JP2004308521A - Method and device for constructing wind power generating device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力発電装置の建設方法および建設装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
風力発電装置(設備)は、タワーの上部にブレードを持つ発電機(ナセル)を設置して構成されるが、その発電設備の据付工事に際しては、重い発電機をタワーの最上部に引上げ設置しなければならないため、クレーンは大型のものが必要になる。また、クレーンによるローターブレードの発電機への据付に際し、風が強いとブレードが風の影響を受けやすいために、多大な時間を要したり、作業を中止することが多い。また、大型クレーンは、建設費を押し上げるだけでなく、陸上では建設現場までの搬入が困難といった問題がある。
【0003】
さらに、洋上での風力発電機の据付け作業に際しては、波浪による動揺下では作業が困難であることから、自己昇降式作業台船(SEP)により海上に足場を設置し、その上に載せた大型クレーンによりタワーを構築し、その後に発電機やローターブレードをタワーの上端まで吊上げ及び据付け作業をするのが考えられるが、この場合にも、ローターブレードの据付は風が強いとブレードが風の影響を受け易いために、作業に多大な時間を要したり、作業を中止することが多い。さらに、洋上では発電効率を高めるために陸上よりも大型の発電機が検討されており、例えば、数MV規模となると発電機本体やブレードが一層大型化し重量も重くなって、益々据付作業が難しくなる。
【0004】
前記の従来技術を整理すると次の▲1▼〜▲4▼となる。▲1▼洋上での施工に適用される起重機船による構築法。▲2▼洋上での施工に適用される、SEP(自己昇降式作業台船)+CC(クローラクレーン)による構築法。▲3▼陸上、洋上何れにも適用される特開平10−205428(風力発電装置の建設方法)の構築法。▲4▼陸上、洋上何れにも適用される特開2002−242483(搭状構造物の構築方法及びその装置)の施工法。
【0005】
【特許文献1】
特開平10−205428号公報
【特許文献2】
特開2002−242483号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来工法▲1▼の起重機船(クレーン船)よる施工法にあっては、大型クレーン船(高さ)が必要であるが、これだと揺れが大きく穏やかな海象でも常時30cm程度は動揺するため、発電機が大型機になり背丈が高くなればなるほど、風車トップ構造(ナセル、ローターブレード等)の据付、組立て作業は困難である。
【0007】
従来工法▲2▼の「SEP(自己昇降式作業台船)+CC(クローラクレーン)」による施工上の問題としては、例えば、70m高さの風車の据付には、ブーム長100m程度以上のCCが必要となるが、これ程大型のCCを搭載したSEPは傭船が難しく、また、建設場所によってはこの大型のCCを搭載しての曳航は困難である。また、新規造船するのは高額の費用が掛り現実的でない。
【0008】
従来技術▲3▼の風力発電装置の建設方法(特開平10−205428)は、タワーの組立ておよび、ブレードの取付けをクライミングクレーンで行い、ナセル(発電機)の取付けをタワーに沿って上昇する移動架台で行うものであるが、クレーンと移動架台の別々の装置で行う煩雑な工法である。また、クライミングクレーンは、施工作業の際に組立て、分解が必要であり、特に、洋上では手間が掛る作業である。また、移動架台が昇降するための係止体をタワーに取付け、撤去する作業は困難で手間がかかる。また、クライミングクレーンのタワーへのクランプは、片側のみからでやりにくい。さらに、クライミングクレーンが接地する部分にも基礎が必要になる。
【0009】
従来技術▲4▼の搭状構造物の構築方法及びその装置(特開2002−242483)は、ガイドタワーの組立てにおいて、ある高さからは下方にユニットを組み込んでいくものである。この場合、下方へのユニットの組込みは、ガイドタワーをせり上げた状態で、その下に水平移動させ継ぎ足すユニットを組み入れるための設備(レール等)が必要である。しかし、この構築方法はスペースのない洋上では特に作業が困難となる。また、ガイドタワーの組立て、分解には、手間が掛かり、洋上では特に顕著である。
【0010】
本発明は、前記従来の問題点を解決した風力発電装置の建設方法と建設装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は次のように構成する。
【0012】
第1の発明は、複数の分割部材を継ぎ足して構成されるタワーと、タワーの上端に搭載される発電機と、発電機のローターに連結されるブレードとを基礎構造物上に組立設置する風力発電装置の建設方法において、
▲1▼前記タワーの基端部を備えた基礎構造物を設置し、
▲2▼テレスコピックに昇降する複数段の部材からなるマストを、前記タワーの基端部を囲むように前記基礎構造物に立設し、前記マストは前記分割タワーを取り込む面が開口すると共に、最上段のマストには水平移動する揚重装置を備え、
▲3▼前記マストの最上段位置を分割タワーの既設高さ以上に上昇させた状態で該マストが鉛直荷重を支持可能に、マスト部材間を着脱自在なロック機構によって係止し、前記揚重装置によって分割タワーを吊り上げ水平移動して既設タワー上に位置決め・接合し、
▲4▼タワーの上昇に伴って、適宜高さ毎に前記タワーの既設部位に保持機構によって前記マストを保持させ、
▲5▼全ての分割タワーの接合が完了した後、前記揚重装置で発電機を吊上げ水平移動して最上段タワーの上部に固定し、
▲6▼次いで、前記揚重装置によりブレードを1枚ずつ、または複数枚組立てた状態で吊上げ、発電機ローターに取付けて風力発電装置を完成し、
▲7▼前記揚重装置を発電機及びブレードに干渉しない位置まで退避させた後、各マストとタワーの保持機構及びマストのロック機構を解除し、マストを下降した後、基礎構造物からマストを切り離し吊上げ撤去することを特徴とする。
【0013】
第2の発明は、第1の発明において、テレスコピックに昇降する各分割マストは、4本の柱と各柱を繋ぐ水平材・斜材を3面に配置した平面コ字形状であって、各分割マストに設けた昇降手段によって昇降可能とし、最上段マストに設けた移動可能な水平張り出し部材上に揚重装置が水平移動可能に設けられ、各分割マストの下部に4本の柱を連結する連結材と、その角部の4方向からタワー周面に向けて進退するジャッキからなる保持機構が設けられ、各段の分割マスト間にロックピンからなる着脱可能なロック機構を設けたことを特徴とする。
【0014】
第3の発明は、第1または第2の発明において、風力発電装置を設置する基礎構造物は、海底に設置したジャケットを杭支持したものであることを特徴とする。
【0015】
第4の発明は、第3の発明において、テレスコピック昇降する複数段のマストの最も外側マストの脚部をジャケットのレグまたは杭に差し込み立設したことを特徴とする。
【0016】
第5の発明は、タワーの上端に発電機を搭載し、該発電機にローターブレードを取付けてなる風力発電機装置の建設装置において、複数の分割タワーを上方に順次継ぎ足して構成される前記タワーと、一面が開口した平面略コ字形で前記分割タワーの既設部分を取囲むように配置されると共に、保持機構を介して前記分割タワーの既設部分により非転倒的に支持され、テレスコピックに昇降移動可能な複数段のマストからなるマストと、最下部の分割タワーを接合するタワー基部を具備すると共に、前記マストの脚部を挿入支持するジャケットのレグまたは杭を備えた基礎構造物とからなり、前記複数段のマストは昇降機構および、複数段マストが所定位置まで上昇した位置を保持できるロック機構を具備し、さらに、マスト最上部には水平移動可能な水平張り出し部材と、その上に水平移動可能に設けた揚重装置からなる揚重機構を具備することを特徴とする。
【0017】
【作用】
本発明は、テレスコピックに昇降できるマストを上昇させ、かつ保持機構を介してタワーの既設部分によって安定に支持させながら、該マストの上部に配置の揚重装置により分割タワー部材を順次吊上げて構築し、タワーが完成した後はこの剛性に富むタワーに安定支持させた前記マストによって、重量がある発電機とローターブレードを順次吊上げて発電設備を構築でき、作業が終了後はマストを速やかに撤去でききる。
【0018】
さらに具体的には、本発明によると(a)剛性の低いスレンダーな揚重用マストをテレスコピックに昇降可能とし、マストに比べて剛性が高い分割タワーを上方に組立てながらタワーでマストの中間を保持してマストの傾き・倒れを防止できる。
【0019】
(b)揚重用マストをテレスコピックに昇降可能としているため、コンパクトな形状で移動・設置・解体ができ、マストを揚重物の吊高さに適合した高さで作業するため、吊ワイヤの余長が少なく風等による揺れを軽減できる。
【0020】
(c)洋上風力発電装置の建設においては、海底に設置した基礎構造物に立設する前記揚重用マストによって分割タワー、発電機、ブレードの揚重組立を行うため波浪の影響による揺れがなく微調整を伴う組立て作業を円滑にできる。
【0021】
(d)洋上風力発電装置の建設においては、海底に設置したジャケット式基礎構造物のレグ材に揚重マストの脚を差込み立設できるため、マストの設置・解体が容易である。なお、ジャケットのレグ配置にマストの脚が一致しない場合は、別にマストの支持盤をジャケット上に仮設して支持する。
【0022】
(e)マスト最上段の揚重装置は、組立て済みの発電機及びブレードに干渉しない位置まで退避可能としているため、風力発電装置の組立完了後のマスト解体撤去時に、上段のマストを容易に下降できる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図1(a)、(b)、(c)は、本発明に係る風力発電装置の第1、第2、第3建設工程の説明図、図2〜図6は、第4建設工程から〜第8建設工程の説明図である。
【0024】
まず図6には、洋上に風力発電装置を建設する例における完成時の態様が示されているので、これを説明する。同図において、海底の支持層1にジャケット式基礎構造物2が構築されていて、このジャケット式基礎構造物2によって風力発電装置3のタワー4の基部とマスト5の脚部が支持されている。タワー4は下部、中間部、最上部の分割タワー4a、4b、4cを上方に継ぎ足して構築されるもので、前記マスト5は構築のために設けられるもので、ジャケット式基礎構造物2に着脱可能に支持される。マスト5は下段、中段、最上段のマスト5a、5b、5cからなりテレスコピック(入れ子方式)に上昇下降(伸縮)できる。また、タワー4の上端に発電機(ナセル)6が搭載されており、そのローターシャフト7にローターブレード8が取付けられている。
【0025】
図1〜図6によって、第1〜第8工程の工程を順に説明する。
【0026】
図1(a)の第1建設工程では、ジャケット式基礎構造物2が海底の支持層1に設置されており、そのジャケット2は、支持層1に打設された複数の鋼管杭10の上部に筒状のレグ12を嵌合支持させると共に、各レグ12の間を複数の連結材11で連結して構成される。鋼管杭10とその上部のレグ12は、平面矩形の角部の位置に4本設けられていて、レグ12の中央部位には前記連結材11によって前記タワー4の最下端を接合するタワー基部4dが支持されている。
【0027】
図1(b)の第2建設工程では、テレスコピックに昇降できる多段のマスト5が最下段まで降下(収縮)した態様でジャケット2に支持される。具体的にはマスト脚部13の下端を、ジャケット2のレグ12に上方が拡径したガイド部12aを介して所定長にわたって挿入支持させる。マスト5は枠体によって一面が開口した平面コ字状で、かつ各段のマスト5a、5b、5cはそれぞれ所定の高さに構成される。また、マスト5をジャケット2に支持させたとき、タワー基部4dは平面コ字状のマスト5の内側に位置している(図7参照)。
【0028】
図1(c)の第3建設工程は、台船14で海上を曳航してきた最下部の分割タワー4aを、最上段マスト5cの上端部に設けた揚重機構15によって吊り上げ、平面コ字状のマスト5の内側に搬入し、分割タワー4aの下端部をタワー基部4dの直上に搬入する態様を示している。
【0029】
図2の第4建設工程は、図1(c)の動作、つまり中間部と最上部の分割タワー4b、4cを順次吊上げ、ボルト接合部24を介して既設タワー部に接合する動作が複数回繰返され、同時に中段マスト5bと最上段マスト5cを上昇させながらマスト5が最上部まで上昇(伸長)し、タワー4が完成した態様を示す。
【0030】
図3の第5建設工程は、タワー4が完成した後、マスト最上部の揚重機構15を用いて発電機(ナセル)6を吊り上げ、タワー4の上端部に搭載する態様を示している。
【0031】
図4の第6建設工程は、揚重機構15を用いてローターブレード8を吊り上げブレード中心部を発電機6のローターシャフト7に結合する工程を示している。
【0032】
図5の第7建設工程は、揚重機構15を用いて吊り上げたローターブレード8を発電機6のローターシャフト7に結合する工程の正面図を示している。
【0033】
図6の第8建設工程では、発電機6にローターブレード8を取付けて風力発電装置3が完成した後、揚重装置21を発電機6及びローターブレード8に干渉しない位置まで退避させた、その後マスト5とタワー4の保持機構及び各段マスト5のロックピン(ロック機構)を解除し、最上段と中段のマスト5c、5bを下降させて解体する前の状態を示している。
【0034】
図1(a)〜図6を参照して、各部の構成をさらに詳しく説明する。
図1(a)に示す第1の建設工程においてジャケット2は海中に没しており、タワー基部4dの上端は海面16より上部に位置している。なお、ジャケット2は海面上に露出させてもよい。
【0035】
図1(b)に示す第2建設工程〜図6の第8建設工程において、ジャケット2のレグ12に支持されるマスト5と、ジャケット2に一体に設けられたタワー基部4dに継ぎ足されるタワー4の既設部とは、互いに支え合いながら上昇してタワー4を構築すると共に、発電機6やローターブレード8をマスト上部の揚重機構15により順次吊り上げて組立てる。前記マスト5は、スレンダーかつ軽量で運搬、解体などの取扱が容易な鋼材で構成されるにもかかわらず、剛性に富むタワー4の既設部で安定に支持しながら、前記発電機6などの重い揚重物を確実に吊り上げることができる。
【0036】
マスト5の構成をさらに説明する。マスト5は、最下段マスト5aと中段マスト5bと最上段マスト5cとが内外入れ子式に収納、突出可能に設けられていて、上方にテレスコピックに昇降(伸縮)できる構成であり、かつ最上段マスト5cの上部には揚重機構15を具備している。揚重機構15は、水平移動できる水平張出し部材17に揚重装置21を走行自在に設けて構成される(詳細は後述する)。
【0037】
マスト5は、タワー基端4cを囲む配置に、テレスコピックに昇降するマスト5における、最下段マスト5aと中段マスト5bと最上段マスト5cは、いずれも4本の柱18と各柱18を繋ぐ水平材19、斜材20を3面に配置し、1面は開口面23としてあって(この態様を平面コ字形状という。図7b参照)、相互に収納・突出可能である(その昇降駆動機構と昇降ガイド機構は後述する)。また、各段のマスト5a、5b、5cは台船14によって運ばれる分割タワー4a、4b、4cを揚重装置21によって吊上げて、前記開口面23を介してマスト5の内側に取り込み、マスト5の内側に位置するタワー基部4dの上部に順次ボルト接合部24にて接合する。
【0038】
また、ワイヤーロープ22で吊上げた分割タワー4a、4b、4cを順次コ字状のマスト内側へ搬入する各段階において、分割タワー吊り上げに必要な各段のマスト5を上昇させた状態において、上中下段の各マスト5a、5b、5cの開口面23は、吊上げる分割タワー4a、4b、4cの下端より上方が開放していれば分割マストの搬入作業の障害とならない。このことから本実施形態では、各段マスト5a、5b、5cの下端部において、4本の柱18の間は平面4角形に配置の連結枠材25で連結されている。
【0039】
図8(a)は、各段マスト下端部において、タワー4の既設部分を保持する状況を示すもので、タワー4の既設部分と、各段におけるマスト5の4本の柱18の下端部を連結する連結枠材25の角部との間に油圧シリンダ26からなる保持機構(タワークランプ)27を配置し、油圧シリンダ26を伸長させることでタワー4の外周面を4方向からを押付ける。こうして剛性に富むタワー4の既設部分をメカニカルにつかみ、タワー4に反力を取ってスレンダーなマスト5をタワー4によって安定に支持させ、発電機6等の重い揚重物を安定に吊り上げることができる。
【0040】
図1(b)の第2工程においては、テレスコピック(入れ子式)の上、中、下段の各マスト5a、5b、5cが互いに収納され、最も短縮された態様でクレーン船(図示せず)で吊下げてジャケット2の上部に移動した後、降下させることにより最下段マスト5aの脚部13を各レグ頭部12aに嵌合支持させる。なお、ジャケット2のレグ12の配置にマスト5の脚部13が一致しない場合は、別にマスト5の支持盤をジャケット2上に仮設して支持することができる。ジャケット2のレグ頭部12aにマスト5の脚部13を挿入して支持させた後、さらに、最下段マスト5aの下部の4本の柱18を矩形に結合する連結枠材25を角部とタワー基部4dとの間に油圧シリンダ26からなる保持機構27を配置し、これを伸長させてタワー基部4dに反力をとりマスト5の下部をジャケット2に安定に支持させる。
【0041】
次に、図1(c)に示すように台船14で運んできた最下段の分割タワー4aを揚重機構15の揚重装置21で吊上げて、短縮した3段の各マスト5a、5b、5cの一面の開口面23(図7bに示す)を通して平面コ字状マストの内側に位置するタワー基部4dの直上に移動し、続いてゆっくりと降下させて、下段の分割タワー4cの下端とタワー基部4dの上端をボルト接合部24により強固に接合する。
【0042】
図1(c)の工程において、揚重機構15の水平張出し部材17は図の右端まで前進移動しており、この状態でウインチ等の揚重機及び走行機構を具備した揚重装置21は、水平張出し部材17の先端まで走行した状態でウインチを巻き下げ、巻き上げながらワイヤーロープ22で分割タワー4aを図のように吊上げたうえ、該揚重装置21は、水平張出し部材17を前記と反対側(図の左側)に移動し、分割タワー4aをタワー基部4d上に位置決めし、ボルト接合する。
【0043】
続いて、中段のマスト5bを上昇させてその上昇位置でのロック機構を構成するロックピン29により係止させて(図2、図10b参照)、その上昇位置で鉛直荷重を支持可能に保持させたうえ、揚重装置21により中間の分割タワー4bを吊り上げ、下段の分割タワー4aの直上に移動してボルト接合部24にて接合する。
【0044】
ボルト接合部24の構成は、図8(b)に示されている。すなわち、各分割タワー4a、4b、4cの上端面と下端面には内周方向に多数のボルト穴30を有したリング状の接合フランジ31が固着され、上段側と下段側の分割タワー4の接合フランジ31を位置決めした上、タワー4内に作業者が入ってボルト穴30に接合ボルトを螺合することで上下段の分割タワー4a、4b、4cが強固に接合される。分割タワー4a・・を吊上げる際も前記ボルト穴30を利用するもので、図8(b)のように揚重装置21のワイヤーロープ22の下端に取付けた吊り治具32を接合フランジ31に当てがい、両部材のボルト穴30に係合ボルト33を螺合することで、ワイヤーロープ22によって分割タワー4a・・を確実に吊下げることができる。なお、前記接合フランジ31をタワー4の外周に設ける場合もある。
【0045】
図9(a)は、各段のマスト5a、5b、5cを昇降させる昇降駆動機構、ガイド機構、及び上昇位置に係止させるロック機構の配置を示す。図9(b)は、ラックピニオン方式の昇降機構の一部側面図を示すもので、下段と中段のマスト5a、5bの上端には駆動モータ34が設置されており、モータ軸にピニオン35が固着されている。一方、各段のマスト5b、5dの両側側面にはラック36が上下方向に延長して設けてあり、マスト5a、5bに設置した駆動モータ34のピニオン35が、上段側のマスト5b、5cのラック36に噛合している。
【0046】
したがって、駆動モータ34によりピニオン35を正逆回転させることにより、ピニオン35と噛合うラック36によって、上段側のマスト5b、5cを昇降させることができる。実施例では、ラックピニオン方式の昇降機構の例を示したが、これに代えて公知の尺取式昇降装置(リフトアップジャッキ方式)としてもよい。
【0047】
図9(c)、(d)はガイド機構であって、下段側のマスト5(図では中段マスト5bを示す)の側部4隅には上下に間隔をおいてガイド溝を有するメス側ガイド37が設けられ、上段側のマスト5(図では最上段マスト5cを示す)の側部には上下に延長するオス側ガイドレール38が設けられ、メス側とオス側のガイド37、38が互いにスライド自在に嵌りあっている。したがって、両ガイド37、38を介して上段と中段のマスト5c、5bは安定に昇降動作でき、各段のマスト同士はグラツキなく安定に昇降できる。
【0048】
図9(e)は、各段マスト5b、5cのロック機構であって、下段側のマスト5(図には中段マスト5bを示す)の上端部には、ボルト挿通孔39を有する係合部材40が溶接されており、上段側のマスト5(図では最上段マスト5cを示す)の中間部位より下寄りの側部にはボルト挿通孔41を有する係合プレート42が固着されている。したがって、上段側マスト5cを上端まで上昇させ、係合部材42のボルト挿通孔39と係合プレート42のボルト挿通孔41が合致した時点で、両ボルト挿通孔39、41に着脱自在なロックピン29を挿入することで、下段マスト5bに対し上段マスト5cを上限まで引出した状態に保持して鉛直荷重を支持可能に構成できる。
【0049】
次に、揚重装置21及び水平張出し部材17を水平移動させる揚重機構15を、図10、図11によって説明する。
【0050】
各図において、平面コ字状の最上段マスト5cの両側枠43の上部に複数の直線ガイドブロック44が設置されていて、この直線ガイドブロック44のガイド溝に直線ガイドレール45がスライド自在に嵌合支持されている。直線ガイドレール45は水平張出し部材17の下部に一体に設けられているので、この水平張出し部材17は直線ガイドレール45と一体に前後に水平移動できる。その駆動手段として、最上段マスト5cの両側枠43の外側には、スライド用油圧シリンダ46が設けてあり、そのロッド47の先端が連結アーム48を介して水平張出し部材17に連結されている。したがって、スライド用油圧シリンダ46を動作させることで、水平張出し部材17は、最上段マスト5c上で水平に進退移動できる。
【0051】
また、左右の各水平張出し部材17の後端(図12の左端)には、スライド部固定治具(反力アーム)49が取付けてあり、水平張出し部材17が先端に移動したとき、スライド部固定治具49の鈎状係合部50が、最上段マスト5cの上端後部に形成した係合凹部(反力受け凹部)51に後方から係合する。したがって、水平張出し部材17が前進移動し、その先端に位置する揚重装置21で発電機6やローターブレード8などの揚重物を吊上げるとき、片持ち状態となって水平張出し部材17の後端部に作用する上揚反力(転倒モーメント)をスライド部固定治具49を介して、最上段マスト5cの側で受けることができる。そして、マスト5は保持機構27を介して剛性に富むタワー4で支持されているので、前記揚重装置21により発電機6等を安定に吊り上げてタワー4の上端に設置できる。
【0052】
揚重装置21は、左右の水平張出し部材17に跨って配置される台車52と、台車52に載置した揚重機構のウインチ53とから構成されている。台車52は走行車輪54を具備していて、この走行車輪54が各水平張出し部材17の上部に配置したレール55に沿って走行することにより、揚重装置21は水平張出し部材17上を水平移動できる。なお、揚重機構としてウインチ53に代えて公知のリニアジャッキ(図示省略)を用いることもできる。
【0053】
本発明に係る風力発電装置の建設方法の適用範囲は、洋上に限らず陸上にも実施できる。その他、実施形態の構成を適宜設計変更して実施することは構わない。
【0054】
【発明の効果】
本発明は、剛性の低いスレンダーな揚重用マストをテレスコピックに昇降可能とし、前記マストによって、当該マストに比べて剛性が高い分割タワーを上方に組立てながら、かつ既設タワー部位でマストの中間を保持してマストの傾き・倒れを防止しながら、さらに上部への分割タワーの吊上げ移動ができる。このように、テレスコピックに昇降可能としたスレンダーな揚重用マストを用いて建設作業ができるため、このコンパクトな揚重用マスト形状で移動・設置・解体ができ、従来工法で使用していた大型クレーンを不要とし、風力発電装置の据付施工を安全確実かつ迅速に行うことができる。
【0055】
特に洋上においては、ジャケット式基礎構造物のレグ材に揚重マストの脚を差込み立設できるため、マストの設置・解体が容易であり、かつ従来工法で不可能な大型の洋上風力発電の施工を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)、(b)、(c)は、本発明に係る風力発電装置の第1、第2、第3建設工程の側面図である。
【図2】本発明に係る風力発電装置の第4建設工程の側面図である。
【図3】本発明に係る風力発電装置の第5建設工程の側面図である。
【図4】本発明に係る風力発電装置の第6建設工程の側面図である。
【図5】本発明に係る風力発電装置の第7建設工程の側面図である。
【図6】本発明に係る風力発電装置の第8建設工程の側面図である。
【図7】(a)、(b)、(c)は、図1のA−A矢視図、B−B断面図、C−C断面図である。
【図8】マストとタワーとを連結する保持機構を示す平面図である。
【図9】(a)はマストの昇降機構を示す平面図、(b)はマストの昇降駆動機構の側面図、(c)はガイドレールの側面図、(d)はガイドレールの横断平面図、(e)は、マストの上昇を保持するロック機構の側断面図である。
【図10】(a)は揚重機構の平面図、(b)は、同(a)の側面図である。
【図11】(a)、(b)は、移動可能な水平張り出し部及びその上に水平移動可能に設けられた揚重装置が前進した状態と後退した状態を示す側面図である。
【符号の説明】
1 支持層
2 ジャケット(ジャケット式基礎構造物)
3 風力発電装置
4 タワー
4a 下部の分割タワー
4b 中間部の分割タワー
4c 最上部の分割タワー
5 マスト
5a 下段マスト
5b 中段マスト
5c 最上段マスト
6 発電機
7 ローターシャフト
8 ローターブレード
10 鋼管杭
11 連結材
12 レグ
12a レグ頭部
13 脚部
14 台船
15 揚重機構
16 海面
17 水平張出し部材
18 柱
19 水平材
20 斜材
21 揚重装置
22 ワイヤーロープ
23 開口面
24 ボルト接合部
25 連結枠材
26 油圧シリンダ
27 保持機構
29 ロックピン
30 ボルト穴
31 接合フランジ
32 吊り治具
33 接合ボルト
34 駆動モータ
35 ピニオン
36 ラック
37 メス側ガイド
38 オス側ガイドレール
39 ボルト挿通孔
40 係合部材
41 ボルト挿通孔
42 係合プレート
43 両側部
44 直線ガイドブロック
45 直線ガイドレール
46 スライド用油圧シリンダ
47 ロッド
48 連結アーム
49 スライド部固定治具
50 鈎状係合部
51 係合凹部(反力受け部)
52 台車
53 ウインチ
54走行車輪
55 ガイドレール[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a construction method and a construction device for a wind power generator.
[0002]
[Prior art]
A wind power generator (equipment) is constructed by installing a generator (nacelle) with blades at the top of the tower. When installing the power generation equipment, a heavy generator is pulled up at the top of the tower and installed. Must have a large crane. In addition, when the rotor blade is installed on the generator by the crane, if the wind is strong, the blade is easily affected by the wind, so that much time is required or the work is often stopped. In addition, a large crane not only raises construction costs but also has a problem that it is difficult to carry it to a construction site on land.
[0003]
In addition, when installing the wind generator on the sea, it is difficult to work under the sway of the waves, so a self-elevating work platform (SEP) is used to install a scaffold on the sea and place a large scaffold on it. It is conceivable to construct the tower with a crane and then lift and install the generator and rotor blades to the top of the tower.In this case, too, the installation of the rotor blades may be affected by wind if the wind is strong. In many cases, the work requires a great deal of time or is stopped because the work is easily performed. In addition, generators larger than on land are being studied on the ocean to increase power generation efficiency. For example, when the scale is several MV, the generator body and blades become larger and heavier, making installation work more difficult. Become.
[0004]
The above prior arts are summarized in the following (1) to (4). (1) A construction method using a hoist ship applied to offshore construction. (2) A construction method using SEP (self-elevating work platform ship) + CC (crawler crane) applied to offshore construction. {Circle around (3)} A construction method of Japanese Patent Laid-Open No. Hei 10-205428 (method of constructing a wind power generator) applicable to both onshore and offshore. {Circle around (4)} A construction method of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-242483 (method for constructing a tower-like structure and its device) applied to both onshore and offshore.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-10-205428
[Patent Document 2]
JP-A-2002-242483
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The construction method using a hoisting ship (crane ship) according to the conventional construction method (1) requires a large crane ship (height). As the generator becomes larger and taller, the work of installing and assembling the wind turbine top structure (nacelle, rotor blades, etc.) becomes more difficult.
[0007]
As a problem in the construction by the conventional construction method (2) "SEP (self-elevating work platform) + CC (crawler crane)", for example, in the installation of a wind turbine with a height of 70 m, a CC with a boom length of about 100 m or more is required. Although it is necessary, it is difficult to charter a SEP equipped with such a large CC, and towing with this large CC is difficult depending on the construction site. Also, building a new ship is expensive and impractical.
[0008]
In the prior art method (3), a method of constructing a wind power generator (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 10-205428) is a method of assembling a tower and mounting a blade with a climbing crane, and mounting a nacelle (generator) ascending along the tower. This method is performed on a gantry, but is a complicated construction method using separate devices for a crane and a movable gantry. In addition, the climbing crane requires assembly and disassembly at the time of construction work, and is particularly troublesome work at sea. In addition, it is difficult and time-consuming to mount and remove a locking member for moving the movable base up and down on the tower. Also, it is difficult to clamp the climbing crane to the tower from only one side. In addition, a foundation is required at the part where the climbing crane touches the ground.
[0009]
According to the prior art (4), a method of constructing a board-like structure and an apparatus therefor (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-242483), in assembling a guide tower, a unit is incorporated downward from a certain height. In this case, incorporation of the unit downward requires equipment (rails or the like) for incorporating the unit to be horizontally moved and added under the state where the guide tower is raised. However, this construction method is particularly difficult on the sea where there is no space. In addition, assembling and disassembling the guide tower requires time and is particularly remarkable on the sea.
[0010]
An object of the present invention is to provide a method and apparatus for constructing a wind turbine generator that solves the conventional problems.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention is configured as follows.
[0012]
A first invention provides a wind turbine for assembling and installing, on a substructure, a tower configured by adding a plurality of divided members, a generator mounted on an upper end of the tower, and a blade connected to a rotor of the generator. In the method of constructing a power generation device,
{Circle around (1)} Install a substructure having a base end of the tower,
{Circle around (2)} A mast composed of a plurality of members that rises and descends telescopically is erected on the substructure so as to surround the base end of the tower. The upper mast has a lifting device that moves horizontally,
{Circle around (3)} With the mast raised above the existing height of the divided tower, the mast is capable of supporting a vertical load, the mast members are locked by a detachable locking mechanism, and the lifting is performed. The split tower is lifted and moved horizontally by the device and positioned and joined on the existing tower,
(4) With the rise of the tower, the mast is held by the holding mechanism at the existing portion of the tower at each height as appropriate,
(5) After all the divided towers have been joined, the generator is lifted and moved horizontally by the lifting device and fixed to the top of the uppermost tower,
{Circle around (6)} Then, the blades are lifted one by one or in a state in which a plurality of blades are assembled by the lifting device, and attached to a generator rotor to complete a wind power generator.
(7) After retracting the lifting device to a position where it does not interfere with the generator and the blade, release the mast, the holding mechanism of the tower and the locking mechanism of the mast, lower the mast, and remove the mast from the foundation structure. It is characterized by being detached, lifted and removed.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, each of the divided masts that ascends and descends telescopically has a plane U-shape in which four pillars and horizontal members and diagonal members connecting the pillars are arranged on three surfaces. A lifting device is provided on a movable horizontal projecting member provided on the uppermost mast so as to be able to move up and down by lifting means provided on the divided mast, and four columns are connected to the lower part of each divided mast. A connecting mechanism and a holding mechanism consisting of jacks which advance and retreat toward the tower peripheral surface from four corner directions are provided, and a detachable locking mechanism consisting of a lock pin is provided between the divided masts of each stage. And
[0014]
A third invention is characterized in that, in the first or second invention, the substructure on which the wind turbine generator is installed supports a jacket installed on the sea floor with piles.
[0015]
A fourth invention is characterized in that, in the third invention, the legs of the outermost mast of the plurality of masts that elevate and lower telescopically are inserted into legs or piles of the jacket and erected.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, in the construction device for a wind turbine generator having a generator mounted on an upper end of the tower and a rotor blade attached to the generator, the tower is configured by sequentially adding a plurality of divided towers upward. And is arranged so as to surround the existing portion of the split tower in a substantially U-shaped plane with one open side, and is non-inverted supported by the existing portion of the split tower via a holding mechanism, and moves up and down telescopically A mast comprising a plurality of possible masts, and a base structure having a tower base for joining the lowermost divided tower and having a leg or a pile of a jacket for inserting and supporting the legs of the mast, The multi-stage mast includes an elevating mechanism and a lock mechanism that can hold a position where the multi-stage mast is raised to a predetermined position, and furthermore, a horizontal And rotatably horizontal overhang member, characterized in that it comprises a lifting mechanism comprising a lifting device which is provided to be horizontally moved thereon.
[0017]
[Action]
The present invention raises a mast capable of elevating and lowering telescopically, and stably supports the tower by an existing portion of the tower via a holding mechanism, and sequentially lifts and constructs the divided tower members by a lifting device arranged above the mast. After the tower is completed, the mast stably supported by this rigid tower allows the heavy generator and the rotor blades to be lifted one after another to build a power generation facility, and after the work is completed, the mast can be quickly removed. Wear.
[0018]
More specifically, according to the present invention, (a) a slender lifting mast having low rigidity can be moved up and down telescopically, and a tower having a high rigidity compared to the mast is held at the middle of the mast by assembling the tower upward. To prevent the mast from tilting or falling.
[0019]
(B) Since the lifting mast can be moved up and down telescopically, it can be moved, installed and dismantled in a compact shape, and since the mast is operated at a height suitable for the lifting height of the lifting material, there is no extra hanging wire. The length is small and shaking due to wind and the like can be reduced.
[0020]
(C) In the construction of the offshore wind turbine, the lifting mast erected on the substructure installed on the seabed performs the lifting assembly of the divided tower, the generator and the blades, so that there is no shaking due to the influence of the waves and there is no shaking. Assembly work involving adjustment can be performed smoothly.
[0021]
(D) In the construction of the offshore wind power generator, the lifting mast leg can be inserted and erected into the leg material of the jacket-type substructure installed on the seabed, so that the mast can be easily installed and dismantled. If the legs of the mast do not match the arrangement of the legs of the jacket, a mast support plate is separately provided on the jacket and supported.
[0022]
(E) Since the lifting device at the top of the mast can be retracted to a position that does not interfere with the assembled generator and blades, the mast at the upper stage can be easily lowered when the mast is disassembled and removed after the assembly of the wind power generator. it can.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 (a), (b) and (c) are explanatory views of first, second and third construction steps of a wind turbine generator according to the present invention, and FIGS. It is explanatory drawing of an 8th construction process.
[0024]
First, FIG. 6 shows a state at the time of completion in an example of constructing a wind turbine generator on the sea, which will be described. In the figure, a jacket-
[0025]
The first to eighth steps will be sequentially described with reference to FIGS.
[0026]
In the first construction process shown in FIG. 1A, a jacket-
[0027]
In the second construction process shown in FIG. 1B, the
[0028]
In the third construction step shown in FIG. 1C, the lowermost divided
[0029]
In the fourth construction process shown in FIG. 2, the operation shown in FIG. 1C, that is, the operation of sequentially lifting the intermediate and uppermost divided
[0030]
The fifth construction step in FIG. 3 shows a mode in which after the
[0031]
The sixth construction step in FIG. 4 shows a step of lifting the
[0032]
The seventh construction step in FIG. 5 is a front view of a step of connecting the
[0033]
In the eighth construction step of FIG. 6, after the
[0034]
The configuration of each unit will be described in more detail with reference to FIGS.
In the first construction step shown in FIG. 1A, the
[0035]
In the second construction step shown in FIG. 1 (b) to the eighth construction step shown in FIG. 6, the
[0036]
The configuration of the
[0037]
The
[0038]
In addition, at each stage of sequentially loading the divided
[0039]
FIG. 8A shows a situation in which the existing part of the
[0040]
In the second step of FIG. 1 (b), the upper, middle and
[0041]
Next, as shown in FIG. 1C, the lowermost divided
[0042]
In the step of FIG. 1 (c), the
[0043]
Subsequently, the
[0044]
The configuration of the bolt joint 24 is shown in FIG. That is, a ring-shaped joining
[0045]
FIG. 9A shows an arrangement of an elevating drive mechanism for elevating and lowering the
[0046]
Therefore, by rotating the
[0047]
9 (c) and 9 (d) show a guide mechanism, which is a female side guide having guide grooves vertically spaced at four corners on the side of a lower mast 5 (the
[0048]
FIG. 9E shows a lock mechanism for the
[0049]
Next, the
[0050]
In each of the drawings, a plurality of linear guide blocks 44 are provided on the upper sides of both side frames 43 of the
[0051]
At the rear end (left end in FIG. 12) of each of the left and right
[0052]
The lifting
[0053]
The applicable range of the method for constructing a wind turbine generator according to the present invention can be applied not only to the sea but also to the land. In addition, the configuration of the embodiment may be appropriately changed in design and executed.
[0054]
【The invention's effect】
The present invention allows a slender lifting mast having low rigidity to be telescopically movable up and down, and the mast holds the middle of the mast at an existing tower portion while assembling a divided tower having a higher rigidity than the mast. The split tower can be lifted and moved further upward while preventing the mast from tilting and falling. In this way, construction work can be performed using a slender lifting mast that can be moved up and down telescopically, so it is possible to move, install and dismantle with this compact lifting mast shape, and use a large crane used in the conventional construction method It is unnecessary, and the installation of the wind power generator can be performed safely and securely and quickly.
[0055]
Especially on the offshore, the legs of the lifting mast can be inserted and erected into the leg material of the jacket-type substructure, making it easy to install and dismantle the mast, and constructing large offshore wind turbines that are impossible with conventional methods Is made possible.
[Brief description of the drawings]
1 (a), 1 (b) and 1 (c) are side views of first, second and third construction steps of a wind turbine generator according to the present invention.
FIG. 2 is a side view of a fourth construction step of the wind turbine generator according to the present invention.
FIG. 3 is a side view of a fifth construction step of the wind turbine generator according to the present invention.
FIG. 4 is a side view of a sixth construction step of the wind turbine generator according to the present invention.
FIG. 5 is a side view of a seventh construction step of the wind turbine generator according to the present invention.
FIG. 6 is a side view of an eighth construction step of the wind turbine generator according to the present invention.
FIGS. 7A, 7B, and 7C are cross-sectional views taken along arrows AA, BB, and CC in FIG.
FIG. 8 is a plan view showing a holding mechanism for connecting the mast and the tower.
9A is a plan view showing a mast lifting mechanism, FIG. 9B is a side view of a mast lifting drive mechanism, FIG. 9C is a side view of a guide rail, and FIG. 9D is a cross-sectional plan view of the guide rail. (E) is a sectional side view of a lock mechanism for holding the mast raised.
10A is a plan view of a lifting mechanism, and FIG. 10B is a side view of FIG. 10A.
11 (a) and 11 (b) are side views showing a movable horizontal overhang portion and a state in which a lifting device provided to be horizontally movable thereon has advanced and retracted.
[Explanation of symbols]
1 Support layer
2 jacket (jacket-type substructure)
3 Wind power generator
4 tower
4a Lower split tower
4b Split tower in the middle
4c Uppermost split tower
5 Mast
5a Lower mast
5b Middle mast
5c Top mast
6 generator
7 Rotor shaft
8 rotor blades
10 Steel pile
11 Connecting materials
12 legs
12a Leg head
13 legs
14 barges
15 Lifting mechanism
16 Sea level
17 Horizontal overhang members
18 pillars
19 Horizontal material
20 Diagonal lumber
21 Lifting device
22 wire rope
23 Opening surface
24 bolt joint
25 Connecting frame material
26 Hydraulic cylinder
27 Holding mechanism
29 Lock Pin
30 bolt hole
31 Joint flange
32 hanging jig
33 joining bolt
34 drive motor
35 Pinion
36 racks
37 Female side guide
38 Male side guide rail
39 bolt insertion hole
40 Engagement member
41 Bolt insertion hole
42 Engagement plate
43 both sides
44 Straight guide block
45 Straight guide rail
46 Slide hydraulic cylinder
47 rod
48 Connecting arm
49 Slide Fixture
50 Hook-shaped engaging part
51 Engagement recess (reaction force receiving part)
52 cart
53 winches
54 running wheels
55 guide rail
Claims (5)
▲1▼前記タワーの基端部を備えた基礎構造物を設置し、
▲2▼テレスコピックに昇降する複数段の部材からなるマストを、前記タワーの基端部を囲むように前記基礎構造物に立設し、前記マストは前記分割タワーを取り込む面が開口すると共に、最上段のマストには水平移動する揚重装置を備え、
▲3▼前記マストの最上段位置を分割タワーの既設高さ以上に上昇させた状態で該マストが鉛直荷重を支持可能に、マスト部材間を着脱自在なロック機構によって係止し、前記揚重装置によって分割タワーを吊り上げ水平移動して既設タワー上に位置決め・接合し、
▲4▼タワーの上昇に伴って、適宜高さ毎に前記タワーの既設部位に保持機構によって前記マストを保持させ、
▲5▼全ての分割タワーの接合が完了した後、前記揚重装置で発電機を吊上げ水平移動して最上段タワーの上部に固定し、
▲6▼次いで、前記揚重装置によりブレードを1枚ずつ、または複数枚組立てた状態で吊上げ、発電機ローターに取付けて風力発電装置を完成し、
▲7▼前記揚重装置を発電機及びブレードに干渉しない位置まで退避させた後、各マストとタワーの保持機構及びマストのロック機構を解除し、マストを下降した後、基礎構造物からマストを切り離し吊上げ撤去することを特徴とする風力発電装置の建設方法。In a method for constructing a wind turbine generator, a tower constructed by adding a plurality of divided members, a generator mounted on an upper end of the tower, and a blade connected to a rotor of the generator are assembled and installed on a substructure. ,
{Circle around (1)} Install a substructure having a base end of the tower,
{Circle around (2)} A mast composed of a plurality of members that rises and descends telescopically is erected on the substructure so as to surround the base end of the tower. The upper mast has a lifting device that moves horizontally,
{Circle around (3)} With the mast raised above the existing height of the divided tower, the mast is capable of supporting a vertical load, the mast members are locked by a detachable locking mechanism, and the lifting is performed. The split tower is lifted and moved horizontally by the device and positioned and joined on the existing tower,
(4) With the rise of the tower, the mast is held by the holding mechanism at the existing portion of the tower at each height as appropriate,
(5) After all the divided towers have been joined, the generator is lifted and moved horizontally by the lifting device and fixed to the top of the uppermost tower,
{Circle around (6)} Then, the blades are lifted one by one or in a state in which a plurality of blades are assembled by the lifting device, and attached to a generator rotor to complete a wind power generator.
(7) After retracting the lifting device to a position where it does not interfere with the generator and the blade, release the mast, the holding mechanism of the tower and the locking mechanism of the mast, lower the mast, and remove the mast from the foundation structure. A method for constructing a wind power generator, comprising separating, lifting and removing.
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