(57)【要約】  本発明は、風力タービンブレードの前縁部保護カバーに関する。保護カバーは、長手方向に伸張する第１の縁部及び第２の縁部と、第１の縁部及び第２の縁部の間に延びる弧状の外表面及び内表面とを有する。弧状の内表面は、例えば、ブレードの前縁部の少なくとも一部を覆うように、風力タービンブレードの外表面部に取り付けられるような形状になっており、長手方向に伸張する第１の縁部は、風力タービンブレードの負圧側に取り付けられる。保護カバーは、長手方向に伸張する第１の縁部の少なくとも一部に沿って保護カバーの弧状の外表面に配置される複数の渦発生部材を更に備える。提案される保護カバーにより、衝突する粒子に対する風力タービンブレードの保護が向上するとともに、風力タービンブレードの表面上の流体特性が向上する。本発明は、さらに、前縁部保護カバーを備える風力タービンブレードを準備する方法であって、複数の渦発生部材を備える前縁部保護カバーを成形加工するステップと、前縁部保護カバーを風力タービンブレードの外表面部に取り付けるステップとを含む、方法に関する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービンブレードの前縁部保護カバーであって、前記風力タービンブレードは、該ブレードの根元端部と先端部との間で長手方向に伸張するとともに、後縁部と前縁部との間で横断方向に伸張しており、
該保護カバーは、長手方向に伸張する第１の縁部及び第２の縁部と、該第１の縁部及び該第２の縁部の間で伸張する弧状の外表面及び内表面とを有し、前記弧状の内表面は、前記前縁部の少なくとも一部を含む前記風力タービンブレードの外表面部に取り付けられるような形状になっており、前記長手方向に伸張する第１の縁部は、前記風力タービンブレードの負圧側に取り付けられ、該保護カバーは、前記風力タービンブレードに静的に固定されるように構成され、
該保護カバーは、前記長手方向に伸張する第１の縁部の少なくとも一部に沿って該保護カバーの前記弧状の外表面に配置される複数の渦発生部材を更に備え、該渦発生部材は、該保護カバーと一体的に形成される、前縁部保護カバー。
【請求項２】
前記渦発生部材は、前記保護カバーの前記弧状の外表面から突出する四面体様形状の本体を備える、請求項１に記載の前縁部保護カバー。
【請求項３】
前記四面体様形状の本体は、正圧面と、負圧面と、後面とを有し、前記保護カバーが前記ブレードに取り付けられたとき、前記後面は、前記長手方向に伸張する第１の縁部に向き、前記正圧面は、前記ブレードの前記先端部又は前記根元端部に向く、請求項２に記載の前縁部保護カバー。
【請求項４】
前記正圧面は、内側に湾曲している、請求項３に記載の前縁部保護カバー。
【請求項５】
前記後面は、前記弧状の外表面からほぼ垂直に延びる、請求項３又は４に記載の前縁部保護カバー。
【請求項６】
前記正圧面は、前記弧状の外表面からほぼ垂直に延びる、請求項３〜５のいずれか１項に記載の前縁部保護カバー。
【請求項７】
前記渦発生部材は、前記前縁部から前記長手方向に伸張する第１の縁部に向かう方向に、前記弧状の外表面からの高さが増大する本体を備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の前縁部保護カバー。
【請求項８】
前記渦発生部材は、前記弧状の外表面から、前記風力タービンブレードの翼弦長の０．２％〜０．７％の範囲及び／又は２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の最大高さだけ突出する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の前縁部保護カバー。
【請求項９】
前記保護カバーは、ポリウレタン又はエポキシ等の可撓性プラスチック材料から成形加工された前記複数の渦発生部材を備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の前縁部保護カバー。
【請求項１０】
前記渦発生部材は、該渦発生部材と前記長手方向に伸張する第１の縁部との間で距離を置いて配置され、該距離は、２ｍｍ〜３０ｍｍの範囲、例えば、７ｍｍ〜１５ｍｍの範囲である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の前縁部保護カバー。
【請求項１１】
風力タービンブレードであって、該風力タービンブレードは、該ブレードの根元端部と先端部との間の長さで伸張するとともに、後縁部と前縁部との間の幅で伸張し、該風力タービンブレードは、前記前縁部の少なくとも一部を含む外表面部を有し、
前記風力タービンは、該風力タービンブレードの前記外表面部に取り付けられる請求項１〜１０のいずれか１項に記載の前縁部保護カバーを更に備え、前記長手方向に伸張する第１の縁部は、該風力タービンブレードの負圧側に取り付けられる、風力タービンブレード。
【請求項１２】
前記保護カバーは、接着剤によって前記ブレードの前記外表面部に取り付けられる、請求項１１に記載の風力タービンブレード。
【請求項１３】
前記保護カバーは、前記渦発生手段と前記長手方向に伸張する第１の縁部との間に配置されるねじ、ボルト及び／又はリベット等の取付け手段によって、前記ブレードの前記外表面部に取り付けられる、請求項１１に記載の風力タービンブレード。
【請求項１４】
前記前縁部保護カバーは、５００ＭＰａ×ｍｍ〜２５０ＧＰａ×ｍｍの範囲の剛性を有し、好ましくは、前記前縁部保護カバーは、１ＧＰａ×ｍｍ〜１００ＧＰａ×ｍｍの範囲の剛性を有する、請求項１３に記載の風力タービンブレード。
【請求項１５】
前縁部保護カバーを備える風力タービンブレードを準備する方法であって、前記風力タービンブレードは、該ブレードの根元端部と先端部との間の長さで伸張するとともに、後縁部と前縁部との間の幅で伸張しており、前記風力タービンブレードは、前記前縁部の少なくとも一部を含む外表面部を有し、該方法は、
複数の渦発生部材を備える請求項１〜１０のいずれか１項に記載の前縁部保護カバーを成形加工することと、
前記前縁部の前記一部を覆うように、かつ前記渦発生部材が前記風力タービンブレードの負圧側に配置されるように前記前縁部保護カバーを前記風力タービンブレードの前記外表面部に取り付けることと、
を含む、方法。
【請求項１６】
前記前縁部保護カバーは、前記渦発生部材を成形加工するための複数のリセスを有する金型において成形加工される、請求項１５に記載の風力タービンブレードを準備する方法。
【請求項１７】
前記方法ステップは、前記風力タービンブレードの製造過程の一部をなす、請求項１５又は１６に記載の風力タービンブレードを準備する方法。
【請求項１８】
前記前縁部保護カバーを取り付ける方法ステップは、前記風力タービンブレードの修理又は保守時の後処理として実行される、請求項１５又は１６に記載の風力タービンブレードを準備する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力タービンブレードの前縁部保護カバーに関する。本発明は、さらに、このような前縁部保護カバーを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の風力タービンは、電力生産量を増大させるために大型化を続けており、ますます長い風力タービンブレードを備えるようになっている。ブレードが長くなるほど、ブレード表面に衝突する粒子の速度が相応に増大する。雨、雹、塩水飛沫及び他のデブリ粒子は、ブレード表面に４００ｋｍ／ｈ以上にものぼる速度で衝突し、重大な腐食損傷を引き起こす可能性がある。特に、風力タービンの前縁部、とりわけ、風力タービンブレードの先端に最も近い最外部が、腐食を受ける。風力タービンブレードが十分に保護されていない場合、又は、保護物が摩耗している場合、ブレードは、時間とともに孔食、えぐれ及び層間剥離が発生することが観察されるが、これは空力効率及び構造的完全性に影響を与える可能性がある。ブレードの性能不良により、年間エネルギー生産量が低減する可能性があるが、修理のダウンタイムにはコストがかかる。
【０００３】
腐食保護を向上させるために、前縁部領域にコーティング又はテープを施すことによって前縁部保護を得ることができる。しかしながら、このようなコーティング又はテープは、取付け済みの風力タービンブレードの保護の向上又は修理のために現場で施すことが困難であり、また好ましい天候条件下でのみ施すことができる。さらに、腐食テープが破れて、いくらか剥がれたテープの部分が風に自由になびくことが観察されている。このことは、ブレードの空力性能を低下させるとともに、著しい騒音源となる可能性がある。
【０００４】
例えば特許文献１に記載されているように、事前に作製された保護カバー又はシールドを、完成した風力タービンブレードの外表面に取り付けることも知られている。しかしながら、事前に作製されるカバーは、例えば、ブレードに強固に結合するために必要な前縁部の長さに沿って３次元ブレード形状に密接にフィットするように製造することが困難であり得る。さらに、カバーからブレードシェルへ滑らかなに移行させるのは困難であり、また、多くの場合に時間のかかるフィッティング作業及び液体充填剤製品の使用を伴うが、これらは適した天候条件下でのみ実行することができる。一方で、カバーからブレードシェルへの小さな段部を伴う滑らかでない移行部は、それに関連して抗力が増大することによってブレードの早期の失速を引き起こし、揚力の損失及びしたがってエネルギー生産量の損失をもたらす可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１６／０７５６１９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態の一目的は、空力特性が向上し、特に揚力が高められた風力タービンブレードの前縁部保護カバーを提供することによって、上述した欠点のうちのいくつか又は全てを克服又は少なくとも低減することである。
【０００７】
本発明の実施形態の一目的は、風力タービンブレードの製造プロセス中及び修理又は保守時のどちらでも風力タービンブレードに取り付けられるように十分適した、特に現場作業に適した前縁部保護カバーを提供することである。
【０００８】
本発明の実施形態の更なる目的は、頑健であるが、シンプルな方策で製造することができ風力タービンブレードに取り付けることができる前縁部保護カバーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、第１の態様において、本発明は、風力タービンブレードの前縁部保護カバーであって、風力タービンブレードは、ブレードの根元端部と先端部との間で長手方向に伸張するとともに、後縁部と前縁部との間で横断方向に延びる、前縁部保護カバーに関する。保護カバーは、長手方向に伸張する第１の縁部及び第２の縁部と、第１の縁部及び第２の縁部の間に延びる弧状の外表面及び内表面を有し、弧状の内表面は、前縁部の少なくとも一部を含む風力タービンブレードの外表面部に取り付けられるような形状であり、長手方向に伸張する第１の縁部は、風力タービンブレードの負圧側に取り付けられる。保護カバーは、風力タービンブレードに静的に固定されるように構成される。保護カバーは、長手方向に伸張する第１の縁部の少なくとも一部に沿って保護カバーの弧状の外表面に配置される複数の渦発生部材を更に備え、渦発生部材は、保護カバーと一体的に形成される。
【００１０】
これにより、一般的に雨、雹又は塵等の衝突する粒子又は投射物による最も大きな負荷に曝されるブレードの部分である風力タービンブレードの前縁部の腐食及び摩耗に対する向上した保護を提供する保護カバーが得られる。加えて、長手方向に伸張する第１の縁部の少なくとも一部に沿って配置される渦発生部材は、風力タービンブレードの負圧側において長手方向に伸張する第１の縁部の上流で、渦及び空気流のミキシングを発生させる。これにより、境界層は、第１の縁部にわたって保護カバーから風力タービンブレード表面への移行部を跨いで安定化される。渦発生部材の配置は、このようにして、保護カバーから風力タービンブレード表面への任意の段部の揚力減少作用及び／又は抗力増大作用を効果的に排除する。
【００１１】
これにより、風力タービンブレードの長手方向に延びる表面に沿ってカバーとブレード表面との間の移行部又は段部を滑らかにする又は充填するための充填剤を用いて風力タービンブレードに取り付ける必要のない保護カバーが得られる。これにより、前縁部保護カバーを風力タービンブレードに取り付けるのに必要な作業及び時間が大幅に低減され、また、ブレードを地上まで下降させる又は特別な作業環境を確立することを必要とすることなく現場で取り付けることが可能になる。さらに、上記システムを適用することができる天候の範囲も拡大される。さらに、他の方法では、テープ及び充填剤がしばしば損傷及び／又は剥離することが観察されており、腐食保護システム自体よりも頻繁に定期的な修理を必要とするので、ブレード上の保護カバーの寿命は延長される。むしろ、本発明に係る保護カバーは、少数の単純な作業で、基本的な工具のみを必要として、風力タービンブレードに装着して取り付けることができる点で有利である。これにより、保護カバーを、例えば、プラットフォームから又はロープアクセスを利用して、取り付けられている既存の風力タービンブレードに必要に応じて取り付けることが可能になる。加えて、上記方法は、例えば特別な真空発生装置、位置決め治具、加熱システム等を必要とすることなく、野外で実行することができる。さらに、風力タービンの前縁部保護は、保護カバーの単純な取付けによって比較的迅速に確立することができる。このことは、現場での修理又は保守作業時に施される場合、特に作業条件が短期間だけ容認され得る洋上タービン上のブレードに関して、特に有利である。
【００１２】
前縁部保護カバーは、風力タービンブレードに静的に固定されるように、風力タービンブレードに取り付けられるように構成される。換言すれば、前縁部保護カバーは、風力タービンブレードに対して形状を動的に変化させることができる可動カバーではない。前縁部保護カバーは、弧状の内表面が風力タービンブレードの外表面部に対して相補的な形状を有するように、すなわち、弧状の内表面が風力タービンブレードの外表面部に一致するように構成される。前縁部保護カバーは、風力タービンブレードに静的に固定されるが、これは、一時的な取付けとすることができ、カバーは、必要であれば除去及び交換することができる。
【００１３】
渦発生部材は、保護カバーがブレードに取り付けられたとき、渦発生部材が風力タービンブレードの外表面部から突出するように、保護カバーの弧状の外表面に配置される。
【００１４】
渦発生部材は、長手方向に伸張する第１の縁部の少なくとも一部に沿って保護カバーの弧状の外表面に配置される。渦発生部材は、このようにして、長手方向に伸張する第１の縁部に又は該第１の縁部の近くに、長手方向に伸張する第１の縁部に隣接して又は該第１の縁部と距離を置いて、配置される。渦発生部材は、長手方向に伸張する第１の縁部に対して同じ距離又は１つ以上の異なる距離を置いて、例えば長手方向に伸張する第１の縁部に沿って１列又は２列にして、配置することができる。
【００１５】
渦発生部材は、隣り合う渦発生部材の間で同じ距離又は異なる距離を置いて配置することができる。このようにして、これらの部材は、例えば、風力タービンブレードの根元端部に向かって互いにより近づくように配置することができる。
【００１６】
渦発生部材は、長手方向に伸張する第１の縁部の少なくとも一部に沿って、例えば好ましくは長手方向に伸張する第１の縁部の全長に沿って配置される。代替的には、渦発生部材は、長手方向に伸張する第１の縁部の少なくとも中央部に沿って、例えば長手方向に伸張する第１の縁部の全長の５０％〜９０％に沿って配置することができる。
【００１７】
保護カバーの長手方向に伸張する第１の縁部及び第２の縁部は、好ましくは実質的に直線状の縁部であるが、必要に応じて湾曲しているか、区分的に直線状であるか、又はこれらの組み合わせとしてもよいし、保護カバーから風力タービンブレード表面への移行部を形成するのに最良とみなされる任意の形状にしてもよい。外表面及び内表面は、弧状又は略Ｕ字状である。弧状の内表面及び外表面は、長手方向に伸張する縁部に向かって保護カバーの厚さが減少するような形状としてもよい。これにより、保護カバーから風力タービンブレード表面への縁部又は段部の高さが減少する。さらに、保護カバーは、これにより、風力タービンブレードの摩耗及び損傷が最大となる場所である前縁部の近くで、増大した厚さを有する。
【００１８】
保護カバーは、風力タービンブレードの負圧側表面及び正圧側表面の双方の一部を覆う役割を果たすように、その外表面部は、典型的には、前縁部を横切って伸張している。保護カバーは、前縁部の両側に同様の距離だけ伸張してもよいし、負圧側よりも正圧側に長い距離伸張するか又は正圧側よりも負圧側に長い距離伸張するようにしてもよい。保護カバーは、カバーの長さに沿って等しい又は同様の断面幅を有してもよいし、例えば、ブレードの先端部に近づくにつれて風力タービンブレード外形部のより広い部分を覆うように変化する幅を有してもよい。これにより、前縁部の保護は、衝突する粒子及び投射物の速度がより高い場所である先端部に向かって、ブレード外形部のより広い部分を覆うようにされる。
【００１９】
風力タービンブレードのブレード先端部及び最外部は、より高速の粒子に曝され、したがって腐食損傷のリスクがより高いので、前縁部の保護は、ブレード先端部に隣接する又はブレード先端部を含むブレード前縁部の最外部、例えば前縁部の長さの最も外側の５％〜４０％、例えば最も外側の１０％〜２０％を保護するような形状であることが好ましい。
【００２０】
渦発生部材は、保護カバーと一体的に形成される。これにより、渦発生部材が風力タービンの動作時に剥がれ落ちるリスクが低減した、より頑健且つ耐摩耗性の保護カバーが得られる。加えて、渦発生部材は、これにより、風力タービンブレードの間断なく変化する複雑な変形パターンに追従可能であるようにいくらかの可撓性を有して成形加工される必要がある保護カバーと同じ可撓性を有して形成することができる。この態様は、保護カバーが長いほど重要性が増す。さらに、保護カバーは、事前に製造及び準備して、少数の比較的単純な作業で風力タービンブレードに取り付けられるように用意することができる。
【００２１】
一実施形態によれば、複数の渦発生部材を備える保護カバーは、ポリウレタン又はエポキシ等の可撓性プラスチック材料から成形加工される。これにより、渦発生部材を備える保護カバーは、風力タービンブレードとともに変形して撓むことができるように十分な可撓性を有するように作製することができる。それにより、保護カバーと風力タービンブレード表面との間の結合部又は取付け部は、より小さな負荷を受け、保護カバーが緩む又は部分的に剥がれ落ちるリスクが大幅に減少する。
【００２２】
更なる一実施形態において、渦発生部材は、保護カバーの弧状の外表面から突出する四面体様形状の本体を備える。四面体様形状とは、本体が、保護カバーの外表面から突出する３つの表面を有すること、及び、本体のこれらの表面が、平坦及び／又は湾曲していることができることを意味する。これにより、渦発生部材は、従来のフィン様の渦発生器と同じ又は同様の渦発生特性をもたらすと同時に、部材を保護カバーの他の部分と一体的に、好ましくは同じ材料から、鋳造又は成形加工することを可能にする形状を得る。四面体様形状の本体により、渦発生部材は、部材の望ましい剛性を実現するような体積を得る。
【００２３】
一実施形態において、上記による四面体様形状の本体は、正圧面と、負圧面と、後面とを更に有し、保護カバーがブレードに取り付けられたとき、後面は、長手方向に伸張する第１の縁部に向き、正圧面は、ブレードの先端部又は根元端部に向く。これにより、渦発生部材は、例えば、保護カバーの縁部の下流で望ましいミキシングを効果的に引き起こすような形状になっており、上記ミキシングにより、境界層が安定化されるとともに風力タービンブレードの揚力が高められる。一実施形態において、渦発生部材は、正圧面がブレードの先端部又は根元端部に交互に向く状態で、対をなして配置される。これにより、各組の渦発生部材は、反対に回転する渦を発生させる役割を果たす。
【００２４】
正圧面は、一実施形態において、内側に湾曲し（すなわち、凹形状）、したがって好ましい流れ特性を効果的に得るような形状になっている。
【００２５】
実施形態において、後面及び／又は正圧面は、弧状の外表面から実質的に垂直に延在する。これにより、正圧面は、境界層のミキシングを促進し、境界層をより安定化し、剥離を遅らせるために望ましいようにブレード表面上の流れを変化させる目的で、従来のフィン様の渦発生器と非常に類似する形状とすることができる。さらに、これにより、後面は、流れ特性に影響を与えることなく、渦発生部材の本体の必要な剛性を提供することに役立つ。
【００２６】
更なる一実施形態によれば、渦発生部材は、弧状の外表面から、前縁部から離れて長手方向に伸張する第１の縁部に向かう方向に増大する高さを有する本体を備える。渦発生部材は、弧状の外表面から、風力タービンブレードの翼弦長の０．２％〜０．７％の範囲及び／又は２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の最大高さだけ突出することができる。これにより、風力タービンブレードの周りの流れに悪影響を与えることなく、境界層を安定化する空気流の効果的なミキシングが達成される。
【００２７】
一実施形態において、渦発生部材は、渦発生部材と長手方向に伸張する第１の縁部との間で距離を置いて配置され、この距離は、２ｍｍ〜３０ｍｍの範囲、例えば、７ｍｍ〜１５ｍｍの範囲である。渦発生部材は、これにより、境界層に影響を与え、例えば、実際に保護カバーと風力タービンブレード表面との間の形状不連続部又は段付き表面を隠し、それにより向上した揚力特性をもたらす役割を果たすことがわかっている。
【００２８】
更なる態様によれば、本発明は、ブレードの根元端部と先端部との間の長さに伸張するとともに、後縁部と前縁部との間の幅に伸張する風力タービンブレードであって、風力タービンブレードは、前縁部の少なくとも一部を含む外表面部を有するとともに、風力タービンブレードの外表面部に取り付けられる上記のうちのいずれかに係る前縁部保護カバーを更に備え、このとき、長手方向に伸張する第１の縁部は、風力タービンブレードの負圧側に取り付けられる、風力タービンブレードに関する。この風力タービンブレードの利点は、上記で前縁部保護カバーに関して記載したとおりである。
【００２９】
実施形態において、保護カバーは、接着剤によって、及び／又は、渦発生部材と長手方向に伸張する第１の縁部との間に配置されるねじ、ボルト及び／又はリベット等の取付け手段によって、ブレードの外表面部に取り付けられる。これにより、必要に応じて野外にあるブレードに、現場にあるブレードに、又は更には風力タービンに取り付けられたブレードに実行することができる、保護カバーの効果的な取付けが達成される。というのも、このタイプの取付けは、例えば、特別な環境（天候条件から隔離され、使用される接着剤の機能窓に合致する）又は特別な製造設備若しくは機械類等に対するいかなる要求も伴わずに、単純な手作業及び単純なツールによって実行することができるからである。さらに、渦発生手段と長手方向に伸張する第１の縁部との間に配置される取付け手段の使用は、渦発生部材が、取付け手段によって生じた表面不連続部又は凹凸部を隠す役割を更に果たす点で有利である。このようにして、渦発生部材は、保護カバーとブレード表面との間の縁部だけではなく、取付け手段によって生じた表面凹凸部にもかかわらず、境界層を安定化する機能を果たす。
【００３０】
１つの実施形態において、前縁部保護カバーは、ねじ、ボルト及び／又はリベット等の取付け手段による締結を更に容易にするように、比較的剛性である。この実施形態において、前縁部保護カバーの剛性は、少なくとも５００ＭＰａ×ｍｍであり、ここで、剛性は、前縁部保護カバーの弾性率に前縁部保護カバーの厚さを掛けたものとして計算される。前縁部保護カバーが厚さの変化を有する場合、少なくとも前縁部保護カバーの最も大きな厚さを有する部分は、少なくとも５００ＭＰａ×ｍｍの剛性を有することが好ましく、前縁部保護カバーの全ての部分が、少なくとも５００ＭＰａ×ｍｍの剛性を有することがより好ましい。前縁部保護カバーの剛性は、最大２５０ＧＰａ×ｍｍである。前縁部保護カバーの剛性は、１ＧＰａ×ｍｍ〜１００ＧＰａ×ｍｍの範囲であることがより好ましい。
【００３１】
前縁部保護カバーの厚さは、典型的には約４００μｍ〜約５ｍｍである。より剛性の高い前縁部保護カバーに関しては、厚さは約１ｍｍ〜５ｍｍであることが好ましく、１．５ｍｍ〜４ｍｍであることがより好ましい。１つの実施形態において、最小厚さは、約１ｍｍ〜２ｍｍであり、最大厚さは、約３ｍｍ〜５ｍｍである。
【００３２】
更なる態様によれば、本発明は、前縁部保護カバーを備える風力タービンブレードを準備する方法であって、風力タービンブレードは、ブレードの根元端部と先端部との間の長さに伸張するとともに、後縁部と前縁部との間の幅に伸張し、風力タービンブレードは、前縁部の少なくとも一部を含む外表面部を備え、該方法は、
複数の渦発生部材を備える、上述した実施形態のうちのいずれかに係る前縁部保護カバーを成形加工することと、
例えば、前縁部の一部を覆うように、前縁部保護カバーを風力タービンブレードの外表面部に取り付け、渦発生部材が風力タービンブレードの負圧側に配置されるようにすることと、
を含む、方法に関する。この方法の利点は、上記で前縁部保護カバーに関して記載したとおりである。
【００３３】
一実施形態において、前縁部保護カバーは、渦発生部材を成形加工するための複数のリセスを有する金型において成形加工される。これにより、渦発生部材を備える保護カバーを、１部品として、また必要に応じて同じ材料の１部品として、一度に成形加工することができる。これにより、渦発生部材は、保護カバーの他の部分と一体的に形成され、渦発生部材のいずれかがカバーの表面から剥がれ落ちる又は離脱するリスクが最小限に抑えられる。
【００３４】
上記の方法ステップは、風力タービンブレードの製造過程の一部をなすこともできるし、代替的に又は加えて、風力タービンブレードの修理又は保守時の後処理として実行することもできる。すなわち、前縁部保護カバーは、最初の製造時に風力タービンブレードに取り付けることができるが、既存の風力タービンブレードに後の時点で施すことにも非常によく適している。上記の作製方法は、例えば、特別な環境（天候条件から隔離され、使用される塗料の機能窓に合致する）又は特別な製造設備若しくは機械類等に対するいかなる要求も伴わずに、単純な手作業及び単純なツールによって実行することができるので、本方法を野外にあるブレードに、現場にあるブレードに、又は更には風力タービンに取り付けられているブレードに実行することができることが特別な利点である。
【００３５】
以下、図面を参照しながら、本発明の様々な実施形態を記載する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】前縁部保護カバーを備える風力タービンブレードを示す図である。
【図２】図２Ａは前縁部保護カバーを備える風力タービンブレードを部分斜視図で示す図である。図２Ｂは本発明の一実施形態に係る前縁部保護カバーを含む前縁部領域を拡大図で示す図である。
【図３】図３Ａは保護カバーを有しない風力タービンブレード外形部の周りの風の流れを示す図である。図３Ｂは保護カバーを有する風力タービンブレード外形部の周りの風の流れを示す図である。図３Ｃは本発明の一実施形態に係る保護カバーを有する風力タービンブレード外形部の周りの風の流れを示す図である。
【図４】図４Ａは様々な本発明の実施形態に係る保護カバーに配置される渦発生部材の様々な形状を示す図である。図４Ｂは様々な本発明の実施形態に係る保護カバーに配置される渦発生部材の様々な形状を示す図である。図４Ｃは様々な本発明の実施形態に係る保護カバーに配置される渦発生部材の様々な形状を示す図である。図４Ｄは様々な本発明の実施形態に係る保護カバーに配置される渦発生部材の様々な形状を示す図である。図４Ｅは様々な本発明の実施形態に係る保護カバーに配置される渦発生部材の様々な形状を示す図である。
【図５】斜視図及び断面図で見た場合の、保護カバー上の渦発生部材の配置を示す図である。
【図６】図６Ａは上面図で見た場合の、渦発生部材の一部の様々な形状を示す図である。図６Ｂは上面図で見た場合の、渦発生部材の一部の様々な形状を示す図である。図６Ｃは上面図で見た場合の、渦発生部材の一部の様々な形状を示す図である。図６Ｄは上面図で見た場合の、渦発生部材の一部の様々な形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は、ブレードの根元端部２０２と先端部２０３との間の長さ２０１で伸張するとともに、後縁部２０５と前縁部２０６との間の矢印２０４で示されている幅で延在する風力タービンブレード１１０を示している。風力タービンブレードの外表面部２１０は、前縁部２０６の一部を占め、本発明に係る前縁部保護カバー１００が設けられている。
【００３８】
図２Ａは、ブレード中間位置２１１において図１に示されている輪郭３００に対応する断面で見た場合の風力タービンブレード１０１の一部と、先端部２０３に向かう斜視図でのブレードの外側部分とを示している。前縁部２０６の周りの最前領域が、図２Ｂに拡大図で示されている。ブレードの外表面部又は外側表面部２１０は、ブレードの前縁部２０６を覆うとともにブレードの前縁部２０６を横切って延びる。図２Ａでは、矢印２０７は、定格電力未満での通常の風力タービン動作下での風力タービンブレードの周りの流れ経路を示している。風力タービンブレード１１０は、前縁部保護カバー１００を備え、前縁部保護カバー１００は、表面部２１０に取り付けられ、それによりブレードの前縁部の少なくとも一部を覆う。
【００３９】
前縁部保護カバー１００は、長手方向に伸張する第１の縁部２２１及び第２の縁部２２２と、第１の縁部２２１及び第２の縁部２２２の間に延びる弧状の外表面２２３及び内表面２２４とを有する。カバーの厚さ２０８は、弧状の内表面２２４に直交する、弧状の外表面２２３と内表面２２４との間の距離である。厚さ２０８は、典型的には、保護カバー全体に関して実質的に一定である（すなわち、２０％未満の厚さの変化を有する）。いくつかの実施形態において、保護カバーは、カバーの２２１と２２２との間の部分において、他の箇所で記載した保護カバーの最小厚さよりも２０％超大きな最大厚さを有する。長手方向に伸張する第１の縁部２２１は、風力タービンブレードの負圧側に取り付けられる。保護カバー１００は、長手方向に伸張する第１の縁部２２１の少なくとも一部に沿って保護カバーの弧状の外表面２２３に、したがって風力タービンブレードの負圧側に配置される、複数の渦発生部材２５０を更に備える。渦発生部材２５０は、保護カバーの長手方向に伸張する第１の縁部２２１の上流、したがって保護カバーとブレード表面との間の段部又は不連続部２３０の上流に配置される。渦発生部材２５０を、長手方向に伸張する第２の縁部２２２の少なくとも一部に沿って、図２Ｂに示されている風力タービンブレードの正圧側に更に配置することができる。
【００４０】
図３Ａ〜図３Ｃは、前縁部保護カバー１００が風力タービンブレード外形部３００の周りの流れに影響を与える様子と、保護カバー上での渦発生部材の有利な機能とを示している。図３Ａには、風力タービンブレード外形部３００の周りの典型的な層流３１０が示されている。図３Ｂには、従来の保護カバー１００の取付けによって負圧側及び正圧側の両方で段付き表面又は不連続部２３０が形成され、境界層の剥離３１１及び揚力の損失がもたらされる様子が示されている。図３Ｃには、カバーの縁部の上流に配置される渦発生部材２５０を備える、本発明に係る保護カバー１００の効果が示されている。保護カバー上の渦発生部材２５０により、流れに乱流が生じて空気流中でミキシングが発生し、それにより、負圧面に沿って境界層が安定化される。このようにして、渦発生部材２５０は、保護カバー１００とブレード表面との間の形状不連続部を効果的に隠し、揚力を高める。
【００４１】
図４Ａ〜図４Ｅは、保護カバー１００上に配置される渦発生部材２５０の様々な好ましい形状を示している。ここで、渦発生部材２５０は、保護カバー１００の弧状の外表面２２３から突出する四面体様形状の本体４００を備える。四面体様形状の本体４００はここでは全て、正圧面４０１と、負圧面４０２と、後面４０３とを有する。これらの表面は、後面４０３が、長手方向に伸張する第１の縁部２２１に向くように配向される。したがって、図４における渦発生部材２５０は、後縁部から前縁部に向かって、図４Ｄの部材に関して矢印４１０で示されている風流入の全体的な方向に対向するように斜視図で見たものである。正圧面４０１は、ブレードの先端部２０３に向く。渦発生部材２５０の本体４００は、弧状の外表面から測定した場合、前縁部２０６から長手方向に伸張する第１の縁部２２１に向かう方向、すなわち風の流れの全体的な方向４１０に増大する高さを有する。渦発生部材２５０のうちの１つの渦発生部材の最大高さ４３０は、図４Ｅに示されている。最大高さ４３０は、風力タービンブレードの翼弦長の０．２％〜０．７％の範囲及び／又は２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００４２】
風流入の全体的な方向４１０に対する正圧面４０１の角度４２０は、図５に示されており、いくつかの異なる正圧面形状に関して、上面図で見たものが図６Ａ〜図６Ｄに示されている。
【００４３】
正圧面４０１の角度及び正圧面４０１の形状及び／又は渦発生部材２５０の本体の負圧面４０２の基準は概して、正圧面４０１が、好ましい流れ特性を得るような角度及び形状になっていることである。したがって、この表面の形状及び角度は、全体として従来のフィン様タイプの渦発生器と同じ設計規則に従う。さらに、負圧側面４０２は、本体体積と、渦発生部材の望ましい剛性を達成するのに十分な材料体積とを達成するような形状及び角度である。正圧面４０１と風の流れの全体的な方向４１０との間の角度４２０は、典型的にはおおよそ５度〜２０度である。最も単純な形態において、正圧面は、図６Ａに示されているように平坦な表面とすることができる。図６Ｂ及び図６Ｃに示されている実施形態において、正圧面４０１は、少なくとも部分的に内方に湾曲し、それに従って空気流を誘導する。代替的には、図６Ｄに示されているように、正圧面４０１は、到来空気に向かって外方に湾曲する又は出っ張る、すなわち凸形状をなすことができる。このようにして、渦発生部材の形状は、ブレードの表面に沿って流れの望ましい変化を達成するように調整することができ、これにより、保護カバー１００とブレード表面との間の形状不連続部を「隠す」ことが可能になる。保護カバーは、風力タービンブレードの変形に耐えるとともに追従するように、軟質ポリウレタン等の比較的軟質且つ可撓性の材料に成形加工されることが好ましい。渦発生部材の提案される四面体様形状により、これらの渦発生部材は、保護カバーと一体的に、好ましくは同じ材料から形成されながら、依然として、渦の発生及び空気流のミキシングを引き起こすのに必要な剛性を有することができる。
【００４４】
本発明の好ましい実施形態を記載したが、本発明はそれに限定されず、本発明から逸脱することなく変更を加えることができることが理解されるべきである。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定され、文言上又は均等論のいずれかにより特許請求の範囲の趣旨内にある全ての考案は、特許請求の範囲に含まれることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年12月17日(2018.12.17)
【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に装着するための前縁部保護カバーであって、前記風力タービンブレードは、該ブレードの根元端部と先端部との間で長手方向に伸張するとともに、後縁部と前縁部との間で横断方向に伸張しており、
該保護カバーは、長手方向に伸張する第１の縁部及び第２の縁部と、該第１の縁部及び該第２の縁部の間で伸張する弧状の外表面及び内表面とを有し、前記弧状の内表面は、使用時に前記前縁部の少なくとも一部を含む前記風力タービンブレードの外表面部に取り付けられるような形状になっており、前記長手方向に伸張する第１の縁部は、前記風力タービンブレードの負圧側に取り付け可能であり、該保護カバーは、前記風力タービンブレードに静的に固定されるように構成され、
該保護カバーは、前記長手方向に伸張する第１の縁部の少なくとも一部に沿って該保護カバーの前記弧状の外表面に配置される複数の渦発生部材を更に備え、該渦発生部材は、該保護カバーと一体的に形成され、
該保護カバーが該ブレードに取り付けられた際に、該渦発生部材が該風力タービンブレードの該外表面部から突出するように該渦発生部材が該保護カバー上に配置されている、前縁部保護カバー。
【請求項２】
前記渦発生部材は、前記保護カバーの前記弧状の外表面から突出する四面体様形状の本体を備える、請求項１に記載の前縁部保護カバー。
【請求項３】
前記四面体様形状の本体は、正圧面と、負圧面と、後面とを有し、前記保護カバーが前記ブレードに取り付けられたとき、前記後面は、前記長手方向に伸張する第１の縁部に向き、前記正圧面は、前記ブレードの前記先端部又は前記根元端部に向く、請求項２に記載の前縁部保護カバー。
【請求項４】
前記正圧面は、内側に湾曲している、請求項３に記載の前縁部保護カバー。
【請求項５】
前記後面は、前記弧状の外表面からほぼ垂直に延びる、請求項３又は４に記載の前縁部保護カバー。
【請求項６】
前記正圧面は、前記弧状の外表面からほぼ垂直に延びる、請求項３〜５のいずれか１項に記載の前縁部保護カバー。
【請求項７】
前記渦発生部材は、前記前縁部から前記長手方向に伸張する第１の縁部に向かう方向に、前記弧状の外表面からの高さが増大する本体を備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の前縁部保護カバー。
【請求項８】
前記渦発生部材は、前記弧状の外表面から、前記風力タービンブレードの翼弦長の０．２％〜０．７％の範囲及び／又は２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の最大高さだけ突出する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の前縁部保護カバー。
【請求項９】
前記保護カバーは、ポリウレタン又はエポキシ等の可撓性プラスチック材料から成形加工された前記複数の渦発生部材を備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の前縁部保護カバー。
【請求項１０】
前記渦発生部材は、該渦発生部材と前記長手方向に伸張する第１の縁部との間で距離を置いて配置され、該距離は、２ｍｍ〜３０ｍｍの範囲、例えば、７ｍｍ〜１５ｍｍの範囲である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の前縁部保護カバー。
【請求項１１】
風力タービンブレードであって、該風力タービンブレードは、該ブレードの根元端部と先端部との間の長さで伸張するとともに、後縁部と前縁部との間の幅で伸張し、該風力タービンブレードは、前記前縁部の少なくとも一部を含む外表面部を有し、
前記風力タービンは、該風力タービンブレードの前記外表面部に取り付けられる請求項１〜１０のいずれか１項に記載の前縁部保護カバーを更に備え、前記長手方向に伸張する第１の縁部は、該風力タービンブレードの負圧側に取り付けられる、風力タービンブレード。
【請求項１２】
前記保護カバーは、接着剤によって前記ブレードの前記外表面部に取り付けられる、請求項１１に記載の風力タービンブレード。
【請求項１３】
前記保護カバーは、前記渦発生手段と前記長手方向に伸張する第１の縁部との間に配置されるねじ、ボルト及び／又はリベット等の取付け手段によって、前記ブレードの前記外表面部に取り付けられる、請求項１１に記載の風力タービンブレード。
【請求項１４】
前記前縁部保護カバーは、５００ＭＰａ×ｍｍ〜２５０ＧＰａ×ｍｍの範囲の剛性を有し、好ましくは、前記前縁部保護カバーは、１ＧＰａ×ｍｍ〜１００ＧＰａ×ｍｍの範囲の剛性を有する、請求項１３に記載の風力タービンブレード。
【請求項１５】
前縁部保護カバーを備える風力タービンブレードを準備する方法であって、前記風力タービンブレードは、該ブレードの根元端部と先端部との間の長さで伸張するとともに、後縁部と前縁部との間の幅で伸張しており、前記風力タービンブレードは、前記前縁部の少なくとも一部を含む外表面部を有し、該方法は、
複数の渦発生部材を備える請求項１〜１０のいずれか１項に記載の前縁部保護カバーを成形加工することと、
前記前縁部の前記一部を覆うように、かつ前記渦発生部材が前記風力タービンブレードの負圧側に配置されるように前記前縁部保護カバーを前記風力タービンブレードの前記外表面部に取り付けることと、
を含む、方法。
【請求項１６】
前記前縁部保護カバーは、前記渦発生部材を成形加工するための複数のリセスを有する金型において成形加工される、請求項１５に記載の風力タービンブレードを準備する方法。
【請求項１７】
前記方法ステップは、前記風力タービンブレードの製造過程の一部をなす、請求項１５又は１６に記載の風力タービンブレードを準備する方法。
【請求項１８】
前記前縁部保護カバーを取り付ける方法ステップは、前記風力タービンブレードの修理又は保守時の後処理として実行される、請求項１５又は１６に記載の風力タービンブレードを準備する方法。
【国際調査報告】
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