JP6027096B2 - 風力タービンブレードの構成部分を結合するためのシステム - Google Patents

Description

本発明は、輸送を容易にするために区分ごとに製作される風力タービンブレードに関連して、ブレードの構成区分の接続部を好適に形成することができるシステムを提案する。

風力タービンのさらに強力なタービンへの発展は、そのブレードをかなり長くし、その輸送を大いに困難にしている。

この問題を解決するために、風力タービンの組み立て現場へ別々に輸送される部分的な区分でブレードを製作し、現場でこの区分を接続して組み立てられたブレードを形成することが、一般的に行われている。

現在、風力タービンブレードの構成部分を接続するための２つの基本的な技術があり、その技術の一方は接着接続に基づいており、他方の技術は機械的接続に基づいている。

接着接続は、風力タービンの組み立て現場において、例えば製造工場の設備など、制御された湿度条件、温度条件などを備えた設備を設置して、ブレードの構成区分の間の接着接続を形成するのに必要な機械類及び工具をこの設備まで運ぶことを必要とし、この技術によって効果的で確実な接続を得ることが非常に困難となっている。

機械的な接続は、ナット状要素にねじ結合されるボルト又はねじの使用に基づいており、このナット状要素は、ブレードの区分を形成するための材料に固定されるか、又はその材料の空洞に配置される。

その点において、ブレードの区分を接続するための機械的接続の１つのタイプは、ボルト又はねじによって接続されるブレードの区分の間での直接の接続を含み、このボルト又はねじは、ブレードの区分の一方の複合材料に含まれる金属ねじに対して一端でねじ結合される。接続されるブレードの区分の対向した長手方向の孔を通って他の区分において形成される空洞までボルト又はねじを通し、そこでボルトの他端にナット又はナット状の締結要素が組み込まれる。このタイプの解決法は、例えば特許文献１〜４に見られる。

別のタイプのブレードの区分の間の機械的接続は、接続される区分の間に単一又は複数の中間部品を配置することを含み、この部品は、互いに接続される区分のそれぞれにねじが切られたボルトで固定される。このタイプの解決法は、例えば特許文献５に見られる。

ブレードの区分の間の別のタイプの機械的接続は、接続される区分の対応する端部に、様々な方法によって固定される個別の金属部品を配置し、次に互いに接続される区分に固定された２つの部品の間に、ねじによる締結を設けることを含む。このタイプの解決法は、例えば特許文献６〜１１に見られる。

これらの解決法のいずれにおいても、接続されるブレードの区分の間の締結ボルト又はねじの配置の集中は、幾何学的及び構造的な理由によって制限され、そのため高い負荷要求に応じて高い応力集中が接続部品のそれぞれで発生し、ゆえに破損の危険性が高い。

国際公開第２０１０／０８１９２１号 国際公開第２００７／１３１９３７号 米国特許出願公開第２０１０／１４３１４８号明細書 スペイン特許出願公開第８５０３０８０号明細書 国際公開第２００６／０５６５８４号 国際公開第２００６／１０３３０７号 国際公開第２０１１／００６８００号 スペイン特許出願公開第２１７８９０３号明細書 スペイン特許出願公開第２３３７６４５号明細書 欧州特許出願公開第２１３８７１５号明細書 特願２００４−０１１６１６号公報

本発明によれば、当該技術分野の周知の解決法について接続部を好適にする特定の構造的特徴を有する、風力タービンブレードの区分を機械的に接続するための機械的接続システムが提案される。

本発明のこの接続システムは、接続されるブレードの区分の間に配置される単一又は複数の中間部品を含む。このブレードの区分は、中間部品の長手方向の孔を通り、ブレードの区分の材料の内側に収容されたナット状の固定部に対してねじ結合するボルト又はねじによって中間部品に接続される。中間部品は、固定部に支持されるそれぞれの端部の横断区画と、中央の横断区画とを定める開口部及び縦方向の区分により形成される複雑な構造を有し、中央の横断区画から縦方向の区分の内側を通る長寸ボルト又はねじと、端部の横断区画のみを通る短寸ボルト又はねじとが、接続されるブレードの区分の固定部に至るまで中間部品を通る。

これにより、接続されるブレードの区分のそれぞれに対して、接続ボルト又はねじが、端部の１本の圧力線と中央領域の別の圧力線とを単一又は複数の中間部品に設定するシステムが得られ、主な圧縮状態が、耐えなければならない要求を軽減することができる単一又は複数の中間部品で発生する。

ブレードの区分の材料に収容された固定部での、単一又は複数の中間部品とブレードの区分とを接続するためのボルト又はねじのねじ結合に、更に代替として２つの異なる長さを用いることが考えられ、これによりブレードの区分の締結から生じる応力の分散も達成して、局所応力の低下した強固な接続を可能にする。

これらすべてにより、提案のシステムは以下の利点を有する。

接続部の単一又は複数の中間部品の複雑な構造の結果として、ブレードの区分のより狭い領域に大量のボルト又はねじを設けることが可能であり、それは高い負荷密度（単位長さ当たりの耐えられる力）の達成を可能にして、軽量で非常に強固な接続を提供する。

接続部の単一又は複数の中間部品の複雑な構造の結果として、ブレードの区分の材料の内側に大量の固定部を有することが可能である。この固定部とブレードの区分の材料との境界面は、接続での重要な点である。多数の境界面の結果として、耐えられる要求は非常に高く、要求が過剰でない場合には小型の固定部を使用でき、これは簡単な生産システムの選択を可能にするとともに、固定部及びその周囲の材料での軽量化を伴う。

単一又は複数の中間部品の構造の結果として、１つの同一の作用する外部負荷に関して、単一又は複数の中間部品に影響する応力は、他の接続システムよりも低い。

接続システムは、異なる内部構造を持つ様々なブレードモデル（単一又は２本の翼桁構成、箱桁など）の一体化を可能にし、ブレードの全体設計に大きな影響を及ぼさない。

接続部の組立は、互いに接続されるブレードの区分で形成されたブレードの外側から可能であり、単一又は複数の中間部品の開口部から、必要な工具で接続部のボルト又はねじに作用することができ、あまり限定された組立公差を必要としない。

いくつかの別々の小型の中間接続部品を使用することにより、その製造、組立プロセス、及び異なるブレード曲率に対するその適応を容易にする。

接続ボルト又はねじを固定する固定部周囲で、ブレードの区分の材料における応力の集中が少ない。

単一又は複数の中間部品の中立線が、ボルト又はねじの軸と完全に整合し、そしてこのボルト又はねじの軸が、互いに接続されるブレードの区分の壁体の中立線と整合されることで、接続部では二次曲げモーメントが発生されず、構造的に非常に有効な接続部を形成する。

この接続システムは、通常は空気力学的フェアリングで被覆され、そして形成されるブレードの空気力学的表面から突出しないため、ブレードにより発生される動力に影響を与えない。

そのため、提案されるシステムは、意図される機能について非常に好適な特徴を有し、同じ用途を有する周知のシステムに対して独自性及び好ましい性質を有している。

単一の中間部品を用いた、本発明のシステムによる２つのブレードの区分の間の接続部の詳細を示す。 長手方向に配置された２つの相補的な中間部品の接続部を含む、前図と同様の詳細図である。 横方向に配置されたいくつかの相補的な中間部品の接続部を含み、中間部品のそれぞれが、２つの開口部と、２本の短寸ボルト又はねじと、別の２本の長寸ボルト又はねじとを含む、前の２つの図と類似した詳細図である。 接続部の横方向に配置された複数の相補的な中間部品を含み、中間部品のそれぞれが、３つの開口部と、３本の短寸ボルト又はねじと、別の３本の長寸ボルト又はねじとを交互に含む、前図と同様の詳細図である。 ブレードの区分に対して中間部品を接続するためのボルト又はねじが、２つの異なる長さ配分でブレードの区分へ差し込まれる、図１と類似の詳細図である。 行き止まりの開口部が１つの面に形成された中間部品を用いた、図１と類似の詳細図である。 高負荷伝達領域に対応する、ブレードの区分の形状の輪郭の一部領域における接続システムの位置を示す、ブレードの区分の端部の詳細図である。

本発明は、風力タービンブレードの構成区分（１）を接続するための接続システムに関し、その機能のために好適な構造的及び機能的特徴を提供する実施形態を含む。

提案されるシステムは、接続されるブレードの区分（１）の間に配置される単一又は複数の中間部品（２）を含む。この中間部品（２）は、ボルト又はねじ（３）により、固定部（４）でブレードの区分（１）の端面に固定される。ボルト又はねじ（３）は、中間部品（２）の長手方向の孔を通り、ブレードの区分（１）に収容されるナット状の固定部（４）に対してねじ結合される。

接続されるブレードの区分（１）の間に配置される中間部品（２）は、端部の横断区画（２．１）と中央の横断区画（２．２）とを含む複雑な構造によって形成され、その間を開口部（２．４）により分離された一連の縦方向の区分（２．３）が延びる。

中間部品（２）をブレードの区分（１）に固定するための固定ボルト又はねじ（３）は、端部の横断区画（２．１）及び中央の横断区画（２．２）を通る。短寸ボルト又はねじ（３）は、開口部（２．４）から端部の横断区画（２．１）を直接通るのに対し、別の長寸ボルト又はねじ（３）は、中央の横断区画（２．２）を通り、さらに縦方向の区分（２．３）の内側から対応する端部の横断区画（２．１）を通過するまで通る。

こうして締結部が分散されて多数のボルト又はねじ（３）の配置が可能となり、端部の横断区画（２．１）及び中央の横断区画（２．２）での支持から生じる応力が分散され、主な圧縮状態が、耐えなければならない要求を軽減することができる単一又は複数の中間部品（２）で発生されて、非常に強固な接続が得られる。

他方、ブレードの区分（１）の材料に収容される固定部（４）へのボルト又はねじ（３）のねじ結合は、交互に異なる２つの長さを有すること、例えば、図５に見られるように、端部の横断区画（２．１）を直接通ってブレードの区分（１）の大きな範囲に及ぶ長さと、別のボルト又はねじ（３）の長さ、この事例では縦方向の区分（２．３）の内部を通ってブレードの区分（１）のより小さな範囲に及ぶ長さとが考えられる。これにより、ブレードの区分（１）への締結から生じる応力の分散も達成され、それはブレードの区分（１）内での局所応力が低下することを意味する。示した配分は限定ではなく、同様に、端部の横断区画（２．１）を直接通るボルト又はねじ（３）が小さな範囲でブレードの区分（１）に入り、縦方向の区分（２．３）の内部を通るボルト又はねじ（３）が大きな範囲でブレードの区分（１）に入るものであってもよい。

このような状況において、ブレードの区分（１）の接続部は、図１の実施形態のように単一の中間部品（２）で形成されることが可能であり、この単一部品は、端部の横断区画（２．１）及び中央の横断区画（２．２）の両方を有する。

その一方で、図２の実施形態のように、長手方向に配置された２つの相補的な中間部品（２）によって接続部が同様に形成されることが可能である。この相補的部品のそれぞれは、端部の横断区画（２．１）と反対位置に別の横断区画とを有し、これは他の相補的部品の相関関係にある横断区画と一緒になって、接続部の中央の横断区画（２．２）を形成する。

図３及び４の実施形態のように、接続部は、横方向に配置された相補的な中間部品（２）によって同様に形成されることができる。この中間部品（２）には、４本以上のボルト又はねじ（３）の組を入れることができる。接続されるブレードの区分（１）を固定するために長寸ボルト又はねじ（３）の配置と短寸ボルト又はねじ（３）の配置とが各方向に配列された複雑な中間での構造によって、２つのブレードの区分（１）を接続するための同様の作用を示す。

図６の実施形態のように、１つの面に行き止まりの開口部（２．４）を備えた単一又は複数の中間部品（２）の実施形態も考えられる。これにより、例えば接続されたブレードの区分（１）を用いて形成されたブレードの外側部分に連続した表面を有し、接続のためにボルト又はねじ（３）を入れて締結するための中間部品（２）の空洞を内面のみに有することができる。または、代わりにブレードの内側部分に連続した表面を有することが可能である。

図７に見られるように、中間部品（２）による接続システムは、特にブレードの区分（１）の形状を形成する壁体の中央領域に適用されることができ、通常それは形状の他の部分よりも強固な構造領域である。そのため、本発明のこのシステムの特徴となる締結ボルト又はねじ（３）の集まりは、接続して形成されたブレードが受ける主要な応力に耐えることができるブレードの区分（１）の接続部を得ることができる。

この接続システムは同様に、桁又は箱の形での内部構造フレーム、又はいかなる他のタイプの構造体で形成されたブレードの区分（１）を接続するためにも使用されることができる。この場合には、この接続システムの中間部品（２）を、ブレードの区分（１）の内部構造フレームの間に配置することによって接続がもたらされる。

いずれの場合であっても、ブレードの区分（１）の間の接続部領域、及び接続部領域に対応するブレードの形状の輪郭の残りの部分はフェアリングで被覆されて、接続されたブレードの区分（１）の間でブレードの空気力学的表面のために連続性を提供する。

１ ブレードの区分
２ 中間部品
２．１ 端部の横断区画
２．２ 中央の横断区画
２．３ 縦方向の区分
２．４ 開口部
３ ボルト又はねじ
４ 固定部

Claims (6)

1. 風力タービンブレードの構成区分を接続するための接続システムであって、前記接続システムは１つ以上の中間部品（２）を含み、前記中間部品（２）は、接続されるブレードの区分（１）の材料に収容されるナット状の固定部（４）にボルト又はねじ（３）によって固定される構造であり、接続される前記ブレードの区分（１）の間に少なくとも１つの前記中間部品（２）が含まれ、前記中間部品（２）は、端部の横断区画（２．１）と中央の横断区画（２．２）とを有し、その間を開口部（２．４）により分離される一連の縦方向の区分（２．３）が延びる構造により形成され、前記開口部（２．４）には、前記端部の横断区画（２．１）を直接通る短寸ボルト又はねじ（３）と、前記中央の横断区画（２．２）を通り、さらに前記縦方向の区分（２．３）の内側から対応する前記端部の横断区画（２．１）を通過するまで通る長寸ボルト又はねじ（３）とが入ることを特徴とする、接続システム。
2. 前記端部の横断区画（２．１）と前記中央の横断区画（２．２）とを有する単一の前記中間部品（２）が、前記ブレードの区分（１）の間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の風力タービンブレードの構成区分を接続するための接続システム。
3. 長手方向に配置された２つの相補的な前記中間部品（２）が前記ブレードの区分（１）の間に配置され、前記中間部品（２）のそれぞれが、１つの前記端部の横断区画（２．１）と、反対部分に別の横断区画とを有し、前記別の横断区画は、他方の相補的な部品の相関的な横断区画と一緒になって前記接続部の前記中央の横断区画（２．２）を形成することを特徴とする、請求項１に記載の風力タービンブレードの構成区分を接続するための接続システム。
4. 横向きに配置された相補的な前記中間部品（２）が前記ブレードの区分（１）の間に配置され、前記中間部品（２）のそれぞれに、４本以上の前記ボルト又はねじ（３）の組を入れることを特徴とする、請求項１に記載の風力タービンブレードの構成区分を接続するための接続システム。
5. 前記ブレードの区分（１）の材料に収容される前記固定部（４）への前記ボルト又はねじ（３）のねじ結合が、２つの異なる長さであることを特徴とする、請求項１に記載の風力タービンブレードの構成区分を接続するための接続システム。
6. 前記開口部（２．４）が、対応する前記中間部品（２）の一つの面での行き止まりの開口部であって、互いに接続される前記ブレードの区分（１）の間で外側及び内側に連続した表面を有する接続部を形成することができることを特徴とする、請求項１に記載の風力タービンブレードの構成区分を接続するための接続システム。

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