JP5641714B2 - 避雷器を備えた風車羽根及び風車羽根の表面を保護するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの避雷器を有する風車羽根に関する。本発明はさらに、風車羽根の表面を保護する方法に関する。

風車は通常、その他の高い構造物から離れて配置されており、したがって雷からの衝撃にさらされている。風車羽根は通常、雷撃によって深刻に損傷されるおそれがあるガラス繊維積層物から製造されている。このような損傷を回避するために、羽根には金属製の避雷器が設けられており、この避雷器は、避雷器の表面が実質的に羽根の外層の平面に位置するように、羽根に取り付けられている。したがって、これらの避雷器は、大容量の導体を介して接地されている。

稲妻を包囲する空気の温度は、数千度に達することができる。雷が避雷器に落雷すると、空気のエネルギの一部は、避雷器に隣接する羽根の表面に伝導される。このことは、塗装の、及び場合によっては下側の積層物の焼け焦げを生じるおそれがある。したがって、羽根の表面の一体性が妥協され、積層物が大気に曝される。次いで、湿気が積層物の損傷部位にしみ込み、積層物の軟化又は剥離を生じるおそれがある。問題に対する従来の対処方法は、雷撃を記録し、次いで、生じた損傷を修理することである。

したがって、本発明の第１の目的は有利な風車羽根を提供することである。本発明の第２の目的は、風車羽根の表面を保護する有利な方法を提供することである。第１の目的は、請求項１に請求されたように、少なくとも１つの避雷器を有する風車羽根によって解決される。第２の目的は、請求項１１に請求されたように、雷撃から生じる温度上昇に対し、避雷器の近くの風車羽根の表面を保護する方法によって解決される。従属請求項は、発明のさらなる発展を定義している。

本発明による風車羽根は、少なくとも１つの避雷器を有している。避雷器の近くの風車羽根の表面の少なくとも一部は、電気絶縁材料及び断熱材料を含む保護層によって被覆されている。保護層は、雷撃から生じる温度上昇に対して、避雷器の近くの風車羽根の表面を保護する。有利には、これは、熱損傷に対する高い耐性を、良好な電気絶縁特性と組み合わせる材料の層によって表面を被覆することによって達成されることができる。

好適には、保護層は、少なくとも２００℃の温度までの熱損傷に対する耐性を有することができる。保護層は特にセラミック又はポリマを含んでいてよい。例えば、保護層はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ又はＴｅｆｌｏｎ）を含むことができる。ＰＴＦＥは、低い熱伝導率を有し、ひいては熱防護に適したポリマである。ＰＴＦＥは、特に３００℃に達する高温においてさえも、優れた誘電特性を有する。さらに、ＰＴＦＥは、アーク放電に対する良好な耐性を有する。これは、雷が避雷器に落ちるのではなく積層物表面に落ちる危険性を低減する。

避雷器は通常対を成して、羽根の平坦な面のそれぞれに１つずつ取り付けられている。最も雷に打たれやすい風車羽根の部分は、羽根の先端に近い領域である。したがって、最も先端に近い２つの避雷器の周囲の領域を被覆することが有利である。しかしながら、原理的に、羽根の表面のあらゆるところに配置された避雷器の周囲の領域が、同様に被覆されることができる。

風車羽根の表面の焼け焦げは、避雷器から見て、後縁の方向においてより顕著であることが観察された。したがって、風車羽根は後縁を有していてよく、保護層は、他の方向よりも、後縁の方向に、より延びていてよい。好適には、保護層は、避雷器から少なくとも１０ｃｍ以内の羽根の表面を被覆していてよい。

例えば、保護層は、避雷器のための開口を備えた少なくとも１つの当て板（patch）を含んでよい。これらの当て板は、特定の形状を有する必要はないが、避雷器から少なくとも１０ｃｍ以内の羽根の表面を被覆すべきであり、かつ場合によっては後縁の方向により延びていてよい。

さらに、保護層は、羽根の全周に亘って巻かれた帯材を含むことができる。この帯材はＰＴＦＥから形成されることができる。帯材はさらに、羽根の表面に接着されることができる。避雷器のための開口が設けられることができる。

風車羽根は、先端部を有していてよく、保護層は、先端部全体に被せ嵌められるキャップを含んでよい。避雷器のための開口が設けられることができる。さらに、保護層は羽根の表面に接着されてよい。概して、保護層は、避雷器のために少なくとも１つの開口を含んでよい。さらに、風車は、ガラス繊維積層物を含んでよく、保護層は、ガラス繊維積層物の一体化された部分であることができる。

雷撃から生じる温度上昇に対して避雷器に近い風車羽根の表面を保護するための本発明による方法において、風車羽根の表面の少なくとも一部が、電気絶縁材料及び断熱材料を含む保護層で被覆されている。このような層は、表面と、下側に位置する積層物を、焼け焦げから保護することができる。焼け焦げは、羽根の構造的な構成部材を風雨に曝すおそれがあり、羽根を次第に摩耗させるおそれがある。

保護層は、特に、風車羽根の表面に接着されることができる。択一的に、保護層は、風車羽根の積層構造に一体的に組み込まれてよい。さらに、保護層は、風車羽根の表面の切り取られた部分に取り付けられることができる。保護層は避雷器によって保持されることができる。別の可能性は、風車羽根の全周に、電気絶縁材料及び断熱材料の帯材を巻き付けることである。

保護材は、少なくとも２００℃の温度までの熱損傷に対する耐性を有していてよい。さらに、保護層は、セラミック又はポリマ、例えばポリテトラフルオロエチレンを含んでよい。

風車羽根は、後縁を含んでいてよく、保護層は、他の方向よりも、後縁の方向により延びていてよい。好適には、保護層は、避雷器から少なくとも１０ｃｍ以内の羽根の表面を被覆していてよい。有利には、保護層は、少なくとも２００℃の温度までの熱損傷に対する耐性を有していてよい。

熱保護材料の層によって風車羽根の表面を被覆することは、下側の積層物の表面を、羽根の構造的な構成部材を風雨にさらしかつ羽根を次第に摩耗させる焼け焦げから、有効に保護する。

本発明のその他の特徴、特性及び利点は、添付の図面に関連した実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。前記特徴及び利点は、それ自体で及び互いに組み合わされる。

風車ロータ羽根を概略的に示す平面図である。 本発明による風車羽根の一部を概略的に示す断面図である。 本発明による風車羽根の別の変化態様の一部を概略的に示す断面図である。

ここで本発明の第１の実施形態が、図１及び図２を参照して説明される。図１は、翼幅及び翼弦によって規定された平面における平面図で風車ロータ羽根を示している。図１は、三枚羽根型ロータにおいて通常使用されているような風車羽根１０を示している。しかしながら、本発明は、三枚羽根型ロータに限定されない。事実上、本発明は、その他のロータ、例えば一枚羽根型ロータ又は二枚羽根型ロータにおいて実施されてもよい。

図１に示されたロータ羽根１０は、円筒状の根元部分１３と、先端部１２と、前縁１９と、後縁１１とを有している。先端部１２は、羽根１０の最も外側の部分を形成している。根元部分１３の円筒形状は、羽根１０をロータハブの軸受に固定するために働く。ロータ羽根１０はさらにいわゆる肩部１４を有しており、この肩部は、最大プロファイル深さの位置、すなわち羽根の最大翼弦長の位置として規定されている。肩部１４と先端部１２との間には翼部分１５が延びており、この翼部分１５は、空力的に成形された輪郭を有している。肩部１４と円筒状の根元部分１３との間には移行部分１７が延びており、この移行部分１７において、翼部分１５の空力的輪郭から根元部分１３の円筒状輪郭への移行が生じている。

図２は、本発明による風車羽根の一部を断面図で概略的に示している。風車羽根は、風車羽根の内側部分を形成する心材５を有している。風車羽根はさらに、風車羽根の外側部分を形成する積層構造体２を有している。ＰＴＦＥ又はセラミックの円板として形成された保護層１は、積層構造体２の表面の切欠部分６に取り付けられている。保護層１は避雷器３によって保持されている。避雷器３は金属の支持体４にボルト留めされている。金属の支持体４は、ガラス繊維の積層物２と、羽根の様々な心材５とによって包囲されている。この実施形態において、支持体４は、羽根の積層構造体に一体化されているのに対し、保護層１の円板及び避雷器３は、羽根の成形が完了した後に取り付けられる。大地に電流を伝導する導体は図２に示されていない。

保護層１の円板は、あらゆる特定の形状を有する必要はないが、避雷器３から少なくとも１０ｃｍ以内の羽根の表面を被覆すべきであり、場合によっては後縁１１の方向に、より延びている。

本発明の第２の実施形態が図１及び図３を参照して以下に説明される。第１の実施形態の構成要素に対応する構成要素は、同じ参照符号によって示され、改めて詳細に説明されることはない。

図３は、本発明による風車羽根の一部を概略的に断面図で示している。図３において、保護層１の円板は、羽根の製造中に積層に含まれる。これにより、保護層１の円板は、心材５及び支持体４と共にガラス繊維積層物２の一体化された部分となる。避雷器３は、羽根の成形が完了した後に取り付けられる。やはり、電流を大地に伝導する導体は図３には示されていない。保護層１の円板はあらゆる特定の形状を有する必要はないが、避雷器から少なくとも１０ｃｍ以内の羽根の表面を被覆すべきであり、場合によっては後縁１１の方向に、より延びている。

両実施形態において、保護層１は、羽根の表面と、下側の積層物とを、雷撃から生じる温度上昇に対して保護する。

２ 積層構造体、 ３ 避雷器、 ４ 支持体、 ５ 心材、 ６ 切欠、 １０ 羽根、 １１ 後縁、 １２ 先端部、 １３ 根元部分、 １４ 肩部、 １５ 翼部分

Claims (15)

1. 少なくとも１つの避雷器（３）が設けられている風車羽根（１０）において、
   前記避雷器（３）の近くの風車羽根（１０）の表面の少なくとも一部が、保護層（１）によって被覆されており、
   該保護層（１）が、電気絶縁材料及び断熱材料として、セラミック又はポリテトラフルオロエチレンの円板で形成されることを特徴とする、風車羽根。
2. 保護層（１）が、少なくとも２００℃までの熱損傷に対する耐性を有する、請求項１記載の風車羽根（１０）。
3. 前記保護層（１）が、セラミック又はポリマを含む、請求項１又は２記載の風車羽根（１０）。
4. 風車羽根（１０）が、後縁（１１）を有しており、前記保護層（１）が、他の方向よりも後縁（１１）の方向により延びている、請求項１から３までのいずれか１項記載の風車羽根（１０）。
5. 前記保護層（１）が、避雷器（３）から少なくとも１０ｃｍ以内の羽根（１０）の表面を被覆している、請求項１から４までのいずれか１項記載の風車羽根（１０）。
6. 前記保護層（１）が、避雷器（３）のための開口を備えた少なくとも１つの当て板を含む、請求項１から５までのいずれか１項記載の風車羽根（１０）。
7. 前記保護層（１）が、羽根（１０）の全周に巻き付けられた帯材を含む、請求項１から６までのいずれか１項記載の風車羽根（１０）。
8. 風車羽根（１０）が、先端部（１２）を含み、保護層（１）が、前記先端部（１２）に被せ嵌められるキャップを含む、請求項１から７までのいずれか１項記載の風車羽根（１０）。
9. 前記保護層（１）が、避雷器（３）のための少なくとも１つの開口を含む、請求項１から８までのいずれか１項記載の風車羽根（１０）。
10. 前記風車羽根（１０）が、ガラス繊維積層物（２）を含み、保護層（１）が、ガラス繊維積層物（２）の一体化された部分である、請求項１から９までのいずれか１項記載の風車羽根（１０）。
11. 雷撃から生じる温度上昇に対して、避雷器（３）の近くの風車羽根（１０）の表面を保護するための方法において、
    風車羽根（１０）の表面の少なくとも一部を、保護層（１）で被覆するものであって、
    該保護層（１）が、電気絶縁材料及び断熱材料として、セラミック又はポリテトラフルオロエチレンの円板で形成されることを特徴とする、方法。
12. 前記保護層（１）を風車羽根（１０）の表面に接着する、請求項１１記載の方法。
13. 前記保護層（１）を、風車羽根（１０）の積層構造体（２）に一体化する、請求項１１記載の方法。
14. 風車羽根（１０）の表面の切欠部分（６）に保護層（１）を取り付け、保護層（１）を避雷器（３）によって保持する、請求項１１又は１２記載の方法。
15. 風車羽根（１０）の全周に、電気絶縁材料及び断熱材料の帯材を巻き付ける、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の方法。

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