WO2013129046A1 - 風車回転翼および風力発電用風車 - Google Patents

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博晃 竹内
秀康 藤岡
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    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/286—Particular treatment of blades, e.g. to increase durability or resistance against corrosion or erosion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to wind turbines for wind power generation, and more particularly to wind turbine rotor blades constituting wind turbines for wind power generation installed on the ocean.
  • Patent Document 1 As a wind turbine rotor blade constituting a wind turbine for wind power generation, for example, the one disclosed in Patent Document 1 is known.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and protects the base material at the blade tip of the wind turbine rotor blade from droplet erosion caused by raindrops, improves the durability of the wind turbine rotor blade, and improves the durability of the wind turbine rotor blade.
  • An object of the present invention is to provide a wind turbine rotor blade and a wind turbine for wind power generation capable of extending the maintenance period.
  • a base material provided with a skin material formed of fiber reinforced plastic, a protective paint having wear resistance applied to the entire surface of the base material, and a blade tip of the protective paint.
  • a windmill rotor blade comprising a protective tape having abrasion resistance attached to a front edge portion of the portion.
  • the entire surface of the base material is protected by the protective coating, and the leading edge portion of the wing tip of the protective coating is protected by the protective tape.
  • the protective coating placed inside protects the base material from droplet erosion caused by raindrops and improves the durability of the wind turbine rotor blade.
  • the maintenance period of the wind turbine rotor blade can be extended.
  • the protective tape damaged by the droplet erosion caused by raindrops can be easily replaced, the maintainability can be improved.
  • a base material provided with a skin material made of fiber reinforced plastic, a protective paint having wear resistance applied to a front edge portion of a wing tip portion of the base material, It is a windmill rotor blade provided with the protection tape which has the abrasion resistance affixed on the whole surface of the protective paint.
  • base_material is protected with a protective coating material, and the whole surface of a protective coating material is protected with a protective tape.
  • the protective coating placed inside protects the base material from droplet erosion caused by raindrops and improves the durability of the wind turbine rotor blade.
  • the maintenance period of the wind turbine rotor blade can be extended.
  • the protective tape damaged by the droplet erosion caused by raindrops can be easily replaced, the maintainability can be improved.
  • the protective coating is applied only to the leading edge portion at the blade tip, the weight and cost of the wind turbine rotor can be reduced.
  • the leading edge portion of the blade tip portion is a region where there is a risk of droplet erosion due to raindrops.
  • the base material can be reliably protected from droplet erosion caused by raindrops, the durability of the wind turbine rotor blade can be improved, and the maintenance period of the wind turbine rotor blade can be extended.
  • the blade tip may be in the region of 80% to 100% when the blade root is 0% and the blade tip is 100%, or the wind turbine rotor blade is at the rated speed.
  • the peripheral speed is in the range of 100 m / sec to 80 m / sec, and the front edge is 0% to 10% of the rear surface when the front edge is 0% and the rear edge is 100%.
  • an area of 0% to 10% on the back surface is more preferable.
  • the base material can be reliably protected from droplet erosion caused by raindrops, the durability of the wind turbine rotor blade can be improved, and the maintenance period of the wind turbine rotor blade can be extended.
  • a third aspect of the present invention is a wind turbine for wind power generation including any one of the wind turbine rotor blades described above.
  • the base material at the blade tip of the wind turbine rotor blade is protected from droplet erosion caused by raindrops, the durability of the wind turbine rotor blade is improved, and the maintenance period of the wind turbine rotor blade is extended. It has a wind turbine rotor blade that can be converted into a wind turbine. Therefore, the maintenance period of the wind turbine for wind power generation can be extended.
  • the prolongation of the maintenance period is an advantageous advantage particularly for an offshore wind turbine (wind turbine for wind power generation installed on the ocean) that cannot be frequently maintained.
  • the base material at the tip of the wind turbine rotor is protected from droplet erosion caused by raindrops, the durability of the wind turbine rotor is improved, and the maintenance period of the wind turbine rotor is extended. It can be made.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2.
  • FIG. 1 is a side view showing an outline of a wind turbine for wind power generation provided with a wind turbine rotor blade according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a view of the wind turbine rotor blade shown in FIG. 1 as viewed from above
  • FIG. It is A arrow sectional drawing.
  • the wind turbine 1 for wind power generation is configured to be rotatable around a substantially horizontal axis line with a column (tower) 3 standing on a foundation 2, a nacelle 4 installed at the upper end of the column 3.
  • the rotor head 5 provided in the nacelle 4 and a plurality of, for example, three windmill rotor blades 6 mounted radially around the rotation axis of the rotor head 5 are provided.
  • the wind force applied to the wind turbine rotor blade 6 from the direction of the rotation axis of the rotor head 5 is converted into power for rotating the rotor head 5 around the rotation axis.
  • an anemometer 7 for measuring the peripheral wind speed value an anemometer 8 for measuring the wind direction
  • a lightning rod (not shown) are provided on the upper part of the nacelle 4.
  • a generator connected to the rotor head 5 via a coaxial gearbox is installed inside the nacelle 4, although not shown in the figure.
  • the generator output is obtained from the generator by driving the generator by increasing the rotation of the rotor head 5 with the gearbox.
  • the wind turbine rotor blade 6 includes a base material 11 including an outer skin material (not shown) formed of fiber reinforced plastic, and the entire surface of the base material 11.
  • the protective paint 12 having abrasion resistance include, for example, a fluororesin paint (for example, “Sky Hello Top Coat FLV2” or “Sky Hello Top Coat # 400” from Nippon Special Paint Co., Ltd.), polyurethane paint (for example, PPG Aerospace's “Desothane HS Polyurethane Topcoats / CA 8000 Series”) and epoxy paint (for example, PPG Aerospace's “Koropon HS Epoxy Topcoats CA 3000 Series”).
  • a fluororesin paint for example, “Sky Hello Top Coat FLV2” or “Sky Hello Top Coat # 400” from Nippon Special Paint Co., Ltd.
  • polyurethane paint for example, PPG Aerospace's “Desothane HS Polyurethane Topcoats / CA 8000 Series”
  • epoxy paint for example, PPG Aerospace's “Koropon HS Epoxy Topcoats CA 3000 Series”.
  • protective tape 13 having abrasion resistance examples include, for example, polyurethane tape (for example, “3M Wind Blade Protection Tape W8607, W8607R” manufactured by 3M (registered trademark)), and polyurethane paint (for example, Examples include tapes coated with “3M Wind Blade Protection Coating W4600, polyurethane paint from BASF” manufactured by 3M (trademark registration).
  • polyurethane tape for example, “3M Wind Blade Protection Tape W8607, W8607R” manufactured by 3M (registered trademark)
  • polyurethane paint for example, Examples include tapes coated with “3M Wind Blade Protection Coating W4600, polyurethane paint from BASF” manufactured by 3M (trademark registration).
  • the blade tip portion to which the protective tape 13 is affixed means an area of 80% to 100% when the blade root indicated by reference numeral 21 in FIG. 2 is 0% and the blade tip indicated by reference numeral 22 is 100% ( Range), or when the wind turbine rotor 6 is rotating at the rated rotational speed, there is a risk of droplet erosion due to an area (range) with a peripheral speed of 100 m / sec to 80 m / sec, or raindrops. It is an area (range).
  • the front edge portion to which the protective tape 13 is attached refers to 0% to 10% of the back surface when the front edge indicated by reference numeral 31 in FIGS. 2 and 3 is 0% and the rear edge indicated by reference numeral 32 is 100%. % Area (range) and 0% to 10% area (range) on the back surface, or an area (range) in which droplet erosion may occur due to raindrops.
  • the entire surface of the base material 11 is protected by the protective paint 12, and the leading edge portion at the blade tip portion of the protective paint 12 is protected by the protective tape 13.
  • the protective tape 13 is damaged by the droplet erosion caused by raindrops
  • the base material 11 is protected from the droplet erosion caused by the raindrops by the protective coating 12 arranged on the inside thereof.
  • the durability can be improved and the maintenance period of the wind turbine rotor blade 6 can be extended. Further, since the protective tape 13 damaged by the droplet erosion due to raindrops can be easily replaced, the maintainability can be improved.
  • the wind turbine 1 for wind power generation protects the base material 11 at the blade tip portion of the wind turbine rotor blade 6 from droplet erosion caused by raindrops, improves the durability of the wind turbine rotor blade 6, and improves the wind turbine rotor blade 6.
  • the wind turbine rotor blade 6 that can extend the maintenance period is provided. Therefore, the maintenance period of the wind turbine 1 for wind power generation can be extended.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
  • the protective coating 12 is applied to the entire surface of the base material 11 as a specific example, but the present invention is not limited to this.
  • the protective coating 12 may be applied only to the front edge of the blade 11 of the base material 11 and the protective tape 13 may be applied to the entire surface of the protective coating 12. Thereby, the weight reduction and cost reduction of the windmill rotor blade 6 can be achieved.

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Abstract

　風車回転翼の翼先端部における母材を雨滴による液滴エロ－ジョンから守り、風車回転翼の耐久性を向上させ、風車回転翼のメンテナンス期間を長期化させることができる風車回転翼を提供すること。繊維強化プラスチックで形成された外皮材を備えた母材（１１）と、前記母材（１１）の表面全体に塗布された耐摩耗性を有する保護塗料（１２）と、前記保護塗料（１２）の翼先端部における前縁部に貼付された耐摩耗性を有する保護テープ（１３）と、を備えている。

Description

風車回転翼および風力発電用風車
　本発明は、風力発電用風車、特に、洋上に設置される風力発電用風車を構成する風車回転翼に関するものである。
　風力発電用風車を構成する風車回転翼としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
米国特許出願公開第２０１１／０１４２６７８号明細書
　さて、近年の風力発電用風車の大型化に伴い、風力発電用風車を構成する風車回転翼の翼長さも長くなり、風車回転翼の翼先端部における周速度も大きくなりつつある。そのため、風車回転翼の翼先端部に雨滴による液滴エロ－ジョン（液滴が衝突して発生するエロージョン：液滴の衝突により衝突された物体が物理的に削られる現象）が発生するおそれがある。
　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、風車回転翼の翼先端部における母材を雨滴による液滴エロ－ジョンから守り、風車回転翼の耐久性を向上させ、風車回転翼のメンテナンス期間を長期化させることができる風車回転翼および風力発電用風車を提供することを目的とする。
　本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
　本発明の第１の態様は、繊維強化プラスチックで形成された外皮材を備えた母材と、前記母材の表面全体に塗布された耐摩耗性を有する保護塗料と、前記保護塗料の翼先端部における前縁部に貼付された耐摩耗性を有する保護テープと、を備えている風車回転翼である。
　本発明の第１の態様によれば、母材の表面全体が保護塗料により保護され、保護塗料の翼先端部における前縁部が保護テープにより保護されることになる。
　これにより、仮に保護テープが雨滴による液滴エロ－ジョンで損傷したとしても、その内側に配置された保護塗料で母材を雨滴による液滴エロ－ジョンから守り、風車回転翼の耐久性を向上させ、風車回転翼のメンテナンス期間を長期化させることができる。
　また、雨滴による液滴エロ－ジョンで損傷した保護テープは容易に交換することができるので、メンテナンス性を向上させることができる。
　本発明の第２の態様は、繊維強化プラスチックで形成された外皮材を備えた母材と、前記母材の翼先端部における前縁部に塗布された耐摩耗性を有する保護塗料と、前記保護塗料の表面全体に貼付された耐摩耗性を有する保護テープと、を備えている風車回転翼である。
　本発明の第２の態様によれば、母材の翼先端部における前縁部が保護塗料により保護され、保護塗料の表面全体が保護テープにより保護されることになる。
　これにより、仮に保護テープが雨滴による液滴エロ－ジョンで損傷したとしても、その内側に配置された保護塗料で母材を雨滴による液滴エロ－ジョンから守り、風車回転翼の耐久性を向上させ、風車回転翼のメンテナンス期間を長期化させることができる。
　また、雨滴による液滴エロ－ジョンで損傷した保護テープは容易に交換することができるので、メンテナンス性を向上させることができる。
　さらに、保護塗料が翼先端部における前縁部のみに塗布されることになるので、風車回転翼の軽量化およびコストダウンを図ることができる。
　第１および第２の態様において、前記翼先端部における前縁部は、雨滴による液滴エロ－ジョンの発生するおそれがある領域であるとさらに好適である。
　このような風車回転翼によれば、母材を雨滴による液滴エロ－ジョンから確実に守り、風車回転翼の耐久性を向上させ、風車回転翼のメンテナンス期間を長期化させることができる。
　また、第１および第２の態様において、前記翼先端部は、翼根を０％、翼先端を１００％とした場合、８０％～１００％の領域、あるいは当該風車回転翼が定格回転数で回転しているときに、周速度が１００ｍ／sec～８０ｍ／secの領域であり、前記前縁部は、前縁を０％、後縁を１００％とした場合、背面の０％～１０％の領域、および背面の０％～１０％の領域であるとさらに好適である。
　このような風車回転翼によれば、母材を雨滴による液滴エロ－ジョンから確実に守り、風車回転翼の耐久性を向上させ、風車回転翼のメンテナンス期間を長期化させることができる。
　本発明の第３の態様は、上記いずれかの風車回転翼を具備している風力発電用風車である。
　本発明の第３の態様によれば、風車回転翼の翼先端部における母材を雨滴による液滴エロ－ジョンから守り、風車回転翼の耐久性を向上させ、風車回転翼のメンテナンス期間を長期化させることができる風車回転翼を具備している。そのため、風力発電用風車のメンテナンス期間の長期化を図ることができる。
　ここで、メンテナンス期間の長期化が図れることは、特に、頻繁にメンテナンスを行うことのできない洋上風車（洋上に設置される風力発電用風車）にとって有利なメリットになる。
　本発明に係る風車回転翼によれば、風車回転翼の翼先端部における母材を雨滴による液滴エロ－ジョンから守り、風車回転翼の耐久性を向上させ、風車回転翼のメンテナンス期間を長期化させることができる。
本発明の一実施形態に係る風車回転翼を具備した風力発電用風車の概略を示す側面図である。 図１に示す風車回転翼を上方から見た図である。 図２のＡ－Ａ矢視断面図である。
　以下、本発明の一実施形態に係る風車回転翼について、図１から図３を参照しながら説明する。
　図１は本実施形態に係る風車回転翼を具備した風力発電用風車の概略を示す側面図、図２は図１に示す風車回転翼を上方から見た図、図３は図２のＡ－Ａ矢視断面図である。
　図１に示すように、風力発電用風車１は、基礎２上に立設される支柱（タワー）３と、支柱３の上端に設置されるナセル４と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル４に設けられるローターヘッド５と、ローターヘッド５の回転軸線周りに放射状に取り付けられた複数枚、例えば、３枚の風車回転翼６と、を備えている。そして、ローターヘッド５の回転軸線方向から風車回転翼６にあたった風の力が、ローターヘッド５を回転軸線周りに回転させる動力に変換されるようになっている。
　また、ナセル４の上部には、周辺の風速値を測定する風速計７と、風向を測定する風向計８と、避雷針（図示せず）と、が備えられている。
　ナセル４の内部には、いずれも図示を省略しているが、ローターヘッド５と同軸の増速機を介して連結された発電機が設置されている。すなわち、ローターヘッド５の回転を増速機で増速して発電機を駆動することにより、発電機より発電機出力が得られるようになっている。
　図２または図３に示すように、本実施形態に係る風車回転翼６は、繊維強化プラスチックで形成された外皮材（図示せず）を備えた母材１１と、母材１１の表面全体に塗布された耐摩耗性（耐腐食性）を有する保護塗料（第１の保護材）１２と、塗料１２の翼先端部における前縁部に貼付された耐摩耗性（耐腐食性）を有する保護テープ（第２の保護材）１３と、を備えている。
　耐摩耗性を有する保護塗料１２の具体例としては、例えば、フッ素樹脂塗料（例えば、日本特殊塗料株式会社の「スカイハロートップコートＦＬＶ２」や「スカイハロートップコート＃４００」）、ポリウレタン塗料（例えば、PPG　Aerospace社の「Desothane　HS　Polyurethane　Topcoats／CA　8000　Series」）、エポキシ塗料（例えば、PPG　Aerospace社の「Koropon　HS　Epoxy　Topcoats　CA　3000　Series」）を挙げることができる。
　また、耐摩耗性を有する保護テープ１３の具体例としては、例えば、ポリウレタンテープ（例えば、３Ｍ（商標登録）社の「3M　Wind　Blade　Protection　Tape　W8607,W8607R」）、その表面全体にポリウレタン塗料（例えば、３Ｍ（商標登録）社の「3M　Wind　Blade　Protection　Coating　W4600や、BASF社のポリウレタン塗料）を塗布したテープを挙げることができる。
　ここで、保護テープ１３が貼付される翼先端部とは、図２に符号２１で示す翼根を０％、符号２２で示す翼先端を１００％とした場合、８０％～１００％の領域（範囲）、あるいは風車回転翼６が定格回転数で回転しているときに、周速度が１００ｍ／sec～８０ｍ／secの領域（範囲）、もしくは雨滴による液滴エロ－ジョンが発生するおそれのある領域（範囲）のことである。
　また、保護テープ１３が貼付される前縁部とは、図２および図３に符号３１で示す前縁を０％、符号３２で示す後縁を１００％とした場合、背面の０％～１０％の領域（範囲）、および背面の０％～１０％の領域（範囲）、あるいは雨滴による液滴エロ－ジョンが発生するおそれのある領域（範囲）のことである。
　本実施形態に係る風車回転翼６によれば、母材１１の表面全体が保護塗料１２により保護され、保護塗料１２の翼先端部における前縁部が保護テープ１３により保護されることになる。
　これにより、仮に保護テープ１３が雨滴による液滴エロ－ジョンで損傷したとしても、その内側に配置された保護塗料１２で母材１１を雨滴による液滴エロ－ジョンから守り、風車回転翼６の耐久性を向上させ、風車回転翼６のメンテナンス期間を長期化させることができる。
　また、雨滴による液滴エロ－ジョンで損傷した保護テープ１３は容易に交換することができるので、メンテナンス性を向上させることができる。
　本実施形態に係る風力発電用風車１は、風車回転翼６の翼先端部における母材１１を雨滴による液滴エロ－ジョンから守り、風車回転翼６の耐久性を向上させ、風車回転翼６のメンテナンス期間を長期化させることができる風車回転翼６を具備している。そのため、風力発電用風車１のメンテナンス期間の長期化を図ることができる。
　なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更・変形が可能である。
　例えば、上述した実施形態では、母材１１の表面全体に保護塗料１２を塗布するようにしたものを一具体例として挙げたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、母材１１の翼先端部における前縁部のみに保護塗料１２を塗布し、保護塗料１２の表面全体に保護テープ１３を貼付するようにしてもよい。
　これにより、風車回転翼６の軽量化およびコストダウンを図ることができる。
　１　風力発電用風車
１１　母材
１２　保護塗料
１３　保護テープ
２１　翼根
２２　翼先端
３１　前縁
３２　後縁

Claims (5)

  1. 　繊維強化プラスチックで形成された外皮材を備えた母材と、
    　前記母材の表面全体に塗布された耐摩耗性を有する保護塗料と、
    　前記保護塗料の翼先端部における前縁部に貼付された耐摩耗性を有する保護テープと、を備えている風車回転翼。
  2. 　繊維強化プラスチックで形成された外皮材を備えた母材と、
    　前記母材の翼先端部における前縁部に塗布された耐摩耗性を有する保護塗料と、
    　前記保護塗料の表面全体に貼付された耐摩耗性を有する保護テープと、を備えている風車回転翼。
  3. 　前記翼先端部における前縁部は、雨滴による液滴エロ－ジョンの発生するおそれがある領域である請求項１または２に記載の風車回転翼。
  4. 　前記翼先端部は、翼根を０％、翼先端を１００％とした場合、８０％～１００％の領域、あるいは当該風車回転翼が定格回転数で回転しているときに、周速度が１００ｍ／sec～８０ｍ／secの領域であり、
    　前記前縁部は、前縁を０％、後縁を１００％とした場合、背面の０％～１０％の領域、および背面の０％～１０％の領域である請求項１または２に記載の風車回転翼。
  5. 　請求項１から４のいずれか一項に記載の風車回転翼を具備している風力発電用風車。
PCT/JP2013/052721 2012-02-29 2013-02-06 風車回転翼および風力発電用風車 WO2013129046A1 (ja)

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