(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼根から翼先端までの翼の全長にわたって延びるボックス状断面を有する長尺主桁の前端面，後端面にそれぞれ発泡ウレタンからなる前縁翼部，後縁翼部を翼の全長にわたって突設するとともに、同前縁翼部，同後縁翼部，同主桁の外面を全長にわたって外皮により接着被覆してなるＧＦＲＰ製の風車翼において、上記主桁の背面，腹面とその外皮とを接着した接着層中に埋設され、それぞれ翼根部から翼先端にわたって連続的に張装された小断面の細線又は長箔からなる翼の全長を単位長として多重折りされた１本の長尺導電性線状材を備えたことを特徴とする、破壊予知可能型ＧＦＲＰ製風車翼。
【請求項２】
請求項１に記載された破壊予知可能型ＧＦＲＰ製風車翼において、翼根部に格納された複数の抵抗測定用端子を設け、上記長尺導電性線状材の両端をそれぞれ上記各抵抗測定用端子に接続したことを特徴とする、破壊予知可能型ＧＦＲＰ製風車翼。
【請求項３】
請求項１に記載された破壊予知可能型ＧＦＲＰ製風車翼において、複数の翼根部の回転中心ボスに同軸的に並設された複数のスリップリング及び同各スリップリングにそれぞれ当接するブラシを備え、風車の回転中に常時上記各長尺導電性線状材の抵抗値を測定可能としたことを特徴とする、破壊予知可能型ＧＦＲＰ製風車翼。
【請求項４】
請求項１に記載された破壊予知可能型ＧＦＲＰ製風車翼の破壊予知方法であって、定期的に風車翼の稼働を停止し、上記長尺導電性線状材の電気抵抗を測定して、その測定値の変化に基づいて翼の破壊を予知することを特徴とする、ＧＦＲＰ製風車翼の破壊予知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、風力発電用の破壊予知可能型ＧＦＲＰ製風車翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風力発電用の風車翼としては、従来、図２（Ａ）縦断面図及び同図（Ｂ）Ｂ−Ｂ斜視断面図に示すように、翼形形状を作る外皮１，２と、主として強度部材となる長方形枠状断面を有する長尺筒状材であるボックス状断面の主桁３及び中間充填材となる発泡ウレタン４，５から構成された翼が使用されている。ここで、外皮１，２と主桁３は、軽量・高強度化及び低コスト化の観点からＧＦＲＰ（Ｇｒａｓｓ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ）が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の発電用風車の翼は、発電効率の向上の点から、例えば、２５０ＫＷ級の風車の場合、翼の長さは約１２ｍ，回転直径は約２８ｍ程度になるというように、大型化の傾向にある。そのため、翼材料としては、軽量化及び高強度化の観点からプラスチック系の複合材料（ＦＲＰ）が用いられている。
また、風車の翼は、風を受け回転することにより遠心力による引張荷重を受けるとともに繰り返しの曲げ荷重を受ける。また、最近は少なくとも１０年以上の耐久性を保証しなければならないため、翼の疲労損傷に対する信頼性の確保が必要となっている。
そのため、翼の疲労強度の確保が必要であるが、風車用ＧＦＲＰ翼は長さが１０ｍを越える大型の製品であるため製造上のばらつきがあり、これまでに装置設置後５年前後で翼が折損し飛散した例が何件か報告されている。  翼が疲労損傷により回転中に破壊し、その先端が折損飛散した場合、長さが５〜１０ｍ，重量が何百ｋｇもあるものが遠心力により飛散するので、周囲の構造物あるいは人への衝突を考えた場合、非常に危険であり大きな問題となる。したがって、少なくとも翼が折損し飛散する前にその損傷情報を捉え、運転中（翼回転中）の折損事故だけは確実に防止することが非常に重要なのである。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みて提案されたもので、翼の内部的損傷を早期に検知して翼の折断〜飛散等の事故が回転中に発生することを防止することができる安全な破壊予知可能型ＧＦＲＰ風車翼及びその破壊予知方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そのために請求項１の発明の破壊予知可能型ＧＦＲＰ製風車翼は、翼根から翼先端までの翼の全長にわたって延びるボックス状断面を有する長尺主桁の前端面，後端面にそれぞれ発泡ウレタンからなる前縁翼部，後縁翼部を翼の全長にわたって突設するとともに、同前縁翼部，同後縁翼部，同主桁の外面を全長にわたって外皮により接着被覆してなるＧＦＲＰ製の風車翼において、上記主桁の背面，腹面とその外皮とを接着した接着層中に埋設され、それぞれ翼根部から翼先端にわたって連続的に張装された小断面の細線又は長箔からなる翼の全長を単位長として多重折りされた１本の長尺導電性線状材を備えたことを特徴としている。
【０００６】
請求項２の発明の破壊予知可能型ＧＦＲＰ製風車翼は、請求項１に記載された破壊予知可能型ＧＦＲＰ製風車翼において、翼根部に格納された複数の抵抗測定用端子を設け、上記長尺導電性線状材の両端をそれぞれ上記各抵抗測定用端子に接続したことを特徴としている。
【０００７】
請求項３の発明の破壊予知可能型ＧＦＲＰ製風車翼は、請求項１に記載された破壊予知可能型ＧＦＲＰ製風車翼において、複数の翼根部の回転中心ボスに同軸的に並設された複数のスリップリング及び同各スリップリングにそれぞれ当接するブラシを備え、風車の回転中に常時上記各長尺導電性線状材の抵抗値を測定可能としたことを特徴としている。
【０００８】
請求項４の発明のＧＦＲＰ製風車翼の破壊予知方法は、請求項１に記載された破壊予知可能型ＧＦＲＰ製風車翼の破壊予知方法であって、定期的に風車翼の稼働を停止し、上記長尺導電性線状材の電気抵抗を測定して、その測定値の変化に基づいて翼の破壊を予知することを特徴としている。
【０００９】
【作用】
このような構成によれば、翼の内部に埋設する導電性材料の形態は、ＧＦＲＰ翼材の強度を損なわないような細線状あるいは薄板状のもので、例えば金属繊維や箔あるいはカーボン繊維などである。また、埋め込む位置は、運転時の翼の派生応力が最も高く変形歪み量が大きい部分の表層近傍、例えば、外皮と主桁の間の接着層内がよい。
本発明においては、翼内部に配設した導電性材料の電気抵抗を測定することにより、翼の僅かな損傷を検知することができ、稼働中における翼の折断〜飛散という最悪の事故を起こす前に、対策を施すことができる。
【００１０】
【実施例】
本発明を２５０ＫＷ級の発電風車に適用した一実施例を図面について説明すると、図１はその風車翼の横断面図を示す斜視図である。
【００１１】
上図において、図２と同一の符号はそれぞれ同図と同一の部材を示し、本発明が図２の構造と大きく相違するところは主桁〜外皮間の接着層部に、線径φ１．５ｍｍの銅線を主桁３の背面，腹面とその外皮１との間の接着層６，７中に埋設的に翼先端から翼根まで連続的に張装したことにある。
【００１２】
この試作翼の腹側から外皮，接着層（銅線部を含む）、主桁を含む大型の疲労試験片（長さ；６００ｍｍ，幅；１２０ｍｍ，板あつ；２０ｍｍ）を切出し、加工後の試験片の銅線の電気抵抗を測定した結果、１．６〜１．７μΩ・ｃｍであった。
【００１３】
次に、この電気抵抗の測定後、引張の疲労試験を実施した。引張負荷応力は、０．３〜３．０ｋｇ／ｍｍ2 の繰り返しとし、銅線の電気抵抗測定では連続的に記録をとった。
その結果、繰り返し回数が２×１０6 回を越えたところで銅線の電気抵抗が∞となり銅線が破断したことが確認された。
そこで、試験片の詳細な観察を行ったところ、試験片中央部に微細な亀裂が多数発生しており、その中の一つは、長さ約５ｍｍ程度のもので深さは試験片の肉厚の１／３まで進展しており、この部分で埋め込まれた銅線が破断していることが判明した。
【００１４】
以上のことから、ＧＦＲＰ翼の主桁〜外皮間の接着層部に翼先端から翼根にわたって導電性を有する複数の連続線を張装し、その電気抵抗を測定することにより、翼の折損，飛散という最悪の事態を起こす前に、上記導電性抵抗線の損傷を検知して対策を施すことが可能であることが確認できた。
なお、連続線を翼の腹面，背面及び又は前縁，後縁に沿って翼全長にわたって布設しておくことにより、損傷が腹面，背面のいずれで起きるか前縁，後縁のいずれで起きるかの別も検知できる。
【００１５】
【発明の効果】
このような本発明によれば、翼内部に長手方向に全長を多重に折り曲げた形で張装埋設した長尺の導電性材料の電気抵抗を測定することにより、翼の初期損傷を検知でき、翼の折損さらに飛散という最悪の事態を起こす前に対策を施すことができる。また、これまでかなりの費用をかけて行ってきた翼の定期的な損傷検査（目視検査，非破壊検査）を実施する必要もなくなるため、保守検査費用が大幅に削減できる。
【００１６】
要するに、請求項１の発明の破壊予知可能型ＧＦＲＰ製風車翼によれば、翼根から翼先端までの翼の全長にわたって延びるボックス状断面を有する長尺主桁の前端面，後端面にそれぞれ発泡ウレタンからなる前縁翼部，後縁翼部を翼の全長にわたって突設するとともに、同前縁翼部，同後縁翼部，同主桁の外面を全長にわたって外皮により接着被覆してなるＧＦＲＰ製の風車翼において、上記主桁の背面，腹面とその外皮とを接着した接着層中に埋設され、それぞれ翼根部から翼先端にわたって連続的に張装された小断面の細線又は長箔からなる翼の全長を単位長として多重折りされた１本の長尺導電性線状材を備えているので、翼の内部的損傷を早期に検知して翼の折断〜飛散等の事故が回転中に発生することを防止することができる安全な破壊予知可能型ＧＦＲＰ風車翼及びその破壊予知方法を得るから、本発明は産業上極めて有益なものである。
【００１７】
請求項２の発明の破壊予知可能型ＧＦＲＰ製風車翼によれば、請求項１に記載された破壊予知可能型ＧＦＲＰ製風車翼において、翼根部に格納された複数の抵抗測定用端子を設け、上記長尺導電性線状材の両端をそれぞれ上記各抵抗測定用端子に接続するようにしたので、翼の内部的損傷を早期に検知して翼の折断〜飛散等の事故が回転中に発生することを防止することができるとともに、その導電性線状材の抵抗値を測定することが容易である安全な破壊予知可能型ＧＦＲＰ風車翼を得るから、本発明は産業上極めて有益なものである。
【００１８】
請求項３の発明の破壊予知可能型ＧＦＲＰ製風車翼によれば、請求項１に記載された破壊予知可能型ＧＦＲＰ製風車翼において、複数の翼根部の回転中心ボスに同軸的に並設された複数のスリップリング及び同各スリップリングにそれぞれ当接するブラシを備え、風車の回転中に常時上記各長尺導電性線状材の抵抗値を測定可能としたので、翼の内部的損傷を早期に検知して翼の折断〜飛散等の事故が回転中に発生することを防止することができ、翼の回転中でもその電気抵抗値を測定することができ、定期検査を実施する必要をなくし保守コストを大幅に削減することができる安全な破壊予知可能型ＧＦＲＰ風車翼を得るから、本発明は産業上極めて有益なものである。
【００１９】
請求項４の発明のＧＦＲＰ製風車翼の破壊予知方法によれば、請求項１に記載された破壊予知可能型ＧＦＲＰ製風車翼の破壊予知方法であり、定期的に風車翼の稼働を停止し、上記長尺導電性線状材の電気抵抗を測定して、その測定値の変化に基づいて翼の破壊を予知するようにしたので、翼の内部的損傷を早期に検知して翼の折断〜飛散等の事故が回転中に発生することを防止することができる安全な破壊予知可能型ＧＦＲＰ風車翼の破壊予知方法を得るから、本発明は産業上極めて有益なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を２５０ＫＷ出力の風力発電用翼車に適用した実施例のＧＦＲＰ試作翼の横断面を示す斜視図である。
【図２】従来の発電用風車のＦＲＰ翼を示し、同図（Ａ）はＦＲＰ翼の断面図、同図（Ｂ）はそのＢ−Ｂ横断面を示す斜視図である。
【符号の説明】
１    背側外皮（ＧＦＲＰ）
２    腹側外皮（ＧＦＲＰ）
３    主桁（ＧＦＲＰ）
４    後縁翼部発泡ウレタン
５    前縁翼部発泡ウレタン
６    背側接着層（ＧＦＲＰ）
７    腹側接着層（ＧＦＲＰ）
８    前縁（リーディングエッジ）
９    後縁（トレーリングエッジ）
１０    背側銅線（φ１．５ｍｍ）
１１    腹側銅線（φ１．５ｍｍ）
【図１】
0003576262.tif 000002
【図２】
0003576262.tif 000003