WO2012141237A1 - 風車翼 - Google Patents

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turbine blade
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利和 重冨
川節 望
黒岩 隆夫
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a wind turbine blade.
  • wind power generators have become larger in order to improve power generation efficiency and increase power generation.
  • the wind turbine blades also become larger.
  • the blade length is 40 meters or more and the maximum blade width is more than 4 meters.
  • the blade length and blade width tend to be larger.
  • various problems in production and transportation arise. That is, in order to reduce the weight of the wind turbine blade, for example, it is manufactured from plastic reinforced with fibers, but when the sheet to be manufactured is enlarged, fiber wrinkles, resin non-impregnated defects, poor adhesion, etc. during manufacture There is a risk that the production defects will be increased and the product quality will be reduced. In addition, the manufacturing time becomes longer.
  • the present invention provides a wind turbine blade capable of suppressing manufacturing and transportation restrictions, reducing weight, and suppressing deterioration of performance and noise.
  • One aspect of the present invention is a wind turbine blade comprising an outer skin that forms a long hollow space having an airfoil in cross section, and a girder that is longitudinally reinforced to reinforce the outer skin from the inside.
  • the blade root side portion of the outer skin is divided into an outer skin body including a front edge in the width direction and a divided outer skin including a rear edge, and the divided outer skin is movable in the longitudinal direction with respect to the outer skin body.
  • it is a windmill blade attached to the said girder.
  • the wind turbine blade since it is manufactured by the unit of the outer skin main body and the divided outer skin divided in the width direction, it can be manufactured easily, inexpensively and with high quality as compared with those manufactured integrally. Can do. Since it is conveyed by the manufactured unit, the constraint condition in the width direction is relaxed. As a result, securing a transport vehicle, selecting a road, and the like are facilitated and efficient transport can be performed, so that the transport work time and cost can be reduced.
  • the split outer skin is attached to the outer skin body or the girder so as to be movable in the longitudinal direction with respect to the outer skin body. For example, it is attached so as not to move relatively in the width direction. Therefore, even if the outer shell body and the girder are deformed so as to expand and contract in the longitudinal direction during operation, the split outer shell moves relative to the longitudinal direction, so that it is possible to prevent the longitudinal load from acting on the split outer shell. Can do. Thereby, since the structure of a division
  • the divided skin does not move relative to the skin body in the width direction, it is possible to suppress performance and noise degradation.
  • a part of the outer surface of the wind turbine blade is damaged, it is only necessary to replace the outer skin main body or the divided outer skin where the damaged portion exists, so that the restoration is easier and cheaper than when the whole is replaced. it can.
  • the head of the joint member should not protrude from the outer surface of the outer skin body or the split skin, in other words, the outer surface with the split skin being joined by the joint member. Is preferably smooth. If it does in this way, degradation of performance and noise can be controlled further.
  • the divided outer skin may be adapted to overlap each other and the outer skin body facing the width direction. If it does in this way, a division
  • the split skin may be provided with split skin girders that are vertically run in the longitudinal direction and reinforce the split skin from the inside. In this way, the strength can be maintained even if the divided skin is thinned. Thereby, since the deformation
  • At least the main body skin and the beam may be divided in the longitudinal direction.
  • the manufacturing unit can be made smaller, it is possible to manufacture easily, inexpensively and with high quality as compared with a unit manufactured integrally. Since it is conveyed by the manufactured unit, the constraint condition in the longitudinal direction is relaxed. As a result, securing a transport vehicle, selecting a road, and the like are facilitated and efficient transport can be performed, so that the transport work time and cost can be reduced. If the manufactured unit is small, the weight of each unit becomes lighter, so that handling at the time of repair including replacement becomes easier.
  • the divided skin may be constituted by a partially divided skin divided in the longitudinal direction, and the partially divided skins may be movably attached to each other. In this way, since the joining portions split skin is not fixed, it is possible to prevent such an excessive load to a particular junction.
  • the divided skin may be constituted by partially divided skins divided in the longitudinal direction, and the partially divided skins may be attached so as to be fixed by a coupling means. If it does in this way, since there is no sliding part between partial division
  • a drain hole that connects the space and the external space may be formed at a rear edge side end portion of the divided skin. If there is ingress of water due to rain within the structure of the wind turbine blade, it can be discharged to the outside of the water from the drain vent hole. Thus, since the drain hole is provided in the division
  • the divided skin portion may be attached by a conductive coupling member, and at least a part of the coupling member may be connected to a main body ground installed in the space by a ground wire.
  • a lightning strike occurs in the coupling member and the vicinity thereof, a lightning current can be passed to the main body ground via the coupling member and the ground wire, so that it is possible to prevent damage to the divided outer skin and the like due to the lightning stroke.
  • the present invention since it is manufactured in units of the outer skin main body and the divided outer skin divided in the width direction, it can be manufactured easily, inexpensively and with high quality as compared with those manufactured integrally. Since it is transported in the manufactured unit, it is possible to shorten the transportation work time and the cost.
  • the split outer skin is attached to the outer skin main body or girders so that it can move in the longitudinal direction with respect to the outer skin main body, so that the structure of the split outer skin can be simplified and the weight can be reduced, and the wind turbine blades can be reduced in weight.
  • the divided outer skin does not move relative to the outer skin main body in the width direction, it is possible to suppress deterioration of performance and noise. When a part of the outer surface of the wind turbine blade is damaged, it is only necessary to replace the outer skin main body or the divided outer skin where the damaged portion exists, so that the restoration is easier and cheaper than when the whole is replaced. it can.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line XX in FIG. 2. It is a fragmentary sectional view which expands and shows the Y section of FIG.
  • FIG. 5 is a partial plan view of FIG. 4. It is explanatory drawing which shows the fastening state of FIG. It is a fragmentary top view which shows the fastening part of FIG. It is a fragmentary sectional view which shows another aspect of the coupling
  • FIG. 13 is a ZZ sectional view of FIG. 12. It is sectional drawing which shows the windmill blade concerning 4th embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows the principal part of the windmill blade concerning other embodiment of this invention. It is an AA arrow line view which shows the principal part of the windmill blade concerning other embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a side view showing an overall schematic configuration of the wind turbine generator 1.
  • the wind power generator 1 includes a support column 5 standing on the foundation 3, a nacelle 7 installed at the upper end of the support column 5, and a nacelle 7 that can rotate around a substantially horizontal axis. And a plurality of, for example, three wind turbine blades 11 attached radially around the rotation axis of the rotor head 9.
  • the wind force that hits the wind turbine blades 11 from the direction of the rotation axis of the rotor head 9 is converted into power that rotates the rotor head 9 about the rotation axis.
  • a generator connected to the rotor head 9 via a coaxial gearbox is installed inside the nacelle 7, although not shown in the drawings. That is, by rotating the rotor head 9 with a speed increaser and driving the power generator, an electrical output can be obtained from the power generator.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the wind turbine blade 11.
  • 3 is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG.
  • FIG. 4 is an enlarged partial cross-sectional view showing a Y portion in FIG.
  • FIG. 5 is a partial plan view of FIG.
  • the wind turbine blade 11 includes a skin 13 that defines a long hollow blade shape, and a plurality of, for example, two main girders (girder) that are longitudinally passed in the longitudinal direction L inside the skin and reinforce the strength of the skin 13. 15).
  • the main girder 15, 15 are respectively cross-sectional shape is a U-shaped, mounted in the form of its open portion facing.
  • the main girders 15 and 15 are made of, for example, glass fiber reinforced plastic. As these materials, for example, carbon fiber reinforced plastics or other materials may be used.
  • the outer skin 13 includes an outer skin body 19 including a front edge 17 and a divided outer skin 23 including a rear edge 21.
  • the divided skin 23 is installed on the blade root side portion of the skin 13. Therefore, the blade root side portion of the outer skin 13 is divided into two in the width direction B into an outer skin body 19 including the front edge 17 and a divided outer skin 23 including the rear edge 21.
  • the outer skin body 19 and the divided outer skin 23 are made of, for example, fiber reinforced plastic (FRP) reinforced with fibers such as glass fiber reinforced plastic or carbon fiber reinforced plastic.
  • FRP fiber reinforced plastic
  • Skin body 19 two halves of the back skin and the front skin is formed by bonding.
  • the position corresponding to the divided outer skin 23 of the outer skin main body 19 forms an open portion with the rear edge 21 side end projecting toward the rear edge 21 rather than the main girder 15 on the rear edge 21 side. That is, the outer skin body 19 is reinforced by the main girders 15 and 15.
  • a main body coupling portion 25 in which a part on the inner surface side protrudes in a rectangular cross section is provided at a rear edge 21 side end portion of the outer skin body 19 at a position corresponding to the divided skin 23.
  • the divided skin 23 has a structure in which two halves of a back skin and a ventral skin are joined by a rear edge 21 and the front edge 17 side is open.
  • the split skin 23 is provided with a split skin girder 27 extending in the longitudinal direction L at an intermediate position in the width direction B in order to reinforce the structure from the inside.
  • the shape of the split outer shell 23 can be maintained even if the dorsal and ventral outer shells forming the outer shape of the split outer shell 23 are thinned, and they are deformed even when a load is applied. Can be suppressed.
  • Split skin girder 27, when the split outer skin 23 is configured to have a necessary strength may be omitted.
  • a split coupling portion 29 in which a part on the outer surface side protrudes in a rectangular cross section is provided at the end portion on the front edge 17 side of the split skin 23.
  • the main body coupling portion 25 and the split coupling portion 29 are overlapped as shown in FIG.
  • segmentation outer skin 23 is made to overlap with the outer skin main body 19 which opposes the width direction B mutually.
  • the height from the outer surface of the outer skin main body 19 to the main body coupling portion 25 and the thickness of the split coupling portion 29 are the coupling portion 31, and the outer surface of the split coupling portion 29 is flush with the outer surface of the outer skin body 19. It is made the size. In this way, by adjusting the depth of the main body coupling portion 25 and the thickness of the division coupling portion 29, the outer surface of the divided outer skin 23 and the outer surface of the outer skin main body 19 are coupled so as not to have a step. be able to.
  • a plurality of long holes 33 that are long in the longitudinal direction L are provided in the split coupling portion 29 at intervals in the longitudinal direction L.
  • the distance between the adjacent long holes 33 is set to be twice or more the distance K1 from the front edge 17 side end of the split coupling portion 29 to the long hole 33.
  • a peripheral portion of the long hole 33 is an inclined surface 35.
  • the body coupling portion 25, at a position corresponding to the long hole 33, the hole 37 of the cylindrical shape is formed so as to penetrate in the thickness direction.
  • the main body coupling portion 25 and the split coupling portion 29 are configured to be coupled by a coupling member 39.
  • the coupling member 39 includes a bolt 41 and a nut 43 that is screwed into the bolt 41.
  • the bolt 41 is provided with a shaft portion 45 and a head portion 47 which are male threaded.
  • the diameter of the shaft portion 45 is substantially equal to the length B in the width direction of the long hole 33 and the diameter of the hole 37.
  • the upper surface of the head 47 is flat, and the lower surface is inclined so as to engage with the inclined surface 35.
  • the outer skin main body 19 and the divided outer skin 23 are arranged such that the main body coupling portion 25 and the divided coupling portion 29 are in a relationship such that the long hole 33 and the hole 37 coincide with each other. 4 and is connected as shown in FIG. 4 by screwing a nut 43 into the bolt 41.
  • the divided skin 29 can move in the longitudinal direction L with respect to the skin body 19. it can.
  • the main body coupling portion 25 and the split coupling portion 29 project in a rectangular cross section and are stacked one above the other.
  • the present invention is not limited to this.
  • the main body coupling portion 25 may be provided on the outer side and the inner side of the outer skin main body 19 so as to sandwich the split coupling portion 29 provided at an intermediate position in the thickness direction.
  • the opposing surfaces of the main body coupling portion 25 and the split coupling portion 29 may be inclined surfaces and may be engaged in a wedge shape.
  • the wind turbine blade 11 configured as described above is manufactured easily, inexpensively, and with high quality as compared with the one manufactured integrally because the outer shell body 19 and the divided outer shell 23 are independently manufactured. Can do. That is, the mold for manufacturing the outer skin main body 19 and the divided outer skin 23 can be made compact. For this reason, since quality control can fully be performed, the quality of a product improves. Since the amount of waste due to manufacturing errors is reduced, the product yield is improved. Moreover, the place which manufacture requires can be made small.
  • the manufactured outer skin body 19 and the divided outer skin 23 are transported to the installation location of the wind turbine generator 1. At this time, the outer skin main body 19 or the divided outer skin 23 is smaller in length in the width direction B and smaller in weight than the integrated wind turbine blade 11, so that it is easy to secure a transport vehicle, select a road, and the like. . Thereby, since efficient conveyance can be performed, the conveyance work time can be shortened and the cost can be reduced.
  • the outer skin main body 19 and the divided outer skin 23 transported to the installation place are connected by a coupling member 39 to form a wind turbine blade 11 and attached to the rotor head 9.
  • the main body outer skin 19 and the main girders 15 and 15 are long in the longitudinal direction L, the main body outer skin 19 and the main girders 15 and 15 may be divided in the longitudinal direction L.
  • the manufacturing unit can be made smaller, it is possible to manufacture easily, inexpensively and with high quality as compared with a unit manufactured integrally. Since it is conveyed by the manufactured unit, the constraint condition in the longitudinal direction is relaxed. As a result, securing a transport vehicle, selecting a road, and the like are facilitated and efficient transport can be performed, so that the transport work time and cost can be further reduced.
  • the wind turbine blade 11 When the wind turbine generator 1 manufactured in this way is operated, the wind turbine blade 11 receives wind pressure and bends greatly so that the tip is directed to the downstream side of the wind direction as shown by a two-dot chain line in FIG. Moreover, when receiving wind and rotating, it receives a tensile load due to centrifugal force. As a result, the wind turbine blade 11 is greatly expanded or contracted in the longitudinal direction L, that is, bent and deformed. Therefore, the outer skin body 19 and the main girders 15 and 15 are deformed so as to expand and contract in the longitudinal direction L.
  • the coupling member 39 moves in the longitudinal direction L along the long hole 33 of the divided skin 23, in other words, Since the outer skin body 19 and the divided skin 23 are relatively moved in the longitudinal direction L, it is possible to prevent the load in the longitudinal direction L from acting on the divided skin 23. Thereby, since the structure of the division
  • the length K in the axial direction L of the plurality of long holes 33 is calculated by analyzing the maximum strain in the longitudinal direction L of the outer skin main body 19 at the position of each long hole 33. It may be a size that can cover. In this way, the length K of each elongated hole 33 is not unnecessarily increased, so that the strength of the divided outer shell 23 can be increased or the weight can be further reduced. Further, by analysis, the maximum strain in the longitudinal direction L of the outer skin main body 19 at the position of each long hole 33 is calculated, and the largest of the calculated maximum strains is set as the length K of the long hole 33. May be. If it does in this way, since all the length of the long hole 33 can be made into the same thing, it can construct easily.
  • the shaft portion 45 of the bolt 41 has a diameter substantially equal to the length B in the width direction of the long hole 33, the bolt 41 does not move in the width direction B of the long hole 33. That is, since the split outer skin 23 does not move relative to the outer skin body 19 in the width direction B, it is possible to suppress degradation of the aerodynamic performance and noise of the wind turbine blade 11.
  • the shaft portion 45 of the bolt 41 has a diameter substantially equal to the length B in the width direction of the long hole 33, the bolt 41 does not move in the width direction B of the long hole 33. That is, since the split outer skin 23 does not move relative to the outer skin body 19 in the width direction B, it is possible to suppress degradation of the aerodynamic performance and noise of the wind turbine blade 11.
  • the outer shell body 19 or the divided outer shell 23 in which the damaged portion is present so that the recovery is easier than when the entire wind turbine blade 11 is replaced. Can be done inexpensively.
  • the head 47 of the bolt 41 does not protrude from the outer surface of the outer skin main body 19 or the divided outer skin 23, in other words, the outer surface is made smooth in a state where the divided outer skin 23 is coupled by the coupling member 39, And since the division
  • the split outer skin 23 is attached to the outer skin main body 19, but it may be attached to the main beam 15 as shown in FIG. 10.
  • the outer skin body 19 has a size up to the main girder 15 on the rear edge 21 side in the width direction B, and the end portion on the rear edge 21 side is a substantially vertical surface.
  • segmentation outer skin 23 is made into the magnitude
  • the front edge 17 side edge part is made into the substantially perpendicular
  • a long hole 33 shown in FIG. 5 is formed in the split outer shell 23, and a hole 37 shown in FIG. 7 is formed in the main girder 15.
  • the split outer shell 23 is joined to the main girder 15 by a connecting member 39. Has been. In this way, the divided outer skin 23 is attached to the main girder 15 which is stronger than the outer skin main body 19, so that the reliability of the coupling structure can be improved.
  • FIG. 11 is a perspective view showing the wind turbine blade 11 according to the present embodiment.
  • the divided skin 23 is composed of a plurality of, for example, three partially divided skins 49 divided in the longitudinal direction L.
  • the partially divided outer skins 49 are coupled to each other by a coupling member 51.
  • the coupling member 51 is coupled so as to suppress the partial division outer skins 49 from moving with respect to each other. Thereby, the division
  • the divided skins 23 are formed by manufacturing the three partially divided skins 49 and connecting them by the joining member 51 at the manufacturing factory or the installation location of the wind power generator 1.
  • the unit for manufacturing the split outer shell 23 is smaller than the partial split outer shell 49, so that it can be manufactured more easily, inexpensively and with high quality.
  • the partial replaceability is further improved and the transportation becomes easier.
  • FIG. 12 is a side view showing the divided skin 23 according to the present embodiment.
  • FIG. 13 is a ZZ cross-sectional view of FIG.
  • a drain hole 55 that connects the internal space (space) 53 and the external space is formed at the end portion of the divided skin 23 on the rear edge 21 side.
  • the drain hole 55 is for discharging water to the outside when water enters the structure inside the wind turbine blade 11 due to rain or the like.
  • the drain hole 55 is provided in the divided outer shell 23, the drain hole 55 can be easily processed. Even if a defect occurs in the drain hole 55, it is only necessary to replace the split outer shell 23, so that the replacement is easy.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing the wind turbine blade 11 according to the present embodiment.
  • segmentation outer skin 23 is attached to the main beam 15 with the coupling member 56, as FIG. 10 shows.
  • the coupling member 39 is made of a conductive material, for example, a metal.
  • the coupling member 39 may be a conductive material and may be made of resin.
  • the front edge 17 side of the main beam 15, the main body ground wire (body earth) 57 over substantially the entire length is attached.
  • the plurality of coupling members 39, and at least a portion of the bonding member 39 body ground wire 57 are connected by the ground wire 59.
  • the present invention is not limited to the above embodiments may be appropriately modified within a scope not departing from the gist thereof.
  • the partially divided outer skins 49 are attached to each other so as to be movable. If it does in this way, since joining of partial division skin 49 is not fixed, it can prevent that an excessive load is applied to a specific joined part.
  • reference numeral 71 is a bolt
  • reference numeral 72 is a nut
  • reference numeral 73 is a through hole provided in one partial division outer skin 49
  • reference numeral 74 is a through hole provided in the other partial division outer skin 49. It is.
  • Each of the through holes 73 and 74 is a round hole having a circular shape in plan view, and the through hole 73 is formed so that the inner diameter thereof is larger than the inner diameter of the through hole 74.
  • Windmill blade 13 Outer skin 15 Main girder 17 Front edge 19 Outer skin main body 21 Rear edge 23 Divided outer skin 27 Divided outer girder 49 Partially divided outer skin 53 Internal space 55 Drain hole 57 Main body ground wire 59 Ground wire

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Abstract

 製造上および運搬上の制約を抑制でき、かつ、軽量化をはかるとともに性能低下や騒音の増大を抑制し得る風車翼を提供する。横断面が翼形をした長い中空状の空間を形成する外皮(13)と、長手方向に縦通され外皮(13)を内部から補強する主桁(15)と、を備える風車翼(11)であって、外皮(13)の翼根側部分は、幅方向に前縁(17)を含む外皮本体(19)と後縁(21)を含む分割外皮(23)とに分割され、分割外皮(23)は、外皮本体(19)に対して長手方向に移動可能に、外皮本体(19)または主桁(15)に取り付けられている。

Description

風車翼
 本発明は、風車翼に関するものである。
 近年、風力発電装置は、その発電効率の向上および発電量の増大を図るために大型化している。風力発電装置の大型化に伴い風車翼も大型化し、たとえば、翼長が40メートル以上、最大翼幅が4メートル超となる。さらなる発電量の増大を求めて、翼長および翼幅はさらに大きくなる傾向である。
 このように風車翼が大型化されると、製造上および運搬上種々の課題が生じてくる。すなわち、風車翼は軽量とするために、たとえば、繊維で強化されたプラスチック等で製造されているが、製造するシートが大型化すると、製造中に繊維しわ、樹脂未含侵欠陥、接着不良等の製造欠陥が発生するリスクが増加し、製品品質が低下する恐れがある。また、製造時間が長くなる。
 製造工場から建設現場までの運搬は、特に陸上運搬において車両や道路等の制約を受けるため、困難なものとなる。運搬が可能としても、たとえば、取扱いに超大型重機を要する等で運搬コストが増加する。
 また、一体構造の風車翼とした場合には、運転中に一部分が損傷しても全体を交換することになる。
 この課題を解消するものとして、たとえば、特許文献1に示されるように風車翼を長手方向で分割するものが提案されている。これは、分割された風車翼の桁同士を強固に接続することによって一体の風車翼が形成されている。
 また、特許文献2に示されるように翼根側における幅の広い部分が、さらに幅方向で前縁側部材と後縁側部材とに分割されているものが提案されている。これは、分割された前縁側部材と後縁側部材とは継ぎ目ができないような状態で固定されている。
特開2010-59884号公報 特表2009-536704号公報
 運転中の風車翼は、風圧を受けて先端が風向の下流側に向くように大きく撓むし、風を受け回転する際、遠心力による引張荷重を受けるので、状況の変化に応じて長手方向に大きく伸縮、すなわち、曲げ変形することになる。
 ところで、特許文献2に示されるものでは、翼頂側に一体的に取り付けられた前縁側部材の長手方向の変形により後縁側部材に長手方向に向けた荷重が作用するので、分割された後縁側部材はそれに耐える強度とする必要がある。このため、後縁側部材は強固な構造とする必要があるため、構造が複雑となるし、重量も増加することとなる。また、後縁側部材も変形するので、空力性能および空力騒音に悪影響を及ぼす恐れがある。
 本発明は、前記の事情に鑑み、製造上および運搬上の制約を抑制でき、かつ、軽量化をはかるとともに性能・騒音の劣化を抑制し得る風車翼を提供する。
 本発明は、前記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
 本発明の一態様は、横断面が翼形をした長い中空状の空間を形成する外皮と、長手方向に縦通され該外皮を内部から補強する桁と、を備える風車翼であって、前記外皮の翼根側部分は、幅方向に前縁を含む外皮本体と後縁を含む分割外皮とに分割され、該分割外皮は、前記外皮本体に対して長手方向に移動可能に、前記外皮本体または前記桁に取り付けられている、風車翼である。
 本態様にかかる風車翼によれば、幅方向に分割された外皮本体および分割外皮の単位で製造されるので、一体で製造されるものに比べて、容易に、安価に、品質よく製造することができる。
 製造された単位で搬送されるので、幅方向の制約条件が緩和される。これにより運搬車の確保、道路の選択等が容易となり、効率的な運搬を行えるので、運搬作業時間の短縮およびコストの低減をはかることができる。
 分割外皮は、外皮本体に対して長手方向に移動可能に、外皮本体または桁に取り付けられているので、分割外皮は外皮本体または桁に風車翼の長手方向に対しては相対移動し、長手方向に交差する、たとえば、幅方向には相対移動しないように取り付けられている。したがって、運転中に外皮本体および桁が長手方向に伸縮するように変形したとしても、分割外皮が長手方向に相対移動するので、分割外皮に長手方向に向けた荷重が作用することを抑制することができる。これにより、分割外皮の構造を簡素化することができるとともに軽量化することができるので、風車翼を軽量化することができる。
 分割外皮は幅方向には外皮本体に対して相対移動しないので、性能・騒音の劣化を抑制することができる。
 風車翼の外表面の一部が損傷した場合、当該損傷部分が存在する外皮本体あるいは分割外皮を交換することでよいので、全体を交換する場合に比べて復旧が容易で、安価に行うことができる。
 分割外皮をボルト等の結合部材を用いて結合する場合、結合部材の頭部は外皮本体あるいは分割外皮の外表面から突出しないように、言い換えれば、分割外皮を結合部材で結合した状態で外表面が平滑となるようにすることが好ましい。このようにすると、性能・騒音の劣化を一層抑制することができる。
 前記態様では、前記分割外皮は、幅方向に対向する前記外皮本体と相互に重複するようにされていてもよい。
 このようにすると、分割外皮は外皮本体との結合部で段差が出ないように結合することができ、性能・騒音の劣化を抑制することができる。
 前記態様では、前記分割外皮には、長手方向に縦通され前記分割外皮を内部から補強する分割外皮桁が備えられていてもよい。
 このようにすると、分割外皮を薄くしても強度を保つことができる。これにより、分割外皮の変形を抑制できるので、性能・騒音の劣化を抑制することができる。
 前記態様では、少なくとも、前記本体外皮および前記桁は、長手方向に分割されていてもよい。
 このようにすると、製造単位がより小さくできるので、一体で製造されるものに比べて、容易に、安価に、品質よく製造することができる。
 製造された単位で搬送されるので、長手方向の制約条件が緩和される。これにより運搬車の確保、道路の選択等が容易となり、効率的な運搬を行えるので、運搬作業時間の短縮およびコストの低減をはかることができる。
 製造された単位が小さければ、それぞれの重量がより軽量となるため、取替えを含めた補修時の取扱いがより容易となる。
 前記態様では、前記分割外皮は、長手方向に分割された部分分割外皮で構成され、該部分分割外皮同士は移動可能に取り付けられていてもよい。
 このようにすると、部分分割外皮の接合が固定されないため、特定の接合部に過大な負荷がかかることを防止することができる。
 前記態様では、前記分割外皮は、長手方向に分割された部分分割外皮で構成され、該部分分割外皮同士が結合手段により固定されるように取り付けられていてもよい。
 このようにすると、部分分割外皮同士で摺動部が無いため、接合面の耐久性・信頼性を向上させることができる。
 前記態様では、前記分割外皮の後縁側端部に、前記空間と外部空間とを接続するドレイン抜孔が形成されていてもよい。
 風車翼の構造内部に雨などによる水の浸入があった場合に、その水をドレイン抜孔から外部に排出することができる。
 このように、分割外皮にドレイン抜孔を設けているので、ドレイン抜孔の加工が容易である。また、ドレイン抜孔に不具合が生じた場合でも分割外皮を交換するだけでよいので、取替えが容易である。
 前記態様では、前記分割外皮部は、導電性を有する結合部材によって取り付けられ、前記結合部材の少なくとも一部と前記空間に設置された本体アースとをアース線によって連結されていてもよい。
 結合部材およびその付近に落雷があった場合、雷撃電流を結合部材およびアース線を介して本体アースに流すことができるので、雷撃による分割外皮等の損傷を防止することができる。
 本発明によれば、幅方向に分割された外皮本体および分割外皮の単位で製造されるので、一体で製造されるものに比べて、容易に、安価に、品質よく製造することができる。
 製造された単位で搬送されるので、運搬作業時間の短縮およびコストの低減をはかることができる。
 分割外皮は、外皮本体に対して長手方向に移動可能に、外皮本体または桁に取り付けられているので、分割外皮の構造を簡素化することができるとともに軽量化することができ、風車翼を軽量化することができる。また、分割外皮は幅方向には外皮本体に対して相対移動しないので、性能・騒音の劣化を抑制することができる。
 風車翼の外表面の一部が損傷した場合、当該損傷部分が存在する外皮本体あるいは分割外皮を交換することでよいので、全体を交換する場合に比べて復旧が容易で、安価に行うことができる。
本発明の第一実施形態にかかる風力発電装置の全体概略構成を示す側面図である。 本発明の第一実施形態にかかる風車翼を示す斜視図である。 図2のX-X断面図である。 図3のY部を拡大して示す部分断面図である。 図4の部分平面図である。 図4の締結状態を示す説明図である。 図6の締結部分を示す部分平面図である。 本発明の第一実施形態にかかる結合部の別の実施態様を示す部分断面図である。 本発明の第一実施形態にかかる結合部の別の実施態様を示す部分断面図である。 本発明の第一実施形態にかかる結合部の別の態様を示す部分断面図である。 本発明の第二実施形態にかかる風車翼を示す斜視図である。 本発明の第三実施形態にかかる分割外皮を示す側面図である。 図12のZ-Z断面図である。 本発明の第四実施形態にかかる風車翼を示す断面図である。 本発明の他の実施形態にかかる風車翼の要部を示す断面図である。 本発明の他の実施形態にかかる風車翼の要部を示すA-A矢視図である。
 以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
[第一実施形態]
 本発明の第一実施形態にかかる風力発電装置1を図1乃至図7に基づいて説明する。
 図1は、風力発電装置1の全体概略構成を示す側面図である。
 風力発電装置1には、図1に示すように、基礎3上に立設される支柱5と、支柱5の上端に設置されるナセル7と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル7に設けられるロータヘッド9と、ロータヘッド9の回転軸線周りに放射状に取り付けられた複数枚、たとえば、3枚の風車翼11とが備えられている。
 ロータヘッド9の回転軸線方向から風車翼11に当たった風の力が、ロータヘッド9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。
 ナセル7の内部には、いずれも図示を省略しているが、ロータヘッド9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、ロータヘッド9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、発電機より電気出力が得られるようになっている。
 図2は、風車翼11を示す斜視図である。図3は、図2のX-X断面図である。図4は、図3のY部を拡大して示す部分断面図である。図5は、図4の部分平面図である。
 風車翼11には、長い中空状の翼形状を画成する外皮13と、外皮の内部における長手方向Lに縦通され、外皮13の強度を補強する複数、たとえば、2本の主桁(桁)15とが備えられている。
 主桁15,15は、それぞれ横断面形状がコ字形状をし、その開放部が向き合う形で取り付けられている。
 主桁15,15は、たとえば、ガラス繊維強化プラスチックで形成されている。これらの材料としては、たとえば、カーボン繊維強化プラスチックとしてもよいし、他の素材を用いてもよい。
 外皮13は、前縁17を含む外皮本体19と、後縁21を含む分割外皮23とで構成されている。分割外皮23は、外皮13の翼根側部分に設置されている。したがって、外皮13の翼根側部分は、幅方向Bに前縁17を含む外皮本体19と後縁21を含む分割外皮23とに2分割されている。
 外皮本体19および分割外皮23は、たとえば、ガラス繊維強化プラスチックまたはカーボン繊維強化プラスチック等の繊維で強化された繊維強化プラスチック(FRP)で形成されている。
 外皮本体19は、背側外皮と腹側外皮との2つの半割体が結合されて形成されている。外皮本体19の分割外皮23に対応する位置は、後縁21側端部が、後縁21側の主桁15よりも後縁21側に突出するとともに開放された開口部を形成している。すなわち、外皮本体19は、主桁15,15によって補強されている。
 外皮本体19の分割外皮23に対応する位置の後縁21側端部には、内表面側の一部分が断面矩形状に突起した本体結合部25が設けられている。
 分割外皮23は、背側外皮と腹側外皮との2つの半割体が後縁21で結合され、前縁17側は開放された構造とされている。分割外皮23には、内部から構造を補強するために幅方向Bの中間位置に長手方向Lに延在する分割外皮桁27が設けられている。
 分割外皮桁27を設けると、分割外皮23の外形を形成する背側外皮および腹側外皮を薄くしても分割外皮23の形状を保持することができるし、荷重が作用してもそれらが変形することを抑制することができる。
 分割外皮桁27は、分割外皮23が必要な強度を持つように構成されている場合には、省略してもよい。
 分割外皮23の前縁17側端部には、外表面側の一部分が断面矩形状に突起した分割結合部29が設けられている。
 本体結合部25および分割結合部29は、図4に示されるように重ねられ、結合部31が構成される。分割外皮23は、幅方向Bに対向する外皮本体19と相互に重複するようにされている。
 外皮本体19の外表面から本体結合部25までの高さおよび分割結合部29の厚さは、結合部31で、分割結合部29の外表面が、外皮本体19の外表面と面一となるような大きさとされている。
 このように、本体結合部25の深さおよび分割結合部29の厚さを調節した値とすることによって分割外皮23の外表面と外皮本体19の外表面とで段差が出ないように結合することができる。
 分割結合部29には、長手方向Lに長い長孔33が、長手方向Lに間隔を空けて複数設けられている。隣り合う長孔33間の距離は、分割結合部29の前縁17側端部から長孔33までの距離K1の2倍以上とされている。長孔33の周辺部は、傾斜面35とされている。
 本体結合部25には、長孔33に対応する位置に、円筒形状の孔37が厚さ方向に貫通するように形成されている。
 本体結合部25と分割結合部29とは、結合部材39によって連結されるように構成されている。
 結合部材39は、ボルト41と、ボルト41に螺合するナット43とで構成されている。ボルト41には、雄ねじが切られた軸部45と頭部47とが備えられている。
 軸部45の直径は、長孔33の幅方向B長さおよび孔37の直径と略等しくされている。頭部47の上面は、平坦とされ、下面は、傾斜面35と係合するように傾斜されている。
 外皮本体19と分割外皮23とは、図6に示されるように本体結合部25および分割結合部29が、長孔33と孔37とが一致するような一関係とされた状態で外表面側から挿入されボルト41にナット43を螺合させることによって図4に示されるように接続される。
 このとき、長孔33の長手方向Lにおける長さKは、ボルト41の軸部45の直径よりも大きくされているので、分割外皮29は外皮本体19に対して長手方向Lに移動することができる。
 本実施形態では、本体結合部25および分割結合部29は、それぞれ断面矩形状に突起し、それらが上下に積み重ねられているが、これに限定されるものではない。
 たとえば、図8に示されるように本体結合部25が外皮本体19の外側と内側とに設けられ、厚さ方向の中間位置に設けられた分割結合部29を挟むようにされてもよい。
 図9に示されるように本体結合部25および分割結合部29の対向面が傾斜面とされ、くさび状に係合するようにしてもよい。
 以上のように構成された風車翼11は、外皮本体19および分割外皮23がそれぞれ独立して製造されるので、一体で製造されるものに比べて、容易に、安価に、品質よく製造することができる。
 すなわち、外皮本体19および分割外皮23を製造する型がコンパクトにできる。このため、品質管理が十分に行えるので、製品の品質が向上する。製造ミスに伴う廃棄量が小さくなるので、製品の歩留まりが向上する。また、製造に要する場所を小さくできる。
 製造された外皮本体19および分割外皮23は、風車発電装置1の設置場所に搬送される。
 このとき、外皮本体19あるいは分割外皮23は、一体の風車翼11に比べて幅方向Bの長さが小さく、かつ、重量も小さくなるので、運搬車の確保、道路の選択等が容易となる。これにより、効率的な運搬を行えるので、運搬作業時間の短縮およびコストの低減をはかることができる。
 設置場所に運搬された外皮本体19および分割外皮23は、結合部材39によって連結されて、風車翼11とされ、ロータヘッド9に取り付けられる。
 本体外皮19および主桁15,15が長手方向Lに長い場合には、本体外皮19および主桁15,15は長手方向Lに分割するようにしてもよい。
 このようにすると、製造単位がより小さくできるので、一体で製造されるものに比べて、容易に、安価に、品質よく製造することができる。
 製造された単位で搬送されるので、長手方向の制約条件が緩和される。これにより運搬車の確保、道路の選択等が容易となり、効率的な運搬を行えるので、運搬作業時間の短縮およびコストの一層の低減をはかることができる。
 このように製造された風力発電装置1が運転されると、風車翼11は風圧を受けて、図1に二点鎖線で示されるように先端が風向の下流側に向くように大きく撓む。また、風を受け回転する際、遠心力による引張荷重を受ける。これらによって、風車翼11は長手方向Lに大きく伸縮、すなわち、曲げ変形することになる。したがって、外皮本体19および主桁15,15が長手方向Lに伸縮するように変形する。
 このように外皮本体19および主桁15,15が長手方向Lに伸縮するように変形しても、結合部材39が、分割外皮23の長孔33に沿って長手方向Lに移動する、言い換えれば、外皮本体19と分割外皮23とが相対的に長手方向Lに移動するので、分割外皮23に長手方向Lに向けた荷重が作用することを抑制することができる。
 これにより、分割外皮23の構造を簡素化することができるとともに軽量化することができるので、風車翼11を軽量化することができる。
 複数の長孔33の軸方向Lにおける長さKは、各長孔33の位置での外皮本体19の長手方向Lにおける最大歪を解析により算出し、各長孔33の長さKがそれぞれそれをカバーできる大きさとしてもよい。このようにすると、それぞれの長孔33の長さKが不必要に大きくされることがないので、分割外皮23の強度に余裕が出る、あるいは、より軽量化することができる。
 また、解析により、各長孔33の位置での外皮本体19の長手方向Lにおける最大歪を算出し、算出された最大歪の中で最大のものを長孔33の長さKとするようにしてもよい。
 このようにすると、長孔33の長さが全て共通のものとすることができるので、容易に施工することができる。
 ボルト41の軸部45は、長孔33の幅方向B長さと略等しい直径とされているので、ボルト41は長孔33の幅方向Bには移動することがない。すなわち、分割外皮23は幅方向Bには外皮本体19に対して相対的に移動しないので、風車翼11の空力性能・騒音の劣化を抑制することができる。
 風車翼11の外表面の一部が損傷した場合、当該損傷部分が存在する外皮本体19あるいは分割外皮23を交換することでよいので、風車翼11全体を交換する場合に比べて復旧が容易で、安価に行うことができる。
 ボルト41の頭部47は外皮本体19あるいは分割外皮23の外表面から突出しないように、言い換えれば、分割外皮23を結合部材39で結合した状態で外表面が平滑となるようにされており、かつ、分割外皮23は外皮本体19との結合部で段差が出ないように結合されているので、空力性能・騒音の劣化を一層抑制することができる。
 分割外皮23は、分割外皮桁27によって内部から補強されているので、分割外皮23を薄くしても強度を保つことができるし、分割外皮23の変形を抑制できるので、空力性能・騒音の劣化を抑制することができる。
 本実施形態では、分割外皮23は外皮本体19に取り付けられるようにされているが、これは、図10に示されるように主桁15に取り付けられるようにしてもよい。
 外皮本体19は、幅方向Bで後縁21側の主桁15のところまでの大きさとされ、その後縁21側端部は、略垂直面とされている。分割外皮23は、幅方向Bで後縁21側の主桁15のところまでの大きさとされ、その前縁17側端部は、略垂直面とされている。
 分割外皮23には、図5に示される長孔33が形成され、主桁15には図7に示される孔37が形成されており、分割外皮23は、結合部材39によって主桁15に接合されている。
 このようにすると、分割外皮23は外皮本体19よりも強固な主桁15に取り付けられるので、結合構造の信頼性を向上させることができる。
[第二実施形態]
 次に、本発明の第二実施形態にかかる風車翼11について、図11を用いて説明する。
 本実施形態は、分割外皮23の構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態と同じ部分については重複した説明を省略する。第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
 図11は、本実施形態にかかる風車翼11を示す斜視図である。
 本実施形態では、分割外皮23は、長手方向Lで分割された複数、たとえば、3個の部分分割外皮49で構成されている。各部分分割外皮49同士は結合部材51によって結合されている。結合部材51は、部分分割外皮49同士が相互に移動することを抑制するように結合している。
 これにより、分割外皮23は一体として動作することになる。
 分割外皮23は、3個の部分分割外皮49をそれぞれ製造した後、製造工場あるいは風力発電装置1の設置場所で接合部材51によって連結されて形成される。
 このように、分割外皮23を製造する単位が部分分割外皮49と小さくなるので、より一層容易に、安価に、品質よく製造することができる。また、部分的な取替え性がより向上するし、運搬がより楽になる。
[第三実施形態]
 次に、本発明の第三実施形態にかかる風車翼11について、図12および図13を用いて説明する。
 本実施形態は、分割外皮23の構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態と同じ部分については重複した説明を省略する。第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
 図12は、本実施形態にかかる分割外皮23を示す側面図である。図13は、図12のZ-Z断面図である。
 本実施形態では、分割外皮23の後縁21側端部に、内部空間(空間)53と外部空間とを接続するドレイン抜孔55が形成されている。
 ドレイン抜孔55は、風車翼11の構造内部に雨などによる水の浸入があった場合に、その水を外部に排出するものである。
 このように、分割外皮23にドレイン抜孔55を設けているので、ドレイン抜孔55の加工が容易である。ドレイン抜孔55に不具合が生じた場合でも分割外皮23を交換するだけでよいので、取替えが容易である。
[第四実施形態]
 次に、本発明の第四実施形態にかかる風車翼11について、図14を用いて説明する。
 本実施形態は、風車翼11の構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態と同じ部分については重複した説明を省略する。第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
 図14は、本実施形態にかかる風車翼11を示す断面図である。
 本実施形態では、分割外皮23は、図10に示されるように主桁15に結合部材56によって取り付けられている。
 結合部材39は、導電性のある材料、たとえば、金属で形成されている。結合部材39は導電性の材料であればよく、樹脂製とされてもよい。
 前縁17側の主桁15には、略全長に亘り本体アース線(本体アース)57が取り付けられている。複数の結合部材39の内、少なくとも一部の接合部材39と本体アース線57とは、アース線59によって接続されている。
 このように構成された本実施形態にかかる風車翼11では、結合部材39およびその付近に落雷があった場合、雷撃電流を結合部材39およびアース線59を介して本体アース線57に流し、本体アース線57を通って外部に案内する。
 このように、分割外皮23への落雷に伴う雷撃電流が結合部材39、アース線59および本体アース線57を通って外部に案内できるので、雷撃による分割外皮23等の損傷を防止することができる。
 本発明は上述した各実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
 例えば、図15Aおよび15Bに示すように、上述した第二実施形態において、部分分割外皮49同士が、互いに移動可能に取り付けられているとさらに好適である。
 このようにすると、部分分割外皮49の接合が固定されないため、特定の接合部に過大な負荷がかかることを防止することができる。
 ここで、図15Aおよび15B中の符号71はボルト、符号72はナット、符号73は一方の部分分割外皮49に設けられた貫通穴、符号74は他方の部分分割外皮49に設けられた貫通穴である。
 貫通穴73,74はそれぞれ平面視円形状を呈する丸穴であり、貫通穴73は、その内径が貫通穴74の内径よりも大きくなるようにして形成されている。
11  風車翼
13  外皮
15  主桁
17  前縁
19  外皮本体
21  後縁
23  分割外皮
27  分割外皮桁
49  部分分割外皮
53  内部空間
55  ドレイン抜孔
57  本体アース線
59  アース線

Claims (8)

  1.  横断面が翼形をした長い中空状の空間を形成する外皮と、長手方向に縦通され該外皮を内部から補強する桁と、を備える風車翼であって、
     前記外皮の翼根側部分は、幅方向に前縁を含む外皮本体と後縁を含む分割外皮とに分割され、
     該分割外皮は、前記外皮本体に対して長手方向に移動可能に、前記外皮本体または前記桁に取り付けられている風車翼。
  2.  前記分割外皮は、幅方向に対向する前記外皮本体と相互に重複するようにされている請求項1に記載された風車翼。
  3.  前記分割外皮には、長手方向に縦通され前記分割外皮を内部から補強する分割外皮桁が備えられている請求項1または請求項2に記載された風車翼。
  4.  少なくとも、前記本体外皮および前記桁は、長手方向に分割されている請求項1から請求項3のいずれか1項に記載された風車翼。
  5.  前記分割外皮は、長手方向に分割された部分分割外皮で構成され、該部分分割外皮同士は移動可能に取り付けられている請求項1から請求項4のいずれか1項に記載された風車翼。
  6.  前記分割外皮は、長手方向に分割された部分分割外皮で構成され、該部分分割外皮同士が結合手段により固定されている請求項1から請求項4のいずれか1項に記載された風車翼。
  7.  前記分割外皮の後縁側端部に、前記空間と外部空間とを接続するドレイン抜孔が形成されている請求項1から請求項6のいずれか1項に記載された風車翼。
  8.  前記分割外皮部は、導電性を有する結合部材によって取り付けられ、前記結合部材の少なくとも一部と前記空間に設置された本体アースとをアース線によって連結されている請求項1から請求項7のいずれか1項に記載された風車翼。
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