JP5081309B2 - 発電用タービン用のモジュール式ローターブレード及びモジュール式ローター・ブレードを備えた発電用タービンを組み立てる方法 - Google Patents

Description

本発明は、風力タービン及び海流タービンのような発電装置、より具体的には、１又はそれ以上の取り外し以可能なブレード部分を有し、運搬のために取り外して、設置場所で組み立てることができる、発電用タービン用のモジュール式ローター・ブレードに関する。本発明は、更にモジュール式ローター・ブレードを備えた発電用タービンを組み立てる方法に関する。

従来の風力タービンローターは、固定長さの一体片として製造され、回転ハブで結合されたブレードを利用する。これらのブレードは、主に、速い流体速度のもとでの力を加減するために、可変ピッチ（選択的に、縦方向軸に対して回転可能）にして、流入する流体に対する迎え角を変化させるようにすることができる。

代替的には、これらのブレードは、固定ピッチとするか、又は、風速が或る基準値を超えたとき、ブレードリフト、したがって獲得電力が著しく低下するように、失速調整されたものとすることができる。可変ピッチ及び固定直径の失速調整されたローター・ブレードは、いずれも、当業者によく知られている。米国特許第６，７２６，４３９Ｂ２は、風力又は水流作動のローター組立体を含む、風力又は水流エネルギーコンバータを記載している。米国特許第６，７２６，４３９Ｂ２のローターは、複数のブレードを含み、該ブレードは、長さを変化させて、種々異なる直径のローターを形成することができる。ローターの直径は、低い流体速度の時にローターを完全に伸ばし、ローターにより供給されるか又はローターに与えられる荷重が設定された制限を超えないように、流体速度が増加するにしたがって、ローターを引込ませるように制御される。

風力発電装置は、タービンナセル内に収容される発電機を含み、該ナセル３は、地面に固定された高いタワー構造の頂上に取り付けられる。タービンは、勢力の強い風の流れの通路にとどまることができるように、水平面内で自由に回転できる。タービンは、可変ピッチブレードを備えたローターを有し、風の流れに対応して回転することができる。各々のブレードは、ローターハブに取り付けられる根元ブレードと言われる基部ブレード部分と、可変直径のローターを構成するために長さを変化させることができる、伸長ブレードと呼ばれるブレード伸長部とを有する。ローター直径は、低い流体速度ではローターが完全に伸び、ローターにより供給される荷重、又はローターに加えられる荷重が設定された限界を超えないように、流体速度が増加するにしたがってローターが引込むように制御される。発電装置は、該発電装置が風の流れに水平に整列する場所に保持されるように、風の流れの通路内にタワー構造により保持される。発電機は、タービンによって駆動されて電力を発生し、該発電機を他の設備及び／又は電力グリッドに相互結合するように機能する電力伝送ケーブルに結合される。

５０ｍより大きい長さの風力タービンブレードは、従来の装置及び技術を使用して、陸上を移送することはできない。米国特許出願２００７／０２５３８２４Ａ１は、風力タービン用のモジュール式ローター・ブレードを記載しており、該ローター・ブレードは、少なくとも第一ローター・ブレード部分と第二ローター・ブレード部分から成る。第一及び第二ローター・ブレード部分は、それらの部分が風力タービンの設置場所に輸送された後、互いに剛に固定されて、完全なローター・ブレードを形成する。従来のモジュール式ローター・ブレードのローター・ブレード部分は、互いに剛に固定されており、一度結合されたローター・ブレード部分は、再び取り外すことはできない。例えば、１つのローター・ブレードの外側ローター・ブレード部分が機能不全になるか、或いは損傷を受けた場合には、ローター・ブレード全体を取り替えなければならない。

米国特許第６，７２６，４３９Ｂ２公報 米国特許出願ＵＳ２００７／０２５３８２４Ａ１

したがって、或る部分が損傷を受けるか、又は機能不全になった場合に、ローター・ブレードの個々のブレード部分だけを取り替えることができる発電用タービン用のモジュール式ローター・ブレードを提供することが、本発明の目的である。このようなモジュール式ローター・ブレードを備えた発電用タービンを組み立てる方法を提供することが、本発明の更なる目的である。

本発明の第一の目的は、少なくとも２つのローター・ブレード部分を含み、各々のローター・ブレード部分は、少なくとも１つの円錐形開口部を有する少なくとも１つの結合用部分を備え、隣接するローター・ブレード部分の該結合用部分は、結合用部分の円錐形開口部が互いに整列して、連続する円錐形結合用開口部を形成するように、互いに重なり合わされた、発電用タービン用のモジュール式ローター・ブレードにより解決される。

「開口部」という表現は、リーマ加工、ドリル加工、ミリング加工などにより基体を完全に貫通するように形成された穴を意味する、貫通穴を示す一般的用語であり、凹部は、物体を完全には貫通していない（特定の深さまでリーマ加工、ドリル加工、又はミリング加工される）穴を意味する。

結合用部分の一つは、例えば、隣接するローター・ブレード部分の一方の端面から突出するビーム又はボックスビームとして形成することができ、他方のローター・ブレード部分の結合用部分は、受け部として形成することができ、該（ボックス）ビームは、フォーク・舌状部型結合形式によって、受け部に嵌合するように構成される。代替的には、２つの隣接するローター・ブレード部分の各々の結合用部分は、単純な結合用ロッドとして構成することができ、この場合には、１つの結合用ロッドが、第一ローター・ブレード部分の端面から突出し、該第一ローター・ブレード部分に隣接する第二ローター・ブレード部分の他方の結合用ロッドが、もう一方のローター・ブレード部分内に配置される。通常は、結合用部分の形状は、ローター・ブレードの適用領域に適合するように調整することができるので、予め特定の形状に定められてはいない。しかしながら、結合用部分が、少なくとも１つの円錐形開口部を含み、隣接するローター・ブレード部分の結合用部分が互いに重なり合って、これら結合用部分の円錐形開口部が互いに整列し、連続する円錐形結合用開口部を形成するようにすることが重要である。

本発明によるモジュール式ローター・ブレードは、緊締力付与手段を受けるための受け手段を更に含み、該受け手段は、結合用部分の整列した円錐形開口部により形成される連続する円錐形結合用開口部の小直径側端部に配置される。円錐形結合用開口部に対応する円錐形ボルトが、連続する円錐形結合用開口部内に配置され、少なくとも１つの緊締力付与手段が円錐形ボルトに通されて、該円錐形ボルトにより、受け手段に対して緊締力を与える。

ボルト及び連続する円錐形結合用開口部は、嵌り合う円錐形又は先細形状を含むので、円錐形ボルトにより受け手段に対して緊締力を与えることにより、隣接するローター・ブレード部分の結合用部分が互いに締め付けられ、これによりモジュール式ローター・ブレードの隣接するローター・ブレード部分が、取り外し可能な形態で互いに締結される。円錐形ボルトの長さは、円錐形結合用開口部の深さと適合してはならないが、ボルトは、隣接するローター・ブレード部分の各々の結合用部分の円錐形開口部に対して十分な部分が当接しなければならない。更に、緊締力付与手段は、例えば、円錐形ボルトに通されるねじ部材として形成することができる。受け手段に対して円錐形ボルトに緊締力を与えるために、緊締力付与手段は、該受け手段に取り付けなければならない。このような取り付けは、受け手段内に少なくとも１つの雌ねじを、該ねじ部材に雄ねじを設け、雄ねじが雌ねじと係合して受け手段に対してボルトに緊締力を与えるようにすることにより達成することができる。代替的には、このような取り付けは、受け手段にねじ部材を通すことによって達成することができ、該ねじ部材は、突出した部分に雄ねじを備え、該雄ねじを適当なナットにより受けるようにする。円錐形ボルトに通される緊締力付与手段の数は、円錐形ボルトの寸法、したがってモジュール式ローター・ブレードの寸法に応じて定められる。例えば、緊締力付与手段の数は４又は６個とすることができる。

言い換えると、本発明は、第一ローター・ブレード部分と第二ローター・ブレード部分とを含む、２又はそれ以上のブレード部分を備えたローター・ブレードに関する。第一及び第二ローター・ブレード部分は、取り外し可能な形態で、第二ローター・ブレード部分を第一ローター・ブレード部分に取り付けるための構成を有する。対応関係で連続する円錐形結合用開口部内に受けられ、締め付けられる円錐形ボルトを含むこのような結合部の利点は、力及びモーメントが、通常使用されているねじ接ぎ手結合により支持されるのではなく、実質的に、本発明による円錐形接ぎ手により吸収されることである。したがって、緊締力付与手段に作用する荷重が減少されて最小になるので、隣接するローター・ブレード部分の間の結合部の耐疲労性が改善される。連続する円錐形結合用開口部の傾斜、並びに円錐形ボルトの傾斜は、１．５°から３．５°の範囲とすることが好適であり、連続する円錐形結合用開口部と円錐形ボルトの両方の傾斜角は、３°より小さい角度であることが好ましい。

発電用タービンの作動中に、円錐形ボルトと、これに対応関係で連続する円錐形結合用開口部に作用する荷重は非常に大きく、隣接するローター・ブレード部分の結合部の遊びすなわち弛みの原因となる。例えば、連続する円錐形結合用開口部が僅かに広がったり、及び／又は、円錐形ボルトが変形したりする。したがって、隣接するローター・ブレード部分の間の結合部は、予め定められた作動時間の後、整備点検されなければならない。この目的のために、現在使用している円錐形ボルトが取り除かれ、新しいものに取り替えられることとなる。しかしながら、連続する結合用開口部の広がりの程度がわからず、更に１個より多い連続する開口部が設けられている場合には、広がりの程度が一致しないために、広がった連続する開口部に新しい円錐形ボルトを適合させるのは、非常に困難であり、時間を要し、かつ費用がかかるものとなる。

したがって、本発明のモジュール式ローター・ブレードの好ましい実施形態は、受け手段と小直径側の円錐形ボルトの端面との間に定められるギャップを含む。これに関して、円錐形ボルトの最小外径は、連続する円錐形結合用開口部の最小内径より大きい。隣接するローター・ブレード部分の間の結合部の遊びすなわち弛みの場合は、緊締力付与手段は、単純な再締め付けであり、これにより円錐形ボルトは、連続する円錐形結合用開口部内において更に、かつ「深く」移動し、隣接するローター・ブレード部分の間の結合部の遊び及び弛みを排除する。緊締力付与手段の再締め付けは、発電用タービンの整備点検の間に実行することができ、整備点検後、隣接するローター・ブレード部分の間の結合部は、固定状態に関しては最初の結合部と一致するが、連続する円錐形結合用開口部への円錐形ボルトの挿通の深さが異なる。ギャップを設けることにより、上記した誤差に関する整備点検が容易になり、整備点検を容易にすることができる。更に、新しい円錐形ボルトを使用する必要がないので、整備点検の費用を少なくすることができる。

本発明の別の態様によると、受け手段は、相対する結合用部分と一体に形成される。このような受け手段の一体設計又は形成は、設置場所で持ち上げられ、組み立てられる部品の数を減少させ、装備費用を減少させる。更に、受け手段の一体形成は、隣接するローター・ブレード部分の１つの結合用部分として、（ボックス）ビームの使用を容易にする。この種の形態を使用する場合には、（ボックス）ビームの内部にアクセスすることは、必要ではなく、余分なものである。

結合用部分は、少なくとも１つの円錐形開口部を有する。開口部の円錐形すなわち先細形状は、結合用部分自体により形成することができる。この場合、円錐形開口部の表面の耐久性は、結合用部分の材料により定められるか、又は少なくとも開口部の領域における材料により定められる。したがって、各々の円錐形開口部は、対応する結合用部分のそれぞれの開口部に配置された（金属製）ブッシュにより形成される。円錐形ブッシュを設けることにより、円錐形開口部の表面の耐久性は、ブッシュの材料により定められるようになり、結合用部分の材料により定められるものではなくなる。したがって、結合用部分自体としては適当なものではない、非常に硬く及び／又は強固な材料を、ブッシュに対して選択することが可能である。

材料費を節約し、ローター・ブレード全体の重量を減少するために、円錐形ボルトは中空であることが好ましい。しかしながら、ボルトの１つの端面からボルトの他方の端面に荷重を伝達することは、受け手段に対してボルトにより緊締力を与えるために必要とされるものであり、ボルトは、特にボルトに通される緊締力付与手段の周囲に、ウエブ又は隔壁を含むことができる。

モジュール式ローター・ブレードの整備点検及び組み立てを容易にするために、少なくとも１つの隣接するローター・ブレード部分にアクセスドアが形成される。アクセスドアは、連続する結合用開口部にアクセスすることが可能な大きさとしなければならず、かつ円錐形ボルトの挿入が可能でなければならない。このようなアクセスドアがない場合には、隣接するローター・ブレード部分の上記した部分へのアクセスは、ローター・ブレード内から実行されなければならない。これは、時間を要するものであり、外側のブレード部分、すなわち薄いブレード部分では、簡単に行うことはできない。

ローター・ブレードを組み立てる時に、隣接するローター・ブレード部分の整列を助長するために、本発明によるモジュール式ローター・ブレードの１つの好ましい実施形態においては、隣接するローター・ブレード部分の端面に案内手段が配置される。案内手段は、隣接するローター・ブレード部分の１つの端面に、少なくとも１つのボルトを含み、他方のローター・ブレード部分の端面に少なくとも１つの対応する凹部を含むものとすることができ、ボルトの少なくとも先端は、整列を容易にするために先細形状とする。ボルトの先細形状ではない部分、及び凹部の一部は、それぞれ雌ねじと雄ねじとを含むものとすることができる。隣接するローター・ブレード部分の結合部を支持するために、ねじを互いに係合させることができる。

本発明の第一の目的は、代替的には、少なくとも２つのローター・ブレード部分を含み、各々のローター・ブレード部分は少なくとも１つの結合用部分を含み、該結合用部分の一つは、隣接するローター・ブレード部分の結合用部分を囲むようにされた、発電用タービン用のモジュール式ローター・ブレードにより解決される。囲んでいる方の結合用部分は、少なくとも２つの円錐形貫通穴を含み、囲まれている方の結合用部分は少なくとも１つの貫通穴を含み、該貫通穴は同じ縦方向軸線上に配置される。

囲まれている方の結合用部分が内側空間のない形状に形成される場合、すなわち囲まれている方の結合部分が中空ではない場合には、少なくとも１つの貫通穴は、二重円錐形貫通穴として形成され、この場合には、大直径側の開口部が、囲まれている方の結合用部分の外側表面に開口する。言い換えれば、少なくとも１つの貫通穴は、砂時計型に類似した形態を有するか、又はベンチュリノズルの形状である。

代替的には、囲まれている方の結合用部分は、内側空間を備える形状に形成することができる。この場合には、結合用部分の１つは、例えば、もう一方の（囲んでいる）結合用部分により囲まれる（ボックス）ビームとして形成することができる。このような内側空間を備えた、囲まれている方の結合用部分の具体的な形状又は横断面形状に関係なく、該囲まれている方の結合用部分は、同じ縦方向軸線上に配置される少なくとも２つの貫通穴を含まなければならない。

すでに上記したように、貫通穴は、大直径側の開口部が、結合用部分の外側表面に向かって開口するような状態で形成されなければならない。この点に関して、隣接するローター・ブレード部分の結合用部分は、囲んでいる方の結合用部分の円錐形貫通穴が、囲まれている方の結合用部分の少なくとも１つの貫通穴と整列するように、互いに重なり合い、少なくとも１つの円錐形結合用貫通穴を形成する。少なくとも２つの円錐形ボルトは、囲まれている方の結合用部分の少なくとも１つの貫通穴に延びる、囲んでいる方の部分の貫通穴内に配置され、少なくとも１つの緊締力付与手段は、少なくとも２つの円錐形ボルトを通過して、円錐形ボルトに緊締力を与える。

囲まれている方の結合用部分及び囲んでいる方の結合用部分の貫通穴は、同じ縦方向軸線上に配置され、該貫通穴は上記したように形成されるので、隣接するローター・ブレード部分の結合用部分を取り外し可能な状態で結合するために、ボルトに緊締力を与えるためのどんな受け手段も必要ではない。したがって、受け手段を使用しないこのような設計は、設置場所で持ち上げられ、更に組み立てられる部品の数を減少させ、これにより装備用経費を減少する。

第二の解決策によるモジュール式ローター・ブレードの１つの好ましい実施形態は、円錐形ボルトの対向する端面の間にギャップを設けることである。このギャップのために、モジュール式ローター・ブレードの整備点検は、詳細に上記で指摘したように、簡単になる。この点に関し、第二の解決策によるモジュール式ローター・ブレードの更なる実施形態は、添付された特許請求の範囲に述べられており、これらの実施形態の利点は、第一の解決策の関連する実施形態に対応するものである。

モジュール式ローター・ブレードを備えた発電用タービンを組み立てるための方法に言及すると、該方法は、隣接するローター・ブレード部分が、該隣接するローター・ブレード部分を互いに取り付けるための結合用部分を有するように、少なくとも２つのローター・ブレード部分としてローター・ブレードを製造し、該ブレード部分を設置場所に移送し、該設置場所において、流体の流れに対して固定的に保持される構造物上に、ローターハブと、第一ローター・ブレード部分を該ローターハブに取り付けるための構成を有するローターとを含むタービンを設置し、該第一ブレード部分を該ローターハブに結合し、円錐形ボルトを貫通する少なくとも１つの緊締力付与手段により緊締力を与えられた少なくとも１つの円錐形ボルトによって、隣接するローター・ブレード部分の結合用部分を互いに取り付けることにより、第二ローター・ブレード部分を第一ブレード部分に取り付ける段階から成る。この方法は、大きい風力タービンブレードを多くの部品により製造して、輸送できるようにするもので、したがって、大きい風力タービンブレードに対する輸送費用を減少させる利点がある。

本発明による方法の更なる態様によれば、第二ローター・ブレード部分は、該第二ローター・ブレード部分を第一ローター・ブレード部分に取り付ける前に、ナセル内の巻き上げ装置により持ち上げられる。例えば、風力タービンの場合は、本態様は、モジュール式ローター・ブレードを組み立てるために、クレーン或いはヘリコプターが必要ではなく、これにより風力タービンの設置費用を減少させるという利点を有する。

本発明の方法の更なる段階によると、該方法は、ブレード先端を第二ブレード部分に取り付ける段階を含む。この特性によって、大きい風力タービンは、多数の部品として製造し、輸送することができ、これにより輸送のための費用を減少することができる。

したがって、本発明は、モジュール式ローター・ブレードの再緊締力付与型及び事後緊締力付与型の結合を容易にする設計を提供する。この設計は、結合部内のすべての動きを阻止して、このような動きが原因となる構造的疲労を防止する。本発明は、５０メートル又はそれ以上の長さの風力タービンブレードの輸送費用を低減し、現存する空路、陸上及び海上の移動経路で、大きい風力タービンブレードを輸送することを可能とする利点を有する。本発明は、隣接するローター・ブレード部分の結合部を、結合部に再び緊締力を付与するための組み合わされた整備点検費用なしで、多くの部品で製造し、輸送することを可能とする更なる利点を有する。更に、本発明は、大きな風力タービンブレードのための輸送費用を減少させる利点を有する。本発明は更に、雷による衝撃のために激しく損傷を受けた外側のブレードを、ブレード全体を取り替えることなく、交換することが可能であるという利点を有する。最後に、本発明は、年一回の整備点検を必要としない利点を有する。

本発明は、図面を参照して詳細に説明する。

これらの図面において、図面中の類似する番号は同じ要素を指す。図面中の部品の異なる大きさは、縮尺されたもの又は正確な比率のものではなく、視認上明確になるように、説明の目的のために示されたものである。

本発明を実施する風力タービンシステムにおいてナセル内の巻き上げ機により第二ブレード部分を持ち上げる方法を示す図である。 図１の詳細な図である。 第一ブレード部分と、該第一ブレード部分に結合される第二ブレード部分とを含む、本発明の第一実施形態によるモジュール式ローター・ブレードの斜視図である。 図３のモジュール式ローター・ブレードの平面図である。 図４のＡ−Ａ線におけるモジュール式ローター・ブレードの断面図である。 円錐形ボルトが連続する円錐形結合用開口部に設置される方法を示す、図５の「Ａ」における詳細な図である。 本発明の第二の実施形態の詳細な断面図である。 本発明の第三の実施形態の詳細な断面図である。

図１を参照すると、図は、本発明を例示的に実施した風力タービン設置場所の概略図である。各々のモジュール式ローター・ブレード２は、２又はそれ以上のブレード部分で製造され、第一ローター・ブレード部分１０と第二ローター・ブレード部分１１、１１′とを含む。第一及び第二ローター・ブレード部分は、第二ローター・ブレード部分１１、１１′を第一ローター・ブレード部分１０に取り付けるための構成を有する。ローター・ブレード部分は、輸送手段１５により風力タービン設置場所に移動される。その場所で、ナセル３内のタービンが、流体に対して静止状態に保持された構造物４上に設置される。タービンは、ローターハブ９を含み、第一ローター・ブレード部分１０を該ローターハブ９に取り付けるための構成を有する。第一ローター・ブレード部分１０は、ローターハブ９に結合され、第二ローター・ブレード部分１１は、ケーブル２５（図２）により第一ローター・ブレード部分１０にまで巻き上げられて、第一ローター・ブレード部分１０に取り付けられる。

図２は、ナセル３内の巻き上げ機が、どのようにしてローター・ブレード部分１１を第一ローター・ブレード部分１０との固定位置まで持ち上げるかを示している。第一ローター・ブレード部分１０は、ローターハブ９に結合されており、第一ローター・ブレード部分１０と係合するためにケーブル２５により巻き上げられる第二ローター・ブレード部分１１は、図３から８を参照して、より詳細に述べられる結合部によって、第一ローター・ブレード部分１０に取り付けられる。これら以外の部分、例えば別部品である先端部分１（図３）を設けることができ、これらも同様の方法で組み立てることができる。

図３を参照すると、この図は、本発明の第一の実施形態による図１のモジュール式ローター・ブレードの斜視図であり、該モジュール式ローター・ブレードは、ローターハブ９（図示されず）に結合される第一ローター・ブレード部分１０と、特に結合用部分１４及び結合用部分１６という手段によって該第一ローター・ブレード部分１０に結合される第二ローター・ブレード部分１１とを含む。

この実施形態においては、第二ローター・ブレード部分１１の結合用部分１４は、２つの側壁及び上側壁と下側壁を有するビームとして形成され（結合用部分１４は、「舌状部」とも呼ぶことができる）、第一ローター・ブレード部分１０の結合用部分１６、すなわち第一結合用部分１６は、受け部として形成される（「フォーク」と呼ぶことができる）。第一結合用部分１６は、第二結合用部分１４を受けるようにされ、第二結合用部分１４の横断面形状は、第二結合用部分１４の上側壁及び下側壁表面が第一ローター・ブレード部分１０の重なる部分を支持するように、第一結合用部分１６の断面形状に適合する。

代替的実施形態においては、第二結合用部分の横断面形状は、長方形断面形状（正方形断面形状を含む）又は楕円形断面形状（円断面形状を含む）とすることができる。

図３に示されたモジュール式ローター・ブレードはまた、第二ブレード部分１１に結合されたブレード先端１を含む。ブレード部分１０、１１及びブレード先端１は、上記した結合用部分によって、ブレード先端結合シーム１９及びブレード部分結合シーム２０において連続する空気力学的表面に組み立てられ、これら全体が、ブレード構造内に含まれる。

各々のローター・ブレード部分１０、１１の端面において、案内手段２９ａ、２９ｂが設けられ、第二ブレード部分の案内手段２９ａは、少なくとも部分的に円錐形ボルトとして形成され、第一ブレード部分の案内手段は、対応する開口部として端面に形成される。モジュール式ローター・ブレードの組み立て中に、この案内手段は、対応するローター・ブレード部分の整列状態を支持する。更に、ボルト及び開口部に、雄ねじ及び雌ねじが設けられる場合には、該案内手段は、隣接するブレード部分の間の結合を支持するように使用することができる。

各々の結合用部分１４、１６は、４つの円錐形開口部４１、４２を含み、図示した実施形態では、円錐形開口部は側壁の深さ全体を貫通して延び、すなわち開口部は貫通穴を形成する。図３は、さらに、隣接するローター・ブレード部分が互いに嵌り合う時、及び対応する円錐形開口部４１、４２が整列する時のそれぞれにおいて、１つの円錐形開口部４１と１つの円錐形開口部４２により形成される連続する円錐形結合用開口部（図示されず）に挿入される４つの円錐形ボルト３０を示している。

剪断ボルトの形式である円錐形ボルトすなわち先細形状ボルト３０は、４又は６個の小さい寸法のボルトの形状である緊締力付与手段２８により緊締力を与えることができる。この設計は、第一ローター・ブレード部分１０及び／又は第二ローター・ブレード部分１１に形成された取り外し可能な小さいアクセスドア３２を介して、現場で容易にボルト２８の再締め付けを行なうことを可能にする。結合部のこの設計はまた、結合部内におけるすべての動きを阻止し、この動きが原因となる構造的疲労を防止する。ブレード構造内に全体が含まれているものと同様のアクセスドア及びフォーク・舌状部型結合要素が、ブレード先端１に対しても設けられるが、図３には示されていない。

図４及び５を参照すると、本発明の第一実施形態の詳細が示されている。アクセスドア３２は、主な結合要素、すなわち結合用部分１４、１６及び先細形状すなわち円錐形の剪断ボルト３０へのアクセスを可能にする。例えば、アクセスドア３２は、開口部２３及び折りたたみ式ハッチ２４（図１参照）を介して到達することができ、これは、開かれた状態で、整備点検及びモジュール取替えのためのランプを伸長させる。また、図３に示されている第二ブレード部分案内手段２９ａ、２９ｂは、アクセスドア３２を介してアクセス可能である。この設計は、ジョイントすなわち結合部内のすべての動きを阻止し、これらの動きが原因となる構造的疲労を防ぐ。全体がブレード構造内に含まれているものと同様なアクセスドア及び結合用部分が、取り付けのために必要な他のすべての部品とともに、ブレード先端１に対しても設けられるが、図４には示されていない。この設計は、ブレード部分の取り外し可能なアクセスドア３２を介して、円錐形剪断ボルト３０を現場で容易に取り付けることを可能にする。

図５は、図４の円錐形ボルトすなわち先細形状の剪断ボルト３０と結合用部分１４、１６のＡ−Ａ線における断面図を示している。図５からわかるように、第一実施形態の結合用部分１４、１６は、互いに嵌合するようにされ、第二ローター・ブレード部分１１の結合用部分１４は、第一ローター・ブレード部分１０の結合用部分１６により囲まれる。

図６は、図４又は図５で示した本発明の第一実施形態による円錐形ボルトすなわち先細形状のボルト３０を詳細に示したもので、図６の上半分は、１つの緊締力付与手段２８を通る断面図であり、図６の下半分は平面図である。結合用部分１４、１６は、円筒形貫通穴を含み、ブッシュ１４ａ、１６ａと組み合わせて、円錐形開口部４１、４２を形成する。ブッシュの耐久性を改善するために、金属製ブッシュが好ましい。円錐形開口部内の円錐形ボルト３０は、第一及び第二ローター・ブレード部分１０、１１の結合用部分１４、１６を結合する。多数の緊締力付与手段２８が、実質的に中空の円錐形ボルト３０を貫通し、円錐形開口部の左端部（図６）を閉じるようにブッシュ１４ａ上に配置された受け手段１８に取り付けられる。受け手段１８は、ボルト３０に対して対向支持部を形成し、緊締力付与手段２８の対応する雄ねじに係合する多数の雌ねじを含む。円錐形開口部を形成することにより、円錐形ボルト３０は、緊締力付与手段２８により受け手段１８に対して緊締力を付与することができ、これにより結合用部分１４、１６を互いに締結する。

受け手段１８と円錐形ボルト３０の小直径側の端面（図６における左端面）との間にギャップ２６が形成されており、このギャップが、結合部全体の中に誤差がある場合に、円錐形ボルト３０の再締め付け／再緊締力付与を、容易にかつ簡単に行い得るようにする。緊締力付与手段の縦方向軸に対するギャップの大きさは、連続する円錐形結合用開口部の長さの５％から１０％とする。

上記したように、円錐形ボルト３０は、実質的に中空である。しかしながら、ボルト３０に作用する力を支えるために、円錐形ボルト３０には、緊締力付与手段２８を囲むウエブ２１が形成される。

図示した実施形態によると、緊締力付与手段２８は、一端部に雄ねじを有するねじ部材として構成され、該雄ねじは、円錐形ボルト３０に緊締力を付与するために受け手段１８の雌ねじと係合する。代替的実施形態においては、受け手段１８が貫通穴を有し、該貫通穴に緊締力付与手段２８が通され、該緊締力付与手段２８が、対向するナットにより、受け手段１８に対して固定されるようにすることができる。

図７を参照すると、図には本発明の第二の実施形態の詳細な図が示されている。第一ローター・ブレード部分１０の結合用部分１６が、第二ローター・ブレード部分１１の結合用部分１４を囲む。結合用部分１４、１６の両方が、２つの円錐形貫通穴を含む。ローター・ブレード部分１０、１１が結合された状態においては、囲んでいる方の結合用部分１６の円錐形貫通穴が、囲まれている方の結合用部分１４の２つの貫通穴と整列するように、結合用部分１４、１６が互いに重なり合って、２つの連続する円錐形結合用貫通穴、すなわち結合用部分の貫通穴を形成し、これにより、連続する円錐形結合用貫通穴は、ローター・ブレード部分１０、１１が結合された状態で、同じ縦方向軸線上に配置される。大きい直径を有する方の開口部が結合用部分１４、１６の外側表面に向かって広くなるように、結合用部分１４、１６の貫通穴が形成される。結合用部分１４、１６の貫通穴のこの配置は、連続する結合用貫通穴が、囲んでいる方の結合用部分１６の外側表面に向かって延びるようにする。

図７に示した実施形態は、２つの円錐形結合用貫通穴に配置される２つの円錐形ボルト３０を利用する。円錐形ボルト３０には、複数の緊締力付与手段２８（ねじ部材）が通されており、各々のねじ部材２８は、両方のボルト３０に通される。連続する結合用貫通穴が形成されているために、特定の受け手段は何も必要ではない。円錐形ボルト３０は、ねじ２８により互いに緊締力が付与され、該ねじ２８は、１つのボルトに隣接するねじ頭２８ａと他方のボルトに隣接する対向するナット１８ｂを含む。結合部に遊びすなわち弛みが生じた場合には、ボルトは、対向するナット１８ｂ及びねじ２８を締め付けることにより、再締め付け又は再緊締力付与をすることができる。２つの円錐形ボルト３０の間のギャップ２６は、ボルト３０が連続する結合用貫通穴で更に引っ張られように、すなわち、連続する結合用貫通穴内に「更に深く」引き込まれるようにし、これにより結合部の遊びすなわち弛みを消滅させる。

図８は、本発明の第三の実施形態を詳細に示しており、図８の上半分は２つの円錐形ボルト３０の断面図で、図８の下半分は平面図である。

第三の実施形態は、囲んでいる方の結合用部分１６と囲まれている方の結合用部分１４とを利用する。第二の実施形態と比較して、囲まれている方の結合用部分１４は中実であり、すなわち分離する側壁は設置されず、したがって結合用部分内には何の空間も形成されない。したがって、囲まれている方の結合用部分１４は中空ではない。囲んでいる方の結合用部分１６は２つの円錐形貫通穴を含み、囲まれている方の結合用部分１４は１つの貫通孔を含み、モジュール式ローター・ブレードが組み立てられた状態では、これらの貫通穴は同じ縦方向軸線上に配置される。囲まれている方の結合用部分１４の貫通穴は、二重円錐形貫通穴として形成され、大きい直径の開口部が、囲まれている方の結合用部分の外側表面に開口する。囲んでいる方の結合用部分の円錐形貫通穴は、囲まれている方の結合用部分の少なくとも１つの貫通穴と整列し、１つの二重円錐形貫通穴を形成する。これらの円錐形結合用凹部内で、２つのボルト３０が、対向する端面の間に、ギャップ２６を囲むように配置される。ねじ部材の形態の多数の緊締力付与手段２８が、ボルト３０を通過して、該ボルト３０に互いの方向に向いた緊締力を付与する。緊締力付与機講は、図７で示したものと同じである。したがって、更なる詳細については図７を参照すればよい。

本発明は、好ましい実施形態について具体的に示され、説明されているが、当業者は、その形態及び細部に対して前述した、及び他の変更が、本発明の範囲から外れることなく成されることを理解するであろう。

９ ローターハブ； １０ ローター・ブレード部分；
１１ ローター・ブレード部分； １４ 結合用部分； １６ 結合用部分；
１８ 受け手段； ２８ 緊締力付与手段； ３０ 円錐形ボルト；
４１ 円錐形開口部； ４２ 円錐形開口部。

Claims (19)

1. 少なくとも２つのローター・ブレード部分（１０、１１）を含む、発電用タービン用のモジュール式ローター・ブレードであって、
   前記ローター・ブレード部分（１０、１１）の各々は、少なくとも１つの円錐形開口部（４１、４２）を有する少なくとも１つの結合用部分（１４、１６）を含み、隣接するローター・ブレード部分（１０、１１）の前記結合用部分（１４、１６）が、互いに重なり合い、前記結合用部分（１４、１６）の前記円錐形開口部（４１、４２）が互いに整列し、連続する円錐形結合用開口部を形成しており、
   緊締力付与手段（２８）を受けるための受け手段（１８）が、前記円錐形結合用開口部の小直径側端部に設置され、
   連続する前記円錐形結合用開口部に対応する円錐形ボルト（３０）が、該円錐形結合用開口部内に配置され、
   少なくとも１つの前記緊締力付与手段（２８）が、前記円錐形ボルト（３０）に通されており、前記受け手段（１８）に対して前記円錐形ボルト（３０）により緊締力を付与するようにされた、
   ことを特徴とする発電用タービン用のモジュール式ローター・ブレード。
2. 前記受け手段（１８）と、前記円錐形ボルト（３０）の前記小直径側の端面との間にギャップ（２６）が定められることを特徴とする請求項１に記載のモジュール式ローター・ブレード。
3. 前記円錐形ボルト（３０）の最小外径は、前記連続する円錐形結合用開口部の最小内径より大きいことを特徴とする請求項１に記載のモジュール式ローター・ブレード。
4. 前記受け手段（１８）は、前記結合用部分（１４）と一体に形成されることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のモジュール式ローター・ブレード。
5. 前記円錐形開口部（４１、４２）の各々には、対応する結合用部分（１４、１６）にそれぞれ形成された開口部内に配置されるブッシュ（１４ａ、１６ａ）が設けられたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のモジュール式ローター・ブレード。
6. 前記円錐形ボルト（３０）は、中空であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のモジュール式ローター・ブレード。
7. アクセスドア（３２）が、隣接するローター・ブレード部分（１０、１１）の少なくとも１つに設けられたことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のモジュール式ローター・ブレード。
8. 案内手段（２９ａ、２９ｂ）が、隣接するローター・ブレード部分（１０、１１）の前記端面に配置されたことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のモジュール式ローター・ブレード。
9. 前記ローター・ブレード部分の１つは、先端部分（１）であることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のモジュール式ローター・ブレード。
10. 少なくとも２つのローター・ブレード部分（１０、１１）を含む、発電用タービン用のモジュール式ローター・ブレードであって、
    ローター・ブレード部分（１０、１１）の各々は、少なくとも１つの結合用部分（１４、１６）を含み、一方の前記結合用部分（１６）が、隣接するローター・ブレード部分（１１）の前記結合用部分（１４）を囲んでおり、前記囲んでいる方の前記結合用部分（１６）は、少なくとも２つの円錐形貫通穴を含み、前記囲まれている方の結合用部分（１４）は、少なくとも１つの貫通穴を含み、この貫通穴は、前記円錐形貫通穴と同じ軸線上に配置されており、
    隣接するローター・ブレード部分（１０、１１）の前記結合用部分（１４、１６）は互いに重なり合って、前記囲んでいる方の結合用部分（１６）の前記円錐形貫通穴が、前記囲まれている方の結合用部分（１４）の前記少なくとも１つの貫通穴と整列し、少なくとも１つの円錐形結合用貫通穴を形成しており、
    少なくとも２つの円錐形ボルト（３０）が、前記囲んでいる方の結合用部分（１６）の円錐形貫通穴内に配置され、前記囲まれている方の結合用部分（１４）の少なくとも１つの貫通穴内に延びており、
    少なくとも１つの緊締力付与手段（２８）が、前記少なくとも２つの円錐形ボルト（３０）に通されて、前記円錐形ボルト（３０）に緊締力を付与する、
    ことを特徴とする発電用タービン用のモジュール式ローター・ブレード。
11. ギャップ（２６）が、前記円錐形ボルト（３０）の対向する端面の間に形成されたことを特徴とする請求項１０に記載のモジュール式ローター・ブレード。
12. 前記円錐形結合用貫通穴の各々は、前記結合用部分（１４、１６）のそれぞれの開口部内に配置されたブッシュ（１４ａ、１６ａ）により形成されることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載のモジュール式ローター・ブレード。
13. 前記円錐形ボルト（３０）は中空であることを特徴とする請求項１０から請求項１２までのいずれか１項に記載のモジュール式ローター・ブレード。
14. アクセスドア（３２）が、隣接するブレード部分（１０、１１）の少なくとも１つに設けられたことを特徴とする請求項１０から請求項１３までのいずれか１項に記載のモジュール式ローダーブレード。
15. 案内手段（２９ａ、２９ｂ）が、隣接するローター・ブレード部分（１０、１１）の前記端面に配置されたことを特徴とする請求項１０から請求項１４までのいずれか１項に記載のモジュール式ローター・ブレード。
16. 前記ローター・ブレード部分の１つは先端部分（１）であることを特徴とする請求項１０から請求項１５までのいずれか１項に記載のモジュール式ローター・ブレード。
17. モジュール式ローター・ブレード（１０、１１）を備えた発電用タービンを組み立てる方法であって、
    Ａ． 隣接するローター・ブレード部分（１０、１１）がこれら隣接するローター・ブレード部分（１０、１１）を互いに取り付けるための結合用部分（１４、１６）を有するようにされた、少なくとも２つのローター・ブレード部分（１０、１１）としてローター・ブレードを製造し、
    Ｂ． 前記ローター・ブレード部分（１０、１１）を設置場所に輸送し、
    Ｃ． 前記設置場所において、流体に対して固定保持された構造物上に、ローターハブ（９）を含むタービン（３）を設置し、第一ローター・ブレード部分（１０）を前記ローターハブ（９）に取り付けるための構成を有するローター（２）を準備し、
    Ｄ． 前記第一ローター・ブレード部分（１０）を前記ローターハブ（９）に結合し、 Ｅ． 円錐形ボルト（３０）を通過する少なくとも１つの緊締力付与手段（２８）により緊締力を付与される少なくとも１つの円錐形ボルト（３０）によって、隣接するローター・ブレード部分（１０、１１）の前記結合用部分（１４、１６）を互いに取り付けることにより、第二ローター・ブレード部分（１１）を第一ブレード部分に取り付ける、段階から成る
    ことを特徴とする、モジュール式ローター・ブレード（１０、１１）を備えた発電用タービンを組み立てる方法。
18. 前記第二ローター・ブレード部分（１１）は、前記第二ローター・ブレード部分（１１）を前記第一ローター・ブレード部分（１０）に取り付ける前に、ナセル内の巻き上げ機により持ち上げられることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. Ｆ．ローター・ブレード先端（１）を前記第二ローター・ブレード部分（１１）に取り付ける段階
    を更に含むことを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の方法。

Images