CN101720390A - 风力发电装置及其建设方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种使机舱(3)轻量化从而能够在建设时使用通用起重机的风力发电装置。该风力发电装置具有偏航系统(10A)，该偏航系统(10A)具备偏航驱动装置(15A)、偏航回转轮(11A)及偏航制动器(20A)，并根据风向使设置在支柱(2)的上部的机舱(3)回转。该偏航系统(10A)配置在支柱(2)的上部侧。

Description

风力发电装置及其建设方法
技术领域
本发明涉及一种具备根据风向使机舱(风车本体)回转的偏航系统(yaw system)的风力发电装置及其建设方法。
背景技术
以往，在通过风力使风车转动并将其旋转运动传递至发电机从而产生电的风力发电装置中，设置有根据风朝向使机舱回转(使头部摆动)的偏航系统。
以往的偏航系统包括偏航驱动装置、偏航回转轮及偏航制动器(yaw brake)，主要的结构要素配置在机舱侧。即，搭载有风车及通过其旋转力进行发电的传动系(power train)的机舱通过偏航系统的动作在塔架上部回转，从而朝向与风向相对应的最佳的方向。
在图4所示的第一现有例的偏航系统10中，机舱经由使用了滚动轴承的偏航回转轮11能够回转地安装在成为固定侧的支柱2上。图中的标号12是构成机舱的机舱台板，在该机舱台板12上固定设置具有电动机13及驱动齿轮14的偏航驱动装置15。
在该情况下，图中的标号CL表示支柱2的轴中心线，因此为偏航驱动装置15配置在支柱2外侧的结构例子。
由于驱动齿轮14与固定侧的齿圈(ring gear)16啮合，因此，该偏航驱动装置15能够根据电动机13的转动使与回转侧环(内圈)11b一体的机舱相对于偏航回转轮11的固定侧环(外圈)11a回转。另外，齿圈16设置在固定侧环11a的外周面上。
上述偏航系统10在支柱2的内侧具有固定安装在机舱台板12上的偏航制动器20。
该偏航制动器20包括固定支撑在支柱2的上端凸缘部2a和偏航回转轮11的固定部11a之间的盘21以及固定支撑在机舱台板12上的卡钳(caliper)22，通过设置在卡钳22上的制动垫片23夹持盘21的上下表面，从而产生制动力(例如参照专利文献1)。
此外，图5所示的第二现有例的偏航系统10’采用了兼用作偏航制动器的滑动轴承30。该滑动轴承30由固定在支柱2的凸缘部2a上的固定座31和制动垫片32构成，制动垫片32将固定座31支撑成能够在凸肩部31a的上下表面及外周面滑动。
另外，偏航驱动装置15的结构与上述的第一现有例实质上相同(例如参照专利文献2)。
专利文献1：日本特开第3586480号公报
专利文献2：日本特开2007-51585号公报
发明内容
近年来，风力发电装置有日益大型化(大输出化)的倾向，伴随着风力发电装置的大型化，机舱重量也变重。另外，在上述的第一及第二现有例中，建设时的机舱侧/支柱侧的分型面为支柱2侧的凸缘部2a与机舱侧的盘21或固定座31之间的结合面，通过未图示的螺栓/螺母等连接。
因此，近年来，以往的通用的建设起重机变得能力不足，人们进行风力发电装置专用的起重机的开发进行应对。而这样的专用起重机的开发及使用都成为建设成本提高的原因。
因此，如果机舱的轻量化使建设中使用的起重机的承载量降低，能够使用通用起重机，就能够降低建设成本。因此，在风力发电装置中，期待能够实现机舱轻量化的结构，特别希望通过改善偏航系统实现轻量化。
本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于提供一种风力发电装置及其建设方法，使机舱轻量化，在建设时能够使用通用起重机。
本发明为了解决上述课题，采取以下手段。
本发明所涉及的风力发电装置具有根据风向使设置在支柱上部的机舱回转的偏航系统，其特征在于，所述偏航系统具有偏航驱动装置、偏航回转轮及偏航制动器，并且配置在所述支柱上部侧。
根据这样的风力发电装置，具有偏航驱动装置、偏航回转轮及偏航制动器的偏航系统配置在支柱的上部侧，因此能够减轻机舱侧的重量。即，将以往安装在机舱侧的偏航系统移动至支柱侧，因此能够使机舱侧的重量减轻相当于偏航系统的重量。
在本发明所涉及的风力发电装置的建设方法中，风力发电装置具有根据风向使设置在支柱上部的机舱回转的偏航系统，该偏航系统具有偏航驱动装置、偏航回转轮及偏航制动器，并且，所述支柱通过连接将长边方向分成多段的柱状构件而形成，该风力发电装置的建设方法的特征在于，包括：在成为所述支柱的最上段的所述柱状构件上安装所述偏航系统的结构要素的工序；连接所述柱状构件从而立设所述支柱的工序；以及在所述支柱的上端部安装所述机舱的工序。
根据这样的风力发电装置的建设方法，由于包括在成为支柱的最上段的柱状构件上安装偏航系统的结构要素的工序、连接柱状构件从而立设支柱的工序以及在支柱的上端部安装机舱的工序，因此机舱的重量能够减少与将偏航系统移动至柱状构件侧相当的重量。因此，在实施用起重机吊起机舱起重机并向支柱的上部进行安装的作业时，通过减轻起重机的载荷负担，能够使用通用起重机。
根据上述的本发明，由于构成为将偏航系统安装在支柱的上部侧，因此使机舱重量减轻与偏航系统相当的重量，从而能够减小在建设时使用的起重机的承载量。结果，即使机舱重量随着风力发电装置的大型化而增加，由于能够与偏航系统的重量相当地抑制机舱重量的增加，因此能够使用建设成本低的通用起重机，能够拓宽可建设的范围。
附图说明
图1是作为本发明所涉及的风力发电装置及其建设方法的一个实施方式表示支柱的上部及偏航系统的结构例的要部剖视图。
图2是表示本发明所涉及的风力发电装置的整体结构例的图。
图3是作为本发明所涉及的风力发电装置及其建设方法的其他实施方式表示支柱的上部及偏航系统的结构例的要部剖视图。
图4是表示风力发电装置的偏航系统所涉及的第一现有例的要部剖视图。
图5是表示风力发电装置的偏航系统所涉及的第二现有例的要部剖视图。
附图标记说明
1 风力发电装置
2 支柱
3 机舱
4 旋翼头
10A、10B 偏航系统
11A 偏航回转轮
12 机舱台板
14 驱动齿轮
15A 偏航驱动装置
16 齿圈
20A 偏航制动器
30B 滑动轴承(偏航回转轮)
具体实施方式
以下参照图1及图2说明本发明所涉及的风力发电装置的一个实施方式。
图2所示的风力发电装置1具有：立设在地基B上的支柱(也称为“塔架”)2、设置在支柱2的上端的机舱3以及被支撑成能够绕着大致水平的旋转轴线旋转且设置在机舱3上的旋翼头4。
旋翼头4绕着其旋转轴线以放射状安装有多个(例如3个)风车旋转翼5。由此，将从旋翼头4的旋转轴线方向吹到风车旋转翼5的风的力变换为使旋翼头4绕旋转轴线旋转的动力。
上述的风力发电装置1具有使位于支柱2的上端的机舱3回转的偏航系统。该偏航系统是使机舱3处于与风向相对应的最佳朝向，使旋翼头4高效地旋转以进行发电的装置。
图1所示的偏航系统10A具有偏航驱动装置15A、偏航回转轮11A及偏航制动器20A，并配置在支柱2的上部侧。
即，构成偏航系统10A的偏航驱动装置15A、偏航回转轮11A及偏航制动器20A固定安装在成为固定侧的支柱2上。另外，以下说明支柱2的轴中心线为CL的情况(图1中实线所示的结构)。
机舱3经由使用了滚动轴承的偏航回转轮11A能够回转地安装在支柱2的上端部。另外，图中的标号12是构成机舱3的机舱台板。
在成为支柱2的上端部的固定支撑板6上，具有电动机13及驱动齿轮14的偏航驱动装置15A固定设置在下表面侧。在这种情况，由于支柱2的轴中心线为CL，因此偏航驱动装置15A配设在支柱2的内侧。
另外，上述的固定支撑板6可以是与支柱2一体设置，或者也可以是附加板材的分体结构。
偏航驱动装置15A通过电动机13使驱动齿轮14转动。该驱动齿轮14与回转侧的齿圈16啮合，该情况下的齿圈16形成在成为偏航回转轮11的回转侧的回转侧环11b的内周面上。
偏航回转轮11A是在成为外圈侧的固定侧环11a和成为内圈侧的回转侧环11b之间夹着多个滚动构件(球等)的滚动轴承。对该偏航回转轮11A而言，固定侧环构件11a的下端面固定在固定支撑板6上，回转侧环构件11b的上端面通过后述的盘21及连接环构件11C固定在机舱台板12的下表面。
上述的偏航系统10A具有固定安装在固定支撑板6的上表面的偏航制动器20A。该偏航制动器20A包括：盘21，固定支撑在固定于机舱台板12的下表面的连接环构件11C和回转侧环构件11b之间；以及卡钳22，固定支撑在固定支撑板6上。
该偏航制动器20A通过设置在卡钳22上的上下一对的制动垫片23夹持盘21的上下表面，产生使机舱3的回转停止的制动力。
根据上述的风力发电装置1，具有偏航驱动装置15A、偏航回转轮11A及偏航制动器20A的偏航系统10A不是位于以往结构的机舱3侧，而是配置在成为支柱2的上部侧的固定支撑板6上，因此能够将机舱3侧的重量减轻与偏航系统10A相当的重量。即，将以往安装在机舱3侧的偏航系统10A的全部移动至塔架顶侧(支柱2的上端部侧)，因此能够将建设时所需的机舱3的吊起重量减轻与偏航系统10A相当的重量。
在此，说明上述的风力发电装置1的建设方法(顺序)。
以下所说明的风力发电装置1具有根据风向使设置在支柱2的上部的机舱3回转的偏航系统10A，该偏航系统10A具有偏航驱动装置15A、偏航回转轮11A及偏航制动器20A，并且支柱2为层叠式的分割结构。该分割结构是将支柱2的长边方向分成多段(通常为3段以上)，并且通过凸缘结合等将该柱状构件连接的结构。
即，由于支柱2的高度随着风力发电装置1的大型化而增加，因此为了使从工厂到建设现场的输送变得容易，采用了将支柱2分成多段的柱状构件，而在建设现场进行组装的结构及工作方案。
因此，风力发电装置1的建设方法包括：在成为支柱2的最上段的柱状构件上安装偏航系统10A的结构要素的工序；连接柱状构件从而立设支柱2的工序；以及在支柱2的上端部安装机舱3的工序。
在最上段的柱状构件上安装偏航系统10A的工序中，在工厂或者建设现场，偏航驱动装置15A、偏航回转轮11A及偏航制动器20A被安装在柱状构件的规定位置上。结果，虽然柱状构件的重量增加了与偏航系统10A相当的重量，但是柱状构件的重量与具有增速器、发电机等的机舱3相比很轻，重量的数量级是不同。
因此，在连接柱状构件从而立设支柱2的工序中，能够使用通用起重机作为将具有偏航系统10A的柱状构件吊起至最上段的起重机。
这样，完成支柱2之后，移至在支柱2的上端部安装机舱3的工序。在该工序中，只要通过起重机将除去了偏航系统10A从而比以往结构轻量化了的机舱3吊起即可。此时，支柱2和机舱3之间的建设时分型面是连接环构件11C的上表面和机舱台板12的下表面之间的接合面，通过螺栓结合等将连接环构件11C和机舱台板12之间连接。
因此，起重机的承载量减少了与机舱3轻量化相当的重量，能够使用通用起重机实施吊起作业。结果，采用了上述结构及建设工作方案的风力发电装置1能够防止伴随着专用起重机的开发、制造的大幅度的建设成本的上升。
根据这样的风力发电装置1的建设方法，由于具有在成为支柱2的最上段的柱状构件上安装偏航系统10A的结构要素的工序、连接柱状构件从而立设支柱2的工序以及在支柱2的上端部安装机舱3的工序，因此机舱3的重量减轻与将偏航系统10A移动至柱状构件侧相当的重量。因此，在通过起重机吊起机舱3并向支柱2的上部进行安装的作业时，通过减少起重机的载荷负担，能够使用通用起重机。
在上述的实施方式采用了使中轴中心线为CL、且偏航驱动装置15A配设在支柱2的内部的结构，但是例如也可以是，例如使轴中心线处于CL’(参照图1)的位置，将驱动装置15A配设在支柱2的外侧。
此外，对于偏航制动器20A的位置，同样并不限于实线所示的实施方式，也可以是图中虚线所示的配置。在这种情况下，支柱2的轴中心线是CL及CL’中的任一个均可。
接着，基于图3说明本发明所涉及的风力发电装置1的其他实施方式。另外，对与上述的实施方式相同的部分赋予相同的标号，并省略其详细说明。
在该实施方式中，偏航系统10B也全部配设在支柱2的上端部侧。在此时偏航系统10B中，采用兼用作偏航制动器的滑动轴承30B作为偏航回转轮。
该滑动轴承30B在固定在支柱2的固定支撑板6上的固定座31B和制动垫片32B之间可滑动地支撑剖面大致L字形的回转环(ring)33B的凸肩部33a。此时的制动垫片32B被支撑成能够在凸肩部33a的上下两面及外周面的3个面上滑动。
在此时的偏航驱动装置15中，与驱动齿轮14啮合的齿圈16形成在回转环33B的内周面，除此之外的结构与上述的第一现有例实质上相同。
在采用了这样构成的偏航系统10B的风力发电装置1中，由于在成为支柱2的上部侧的固定支撑板6上配置全部的结构要素，因此能够将机舱3侧的重量减轻与偏航系统10B相当的重量。即，此时的建设时分型面为将机舱台板12的下表面及回转环33B的上表面螺栓结合时的接合面，因此能够将建设时所需的机舱3的吊起的重量减轻与偏航系统10B相当的重量。
此外，在该实施方式中也是支柱2的轴中心线为CL，采用了偏航驱动装置15A配设在支柱2的内部的结构，但是也可以使轴中心线处于CL’的位置，将驱动装置15A配设在支柱2的外侧。
此外，偏航制动器兼用的滑动轴承30B也并不限于图3所示的实施方式，例如在与驱动齿轮14的位置关系中可以配置在相反侧(轴中心线CL侧)。
如上所述，在本发明的风力发电装置1中，将偏航系统10A、10B安装在支柱2的上部侧，因此使机舱3的重量减轻与偏航系统10A、10B相当的重量，能够减小建设时使用的起重机的承载量。因此，即使在机舱3的重量伴随着风力发电装置1的大型化而增加的情况下，也能够与偏航系统10A、10B的重量相当地抑制机舱3的重量增加，能够使用降低建设成本的通用起重机，拓宽可建设的范围。
另外，本发明不限于上述的实施方式，能够在不脱离其宗旨的范围内进行适当的变更。

Claims (2)

1.一种风力发电装置，具有根据风向使设置在支柱上部的机舱回转的偏航系统，其特征在于，
具有偏航驱动装置、偏航回转轮及偏航制动器的所述偏航系统配置在所述支柱上部侧。
2.一种风力发电装置的建设方法，该风力发电装置具有根据风向使设置在支柱上部的机舱回转的偏航系统，该偏航系统具有偏航驱动装置、偏航回转轮及偏航制动器，并且所述支柱通过连接将长边方向分成多段的柱状构件而形成，该风力发电装置的建设方法的特征在于，包括：
在成为所述支柱的最上段的所述柱状构件上安装所述偏航系统的结构要素的工序；
连接所述柱状构件从而立设所述支柱的工序；以及
在所述支柱的上端部安装所述机舱的工序。
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