JP4896142B2 - 風力タービンブレード - Google Patents

Description

本発明は、根元領域及びブレード内で結露する水の排水手段を備えた風力タービンブレードに関する。

背景技術
風力タービンには、複数のブレード、一般的には３つのブレードと、それらのブレードが搭載されるハブとを備える回転翼が設けられている。ブレードは大きく、長さ約２０〜５０ｍであり、その先端の速度は２５０ｋｍ／ｈに達することがある。
ブレードの内部には、結露により水が溜まる。ブレードの内部におけるこのような水の蓄積は、２つの面で有害である。即ち、まとまった量の水が可動バラストとして働き、ブレードの通常の機能を損なうこと、並びに、ブレードがアイドリング状態、つまり休止中で直立しているとき、水がブレード上を伝わって、水に触れると損傷する可能性のある何らかの電気製品を収容するハブに入り得ることである。

さらに、ブレードは中空で、製造中に何らかのゴミがその中に入って残る場合がある。ブレードが回転すると、このゴミが粉塵となって結露水と混合することにより固形物を形成し、この固形物が遠心力によってブレードの先端に移動する。
従来技術において、ブレードの先端にドリルで排水口を開け、排水用の通路を画定することが既知である。しかしながら、ブレードが高速で回転するとき、先端表面に特異な物又は不均一性があると、大きなノイズを生じる。よって、回転時に穴から大きなノイズが生じないように、このような穴は小さくなければならず、幅６ｍｍ以下でなければならない。残念ながら、遠心力により先端に移動するゴミと水の混合物は、このような狭い通路を詰まらせやすい。

発明の概要
本発明の一つの課題は、ブレード内の結露水が前記排水手段により容易に排水される風力タービンのブレードを提供することである。
本発明によれば、前記排水手段は、根元領域のブレード表面に形成された１つ以上の穴からなる。ブレードの低速領域である根元領域に形成されているので、前記穴は遠心力によって容易に詰まることがない。更に、ブレードの根元領域における特異物が生じるノイズは、一定の制限内において目立たないものであるので、これらの穴は比較的大きくすることができる。一実施形態では、穴の幅は８ｍｍ超である。

好ましくは、ブレードの吸込側に少なくとも１つの穴が位置し、圧送側に少なくとも１つの穴が位置する。このようにして、ブレードの両側から結露水を排水することができる。
有利には、本ブレードは、ブレードの吸込側と圧送側の一方又は両方に２つの穴を有することができる。この場合、ブレードの同じ側に位置する穴は、ブレードの強度の低減を防止するために、ブレードの縦方向に沿った同一線上に配置されない。

好適な一実施形態では、根元を強化し、ブレードを閉鎖する目的で、ブレードの根元領域の内部に仕切りが設けられる。このような仕切りを配置した場合、有利には、一部の穴を仕切りの一方の側に配置し、他の穴を仕切りの他方の側に配置することにより、仕切りの両側に蓄積した水を容易に排水することができる。
ブレード内部に残る水の量を最小にするために、穴は仕切りの近く、好ましくは仕切りから５ｃｍ以内に配置される。

好ましくは、穴は円形である。これは、円形の穴が、他の形状の穴と比較してブレードの強度を低減させる度合いが最も小さいためである。
一実施形態では、ブレードの外表面を伝わって流れる水がブレード内に入ることを防止するために、一つ以上の穴に、ブレードの外表面から外側に突出する突起物が設けられる。

後述では、添付図面を参照し、非限定的な例示のみを目的として、本発明の特定の実施形態を説明する。

特定の実施形態の説明
風力タービンは、ハブ５０と３つのブレード１０を備える。このようなブレードの根元１３は、ハブに近い領域であり、通常円筒状である。根元を越えた部分のブレードの２つの側部は平坦であり、ブレードの吸込側と圧送側を画定している。このように、本明細書では、根元を、ハブと、ブレードの側部が平坦な領域との間に位置するブレードの領域とし、ブレードの吸込側と圧送側はいずれも、対応する根元の一方の側部を含むものとする。
根元領域のブレード内部には、根元を強化し、ブレードを閉鎖するための仕切り２０を配置することができる。仕切り２０は、根元の端から０．５〜３ｍの距離に位置する。

図１の実施形態では、ブレード１０の根元１３には４つの穴３０が設けられており、そのうち２つは仕切り２０の一方の側に、他の２つは他方の側に配置されている。根元１３の表面上におけるそれらの角度位置に関しては、２つの穴がブレードの吸込側に位置し、他の２つの穴が反対側、つまりブレードの圧送側に位置している。
仕切り２０の各側の、隣接する２つの穴３０は、互いに約５０ｃｍの距離にあってずれている、つまり、ブレード１０の縦方向の同一直線上に位置しない。これにより、ブレードの縦方向のファイバーの強度が大きく低下することがない。

風力タービンは、稼動していないときアイドリング状態にあり、このとき、ブレードは風に対して横方向に向いており殆ど動いていないが、完全に静止してはいない。アイドリング状態において、ブレードは非常な低速で回転し、各ブレードはかなりの時間に亘って直立した状態を維持する。ブレード１０の１つがほぼ直立した位置でアイドリング状態であると、ブレード内に存在する結露水が下方に流れて仕切り２０の上に溜まる（図２の参照番号９１）。こうして水は１つ以上の穴３０を通ってスムーズに排水される。また、ブレードが実質的に下方を向いた状態でアイドリング中であるとき、仕切り２０の背後で根元１３内に存在する結露水は下方に流れて仕切りの後側に溜まる（図２の参照番号９２）。こうしてこの水は、穴３０のうちの反対側の１つ又は２つを通って排水される。このような理由により、仕切り２０の両側に複数の穴３０を設けることが好ましい。
蓄積した結露水の殆どを排水することができるように、穴３０は仕切り２０の非常に近く、一般的には仕切り２０から５ｃｍ以内に位置する。

穴３０には遠心力によりゴミと水の混合物が押し込まれることはないので、これらの穴は容易には詰まらない。更に、根元におけるブレードの速度は先端よりずっと小さいので、穴３０は、回転時に大きな音を生じることなく、幅１５ｍｍまで安全に大きくすることができ、これにより詰まりの危険が更に低減される。実験結果により、穴３０の幅の好ましい範囲は８〜１５ｍｍであることが示されている。
根元１３は、ブレードの、最大の負荷がかかる領域であり、他のいかなる形状の穴よりも円形の穴がもたらす応力が小さいため、穴３０の形状は好ましくは円形である。

一実施形態では、全ての穴３０は、ブレードの外表面に、開口した突起物３５を有する。突起物３５は、ブレードの低速領域に位置するため、回転時のノイズを増大させることはない。突起物３５は、ブレード１０の外表面上で結露する水が対応する穴３０に到達すること、よってブレード内に入ることを防止する。
一実施形態では、仕切り２０を使用しない。この場合、根元１３の端から５ｃｍ以内の距離に穴３０を設けることが好ましく、仕切り２０に直接関連しない特徴は上述の通りである。

本明細書では、本発明の特定の実施形態のみを示して説明したが、当業者であれば、請求の範囲に規定した保護の範囲から逸脱することなく、それぞれの場合の要件に応じて、前記実施形態のあらゆる技術的な特徴に修正を加え、同特徴を技術的に等価な他のもので置換することができる。
明らかなことに、例えば、ブレード１０の根元領域１３上の穴３０の数は任意の数とすることができ、又は穴３０は仕切り２０の一方の側にのみ配置することができる。

本発明の一実施形態のブレードの概略図である。 図１に示すブレードを３つ搭載しているハブの、部分断面図である。 図１に示すブレードの一部の断面図である。

Claims (10)

1. 根元領域（１３）及びブレード内で結露する水の排水手段を備えた風力タービンのブレード（１０）であって、前記排水手段が、ブレード（１０）の根元領域（１３）の表面上に形成された少なくとも１つの穴（３０）から構成されることを特徴とする、風力タービンのブレード（１０）。
2. 少なくとも１つの穴（３０）がブレード（１０）の吸込側に位置し、少なくとも１つの穴（３０）がブレード（１０）の圧送側に位置する、請求項１に記載の風力タービンのブレード（１０）。
3. ブレード（１０）の吸込側及び圧送側のうちの少なくとも一方に、２つの穴（３０）が位置する、請求項１又は２に記載の風力タービンのブレード（１０）。
4. ブレード（１０）の同じ側に位置する穴（３０）が、ブレード（１０）の縦方向に沿った同一直線上に位置しない、請求項３に記載の風力タービンのブレード（１０）。
5. ブレード（１０）の根元領域（１３）の内部に仕切り（２０）が配置されている、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の風力タービンのブレード（１０）。
6. 少なくとも１つの穴（３０）が、仕切り（２０）の一方の側に位置し、少なくとも１つの穴（３０）が、仕切り（２０）の他方の側に位置する、請求項５に記載の風力タービンのブレード（１０）。
7. 少なくとも１つの穴（３０）が、仕切り（２０）から５ｃｍ以内に位置する、請求項５又は６に記載の風力タービンのブレード（１０）。
8. 少なくとも１つの穴（３０）の形状が円形である、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の風力タービンのブレード（１０）。
9. 少なくとも１つの穴（３０）の直径が８ｍｍより大きい、請求項８に記載の風力タービンのブレード（１０）。
10. 少なくとも１つの穴（３０）に、ブレード（１０）の外表面から外側に突出する突起物（３５）が設けられている、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の風力タービンのブレード（１０）。

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