JP2009287563A - タワー据付けに先立って基盤上に風力タービン機器を設置するための固定具 - Google Patents

Abstract

【課題】風力タービンタワーを建立するのに先立って該風力タービンタワーの内側エンベロープ内で基盤上に風力タービン機器（８５）を設置するための固定具（１０）を提供する。
【解決手段】本固定具（１０）は、風力タービン基盤上の事前指定位置においてガイドポイント（７２）と結合するようになった取付けセクション（１５）と、風力タービンタワーの基盤上にかつ該風力タービンタワーの内側エンベロープ内に風力タービン機器（８５）のための位置を位置決めするようになった、該取付けセクション（１５）から内向きに延びる設置セクション（２５）とを含む。
【選択図】 図３

Description

本発明は、総括的には風力タービン機器に関し、より具体的には、タワー据付けに先立って風力タービンタワーの基盤上に風力タービン機器を設置するための固定具及び方法に関する。

初期の風力発電プラント建設では、最初に基盤を製作し、次に風力発電プラントのタワーを建立し（建て）、その後タワーの先端に機械室を設けかつロータにロータブレードを取付けていた。その後に、変圧器、スイッチキャビネット、コンバータ、中電圧システム、低電圧システムなどのような電力モジュールが、風力タービンタワーに近接した別個のハウジング内に取付けられることが多かった。

それ以後に、基盤を建設し、次に様々な構成で、変圧器、スイッチキャビネット、コンバータ、中電圧システム及び低電圧配電システムのような主要電力モジュールを風力タービンタワー基盤上に配置するようになった風力プラント機器及び方法が開発された。これらの方法の下では、風力タービンタワー（タワー）は、電気機器を覆って基盤上に建立されてそれら要素により保護を与えかつタワー内の空いた閉鎖空間をその他のことに使用するようにした。電気機器は、タワー基盤に取付けるように設計された構造体及びモジュールとして事前製作しかつ統合することができる。しかしながら、これらの構造体及びモジュールのための設置位置は、電気機器の位置決め及び取付け並びにその後のタワーの建立に先立って、手動で測定し分けかつ基盤を吹付け塗装することなどによって特定する必要がある。これらの構成要素の誤った設置及び取付けの場合には、タワー基部との干渉を回避するために、設置し直すことが必要であることもあった。

米国特許第７，３６０，３４０号公報 米国特許第７，３６５，４４６号公報 国際特許出願第２００６０５６１９６ Ａ１号公報 国際特許出願第２００１１１１５０ Ａ１号公報

従って、タワーの据付けに先立って、タワー基盤上に構造体及び機器を迅速にかつ正確に設置するための固定具及び方法を提供する必要性が存在する。

本発明は、タワーのエンベロープ内でタワー基盤上に風力タービン機器を取付けるための位置を迅速にかつ正確に位置決めしかつマーキングするための固定具及び方法に関する。

簡単に言うと、本発明の１つの態様によると、風力タービンタワーを建立するのに先立って該風力タービンタワーの内側エンベロープ内で基盤上に風力タービン機器を設置するようになった固定具を提供する。本固定具は、風力タービン基盤上の事前指定（所定の）位置においてガイドポイントと結合するようになった取付けセクションと、風力タービンタワーの基盤上にかつ該風力タービンタワーの内側エンベロープ内に風力タービン機器を設置するようになった、取付けセクションから内向きに延びる設置セクションとを含む。

本発明の第２の態様によると、風力タービンタワーを建立するのに先立って該風力タービンタワーの基盤上に風力タービン機器を設置する方法を提供する。本方法は、風力タービンタワーの基盤上のフットプリント上にガイドポイントを設けるステップと、第１の事前指定ガイドポイントに対して固定具を取付けるステップと、固定具の配向セクションにより風力タービン機器のためのロケータスポットをマーキングするステップとを含む。

本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体にわたって同じ参照符号が同様の部品を表わしている添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと一層良好に理解されるようになるであろう。

風力タービンタワーの基盤に取付けられた、電気構成要素を備えた事前組立構造体及び個々の電気構成要素を示す図。 風力タービンタワーの基盤上に風力タービン機器を収納する構造体を設置するための発明性のある固定具の１つの実施形態を示す図。 図３Ａは風力タービンタワーの基盤上に風力タービン機器を設置するようになった固定具の１つの実施形態の斜視図であり、図３Ｂは風力タービンタワーの基盤上に風力タービン機器を設置するようになった固定具の１つの実施形態の平面図であり、図３Ｃは風力タービンタワーの基盤上に風力タービン機器を設置するようになった固定具の１つの実施形態の側面図であり、図３Ｄは風力タービンタワーの基盤上に風力タービン機器を設置するようになった固定具の１つの実施形態の底面図である。 アンカケージ内にスチール補強体を備えた空の事前構成基盤（コンクリート充填していない状態の）の平面図を示す。 スタブアップ管又は導管の配置を位置決めするための発明性のある固定具１００の別の実施形態を示す図。 風力タービンタワーを建立するのに先立って該風力タービンタワーの基盤上に風力タービン機器を設置する方法の実施形態のフローチャート。

本発明の以下の実施形態は、タワーのエンベロープ内で風力タービンタワー基盤上に取付ける必要がある構造体及び風力タービン機器のための位置を迅速にかつ正確に特定することを含む多くの利点を有する。

多くの風力タービンタワーは、それらの端部におけるボルト継手フランジのような連結部を用いて軸方向に互いに付加された円筒形タワーセクションを含む。基部タワーセクションは、基盤上にほぼ円筒形のタワーフットプリントを形成する底部フランジを含むことができる。それに代えて、基部タワーセクションの底端部は、逆Ｔ字形連結部材の垂直要素又はその他のそのような要素に対して半径方向にボルト止めすることができる。

しかしながら、タワーの建立に先立って、構造体及び風力タービン機器は、タワーの基盤上にかつタワーの基部セクションの内部に取付ける必要がある。取付けた構造体及び風力タービン機器はまた、タワーの基部セクションのあらゆる内側要素を回避するように配置する必要がある。これらのタワーの内側要素には、基部を支持する逆Ｔ字形連結部材が含まれる可能性がある。内側要素にはまた、タワーの基盤の風力タービン機器の設置と干渉するおそれがある該タワーの基部セクションからのあらゆる内向き突起部が含まれる可能性がある。

本発明は、タワーのエンベロープ内で所定の位置にそのような構造体及び風力タービン機器の配置を正確にかつ迅速に位置決めする能力を提供する。本発明は、風力タービン機器の基部を設置するための基準距離及び物理的関係を設定するために詳細な図面を使用する必要性を排除する。さらに、本発明は、風力タービンを建設するのに関与する世界中の本質的に異なる場所における多くの様々な建設作業者が迅速に習得することができる簡単な手法を提供する。

本発明は、基盤上の正確に既知の位置（ガイドポイント）に取付けられかつ構造体又は風力タービン構成要素の配置のための正確な位置まで延びる固定具を組入れる。ガイドポイントは、タワー用のアンカボルトを含むことができ、ここでは、アンカボルトは、タワー基盤内のアンカケージから延びる。

別のタワー構成では、タワー構造体の最下部部品を基盤内に埋込んだ時に、そのような埋込み部品の頂部にかつ基盤の上部表面の上方に、水平フランジを設けることができる。この水平フランジは、該水平フランジをタワーの上部セクションからの対応する下部フランジの水平フランジと結合する（組合さる）ように用いることができる。基盤内の埋込みタワー部品の頂部水平フランジ上のボルト孔は、本発明固定具のためのガイドポイントとして働くことができる。その他のガイドポイントもまた、本発明固定具を取付けるように設定することができることを理解されたい。

本発明固定具の１つの実施形態は、取付けセクション、設置セクション及び配向セクションを含むことができる。固定具取付けセクションは、構成要素を設置するために取付けた時に基盤に対して平らに着座するようになったプレートを含むことができる。プレートは、タワー基盤のアンカボルトのようなガイドポイントを受けるようになった孔を含むことができる。それに代えて、プレート内の孔は、基盤内の埋込みタワー部品の頂部フランジ上のボルト孔と整列することができる。このケースでは、取付けセクションは、埋込みタワー部品の上部水平フランジにボルト止めすることができる。

設置セクションは、取付けセクションに固定されかつ内向き方向に延びて、タワーの基盤上にかつ該タワーの内側エンベロープ内に取付けられることになる構成要素上のコーナ部又はその他の固定位置のための設置ポイントを設定することができる。

取付けセクションの端部に、配向セクションを取付けることができる。配向セクションは、基盤上に構造体又は風力タービン機器を配置するのを助けるような形状になった要素を含むことができる。そのような要素は、タワーの軸方向に対して垂直な直角を含むことができる。直角は、構造体又は風力タービン機器構成要素のためのコーナ部位置を定めることができる。しかしながら、配向セクションは、様々な寸法、形状及び構成の様々な構造体及び風力タービン機器を位置決めするのに適応するような寸法及び形状とすることができる。

固定具によって位置決めされている要素には、タワー内の閉鎖構造体のコーナ部を含むことができる。構造体を用いて、風力タービン機器を収納し或いは風力タービン機器を支持するプラットホーム又はフレームを取付けることができる。そのような構造体はまた、風力タービン機器と事前組立てして、事前組立構成要素の迅速な据付けを可能にすることができる。しかしながら、位置決めされている要素は、構造体上に事前組立てする必要はない。位置決めされている要素はまた、個々の風力タービン機器構成要素を含むことができる。構造体上に事前組立てされようが又は個々に取付けられようが、そのような構成要素は、電気構成要素とすることができる。風力タービン機器は、構造体、プラットホーム又はフレーム上に取付けることができ、或いは基盤に対して個々に取付けることができる。電気構成要素には、それに限定されないが、変圧器、スイッチキャビネット、コンバータ、中電圧システム、低電圧配電システムなどを含むことができる。

図１は、風力タービンタワーの据付けに先立って該タワーの基盤に取付けられた、電気構成要素を備えた事前組立構造体及び個々の電気構成要素を示す。個々の電気構成要素１は、基盤２上に取付けることができる。事前組立電力構成要素３は、基盤１に取付けられたフーチング（ｆｏｏｔｉｎｇ）又は支柱５上に支持された組立体４に取付けることができる。構成要素の据付けが完了すると、タワー６は、基盤及び据付け構成要素を覆って建立することができる。

電気構成要素はまた、構造体、タワー基盤及びタワー内のその他の部位に取付けられることになる様々な電気構成要素に対して電気配線するためのスタブ管を含むことができる。それらの上の電気機器は、外部からタワー内に至るケーブルに接続することができる。これらのケーブルは、基盤内に埋込まれたタワー導管に入れることができる。これらのケーブルの一部は、大型でありかつかなり剛性があって、機器を設計通りに配置することを重要にし、或いは電気接続を行うのを不可能にする危険性がある。従って、スタブアップ管は、構造体又はタワー床上でそれらが給電することになる機器に対して正確に設置する必要がある。

固定具はさらに、該固定具を１８０°反転させかつ平行移動させてタワーフットプリント上のその他の事前指定ガイドポイントに取付けて、構造体又は風力タービン機器の少なくとも１つの付加的コーナ部を位置決めすることができるような可逆対称性を含むことができる。

図２は、風力タービンタワーの基盤上に風力タービン機器を収納する構造体を設置するための固定具の１つの実施形態を示す。タワーのアンカケージ６０のフットプリント内のアンカボルト７０は、固定具１０を取付けるためのガイドポイント７２を構成する。アンカケージ６０から上方に突出したアンカボルト７０は、タワーシェルのフットプリントの周りに正確に設置される。アンカケージ孔６５は、構造体８５のドアの中心線９０に対して角度割出しされている。その結果、アンカボルトは、固定具１０を位置決めするためのガイドポイント７２として用いることができる。固定具は、それに対して該固定具が取付けられることになる特定の孔を中心線９０に関して指定することによって第１の所定の位置に角度割出しすることができる。ガイドポイントに対する固定具１０の長さ及び形状により、タワーの基盤７５上における構造体８５のフーチング８０の配置が決定される。固定具１０は、中心線９０の左側に角度割出しした状態で示している。さらに、固定具１０は、逆向き固定具５５で示すように中心線９０の右側での角度割出し位置に反転させかつ平行移動させることによって逆向きにすることができる。逆向き固定具５５は、構造体８５の第２のフーチング８０を位置決めすることができる。構造体の２つのフーチングを正確に位置決めすることによって、構造体は、タワーのエンベロープ内に正確にかつ的確に配置することができ、それによって干渉及び配置し直すことの必要性の発生可能性を回避することができる。図示していないが、個々の風力タービン機器構成要素をタワー基盤上に取付けることになる場合には、これらの構成要素の１つ又はそれ以上は、１つ又はそれ以上の適切に構成した固定具を使用することによって設置することができる。

図３Ａは、風力タービンタワーの基盤上に風力タービン機器を設置するようになった固定具の１つの実施形態の斜視図を示している。図３Ｂは、風力タービンタワーの基盤上に風力タービン機器を設置するようになった固定具の１つの実施形態の平面図を示している。図３Ｃは、風力タービンタワーの基盤上に風力タービン機器を設置するようになった固定具の１つの実施形態の側面図を示している。図３Ｄは、風力タービンタワーの基盤上に風力タービン機器を設置するようになった固定具の１つの実施形態の底面図を示している。固定具１０は、取付けセクション１５及び設置セクション２５を含む。取付けセクション１５及び設置セクション２５は、薄い平坦金属プレートで製作することができ、この金属プレートは、取付け位置により懸架された時にそれ自体の重量を支持するほど十分な強度がなければならない。取付けセクション１５は、該取付けセクション１５の面に対して垂直に配置されかつ適切な直径及び位置になっていて、タワーの基盤上のガイドポイント（前述の）と結合する複数の取付け孔２０を含むことができる。

設置セクション２５は、取付けセクション１５から延びており、かつ当技術分野で公知の溶接又はその他の手段によって該取付けセクション１５に取付けることができる。設置セクション２５は、取付けセクション１５に対して適切な長さ及び配向になったガイドアーム３０を含み、取付けセクション１５と反対側の該ガイドアーム３０の端部は、基盤に取付けられることになる構造体又は風力タービン機器の部位に近接して配置される。ガイドアーム３０はまた、取付けセクション１５と反対側の端部において、基盤上に設置されることになる構造体又は風力タービン機器構成要素のコーナ部の位置を確定するようになった配向セクション３５を含むことができる。この図示した実施形態では、配向セクション３５は、溶接又は当技術分野で公知のその他の適切な方法によってガイドアームに固定することができる。配向セクション３５は、頂点３８を備えた９０°の角度４５を形成したプレート３７を含むことができる。プレート３７は、基盤上に取付けられた構造体又は風力タービン機器構成要素のコーナ部のための位置を定めることができる。９０°の角度の頂点３８は通常、タワーの軸線と平行な構成として配置される。その他の実施形態では、配向セクションは、基盤上に設置されることになるその他の対象物の位置を定めるようなその他の形状又は寸法として形成することができる。さらにガイドアーム３０の頂面及び底面には、「左側」４５及び「右側」５０とマーキングして配向を可能にすることができる。このケースでは、「左側」４５及び「右側」５０は、どちらの表面が、構造体のドアの中心線のそれぞれ左側及び右側で固定具を取付ける作業者に向いている筈であるかを特定している。

図４Ａは、アンカケージ１６０内にスチール補強体１０１、１０２を備えた空の事前構成基盤１０５（コンクリート充填していない状態の）の平面図を示している。スタブアップ管１１０（導管）は、コンクリート充填に先立って配置されるのを待機している。

図４Ｂは、スタブアップ管又は導管の配置を位置決めするための発明性のある固定具１００の別の実施形態を示している。スタブアップ管は、電気ケーブルにより電力を供給する必要がある場所に近接した部位まで基盤を貫通して至る電気ケーブル用の経路を形成する。スタブアップ管１１０は、設けられることになる電気構成要素に近接して正確に配置する必要がある。スタブアップ管１１０を配置した後に、タワーフットプリント内の基盤セクション１０５に対して、コンクリートが注入されることになる。ここでは、固定具１００は、アンカケージ１６０のアンカボルト１７０によって設定されたガイドポイントに取付けられた状態で示している。固定具１００は、取付けセクション１１５及び設置セクション１２５を含み、設置セクション１２５は、ガイドアーム１３０及び配向セクション１３５を含む。固定具１００の寸法及び材料強度は、当技術分野で公知の方法によって決定することができる。ガイドアーム１３０の長さ及び配向は、スタブアップ管１１０（基盤から垂直方向に延びる）の通常区域内に配向セクション１３５を配置するように選択することができる。配向セクション１３５は、正確な直径及び位置の切欠き部を備えた平坦プレートとして形成して、スタブアップ管１１０を位置決めすることができる。配向セクション１３５は、単一スタブアップ管又は複数管を提供することができる。管は、同一の又は複数直径のものとすることができる。大きな直径の管孔１４０及び小さな直径の管孔１５０を示している。管を基盤上に広範に分離する必要がある場合には、１つよりも多い固定具を使用することができる。

また、風力タービンタワーを建立するのに先立って該風力タービンタワーの基盤上に風力タービン機器を設置する方法を提供する。本方法は、風力タービンタワーの基盤上のフットプリント上にガイドポイントを設けるステップを含むことができる。本方法は、第１の事前指定ガイドポイントに固定具を取付けるステップを備える。固定具は、該固定具の配向セクションが、風力タービン機器又は構造体のためのロケータスポットを形成することになるような寸法及び配向のものである。このステップはさらに、配置されることになる構造体のドアの中心線のような基盤上の所定の指定位置に対する相対位置に固定具の取付けセクションを角度割出しするステップをさらに含むことができる。本方法はさらに、固定具の配向セクションにより風力タービン機器又は構造体のためのロケータスポットをマーキングするステップを含む。

ガイドポイントを設けるステップはさらに、ガイドポイントとして作用するように、タワーの基盤に対してアンカボルトを設けるステップ、又は基盤内の埋込みタワー部品の頂部フランジ上にボルト孔を設けるステップを含むことができる。

基盤上の複数の構成要素のための設置スポットをマーキングするステップはまた、異なる寸法及び配向のものとすることができかつ構成要素に対する必要な位置決めに従って異なるガイドポイント位置に取付けることができる複数の関連固定具により、複数の異なる構成要素のためのスポットをマーキングするステップを含むことができる。マーキングするステップはまた、構造体のための設置スポットをマーキングするステップを含むことができる。これらの構造体には、機械又は機器室のような閉鎖空間或いは構成要素用のフレームを含むことができる。マーキングするステップはまた、風力タービン機器の電気構成要素のためのスポットをマーキングするステップを含むことができる。電気機器には、それに限定されないが、変圧器、スイッチキャビネット、コンバータ、中電圧システム、低圧配電システムなどを含むことができる。電気構成要素はまた、タワー内の電気構成要素の電気配線用のスタブアップ管を含むことができる。本方法は、風力タービン機器の電気ケーブル配線のためのスタブ管のための設置スポットをマーキングするステップを含むことができる。

さらに、風力タービン機器を設置する本方法はまた、固定具を１８０°反転させかつ固定具を第２の事前指定ガイドポイントに平行移動させるステップを含むことができる。第２の事前指定ポイントはまた、配置されることになる構造体のドアの中心線に対する指定位置に角度割出しすることができる。例えば、この手法では、固定具の取付けセクションを第１の事前指定ポイントに（例えば、アンカケージ上の第９番目の孔９６及び第１０番目の孔９７を図２の中心線の左側に）角度割出しすることができる。本方法はさらに、固定具を中心線の第２の事前指定ガイドポイントに（例えば、アンカケージ上の第９番目の孔９８及び第１０番目の孔９９を図２の右側に）取付けるステップを含むことができる。本方法はまた、固定具の配向セクションにより設置スポットをマーキングするステップを含むことができる。

図５は、風力タービンタワーを建立するのに先立って該風力タービンタワーの基盤上に風力タービン機器を設置する方法のフローチャートを示している。ステップ２００は、風力タービンの基盤上のフットプリント上にガイドポイントを設けるステップを含む。ステップ２１０は、第１の事前指定ガイドポイントに固定具を取付けるステップを含む。ステップ２２０は、固定具の配向セクションにより風力タービン機器のためのロケータスポットをマーキングするステップを含む。

本明細書では様々な実施形態を説明したが、様々な要素の組合せ、それらの変更又は改良を行うことができまたそれらが本発明の技術的範囲内に属することは、本明細書から分かるであろう。

１ 個々の風力タービン構成要素
２ 基盤
３ 事前組立電気構成要素
４ 組立体
５ フーチング
６ タワー
１０ 固定具
１５ 取付けセクション
２０ 取付け孔
２５ 設置セクション
３０ ガイドアーム
３５ 配向セクション
３７ プレート
３８ 頂点
４０ 直角
４５ 「左側」マーキング
５０ 「右側」マーキング
５５ 逆向き固定具
６０ アンカケージ
６５ ケージ孔
７０ アンカボルト
７２ ガイドポイント
７５ 基盤
８０ フーチング
８５ 構造体
９０ 中心線
９５ ドア
９６ ドア中心線から左側の第９番目の孔
９７ ドア中心線から左側の第１０番目の孔
９８ ドア中心線から右側の第９番目の孔
９９ ドア中心線から右側の第１０番目の孔
１００ スタブアップ管用の固定具
１０５ 空の基盤
１１０ スタブアップ管
１１５ 取付けセクション
１２５ 設置セクション
１３０ ガイドアーム
１３５ 配向セクション
１４０ 大きな孔
１５０ 小さな孔
１６０ アンカケージ
１７０ アンカボルト
１８０ 中心線
２００ ステップ
２１０ ステップ
２２０ ステップ

Claims (10)

1. 風力タービンタワーを建立するのに先立って該風力タービンタワーの内側エンベロープ内で基盤（７５）上に風力タービン機器（８５）を設置するようになった固定具（１０）であって、
   前記風力タービン基盤（７５）上の事前指定位置においてガイドポイント（７２）と結合するようになった取付けセクション（１５）と、
   前記風力タービンタワーの基盤（７５）上にかつ前記風力タービンタワーの内側エンベロープ内に前記風力タービン機器（８５）を設置するようになった、前記取付けセクション（１５）から内向きに延びる設置セクション（２５）と、を含む、
   固定具（１０）。
2. 前記基盤上のガイドポイント（７２）が、該基盤７５内の埋込みガイドポイントを含む、請求項１記載の風力タービンタワーの基盤（７５）上に風力タービン機器（８５）を設置するようになった固定具（１０）。
3. 前記基盤上の埋込みガイドポイント（７２）が、該基盤（７５）内に、該基盤（７５）のアンカケージボルト（７０）及び埋込みタワー部品の頂部フランジ上のボルト孔の少なくとも１つを含む、請求項２記載の風力タービンタワーの基盤（７５）上に風力タービン機器を設置するようになった固定具（１０）。
4. 前記設置セクション（２５）が、構造体（８５）のコーナ部のための位置を確定する、請求項２記載の風力タービンタワーの基盤（７５）上に風力タービン機器（８５）を設置するようになった固定具（１０）。
5. 前記設置セクション（２５）が、風力タービン機器構成要素のための位置を確定する、請求項２記載の風力タービンタワーの基盤上に風力タービン機器を設置するようになった固定具。
6. 前記設置セクションが、風力タービン機器電気構成要素のための位置を確定する、請求項２記載の風力タービンタワーの基盤上に風力タービン機器を設置するようになった固定具。
7. 前記風力タービン電気構成要素が、電気配線用のスタブアップ管である、請求項６記載の風力タービンタワーの基盤上に風力タービン機器を設置するようになった固定具。
8. 前記設置セクション（２５）が、
   前記取付けセクション（１５）から前記構造体８５及び風力タービン機器の少なくとも１つの意図する位置まで内向きに延びるガイドアーム（３０）と、
   前記構造体（８５）及び風力タービン機器の少なくとも１つを配向するようになった、前記ガイドアーム（３０）の内端部における配向セクション（３５）と、を含む、
   請求項２記載の風力タービンタワーの基盤上に風力タービン機器を設置するようになった固定具。
9. 前記固定具（１０）を１８０°反転させかつ平行移動させて事前指定位置に取付けて、前記構造体（８５）及び風力タービン機器の少なくとも１つを付加的位置に設置することができるような可逆対称性をさらに含む、請求項２記載の風力タービンタワーの基盤（７５）上に風力タービン機器（８５）を設置するようになった固定具（１０）。
10. 前記固定具（１０）が、前記ガイドポイント（７２）上の事前指定位置に取付けるように角度割出しされる、請求項２記載の風力タービンタワーの基盤（７５）上に風力タービン機器を設置するようになった固定具（１０）。

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