JP6541742B2 - 風車翼の補修方法 - Google Patents
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Description
落雷による損傷部に関する風車翼の補修方法であって、
所定の平板形状に成形して固化した補修部材を予め作成するステップと、
前記損傷部に関して予め定義した損傷判定範囲を定めるステップと、
前記風車翼を点検して前記損傷部が前記損傷判定範囲内である場合に前記補修部材を接着するステップと、を備えている。
前記補修部材を作成するステップでは、ガラス繊維材を積層して前記補修部材を作成してもよい。
前記補修部材は、前記損傷判定範囲を包含し得る大きさに形成されてもよい。
前記損傷判定範囲は直径dの円形で定義されてもよい。
前記補修部材は前記直径dに対して2倍以上の直径Dを有する円形で定義されてもよい。
前記補修部材を構成する前記ガラス繊維材は、前記風車翼への張り付け方向が前記風車翼の外側から内側の場合に前記外側の前記ガラス繊維材の直径が前記内側のガラス繊維材の直径よりも大きくてもよい。
前記風車翼への張り付け方向が前記風車翼の外側から内側である場合、
前記補修部材を作成するステップでは前記外側の前記ガラス繊維材の表面にさらにゲルコートを含む塗料を予め塗布し、
前記補修部材を接着するステップでは前記内側の面を前記損傷部に接着してもよい。
前記補修部材は、板厚が3mm以下、直径φが200mm以下の円形であり、前記風車翼への張り付け方向が前記風車翼の外側から内側とした場合に前記外側に向けて曲率半径300mm以上の凸形状に形成されてもよい。
前記風車翼の翼先端から前記損傷部までの距離lを計測するステップをさらに備え、
前記距離lが前記風車翼の翼長Lの20%以下である場合に、前記補修部材を前記損傷部に接着してもよい。
この点、上記(9)の方法によれば、翼先端からの距離が翼長Lの20%以下の範囲内に損傷部が形成された場合に簡易な方法で補修を行うことを予め定めておくことにより、条件に適合する損傷を逐次補修するための判断を適切に行うことができる。
前記補修部材を接着した後における前記補修部材の前記風車翼の外皮からの膨出高さが5mm以下であってもよい。
前記補修部材を接着するステップの後、前記補修部材と前記風車翼の外皮との境界部の段差をサンディングするとともにゲルコートを含む塗料を塗布することで平滑化するステップをさらに備えていてもよい。
前記平滑化するステップでは、前記補修部材と翼外皮との境界部の段差が200μm以下になるように平滑化してもよい。
前記損傷部から亀裂又は孔部を含む損傷を確認可能な範囲のゲルコート層を除去するステップと、
前記損傷部の前記損傷の寸法を計測し、該寸法が前記損傷判定範囲より狭いことを確認するステップと、をさらに含んでもよい。
前記補修部材を接着するステップでは、
前記補修部材の前記内側面に前記接着剤を塗布し、
亀裂又は孔部を含む損傷に前記接着材を注入すると共に前記損傷部に前記接着材を塗布し、
前記損傷部に前記補修部材を押し付けて周囲から前記接着材を溢れさせ、
前記接着材が硬化するまで固定してもよい。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図1に示すように、本発明の少なくとも幾つかの実施形態における風力発電設備(以下、風車1とする)は、複数(図1に示す例では3枚)の風車翼2及び該風車翼2が取り付けられるハブ3で構成されるロータ4と、ロータ4を図示しない主軸及び主軸受を介して回転自在に支持するナセル5と、ナセル5を水平旋回可能に支持するタワー6と、タワー6が設置されるベース7と、備える。なお、風車翼2は、3枚より多くてもよいし少なくても良い。
翼本体2Cは、風車1のハブ3に取り付けられる翼根部2Aと、ハブ3から最も遠くに位置する翼先端部2Bと、翼根部2A及び翼先端部2Bの間で翼長方向に延在する翼型部2Dと、を含む。また、翼本体2Cは、翼根部2Aから翼先端部2Bにかけて、前縁8Aと後縁8Bとを有する。そして、翼本体2Cの外形は、背面10(負圧面)と、背面10に対向する腹面12(正圧面)とによって形成される。
なお、本明細書において、「翼長方向」とは、翼根部2Aと翼先端部2Bとを結ぶ方向であり、「コード方向(翼コード方向)」とは、翼本体2Cの前縁8Aと後縁8Bとを結ぶ線(コード)に沿った方向である。また、「翼根部」とは、風車翼2において断面が概ね円形となる円筒状の部分であり、風車翼2の翼本体2Cにおける翼根側の端面を基準として例えば5mの翼長方向範囲(典型的には、前記端面から1〜3mの範囲)である。
図1〜図5に示すように、本発明の少なくとも一実施形態に係る風車翼の補修方法は、落雷による損傷部9に関する風車翼2の補修方法であって、所定の平板形状に成形して固化した補修部材11を予め作成する工程(ステップS10)と、損傷部9に関して予め定義した損傷判定範囲20を定める工程(ステップS20)と、風車翼2を点検して損傷部9が損傷判定範囲20内である場合に補修部材11を接着する工程(ステップS30)と、を備えている。
損傷判定範囲20を定める工程(ステップS20)では、補修部材11による補修が適用可能な亀裂又は小孔等の損傷部9の大きさを定める。このステップS20で定めた損傷判定範囲20内の大きさの亀裂又は小孔は、風車1の設置現場で行われる本開示の幾つかの実施形態を適用した比較的簡易な風車翼の補修方法の適用対象となり得る。一方、損傷判定範囲20を超える大きさの亀裂又は小孔は、例えば、ドリルでの穿孔、樹脂注入及び超音波探傷検査(ultrasonic testing:UT)等を用いたより大規模な補修の対象となる。
補修部材11を接着する工程(ステップS30)は、風車1の設置現場において、例えば、ロータ4から取り外された風車翼2の表皮を点検し、ステップS20で定めた損傷判定範囲20以内のサイズの損傷部9が存在する場合(図4参照)に、接着剤26(図10参照)を用いて、予め作成された補修部材11を損傷部9に張り付ける工程である。このようにして損傷部9に補修部材11が張り付けられる(図2及び図5参照)。
図6に示すように、幾つかの実施形態において、補修部材11を作成する際(ステップ10)には、ガラス繊維層14を積層して補修部材11を作成してもよい。ガラス繊維層14は、例えば、DBM(double bias mat)やUD(uni direction)等のガラス繊維材を積層して樹脂を含浸させ、硬化させたもの、つまり、ガラス繊維強化プラスチック(glass fiber reinforced plastics:GFRP)であってもよい。この方法によれば、補修部材11はガラス繊維層14を積層することで形成される。すなわち、多くの風車翼2に風車翼2表面の母材として好適に用いられるガラス繊維材と同等の部材で補修部材11を作成するため、補修によって必要な強度を適切に補うことができる。
図7に示すように、幾つかの実施形態において、補修部材11は、損傷判定範囲20を包含し得る大きさに形成されてもよい。この方法によれば、補修部材11は損傷判定範囲20を包含し得る大きさに形成されるから、損傷判定範囲20内のサイズの損傷部9については該補修部材11を接着することにより、簡易な方法で適切に補修することができる。
幾つかの実施形態において、損傷判定範囲20は直径dの円形で定義されてもよい(例えば、図4及び図8参照)。このようにすれば、直径dの円形で損傷判定範囲20が定義されるから、損傷部9が損傷判定範囲20内であるか否かを判断する際に、直径dの円形内に収まるか否かを判断基準として適切に判定することができる。
幾つかの実施形態において、補修部材11を構成するガラス繊維層14は、風車翼2への張り付け方向が風車翼2の外側から内側の場合に外側のガラス繊維層14の直径が内側のガラス繊維層14の直径よりも大きくてもよい(例えば、図10参照)。このようにすれば、補修部材11を形成するべく積層される複数のガラス繊維層14のうち、外側のガラス繊維層14が内側のガラス繊維層14よりも大径のものが用いられる。よって、損傷部9を直接的に塞ぐガラス繊維層14を、外側からさらに大きな直径を有するガラス繊維層14で覆うことができるので、より確実に損傷部9を塞いで補修することができる。各ガラス繊維層14の直径は、例えば、外側のガラス繊維層14の直径をφ80mm、内側のガラス繊維層14の直径をφ50mm等に設定してもよい。
幾つかの実施形態では、例えば、図12に非限定的に例示するように、風車翼の補修方法は、風車翼2の翼先端から損傷部9までの距離l(図1参照)を計測する工程(ステップS25)をさらに備え、距離lが風車翼2の翼長Lの20%以下である場合に、補修部材11を損傷部に接着してもよい。
雷撃による風車翼2の損傷部9は翼先端部に集中する傾向にあり、大小の損傷が含まれ得る。ここで、比較的小さな損傷部9であっても、風車翼2の内部に対する雨滴などの侵入経路になり得るため放置することは強度上好ましくない。さらに、小さな損傷部9でも、補修せずに放置した場合は次の落雷を誘発する原因になり得る。このため、雷撃を受けやすい翼先端部2B側に形成された損傷部9を補修する際の判定基準を定めておくことは重要である。
この点、上記の方法によれば、翼先端部2Bからの距離が翼長Lの20%以下(l≦0.2L)の範囲内に損傷部9が形成された場合に簡易な方法で補修を行うことを予め定めておくことにより、条件に適合する損傷を逐次補修するための判断を適切に行うことができる。
図12に示すように、幾つかの実施形態では、補修部材11を接着する工程(ステップS30)の後、補修部材11と風車翼2の外皮との境界部28(図14(I)、図14(J)参照)の段差をサンディングするとともにゲルコートを含む塗料を塗布することで平滑化する工程(ステップS40)をさらに備えていてもよい。
このようにすれば、ゲルコート層16を除去することで損傷部9をより鮮明に表出させることができ、これによって、損傷部9の寸法をより正確に判定することができる。
幾つかの実施形態では、例えば、図13に非限定的に例示するように、補修部材11を接着する際(ステップS30)に、補修部材11の内側面に接着剤を塗布し(ステップS31)、亀裂又は孔部を含む損傷に接着剤26を注入すると共に損傷部9に接着剤26を塗布し(ステップS32)、損傷部9に補修部材11を押し付けて周囲から接着剤26を溢れさせ(ステップS33)、補修部材11の内側の面を損傷部9に接着し(ステップS34)、接着剤26が硬化するまで固定してもよい(ステップS35)。
まず、工場にて、例えばφ80mmの円板状の補修部材11を事前に製作する。その際、皿状のテンプレート30の凹部(曲面部)に離型材及びゲルコート層16を順に塗布し、その上に2枚のガラス繊維層14(例えばDBM)を積層する。1枚目としてφ80mmのガラス繊維層14をゲルコート層16上に載置し、その上に2枚目としてφ50mmのガラス繊維層14を積層する。DBMの積層時にはマット面を型面側(ゲルコート層16側)に向けて配置する。そして、硬化した後に離型し、周囲のバリを除去して円形(φ80)の補修部材11を得る。製作された補修部材11の一方の面(表面)にはゲルコート層16が塗布された状態となる。ゲルコート層16には保護のためにマスキングテープ22を貼付してもよく、補修部材11の外周に合わせてマスキングテープ22を円形に切りとってもよい。補修部材11の他方の面(風車翼2への接着面)は粗化してもよい。
図14((A)〜(J))は、幾つかの実施形態に係る風車翼の補修方法を説明するための説明図である。なお、説明の便宜上、一部の構成について図示を省略しているが、図14に示す例ではロータ4から取り外された風車翼2の表面に対して補修部材11による補修が行われるものとする。補修部材11は、ガラス繊維層14を積層して固化することで予め作成されているものとする。
風車翼2を点検し、該風車翼2の表面に損傷部9が存在する場合(図14(A)参照)、該損傷部9の寸法を測定するとともに翼先端部2Bからの距離lを測定する。
本開示による風車翼の補修方法を適用する場合、例えば、以下の項目(1)〜(3)を条件としてもよい。
(1)損傷部9が翼先端部2Bから5.5m(概ね翼長Lに対して0.2L)の範囲にあること。
(2)損傷部9の径(又は最長部の長さ)が3mm以下であること。
(3)風車翼2の表面からゲルコート層16を除去した後の黒く炭化した部分(剥離した範囲を含む)がφ30mm以下であること。
なお、(1)〜(3)の条件を満たさない場合は、従来の雷痕補修を行ってもよい。
損傷部9を中心にマスキングテープ22(例えば50mm幅)を突き合わせて平行に2枚張り付ける(図14(B)参照)。その後、サークルカッター等を用いることにより、損傷部9を中心に所定範囲(例えばφ85mm)のマスキングテープ22を切り取って風車翼2及び損傷部9を露出させる(図14(C)参照)。その後、円形に露出した範囲の風車翼2の表面をサンディングしてゲルコート層を除去する(図14(D)参照)。続いて、補修部材11の仮合わせを行う。ゲルコート層が除かれてGFRP層が露出した円形の範囲内に、予め作成済みの補修部材11を当て、当接面の密着性を考慮しつつ仮の位置決めを行い、補修部材11及び周囲のマスキングテープ22上に複数のマーキング24を施す。この段階で、補修部材11及びGFRP層の何れかを削って当接面を調整してもよい。また、接着部の保護のため、損傷部9を中心に、すでに貼付済みのマスキングテープ22に垂直にさらにマスキングテープ22を貼付してもよい。この場合、下層となるマスキングテープ22の円形の切り抜きに合わせて上層のマスキングテープ22を円形に切りとる。
続いて、損傷部9に接着剤26を注入して該損傷部9を塞ぐとともに、周囲の円形の領域に接着剤26を塗布する(図14(F)参照)。補修部材11の接着面に接着剤26を塗布する。その際、円板状の補修部材11接着面のうち、縁から約5mmを除いた部分に中央が山になるように塗布する。接着剤の内部には気泡が混入しないように留意する。
次に、マーキング24が合致するようにして補修部材11を風車翼2に張り付ける(図14(G)参照)。その際、風車翼2の表面に対して補修部材11を押圧し、該補修部材11の周囲から接着剤26が均等に溢れるようにする。溢れた接着剤26は、ヘラで形状を整えながら除去する。そして、張り付けた補修部材11の表面を上からテープ等によって抑えつけ、接着剤26が固化するまで固定する(図14(H)参照)。
接着剤26が硬化した後、マーキング24の位置にずれがないことを確認し、テープ22を取り外す。風車翼2の表面と補修部材11との境界部28に隙間がないことを確認した後、補修部材11の周囲をサンディングして余剰の接着剤26を除去する。その際、境界部28(図14(I)参照)の段差を可能な限り薄く平滑化してもよい(図14(J)参照)。その後、補修部材11及びその周囲の風車翼2の表面にゲルコートを塗布し、硬化した後、表面を研磨して仕上げてもよい。
2 風車翼
3 ハブ
4 ロータ
5 ナセル
6 タワー
7 ベース
8A 前縁
8B 後縁
9 損傷部
10 背面(負圧面)
11 補修部材
12 腹面(正圧面)
14 ガラス繊維層(ガラス繊維材/GFRP)
16 ゲルコート層(ゲルコート)
20 損傷判定範囲
22 マスキングテープ
24 マーキング
26 接着剤
28 境界部
30 テンプレート
Claims (14)
- 落雷による損傷部に関する風車翼の補修方法であって、
前記損傷部に関して予め定義した損傷判定範囲を定めるステップと、
前記風車翼を点検して前記損傷部が前記損傷判定範囲内である場合に、所定の平板形状に成形及び固化されることで予め作製された補修部材を接着するステップと、を備え、
前記補修部材は、円形であり、
前記補修部材を接着するステップの前に、前記風車翼の表面のうち、前記損傷部を含み、かつ、前記補修部材の前記円形に対応した円形状の領域をサンディングし、該領域において前記風車翼のGFRP層を露出させるステップをさらに備え、
前記補修部材は、前記サンディングにより露出した前記風車翼の前記GFRP層に対して接着する
ことを特徴とする風車翼の補修方法。 - 前記補修部材を作成するステップでは、ガラス繊維材を積層して前記補修部材を作成することを特徴とする請求項1に記載の風車翼の補修方法。
- 前記補修部材は、前記損傷判定範囲を包含し得る大きさに形成される
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の風車翼の補修方法。 - 前記損傷判定範囲は直径dの円形で定義される
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の風車翼の補修方法。 - 前記補修部材は前記直径dに対して2倍以上の直径Dを有する円形で定義される
ことを特徴とする請求項4に記載の風車翼の補修方法。 - 前記補修部材を構成するガラス繊維材は、前記風車翼への張り付け方向が前記風車翼の外側から内側の場合に前記外側の前記ガラス繊維材の直径が前記内側のガラス繊維材の直径よりも大きいことを特徴とする請求項2乃至5の何れか一項に記載の風車翼の補修方法。
- 前記風車翼への張り付け方向が前記風車翼の外側から内側である場合、
前記補修部材を作成するステップでは前記外側の前記補修部材の表面にさらにゲルコートを含む塗料を予め塗布し、
前記補修部材を接着するステップでは前記内側の面を前記損傷部に接着する
ことを特徴とする請求項2乃至6の何れか一項に記載の風車翼の補修方法。 - 前記補修部材は、板厚が3mm以下、直径φが200mm以下の円形であり、前記風車翼への張り付け方向が前記風車翼の外側から内側とした場合に前記外側に向けて曲率半径300mm以上の凸形状に形成される
ことを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の風車翼の補修方法。 - 落雷による損傷部に関する風車翼の補修方法であって、
前記損傷部に関して予め定義した損傷判定範囲を定めるステップと、
前記風車翼を点検して前記損傷部が前記損傷判定範囲内である場合に、所定の平板形状に成形及び固化されることで予め作製された補修部材を接着するステップと、
前記風車翼の翼先端から前記損傷部までの距離lを計測するステップと、備え、
前記距離lが前記風車翼の翼長Lの20%以下である場合に、前記補修部材を前記損傷部に接着する
ことを特徴とする風車翼の補修方法。 - 前記補修部材を接着した後における前記補修部材の前記風車翼の外皮からの膨出高さが5mm以下である
ことを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載の風車翼の補修方法。 - 前記補修部材を接着するステップの後、前記補修部材と前記風車翼の外皮との境界部の段差をサンディングするとともにゲルコートを含む塗料を塗布することで平滑化するステップをさらに備える
ことを特徴とする請求項1乃至10の何れか一項に記載の風車翼の補修方法。 - 前記平滑化するステップでは、前記補修部材と翼外皮との境界部の段差が200μm以下になるように平滑化する
ことを特徴とする請求項11に記載の風車翼の補修方法。 - 落雷による損傷部に関する風車翼の補修方法であって、
前記損傷部に関して予め定義した損傷判定範囲を定めるステップと、
前記風車翼を点検して前記損傷部が前記損傷判定範囲内である場合に、所定の平板形状に成形及び固化されることで予め作製された補修部材を接着するステップと、
前記損傷部から亀裂又は孔部を含む損傷を確認可能な範囲のゲルコート層を除去するステップと、
前記損傷部の前記損傷の寸法を計測し、該寸法が前記損傷判定範囲より狭いことを確認するステップと、を備える
ことを特徴とする風車翼の補修方法。 - 前記補修部材を接着するステップでは、
前記補修部材の前記風車翼の内側の面に前記接着剤を塗布し、
亀裂又は孔部を含む損傷に前記接着材を注入すると共に前記損傷部に前記接着材を塗布し、
前記損傷部に前記補修部材を押し付けて周囲から前記接着材を溢れさせ、
前記接着材が硬化するまで固定する
ことを特徴とする請求項1乃至13の何れか一項に記載の風車翼の補修方法。
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