JP2005146898A - Balance adjustment method of rotator - Google Patents

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洋一 橋本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a balance adjustment method of a rotator for accurately adjusting balance of the rotator such as a windmill rotor rotating with blades attached thereto. <P>SOLUTION: A rotation axis of the rotor 12 is located to be directed vertically. Load support points are arranged at respective front end positions of blade installation portions 21 of the rotor 12. The weight of the rotor 12 is borne by these load support points. Load on each load support point is measured by a load cell 34. Adjustment weights are added to the rotor 12 so that load measurement values at the respective load support points become almost the same. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、風力発電設備の風車においてブレードが取り付けられて回転するロータ等の回転体のバランスを調整する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for adjusting the balance of a rotating body such as a rotor that rotates with a blade attached to a wind turbine of a wind power generation facility.

図５は、風力発電設備に用いられる風車の説明図である。（ａ）に正面図、（ｂ）に側面図を示すように、風車は、地上に立設したタワー１０の上部に搭載されたナセル１１に回転自在に軸支されたロータ１２と、ロータ１２に取り付けられた複数（ここでは３枚）のブレード１３とで構成されている。そして、風力によってブレード１３及びロータ１２が回転し、その回転によってナセル１１に内蔵された発電機が発電するようになっている。   FIG. 5 is an explanatory diagram of a windmill used in a wind power generation facility. As shown in the front view in (a) and in the side view in (b), the wind turbine includes a rotor 12 rotatably supported by a nacelle 11 mounted on an upper portion of a tower 10 erected on the ground, and a rotor 12. And a plurality (three in this case) of blades 13 attached to each other. The blade 13 and the rotor 12 are rotated by the wind force, and the generator built in the nacelle 11 generates power by the rotation.

このような風車において、各ブレード１３間で重量や重心位置に差異があったり、ロータ１２の重心位置が回転軸線とずれていたりすると、回転にアンバランスが生じ、タワー１０を含めた風車設備全体が振動し、その振動が大きくなると風車が壊れる恐れがある。   In such a windmill, if there is a difference in weight or center of gravity between the blades 13 or the center of gravity of the rotor 12 is deviated from the rotational axis, the rotation is unbalanced, and the entire windmill equipment including the tower 10 is present. If the vibration vibrates and the vibration increases, the windmill may break.

そこで、各ブレード間のバランスを調整する方法として、予めブレード内の空洞部に調整用ウエイトの配設しておき、各ブレード間の重量や重心位置の差異に応じて調整用ウエイトの位置を移動してブレードの重心モーメントを変更し、各ブレード間のバランスを調整することによって、風車の回転時にアンバランスが生じないようにしようとする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。   Therefore, as a method of adjusting the balance between the blades, adjustment weights are arranged in advance in the hollow portions of the blades, and the position of the adjustment weights is moved according to the difference in weight and center of gravity between the blades. Thus, a technique is disclosed in which unbalance is not caused during rotation of the windmill by changing the moment of gravity of the blades and adjusting the balance between the blades (see, for example, Patent Document 1). .

一方、ロータのバランスを調整する方法としては、ロータを回転中心で吊り上げ、水準器で水平を保つようにする方法が用いられている。   On the other hand, as a method for adjusting the balance of the rotor, a method of lifting the rotor at the center of rotation and keeping the level with a level is used.

通常、回転体の静バランスに関しては、ころがしバランス法と呼ばれる方法、すなわち、平面上で回転体をころがして一番重い角度位置が真下にくることを利用してバランスをとる方法が用いられているが、ブレード取り付け部を有して複雑な形状となっているロータのように、ころがすこと自体が困難な回転体に対しては、ころがしバランス法を適用することはできないからである。
特開平７−２７９８１９号公報 Usually, with respect to the static balance of the rotating body, a method called a rolling balance method, that is, a method of balancing by utilizing the fact that the rotating body is rolled on a plane and the heaviest angular position is directly below is used. However, the rolling balance method cannot be applied to a rotating body that is difficult to roll itself, such as a rotor having a blade attachment portion and a complicated shape.
Japanese Patent Laid-Open No. 7-279819

しかし、前記のような、ロータ等の回転体を回転中心で吊り上げ、水準器で水平を保つようにする方法では、回転体のアンバランス状態を定量的に把握することが難しく、回転体のバランスを的確に調整することはできない。   However, it is difficult to quantitatively grasp the unbalanced state of the rotating body by the method of lifting the rotating body such as the rotor at the center of rotation and maintaining the level with the level as described above. Cannot be adjusted accurately.

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、ブレードが取り付けられて回転する風車のロータ等の回転体について、そのバランスを的確に調整することができる回転体のバランス調整方法を提供することを目的とするものである。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and a rotating body balance adjusting method capable of accurately adjusting the balance of a rotating body such as a rotor of a windmill that rotates with a blade attached thereto. Is intended to provide.

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。   In order to solve the above problems, the present invention has the following features.

［１］回転体のバランスを調整する方法であって、回転体の回転軸が上下方向を向くように位置させ、前記回転体の回転軸から等距離でかつ周方向に等間隔の位置に複数の荷重支持点を配し、前記複数の荷重支持点で回転体の重量を支え、各荷重支持点での荷重を測定し、各荷重支持点での荷重測定値が略同一となるように調整することを特徴とする回転体のバランス調整方法。   [1] A method for adjusting the balance of a rotating body, wherein the rotating shaft of the rotating body is positioned so as to face in the vertical direction, and a plurality of positions are equidistant from the rotating shaft of the rotating body and at equal intervals in the circumferential direction The load support points are arranged, the weight of the rotating body is supported by the plurality of load support points, the load at each load support point is measured, and the load measurement values at each load support point are adjusted to be substantially the same. A method for adjusting the balance of a rotating body.

［２］各荷重支持点での荷重測定値が略同一となるように、回転体に調整用ウエイトを付加することを特徴とする前記［１］に記載の回転体のバランス調整方法。   [2] The balance adjustment method for a rotating body according to [1], wherein an adjustment weight is added to the rotating body so that the load measurement values at the load support points are substantially the same.

［３］回転体が、風車において複数のブレードを取り付けて回転するロータであることを特徴とする前記［１］又は［２］に記載の回転体のバランス調整方法。   [3] The balance adjustment method for a rotator according to [1] or [2], wherein the rotator is a rotor that rotates by attaching a plurality of blades in a windmill.

［４］前記荷重支持点が、ブレード取り付け部の近傍であることを特徴とする前記［３］に記載の回転体のバランス調整方法。   [4] The balance adjustment method for a rotating body according to [3], wherein the load support point is in the vicinity of a blade mounting portion.

本発明においては、回転体の重量を所定の位置に配した荷重支持点で受け、それらの荷重支持点にかかる荷重が略同一になるように調整しているので、従来のような回転体を吊り上げて水準器等を用いて目視で観察する方法に比べて、回転体のバランスを定量的に把握して的確に調整することができる。   In the present invention, the weight of the rotating body is received at load supporting points arranged at predetermined positions, and the load applied to these load supporting points is adjusted to be substantially the same. Compared to a method of lifting and visually observing with a level or the like, the balance of the rotating body can be quantitatively grasped and adjusted accurately.

本発明に係る回転体のバランス調整方法の一実施形態を、風力発電設備における風車のロータのバランスを調整する場合を例にして説明する。   An embodiment of a balance adjustment method for a rotating body according to the present invention will be described taking as an example the case of adjusting the balance of a rotor of a wind turbine in a wind power generation facility.

まず、この実施形態におけるロータのバランス調整方法の基本的な考え方を述べる。   First, the basic concept of the rotor balance adjustment method in this embodiment will be described.

図３は、図５に示したロータ１２を、ロータ１２の先端側からみた図である。ロータ１２は、回転中心Ｏを中心にして、周方向に１２０°ピッチで３個のブレード取り付け部２１が設けられている。そして、それぞれのブレード取り付け部２１の先端には、ブレード１３が取り付けられるようになっている。   FIG. 3 is a view of the rotor 12 shown in FIG. 5 as viewed from the front end side of the rotor 12. The rotor 12 is provided with three blade mounting portions 21 at a 120 ° pitch in the circumferential direction around the rotation center O. A blade 13 is attached to the tip of each blade attachment portion 21.

ここで、ロータ１２の回転軸が上下方向を向くようにして、ロータ１２の回転軸から等距離で周方向に等間隔となる３個所（ここでは、それぞれのブレード取り付け部２１における先端位置Ａ、Ｂ、Ｃの３個所）でロータ１２の重量を支えるようにした状態を考える。   Here, the rotation axis of the rotor 12 is directed in the vertical direction, and the three positions that are equidistant from the rotation axis of the rotor 12 and equally spaced in the circumferential direction (here, the tip positions A, Consider a state in which the weight of the rotor 12 is supported at three locations B and C).

図４は、上記のようにして荷重支持点Ａ、Ｂ、Ｃの３個所でロータ１２を支えた状態におけるモーメントのつり合いを説明するための図である。荷重支持点Ｂを原点にし、荷重支持点Ｃの方向をＸ軸、それと直交する方向をＹ軸としている。そして、荷重支持点Ａの支持荷重をＷA、荷重支持点Ｂの支持荷重をＷB、荷重支持点Ｃの支持荷重をＷCとし、荷重支持点Ｂから荷重支持点Ｃまでの距離をＬとする。 FIG. 4 is a diagram for explaining the balance of moments when the rotor 12 is supported at the three load support points A, B, and C as described above. The load support point B is the origin, the direction of the load support point C is the X axis, and the direction orthogonal thereto is the Y axis. The support load at the load support point A is W A , the support load at the load support point B is W B , the support load at the load support point C is W C, and the distance from the load support point B to the load support point C is L And

今、ロータ１２のバランスが完全にとれているとして、その場合のモーメントのつり合いを考えてみる。   Now, assuming that the rotor 12 is perfectly balanced, consider the moment balance in that case.

ロータ１２の重心Ｇが回転中心Ｏに一致しているので、ロータ１２の重心ＧのＸ座標ＸGは、
ＸG＝Ｌ／２
Ｙ軸まわりのモーメントのつり合いから、
（ＷA＋ＷB＋ＷC）×Ｌ／２＝ＷA×Ｌ／２＋ＷC×Ｌ
したがって、
ＷB＝ＷC ……（１）
また、ロータ１２の重心ＧのＹ座標ＹGと荷重支持点ＡのＹ座標ＹAは、
ＹG＝（Ｌ／２）×ｔａｎ３０°＝（Ｌ／２）×（１／√３）
ＹA＝（Ｌ／２）×ｔａｎ６０°＝（Ｌ／２）×√３
Ｘ軸まわりのモーメントのつり合いから、
（ＷA＋ＷB＋ＷC）×ＹG＝ＷA×Ｙ1
（ＷA＋ＷB＋ＷC）×Ｌ／（２×√３）＝ＷA×Ｌ×（√３／２）
ＷA＋ＷB＋ＷC＝３ＷA
（１）式より、
ＷA＝ＷB ……（２）
となる。 Since the center of gravity G of the rotor 12 coincides with the rotation center O, the X coordinate X G of the center of gravity G of the rotor 12 is
X G = L / 2
From the balance of moments around the Y axis,
(W A + W B + W C ) × L / 2 = W A × L / 2 + W C × L
Therefore,
W B = W C (1)
The Y coordinate Y G of the center of gravity G of the rotor 12 and the Y coordinate Y A of the load support point A are
Y G = (L / 2) × tan 30 ° = (L / 2) × (1 / √3)
Y A = (L / 2) × tan 60 ° = (L / 2) × √3
From the balance of moments around the X axis,
(W A + W B + W C ) × Y G = W A × Y 1
(W A + W B + W C ) × L / (2 × √3) = W A × L × (√3 / 2)
W A + W B + W C = 3W A
From equation (1)
W A = W B (2)
It becomes.

上記の（１）式と（２）式から、ロータ１２のバランスが完全にとれている場合には、３個所の荷重支持点Ａ、Ｂ、Ｃの支持荷重が同一となることが分かる。   From the above formulas (1) and (2), it can be seen that when the rotor 12 is perfectly balanced, the support loads at the three load support points A, B, and C are the same.

このことから、逆に、３個所の荷重支持点Ａ、Ｂ、Ｃの支持荷重が略同一となるようにすれば、ロータ１２のバランスを的確に調整することが可能となるといえる。   Therefore, conversely, if the support loads at the three load support points A, B, and C are made substantially the same, it can be said that the balance of the rotor 12 can be accurately adjusted.

例えば、ＷA＞ＷB、ＷA＞ＷCの状態であれば、目安として、荷重支持点Ｂに（ＷA−ＷB）の調整用ウエイトを、荷重支持点Ｃに（ＷA−ＷC）の調整用ウエイトを、それぞれ付加すればよい。 For example, W A> W B, W A> if the state of the W C, as a guide, the load supporting point B of the adjustment weight of (W A -W B), the load support point C (W A -W The adjustment weights in C ) may be added respectively.

なお、荷重支持点近傍に調整用ウエイトを付加することが難しい場合には、モーメントアーム比を考慮して調整用ウエイトの微調整をすることが望ましい。   If it is difficult to add an adjustment weight near the load support point, it is desirable to finely adjust the adjustment weight in consideration of the moment arm ratio.

また、荷重支持点は、ロータ１２の回転軸から等距離で周方向に等間隔となる個所であればどこでもよいが、荷重支持点をブレード取り付け部２１近傍に配すれば、荷重支持点間の位置関係が分かり易くなるので好適である。   The load support points may be anywhere as long as they are equidistant from the rotation axis of the rotor 12 and at equal intervals in the circumferential direction. However, if the load support points are arranged in the vicinity of the blade attachment portion 21, This is preferable because the positional relationship is easy to understand.

以上が、この実施形態におけるロータのバランス調整方法の基本的な考え方である。   The above is the basic concept of the rotor balance adjustment method in this embodiment.

次に、上記の基本的な考え方に基づいて、具体的にロータのバランスを調整する方法を、図１と図２を参照しながら説明する。図１は平面図、図２はその側面図である。   Next, a method of specifically adjusting the balance of the rotor based on the above basic concept will be described with reference to FIGS. 1 is a plan view and FIG. 2 is a side view thereof.

まず、図１及び図２に示すように、補助架台５１の上に、ロータ１２の回転軸が上下方向を向くようにロータ１２を位置させる。   First, as shown in FIGS. 1 and 2, the rotor 12 is positioned on the auxiliary mount 51 so that the rotation axis of the rotor 12 faces in the vertical direction.

そして、回転中心Ｏを中心にして周方向に１２０°ピッチで設けられている３個のブレード取り付け部２１のそれぞれに補助部材３１を取り付け、各補助部材３１にロードセル用ブラケット３２を取り付ける。各ロードセル用ブラケット３２には、所定のロードセル設置位置３３にロードセル３４が設置されている。   Then, the auxiliary member 31 is attached to each of the three blade attachment portions 21 provided at a 120 ° pitch in the circumferential direction around the rotation center O, and the load cell bracket 32 is attached to each auxiliary member 31. Each load cell bracket 32 is provided with a load cell 34 at a predetermined load cell installation position 33.

そして、図２に示すように、ロータ１２の周囲を取り囲むようにして、それぞれの各ロードセル用ブラケット３２に対応する位置に、３台のロードセル架台３５を配置する。   Then, as shown in FIG. 2, the three load cell mounts 35 are disposed at positions corresponding to the respective load cell brackets 32 so as to surround the rotor 12.

そして、それぞれのロードセル用ブラケット３２に設置されているロードセル３４の下面がロードセル架台３５の上面に当接するようにロータ１２を設置する。その際、ロータ１２は補助架台５１から離れ、ロータ１２の重量は、３個所のロードセル設置位置３３が荷重支持点となってロードセル架台３５によって支えられるようにする。すなわち、ロータ１２の重量を３個所の荷重支持点で支持し、それらの支持荷重をロードセル３４で測定できるようにする。   Then, the rotor 12 is installed such that the lower surface of the load cell 34 installed on each load cell bracket 32 comes into contact with the upper surface of the load cell mount 35. At this time, the rotor 12 is separated from the auxiliary mount 51, and the weight of the rotor 12 is supported by the load cell mount 35 with the load cell installation positions 33 at the three locations as load support points. That is, the weight of the rotor 12 is supported at three load support points, and the support load can be measured by the load cell 34.

そして、３個所のロードセル３４によって、３個所の荷重支持点の支持荷重を測定する。   The three load cells 34 measure the support loads at the three load support points.

その結果、３個所の荷重支持点の支持荷重が等しいか、あるいは支持荷重間の差異が許容範囲内であれば、ロータ１２のバランスはとれていると判断する。   As a result, if the support loads at the three load support points are equal, or if the difference between the support loads is within the allowable range, it is determined that the rotor 12 is balanced.

もし、３個所の荷重支持点の支持荷重が許容範囲を超えて異なっている場合には、３個所の荷重支持点での支持荷重間の差異が許容範囲内になるように、ロータ１２に調整用ウエイトを付与する。ここでは、荷重支持点に近い、ブレード取り付け部２１の先端部に、調整用ウエイト取り付け位置４１を設けている。   If the support load at the three load support points is different from the allowable range, adjust the rotor 12 so that the difference between the support loads at the three load support points is within the allowable range. Give weight for. Here, an adjustment weight attachment position 41 is provided at the tip of the blade attachment portion 21 close to the load support point.

なお、場合によっては、３個所の荷重支持点での支持荷重間の差異が許容範囲内になるように、必要な重量をロータから削り取ることでもよい。   In some cases, the necessary weight may be scraped off from the rotor so that the difference between the support loads at the three load support points is within an allowable range.

以上の手順によって、この実施形態におけるロータ１２のバランス調整作業が完了する。   The balance adjustment work of the rotor 12 in this embodiment is completed by the above procedure.

上記のようにして、この実施形態においては、回転中心Ｏに対して対称となる３個所の荷重支持点でロータ１２の重量を受け、それらの荷重支持点にかかる支持荷重間の差異が許容範囲内になるように、ロータ１２に調整用ウエイトを付与しているので、従来のような回転体を吊り上げて水準器等を用いて目視で観察する方法に比べて、回転体のバランスを定量的に把握して的確に調整することができる。   As described above, in this embodiment, the weight of the rotor 12 is received at three load support points that are symmetric with respect to the rotation center O, and the difference between the support loads applied to these load support points is within an allowable range. Since the adjustment weight is given to the rotor 12 so as to be inside, the balance of the rotating body is quantitatively compared with the conventional method in which the rotating body is lifted and visually observed using a level or the like. It is possible to grasp and adjust accurately.

なお、上記の実施形態においては、風力発電設備における風車のロータのバランスを調整する場合を例にして説明したが、風車のロータ以外の回転体にも適用することができることはいうまでもない。   In the above-described embodiment, the case where the balance of the rotor of the wind turbine in the wind power generation facility is adjusted has been described as an example. However, it is needless to say that the embodiment can be applied to a rotating body other than the rotor of the wind turbine.

本発明の一実施形態における平面図である。It is a top view in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態における側面図である。It is a side view in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態における基本的考え方の説明図である。It is explanatory drawing of the basic view in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における基本的考え方の説明図である。It is explanatory drawing of the basic view in one Embodiment of this invention. 風力発電設備の風車の説明図である。It is explanatory drawing of the windmill of a wind power generation facility.

符号の説明Explanation of symbols

１０ タワー
１１ ナセル
１２ ロータ
１３ ブレード
２１ ブレード取り付け部
３１ 補助部材
３２ ロードセル用ブラケット
３３ ロードセル設置位置
３４ ロードセル
３５ ロードセル架台
４１ 調整用ウエイト取り付け位置
５１ 補助架台 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Tower 11 Nacelle 12 Rotor 13 Blade 21 Blade attachment part 31 Auxiliary member 32 Load cell bracket 33 Load cell installation position 34 Load cell 35 Load cell mount 41 Adjustment weight installation position 51 Auxiliary mount

Claims (4)

回転体のバランスを調整する方法であって、回転体の回転軸が上下方向を向くように位置させ、前記回転体の回転軸から等距離でかつ周方向に等間隔の位置に複数の荷重支持点を配し、前記複数の荷重支持点で回転体の重量を支え、各荷重支持点での荷重を測定し、各荷重支持点での荷重測定値が略同一となるように調整することを特徴とする回転体のバランス調整方法。   A method of adjusting the balance of a rotating body, wherein the rotating shaft of the rotating body is positioned so as to face in the vertical direction, and a plurality of load supports are equidistant from the rotating shaft of the rotating body and at equal intervals in the circumferential direction The point is arranged, the weight of the rotating body is supported by the plurality of load support points, the load at each load support point is measured, and the load measurement value at each load support point is adjusted to be substantially the same. A method for adjusting the balance of a rotating body. 各荷重支持点での荷重測定値が略同一となるように、回転体に調整用ウエイトを付加することを特徴とする請求項１に記載の回転体のバランス調整方法。   2. The balance adjustment method for a rotating body according to claim 1, wherein an adjustment weight is added to the rotating body so that load measurement values at the respective load support points are substantially the same. 回転体が、風車において複数のブレードを取り付けて回転するロータであることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転体のバランス調整方法。   The method of adjusting a balance of a rotating body according to claim 1 or 2, wherein the rotating body is a rotor that rotates by attaching a plurality of blades in a windmill. 前記荷重支持点が、ブレード取り付け部の近傍であることを特徴とする請求項３に記載の回転体のバランス調整方法。   The method according to claim 3, wherein the load support point is in the vicinity of a blade mounting portion.
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