(57)【要約】風力タービンブレードであって、該ブレードが、該ブレードの負圧側および正圧側に外面を形成する空力プロファイルを有するシェルを含み、少なくとも1つの補強部材が、ロッド(9)の第1の端部(11)と第2の端部(12)との間に最大断面を有するロッド(9)を含み、かつ、内部空間(7)内を、その長手方向が該内部空間内の該負圧側(3)と該正圧側(4)との間にあるように延び、該シェルが、該ブレード(1)の該負圧側または該正圧側に第1の貫通孔を有し、該第1の貫通孔が、該ロッド(9)の該最大断面よりも大きな最小断面を有し、該ロッド(9)が、該第1の端部(11)に配置された第1のヘッド(14)を有し、該第1のヘッド(14)が、該第1の貫通孔の該最小断面よりも大きな断面を有しかつ該シェルの該外面に取り付けられており、該ロッド(9)が該第1の貫通孔を通って該第1のヘッド(14)から該内部空間(7)内へと延び、該ロッド(9)の該第2の端部(12)が、ねじ(15)によって該シェル中の第2の貫通孔に取り付けられており、該ねじ(15)が、該シェルの該外面に載置された第2のヘッド(16)と、該シェル中の該第2の貫通孔を通って延びかつ該ロッド(9)の該第2の端部(12)にねじ接続されたねじ山付きシャンクとを有する、風力タービンブレード。2018514707.tif 000025
2018514707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービンブレードであって、
該ブレードが、該ブレードの負圧側および正圧側にそれぞれ外面を形成する空力プロファイルを有するシェルと、該ブレード内の内部空間とを含み、
該負圧側および該正圧側は、前縁および後縁によって分けられ、通常運転中に該ブレードが空間を動く方向によって定まり、
該風力タービンブレードが、該ブレードの強度を高めるために該シェルに接続された複数の細長い補強部材をさらに含み、
少なくとも1つの該細長い補強部材がそれぞれ、第1の端部および第2の端部を有しかつ該第1の端部と該第2の端部との間において延び、かつ一方の端部が該シェルの該負圧側に接続され、他方の端部が該シェルの該正圧側に接続され、これにより該シェルの変形が防止され、
該細長い補強部材のうちの少なくともいくつかが、圧縮力および引張力の両方に耐えるように適合されており、
該補強部材が、ロッドの第1の端部と第2の端部との間に最大断面を有するロッドを含み、かつ、該内部空間内を、その長手方向が該内部空間内の該負圧側と該正圧側との間にあるように延び、
該シェルが、該ブレードの該負圧側または該正圧側に第1の貫通孔を有し、該第1の貫通孔が、該ロッドの該最大断面よりも大きな最小断面を有し、
該ロッドが、該第1の端部に配置された第1のヘッドを有し、該第1のヘッドが、該第1の貫通孔の該最小断面よりも大きな断面を有しかつ該シェルの該外面に取り付けられており、
該ロッドが、該第1の貫通孔を通って該第1のヘッドから該内部空間内へと延び、
該ロッドの該第2の端部が、ねじによって該シェル中の第2の貫通孔に取り付けられており、該ねじが、該シェルの該外面に載置された第2のヘッドと、該シェル中の該第2の貫通孔を通って延びかつ該ロッドの該第2の端部にねじ接続されたねじ山付きシャンクとを有する、
風力タービンブレード。
【請求項２】
前記ロッドの前記第1のヘッドが、前記第1の貫通孔を通って延びかつ該ロッドの前記第1の端部にねじ接続されたねじ山付きシャンクをさらに有するねじによって形成されている、請求項1に記載の風力タービンブレード。
【請求項３】
前記第2の貫通孔が、前記ロッドの前記第2の端部の断面よりも小さな断面を有し、前記第2のヘッドを有する前記ねじにおける前記シャンクの断面が、該第2の貫通孔の該断面よりもわずかに小さい、請求項1または2に記載の風力タービンブレード。
【請求項４】
前記第1のヘッドが、前記シェルの外面に付着または接着されている、請求項1、2、または3に記載の風力タービンブレード。
【請求項５】
前記第2のヘッドが、前記シェルの外面に付着または接着されている、請求項4に記載の風力タービンブレード。
【請求項６】
前記第1の貫通孔および前記第2の貫通孔が、円柱形であり、かつ、前記ブレードの前記内部空間から離れる方向に次第に大きくなる断面を有し、前記第1のヘッドおよび前記第2のヘッドがいずれも、該ブレードの該内部空間から離れる方向に次第に大きくなる相補的な断面を有する、請求項5の一つまたは複数に記載の風力タービンブレード。
【請求項７】
前記貫通孔および前記ヘッドの次第に大きくなる断面が円錐形である、請求項7に記載の風力タービン。
【請求項８】
以下の段階を含む、前記請求項のうちの一項または複数項に記載の風力タービンブレード内に前記細長い補強部材を設置する方法:
前記シェルの前記負圧側および前記正圧側において、該シェルにおける対向位置に、前記第1の貫通孔および前記第2の貫通孔を設ける段階;
前記第1のヘッドが該シェルの外面に載置されるように、前記ロッドを該第1の貫通孔に挿入する段階;
該ロッドの前記第2の端部を該第2の貫通孔の正面に位置づける段階;
前記第2のヘッドを有する前記ねじを該ロッドの該第2の端部にねじ接続する段階。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力タービンに関し、特に、風力タービンブレードであって、該ブレードの負圧側（サクション側）および正圧側（プレッシャー側）を形成する空力プロファイルを有するシェルを含み、該負圧側および該正圧側は、前縁および後縁によって分けられ、通常運転中に該ブレードが空間を動く方向によって定まり、該ブレードの強度を高めるために複数の細長い補強部材が該シェルに接続され、少なくとも1つの該細長い補強部材がそれぞれ、第1の端部および第2の端部を有しかつ該第1の端部と該第2の端部との間において延び、第1の端部が該シェルの該負圧側に接続され、第2の端部が該シェルの該正圧側に接続され、これにより該シェルの変形が防止される、風力タービンブレードに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記種類の補強要素の様々な態様が、風力タービンブレードを補強する目的で提案されている。
【発明の概要】
【０００３】
発明の目的
この背景に基づいて、本発明の目的は、既存の風力タービンブレードに装着することが先行技術の補強要素に比べて容易な補強要素を有する、風力タービンブレードおよび風力タービンを提供することにある。
【０００４】
本発明によれば、これは、空力プロファイル（輪郭、断面形状、外形）の外側から補強部材を装着する、例えばレトロフィット（後付け）することができる、請求項1記載の風力タービンブレードにより得られる。
【０００５】
本発明の好ましい態様では、ロッドの第1のヘッドは、第1の貫通孔を通って延びかつ該ロッドの第1の端部にねじ接続されたねじ山付きシャンクをさらに有するねじによって形成される。
【０００６】
さらに、第2の貫通孔の断面は、有利には、ロッドの第2の端部の断面よりも小さくてもよく、第2のヘッドを有するねじにおけるシャンクの断面は、該第2の貫通孔の該断面よりもわずかに小さくてもよく、そのため、該ロッドの該第2の端部は、空力プロファイルの内面に載置されるのに適しうる。
【０００７】
第1および/または第2のヘッドは、有利には、シェルの外面に付着または接着されうる。
【０００８】
さらなる好ましい態様では、第1および第2の貫通孔は、円柱形であり、ブレードの内部空間から離れる方向に次第に大きくなる断面を有し、第1および第2のヘッドはいずれも、該ブレードの該内部空間から離れる方向に次第に大きくなる相補的な断面を有し、これにより、該第1および第2のヘッドは該貫通孔の該断面にぴったりと嵌合する。
【０００９】
これに関して、好ましくは、貫通孔およびヘッドの次第に大きくなる断面は円錐状でありうる。
【００１０】
本発明によれば、以下の段階を含む、前記請求項のうちの一項または複数項に記載の風力タービンブレード内に細長い補強部材を設置も提供される:
シェルの負圧側および正圧側において、該シェルにおける対向位置に、第1の貫通孔および第2の貫通孔を設ける段階;
第1のヘッドが該シェルの外面に載置されるように、ロッドを該第1の貫通孔に挿入する段階;
該ロッドの第2の端部を該第2の貫通孔の正面に位置づける段階;
第2のヘッドを有するねじを該ロッドの該第2の端部にねじ接続する段階。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
以下では、本発明の1つまたは複数の態様を図面を参照してさらに詳細に説明する。
【００１２】
【図１】補強部材が配置された位置における本発明の風力タービンブレードの断面を示す原理図、および補強部材を伴う風力タービンブレードの詳細の分解図である。
【図２】補強部材が配置された位置における図1に示すのと同じ風力タービンブレードの断面を示す原理図、および組立状態の補強部材を伴う風力タービンブレードの詳細の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
例示的態様の説明
図1および図2は、負圧側3および正圧側4を有する空力プロファイルを形成するシェル2を有する、風力タービンブレード1の同じ断面を示し、負圧側および正圧側は、前縁5および後縁6によって分けられ、風力タービンブレードが該ブレードの通常使用時に空間を移動する方向によって定められる。
【００１４】
したがって、シェルは内部空間7を取り囲むものであり、風力タービンブレードに剛性を与えるために複数のガーダーを内部空間内に配置してもよいし、配置しなくてもよい。
【００１５】
風力タービンブレード1のシェル2における変形をさらに低減するために、本発明の補強部材を、風力タービンブレード1の負圧側3と正圧側4との間において延びるように装着する。
【００１６】
図1の補強部材の分解図に示すように、本発明によれば、補強部材は、風力タービンブレード1の負圧側3と正圧側4との間において延びるロッド9、および、好ましい態様において、ロッド9の最大断面よりも小さな最小断面を有する貫通孔10を含み、これにより、ロッドは貫通孔10を通じて内部空間7に挿入可能になる。
【００１７】
この態様では、円錐形のねじヘッド14を有する第1のねじ13によって、ロッド9の第1の端部11が負圧側3に取り付けられ、第2の円錐形のヘッド16を有しかつ正圧側4の第2の貫通孔17を通って延びる第2のねじ15によって、ロッド9の第2の端部12が正圧側4に取り付けられる。図に示すように、第2の貫通孔17は、ロッド9の第2の端部12における断面よりも小さな最小断面を有することができ、そのため、補強部材の組立状態では、ロッド9の第2の端部12は、シェル2の内側に載置される。
【００１８】
組立状態で、第1および第2のねじはシェル2に付着または接着されていることが好ましく、これにより、補強部材は、シェル2の変形によりロッド9に作用する圧縮力および引張力の両方に対する耐性を与える。
【００１９】
本発明は、異なる態様の風力タービンブレードを補強することに関して使用可能であるが、以下で開示される風力タービンブレードなどの細長い風力タービンブレードを補強することに関して特に有利である。そのような風力タービンブレードにおいては、補強が必要な任意の場所において本発明の補強部材を使用することで、ロッド9に作用する圧縮力および引張力の両方に対する耐性を与えることができるが、補強部材は、他のやり方では到達が非常に困難である風力タービンブレードの遠位端に装着するために特に有利である。
【００２０】
したがって、本発明の補強部材は、空力プロファイル内の内部空間への到達を必要とする補強部材、例えば本明細書の以下の図17、図19、および図20ならびに第2図および第3図に示す態様に対する代替物として使用可能である。
【００２１】
屈曲に供されるそのような風力タービンブレードは、中立軸に沿った荷重の方向に撓む。風力タービンブレードは可撓性構造であり、ブレードの撓みにより空力プロファイルの変形が導入されうる。風力タービンブレードは、運転モード中および静止/休止モード中に、縁沿いに大きな撓み、屈曲、および振動を経験し、これらは、ブレードに作用する空力荷重、およびブレードの重量により引き起こされる重力荷重によって引き起こされる。タービン運転時にブレードに交互に作用する重力荷重によって、ブレードの中央部においてパネルの変形が生じる。図1aを参照されたい。
2018514707.tif 000003
【００２２】
図2aに示すように、ブレードの中央3分の1の部分において、空力プロファイルが変形する。
2018514707.tif 000004
【００２３】
変形は、図示されているように内向きおよび外向きの両方でありうるし、ブレードの方位角に直接関連している。図3aを参照されたい。
2018514707.tif 000005
【００２４】
変形は特に後縁パネルにおいて生じる。
空力プロファイルのこれらの変形は、図4aに点線で示すように、後縁パネル中でのブレードの長さ方向に沿った歪みを引き起こす。歪みによって横割れが現れることがある。
2018514707.tif 000006
【００２５】
図5aに見られるように、ブレードに沿った変形が示されている。
2018514707.tif 000007
【００２６】
2018514707.tif 000008
図6aでは、後縁ブレードの歪み挙動を赤/黄色および濃青色で示す。
【００２７】
2018514707.tif 000009
図7aに示す現象は、後縁パネルの相対変位であり、図8aに黒線で示すようにブレード上で生じる。
2018514707.tif 000010
【００２８】
図7aに示す相対変位パターンを有することで、パネルが屈曲し、横割れの前提条件が作り出される。
ここでのアイデアは、屈曲パターンをできるだけ平滑にするというものであり、すなわち、ピーク（図7aの緑色三角形の部分を参照）を取り除くべきであるということである。。これは、圧縮力を吸収することができる補強装置を挿入することで行われる。図9aを参照されたい。
2018514707.tif 000011
【００２９】
最大翼弦区域において、コストを節約するために一定割合のコア材料を除去すべきである場合、後縁パネルは図10aに見られるように歪む。
2018514707.tif 000012
【００３０】
中央部の場合と同様に、ピークを除去することでパネルは屈曲に供されにくくなる。しかし、この場合、最大翼弦区域において、圧縮力のみを吸収することができる補剛要素と引張力のみを吸収することができる補剛要素との組み合わせが必要である。図10aを参照されたい。
【００３１】
・発泡材料
ブレードを製造する際に使用される主な材料は、主にガラス繊維強化プラスチック(GFRP)である。これは複合材料と呼ばれることもある。ブレードの異なる部分は、異なる種類および積層構成のGFRPを有する。後縁において、パネルは、GFRPおよびコアでできたいわゆるサンドイッチ構造により構築される。図11を参照されたい。
【００３２】
図11a:サンドイッチ構造の構成要素
2018514707.tif 000013
サンドイッチ構造の複合材料は、特殊なクラスの複合材料であり、薄いが剛性である2つの外板を、軽量だが厚いコアに取り付けることで作製される。コア材料は、通常は低強度材料であるが、その厚さが比較的大きいことにより、高い屈曲剛性および低い全体密度がサンドイッチ複合材料に与えられる。
【００３３】
風力タービンブレードでは、中央部において後縁パネルが屈曲に供される。提案されているD-Stiffenerは屈曲の大きさを低下させるものであり、したがって、同じ特性を維持しながらコア材料の厚さを減少させることができる。
【００３４】
・空力インプット
空力プロファイルは、流れに供される際に2つの力、すなわち揚力および抗力を生じさせる、特殊な幾何形状である。図12を参照されたい。
【００３５】
2018514707.tif 000014
揚力は、風力タービンブレードに動力を与える力である。一般に、ブレードが設計される際に、使用される空力プロファイルは、ブレードが運転中のときに変形するとは考えられない。しかし、これは正しくない。図2aを参照されたい。
【００３６】
風力タービンブレードは、中央部において動力の大部分を先端部に向けて生じさせる。プロファイルの全体形状の変化により、動力曲線は、実際には設計者が想定したものとは異なることがある。
【００３７】
D-Stiffenerを使用することで、プロファイルが屈曲することが防止され、したがって空力プロファイルはその本来の形状を保持する。
【００３８】
1  解決手段/特許/アイデア
この問題に対する解決手段は、負圧側パネルと正圧側パネルとの間に補剛要素を挿入することで後縁パネルの変位を最小化するというものである。これは、異なるレトロフィット手段によって実現可能である。
【００３９】
補剛装置は、製造プロセス中にレトロフィットし設置することができる。
【００４０】
2  パネルの波打ちに関する詳細
2.1  ケース1 - 後縁パネルの局所のみの波打ち
2018514707.tif 000015
【００４１】
2.2  ケース2 - 後縁パネルの全体的圧縮
2018514707.tif 000016
荷重下で、後縁パネルが内向きに変形する。これは、パネルは圧縮力下にあるが、長手方向の波打ちによる変動は小さいことを意味する。
【００４２】
2.3  ケース3 - 後縁パネルの全体的引張
2018514707.tif 000017
荷重下で、後縁パネルが外向きに変形する。これは、パネルは引張力下にあるが、長手方向の波打ちによる変動は小さいことを意味する。
【００４３】
3  解決手段
3.1  オプション1
この解決手段は、空力プロファイルのコア材料に装着された2つのインサートと、2つのインサートの間に設置された補剛要素とからなる。2つのインサートは、接着剤または機械的締結によって空力プロファイルに締結される。補剛要素が2つのインサートの間で圧縮力下にあるように、補剛要素が各インサートに取り付けられる。
2018514707.tif 000018
【００４４】
3.2  オプション2
この解決手段は、空力プロファイルに装着されたインサートと、補剛要素とからなる。インサートは、接着剤または機械的締結によって空力プロファイルに締結される。補剛要素は機械的接続によってインサートに取り付けられ、機械的接続により補剛要素の位置の調節が可能になる。インサートと、対向する空力プロファイルシェルとの間で補剛要素が圧縮力下にあるように、補剛要素の位置を調節することができる。
2018514707.tif 000019
【００４５】
3.3  オプション3
この解決手段は、2つのインサートと補剛要素とからなる。インサートは空力プロファイル中の孔を通じて導入される。空力プロファイルの内側で、インサートは膨張機構を有し、膨張機構が膨張すると、インサートが押し出されるのが防止される。補剛要素が2つのインサートの間で圧縮力下にあるように、補剛要素が各インサートに取り付けられる。
2018514707.tif 000020
【００４６】
3.4  オプション4
この解決手段は、2つのインサートと補剛要素とからなる。インサートは空力プロファイル中の孔を通じて導入される。空力プロファイルの内側で、インサートは膨張機構を有し、膨張機構が膨張すると、インサートが押し出されるのが防止される。補剛要素が2つのインサートの間で圧縮力下にあるように、補剛要素が各インサートに取り付けられる。
2018514707.tif 000021
【００４７】
図20aは、オプション4に使用されるインサートのありうる構成を示す。インサートは非膨張状態および膨張状態で示されている。
2018514707.tif 000022
【００４８】
3.5  オプション5
この解決手段は、ストリングとロッド補剛要素とからなる。ストリングは空力プロファイルの後縁パネルに設置される(第1図)。ストリングに引張力が加えられる前に、ロッド補剛要素、例えば、剛性材料の管がストリングの周りに設置される。細長い装置を使用してストリングをブレードの内側から引っ張ることで、ストリングのループをブレードの根部に向けて引き下げることができ、サービステクニシャンはロッド補剛要素をストリング上に設置することができる。ロッド補剛要素がストリング上に設置されるときに、ストリングはブレードの外側から引っ張られ、これにより補剛要素は定位置に引っ張られる(第2図)。補剛要素が定位置にあるときに、ストリングに引張力が加えられる。ストリングの引張力によって空力プロファイルの後縁パネルは内向きに変形し、これによりロッド補剛要素は後縁パネルの間で圧縮力下にある(第3図)。
2018514707.tif 000023
2018514707.tif 000024
【図１】
2018514707.tif 000026
【図２】
2018514707.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月1日(2018.3.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービンブレード(1)であって、
該ブレード(1)が、該ブレードの負圧側(3)および正圧側(4)にそれぞれ外面を形成する空力プロファイルを有するシェルと、該ブレード内の内部空間(7)とを含み、
該負圧側(3)および該正圧側(4)は、前縁(6)および後縁(5)によって分けられ、通常運転中に該ブレードが空間を動く方向によって定まり、
該風力タービンブレード(1)が、該ブレードの強度を高めるために該シェルに接続された複数の細長い補強部材をさらに含み、
少なくとも1つの該細長い補強部材がそれぞれ、第1の端部(12)および第2の端部(11)を有しかつ該第1の端部(12)と該第2の端部(11)との間において延び、かつ一方の端部が該シェルの該負圧側に接続され、他方の端部が該シェルの該正圧側に接続され、これにより該シェルの変形が防止され、
該細長い補強部材のうちの少なくともいくつかが、圧縮力および引張力の両方に耐えるように適合されており、
該補強部材が、ロッド(9)の第1の端部(12)と第2の端部(11)との間に最大断面を有するロッド(9)を含み、かつ、該内部空間(7)内を、その長手方向が該内部空間(7)内の該負圧側(3)と該正圧側(4)との間にあるように延び、
該シェルが、該ブレードの該負圧側または該正圧側に第1の貫通孔を有し、該第1の貫通孔が、該ロッド(9)の該最大断面よりも大きな最小断面を有し、
該ロッド(9)が、該第1の端部(12)に配置された第1のヘッド(16)を有し、該第1のヘッド(16)が、該第1の貫通孔の該最小断面よりも大きな断面を有しかつ該シェルの該外面に取り付けられており、
該ロッド(9)が、該第1の貫通孔を通って該第1のヘッド(16)から該内部空間(7)内へと延び、
該ロッド(9)の該第2の端部(11)が、ねじ(13)によって該シェル中の第2の貫通孔に取り付けられており、該ねじ(13)が、該シェルの該外面に載置された第2のヘッド(14)と、該シェル中の該第2の貫通孔を通って延びかつ該ロッド(9)の該第2の端部(11)にねじ接続されたねじ山付きシャンクとを有し、
該第1の貫通孔および該第2の貫通孔が、円柱形であり、かつ、該ブレード(1)の該内部空間(7)から離れる方向に次第に大きくなる断面を有し、該第1のヘッド(16)および該第2のヘッド(14)がいずれも、該ブレード(1)の該内部空間(7)から離れる方向に次第に大きくなる相補的な断面を有する、
風力タービンブレード。
【請求項２】
前記ロッド(9)の前記第1のヘッド(16)が、前記第1の貫通孔を通って延びかつ該ロッド(9)の前記第1の端部(12)にねじ接続されたねじ山付きシャンクをさらに有するねじ(15)によって形成されている、請求項1に記載の風力タービンブレード。
【請求項３】
前記第2の貫通孔が、前記ロッド(9)の前記第2の端部(11)の断面よりも小さな断面を有し、前記第2のヘッド(14)を有する前記ねじ(13)における前記シャンクの断面が、該第2の貫通孔の該断面よりもわずかに小さい、請求項1または2に記載の風力タービンブレード。
【請求項４】
前記第1のヘッド(16)が、前記シェルの外面に付着または接着されている、請求項1、2、または3に記載の風力タービンブレード。
【請求項５】
前記第2のヘッド(14)が、前記シェルの外面に付着または接着されている、請求項4に記載の風力タービンブレード。
【請求項６】
前記貫通孔および前記ヘッドの次第に大きくなる断面が円錐形である、請求項1に記載の風力タービンブレード。
【請求項７】
以下の段階を含む、前記請求項のうちの一項または複数項に記載の風力タービンブレード(1)内に前記細長い補強部材を設置する方法:
前記シェルの前記負圧側(3)および前記正圧側(4)において、該シェルにおける対向位置に、前記第1の貫通孔および前記第2の貫通孔を設ける段階;
前記第1のヘッドが該シェルの外面に載置されるように、前記ロッド(9)を該第1の貫通孔に挿入する段階;
該ロッド(9)の前記第2の端部(11)を該第2の貫通孔の正面に位置づける段階;
前記第2のヘッド(14)を有する前記ねじ(13)を該ロッド(9)の該第2の端部(11)にねじ接続する段階。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力タービンに関し、特に、風力タービンブレードであって、該ブレードの負圧側（サクション側）および正圧側（プレッシャー側）を形成する空力プロファイルを有するシェルを含み、該負圧側および該正圧側は、前縁および後縁によって分けられ、通常運転中に該ブレードが空間を動く方向によって定まり、該ブレードの強度を高めるために複数の細長い補強部材が該シェルに接続され、少なくとも1つの該細長い補強部材がそれぞれ、第1の端部および第2の端部を有しかつ該第1の端部と該第2の端部との間において延び、第1の端部が該シェルの該負圧側に接続され、第2の端部が該シェルの該正圧側に接続され、これにより該シェルの変形が防止される、風力タービンブレードに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記種類の補強要素の様々な態様が、風力タービンブレードを補強する目的で提案されている。
【発明の概要】
【０００３】
発明の目的
この背景に基づいて、本発明の目的は、既存の風力タービンブレードに装着することが先行技術の補強要素に比べて容易な補強要素を有する、風力タービンブレードおよび風力タービンを提供することにある。
【０００４】
本発明によれば、これは、空力プロファイル（輪郭、断面形状、外形）の外側から補強部材を装着する、例えばレトロフィット（後付け）することができる、請求項1記載の風力タービンブレードにより得られる。
【０００５】
本発明の好ましい態様では、ロッドの第1のヘッドは、第1の貫通孔を通って延びかつ該ロッドの第1の端部にねじ接続されたねじ山付きシャンクをさらに有するねじによって形成される。
【０００６】
さらに、第2の貫通孔の断面は、有利には、ロッドの第2の端部の断面よりも小さくてもよく、第2のヘッドを有するねじにおけるシャンクの断面は、該第2の貫通孔の該断面よりもわずかに小さくてもよく、そのため、該ロッドの該第2の端部は、空力プロファイルの内面に載置されるのに適しうる。
【０００７】
第1および/または第2のヘッドは、有利には、シェルの外面に付着または接着されうる。
【０００８】
さらなる好ましい態様では、第1および第2の貫通孔は、円柱形であり、ブレードの内部空間から離れる方向に次第に大きくなる断面を有し、第1および第2のヘッドはいずれも、該ブレードの該内部空間から離れる方向に次第に大きくなる相補的な断面を有し、これにより、該第1および第2のヘッドは該貫通孔の該断面にぴったりと嵌合する。
【０００９】
これに関して、好ましくは、貫通孔およびヘッドの次第に大きくなる断面は円錐状でありうる。
【００１０】
本発明によれば、以下の段階を含む、前記請求項のうちの一項または複数項に記載の風力タービンブレード内に細長い補強部材を設置も提供される:
シェルの負圧側および正圧側において、該シェルにおける対向位置に、第1の貫通孔および第2の貫通孔を設ける段階;
第1のヘッドが該シェルの外面に載置されるように、ロッドを該第1の貫通孔に挿入する段階;
該ロッドの第2の端部を該第2の貫通孔の正面に位置づける段階;
第2のヘッドを有するねじを該ロッドの該第2の端部にねじ接続する段階。
[本発明1001]
風力タービンブレードであって、
該ブレードが、該ブレードの負圧側および正圧側にそれぞれ外面を形成する空力プロファイルを有するシェルと、該ブレード内の内部空間とを含み、
該負圧側および該正圧側は、前縁および後縁によって分けられ、通常運転中に該ブレードが空間を動く方向によって定まり、
該風力タービンブレードが、該ブレードの強度を高めるために該シェルに接続された複数の細長い補強部材をさらに含み、
少なくとも1つの該細長い補強部材がそれぞれ、第1の端部および第2の端部を有しかつ該第1の端部と該第2の端部との間において延び、かつ一方の端部が該シェルの該負圧側に接続され、他方の端部が該シェルの該正圧側に接続され、これにより該シェルの変形が防止され、
該細長い補強部材のうちの少なくともいくつかが、圧縮力および引張力の両方に耐えるように適合されており、
該補強部材が、ロッドの第1の端部と第2の端部との間に最大断面を有するロッドを含み、かつ、該内部空間内を、その長手方向が該内部空間内の該負圧側と該正圧側との間にあるように延び、
該シェルが、該ブレードの該負圧側または該正圧側に第1の貫通孔を有し、該第1の貫通孔が、該ロッドの該最大断面よりも大きな最小断面を有し、
該ロッドが、該第1の端部に配置された第1のヘッドを有し、該第1のヘッドが、該第1の貫通孔の該最小断面よりも大きな断面を有しかつ該シェルの該外面に取り付けられており、
該ロッドが、該第1の貫通孔を通って該第1のヘッドから該内部空間内へと延び、
該ロッドの該第2の端部が、ねじによって該シェル中の第2の貫通孔に取り付けられており、該ねじが、該シェルの該外面に載置された第2のヘッドと、該シェル中の該第2の貫通孔を通って延びかつ該ロッドの該第2の端部にねじ接続されたねじ山付きシャンクとを有する、
風力タービンブレード。
[本発明1002]
前記ロッドの前記第1のヘッドが、前記第1の貫通孔を通って延びかつ該ロッドの前記第1の端部にねじ接続されたねじ山付きシャンクをさらに有するねじによって形成されている、本発明1001の風力タービンブレード。
[本発明1003]
前記第2の貫通孔が、前記ロッドの前記第2の端部の断面よりも小さな断面を有し、前記第2のヘッドを有する前記ねじにおける前記シャンクの断面が、該第2の貫通孔の該断面よりもわずかに小さい、本発明1001または1002の風力タービンブレード。
[本発明1004]
前記第1のヘッドが、前記シェルの外面に付着または接着されている、本発明1001、1002、または1003の風力タービンブレード。
[本発明1005]
前記第2のヘッドが、前記シェルの外面に付着または接着されている、本発明1004の風力タービンブレード。
[本発明1006]
前記第1の貫通孔および前記第2の貫通孔が、円柱形であり、かつ、前記ブレードの前記内部空間から離れる方向に次第に大きくなる断面を有し、前記第1のヘッドおよび前記第2のヘッドがいずれも、該ブレードの該内部空間から離れる方向に次第に大きくなる相補的な断面を有する、本発明1005の一つまたは複数の風力タービンブレード。
[本発明1007]
前記貫通孔および前記ヘッドの次第に大きくなる断面が円錐形である、本発明1007の風力タービン。
[本発明1008]
以下の段階を含む、前記本発明の風力タービンブレード内に前記細長い補強部材を設置する方法:
前記シェルの前記負圧側および前記正圧側において、該シェルにおける対向位置に、前記第1の貫通孔および前記第2の貫通孔を設ける段階;
前記第1のヘッドが該シェルの外面に載置されるように、前記ロッドを該第1の貫通孔に挿入する段階;
該ロッドの前記第2の端部を該第2の貫通孔の正面に位置づける段階;
前記第2のヘッドを有する前記ねじを該ロッドの該第2の端部にねじ接続する段階。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
以下では、本発明の1つまたは複数の態様を図面を参照してさらに詳細に説明する。
【００１２】
【図１】補強部材が配置された位置における本発明の風力タービンブレードの断面を示す原理図、および補強部材を伴う風力タービンブレードの詳細の分解図である。
【図２】補強部材が配置された位置における図1に示すのと同じ風力タービンブレードの断面を示す原理図、および組立状態の補強部材を伴う風力タービンブレードの詳細の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
例示的態様の説明
図1および図2は、負圧側3および正圧側4を有する空力プロファイルを形成するシェル2を有する、風力タービンブレード1の同じ断面を示し、負圧側および正圧側は、前縁5および後縁6によって分けられ、風力タービンブレードが該ブレードの通常使用時に空間を移動する方向によって定められる。
【００１４】
したがって、シェルは内部空間7を取り囲むものであり、風力タービンブレードに剛性を与えるために複数のガーダーを内部空間内に配置してもよいし、配置しなくてもよい。
【００１５】
風力タービンブレード1のシェル2における変形をさらに低減するために、本発明の補強部材を、風力タービンブレード1の負圧側3と正圧側4との間において延びるように装着する。
【００１６】
図1の補強部材の分解図に示すように、本発明によれば、補強部材は、風力タービンブレード1の負圧側3と正圧側4との間において延びるロッド9、および、好ましい態様において、ロッド9の最大断面よりも小さな最小断面を有する貫通孔10を含み、これにより、ロッドは貫通孔10を通じて内部空間7に挿入可能になる。
【００１７】
この態様では、円錐形のねじヘッド14を有する第1のねじ13によって、ロッド9の第1の端部11が負圧側3に取り付けられ、第2の円錐形のヘッド16を有しかつ正圧側4の第2の貫通孔17を通って延びる第2のねじ15によって、ロッド9の第2の端部12が正圧側4に取り付けられる。図に示すように、第2の貫通孔17は、ロッド9の第2の端部12における断面よりも小さな最小断面を有することができ、そのため、補強部材の組立状態では、ロッド9の第2の端部12は、シェル2の内側に載置される。
【００１８】
組立状態で、第1および第2のねじはシェル2に付着または接着されていることが好ましく、これにより、補強部材は、シェル2の変形によりロッド9に作用する圧縮力および引張力の両方に対する耐性を与える。
【００１９】
本発明は、異なる態様の風力タービンブレードを補強することに関して使用可能であるが、細長い風力タービンブレードを補強することに関して特に有利である。そのような風力タービンブレードにおいては、補強が必要な任意の場所において本発明の補強部材を使用することで、ロッド9に作用する圧縮力および引張力の両方に対する耐性を与えることができるが、補強部材は、他のやり方では到達が非常に困難である風力タービンブレードの遠位端に装着するために特に有利である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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