(57)【要約】【課題】本出願は、レイアップ中に複合タービン動翼スパーキャップ（１３０）を検査する方法を提供する。【解決手段】方法は、型（３００）に層（２６０）を塗工するステップと、形状測定装置（２９０）で層（２６０）の表面特性を測定するステップと、層（２６０）がその内部に面外波（２７０）を有しているか否かを、測定した表面特性に基づいて判定するステップとを含んでいてもよい。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レイアップ中に複合タービン動翼スパーキャップを検査する方法であって、
型（３００）に層（２６０）を塗工するステップと、
形状測定装置（２９０）で層（２６０）の表面特性を測定するステップと、
層（２６０）がその内部に面外波（２７０）を有しているか否かを、測定した表面特性に基づいて判定するステップと
を含む方法。
【請求項２】
型（３００）に層（２６０）を塗工するステップが、繊維強化材料（２３０）及び／又はコア材料（２４０）を塗工することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
型（３００）に層（２６０）を塗工するステップが、繊維樹脂マトリックスを塗工することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
面外波（２７０）が無いと判定された場合に、追加の層（２６０）を塗工するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
面外波（２７０）があると判定された場合に、追加の層（２６０）の塗工を停止するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
硬化後に層（２６０）の表面特性を測定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
層（２６０）がその内部に面外波（２７０）を有しているか否かを、測定した表面特性に基づいて判定するステップが、層（２６０）の３次元表面マップを作成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
形状測定装置（２９０）で層（２６０）の表面特性を測定するステップが、約０．０１・約０．０６ｍｍの解像度を有する形状測定装置（２９０）で、層（２６０）の表面特性を測定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
型（３００）に層（２６０）を塗工するステップが、自動又は手動プロセスで層（２６０）を塗工することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
型（３００）に層（２６０）を塗工するステップが、スパーキャップ型に層（２６０）を塗工することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
タービン動翼形状測定検査システムであって、
スパーキャップ型と、
スパーキャップ型の周りに配置された複合材料アプリケータ（３１０）と、
スパーキャップ型の周りに配置された形状測定装置（２９０）と
を備えており、形状測定装置（２９０）が、面外波（２７０）を有する層（２６０）を検出するために、複合材料アプリケータ（３１０）によってスパーキャップ型に塗工された各層（２６０）の厚さを判定する、システム。
【請求項１２】
各層（２６０）が、繊維強化材料（２３０）及び／又はコア材料（２４０）を含む、請求項１１に記載のタービン動翼形状測定検査システム。
【請求項１３】
各層（２６０）が、繊維樹脂マトリックスを含む、請求項１１に記載のタービン動翼形状測定検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願及びそれに基づく特許は、一般的に、風力タービン動翼及びそのための検査システムに関し、より具体的には、製造中の面外波を検出するための、複合風力タービン動翼のスパーキャップ用の形状測定検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の風力タービン動翼は、典型的なライフサイクル全体で遭遇する極端な条件下で種々の力に耐えられるように、一般的に、軽量で低慣性なモーメント回転と、疲労及び摩耗に対する高剛性及び高抵抗とを組み合わせている。一般的に、典型的な風力タービン動翼は、主スパーによって支持された複合材料外皮の層で構成してもよい。複合材料外皮の各層は、タービン動翼が性能及び寿命要件を確実に満たすように、実質的に均一な様式で塗工すべきである。しかしながら、面外波、或いは塗工又はレイアップ工程中の他のタイプの不均一性は、構造体の耐荷重能力の低下を招き、最終的に現場での故障につながる可能性がある。これは、スパーキャップ及び他のタイプの部品の製造に関して特に当てはまる可能性がある。
【０００３】
組み立てられて硬化されたタービン動翼部品を検査するための現在の方法は、目視検査及び、超音波探傷のような種々のタイプの非破壊撮像検査技術が知られている。しかし超音波探傷は、外皮が高減衰性材料でできていることを前提としている点で、使用が限られることがある。コンピュータ断層撮影技術も使用可能であるが、そのような試験は、放射線安全上の懸念を提示するだけでなく、時間及びコストがかかることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／０３６３２９４号明細書
【発明の概要】
【０００５】
したがって、本出願及びその結果の特許は、レイアップ中に複合タービン動翼スパーキャップを検査する方法を提供する。方法は、型に層を塗工するステップと、形状測定装置（プロファイロメーター）で層の表面特性を測定するステップと、層がその内部に面外波（out-of-plane wave）を有しているか否かを、測定した表面特性に基づいて判定するステップとを含んでいてもよい。
【０００６】
本出願及びその結果の特許はさらに、タービン動翼スパーキャップ形状測定検査システムを提供する。タービン動翼スパーキャップ形状測定検査システムは、スパーキャップ型と、スパーキャップ型の周りに配置された複合材料アプリケータと、スパーキャップ型の周りに配置された形状測定装置とを含んでいてもよい。形状測定装置は、面外波を有する層を検出するために、複合材料アプリケータによってスパーキャップ型に塗工された各層の厚さを判定する。
【０００７】
本出願及びその結果の特許はさらに、複合材料タービン動翼部品を検査する方法を提供する。方法は、型に複合材料層を塗工するステップと、形状測定装置で複合材料層の表面特性を測定するステップと、複合材料層の３次元表面マップを作成するステップと、複合材料層がその内部に面外波を有しているか否かを判定するステップとを含んでいてもよい。
【０００８】
本出願及びその結果の特許のこれらの及び他の特徴及び改善は、図面及び添付した特許請求の範囲と併せて、以下の詳細な説明を検討することにより当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な風力タービン動翼の概略図である。
【図２】図１の風力タービン動翼の一部の側面断面図である。
【図３】本明細書に記載する風力タービン動翼形状測定検査システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照すると、全図を通して同一の番号は同一の要素を指しているが、図１及び図２は、本明細書に記載するように、風力タービン動翼１００の例を示している。風力タービン動翼は、先端部１１０から反対の根元部１２０まで延在してもよい。スパーキャップ１３０及びせん断ウェブ１４０が、先端部１１０と根元部１２０との間に延在してもよい。せん断ウェブ１４０は、風力タービン動翼１００内で、主構造支持体として機能してもよい。スパーキャップ１３０は、使用時に風力タービン動翼１００の全体的な引張荷重を調整できるように、せん断ウェブ１４０と同じく、風力タービン動翼１００の全長に沿って延在する複合部分であってもよい。風力タービン動翼１００及びその部品は、任意の適切な大きさ、形状、又は構成を有していてもよい。他の部品及び他の構成も使用してもよい。
【００１１】
風力タービン動翼１００は、一対のシェルに形成されてもよい。例えば、第１のシェル１５０は、第１のシェル前縁１６０から第１のシェル後縁１７０まで延在してもよく、負圧面１８０を画定してもよい。第１のシェル１５０は、第２のシェル１９０に接合していてもよい。第２のシェル１９０は、第２のシェル前縁２００から第２のシェル後縁２１０まで延在してもよく、正圧面２２０を画定してもよい。各シェル１５０、１９０は、繊維強化材料２３０を含む領域と、コア材料２４０を含むそれ以外の領域とを有していてもよい。繊維強化材料２３０は、Ｅガラス繊維、或いは複合樹脂と結合した炭素繊維を含んでいてもよい。他に考えられる複合材料には、グラファイト、ホウ素、アラミド、又は他の有機材料及び、強化繊維を形成することができるハイブリッド繊維混合物が含まれる。強化繊維は、連続ストランドマット、織布、又は一方向マットの形態であってもよい。コア材料２４０は、発泡体、バルサ材、加工コア材料等を含んでいてもよい。他のタイプの材料を使用してもよい。
【００１２】
シェル１５０、１９０は、繊維樹脂マトリックス状の多数の薄い層２６０として塗工することができる。マトリックスは、繊維を所定位置に保持し、負荷が荷重された状態では、繊維への応力を変形して分配する。複合層２６０は、積層構造又はサンドイッチ構造に形成することができる。積層構造は、互いに接合した複合材料の連続層を含む。サンドイッチ構造は、複合材料の層間に低密度芯を含んでいてもよい。任意の数の層２６０が使用されてもよい。
【００１３】
同様に、風力タービン動翼１００の個々の部品は、個々の型で作られている。例えば、スパーキャップ１３０のレイアップを、スパーキャップ型３００等で行うことができる。上述のように、スパーキャップ１３０及び他のタイプの部品を生産するために、任意の数の層２６０を、自動又は手動方式で塗工することができる。
【００１４】
１つ以上の層２６０内の欠陥２５０が、スパーキャップ１３０等の部品の全体的な動作及び寿命に影響を及ぼすことがある。欠陥２５０は、例えば、１つ以上の層２６０内の面外波２７０を含んでいてもよい。上述のように、面外波２７０は、風力タービン動翼１００及びその部品の全体的な耐荷重能力の低下を招き、最終的に現場での故障につながる可能性がある。
【００１５】
本明細書に記載するように、風力タービン動翼１００の部品は、風力タービン動翼形状測定検査システム２８０を介して検査することができる。風力タービン動翼形状測定検査システム２８０は、スパーキャップ１３０等の部品の層２６０の表面特性を正確に測定するための、形状測定装置２９０を用いる非破壊タイプの検査である。形状測定装置２９０は、表面高さの変化を高い精度で測定するために使用される光学装置である。これらの高さ変動から、３次元表面マップを作成することができる。具体的には、形状測定装置２９０は、光の波特性を使用して、試験面と基準面との間の光路を比較してもよい。本明細書で使用するのに適した形状測定装置の一例には、「Ｇｏｃａｔｏｒ（登録商標）」マークでカナダ、バンクーバーのＬＭＩテクノロジーズにより提供されるプロファイルセンサが含まれる。他のタイプの３次元センサを使用してもよい。他の部品及び他の構成を使用してもよい。
【００１６】
図３に示すように、風力タービン動翼形状測定検査システム２８０は、複合材料アプリケータ３１０等を介してスパーキャップ１３０等の部品のレイアップに使用される型３００に隣接して配置してもよい。或いは、手動プロセスを使用してもよい。形状測定装置２９０は、型３００に隣接して配置してもよい。したがって型３００は、形状測定装置２９０の基準面として作用する。形状測定装置２９０は、レイアップ工程中に各層２６０が塗工されるとこれを走査し、厚さの変化を測定してもよい。形状測定装置の解像度は、プライ厚さの約１０分の１の変位を測定するために、約０．０１・約０．０６ｍｍであってもよい。他のタイプの解像度を使用してもよい。形状測定装置２９０は、層２６０内の面外波２７０を検出してもよく、そのような波を検出した場合は、レイアップ工程を停止するために警報を発してもよい。レイアップ位置に加えて、面外変位がレイアップ工程後に発生しなかったことも保証するために、形状測定装置２９０は、硬化時に層２６０の周りに配置してもよい。
【００１７】
したがって風力タービン動翼形状測定検査システム２８０は、レイアップ工程中及び／又は硬化工程中に、スパーキャップ１３０等のタービン部品の迅速かつ効率的な検査を提供することができる。システム２８０は、各層２６０が追加される際に、変更及び部品厚さを監視してもよい。したがってシステム２８０は、完全に硬化したタービン動翼部品を、費用をかけて除去することを防ぐことができる。さらに、本明細書に記載する堅牢なシステム２８０は、現場での故障の危険性を減らす可能性がある。風力タービン動翼形状測定検査ステーション２８０を、スパーキャップ１３０のような風力タービン部品に関連して説明したが、他のタイプの複合材料や構造体等も、本明細書中で検討することができる。
【００１８】
前述の記載は、本出願及びその結果の特許の特定の実施形態にのみ関することは明らかである。添付の特許請求の範囲及びその均等物によって定義される本発明の一般的な趣旨及び範囲から逸脱することなく、当業者は多くの変更及び修正を行うことができる。
［実施態様１］
レイアップ中に複合タービン動翼スパーキャップを検査する方法であって、
型（３００）に層（２６０）を塗工するステップと、
形状測定装置（２９０）で層（２６０）の表面特性を測定するステップと、
層（２６０）がその内部に面外波（２７０）を有しているか否かを、測定した表面特性に基づいて判定するステップと
を含む方法。
［実施態様２］
型（３００）に層（２６０）を塗工するステップが、繊維強化材料（２３０）及び／又はコア材料（２４０）を塗工することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
型（３００）に層（２６０）を塗工するステップが、繊維樹脂マトリックスを塗工することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様４］
面外波（２７０）が無いと判定された場合に、追加の層（２６０）を塗工するステップをさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様５］
面外波（２７０）があると判定された場合に、追加の層（２６０）の塗工を停止するステップをさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様６］
硬化後に層（２６０）の表面特性を測定するステップをさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様７］
層（２６０）がその内部に面外波（２７０）を有しているか否かを、測定した表面特性に基づいて判定するステップが、層（２６０）の３次元表面マップを作成することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様８］
形状測定装置（２９０）で層（２６０）の表面特性を測定するステップが、約０．０１・約０．０６ｍｍの解像度を有する形状測定装置（２９０）で、層（２６０）の表面特性を測定することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様９］
型（３００）に層（２６０）を塗工するステップが、自動又は手動プロセスで層（２６０）を塗工することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１０］
型（３００）に層（２６０）を塗工するステップが、スパーキャップ型に層（２６０）を塗工することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１１］
スパーキャップ型と、
スパーキャップ型の周りに配置された複合材料アプリケータ（３１０）と、
スパーキャップ型の周りに配置された形状測定装置（２９０）とを含む、タービン動翼形状測定検査システムであって、
形状測定装置（２９０）は、面外波（２７０）を有する層（２６０）を検出するために、複合材料アプリケータ（３１０）によってスパーキャップ型に塗工された各層（２６０）の厚さを判定する、システム。
［実施態様１２］
各層（２６０）が、繊維強化材料（２３０）及び／又はコア材料（２４０）を含む、実施態様１１に記載のタービン動翼形状測定検査システム。
［実施態様１３］
各層（２６０）が、繊維樹脂マトリックスを含む、実施態様１１に記載のタービン動翼形状測定検査システム。
［実施態様１４］
型（３００）に複合材料層を塗工するステップと、
形状測定装置（２９０）で複合材料層の表面特性を測定するステップと、
複合材料層の３次元表面マップを作成するステップと、
複合材料層がその内部に面外波（２７０）を有しているか否かを判定するステップとを含む、複合材料タービン動翼部品を検査する方法。
［実施態様１５］
型（３００）に複合材料層を塗工するステップが、繊維強化材料（２３０）及び／又はコア材料（２４０）の複合材料層を塗工することを含む、実施態様１４に記載の方法。
［実施態様１６］
面外波（２７０）が無いと判定された場合に、型（３００）にさらなる複合材料層を塗工するステップ、或いは、層（２６０）に面外波（２７０）があると判定された場合に、さらなる複合材料層の塗工を停止するステップをさらに含む、実施態様１４に記載の方法。
［実施態様１７］
形状測定装置（２９０）で複合材料層の表面特性を測定するステップが、約０．０１・約０．０６ｍｍの解像度を有する形状測定装置（２９０）で、複合材料層の表面特性を測定することを含む、実施態様１４に記載の方法。
［実施態様１８］
型（３００）に複合材料層を塗工するステップが、スパーキャップ型に複合材料層を塗工することを含む、実施態様１４に記載の方法。
［実施態様１９］
型（３００）に複合材料層を塗工するステップが、自動又は手動プロセスで複合材料層を塗工することを含む、実施態様１４に記載の方法。
［実施態様２０］
硬化後に複合材料層の表面特性を測定するステップをさらに含む、実施態様１４に記載の方法。
【符号の説明】
【００１９】
１００  風力タービン動翼
１１０  先端部
１２０  根元部
１３０  スパーキャップ
１４０  せん断ウェブ
１５０  第１のシェル
１６０  第１のシェル前縁
１７０  第１のシェル後縁
１８０  負圧面
１９０  第２のシェル
２００  第２のシェル前縁
２１０  第２のシェル後縁
２２０  正圧面
２３０  繊維強化材料
２４０  コア材料
２５０  欠陥
２６０  層
２７０  面外波
２８０  風力タービン動翼形状測定検査システム
２９０  形状測定装置
３００  型
３１０  複合材料アプリケータ
【図１】
2017078714.tif 000003
【図２】
2017078714.tif 000004
【図３】
2017078714.tif 000005
【外国語明細書】
2017078714000001.pdf