(57)【要約】      （修正有）【課題】内側ブレードセクションと外側ブレードセクションとの間の空気漏出を減少する風力タービンブレード、正常なピッチ範囲内において空気漏出を減少し、風力タービンブレードの空気力学的効果を維持する迅速かつ単純な方法、を提供する。【解決手段】風力タービンは、ピッチジャンクション８によって分離された内側ブレードセクション６と外側ブレードセクション７とを有する少なくとも１つの風力タービンブレード５を備える。第１のシール要素１３は、ブレードセクションの正圧側においてピッチジャンクションのエアギャップを覆って配置される。少なくとも１つの第２のシール要素は、少なくとも１つのブレードセクションの負圧側に配置される。第１の及び第２のシール要素は、外側ブレードセクションが設定ピッチ角以下にピッチ角変化したとき、空気バリアとして作用し、正圧側から負圧側への空気漏出を防止する。【選択図】図２
2016109138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービンであって、
−上端部を有する、風力タービンタワーと、
−前記風力タービンタワーの前記上端部に配置された、ナセルと、
−前記ナセルに回転可能に接続された、ローターハブと、
−前記ローターハブに接続された少なくとも１つの風力タービンブレードであって、前記少なくとも１つの風力タービンブレードが、正圧側を形成する第１の側面と負圧側を形成する第２の側面とを有し、前記少なくとも１つの風力タービンブレードが、ピッチジャンクションを介して外側ブレードセクションに接続された内側ブレードセクションを備え、前記外側ブレードセクションが、ピッチベアリングシステムを用いて、前記内側ブレードセクションに対してピッチ角変化をするように構成され、前記ピッチジャンクションが、前記内側ブレードセクションに配置された第１の端部を備え、前記内側ブレードセクションに配置された第１の端部が、前記外側ブレードセクションに配置された第２の端部に対面している、少なくとも１つの風力タービンブレードと、
を備え、
少なくとも１つの第１のシール要素が、前記内側ブレードセクション及び外側ブレードセクションの少なくとも一方の、前記側面の一方のみ、例えば前記正圧側、に配置され、前記少なくとも１つの第１のシール要素が、前記ピッチジャンクションを覆って延在して、他方のブレードセクションの同じ側面、例えば他方のブレードセクションの正圧側、と当接し、前記少なくとも１つの第１のシール要素が、空気不透過性である、
ことを特徴とする、風力タービン。
【請求項２】
少なくとも１つの第２のシール要素が、更に、前記内側及び外側ブレードセクションの少なくとも一方の、他方の側面、例えば前記負圧側、に配置され、前記少なくとも１つの第２のシール要素が、少なくとも他方のブレードセクションへ向かって延びる、
ことを特徴とする、請求項１に記載の風力タービン。
【請求項３】
前記内側及び外側ブレードセクションの少なくとも一方が、先端を削除した後縁プロファイルを備え、前記少なくとも１つの第１の又は第２のシール要素が、更に、前記先端を削除した後縁プロファイルに配置される、
ことを特徴とする、請求項２に記載の風力タービン。
【請求項４】
前記少なくとも１つの第１の又は第２のシール要素が、変形可能な中実要素、例えばリップ、の形状を有する、
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の風力タービン。
【請求項５】
前記少なくとも１つの第２のシール要素が、複数の変形可能な毛を備えるブラシの形状を有し、前記毛が、他方のブレードセクションの方を向く、
ことを特徴とする、請求項２に記載の風力タービン。
【請求項６】
前記第１の及び第２のシール要素の少なくとも一方が、疎水性材料、好ましくは超疎水性材料、で製造される、
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の風力タービン。
【請求項７】
前記第１の及び第２の端部の少なくとも一方が、第１の端面及び第２の端面を備え、前記第２の端面が、前記第１の端面に対して後退した位置に配置される、
ことを特徴とする、請求項１に記載の風力タービン。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の風力タービンを作動する方法であって、
−正常作動時に第１の公称風速を上回る風速のとき、前記外側ブレードセクションを、前記内側ブレードセクションに対して、ピッチ角変化させるステップ、
を含み、
−前記内側及び外側ブレードセクションの少なくとも一方の、前記側面の一方のみに、少なくとも１つのシール要素を設置し、前記外側ブレードセクションが、第１のピッチ角以下にピッチ角変化したとき、前記少なくとも１つの第１のシール要素が、前記少なくとも１つの第１のシール要素の長さ全体に沿って、他方のブレードセクションと当接して、前記少なくとも１つの風力タービンブレードの空力的効果を維持する、
ことを特徴とする、方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの第１のシール要素が、前記外側ブレードセクションが前記第１のピッチ角より大きくピッチ角変化したとき、例えば徐々に他方のブレードセクションとの当接から離れ、前記ピッチ角変化が、前記少なくとも１つの風力タービンブレードの空力的効果を減少する、
ことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記外側ブレードセクションの前記ピッチ角変化が、前記正圧側から前記負圧側への空気の漏出を防止するために、正常作動時に、前記第１のピッチ角以下になるように制限される、
ことを特徴とする、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記方法が、更に、前記内側及び外側ブレードセクションの少なくとも一方の、他方の側面に、少なくとも１つの第２のシール要素を設置するステップを含み、前記少なくとも１つの第２のシール要素が、少なくとも他方のブレードセクションへ向かって延びる、
ことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの第２のシール要素が、前記外側ブレードセクションが前記第１のピッチ角より大きくかつ第２のピッチ角以下にピッチ角変化したとき、前記少なくとも１つの風力タービンブレードの前記空力的効果の損失を減少し、前記外側ブレードセクションが前記第２のピッチ角より大きくピッチ角変化したとき、前記内側及び外側ブレードセクションの一方の前記負圧側が、他方のブレードセクションの前記正圧側を横切る、
ことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のピッチ角が、５〜１５度である、
ことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のピッチ角が、５〜１５度であり、第２のピッチ角が、６〜３５度である、
ことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
−上端部を有する風力タービンタワーと、
−風力タービンタワーの上端部に配置されたナセルと、
−ナセルに回転可能に接続されたローターハブと
−ローターハブに接続された少なくとも１つの風力タービンブレードであって、少なくとも１つの風力タービンブレードが、正圧側を形成する第１の側面と負圧側を形成する第２の側面とを有し、少なくとも１つの風力タービンブレードが、ピッチジャンクションを介して外側ブレードセクションに接続された内側ブレードセクションを備え、ピッチベアリングシステムを用いて、外側ブレードセクションが、内側ブレードセクションに対してピッチ角変化するように構成され、ピッチジャンクションが、内側ブレードセクションに配置された第１の端部を備え、内側ブレードセクションに配置された第１の端部が、外側ブレードセクションに配置された第２の端部に対面する、少なくとも１つの風力タービンブレードと、
を備える風力タービンに関する。
【０００２】
本発明は、上述の風力タービンを作動する方法にも関し、この方法は、正常作動時に第１の公称風速を上回る風速のとき、外側ブレードセクションを、内側ブレードセクションに対してピッチ角変化させるステップを含む。
【背景技術】
【０００３】
パーシャルピッチ風力タービンのピッチジャンクションが、ブレード延長部／内側ブレードセクションと、外側ブレードセクションと、の間に位置するエアギャップを含むことは知られている。エアギャップは、ブレードセクションの各々に取り付けられた第１の及び第２のベアリング要素／リングを有するピッチベアリングシステムによって形成され、外側ブレードセクションが内側ブレードセクションに対してピッチ角変化できるようにする。エアギャップは、特に作動時に正圧側から負圧側への空気漏出を生じるので、正圧側のプロファイルからピッチジャンクションの周りの空気を負圧側へ吸引する。これは、風力タービンブレードの効率を、従って風力タービンの動力生産を減少させる。
【０００４】
特許文献１は、１つ又は２つの付加的空力エッジ延長部（add-on aerodynamic edge extensions）が翼根部に取り付けられた、従来のフルスパン風力タービンブレードを開示する。ブラシの連続した列が、翼根部とエッジ延長部との結合プロファイルの周縁に沿って配置される。ブラシの毛は、空気が風力タービンブレードとローターハブとの間のエアギャップを通過して正圧側から負圧側へ流れるようにする。更に、同じ長さの毛が使用される場合、ブラシは、ローターハブの外側プロファイルのために、実質的に風力タービンブレードの翼弦に沿ってエアギャップを閉鎖できない。作動時の正圧側の空気圧と空気流量とは、翼根部から翼先端部へ向かって増加し、このことは、毛が更に屈曲することを意味し、従って、より多くの空気がエアギャップを通過できるようにするので、毛は、風力タービンブレードにおける２つのブレードセクションの間の空気漏出を減少させるためには、効果的な解決とならない。
【０００５】
別の解決法が、特許文献２に開示される。この解決法において、１つ又は２つの架橋要素（bridging elements）が、内側ブレードセクションと外側ブレードセクションとの間のエアギャップをとり囲むために、エアギャップ内部に配置される。架橋要素は、正圧側及び負圧側の両方に沿って延びる、中実要素又はシェル要素を形成する。もし、単一の架橋要素が、両方のブレードセクションに取り付けられるならば、架橋要素は、ピッチ角変化するときに後縁においてかなり延伸／変形するか、又はピッチ角変化に対応するために充分な余分な材料を含まなければならない。この余分な材料又は高弾性材料は、流入する風の影響を受けるとき、制御不能に屈曲する傾向がある。２つの架橋要素を使用することは、２つの架橋要素の間の潜在的接触面積を増加させて、架橋要素の摩耗の可能性と、要素の一方がそれぞれのブレードセクションとの係合から外される力を受ける危険性とを、増加させる。
【０００６】
更に別の解決法が特許文献３において開示される。この解決法においては、突出カラーが、内側ブレードセクションと外側ブレードセクションとの間のピッチジャンクションに配置される。カラーは、エアギャップのほとんどを覆って延在し、個別のカラーの間に配置された相互接続ワイヤが取り付けられるアンカープレートを覆って延在する、空力的流線型構造を備える。但し、このカラーは、このアンカー材のために、ブレードセクションと一緒にピッチ角変化できないので、ブレードセクションを、流線型構造に対してピッチ角変化できるようにするためには、カラーとブレードセクションのいずれか一方との間にエアギャップが必要とされる。
【０００７】
ピッチジャンクションに、又はその付近に、１つ又はそれ以上の失速防止フェンス（stall fence）を配置することも知られている。但し、このような失速防止フェンスは、具体的には、正常なピッチ範囲外でかつずっと高い風速で機能するように、設計される。
【０００８】
特許文献４は、主翼要素と、主翼要素の後縁エリアに取り付けられた複数の翼形状要素と、を有する風力タービンブレードを開示する。翼形状要素は、離間してギャップを形成し、この中に正圧側及び負圧側の両方に沿ってゴムリップが配置されて、ギャップをシールして、ほこり及び水分がギャップに入り込むのを防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許ＵＳ８４０３６４２Ｂ１号公報
【特許文献２】デンマーク国ＤＫ１７７３０５Ｂ１号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２０１０／０４６７６０Ａ２号公報
【特許文献４】デンマーク国ＤＫ２０１３７０４３４Ａ１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、内側ブレードセクションと外側ブレードセクションとの間の空気漏出を減少する別の解決法を備える、風力タービンブレードを提供することである。
【００１１】
本発明の目的は、正常なピッチ範囲内において空気漏出を減少する風力タービンブレードを提供することである。
【００１２】
本発明の目的は、正常なピッチ範囲において風力タービンブレードの空気力学的効果を維持するための、迅速かつ単純な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の目的は、少なくとも１つの第１のシール要素が、内側及び外側ブレードセクションの少なくとも一方の側面の、一方のみ、例えば正圧側、に配置されることを特徴とする風力タービンによって達成される。少なくとも１つの第１のシール要素は、ピッチジャンクションを覆って延在して、他方のブレードセクションと、例えば他方のブレードセクションの同じ側面と、当接し、少なくとも１つの第１のシール要素は、実質的に空気不透過性である。
【００１４】
「〜に配置される」は、それぞれの要素が、側面に又は端面に直接に、かつ端面と側面との間の隣接エッジから１５０ミリメートル以下に配置されものとして、定義される。「空気不透過性」は、それぞれの要素が、実質的に空気／風が要素を通過するのを防止できることを意味する。
【００１５】
この構成は、外側ブレードセクションが内側ブレードセクションに対してピッチ角変化したとき、正圧側から負圧側への空気の漏出量を減少し、それによって、風力タービンブレードの効率並びに動力生産を増加する。第１のシール要素のセットは、タービンブレードの周縁全体に沿って即ち正圧側及び負圧側の両方に沿って延びる従来のスキン又はカバーと異なり、正圧側にのみ沿ってかつ任意に風力タービンブレードの後縁又は前縁に沿って配置される。これによって、必要とされる材料の量が減少し、組立工程が単純化する。これによって、更に、外側ブレードセクションが正常ピッチ範囲を越えてピッチ角変化しても、第１のシール要素がその初期形状を取り戻せるようにする。これは、従来のスキン又はカバーでは可能ではない。
【００１６】
第１のシール要素は、ブレードセクションの一方、例えば内側ブレードセクションに、取り付けるか又はこれと統合でき、ピッチジャンクション／エアギャップ全体を覆って延在できる。第１のシール要素は、更に他方のブレードセクション、例えば外側ブレードセクションの、正圧側及び／又は端部と当接して、エアギャップを効果的に閉鎖して、空気漏出を減少する。これによって、エアギャップ内に配置された架橋要素を使用する場合に比べて、シール要素とブレードセクションとの間の総接触面積を減少でき、従って摩耗を減少できる。
【００１７】
ブレードセクションが相互に位置合わせされる場合、即ち外側ブレードセクションのピッチ角がゼロである場合、第１のシール要素と他方のブレードセクションとの間の接触面積は、実質的に正圧側に沿って均等である。外側ブレードセクションが正常のピッチ範囲内でピッチ角変化し始めるとき、この接触面積は、ピッチベアリングシステムのピッチ中心の周りでの外側ブレードセクションの角回転／変位に従って翼弦方向に徐々に減少する。ピッチ角変化がいずれかの方向に正常ピッチ範囲を越えて継続する場合、第１のシール要素は、後縁から始まり前縁で終了する他方のブレードセクションとの当接から徐々に離れる。外側ブレードセクションがゼロ度へ向かってピッチ角を戻すと、第１のシール要素は、徐々に再び他方のブレードセクションと当接する。外側ブレードセクションは、右回り又は左回りにピッチ角変化をすることができ、正常ピッチ範囲は、２つの限界値／ピッチ角によって定義できる。
【００１８】
１つの実施形態によれば、少なくとも１つの第２のシール要素が、内側及び外側ブレードセクションの少なくとも一方の、他方の側面、例えば負圧側、に配置される。少なくとも１つの第２のシール要素は、少なくとも他方のブレードセクションへ向かって延びる。
【００１９】
空気漏出は、更に、それぞれのブレードセクションの他方の側面に少なくとも１組の第２のシール要素を配置することによって、減少できる。第２のシール要素のセットは、負圧側のみに沿って及び任意に風力タービンブレードの後縁又は前縁に沿って配置される。第２のシール要素は、ブレードセクションの一方、例えば内側ブレードセクションに、取り付けるか又はこれに統合でき、それによって、その自由端が、他方のブレードセクション、例えば外側ブレードセクションに対して、自由に移動できるようにする。第２のシール要素は、第１のシール要素がピッチ角変化のために他方のブレードセクションとの当接から徐々に離れたとき、空気がエアギャップへ進入して負圧側へ通り抜ける量を減少するように、構成される。これによって、部分的に第１のシール要素によって及び部分的に第２のシール要素によって空気が正圧側から負圧側へ漏出するのを防止する。
【００２０】
第１の及び第２のシール要素は、外側ブレードセクションが、定常の正常ピッチ範囲内でピッチ角変化したとき、例えばゼロ度と正のピッチ角又は負のピッチ角との間、又は、正のピッチ角と負のピッチ角との間などでピッチ角変化したとき、空気漏出を減少するように構成される。ピッチ範囲は、５〜１５度、例えば８〜１０度である。
【００２１】
２列又はそれ以上の第２のシール要素を一方のブレードセクションの負圧側及び／又は端面に配置できる。列の少なくとも１つは、外側ブレードセクションが、設定されたピッチ角に位置するとき、他方のブレードセクションの正圧側に実質的に従うように端面に配置できる。これによって、空気漏出の減少を強化できる。
【００２２】
特定の実施形態によれば、内側及び外側ブレードセクションの少なくとも一方は、先端を削除した後縁プロファイル（truncated trailing edge profile）を備え、少なくとも１つの第１の又は第２のシール要素が、更に、先端を削除した後縁プロファイルに配置される。
【００２３】
一方又は両方のブレードセクションは、先端を削除した後縁プロファイルを備えることができ、これに第１の又は第２のシール要素が更に配置される。或いは、一方又は両方のブレードセクションは、鋭く定義通りに形成された後縁プロファイルを備えることができる。この構成は、空気が後縁のギャップを通ってエアギャップへ進入するのを防止する。
【００２４】
別のシール配置体、例えば１つ又はそれ以上の変形可能なリップ又は失速防止フェンスを、ピッチベアリングシステムの周りに設置できる。第１の及び／又は第２のシール要素は、一緒にピッチジャンクションの周縁の周りにほぼ連続したシール配置体を形成するように、正圧側及び／又は負圧側においてシール配置体にほぼ当接できる。又は、第１の及び第２のシール要素の一方は、更に、ほこり及び／又は水分がピッチジャンクションへ更にブレードセクション内部へ進入するのを防止するように前縁の周りに延在できる。
【００２５】
好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの第１の又は第２のシール要素は、変形可能な硬い要素、例えばリップ、の形状を有する。
【００２６】
第１の及び第２のシール要素の少なくとも一方、例えば第１のシール要素は、変形可能な又はフレキシブルな、中実要素の形式の、空気／風不透過性要素として構成される。中実要素は、例えばリップ、スリーブ又はプレートである。第１のシール要素は、単層又は多層のポリエチレン、ポリオレフィン、ポリウレタン又はその他の任意の適切な材料などの材料で製造できる。又は、第１のシール要素は、実質的に空気／風が要素を通過するのを防止する任意の形式の空気不透過性構造を備えることができる。これによって、第１のシール要素がピッチジャンクションにおける空気バリアとして作用できるようにする。
【００２７】
好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの第２のシール要素は、変形可能な複数の毛を備えるブラシの形状を持ち、毛は、他方のブレードセクションの方を向く。
【００２８】
第１の及び第２のシール要素の少なくとも一方、例えば第２のシール要素は、支持部を有するブラシとして構成され、１列又はそれ以上の毛が支持部に取り付けられる。又は、毛は支持部に統合できる。第２のシール要素は、実質的に空気／風が要素を通過できるようにする別の空気／風透過性構造を備えることができる。これによって、第２のシール要素は、ピッチ角変化時に、他方のブレードセクションの輪郭、例えばその端部プロファイルに、よりよく適合できる。
【００２９】
又は、第２のシール要素は、第１のシール要素と同様に実質的に空気／風が要素を通過するのを防止する空気／風不透過性構造も備える。この構成においては、第２のシール要素は、変形可能な又はフレキシブルな、中実要素とすることができる。これによって第１の及び第２のシール要素の両方がピッチジャンクションにおいて空気バリアとして作用できるようにする。
【００３０】
第１の及び／又は第２のシール要素は、単一の要素として又は複数の隣接するセグメントとして形成される。このセグメントは、重ね合わせたセグメントとすることができる。風力タービンブレード、例えば内側及び外側ブレードセクションは、ピッチジャンクションにおいて、少なくとも２メートル好ましくは２〜５メートル、又は３〜４メートル、の翼弦長さを有することができる。第１のシール要素は、０.１〜１メートル好ましくは０.２〜０.５メートル、の幅、即ちスパン方向の長さ、を有することができる。
【００３１】
或いは、第１の及び／又は第２のシール要素は、他方のブレードセクション、例えば外側ブレードセクション、に取り付けるか又はこれに統合できる。更に別の実施形態において、第１の及び／又は第２のシール要素は、両方のブレードセクションに設置し、任意に相互に位置合わせできる。好ましい実施形態において、第２のシール要素の少なくとも別のセットを、他方のブレードセクションに、例えばその正圧側又は端面に、設置できる。
【００３２】
第２のシール要素の自由端と、これと対面する、他方のブレードセクションの端面との間に、ギャップを形成できる。ギャップは、５〜１５ミリメートル、好ましくは１０ミリメートル以下、とすることができる。或いは、第２のシール要素は、例えば負圧側において、他方のブレードセクションのエッジを覆って延在し、その端面、例えば正圧側に面する第３の端面、と当接できる。第２のシール要素は、幅、即ちスパン方向の長さ、を有し、この幅は、少なくともほぼエアギャップの幅に対応し、例えば１〜１０センチメートルである。もし、一方又は両方のブレードセクションが、後に説明するように、後退した端面、即ち第２の端面、を備える場合には、第２のシール要素は、後退した端面と、向かい合った端面、例えば他方のブレードセクションの後退した端面と、の間の幅以下の幅、を有し、１０〜１００センチメートル、又は１５〜５０センチメートル、の幅を有することが好ましい。
【００３３】
１つの実施形態によれば、シール要素の少なくとも一方は、疎水性材料好ましくは超疎水性材料で製造される。
【００３４】
第１の及び／又は第２のシール要素は、疎水性又は超疎水性材料、即ちガラス、シリカ、チタン、又は他の任意の適切な材料など、水をはじく材料で製造できる。又は、第１の及び／又は第２のシール要素は、疎水性特性を得るように、例えばナノ加工、コーティング、又はナノ粒子を塗布することによって、処理できる。これによって、水分及び氷がシール要素に蓄積するのを防止する。
【００３５】
１つの実施形態によれば、第１の及び第２の端部の少なくとも一方は、第１の端面と第２の端面とを備え、第２の端面は第１の端面に対して後退した位置に配置される。
【００３６】
内側及び／又は外側ブレードセクションの端部は、隣接する側面に接続された、また、任意に、先端を削除した後縁に接続された、第１の端部領域を備えることができる。第１の端部領域は、更に第２の端部領域即ち中央端部領域に接続される。第１の端部領域は、他方のブレードセクションに対面する、第１の端面を備えることができ、第１の端面は、自身のブレードセクションのエッジを形成する。第２の端部領域は、他方のブレードセクションに対面する、第２の端面を備えることができ、第１の端面に対して後退した位置に配置される。第３の端面は、第１の端面と第２の端面との間に配置される。第３の端面は、正圧側及び／又は負圧側に対して実質的に平行である。
【００３７】
第２のシール要素は、第３の端面に配置でき、その自由端は、他方のブレードセクションの対面する端面、例えば後退した第２の端面、へ向かって延びる。又は、第２のシール要素又は別の第２のシール要素のセットを、第２の端面に配置できる。
【００３８】
パーシャルピッチ風力タービンブレードは、翼根部から先端まで少なくとも３５メートルの長さ（これを相対長さ１とする）を有することができる。ピッチジャンクションは、付根端に対して、相対長さ０.２０〜０.５０で配置することができ、相対長さ０.３０〜０.４０で配置することが好ましい。
【００３９】
本発明の目的は、内側及び外側ブレードセクションの少なくとも一方の側面の少なくとも１つに少なくとも１つの第１のシール要素を設置することを特徴とする、上述の風力タービンを作動する方法によっても達成される。少なくとも１つの第１のシール要素は、外側ブレードセクションが第１のピッチ角以下にピッチ角変化したとき、他方のブレードセクションと当接して、少なくとも１つの風力タービンブレードの空力的効果を維持する。
【００４０】
これによって、正常ピッチ範囲において風力タービンブレードの空力的効果を維持する迅速かつ単純な方法が提供される。第１のシール要素は、流入する風の影響を受けたとき、屈曲又は撓むことができる、フレキシブルな又は変形可能な材料で製造される。第１のシール要素は、１つのブレードセクション、例えば内側ブレードセクションに取り付けられ、第１のシール要素の自由端は、対向するブレードセクション、例えば外側ブレードセクションの、側面、例えば正圧側、に向かって押される（流入する風が外側ブレードセクションの正圧側に衝突したとき）。これによってエアギャップを効果的に閉鎖するので、正圧側から負圧側への空気漏出を防止する。
【００４１】
正常作動時、例えば第１のピッチ角以下のとき、外側ブレードセクションを、ピッチ角変化させることによって、第１のシール要素は、対向するブレードセクションの側面、例えば正圧側と、当接したまま、そのフレキシブルな特性によって２つのブレードセクション間の角変位に適合できる。第１のシール要素と、対向するブレードセクションと、の間の接触面積は、外側ブレードセクションをピッチ角変化させるとき、前縁から見ると翼弦長さに沿って変化する。
【００４２】
ピッチシステムは、公称又は定格風速以上の風速のとき起動され、正常作動モードで作動する。公称風速未満の風速、及び、任意に、カットイン風速以上の風速で、外側ブレードセクションは、中立位置、例えばゼロのピッチ角を有する位置、にいることができる。この作動モードにおいて、第１のシール要素は、側面と当接するので、風力タービンブレードの空力的効果を維持する。
【００４３】
１つの実施形態によれば、少なくとも１つの第１のシール要素は、外側ブレードセクションが第１のピッチ角より大きくピッチ角変化したとき、例えば徐々に他方のブレードセクションとの当接から離れる。このピッチ角変化は、少なくとも１つの風力タービンブレードの空力的効果を減じる。
【００４４】
第１のシール要素は、外側ブレードセクションが、第１のピッチ角より以上にピッチ角変化したときに、後縁において他方のブレードセクションとの当接から離れ始める。同じ方向に更にピッチ角変化すると、第１のシール要素は、前縁から見て、対向するブレードセクションとの当接から更に離れる。これによって、空気はピッチジャンクションのエアギャップへ進入でき、それによって正圧側から負圧側への空気漏出が生じる。その結果、風力タービンブレードの空力的効果が減少し、出力が減少する。
【００４５】
特定の実施形態によれば、外側ブレードセクションのピッチ角変化は、正圧側から負圧側への空気漏出を防止するために、正常作動時に第１のピッチ角以下になるように制限される。
【００４６】
正常作動時のピッチ角変化は、第１のシール要素が、ほぼ正常作動範囲全体において空気バリアとして作動できるように、第１のピッチまでに制限できる。正常作動時の外側ブレードセクションのピッチ角変化は、カットアウト風速以下の風速で行われる。正常ピッチ範囲を第１のピッチ角までに制限することによって、第１のシール要素は、対向するブレードセクションと当接したままであり、正圧側から負圧側への空気漏出を防止する。これによって、風力タービンブレードは、カットオフ風速までの風速において、空力的効果を維持できる。一方、従来のパーシャルピッチ風力タービンブレードは、空力的効果を減少し、従って出力を減少する。
【００４７】
１つの実施形態によれば、方法は、更に内側及び外側ブレードセクションの少なくとも一方の他方の側面に少なくとも１つの第２のシール要素を設置するステップを含み、少なくとも１つの第２のシール要素は、少なくとも他方のブレードセクションへ向かって延びる。
【００４８】
これによって、外側ブレードセクションが内側ブレードセクションに対してピッチ角変化できるようにしながら、ピッチジャンクションの両側を閉鎖できる。第１の及び第２のシール要素は、一緒に、ピッチ角変化時の空気漏出を防止するように機能する。第１の及び第２のシール要素が同じブレードセクションに設置される場合、第１の及び第２のシール要素は、両方とも、他方のブレードセクションの対面する端部に対して移動する。第１の及び第２のシール要素が両方のブレードセクションに設置される場合、第１のシール要素は第２のシール要素に対して、又はその逆に移動する。
【００４９】
特定の実施形態によれば、少なくとも１つの第２のシール要素は、外側ブレードセクションが第１のピッチ角より大きくかつ第２のピッチ角以下にピッチ角変化したとき、少なくとも１つの風力タービンブレードの空力的効果の損失を減少し、内側及び外側ブレードセクションの一方の負圧側は、外側ブレードセクションが第２のピッチ角より大きくピッチ角変化したとき、他方のブレードセクションの正圧側を横切る。
【００５０】
正常作動時のピッチ角変化は、第１のシール要素が正常作動範囲の一部において空気バリアとして作動するように第２のピッチ角になるように制限できる。第１のシール要素は、第２のシール要素と一緒に、正常作動範囲の他の部分において空気バリアとして作用して、少なくとも空力的効果の損失を減少する。第２のピッチ角へ向かってピッチ角変化することは、第１のシール要素が、対向するブレードセクションとの当接から離れるとき、第２のシール要素が、徐々に、第１のシール要素にとって代わることを意味する。第２のシール要素は第１のシール要素に比べて受ける空気量が減少するので、第２のシール要素は、第１のシール要素と異なる構造及び／又は構成を備えることができる。
【００５１】
正圧側から負圧側への空気漏出は、更に、少なくとも２組の第２のシール要素を、同じブレードセクション又は両方のブレードセクションに設置することによって減少できる。或いは、第２のシール要素は、例えば第１のシール要素の構造と同様の、空気透過性構造を備えることができる。これによって、正圧側と負圧側との間の吸引効果を更に減少して、第１の及び第２のシール要素が実質的に風力タービンブレードの空力的効果を維持できるようにする。
【００５２】
１つの実施形態によれば、第１のピッチ角は５〜１５度であり、及び／又は、第２のピッチ角は６〜３５度である。
【００５３】
正常作動時のピッチ角変化、例えば正常ピッチ範囲は、ゼロ度又は負のピッチ角と第１の又は第２のピッチ角との間とすることができる。負のピッチ角は、−１５〜−５度とすることができる。
【００５４】
定格又は公称風速は、１０〜１５メートル／秒（ｍ／ｓ）とすることができる。カットアウト風速は、２０〜２５ｍ／ｓとすることができる。これら２つの限界値は、正常作動範囲を定義する。
【００５５】
本発明について、図面を参照して例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る風力タービンの代表的実施形態を示す。
【図２】正圧側から見た図１の風力タービンブレードを示し、第１のシール要素がピッチジャンクションに関して配置されている。
【図３】ピッチジャンクションと、第１の及び第２のシール要素と、の第１の代表的実施形態を示す。
【図４】ピッチジャンクションと、第１の及び第２のシール要素と、の第２の代表的実施形態を示す。
【図５】ピッチジャンクションと、第１の及び第２のシール要素と、の第３の代表的実施形態を示す。
【図６】ピッチジャンクションと、第１の及び第２のシール要素と、の第４の代表的実施形態を示す。
【図７】第１のピッチ位置にある、図６の第１の及び第２のシール要素を示す。
【図８】第２のピッチ位置にある、図６の第１の及び第２のシール要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
以下の文において、図面について１つずつ説明し、図面に示す様々な部分及び位置については、異なる図面において同じ番号を付ける。特定の図面に示す部分及び位置の必ずしも全てを、この図面と一緒に論じるわけではない。
【００５８】
図１は、風力タービンタワー２と、風力タービンタワー２の上端部に配置されたナセル３とを備える風力タービン１の代表的実施形態を示す。ヨーベアリング（図示せず）は、ナセルと風力タービンタワー２との間に配置され、ナセル３が、ヨーシステムを用いて風力タービンタワー２に対してヨーイングできるようにする。ローターハブ４は、ナセル３に対して配置され、例えば、回転軸又は主軸を介して、ナセル３内部の発電機（図示せず）に、回転可能に接続される。少なくとも１つの好ましくは２つ又は３つのタービンブレード５は、ローターハブ４に取り付けられる。各風力タービンブレード５は、ローターハブ４の中心から外向きに延び、翼根部及び翼先端部を備える。
【００５９】
風力タービンブレード５は、内側ブレードセクション６と外側ブレードセクション７とを備えるパーシャルピッチ翼である。内側ブレードセクション６は、２つのブレードセクション６、７の対向する端部の間に配置されたピッチベアリング（図示せず）を介して、外側ブレードセクション７に連結される。ピッチベアリングは、外側ブレードセクションがピッチシステムを用いて内側ブレードセクションに対してピッチ角変化できるようにする。ピッチベアリング又はピッチジャンクションは、翼根部から測定して、相対長さ０.２〜０.４の距離に配置される。風力タービンブレード５は、少なくとも３５メートルの長さを有する。
【００６０】
図２は、内側ブレードセクション６と外側ブレードセクション７との間に配置されたピッチジャンクション８を示す。ピッチジャンクション８は、内側ブレードセクション６に配置された第１の端部９を備え、第１の端部は、外側ブレードセクション７に配置された第２の端部１０と対面する。第１の端部９と第２の端部１０は、離間して、ブレードセクション６、７の第１の側面１１、例えば正圧側、から、ブレードセクション６、７の第２の側面１２、例えば負圧側、まで延びる、エアギャップを形成する。
【００６１】
少なくとも１つ又はそれ以上の第１のシール要素１３は、正圧側１１に配置されて、風力タービンブレード５の、例えばブレードセクション６、７の、後縁１４、例えば先端を削除した後縁プロファイルから、風力タービンブレード５の、前縁１５へ向かって延びる。第１のシール要素１３は、シール要素がピッチジャンクション８全体を被覆するようにエアギャップの幅より大きい幅を有する。第１のシール要素１３の幅は、０.１〜１メートル好ましくは０.２〜０.５メートルである。これによって、外側ブレードセクションが内側ブレードセクション６に対してピッチ角変化したとき、正圧側１１から負圧側１２へ空気が漏出するのを防止して、風力タービンブレード５の空力的効果を維持する。
【００６２】
図３〜８は、後縁１４から見たピッチジャンクション８を示し、ピッチベアリングシステム及びその他の品目は、省略する。図３は、ピッチジャンクション８の第１の実施形態を示し、翼端部９、１０の少なくとも一方は、第１の端部領域、例えば第１の端面１６と、第２の端部領域、例えば第２の端面１７と、を備える。両方の翼端部９、１０は、図３に示すように第１の及び第２の端部を有することができる。第１の端面１６は、隣り合う正圧側及び負圧側１１、１２に接続され、第２の端面１７は、第１の端面１６に対して後退した位置に配置される。
【００６３】
第１のシール要素１３は、空気不透過性要素、例えば中実の、変形可能なリップ又はフレキシブルなリップ、の形状を有する。第１のシール要素１３は、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリウレタン又はその他の任意の適切な材料で製造される。この実施形態において、第１のシール要素１３は、例えばスクリュー又はボルトなどの締結手段を用いて、内側ブレードセクション６の正圧側１１に取り付けられ、外側ブレードセクション７の正圧側１１と当接する。
【００６４】
１つ又はそれ以上の第２のシール要素１８は、負圧側１２に配置されて、風力タービンブレード５の後縁１４から風力タービンブレード５の前縁１５へ向かって延びる。第２のシール要素１８は、この実施形態においては、例えばスクリュー又はボルトなどの締結手段を用いて、翼端部９の第３の端面１９に取り付けられる。第３の端面１９は、第１の端面１６と第２の端面１７との間に配置されて、正圧側１１及び／又は負圧側１２に向いている。
【００６５】
第２のシール要素１８は、空気不透過性要素、例えば中実の、変形可能なリップ又はフレキシブルなリップ、の形状を有し、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリウレタン、又はその他の任意の適切な材料、で製造される。第２のシール要素１８の自由端は、少なくともピッチジャンクション８のエアギャップを覆って延びて、翼端部１０の第３の端面１９と当接する。これによって、更に、外側ブレードセクション７が内側ブレードセクション６に対してピッチ角変化したとき、正圧側１１から負圧側１２へ空気が漏出するのを防止して、風力タービンブレード５の空力的効果の損失を更に減少する。
【００６６】
図４は、ピッチジャンクション８’の第２の実施形態を示し、翼端部９、１０の少なくとも一方は、連続端面２０を有する単一の端部を形成する。両方の翼端部９、１０が、図４に示すように、単一の端部領域を備えることができる。
【００６７】
この実施形態において、第１のシール要素１３’は、外側ブレードセクションの正圧側１１に取り付けられて、内側ブレードセクション６の正圧側１１と当接する。第２のシール要素１８’は、内側ブレードセクション６の端面２０に取り付けられる。第２のシール要素１８’は、この実施形態において、複数の毛を備えるブラシの形式の空気透過性構造体の形状を有する。毛の自由端は、少なくとも外側ブレードセクション７の端面２０へ向かって延びる。これによって、シール要素１８’が翼端部９の輪郭によりよく一致できるようにしながら、エアギャップを通過して負圧側１２へ流れる空気の量を減少する。それによって、風力タービンブレード５の空力的効果の損失を更に減少する。
【００６８】
図５は、第１の及び第２のシール要素の第３の実施形態を示し、第１のシール要素１３は、内側ブレードセクション６の正圧側１１に取り付けられる。少なくとも２組の第２のシール要素１８”がピッチジャンクション８に配置される。
【００６９】
第２のシール要素１８”の１組は、正圧側１１に配置されて、翼端部１０の第３の端面１９に取り付けられる。この組の自由端は、対向する翼端部９の端面１７に対面する。別の組の第２のシール要素１８”は負圧側１２に配置されて、翼端部９の第３の端面１９に取り付けられる。この組の自由端は、対向する翼端部１０の端面１７に対面する。
【００７０】
第２のシール要素１８”は、この実施形態において、複数の毛を備えるブラシの形式の空気透過性構造体の形状を有する。これによって、シール要素１８”が翼端部９、１０の輪郭によりよく一致できるようにしながら、エアギャップを通過して負圧側１２へ流れる空気の量を更に減少し、それによって、風力タービンブレードの空力的効果の損失を更に減少する。
【００７１】
図６は、第１の及び第２のシール要素の第４の実施形態を示し、第１のシール要素１３は、内側ブレードセクション６の正圧側１１に取り付けられる。第２のシール要素１８”’は負圧側１２に配置されて、内側ブレードセクション６の第３の端面１９に取り付けられる。
【００７２】
第２のシール要素１８”’は、この実施形態において、複数の毛を備えるブラシの形式の空気透過性構造体の形状を有する。第２のシール要素１８”’の自由端は、少なくともピッチジャンクション８のエアギャップを覆って延びて、外側ブレードセクション７の第３の端面１９と当接する。これによって、シール要素１８”’が外側ブレードセクション７の翼端部９の輪郭によりよく一致できるようにしながら、エアギャップを通過して負圧側１２へ流れる空気の量を減少し、それによって、風力タービンブレード５の空力的効果の損失を更に減少する。
【００７３】
図４〜６の実施形態に示す第２のシール要素１８’、１８”、１８”’は疎水性又は超疎水性材料又はその他の任意の適切な材料で製造される。
【００７４】
次に、本発明の作動について、図６〜８を参照して説明する。外側ブレードセクション７は、図６において中立的位置、例えばピッチ角ゼロ度、にピッチ角変化をしている。この中立位置、即ちピッチ角変化のない位置において、第１のシール要素１３は、翼弦方向（図２に示す）において実質的に均等に、外側ブレードセクション７の正圧側１１と当接する。第１のシール要素１３は、ピッチジャンクション８を覆う空気バリアとして作用して、空気が正圧側１１から負圧側１２へ漏出するのを防止する。
【００７５】
外側ブレードセクション７が、設定ピッチ範囲内で、例えば第１のピッチ角以下で、ピッチ角変化をすると、第１のシール要素１３と、外側ブレードセクション７の正圧側１１と、の間の接触面積は、後縁１４から見たとき、内側ブレードセクション６に対する外側ブレードセクション７の角度変位に応じて減少する。この構成は、いかなる空気漏出をも防止し、従って、風力タービンブレード５を、ピッチ範囲内で、空力的効果を維持できるようにする。外側ブレードセクション７が、設定ピッチ範囲を超えて、例えば第２のピッチ角以下で、ピッチ角変化すると、第１のシール要素１３は、図７に示すように徐々に外側ブレードセクション７との当接から離れる。このとき、空気は、第１のシール要素１３と正圧側１１との間の開口部を介して、徐々にピッチジャンクション８のエアギャップへ進入する。第２のシール要素１８”’は、このとき、エアギャップを通過して負圧側へ流れる空気の量を少なくとも減少させる。この構成は、第１のシール要素１３と第２のシール要素１８”’とを、一緒に、風力タービンブレード５の空力的効果の損失を少なくとも減少するように作用させる。
【００７６】
外側ブレードセクション７を、更に設定ピッチ範囲を越えて、例えば第２のピッチ角より大きく、ピッチ角変化させると、このピッチ角変化は、第２のシール要素１８”’が外側ブレードセクション７の第１の端部領域を徐々に横切るようにし、例えば、外側ブレードセクション７の正圧側１１は、図８に示すように、内側ブレードセクション６の負圧側１２を横切る。この構成は、ピッチジャンクション８にエアギャップを形成し、これによって、正圧側１１から負圧側１２へ空気を漏出させる。この構成は、風力タービン５の空力的効果を減少させる。
【００７７】
外側ブレードセクション７が、中立位置へ戻るようにピッチ角変化をすると、第１のシール要素１３と第２のシール要素１８”’とは、再び外側ブレードセクション７と徐々に当接する。ピッチジャンクション８のエアギャップは、これによって閉鎖されるので、空気漏出を防止する。これによって、風力タービンブレード５が空力的効果を取り戻せるようにする。
【００７８】
本発明は、図解する実施形態又は本明細書において説明する実施形態に限定されず、下の請求項に説明する本発明の範囲から逸脱することなく修正又は適合化できる。
【符号の説明】
【００７９】
１    風力タービン
２    風力タービンタワー
３    ナセル
４    ローターハブ
５    風力タービンブレード
６    内側ブレードセクション
７    外側ブレードセクション
８    ピッチジャンクション
９    第１の端部、翼端部
１０    第２の端部、翼端部
１１    第１の側面、正圧側
１２    第２の側面、負圧側
１３    第１のシール要素
１４    後縁
１５    前縁
１６    第１の端面
１７    第２の端面
１８    第２のシール要素
１９    第３の端面
２０    端面
【図１】
2016109138.tif 000003
【図２】
2016109138.tif 000004
【図３】
2016109138.tif 000005
【図４】
2016109138.tif 000006
【図５】
2016109138.tif 000007
【図６】
2016109138.tif 000008
【図７】
2016109138.tif 000009
【図８】
2016109138.tif 000010