、ゲルコート材料、及び／又はＰＭＭＡ又はＰＥＴのような、熱可塑性材料の１種以上を含んでいる、請求項６又は請求項７に記載の風力タービンブレード。 - 外周側端部と内周側端部との間で測定される前縁保護エレメントの長さが、当該風力タービンブレードの長手方向長さの３０％以上である、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
- 外周側端部と第１のセクション位置との間で測定される第１のセクションの長さが、当該風力タービンブレードのブレード長の１～１５％、例えば５～１０％、例えば約１０％である、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
- 第１のセクション位置と第２のセクション位置との間で測定される第２のセクションの長さが、当該風力タービンブレードのグレード長の１５～２５％、例えば約２０％である、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
- 第２のセクション位置と内周側端部との間で測定される第３のセクションの長さが、当該風力タービンブレードのブレード長の５５～８５％、例えば約７０％である、請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
- 第１のセクション又は第２のセクション又は第３のセクションの長手方向長さが、５～２４ｍ、例えば約１２ｍである、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の風力タービンブレード。
- 風力タービンブレード用の前縁保護エレメントキットであって、当該前縁保護エレメントが、風力タービンブレードに取り付けたときに、長手方向に外周側端部と内周側端部との間に延在し、
当該前縁保護エレメントが、
外周側端部から第１のセクション位置まで延在する第１のセクションであって、第１の耐エロージョン性を有する第１のエロージョン保護材料からなる第１のセクションと、
第１のセクション位置から第２のセクション位置まで延在する第２のセクションであって、第２の耐エロージョン性を有する第２のエロージョン保護材料からなる第２のセクションと
を備えており、第１の耐エロージョン性が第２の耐エロージョン性よりも大きく、かつ
前記前縁保護エレメントが、ポリマー材料中に包埋された繊維強化材料を含む複合材料とは別個のものである、前縁保護エレメント。 - 第１のエロージョン保護材料が、ニッケル基合金、チタン、ステンレス鋼、アルミニウム、形状記憶合金、オーステナイト系ニッケル－クロム基合金の１種以上のような、金属材料を含む、請求項１４に記載の前縁保護エレメント。
- 第２のエロージョン保護材料が、ポリウレタン熱硬化性ゴム、熱可塑性ポリウレタン、ＵＨＭＷＰＥ、ＰＥＥＫ、ポリカーボネート、ＡＢＳ、又はゴム、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）又はポリブタジエンの１種以上のような、ポリマー材料を含む、請求項１４又は請求項１５に記載の前縁保護エレメント。
- 風力タービン用ブレードの前縁のブレードシェルに埋め込まれるように構成されている、請求項１４乃至請求項１６のいずれか１項に記載の前縁保護エレメント。
- 風力タービンブレードの前縁のブレードシェルの外表面に取り付けられるように構成されている、請求項１４乃至請求項１７のいずれか１項に記載の前縁保護エレメント。
- 第２のセクション位置から内周側端部まで延在する第３のセクションを備えており、第３のセクションが、第３の耐エロージョン性を有する第３のエロージョン保護材料からなり、第１の耐エロージョン性及び／又は第２の耐エロージョン性が第３の耐耐エロージョン性よりも大きい、請求項１４乃至請求項１８のいずれか１項に記載の前縁保護エレメント。
- 第３のエロージョン保護材料が、
従来の２液型脂肪族ポリウレタン又は２液型エポキシのような、塗料系材料、及び／又は
エポキシ、ポリエステル又はポリウレタンのような、ゲルコート材料、及び／又は
ＰＭＭＡ又はＰＥＴのような、熱可塑性材料
の１種以上を含む、請求項１９に記載の前縁保護エレメント。 - 第１のセクション又は第２のセクション又は第３のセクションの長手方向長さが、８～１６ｍ、例えば約１２ｍである、請求項１４乃至請求項２０のいずれか１項に記載の前縁保護エレメント。
- 風力タービンブレードの前縁を保護するための方法であって、
風力タービンブレードを準備するステップであって、前記風力タービンブレードが、根元端から先端まで延在しているとともに、根元領域と、先端、正圧側、負圧側及び前縁と後縁の間に延在する翼弦を備える翼形領域とを備えており、前記風力タービンブレードが、ポリマー材料中に包埋された繊維強化材料を含む複合材料からなるブレードシェルを備える、ステップと、
前記風力タービンブレードの前縁に前縁保護エレメントを準備するステップであって、前記前縁保護エレメントが、長手方向に外周側端部と内周側端部との間に延在しているとともに、
外周側端部から第１のセクション位置まで延在する第１のセクションであって、第１の耐エロージョン性を有する第１のエロージョン保護材料からなる第１のセクションと、
第１のセクション位置から第２のセクション位置まで延在する第２のセクションであって、第２の耐エロージョン性を有する第２のエロージョン保護材料からなる第２のセクションと
を備えており、第１の耐エロージョン性が第２の耐耐エロージョン性よりも大きく、かつ
前記前縁保護エレメントが、ブレードシェルの複合材料とは別個のものである、ステップと、
前記風力タービンブレードの前縁の少なくとも一部に前記前縁保護エレメントを取り付けるステップと
を含む、方法。 - 前記前縁保護エレメントを取り付けるステップが、第１のセクションが前記風力タービンブレードの先端の近傍に配置され、かつ第２のセクションが前記風力タービンブレードの根元の近傍に配置されるように、前記前縁保護エレメントを配置することを含む、請求項２２に記載の方法。
- 前記前縁保護エレメントを取り付けるステップが、前記風力タービンブレードの前縁の一部に接着剤、例えば感圧接着剤又は２液性接着剤を塗工することを含む、請求項２２又は請求項２３に記載の方法。
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