JP7476220B2 - 翼弦方向の間隙を最小限に抑えるように設計された翼弦方向に延在するピンブッシングを有する接合式風力タービンロータブレード - Google Patents

Description

本開示は、一般に風力タービンに関し、より詳細には、接合されたブレードセグメント間の翼弦方向の間隙を排除するように設計された、翼弦方向に延在するピンブッシングを有する接合された風力ロータブレードに関する。

風力発電は、現在利用可能な最もクリーンで最も環境に優しいエネルギー源の１つと考えられ、この点で風力タービンは注目を集めている。現代の風力タービンは、典型的には、タワーと、発電機と、ギアボックスと、ナセルと、１つ又は複数のロータブレードを備えた回転可能なハブを有するロータとを含む。ロータブレードは、既知の翼形原理を使用して風の運動エネルギーを捕捉する。ロータブレードは、ロータブレードをギアボックスに連結するシャフトを回転させるように、又はギアボックスが使用されていない場合には直接発電機に、回転エネルギーの形態で運動エネルギーを伝達する。次いで、発電機は、機械的エネルギーを、送電網に供給することができる電気エネルギーに変換する。

ロータブレードは、一般に、ブレードの前縁及び後縁に沿った接着線で互いに接着される、典型的には成形プロセスを使用して形成される負圧側シェル及び正圧側シェルを含む。さらに、正圧側シェル及び負圧側シェルは比較的軽量であり、動作中にロータブレードに加えられる曲げモーメント及び他の荷重に耐えるようには構成されていない構造特性（例えば、剛性、座屈抵抗、及び強度）を有する。したがって、ロータブレードの剛性、座屈抵抗、及び強度を高めるために、本体シェルは、典型的には、シェル半体の内側の正圧側面及び負圧側面に係合する１つ又は複数の構造構成要素（例えば、それらの間に剪断ウェブが構成された対向するスパーキャップ）を使用して強化される。スパーキャップ及び／又は剪断ウェブは、限定はされないが、ガラス繊維積層複合材及び／又は炭素繊維積層複合材を含む様々な材料で構築することができる。

風力タービンが大型化し続けるので、ロータブレードも大型化していく。したがって、より大きなロータブレードは、１つ又は複数のピンジョイントを介して現場で組み立てることができるセグメントとして構築される場合がある。ブレードの長さを増加させると、重力が増加した長さに沿って引っ張り、より短いロータブレードよりも大きな曲げモーメントが発生するため、追加のブレード支持が必要になる。ピンジョイントは、ブレード先端部がこの荷重の一部に耐えるように撓むことを可能にするように構成される。

そのようなピンジョイントは、典型的には、第２のブレードセグメントの受け部内に受けられた第１のブレードセグメントのビーム構造体を含み、翼弦方向に延在するピンが、ビーム構造体及び受け部の第１及び第２のピンジョイントスロットをそれぞれ通って延在し、したがって、第１及び第２のセグメントを互いに接合する。多くの場合、ビーム構造体はしばしば受け部よりも狭いため、ビーム構造体と受け部との間のそのようなピンジョイントの前縁及び後縁には翼弦方向の間隙がある。この間隙を最小限に抑えることは、ピンジョイントの性能にとって有益である。例えば、間隙を最小限に抑えることにより、連続的な荷重経路、構造効率、及び翼弦方向の最小変換が提供され、これにより摩耗も最小限に抑えられる。

したがって、本開示は、接合されたブレードセグメント間の翼弦方向の間隙を排除するように設計された、翼弦方向に延在するピンブッシングを有する接合式風力ロータブレードに関する。

米国特許出願公開第２０１８／３４０５１０号明細書

本発明の態様及び利点は、その一部分を以下の説明に記載しており、又はその説明から明らかになり、又は本発明の実施を通じて学ぶことができる。

一態様では、本開示は、風力タービン用のロータブレードに関する。ロータブレードは、翼弦方向ジョイントから反対方向に延在する第１のブレードセグメント及び第２のブレードセグメントを含む。第１及び第２のブレードセグメントの各々は、翼形表面及び内部支持構造体を画定する少なくとも１つのシェル部材を含む。第１のブレードセグメントは、受け部を介して第２のブレードセグメントと構造的に接続する、長手方向に延在するビーム構造体を含む。ロータブレードはさらに、ビーム構造体の縁部と受け部の縁部との間に少なくとも１つの翼弦方向の間隙を含む。ビーム構造体は、第１のピンジョイントスロットを画定し、一方、受け部は、第１のピンジョイントスロットと整列する第２のピンジョイントスロットを画定する。ロータブレードはさらに、第１のピンジョイントスロットの第１の端部に配置された第１のブッシングを含む。第１のブッシングは、翼弦方向の間隙内に延在し、かつ第１のピンジョイントスロットの第１の端部を囲むフランジを含む。ロータブレードはさらに、第２のピンジョイントスロットの第１の端部に配置された第２のブッシングを含む。第２のブッシングはさらに、翼弦方向の間隙内に延在し、かつ第２のピンジョイントスロットの第１の端部を囲むフランジを有する。さらに、ブッシングのフランジは、翼弦方向の間隙を所定の規定の間隙又は締め代で充填するように、翼弦方向の間隙で互いに当接する。したがって、フランジは、正確に画定された間隙又は締め代を画定するように翼弦方向の間隙を部分的に充填するように構成されるか、又は翼弦方向の間隙を完全に充填するように設計されてもよい。さらに、ロータブレードは、第１及び第２のブレードセグメントを互いに固定するように、第１及び第２のピンジョイントスロットの第１及び第２のブッシングを貫通して位置決めされた少なくとも１つの翼弦方向に延在するピンを含む。

一実施形態では、ロータブレードはさらに、第１のピンジョイントスロットの第１の端部及び第１のピンジョイントスロットの対向する第２の開口部にそれぞれ配置された１対の第１のブッシングと、第２のピンジョイントスロットの第１の端部及び第２のピンジョイントスロットの対向する第２の開口部にそれぞれ配置された１対の第２のブッシングとを含むことができる。そのような実施形態では、翼弦方向に延在するピンは、第１及び第２のブレードセグメントを互いに固定するように、第１及び第２のピンジョイントスロットの第１及び第２のブッシングの対を貫通して位置決めされる。

別の実施形態では、翼弦方向の間隙は、ロータブレードの後縁及び／又は前縁に隣接して位置する。

さらなる実施形態では、当接するフランジの翼弦方向の幅は、締まり嵌めを形成するように翼弦方向の間隙の翼弦方向の幅よりも大きい。例えば、そのような実施形態では、当接するフランジの翼弦方向の幅は、翼弦方向の間隙の翼弦方向の幅よりも約１．５ミリメートル（ｍｍ）大きい。いくつかの実施形態では、第１及び第２のブッシングは、例えば約０．２未満の摩擦係数を有するコーティング材料をさらに含んでもよい。

追加の実施形態では、第１及び第２のブッシングは、金属又は金属合金で構築される。したがって、そのような実施形態では、金属又は金属合金は、１０００ｍｍの翼長に対して約＋／－０．０２５ミリメートル（ｍｍ）の材料公差を含むことができる。

別の態様において、本開示は、ロータブレードを組み立てるための方法に関する。本方法は、成形プロセスを介して第１のブレードセグメント及び第２のブレードセグメントを形成することを含む。第１及び第２のブレードセグメントの各々は、翼形表面及び内部支持構造体を画定する少なくとも１つのシェル部材を有する。第１のブレードセグメントは、長手方向に延在するビーム構造体を有し、一方、第２のブレードセグメントは、受け部を有する。本方法はまた、ビーム構造体が受け部内に受けられる場合に、ビーム構造体の縁部と受け部の縁部との間の少なくとも１つの翼弦方向の間隙のサイズを決定することを含む。さらに、本方法は、ビーム構造体の第１のピンジョイントスロットの対向する端部に第１の対の金属ブッシングを設けることを含む。第１の対の金属ブッシングの各々は、フランジを有する。さらに、本方法は、受け部の第２のピンジョイントスロットの対向する端部に第２の対の金属ブッシングを設けることを含み、第２の対の金属ブッシングの各々はフランジを備える。加えて、本方法は、第１の対の金属ブッシングからのフランジのうちの１つを、第２の対の金属ブッシングからのフランジのうちの１つと、翼弦方向の間隙内でフランジが互いに当接するように位置決めし、それにより、翼弦方向の間隙を所定の規定の間隙又は締め代で充填することを含む。本方法はさらに、第１及び第２のブレードセグメントを翼弦方向ジョイントの反対方向に位置させることを含む。加えて、本方法は、ビーム構造体の第１のピンジョイントスロットが受け部の第２のピンジョイントスロットと整列するように、ビーム構造体を受け部に挿入することを含む。さらに、本方法は、少なくとも１つの翼弦方向に延在するピンを、第１及び第２のピンジョイントスロット内のブッシングの第１及び第２の対を貫通して挿入し、それにより、第１及び第２のブレードセグメントを互いに固定することを含む。

一実施形態では、本方法は、成形プロセスが完了した後にビーム構造体が受け部内に受けられるときに、ビーム構造体の縁部と受け部の縁部との間の翼弦方向の間隙のサイズを決定すること、及び次いで、複数の金属ブッシングの複数のフランジを機械加工して、翼弦方向の間隙よりも大きい締め代を除去することをさらに含む。

別の実施形態では、金属ブッシングの第１の対を第１のピンジョイントスロットの対向する端部に設けること、及び金属ブッシングの第２の対を受け部の第２のピンジョイントスロットの対向する端部に設けることは、金属ブッシングの第１及び第２の対を第１及び第２のピンジョイントスロットにそれぞれ注入することをさらに含むことができ、それにより、ビーム構造体が受け部に挿入されると、金属ブッシングの第１及び第２の対のフランジは、翼弦方向の間隙を完全に充填する。

別の態様では、本開示は風力タービン用のロータブレードに関する。ロータブレードは、翼弦方向ジョイントから反対方向に延在する第１のブレードセグメント及び第２のブレードセグメントを含む。第１及び第２のブレードセグメントの各々は、翼形表面及び内部支持構造体を画定する少なくとも１つのシェル部材を含む。第１のブレードセグメントは、受け部を介して第２のブレードセグメントと構造的に接続する、長手方向に延在するビーム構造体を含む。ロータブレードはさらに、ビーム構造体の縁部と受け部の縁部との間に少なくとも１つの翼弦方向の間隙を含む。ビーム構造体は、第１のピンジョイントスロットを画定し、一方、受け部は、第１のピンジョイントスロットと整列する第２のピンジョイントスロットを画定する。ロータブレードはさらに、第１のピンジョイントスロットの第１の端部に配置された第１のブッシングを含む。第１のブッシングは、翼弦方向の間隙内に延在し、かつ第１のピンジョイントスロットの第１の端部を囲むフランジを含む。ロータブレードはさらに、第２のピンジョイントスロットの第１の端部に配置された第２のブッシングを含む。第２のブッシングはさらに、翼弦方向の間隙内に延在し、かつ第２のピンジョイントスロットの第１の端部を囲むフランジを有する。さらに、ロータブレードはまた、翼弦方向の間隙内のブッシングのフランジのうちの１つ又は複数に隣接する少なくとも１つのスペーサ構成要素を含む。加えて、ロータブレードは、第１及び第２のブレードセグメントを互いに固定するように、第１及び第２のピンジョイントスロットの第１及び第２のブッシングを貫通して位置決めされた少なくとも１つの翼弦方向に延在するピンを含む。

一実施形態では、当接するフランジの翼弦方向の幅は、翼弦方向の間隙の幅よりも小さい。別の実施形態では、スペーサ構成要素は、１つ又は複数のシムを含むことができる。そのような実施形態では、シムは、当接するフランジによって充填されていない間隙の残りの部分を充填するように構成される。したがって、シム及びフランジは、翼弦方向の間隙を完全に充填する。

さらなる実施形態では、スペーサ構成要素は、１つ又は複数のばね装填装置を含むことができる。そのような実施形態では、ばね装填装置は、円錐板ばね、多層波板ばね、又はゴム粘弾性リングを含むことができる。ばね装填装置がゴム粘弾性リングに対応する一実施形態では、ゴム粘弾性リングの少なくとも一部は、第１及び第２のブッシングのフランジの少なくとも一方の凹部内に位置する。加えて、ゴム粘弾性リングのばね定数は、所定の期間にわたって非線形になり、ゴム粘弾性リングは、所定の期間後に剛性になる。

追加の実施形態では、スペーサ構成要素は、金属又は金属合金で構築されてもよい。したがって、金属又は金属合金は、一般に、１０００ｍｍ当たり約＋／－０．０２５ミリメートル（ｍｍ）の厳格な材料公差を有する。

特定の実施形態では、スペーサ構成要素は、第１及び第２のブッシングのフランジ間に位置決めされてもよい。代替的に、スペーサ構成要素は、第１又は第２のブッシングのうちの一方のシャフトの周りに配置されてもよい。

本発明のこれら及び他の特徴、態様及び利点は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲を参照することによってよりよく理解されるであろう。添付の図面は、本明細書に組み込まれて、本明細書の一部を構成し、本発明の実施形態を例示し、説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。

本発明の完全かつ可能な開示は、その最良の形態を含むと共に、当業者に向けられているが、その開示は本明細書に記載されており、本明細書は以下の添付の図面を参照する。

本開示による、風力タービンの一実施形態の斜視図である。 本開示による、第１のブレードセグメント及び第２のブレードセグメントを有するロータブレードの一実施形態の平面図である。 本開示による、第１のブレードセグメントの一実施形態の一部分の斜視図である。 本開示による、翼弦方向のジョイントにおける第２のブレードセグメントの一部分の一実施形態の斜視図である。 本開示による、第２のブレードセグメントと接合された第１のブレードセグメントを有する風力タービンのロータブレードの一実施形態のジョイントアセンブリを示す図である。 本開示による、風力タービンのロータブレードのジョイントアセンブリの一実施形態の分解斜視図である。 断面線７－７に沿った図５の翼弦方向ジョイントの断面図である。 本開示による、風力タービンのロータブレードの翼弦方向のジョイントの翼弦方向に延在するピンの一実施形態の断面図を示しており、特に、ピンの前縁及び後縁に配置された複数のフランジ付きブッシングを示している。 本開示による、シムがフランジのうちの１つのフランジのシャフトの周りに配置されたロータブレードの翼弦方向ジョイントの当接するフランジの断面図である。 本開示による、シムが間に配置されたロータブレードの翼弦方向ジョイントの当接するフランジの断面図である。 本開示による、円錐板ばねが間に配置されたロータブレードの翼弦方向ジョイントの当接するフランジの断面図である。 本開示による、多層波板ばねが間に配置されたロータブレードの翼弦方向ジョイントの当接するフランジの断面図である。 本開示による、ゴム粘弾性リングが間に配置されたロータブレードの翼弦方向ジョイントの当接するフランジの断面図である。 本開示による、ロータブレードを組み立てる方法の一実施形態のフローチャートを示す図である。

ここで、本発明の実施形態を詳細に参照するが、その１つ以上の例が、図面に示されている。各々の例は、本発明を限定するのではなく、本発明を説明する目的で提示されている。実際には、本発明の範囲又は趣旨から逸脱することなく、本発明において様々な修正及び変更が可能であることが、当業者には明らかであろう。例えば、ある実施形態の一部分として図示又は記載された特徴は、またさらなる実施形態をもたらすために、別の実施形態において使用することができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲に含まれるそのような修正及び変更を包含することを意図している。

ここで図面を参照すると、図１は、本発明による風力タービン１０の一実施形態の斜視図を示している。図示する実施形態では、風力タービン１０は、水平軸風力タービンである。代替的に、風力タービン１０は、垂直軸風力タービンであってもよい。加えて、図示のように、風力タービン１０は、支持面１４から延在するタワー１２、タワー１２に装着されたナセル１６、ナセル１６内に位置決めされた発電機１８、発電機１８に連結されたギアボックス２０、及びロータシャフト２４によりギアボックス２０に回転可能に結合されたロータ２２を含むことができる。さらに、図示のように、ロータ２２は、回転可能なハブ２６、及び回転可能なハブ２６に連結され、かつ回転可能なハブ２６から外側に延在する少なくとも１つのロータブレード２８を含む。図示のように、ロータブレード２８は、ブレード先端１７及びブレード根元１９を含む。

ここで図２を参照すると、図１のロータブレード２８のうちの１つの平面図が示されている。図示のように、ロータブレード２８は、第１のブレードセグメント３０及び第２のブレードセグメント３２を含むことができる。さらに、図示のように、第１のブレードセグメント３０及び第２のブレードセグメント３２は、翼弦方向ジョイント３４の反対方向から各々延在することができる。加えて、図示のように、ブレードセグメント３０、３２の各々は、正圧側シェル部材、負圧側シェル部材、前縁シェル部材、後縁シェル部材などの少なくとも１つのシェル部材を含むことができる。さらに、図示のように、第１のブレードセグメント３０及び第２のブレードセグメント３２は、ブレードセグメント３０、３２の接合を容易にするために、少なくとも両方のブレードセグメント３０、３２内に延在する内部支持構造体３６によって接続される。矢印３８は、図示の例のセグメント化されたロータブレード２８が２つのブレードセグメント３０、３２を含むこと、及びこれらのブレードセグメント３０、３２が、内部支持構造体３６を第２のブレードセグメント３２に挿入することによって接合されることを示している。

ここで図３を参照すると、本開示による第１のブレードセグメント３０の一部分の斜視図が示されている。図示のように、第１のブレードセグメント３０は、内部支持構造体３６の一部を形成し、かつ第２のブレードセグメント３２と構造的に接続するために長手方向に延在するビーム構造体４０を含む。さらに、図示のように、ビーム構造体４０は、負圧側スパーキャップ４４及び正圧側スパーキャップ４６と接続された剪断ウェブ４２の少なくとも一部を形成する。

さらに、図示のように、第１のブレードセグメント３０は、ビーム構造体４０の受け部端５４に１つ又は複数のピンジョイント５２を含むことができる。一実施形態では、例えば、ピンジョイント５２は、ブッシングと緊密に締まり嵌めされたピンを含むことができる。より具体的には、図示のように、ピン５２は、翼長方向に、すなわちロータブレード２８のブレード根元１９からブレード先端１７まで延在する軸線に沿って画定されるロータブレード２８の翼長又は長さに沿って配向されてもよい。さらに、第１のブレードセグメント３０はまた、ビーム構造体４０上に位置する少なくとも１つの第１のピンジョイントスロット５０を含んでもよい。さらに、図示のように、第１のピンジョイントスロット５０は、翼弦方向に、すなわちロータブレード２８の前縁から後縁まで延在する軸線に沿って画定されるロータブレード２８の翼弦に沿って配向されてもよい。

ここで図４を参照すると、本開示による第２のブレードセグメント３２の一部分の斜視図が示されている。図示のように、第２のブレードセグメント３２は、第１のブレードセグメント３０のビーム構造体４０を受けるために、第２のブレードセグメント３２内で長手方向に延在する受け部６０を含む。さらに、図示のように、受け部６０は、第１のブレードセグメント３０のビーム構造体４０と接続するために長手方向に延在する１つ又は複数のスパー構造体６６（スパーキャップ４４、４６に類似）を含むことができる。加えて、図５に示されるように、受け部６０は、ピンジョイント５２を受けるために、受け部を貫通して画定された翼長方向ピンジョイントスロット５６を有する翼弦方向部材４８を含むことができる。さらに、図示のように、受け部６０は、ビーム構造体４０の第１のピンジョイントスロット５０と整列し、かつ受け部を貫通して画定された翼弦方向の第２のピンジョイントスロット５８を含むことができる。

ここで図５を参照すると、本開示による、第１のブレードセグメント３０が第２のブレードセグメント３２と接合されたロータブレード２８のアセンブリ７０が示されている。図示のように、アセンブリ７０は、ロータブレード２８の外側シェル部材の下の複数の支持構造体を示している。より具体的には、図示のように、ビーム構造体４０の受け端部５４の翼長方向に延在するピン５２は、第１及び第２のブレードセグメント３０、３２を互いに固定するように、受け部６０の翼長方向ピンジョイントスロット５６内に受けられる。加えて、図示のように、第１及び第２のピンジョイントスロット５０、５８は整列し、第１及び第２のブレードセグメント３０、３２を互いに固定するように、翼弦方向に延在するピン６２が貫通して固定される。

ここで図６を参照すると、ロータブレード２８のブレード先端に向かうアセンブリ７０の複数の支持構造体の分解斜視図が示されている。図示のように、受け部６０は、ビーム構造体４０を受けるように構成され、そして、ビーム構造体４０の第１のピンジョイントスロット５０と整列し、それを貫通して翼弦方向に延在するピン６２が挿入され得る翼弦方向の第２のピンジョイントスロット５８を含むことができる。さらに、図示のように、翼弦方向に延在するピン６２は、受け部６０及びビーム構造体４０が組み立て中に互いに接合されるように、整列するピンジョイントスロット５０、５８内において緊密な締まり嵌めのままであるように構成されてもよい。さらに、図６はまた、ビーム構造体４０のピン５２を受けるように構成された半径方向ピンジョイントスロット５６を含む翼弦方向部材４８を示している。

ここで図７を参照すると、図５のロータブレードアセンブリ７０の断面図が線７－７に沿って示されている。より具体的には、図示のように、ビーム構造体４０は、受け部６０内に受けられる。さらに、図示のように、ビーム構造体４０の縁部と受け部６０との間には、前縁翼弦方向の間隙５１及び後縁翼弦方向の間隙５３が存在する。加えて、図示のように、翼弦方向に延在するピン６２は、第１及び第２のブレードセグメント３０、３２の内部支持構造体４０、６０を互いに固定するように、翼弦方向ジョイント３４を貫通して位置決めされる。さらに、図示のように、ビーム構造体４０及び受け部６０の第１及び第２のピンジョイントスロット５０、５８はそれぞれ、翼弦方向に延在するピン６２を受けるための複数対のブッシング５５、５６、５７、５８を含んでもよい。例えば、図示のように、ビーム構造体４０及び受け部６０はそれぞれ、第１及び第２のピンジョイントスロット５０、５８の対向する端部内に配置された前縁ブッシング５６、５５及び後縁ブッシング５７、５８を含むことができる。特定の実施形態では、本明細書に記載の様々なブッシング５５、５６、５７、５８は、例えば約０．２未満の摩擦係数を有するコーティング材料をさらに含むことができる。

さらに図７を参照すると、翼弦方向に延在するピン６２は、任意選択的に、その中に配置された１つ又は複数の構造インサート８８、９０を含むことができる。例えば、図示のように、翼弦方向に延在するピン６２は、その後縁端部に配置された第１の構造インサート８８、及びその前縁端部に配置された第２の構造インサート９０を含むことができる。さらに、図示のように、構造インサート８８、９０は、ブッシング５５、５６、５７、５８と整列してもよい。特定の実施形態では、構造インサート８８、９０は、高荷重領域に追加の補強を提供するためにピン６２に押し込まれる鋼インサートであってもよい。

加えて、図７及び図８に示すように、ブッシング５５、５６、５７、５８の各々は、それぞれフランジ６１、６３、６５、６７を含むことができ、そのうちの２つはロータブレード２８の前縁側にあり、そのうちの２つは後縁側にある。より具体的には、図示のように、第１のブッシング５５は、翼弦方向の間隙５１内に延在し、かつ第１のピンジョイントスロット５０の第１の端部を囲むフランジ６１を含むことができる。同様に、第２のブッシング５６は、翼弦方向の間隙５１内に延在し、かつ第２のピンジョイントスロット５８の第１の端部を囲むフランジ６５を含むことができる。さらに、図示のように、第１及び第２のブッシング５５、５６のフランジ６１、６５は、翼弦方向の間隙５１を所定の規定の間隙又は締め代で充填するように、翼弦方向の間隙５１内で互いに当接する。同様に、第１及び第２のピンジョイントスロット５０、５８の対向する側において、ロータブレード２８は、ビーム構造体４０と受け部６０との間の別の翼弦方向の間隙５３内にフランジ６３、６７を有する対向するブッシング５７、５８を含むことができる。したがって、図示のように、翼弦方向に延在するピン６２は、第１及び第２のブレードセグメント３０、３２を互いに固定するように、第１及び第２のピンジョイントスロット５０、５８のブッシング５５、５６、５７、５８を貫通して位置決めされる。

このような実施形態では、当接するフランジ（すなわち、フランジ６１及び６３又はフランジ６５及び６７）の翼弦方向の幅は、締まり嵌めを形成するように翼弦方向の間隙５１、５３の翼弦方向の幅よりも大きい。例えば、特定の実施形態では、当接するフランジの翼弦方向の幅は、翼弦方向の間隙５１、５３の翼弦方向の幅よりも約１．５ミリメートル（ｍｍ）大きくてもよい。例えば、特定の実施形態では、ブッシング５５、５６、５７、５８は、金属又は金属合金で構築されてもよい。そのような実施形態では、金属又は金属合金は、１０００ｍｍの翼長に対して約＋／－０．０２５ミリメートル（ｍｍ）の材料公差を含むことができる。したがって、本明細書で説明するように、フランジ６１、６３、６５、６７は、翼弦方向の間隙５１、５３内の正確な嵌合を確実にするために、締め代の一部を排除するように機械加工することができる。

ここで図９Ａ及び図９Ｂを参照すると、翼弦方向の間隙５１、５３を完全に充填するフランジのうちの２つではなく、ロータブレード２８の翼弦方向ジョイント３４は、翼弦方向の間隙５１、５３内のブッシング５５、５６、５７、５８のフランジ６１、６３、６５、６７のうちの１つ又は複数に隣接する少なくとも１つのスペーサ構成要素７２を含むことができる。このような実施形態では、当接するフランジ（例えば、フランジ６１及び６５）の翼弦方向の幅は、翼弦方向の間隙５１の幅よりも小さい。したがって、スペーサ構成要素７２は、間隙５１内の残りの空間を充填するように構成される。例えば、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、スペーサ構成要素７２は、１つ又は複数のシム７４を含むことができる。そのような実施形態では、スペーサ構成要素７２は、金属又は金属合金で構築されてもよい。したがって、金属又は金属合金は、一般に、１０００ｍｍ当たり約＋／－０．０２５ミリメートル（ｍｍ）の厳格な材料公差を有する。加えて、特に図９Ａに示すように、スペーサ構成要素７２は、ブッシングのうちの１つ又は複数のブッシングのシャフト（例えば、ブッシング５５のシャフト７８）の周りに配置することができる。代替的に、図９Ｂに示すように、スペーサ構成要素７２は、当接するブッシング５５、５６のフランジ６１、６５の間に配置されてもよい。そのような実施形態では、シム７４は、当接するフランジによって充填されていない間隙の残りの部分を充填するように構成される。したがって、シム７４及びフランジ６１、６３は、翼弦方向の間隙５１（又は間隙５３）を完全に充填する。

ここで図１０～図１２を参照すると、スペーサ構成要素７２は、代替的に、１つ又は複数のばね装填装置７６であってもよい。より具体的には、図１０に示すように、ばね装填装置７６は、円錐板ばね８０を含むことができる。代替的に、図１１に示すように、ばね装填装置７６は、多層波板ばね８２を含むことができる。さらに別の実施形態では、図１２に示すように、ばね装填装置７６は、ゴム粘弾性リング８４を含むことができる。そのような実施形態では、図示のように、ゴム粘弾性リング８４の少なくとも一部は、第１及び第２のブッシング５５、５６のフランジ６１、６５の少なくとも一方の凹部８６内に着座してもよい。したがって、ゴムの一部は取り囲まれず、それによって対向するブッシング面と相互作用する。ゴム粘弾性リング８４は、そのばね定数が最終的に非線形になり、捕捉されたゴム部分が指数関数的に剛性になるため、短い圧縮サイクルに特に適している可能性がある。

ここで図１３を参照すると、本開示による、ロータブレードを組み立てるための方法１００のフローチャートが示されている。一般に、方法１００は、図１～図１２に示す風力タービン１０及びロータブレード２８を参照して本明細書で説明される。しかしながら、開示された方法１００は、任意の他の適切な構成を有するロータブレードで実施することができることを理解されたい。加えて、図１３は、例示及び説明の目的のために特定の順序で実施されるステップを図示しているが、本明細書で論じられる方法は、任意の特定の順序又は配置に限定されない。当業者は、本明細書で提供される本開示を使用して、本明細書に開示される方法の様々なステップが、本開示の範囲から逸脱することなく様々な方法で省略、再構成、組み合わせ、及び／又は適合することができることを理解するであろう。

（１０２）に示すように、方法１００は、成形プロセスを介して第１のブレードセグメント３０及び第２のブレードセグメント３２を形成することを含んでもよい。上述したように、第１のブレードセグメントは、長手方向に延在するビーム構造体４０を含み、その一方で、第２のブレードセグメント３２は、ビーム構造体４０を受ける受け部６０を含む。（１０４）に示すように、方法１００は、ビーム構造体４０が受け部６０内に受けられる場合、ビーム構造体４０の縁部と受け部６０の縁部との間の少なくとも１つの翼弦方向の間隙のサイズを決定することを含んでもよい。（１０６）に示すように、方法１００は、ビーム構造体４０の第１のピンジョイントスロット５０の対向する端部に第１の対の金属ブッシング５５、５７を設けることを含んでもよい。上述したように、第１の対の金属ブッシング５５、５７の各々は、フランジ６１、６３を有する。（１０８）に示すように、方法１００は、受け部６０の第２のピンジョイントスロット５８の対向する端部に第２の対の金属ブッシング５６、５９を設けることを含んでもよい。上述したように、第２の対の金属ブッシング５６、５９の各々はまた、フランジ６５、６７を含む。したがって、（１１０）に示すように、方法１００は、フランジが翼弦方向の間隙（すなわち、間隙５１、５３）内で互いに当接し、それにより翼弦方向の間隙を所定の規定の間隙又は締め代で充填するように、第１の対の金属ブッシング５５、５７からのフランジ６１、６３の一方を、第２の対の金属ブッシング５６、５９からのフランジ６５、６７の一方と位置決めすることを含む。（１１２）に示すように、方法１００は、第１及び第２のブレードセグメント３０、３２を翼弦方向ジョイント３４の反対方向に位置させることを含んでもよい。（１１４）に示すように、方法１００は、ビーム構造体４０の第１のピンジョイントスロット５０が受け部６０の第２のピンジョイントスロット５８と整列するように、ビーム構造体４０を受け部６０に挿入することを含んでもよい。（１１６）に示すように、方法１００は、第１及び第２ブレードセグメント３０、３２を互いに固定するために、第１及び第２のピンジョイントスロット５０、５８内の第１及び第２の対のブッシング５５、５６、５７、５９を通して少なくとも１つの翼弦方向に延在するピン６２を挿入することを含んでもよい。

一実施形態では、翼弦方向の間隙５１、５３のサイズは、成形プロセスが完了した後に決定されてもよい。そのような実施形態では、方法１００は、複数の金属ブッシング５５、５６、５７、５９の複数のフランジ６１、６３、６５、６７を機械加工して、翼弦方向の間隙５１、５３よりも大きい締め代を除去することを含んでもよい。

別の実施形態では、第１及び第２のピンジョイントスロット５０の対向する端部に第１及び第２の対の金属ブッシング５５、５７、５６、５８をそれぞれ設けることは、ビーム構造体４０が受け部６０に挿入されると第１及び第２の対の金属ブッシング５５、５７、５６、５８のフランジ６１、６３、６５、６７が翼弦方向の間隙を完全に充填するように、第１及び第２の対の金属ブッシング５５、５７、５６、５８を第１及び第２のピンジョイントスロット５０、５８にそれぞれ注入することをさらに含んでもよい。そのような実施形態では、注入プロセス中に、ブッシングを間隙の座部に含めることによって、間隙５１、５３を完全に回避することができる。より具体的には、複合金型のより高精度の機構は、連続的な金型自体の機構、金型インサートによって作り出された機構（例えば、閉じた金型又はベアリングブロックのフォームマンドレル、及び／又はコードピンインサート）、並びに同時注入された構成要素、複合材料が注入されたブッシング、ブッシングを正確に位置させるための工具、及び／又は限界寸法を確立するための工具（例えば、ブッシングフランジのインターフェース面の間）によって確立された機構の任意の組み合わせによって、ブッシングの座部を位置合わせするように構成される。

当業者は、異なる実施形態の様々な特徴を相互に交換できることを認識するであろう。同様に、記載された様々な方法ステップ及び特徴、並びにそのような各方法及び特徴の他の既知の均等物は、本開示の原理に従って追加のシステム及び技術を構築するために、当業者によって混合及び適合させることができる。当然のことながら、上述のそのような目的又は利点のすべてが、任意の特定の実施形態に従って必ずしも達成され得るとは限らないことを理解されたい。したがって、例えば、当業者は、本明細書で説明するシステム及び技術が、本明細書に教示されるような１つの利点又は一群の利点を達成又は最適化する方法で、本明細書に教示又は示唆され得る他の目的又は利点を必ずしも達成せずに、具体化又は実行され得ることを認識するであろう。

本発明の特定の特徴のみを本明細書に図示及び説明してきたが、多くの修正及び変更が当業者には思い浮かぶであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨の範囲内にあるすべてのそのような修正及び変更を網羅することを意図していることを理解されたい。

本明細書は、最良の態様を含む本発明を開示するため、及びどのような当業者も、任意の装置又はシステムの作製及び使用並びに任意の組み込まれた方法の実行を含む本発明の実践を可能にするために、例を使用している。本発明の特許を受けられる範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を含む場合、又は特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にある。

１０ 風力タービン
１２ タワー
１４ 支持面
１６ ナセル
１７ ブレード先端
１８ 発電機
１９ ブレード根元
２０ ギアボックス
２２ ロータ
２４ ロータシャフト
２６ ハブ
２８ ロータブレード
３０ 第１のブレードセグメント
３２ 第２のブレードセグメント
３４ 翼弦方向ジョイント
３６ 内部支持構造体
３８ 矢印
４０ ビーム構造体、内部支持構造体
４２ 剪断ウェブ
４４ 負圧側スパーキャップ
４６ 正圧側スパーキャップ
４８ 翼弦方向部材
５０ 第１のピンジョイントスロット
５１ 前縁翼弦方向の間隙
５２ ピンジョイント、ピン
５３ 後縁翼弦方向の間隙
５４ 受け端部、受け部端
５５ 第１のブッシング、金属ブッシング、前縁ブッシング
５６ 第２のブッシング、金属ブッシング、前縁ブッシング、翼長方向ピンジョイントスロット、半径方向ピンジョイントスロット
５７ 金属ブッシング、後縁ブッシング
５８ 後縁ブッシング、第２のピンジョイントスロット
５９ 金属ブッシング
６０ 受け部、内部支持構造体
６１ フランジ
６２ 翼弦方向に延在するピン
６３ フランジ
６５ フランジ
６６ スパー構造体
６７ フランジ
７０ ロータブレードアセンブリ
７２ スペーサ構成要素
７４ シム
７６ ばね装填装置
７８ シャフト
８０ 円錐板ばね
８２ 多層波板ばね
８４ ゴム粘弾性リング
８６ 凹部
８８ 第１の構造インサート
９０ 第２の構造インサート
１００ 方法

Claims (15)

1. ロータブレード（２８）であって、
   翼弦方向ジョイント（３４）から反対方向に延在する第１のブレードセグメント（３０）及び第２のブレードセグメント（３２）であって、前記第１及び第２のブレードセグメント（３０、３２）の各々は、翼形表面及び内部支持構造体（３６）を画定する少なくとも１つのシェル部材を備え、前記第１のブレードセグメント（３０）は受け部（６０）を介して前記第２のブレードセグメント（３２）と構造的に接続する長手方向に延在するビーム構造体（４０）を備え、前記ビーム構造体（４０）の縁部と前記受け部（６０）の縁部との間に少なくとも１つの翼弦方向の間隙（５１、５３）が存在し、前記ビーム構造体（４０）は第１のピンジョイントスロット（５０）を画定し、前記受け部（６０）は前記第１のピンジョイントスロット（５０）と整列する第２のピンジョイントスロット（５８）を画定する、第１のブレードセグメント（３０）及び第２のブレードセグメント（３２）と、
   前記第１のピンジョイントスロット（５０）の第１の端部に配置された第１のブッシング（５５）であって、前記翼弦方向の間隙（５１、５３）内に延在し、かつ前記第１のピンジョイントスロット（５０）の前記第１の端部を囲むフランジ（６１）を備える、第１のブッシング（５５）と、
   前記第２のピンジョイントスロット（５８）の第１の端部に配置された第２のブッシング（５６）であって、前記第２のブッシング（５６）は前記翼弦方向の間隙（５１、５３）内に延在し、かつ前記第２のピンジョイントスロット（５８）の前記第１の端部を囲むフランジ（６５）を備える、第２のブッシング（５６）と、
   前記第１及び第２のブレードセグメント（３０、３２）を互いに固定するために、前記第１及び第２のピンジョイントスロット（５０、５８）の前記第１及び第２のブッシング（５５、５６）を貫通して位置決めされた少なくとも１つの翼弦方向に延在するピン（６２）と
   を備え、
   （１）前記第１及び第２のブッシング（５５、５６）の前記フランジ（６１、６５）は、前記翼弦方向の間隙（５１、５３）を所定の規定の間隙又は締め代で充填するように、前記翼弦方向の間隙（５１、５３）内で互いに当接する、
   または、
   （２）前記ロータブレード（２８）は、前記翼弦方向の間隙（５１、５３）内で前記第１及び第２のブッシング（５５、５６）の１つまたは複数のフランジに隣接する少なくとも１つのスペーサ構成要素（７２）を備える、風力タービン（１０）用のロータブレード（２８）。
2. 前記第１のブッシング（５５）は、前記第１のピンジョイントスロット（５０）の前記第１の端部及び前記第１のピンジョイントスロット（５０）の第２の端部にそれぞれ配置された第１の対のブッシング（５５、５７）とを備え、前記第２のブッシング（５６）は、前記第２のピンジョイントスロット（５８）の前記第１の端部及び前記第２のピンジョイントスロット（５８）の第２の端部にそれぞれ配置された第２の対のブッシング（５６、５９）とを備える、請求項１に記載のロータブレード（２８）。
3. 前記翼弦方向の間隙（５１、５３）は、前記ロータブレード（２８）の後縁により近い第１の翼弦方向の間隙（５１）と、前記ロータブレード（２８）の前縁により近い第２の翼弦方向の間隙（５３）とを備える、請求項１に記載のロータブレード（２８）。
4. 翼弦方向ジョイント（３４）から反対方向に延在する第１のブレードセグメント（３０）及び第２のブレードセグメント（３２）であって、前記第１及び第２のブレードセグメント（３０、３２）の各々は、翼形表面及び内部支持構造体（３６）を画定する少なくとも１つのシェル部材を備え、前記第１のブレードセグメント（３０）は受け部（６０）を介して前記第２のブレードセグメント（３２）と構造的に接続する長手方向に延在するビーム構造体（４０）を備え、前記ビーム構造体（４０）の縁部と前記受け部（６０）の縁部との間に少なくとも１つの翼弦方向の間隙（５１、５３）が存在し、前記ビーム構造体（４０）は第１のピンジョイントスロット（５０）を画定し、前記受け部（６０）は前記第１のピンジョイントスロット（５０）と整列する第２のピンジョイントスロット（５８）を画定する、第１のブレードセグメント（３０）及び第２のブレードセグメント（３２）と、
   前記第１のピンジョイントスロット（５０）の第１の端部に配置された第１のブッシング（５５）であって、前記翼弦方向の間隙（５１、５３）内に延在し、かつ前記第１のピンジョイントスロット（５０）の前記第１の端部を囲むフランジ（６１）を備える、第１のブッシング（５５）と、
   前記第２のピンジョイントスロット（５８）の第１の端部に配置された第２のブッシング（５６）であって、前記第２のブッシング（５６）は前記翼弦方向の間隙（５１、５３）内に延在し、かつ前記第２のピンジョイントスロット（５８）の前記第１の端部を囲むフランジ（６５）を備え、前記第１及び第２のブッシング（５５、５６）の前記フランジ（６１、６５）は前記翼弦方向の間隙（５１、５３）を所定の規定の間隙又は締め代で充填するように、前記翼弦方向の間隙（５１、５３）内で互いに当接する、第２のブッシング（５６）と、
   前記第１及び第２のブレードセグメント（３０、３２）を互いに固定するために、前記第１及び第２のピンジョイントスロット（５０、５８）の前記第１及び第２のブッシング（５５、５６）を貫通して位置決めされた少なくとも１つの翼弦方向に延在するピン（６２）と
   を備え、当接する前記フランジ（６１、６５）の翼弦方向の幅が、前記締め代の嵌合を形成するように前記翼弦方向の間隙（５１、５３）の翼弦方向の幅よりも大きい、風力タービン（１０）用のロータブレード（２８）。
5. 前記第１及び第２のブッシング（５５、５６）の少なくとも一方がコーティング材料を含み、前記コーティング材料が０．２未満の摩擦係数を含む、請求項１に記載のロータブレード（２８）。
6. 前記第１及び第２のブッシング（５５、５６）は、金属又は金属合金で構築される、請求項１に記載のロータブレード（２８）。
7. 前記少なくとも１つのスペーサ構成要素（７２）は、１つ又は複数のシム（７４）又は１つ又は複数のばね装填装置（７６）を備える、請求項１に記載のロータブレード（２８）。
8. 当接する前記フランジ（６１、６５）の翼弦方向の幅は、前記１つ又は複数のシム（７４）及び前記フランジ（６１、６５）が前記翼弦方向の間隙（５１、５３）を完全に充填するように、前記翼弦方向の間隙（５１、５３）の幅よりも小さい、請求項７に記載のロータブレード（２８）。
9. 前記１つ又は複数のばね装填装置（７６）が、円錐板ばね（８０）、多層波板ばね（８２）、又はゴム粘弾性リング（８４）を備える、請求項８に記載のロータブレード（２８）。
10. 前記１つ又は複数のばね装填装置（７６）が前記ゴム粘弾性リング（８４）に対応する場合、前記ゴム粘弾性リング（８４）の少なくとも一部が、前記第１及び第２のブッシング（５５、５６）の前記フランジ（６１、６５）の少なくとも一方の凹部内に着座する、請求項９に記載のロータブレード（２８）。
11. 前記少なくとも１つのスペーサ構成要素（７２）は、前記第１及び第２のブッシング（５５、５６）の前記フランジ（６１、６５）間に配置されるか、又は前記第１又は第２のブッシング（５５、５６）のうちの一方のシャフト（７８）の周りに配置される、請求項１に記載のロータブレード（２８）。
12. 前記少なくとも１つのスペーサ構成要素（７２）は、金属又は金属合金で構築され、前記金属又は金属合金は、＋／－０．０２５ミリメートル（ｍｍ）の材料公差を含む、請求項１に記載のロータブレード（２８）。
13. ロータブレード（２８）を組み立てるための方法（１００）であって、
    成形プロセスを介して第１のブレードセグメント（３０）及び第２のブレードセグメント（３２）を形成することであって、前記第１及び第２のブレードセグメント（３０、３２）の各々は翼形表面及び内部支持構造体（３６）を画定する少なくとも１つのシェル部材を有し、前記第１のブレードセグメント（３０）は長手方向に延在するビーム構造体（４０）を有し、前記第２のブレードセグメント（３２）は受け部（６０）を有する、形成することと、
    前記ビーム構造体（４０）が前記受け部（６０）内に受けられたときに、前記ビーム構造体（４０）の縁部と前記受け部（６０）の縁部との間の少なくとも１つの翼弦方向の間隙（５１、５３）のサイズを決定することと、
    前記ビーム構造体（４０）の第１のピンジョイントスロット（５０）の両端に、それぞれフランジ（６１、６３）を備える第１の対の金属ブッシング（５５、５７）を設けることと、
    前記受け部（６０）の第２のピンジョイントスロット（５８）の両端に、それぞれフランジ（６５、６７）を備える第２の対の金属ブッシング（５６、５９）を設けることと、
    （１）前記第１の対の金属ブッシング（５５、５７）の第１の端のフランジ（６１）と前記第２の対の金属ブッシング（５６、５９）の第１の端のフランジ（６５）とを前記翼弦方向の間隙（５１、５３）内で互いに当接させ、それにより前記翼弦方向の間隙（５１、５３）が所定の規定の間隙又は締め代で充填されるように位置決めすることまたは、（２）少なくとも１つのスペーサ構成要素（７２）を、前記翼弦方向の間隙（５１、５３）内で前記第１及び第２のブッシング（５５、５６）の１つまたは複数のフランジに隣接して配置することと、
    前記第１及び第２のブレードセグメント（３０、３２）を翼弦方向ジョイント（３４）の反対方向に位置させることと、
    前記ビーム構造体（４０）の前記第１のピンジョイントスロット（５０）が前記受け部（６０）の前記第２のピンジョイントスロット（５８）と整列するように、前記ビーム構造体（４０）を前記受け部（６０）に挿入することと、
    前記第１及び第２のブレードセグメント（３０、３２）を互いに固定するために、前記第１及び第２のピンジョイントスロット（５０、５８）内の前記第１及び第２の対のブッシング（５５、５６、５７、５９）を通して少なくとも１つの翼弦方向に延在するピン（６２）を挿入することと、
    を含む、方法（１００）。
14. ロータブレード（２８）を組み立てるための方法（１００）であって、
    成形プロセスを介して第１のブレードセグメント（３０）及び第２のブレードセグメント（３２）を形成することであって、前記第１及び第２のブレードセグメント（３０、３２）の各々は翼形表面及び内部支持構造体（３６）を画定する少なくとも１つのシェル部材を有し、前記第１のブレードセグメント（３０）は長手方向に延在するビーム構造体（４０）を有し、前記第２のブレードセグメント（３２）は受け部（６０）を有する、形成することと、
    前記ビーム構造体（４０）が前記受け部（６０）内に受けられたときに、前記ビーム構造体（４０）の縁部と前記受け部（６０）の縁部との間の少なくとも１つの翼弦方向の間隙（５１、５３）のサイズを決定することと、
    前記ビーム構造体（４０）の第１のピンジョイントスロット（５０）の両端に、それぞれフランジ（６１、６３）を備える第１の対の金属ブッシング（５５、５７）を設けることと、
    前記受け部（６０）の第２のピンジョイントスロット（５８）の両端に、それぞれフランジ（６５、６７）を備える第２の対の金属ブッシング（５６、５９）を設けることと、
    前記第１の対の金属ブッシング（５５、５７）の第１の端のフランジ（６１）と前記第２の対の金属ブッシング（５６、５９）の第１の端のフランジ（６５）とを前記翼弦方向の間隙（５１、５３）内で互いに当接させ、それにより前記翼弦方向の間隙（５１、５３）が所定の規定の間隙又は締め代で充填されるように位置決めすることと、
    前記第１及び第２のブレードセグメント（３０、３２）を翼弦方向ジョイント（３４）の反対方向に位置させることと、
    前記ビーム構造体（４０）の前記第１のピンジョイントスロット（５０）が前記受け部（６０）の前記第２のピンジョイントスロット（５８）と整列するように、前記ビーム構造体（４０）を前記受け部（６０）に挿入することと、
    前記第１及び第２のブレードセグメント（３０、３２）を互いに固定するために、前記第１及び第２のピンジョイントスロット（５０、５８）内の前記第１及び第２の対のブッシング（５５、５６、５７、５９）を通して少なくとも１つの翼弦方向に延在するピン（６２）を挿入することと、
    前記成形プロセスが完了した後に前記ビーム構造体（４０）が前記受け部（６０）内に受けられるときに、前記ビーム構造体（４０）の前記縁部と前記受け部（６０）の前記縁部との間の前記少なくとも１つの翼弦方向の間隙（５１、５３）のサイズを決定することと、
    前記翼弦方向の間隙（５１、５３）よりも大きい締め代を除去することと
    を含む、方法（１００）。
15. 前記第１の対の金属ブッシング（５５、５７）を前記第１のピンジョイントスロット（５０）の対向する端部に設け、前記第２の対の金属ブッシング（５６、５９）を前記受け部（６０）の前記第２のピンジョイントスロット（５８）の対向する端部に設けることは、
    前記ビーム構造体（４０）が前記受け部（６０）に挿入されたときに、前記第１及び第２の対の金属ブッシング（５５、５７、５６、５９）の前記フランジ（６１、６３、６５、６７）が前記翼弦方向の間隙（５１、５３）を完全に充填するように、前記第１及び第２の対の金属ブッシング（５６、５９、５５、５７）を前記第１及び第２のピンジョイントスロット（５０、５８）にそれぞれ挿入すること
    をさらに含む、請求項１３または１４に記載の方法（１００）。

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