KR101315841B1

KR101315841B1 - 날개체 및 그 날개체의 적층보호시트

Info

Publication number: KR101315841B1
Application number: KR1020127015992A
Authority: KR
Inventors: 히토시 사이토; 다카토 나카무라; 노부아키 스즈키
Original assignee: 후지쿠라 고무 코교 가부시끼가이샤
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2013-10-14
Also published as: EP2615304B1; US8770942B2; DK2615304T3; US20130101426A1; CN102792017A; CN102792017B; WO2012102294A1; KR20130019371A; JP5059249B2; EP2615304A4; EP2615304A1; JPWO2012102294A1

Abstract

상처가 나기 어려운 FRP제의 풍차 블레이드와 같은 날개체, 상처가 난 경우에 그 수리가 용이한 날개체 보호시트를 얻는다.
FRP제의 날개체 본체의 적어도 리딩에지의 적어도 일부에, 적층보호시트를 접착한 날개체이며, 그 적층보호시트는 날개체 본체측에서부터 순서대로, 점착재층, 중간기포층 및 표면내구층을 갖는 날개체.

Description

날개체 및 그 날개체의 적층보호시트{Wing blade and laminated protective sheet thereof}

본 발명은 날개체 및 그 날개체의 적층보호시트에 관한다.

날개체로서, 예를 들어 풍력발전장치의 풍차 블레이드는 자연환경 중에서, 우박을 포함하는 날라오는 물체, 낙뢰 등에 노출된다. 게다가, 그 선단이 60m/초에도 이르는 고속도로 회전하고 있기 때문에, 특히, 그 리딩에지는, 더욱 가혹한 조건하에 놓여진다. 종래, 풍차 블레이드는, 섬유강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic)제, 그 중에서도 에폭시계수지 안으로 유리섬유를 포함시킨 유리섬유강화 플라스틱(GFRP: Glass Fiber Reinforced Plastic)제가 많고, 그 표면은 겔코트에 의해 덮이지만, 날라오는 물체나 낙뢰에 의해 표면의 겔코트가 벗겨지고, 그것에 의해 생긴 조그만 상처로부터 빗물 등이 침입하면, 최악의 경우, 블레이드가 파손될 우려가 있다. 작은 상처라도, 장기간, 자연환경 속에 놓인 결과, 그 상처로부터 에폭시계 수지가 폭로되면, 자외선에 의한 열화가 진행될 우려가 있다.

특허문헌 1: 미국특허공개 2008/159870A1 특허문헌 2: 일본특개 2004-293455호 공보

그 때문에, 날개체의 보호수리방법(특허문헌 1)이나 풍차 블레이드의 수리를 용이하게 하는 풍차발전장치(특허문헌 2)가 제안되고 있다. 그러나, 모두, 이미 설치되어 있는 풍차발전기를 대상으로 하고 있으며, 수리공정이 복수(다수) 공정으로 넘어가는 것, 또는 풍차발전장치(풍차 블레이드)는 거대한 것에서부터, 많은 비용을 필요로 한다. 날개체의 선단 속도가 풍차 블레이드의 수배에 달하는 헬리콥터나 비행기의 날개체도, GFRP제가 있으며, 같은 문제가 있다.

본 발명은, 이상의 문제의식에서 기초하여, 상처가 나기 힘든 FRP제 날개체, 상처가 난 경우에 그 수리가 용이한 날개체 보호시트를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 날개체는 FRP제의 날개체 본체의 적어도 리딩에지에, 미리, 내충격성, 내트래킹성, 내오존성이 우수하고 또 접착이 용이한 보호시트를 첨착하면, 상처가 나기 어렵고, 수리가 장기간 불필요한 날개체를 얻을 수 있다는 착안에 기초하여 이루어진 것이다.

본 발명의 날개체는, 그 한 양태로서, FRP제의 날개체 본체의 적어도 리딩에지의 적어도 일부에, 적층보호시트를 접착(접합)한 것이며, 그 적층보호시트는, 날개체측에서부터 순서대로, 점착재층, 중간기포층 및 표면내구층을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

본 명세서에서 'FRP제'는 섬유강화 플라스틱(Fiber Reinforced Plastic)제를 의미하고 있으며, 유리섬유강화 플라스틱(GFRP: Glass Fiber Reinforced Plastic)제, 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic)제를 포함하는 개념으로 사용한다.

상기 날개체 본체의 리딩에지는 그 날개체 본체의 긴 방향과 직교하는 단면형상이 원호상을 이루고 있고, 또 회전 중심에서부터의 거리가 먼 선단부는, 상기 긴 방향 직교 단면의 두께 및 리딩에지에서부터 트레일링 에지에 이르는 폭을 좁히는 끝이 가늘어지는 선단부로 이루어져 있다. 이 끝이 가늘어지는 선단부는, 날개체 회전 시에 날개체의 회전에 의해 생기는 공기저항이 국소적으로 실리기 때문에, 리딩에지 중에서도 더욱 과혹한 조건 하에 놓인 부위이다. 그래서, 상기 적층보호시트를, 상기 날개체 본체의 리딩에지의 끝이 가늘어지는 선단부에, 상기 리딩에지의 원호상 단면의 모선에서부터 상기 트레일링 에지로 향하는 표리면(날개체 회전 시의 날개체의 수풍면 및 배면)에 걸치게 하여 접착하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 리딩에지의 끝이 가늘어지는 선단부를 효과적으로 보호할 수 있다.

본 명세서에서 '리딩에지의 원호상 단면의 모선'이라고 하는 것은 날개체 본체의 긴 방향과 직교하는 단면형상을 봤을 때에, 리딩에지의 원호의 정상부를 통해 날개체 본체의 긴 방향으로 뻗은 선을 의미하고 있다.

상기 적층보호시트의 날개체 회전중심에서부터의 거리가 먼 측의 선단부는, 상기 표리면에 이르러 연속하는 그 선단부측에 걸쳐서 볼록한 곡면형상을 이루는 것이 바람직하다. 이에 의해, 날개체 회전시의 기류에 의한 압력(풍력저항)을 놓치기 쉬워지게 하여, 리딩에지의 끝이 가늘어지는 선단부에서부터 적층보호시트가 박리하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

혹은, 상기 적층보호시트의 날개체 회전중심에부터의 거리가 먼 측의 선단부는 상기 표리면에 이르러 연속하는 그 선단부측에 걸쳐서 오목한 곡면형상을 이루고 있어도 좋다. 이에 의해, 날개체 본체로의 적층보호시트의 접착면적을 크게 확보할 수 있다.

상기 적층보호시트는 그 적층보호시트를 상기 끝이 가늘어지는 선단부에 접착했을 때에, 그 적층보호시트를 빈틈없이 또 주름없이 상기 끝이 가늘어지는 선단부의 형상에 추종시키기 위한 슬릿부를 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 끝이 가늘어지는 선단부의 형상이 다른 복수의 날개체 본체에 대해서도 적층보호시트를 알맞게 접착할 수 있다.

상기 날개체 본체의 끝이 가늘어지는 선단부에, 상기 적층보호시트의 형상에 대응하고 또 상기 적층보호시트의 두께와 대략 동일한 깊이를 갖는 적층보호시트 유지오목부를 형성하여, 이 적층보호시트 유지오목부 내에 위치시켜서 상기 적층보호시트를 접착할 수 있다. 이에 의해, 적층보호시트의 두께에 의한 단차가 거의 없어지므로, 날개체 회전 시의 기류에 의한 압력(풍력저항)이 실리는 것으로 적층보호시트가 박리하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 날개체는, 다른 양태로서, FRP제의 날개체 본체의 표면에 적층보호시트를 접착하여 이루는 날개체에 있어서, 상기 날개체 본체의 리딩에지는, 그 날개체 본체의 긴 방향과 직교하는 단면형상이 원호상을 이루고 있고, 또 회전중심에서부터의 거리가 먼 선단부는 상기 긴 방향 직교 단면의 두께 및 리딩에지에서부터 트레일링 에지에 이르는 폭을 좁히는 끝이 가늘어지는 선단부로 이루어져 있으며, 상기 적층보호시트는, 상기 날개체 본체의 리딩에지의 끝이 가늘어지는 선단부에, 상기 리딩에지의 원호상 단면의 모선에서부터 상기 트레일링 에지로 향하는 표리면에 걸치게 하여 접착되는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 날개체의 적층보호시트는, 그 한 양태로서, FRP제의 날개체 본체의 표면에 접착하는 적층보호시트이며, 그 적층보호시트는 날개체 본체측에서부터 순서대로, 점착재층, 중간기포층 및 표면내구층으로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 날개체의 적층보호시트는, 다른 양태에 있어서, FRP제의 날개체 본체이며, 그 날개체 본체의 리딩에지가 그 날개체 본체의 긴 방향과 직교하는 단면형상이 원호상을 이루고 있고, 또 회전중심에서부터의 거리가 먼 선단부가 상기 긴 방향 직교 단면의 두께 및 리딩에지에서부터 트레일링 에지에 이르는 폭을 좁히는 끝이 가늘어지는 선단부로 이루는 날개체 본체의 표면에 접착하는 적층보호시트에 있어서, 상기 적층보호시트는, 날개체 본체측에서 순서대로, 점착재층, 중간기포층 및 표면내구층으로 이루어지는 것, 및 상기 적층보호시트는, 상기 날개체 본체의 리딩에지의 끝이 가늘어지는 선단부에, 상기 리딩에지의 원호상 단면의 모선에서부터 상기 트레일링 에지로 향하는 표리면에 걸치게 하여 접착되고, 또 날개체 회전중심에서부터의 거리가 먼 측의 선단부는 상기 표리면에 이르러 연속하는 그 선단부측에 걸쳐 볼록한 곡면형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 날개체의 적층보호시트는, 또 다른 양태에 있어서, FRP제의 날개체 본체이며, 그 날개체 본체의 리딩에지가, 그 날개체 본체의 긴 방향과 직교하는 단면형상이 원호상을 이루고 있고, 또 회전중심에서부터의 거리가 먼 선단부가, 상기 긴 방향 직교 단면의 두께 및 리딩에지에서부터 트레일링 에지에 이르는 폭을 좁히는 끝이 가늘어지는 선단부로 이루어지는 날개체 본체의 표면에 접착하는 적층보호시트에 있어서, 상기 적층보호시트는 날개체 본체측에서부터 순서대로, 점착재층, 중간기포층 및 표면내구층으로 이루어지는 것, 및 상기 적층보호시트는, 상기 날개체 본체의 리딩에지의 끝이 가늘어지는 선단부에, 상기 리딩에지의 원호상 단면의 모선에서부터 상기 트레일링 에지로 향하는 표리면에 걸치게 하여 접착되고, 또 날개체 회전중심에서부터의 거리가 먼 측의 선단부는, 상기 표리면에 이르러 연속하는 그 선단부측에 걸쳐 오목한 곡면형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 적층보호시트는, 그 적층보호시트를 상기 끝이 가늘어지는 선단부에 접착했을 때에, 그 적층보호시트를 빈틈없이 또 주름없이 상기 끝이 가늘어지는 선단부의 형상에 추종시키기 위한 슬릿부를 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 끝이 가늘어지는 선단부의 형상이 다른 복수의 날개체에 대해서도 적층보호시트를 알맞게 접착할 수 있다.

표면내구층은 자연환경의 더욱 엄격한 조건하에 노출되는 층이다. 이 때문에 표면내구층은 내충격성, 내트래킹성, 내오존성이 우수한 재료로 하고, 수소첨가 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(수소화 니트릴 고무, HNBR)를 시작으로 하는, 내충격성과 내후성을 아울러 갖는 고무를 고무성분으로써 포함하는 고무층을 사용하여 구성하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 수소화 니트릴 고무를 고무성분으로써 포함하는 고무층이 더욱 바람직하다. 두께는 0.5±0.2㎜ 정도가 바람직하다. 이 범위보다 얇으면, 충분한 내구성을 얻을 수 없게 된다. 이 범위보다 두꺼우면, 중간기포층에 의한 층간 어긋남 방지효과를 얻기 어려워지게 되는 것과 동시에 시행성(곡면을 갖는 날개체 형상 표면으로의 추종성)이 나빠지고, 심지어는 두께가 불어나는 것에 의한 중량증가에 의해 날개체 자체에 쓸데없는 부담이 가기 때문에, 날개체가 열화하기 쉬워진다고 하는 결함도 생긴다.

점착재층은 FRP제의 날개체 표면에 형성되는 톱코트층 혹은 겔코트층과의 접착성이 우수한 층으로서, 부틸 고무(11R)를 고무성분으로써 함유하는 층으로부터 구성하는 것이 좋다. 날개체와의 충분한 접착성, 완충성(에너지 흡수능력) 및 어긋남 방지효과를 얻기 위해, 점착재층의 두께는 0.5㎜~1.0㎜ 정도가 바람직하다.

중간기포층은 표면내구층에 충격이 가해졌을 때의 층간 어긋남을 방지하는 역할을 하는 층이며, 기포에 니트릴 고무(NBR) 등의 고무를 함침시킨 층으로 하여 형성하지만, 표면내구층과의 접착성을 고려하면, 사용하는 고무는 표면내구층에 사용하는 고무와 유사한 성질을 갖는 것이 바람직하다. 이 중간기포층이 존재하지 않으면, 표면내구층과 점착재층과의 사이의 층간 어긋남(표면내구층의 주름)이 발생하기 쉽고, 내구성이 부족하다. 기포로서는 평직물이 바람직하다. 기포의 사용섬유에는 자유도가 있는데, 예를 들어, 아라미드 섬유, 나일론 섬유를 사용할 수 있다. 두께는 0.3±0.05㎜ 정도가 바람직하다. 이 범위보다 두꺼워도 얇아도, 충분한 층간 어긋남 방지효과를 얻을 수 없다. 또한, 이 범위보다 두꺼운 경우는 사행성(형상추종성)이 나빠지고, 어긋남이 생기기 쉽다.

이상의 표면내구층, 중간기포층 및 점착재층은 개별적으로 시트상에 형성하고, 이것들을 서로 겹쳐서 접착하고, 적층보호시트로 한다. 점착재층의 표면에는 박리시트를 첨착할 수 있다.

본 발명의 날개체의 적층보호시트는 FRP제 날개체 본체의 적어도 리딩에지의 적어도 일부에 접착한다. 리딩에지 전체에 접착해도 좋지만, 풍차 블레이드나 헬리콥터 날개체와 같은 회전체의 경우에는 보다 풍속이 빠른 선단측에만 접착해도 좋다.

본 발명에 의한 날개체는 FRP제의 날개체 본체의 적어도 리딩에지의 적어도 일부에, 표면내구층, 중간기포층 및 점착재층을 갖는 적층보호시트를 접착했으므로, 날개체의 내구성을 높일 수 있다. 또, 본 발명에 의한 적층보호시트는 FRP제 날개체의 표면에 접착하여, 손상부분의 수리에 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 날개체의 적층보호시트를 접착한 풍차 블레이드를 갖는 풍력발전장치의 측면도(메인터넌스 시),
도 2는 풍차 블레이드의 사용 시(회전 시)에 있어서 풍차 블레이드 단체의 구조를 도시하는 도 1의 II-II선을 따르는 단면도,
도 3은 풍차 블레이드의 메인터넌스 시에 있어서 풍차 블레이드 단체의 구조를 도시하는 도 1의 II-II선을 따르는 단면도,
도 4는 풍차 블레이드 단체의 구조를 도시하는 도 1의 A부분확대도 (단, 도 1은 개념도이며 도 4는 상세한 부분확대도이므로, 양 도면의 형상은 정밀하게는 일치하지 않는다.),
도 5는 풍차 블레이드 단체의 구조를 도시하는 도 1의 B방향 시시도,
도 6은 본 발명에 의한 날개체의 적층보호시트를 접착한 풍차 블레이드를 도시하는 도 2에 대응하는 단면도,
도 7은 본 발명에 의한 날개체의 적층보호시트를 접착한 풍차 블레이드를 도시하는 도 4에 대응하는 A부분확대도 (단, 도 1은 개념도이며 도 7은 상세한 부분확대도이므로, 양 도면의 형상은 정밀하게는 일치하지 않는다.),
도 8은 본 발명에 의한 날개체의 적층보호시트를 접착한 풍차 블레이드를 도시하는 도 5에 대응하는 B방향 시시도,
도 9는 적층보호시트의 선단부 형상의 변형예를 도시하는 도 7에 대응하는 부분확대도,
도 10은 적층보호시트의 선단부 형상의 변형예를 도시하는 도 8에 대응하는 시시도,
도 11은 본 발명에 의한 날개체의 적층보호시트의 확대단면도, 및
도 12는 본 발명의 다른 실시형태에 의한 풍차 블레이드를 도시하는 도 6에 대응하는 단면도이다.

도 1는 본 발명에 의한 날개체의 적층보호시트(20)를 접착한 풍차 블레이드(날개체, 날개체 본체)(15)를 갖는 풍력발전장치(10)를 도시하고 있다(또, 도 1은 메인터넌스 시의 상태를 표시하고 있으며, 그 때문에 풍차 블레이드의 리딩에지는 정면(지면 평행)을 향한 상태로 되어 있다). 풍력발전장치(10)는 기둥상의 타워(11)의 정상부에, 요우 시스템(Yaw system)(12)을 거쳐, 수평방향에 선회 가능하게 나셀(13)이 부착되어 있다. 나셀(13)에는 도시하지 않는 증속기, 발전기, 제어장치 등이 격납되어 있으며, 그 수평 끝에는, 수평축에 대해 소정의 틸트각만 기울인 축 회전에 회전하는 허브(14)가 설치되어 있다. 허브(14)는 나셀(13) 내의 증속기에 접속되고, 허브(14)의 회전이 증속되어 발전기에 전달된다. 풍차 블레이드(15)는 이 허브(14)에서부터 방사방향으로 돌출하도록 등간격에서 3자루 설치되어 있으며, 연직축에 대해 경사진 면 내를 회전하도록 부착되어 있다. 바람에 의해 풍차 블레이드(15)가 회전하면, 허브(14)가 회전한다. 풍차 블레이드(15)는, 예를 들어 에폭시계 수지 안으로, 유리섬유를 포함시킨 유리섬유강화 복합재료(GFRP, Glass Fiber Reinforced Plastic)로 이루어져 있다.

도 2 내지 도 5를 참조하여 풍차 블레이드(15)의 구조에 대해 상세하게 설명한다. 풍차 블레이드(15)는 리딩에지(16), 트레일링 에지(17), 및 리딩에지(16)와 트레일링 에지(17)를 접속하는 외피부(셸부)(18)로 이루어진다.

도 2에서 도시하는 바와 같이, 리딩에지(16)는 풍차 블레이드(15)의 사용 시(회전 시)에는 풍차 블레이드(15)의 회전에 의한 공기저항을 제일 먼저 받는 선단부가 된다. 여기서 풍차 블레이드(15)는 임의로 방향을 바꾸는(비트는) 것이 가능하도록 되어 있으며, 소정 각도θ(예를 들어 θ=12°, 30°)만 방향을 바꾸는(비트는) 것으로, 풍차 블레이드(15)가 (자연)바람에 의한 양력을 받기 쉽도록 조절할 수 있다. 한편, 도 3에서 도시하는 바와 같이, 풍차 블레이드(15)의 메인터넌스 시에는 리딩에지(16)는, 도 1과 같이 풍차 블레이드(15)의 정면을 향하는 것이 된다.

도 2, 도 3에서 도시하는 바와 같이, 리딩에지(16)는, 풍차 블레이드(15)의 긴 방향과 직교하는 단면형상이 원호상을 이루는 원호상부(16a)로 되어 있다. 이에 대해, 트레일링 에지(17)는 풍차 블레이드(15)의 긴 방향과 직교하는 단면형상이 예각상을 이루는 예각상부(17a)로 되어 있다. 외피부(18)는, 풍차 블레이드(15)의 긴 방향과 직교하는 단면형상이 리딩에지(16)와 트레일링 에지(17)를 묶는 직선을 기준으로서 대략 선대칭인 형상으로 되어 있다. 단, 외피부(18)의 형상은 이것에 한정되지 않고, 여러 가지의 설계변경이 가능하다.

리딩에지(16)는 그 전체의 단면형상을 봤을 때에, 풍차 블레이드(15)의 회전중심에서부터 멀어질수록, 풍차 블레이드(15)의 긴 방향 직교 단면의 두께 및 리딩에지(16)에서부터 트레일링 에지(17)에 이르는 폭을 서서히 좁히는 서서히 변하는 단면형상이 된다. 게다가 리딩에지(16)의 풍차 블레이드(15)의 회전중심에서부터의 거리가 먼 측의 선단부는 도 2 내지 도 5에서 도시하는 바와 같이, 풍차 블레이드(15)의 긴 방향 직교 단면의 두께 및 리딩에지(16)에서부터 트레일링 에지(17)에 이르는 폭을 풍차 블레이드(15)의 회전중심에 가까운 측에 비교하여 비교적 급격하게 좁아지는 끝이 가늘어지는 선단부(16b)가 된다.

도 6 내지 도 8에서 도시하는 바와 같이, 이 GFRP제의 풍차 블레이드(15)의 리딩에지(16)의 끝이 가늘어지는 선단부(16b)에는, 리딩에지(16)의 원호상부(16a)의 모선에서부터 트레일링 에지(17)로 향하는 표리면(회전 시의 풍차 블레이드(15)의 수풍면 및 배면)인 외피부(18)에 걸치게 하여, 적층보호시트(20)가 접착(접합)되어 있다. 보다 구체적으로 적층보호시트(20)는, 도 8에서 도시하는 바와 같이, 바깥쪽으로 접기용의 중심선(20a)을 기준으로서 선대칭인 형상을 이루는 본체부(20b)를 갖고 있으며, 중심선(20a)을 원호상부(16a)의 모선에 위치를 맞춰 바깥쪽으로 접는 것으로, 본체부(20b)를 원호상부(16a)의 모선에서부터 트레일링 에지(17)로 향하는 표리면인 외피부(18)에 걸치게 하여 접착할 수 있다. 여기서, '리딩에지(16)의 원호상부(16a)의 모선'이란, 풍차 블레이드(15)의 긴 방향과 직교하는 단면형상을 봤을 때에, 리딩에지(16)의 원호상부(16a)의 정상부를 통해 풍차 블레이드(15)의 긴 방향으로 뻗은 선을 의미하고 있다. 도 8에서는 '리딩에지(16)의 원호상부(16a)의 모선'을 파선으로 그리고 있다. 끝이 가늘어지는 선단부(16b)는 풍차 블레이드(15)의 회전 시에 풍차 블레이드(15)의 회전에 의해 생기는 공기저항이 국소적으로 실리기 때문에, 리딩에지(16) 중에서도 더욱 과혹한 조건 하에 놓인 부위이지만, 이상의 양태에서 적층보호시트(20)를 접착하는 것에 의해, 리딩에지(16)의 끝이 가늘어지는 선단부(16b)를 효과적으로 보호할 수 있다.

적층보호시트(20)의 본체부(20b)에는 그 본체부(20b)의 양측부에서부터 중심선(20a)을 향해 베인 슬릿부(20c)가 마련되어 있다. 이 슬릿부(20c)에 의해, 적층보호시트(20)를 끝이 가늘어지는 선단부(16b)에 접착했을 때에, 적층보호시트(20)를 빈틈없이 또 주름없이 끝이 가늘어지는 선단부(16b)의 형상으로 추종시킬 수 있다. 또 끝이 가늘어지는 선단부(16b)의 형상이 다른 복수의 풍차 블레이드(15)에 대해서도 적층보호시트(20)를 알맞게 접착할 수 있다.

그리고 본 실시형태의 적층보호시트(20)는 풍차 블레이드(15)의 회전중심에서부터의 거리가 먼 측의 선단부에, 원호상부(16a)의 모선에서부터 트레일링 에지(17)로 향하는 표면적에 이르러 연속하는 선단부측에 걸쳐 볼록한 곡면형상을 이루는 볼록곡면부(20d)를 갖고 있다. 이에 의해, 풍차 블레이드(15)의 회전 시의 기류에 의한 압력(풍력저항)을 놓치기 쉽게 하고, 리딩에지(16)의 끝이 가늘어지는 선단부(16b)에서부터 적층보호시트(20)가 박리하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

도 9, 도 10는 적층보호시트(20)의 선단부 형상의 변형예를 도시하고 있다. 이 변형예의 적층보호시트(20)는 풍차 블레이드(15)의 회전중심에서부터의 거리가 먼 측의 선단부에, 원호상부(16a)의 모선에서부터 트레일링 에지(17)로 향하는 표면적에 이르러 선단부측에 걸쳐 오목한 곡면형상을 이루는 오목곡면부(20e)를 갖고 있다. 이에 의해, 풍차 블레이드(15)로의 적층보호시트(20)의 접착면적을 크게 확보할 수 있다.

도 11는 적층보호시트(20)의 적층구조를 도시하는 모식도이며, 풍차 블레이드(15)로 접착되는 접착재층(21) 상에, 중간기포층(22)과 표면내구층(23)을 순서대로 적층한 적층구조로 이루어져 있다. 적층보호시트(20)는 도 2, 도 3, 도 6, 도 11의 지면에 수직인 방향으로 똑같은 단면을 이룬다.

점착재층(21)은 부틸 고무(11R)를 고무성분으로써 함유하는 고무층으로 이루어져 있다. GFRP제의 풍차 블레이드(15)의 표면에 형성되어 있는 탑코트층 혹은 겔코트층과의 접착성이 우수한 층으로서, 풍차 블레이드(15)와의 충분한 접착성을 얻기 위해, 이 점착재층(21)의 두께는 0.5㎜~1.0㎜ 정도가 바람직하다. 이 점착재층(21)의 표면(중간기포층(22)과는 반대측면)에는 박리지를 첨착하는 것이 바람직하다.

표면내구층(23)은 수소첨가 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(수소화 니트릴 고무, HNBR)를 고무성분으로써 함유한 고무층으로 이루어져 있다. 이 HNBR을 함유하는 표면내구층(23)은 내충격성, 내트래킹성, 내오존성이 우수하고, 우박을 포함한 날라오는 물체가 충돌해도, 또 자연환경의 더욱 엄격한 조건하에 놓여져도, 장기간에 걸쳐 손상될 우려가 적다. 이 표면내구층(23)의 두께는 0.5±0.2㎜ 정도가 바람직하다.

점착재층(21)과 표면내구층(23)의 사이에 위치하는 중간기포층(22)은 기포(22a)에 니트릴 고무(NBR)(22b)를 함침시킨 층으로 이루어져 있다. 이 중간기포층(22)는 표면내구층(23)으로 충격이 가해졌을 때의 표면내구층(23)과 점착재층(21)의 층간 어긋남을 방지하는 역할을 한다. 이 중간기포층이 존재하지 않으면, 표면내구층(23)과 점착재층(21)과의 사이에 층간 어긋남(표면내구층(23)의 주름)이 발생하고, 혹은 점착재층(21) 그 자체에 폐석변형(전단 뒤틀림 변형)이 생기기 쉽고, 내구성이 부족하다. 기포(22a)는 평직물로 하는 것이 바람직하다. 사용섬유에는 자유도가 있는데, 예를 들어, 아라미드 섬유, 나일론 섬유를 사용할 수 있다. 두께는 0.3±0.05㎜ 정도가 바람직하다.

이상의 표면내구층(23), 중간기포층(22) 및 점착재층(21)은 개별적으로 시트상에 형성하고, 이것들을 서로 겹쳐서 접착하고, 적층보호시트(20)로 한다. 점착재층(21)의 표면(중간기포층(22)과는 반대측면)에는 박리지를 첨착하는 것이 바람직하다. 박리지를 첨착하는 것으로, 적층보호시트(20)의 취급이 용이하게 되고, 풍차 블레이드(15)에 미리 접착할 때, 혹은 사후적으로 풍차 블레이드(15)의 손상부분에 접착할 때의 작업성이 우수하다. 게다가 이 박리지는 적층보호시트(20)의 중심선(20a)을 따르는 직선부분과, 이 직선부분의 양측에 위치하여 적층보호시트(20)의 본체부(20b)에 대응하는 본체부분에 분할하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 먼저 박리지의 직선부분만을 벗겨 적층보호시트(20)(점착재층(21))의 중심선(20a)을 원호상부(16a)의 모선에 위치 맞춰서 접착하고, 뒤이어 박리지의 본체부분을 벗겨 적층보호시트(20)(점착재층(21))를 중심선(20a)을 중심으로 하여 바깥쪽으로 접는 것으로, 본체부(20b)를 원호상부(16a)의 모선에서부터 트레일링 에지(17)로 향하는 표리면인 외피부(18)에 걸치게 하여 접착할 수 있다. 또, 적층보호시트(20)(본체부(20b))의 단부에는 풍차 블레이드(15)와 적층보호시트(20)(본체부(20b))의 단차에 밀봉 테이프를 붙여도 좋다.

도 12는 본 발명의 다른 실시형태에 의한 풍차 블레이드(15)를 도시하고 있다. 이 다른 실시형태에 의한 풍차 블레이드(15)는, 끝이 가늘어지는 선단부(16b)에, 적층보호시트(20)의 형상에 대응하고 또 적층보호시트(20)의 두께와 대략 동일한 깊이를 갖는 적층보호시트 유지오목부(16c)를 형성하고, 이 적층보호시트 유지오목부 내(16c)로 위치시켜 적층보호시트(20)를 접착할 수 있도록 되어 있다. 이에 의해, 적층보호시트(20)의 두께에 의한 단차가 거의 없어지므로, 날개체 회전 시의 기류에 의한 압력(풍력저항)이 실리는 것으로 적층보호시트(20)가 박리하는 것을 방지할 수 있다.

이상의 실시형태에서는, 점착재층(21)과 중간기포층(22)과 표면내구층(23)과의 3층구조로 이루어진 적층보호시트(20)를, 풍차 블레이드(15)의 리딩에지(16)의 끝이 가늘어지는 선단부(16b)의 외면에 원호상부(16a)의 모선에서부터 트레일링 에지(17)로 향하는 표리면에 걸치게 하여 접착한 경우를 예시하여 설명하였다.

그러나, 점착재층(21)과 중간기포층(22)과 표면내구층(23)과의 3층 구조로 이루어진 적층보호시트(20)를 사용하는 한계에 있어서, 적층보호시트(20)를 접착하는 부위는 리딩에지(16)의 끝이 가늘어지는 선단부(16b)의 외면에 한정되지 않는다. 예를 들어, 풍차 블레이드(15)의 리딩에지(16)의 전체, 또는 풍속이 빠른 풍차 블레이드(15)의 선단측만으로 적층보호시트(20)를 접착하는 양태이어도, 일정 날개체 보호효과를 얻을 수 있다.

또, 풍차 블레이드(15)의 리딩에지(16)의 끝이 가늘어지는 선단부(16b)의 외면에 원호상부(16a)의 모선에서부터 트레일링 에지(17)로 향하는 표리면에 걸치게 하여 접착하는 한계에 있어서, 적층보호시트(20)의 적층구조는 점착재층(21)과 중간기포층(22)과 표면내구층(23)과의 3층구조로 한정되지 않는다. 예를 들어, 중간기포층(22)을 생략하여, 점착재층(21)과 표면내구층(23)과의 2층구조로 이루어진 적층보호시트를 접착하는 양태이어도, 일정 날개체 보호효과를 얻을 수 있다.

이어서, 구체적인 실시예를 설명한다.

'본원 실시예'

(1)풍차 블레이드(시험편)(15)의 재질

풍차 블레이드(시험편)(15)의 재질은 표층을 겔코트로 하고, 그 아래층을 GFRP수지로 하였다.

(2)표면내구층(23)의 재질, 두께

표면내구층(23)은 미가황인 HNBR에 첨가제, 가황제를 배합한 것을 혼련하고, 두께 0.45㎜로 이루어지는 미가황 고무시트를 제작하는 것에 의해 형성하였다.

(3)중간기포층(22)의 재질, 섬유, 두께

중간기포층(22)는 아라미드 섬유로 이루어진 두께 0.3㎜의 평직포(실의 굵기=70데니어, 두드리는 개수=100~120개/인치)로부터 이루어진 기포를, 니트릴 고무를 톨루엔으로 용해시킨 고무의 용해 중에 침지한 후, 자연건조하여 톨루엔을 제거하는 것에 의해, 니트릴 고무를 함침하여 이루어지는 중간기포층(22)을 얻었다. 이어서, 중간기포층(22)에 상기 (2)에서 제작한 미가황 고무시트로 이루어진 표면내구층(23)을 붙인 후, 160℃에서 2시간 가열하는 것에 의해 표면내구층(23) 및 중간기포층(22)으로 이루어진 적층체를 얻었다.

(4)점착제층(21)의 재질, 두께

점착제층(21)은 부틸 고무를 고무성분으로 한 점착제를, 상기 (3)에서 제작한 표면내구층(23)과 중간기포층(22)의 적층체의 한쪽편(시험 한쪽편)에 건조 시의 두께가 0.5±0.2㎜가 되도록 도포하는 것에 의해 점착제층(21)을 형성시키고, 이것에 의해 적층보호시트(20)를 제작하였다.

이어서, 본원 실시예의 우위성을 실증하기 위한 비교예를 설명한다.

'비교예 1'(중간기포층 없음)

일반적인 시판 보호용 고무시트를 본뜬 것으로서, 상기 본원 실시예와 마찬가지로 표면내구층을 제작하고, 이어서 이 표면내구층의 한쪽편(시험 한쪽편)에 점착제를 설치하는 것에 의해 중간기포층이 없는 적층보호시트를 제작하였다.

'비교예 2'(표면내구층이 EP 고무)

표면내구층으로서 에틸렌프로필렌 고무(EP 고무)를 고무성분으로써 사용한 것 이외에는 상기 본원 실시예와 마찬가지로 하고, 에틸렌프로필렌 고무로 이루어진 표면내구층 및 중간기포층 및 점착제층을 갖는 적층보호시트를 제작하였다.

이상의 본원 실시예, 비교예 1, 2 및 적층보호시트를 붙이지 않은 풍차 블레이드(표준자료)에 대해 내구시험(에어 캐논 시험)을 행하였다. 에어 캐논 시험은, 풍차 블레이드 시험편 위에 적층보호시트(20)를 붙이고(본원 실시예, 비교예 1, 2), 혹은 붙이지 않고(표준자료), 그 위에서부터 약 70m/초의 속도로 구상의 경질수지(무게 약 46g, 직경 약 43㎜)를 반복하여 충돌시켜서 충돌 자리의 외관 변화를 관찰하는 것에 의해 행하였다. 그 관찰 결과, 표준자료에 대해서는 850회의 충돌에서 표면의 손상, 비교예 1에 대해서는 1000회의 충돌에서 박리 및 주름의 발생, 비교예2에 대해서는 1000회의 충돌에서 표면층의 파단이 확인할 수 있었던 것에 대해, 본원 실시예에 대해서는 1500회의 충돌 후도 표면에 손상이나 박리 등의 이상은 확인할 수 없었다.

본 발명에 의한 날개체 및 그 날개체의 적층보호시트는 예를 들어 풍력발전장치의 풍차 블레이드에 사용하기 알맞다.

10: 풍력발전장치
15: 풍차 블레이드(날개체, 날개체 본체)
16: 리딩에지 16a: 원호상부
16b: 끝이 가늘어지는 선단부 16c: 적층보호시트 유지오목부
17: 트레일링 에지 17a: 예각상부
18: 외피부(셸부) 20: 적층보호시트
20a: 중심선 20b: 본체부
20c: 슬릿부 20d: 볼록곡면부
20e: 오목곡면부 21: 점착재층
22: 중간기포층 22a: 기포
22b: 니트릴 고무(NBR) 23: 표면내구층

Claims

FRP제의 날개체 본체의 리딩에지의 적어도 일부에, 적층보호시트를 접착하여 이루어지며, 그 적층보호시트는 날개체 본체 측에서부터 순서대로, 점착재층, 중간기포층 및 표면내구층을 갖는 것을 특징으로 하는 날개체.
제 1항에 있어서, 상기 날개체 본체의 리딩에지는 그 날개체 본체의 긴 방향과 직교하는 단면형상이 원호상을 이루고 있으며, 또 회전중심에서부터의 거리가 먼 선단부는 상기 긴 방향 직교 단면의 두께 및 리딩에지에서부터 트레일링 에지에 이르는 폭을 좁히는 끝이 가늘어지는 선단부로 이루어지며, 상기 적층보호시트는 상기 날개체 본체의 리딩에지의 끝이 가늘어지는 선단부에, 상기 리딩에지의 원호상 단면의 모선에서부터 상기 트레일링 에지로 향하는 표리면에 걸치게 하여 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 날개체.
제 2항에 있어서, 상기 적층보호시트의 날개체 회전중심에서부터의 거리가 먼 측의 선단부는 상기 표리면에 이르러 연속하는 그 선단부측에 걸쳐 볼록한 곡면형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 날개체.
제 2항에 있어서, 상기 적층보호시트의 날개체 회전중심에서부터의 거리가 먼 측의 선단부는 상기 표리면에 이르러 연속하는 그 선단부 측에 걸쳐 오목한 곡면형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 날개체.
제 2항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서, 상기 적층보호시트는 그 적층보호시트를 상기 끝이 가늘어지는 선단부에 접착했을 때에, 그 적층보호시트를 빈틈없이 또 주름없이 상기 끝이 가늘어지는 선단부의 형상으로 추종시키기 위한 슬릿부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 날개체.
제 5항에 있어서, 상기 날개체 본체의 끝이 가늘어지는 선단부에는 상기 적층보호시트의 형상에 대응하고 또 상기 적층보호시트의 두께와 대략 동일한 깊이를 갖는 적층보호시트 유지오목부가 형성되어 있으며, 이 적층보호시트 유지오목부 내에 위치시켜 상기 적층보호시트가 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 날개체.
제 1항에 있어서, 상기 표면내구층은 수소첨가 아크릴로니트릴 부타디엔 고무를 고무성분으로써 포함하는 고무층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 날개체.
제 7항에 있어서, 상기 표면내구층의 두께는 0.5±0.2㎜인 것을 특징으로 하는 날개체.
제 1항에 있어서, 상기 중간기포층은 기포에 니트릴 고무를 함침시킨 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 날개체.
제 9항에 있어서, 상기 중간기포층의 두께는 0.3±0.05㎜인 것을 특징으로 하는 날개체.
제 1항에 있어서, 상기 점착재층은 부틸고무를 고무성분으로써 함유하는 고무층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 날개체.
FRP제의 날개체 본체의 표면에 적층보호시트를 접착하여 이루는 날개체에 있어서,
상기 날개체 본체의 리딩에지는 그 날개체 본체의 긴 방향과 직교하는 단면형상이 원호상을 이루고 있고, 또 회전중심에서부터의 거리가 먼 선단부는 상기 긴 방향 직교 단면의 두께 및 리딩에지에서부터 트레일링 에지에 이르는 폭을 좁히는 끝이 가늘어지는 선단부로 이루어져 있으며, 상기 적층보호시트는 상기 날개체 본체의 리딩에지의 끝이 가늘어지는 선단부에, 상기 리딩에지의 원호상 단면의 모선에서부터 상기 트레일링 에지로 향하는 표리면에 걸치게 하여 접착되는 것을 특징으로 하는 날개체.
FRP제의 날개체 본체의 표면에 접착하는 적층보호시트이며, 그 적층보호시트는 날개체 본체측에서부터 순서대로, 점착재층, 중간기포층 및 표면내구층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 날개체의 적층보호시트.
FRP제의 날개체 본체이며, 그 날개체 본체의 리딩에지가, 그 날개체 본체의 긴 방향과 직교하는 단면형상이 원호상을 이루고 있고, 또 회전중심에서부터의 거리가 먼 선단부가, 상기 긴 방향 직교 단면의 두께 및 리딩에지에서부터 트레일링 에지에 이르는 폭을 좁히는 끝이 가늘어지는 선단부로 이루어지는 날개체 본체의 표면에 접착하는 적층보호시트에 있어서,
상기 적층보호시트는 날개체 본체측에서부터 순서대로, 점착재층, 중간기포층 및 표면내구층으로 이루어지는 것, 및
상기 적층보호시트는 상기 날개체 본체의 리딩에지의 끝이 가늘어지는 선단부에, 상기 리딩에지의 원호상 단면의 모선에서부터 상기 트레일링 에지로 향하는 표리면에 걸치게 하여 접착되고, 또 날개체 회전중심에서부터의 거리가 먼 측의 선단부는 상기 표리면에 이르러 연속하는 그 선단부측에 걸쳐 볼록한 곡면형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 날개체의 적층보호시트.
FRP제의 날개체 본체이며, 그 날개체 본체의 리딩에지가, 그 날개체 본체의 긴 방향과 직교하는 단면형상이 원호상을 이루고 있고, 또 회전중심에서부터의 거리가 먼 선단부가, 상기 긴 방향 직교 단면의 두께 및 리딩에지에서부터 트레일링 에지에 이르는 폭을 좁히는 끝이 가늘어지는 선단부로 이루어지는 날개체 본체의 표면에 접착하는 적층보호시트에 있어서,
상기 적층보호시트는 날개체 본체측에서부터 순서대로, 점착재층, 중간기포층 및 표면내구층으로 이루어지는 것, 및
상기 적층보호시트는 상기 날개체 본체의 리딩에지의 끝이 가늘어지는 선단부에, 상기 리딩에지의 원호상 단면의 모선에서부터 상기 트레일링 에지로 향하는 표리면에 걸치게 하여 접착되고, 또 날개체 회전중심에서부터의 거리가 먼 측의 선단부는 상기 표리면에 이르러 연속하는 그 선단부측에 걸쳐 오목한 곡면형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 날개체의 적층보호시트.
제 14항 또는 제 15항에 있어서, 그 적층보호시트를 상기 끝이 가늘어지는 선단부에 접착했을 때에, 그 적층보호시트를 빈틈없이 또 주름없이 상기 끝이 가늘어지는 선단부의 형상에 추종시키기 위한 슬릿부를 갖는 것을 특징으로 하는 날개체의 적층보호시트.
제 13항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표면내구층은 수소첨가 아크릴로니트릴 부타디엔 고무를 고무성분으로써 포함한 고무층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 날개체의 적층보호시트.
제 17항에 있어서, 상기 표면내구층의 두께는 0.5±0.2㎜인 것을 특징으로 하는 날개체의 적층보호시트.
제 13항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 중간기포층은 기포에 니트릴 고무를 함침시킨 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 날개체의 적층보호시트.
제 19항에 있어서, 상기 중간기포층의 두께는 0.3±0.05㎜인 것을 특징으로 하는 날개체의 적층보호시트.
제 13항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 점착재층은 부틸고무를 고무성분으로써 함유하는 고무층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적층보호시트.