JP2011011260A

JP2011011260A - タワーを組立てるための方法及びフランジ

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Publication number: JP2011011260A
Application number: JP2010147043A
Authority: JP
Inventors: Sujith Sathian; スージス・サティアン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2011-01-20
Also published as: AU2010202772A1; EP2270294A2; CA2707945A1; CN101934435A; US20100257739A1

Abstract

【課題】タワーを組立てるためのフランジを提供する。
【解決手段】本フランジは、熱処理リング状金属ビレット（３０６）上に少なくとも部分的に形成された溶接ネックを含み、溶接ネックは、熱処理リング状金属ビレット（３０６）の少なくとも一部分の周りに熱間圧延機構（３００）を転動させながら該熱処理リング状金属ビレットの少なくとも一部分を除去することによって形成される。
【選択図】図６

Description

本明細書に開示した主題は、総括的にはタワーに関し、より具体的には、風力タービン発電機用のタワーの組立てを可能にするようになったフランジを製作する方法に関する。

少なくとも幾つかの公知の風力タービン発電機は、複数ブレードを有するロータを含む。ロータは、時として、例えばトラス又はチューブ形タワーのような台座の頂部に配置されたハウジング又はナセルに結合される。少なくとも幾つかの公共性グレード風力タービン（つまり、公共送電網に電力を提供するように設計された風力タービン）は、所定の形状及び寸法を持つロータブレードを有する。ロータブレードは、機械的風力エネルギーを誘起ブレード揚力に変換し、このブレード揚力がさらに機械的回転トルクを誘発し、この回転トルクにより、ロータシャフトを介して１つ又はそれ以上の発電機を駆動して電力を発生させる。発電機は、常にではないがギヤボックスを介してロータシャフトに回転結合される場合がある。ギヤボックスは、ロータシャフトの本質的に低い回転速度を発電機に合せて増大させて、機械的回転エネルギーを電気的エネルギーに効率的に変換し、この電気的エネルギーが、公共送電網に供給される。ギヤレス直接駆動式風力タービン発電機も存在する。

そのような公知の風力タービン発電機の多くの組立て時に、公知のチューブ形タワーが建造される。そのような公知のチューブ形タワーは一般的に、複数の少なくとも部分的に切頭円錐形のタワーセグメントで組立てられる。各タワーセグメントは、タワー缶体及び該缶体の各端部に溶接された１つのフランジで組立てられる。フランジは、タワーセグメントを結合してタワーを組立てるのを可能にする。多くの公知のフランジは、熱間圧延法を用いてリング状ユニット又はフランジリングとして形成され、この場合、各フランジリングの大きな部分が、溶接継手を形成するために機械加工される。フランジリングのそのような機械加工は、フランジ製作及び溶接継手形成に関連するコスト並びに時間を増大させる。

米国特許第７，０９６，６３９号公報

１つの態様では、タワーを組立てる方法を提供する。本方法は、熱処理リング状金属ビレットを熱間圧延機構内に配置するステップを含む。本方法はまた、熱処理リング状金属ビレットの少なくとも一部分の周りに熱間圧延機構を転動させるステップを含む。本方法はさらに、熱処理リング状金属ビレットの少なくとも一部分を除去し、それによって熱処理リング状金属ビレット上に溶接ネックを少なくとも部分的に形成するステップを含む。本方法はまた、溶接ネックをタワー缶体に溶接し、それによってタワーを少なくとも部分的に組立てるステップを含む。

熱処理リング状金属ビレットの少なくとも一部分の周りに熱間圧延機構を転動させるステップは、少なくとも１つの高温ローラを熱処理リング状金属ビレットと接触状態で配置するステップを含むことができる。熱処理リング状金属ビレットの少なくとも一部分を除去するステップは、高温ローラを使用して熱処理リング状金属ビレットの一部分を除去するステップと、タワーの隣り合うセクションを結合するのを可能にするために使用するフランジと同様な形状を有するフランジプリフォームを形成するステップとを含むことができる。本方法は、フランジプリフォームを冷間圧延機構内に配置するステップと、フランジプリフォームの少なくとも一部分の周りに冷間圧延機構を転動させるステップと、フランジプリフォームの一部分を除去するステップとを含む未仕上げフランジを形成するステップを含むことができる。フランジプリフォームの一部分を除去するステップは、未仕上げ溶接ネック及び未機械加工溶接ネックの１つを形成するステップを含むことができる。本方法はまた、未機械加工溶接ネックを機械加工するステップ及び未仕上げ溶接ネック上に溶接グルーブを少なくとも部分的に形成するステップの少なくとも１つを行ない、それによって仕上げ溶接ネックを形成するステップを含むことができる。

別の態様では、フランジを提供する。本フランジは、熱処理リング状金属ビレット上に少なくとも部分的に形成された溶接ネックを含み、溶接ネックは、熱処理リング状金属ビレットの少なくとも一部分の周りに熱間圧延機構を転動させながら該熱処理リング状金属ビレットの少なくとも一部分を除去することによって形成される。

熱間圧延機構の少なくとも１つの高温ローラは、熱処理リング状金属ビレットと接触状態で配置して、該熱処理リング状金属ビレットの少なくとも一部分を除去することができる。高温ローラを使用して熱処理リング状金属ビレットの一部分を除去した時に、フランジと同様な形状を有するフランジプリフォームを形成することができる。フランジプリフォームを冷間圧延機構内に配置し、該フランジプリフォームの少なくとも一部分の周りに冷間圧延機構を転動させかつ該フランジプリフォームの少なくとも一部分を該冷間圧延機構によって除去した時に、未仕上げフランジを形成することができる。フランジプリフォームの一部分を除去した時に、未機械加工溶接ネックを形成することができる。未機械加工溶接ネックを機械加工した時に、未仕上げ溶接ネックを形成することができる。溶接ネック上に溶接グルーブを形成することができる。

さらに別の態様では、風力タービン発電機タワーセクション用のフランジを製作する方法を提供する。本方法は、熱処理リング状金属ビレットを熱間圧延機構内に配置するステップを含む。本方法はまた、熱処理リング状金属ビレットの少なくとも一部分を除去してフランジプリフォームを形成するステップを含む。本方法はさらに、フランジプリフォームを冷間圧延しかつ機械加工し、それによって風力タービン発電機タワーセクション用のフランジを形成するステップを含む。

熱処理リング状金属ビレットの少なくとも一部分を除去してフランジプリフォームを形成するステップは、熱処理リング状金属ビレットの少なくとも一部分の周りに熱間圧延機構を転動させるステップを含むことができる。熱処理リング状金属ビレットの少なくとも一部分の周りに熱間圧延機構を転動させるステップは、少なくとも１つの高温ローラを熱処理リング状金属ビレットと接触状態で配置するステップを含むことができる。フランジプリフォームを冷間圧延しかつ機械加工するステップは、フランジプリフォームを冷間圧延機構内に配置し、冷間圧延機構をフランジプリフォームの少なくとも一部分の周りに転動させかつフランジプリフォームの一部分を除去して、それによって未仕上げフランジを形成するステップを含むことができる。本方法は付加的に、熱処理リング状金属ビレットに対する浸漬熱処理を行なうステップと、熱処理リング状金属ビレット内に開口を少なくとも部分的に形成するステップとを含むことができる。フランジプリフォームを冷間圧延しかつ機械加工するステップは、フランジプリフォームの少なくとも一部分内にファスナ孔を形成するステップを含むことができる。フランジプリフォームを冷間圧延しかつ機械加工するステップはまた、フランジプリフォーム上に溶接ネックを少なくとも部分的に形成するステップを含むことができる。

例示的な風力タービン発電機の概略図。図１に示す風力タービン発電機で使用することができるナセルの概略断面図。図１に示す風力タービン発電機で使用することができる例示的なタワーの概略図。図３に示すタワーのセクションで使用することができる例示的なフランジの概略上面図。図３に示すタワーのセクションで使用することができるフランジの概略断面図。図６ａは、図５に示すフランジを形成するために使用することができる例示的な熱間圧延機構の概略図であり、図６ｂは、図５に示すフランジを形成するために使用することができる例示的な冷間圧延機構の概略図である。図７ａは、図５に示すフランジを形成するために使用することができる例示的な部分的機械加工フランジの概略図であり、図７ｂは、図７ａに示す部分的機械加工フランジから形成することができる例示的な最終機械加工フランジの概略図である。図３に示すタワーを組立てる例示的な方法のフロー図。

本明細書に説明した方法は、フランジを形成しかつ該フランジ上に溶接ネックを形成することによって、風力タービン発電機の組立てを可能にする。より具体的には、広範な機械加工作業の代わりに熱間及び冷間圧延技術を用いてフランジの大きな部分を除去することによって該フランジ上に溶接ネックを形成することにより、溶接ネックを形成することに関連する労力及び時間を低減する。さらに、付加的な利点には、それに限定されないが、フランジ−缶体溶接接合部を、ファスナ孔から離れるようにまたフランジを形成する結果として生じる残留応力及びタワー組立て時にファスナをファスナ孔内に挿入しかつトルクを加える結果として生じる応力を含む高応力領域から離れるように移動させることが含まれる。さらに、そのような利点には、それに限定されないが、フランジの疲労消耗に対するマージンを増大させることによって、タワーの期待寿命を延長させることが含まれる。

図１は、例示的な風力タービン発電機１００の概略図である。この例示的な実施形態では、風力タービン発電機１００は、水平軸風力タービンである。それに代えて、風力タービン発電機１００は、垂直軸風力タービンとすることができる。風力タービン発電機１００は、支持面１０４から延びるタワー１０２を有し、タワー１０２は、アンカボルト又は基礎取付け具（いずれも図示せず）のいずれかによって支持面１０４に結合される。ナセル１０６がタワー１０２に結合され、またロータ１０８がナセル１０６に結合される。ロータ１０８は、回転ハブ１１０及び該ハブ１１０に結合された複数のロータブレード１１２を有する。この例示的な実施形態では、ロータ１０８は、３つのロータブレード１１２を有する。それに代えて、ロータ１０８は、風力タービン発電機１００が本明細書に説明したように機能することを可能にするあらゆる数のロータブレード１１２を有する。この例示的な実施形態では、タワー１０２は、チューブ形鋼材で製作されて、支持面１０４とナセル１０６との間で延びる。それに代えて、タワー１０２は、風力タービン発電機１００が本明細書に説明したように機能することを可能にするあらゆるタワーとすることができ、それに限定されないが、ラチス形タワーが含まれる。タワー１０２は、風力タービン発電機１００が本明細書に説明したように機能することを可能にするあらゆる適当な高さを有する。

ロータブレード１１２は、ロータ１０８の回転を可能にするようにハブ１１０の周りに配置されて、それによって風１２４からの運動エネルギーを有用な機械的エネルギーに、次いで電気的エネルギーに変換する。ロータ１０８及びナセル１０６は、ヨー軸線１１６上でタワー１０２の周りで回転して、風１２４の方向に対するロータブレード１１２のパースペクティブ（投射）を制御する。ロータブレード１１２は、ブレード根元部分１２０を複数の荷重伝達領域１２２においてハブ１１０に結合することによって、ハブ１１０に取付けられる。荷重伝達領域１２２は、ハブ荷重伝達領域及びブレード荷重伝達領域（図１には両方共図示せず）を有する。ロータブレード１１２内に生じた荷重は、荷重伝達領域１２２を介してハブ１１０に伝達される。各ロータブレード１１２はまた、ブレード先端部分１２５を含む。

この例示的な実施形態では、ロータブレード１１２は、３０ｍ（９８フィート）〜５０ｍ（１６４フィート）の長さ範囲を有するが、これらのパラメータは、本開示を何ら限定するものではない。それに代えて、ロータブレード１１２は、風力タービン発電機１００が本明細書に説明したように機能することを可能にするあらゆる長さを有することができる。風１２４が各ロータブレード１１２に衝突すると、各ロータブレード１１２にブレード揚力（図示せず）が誘起され、回転軸１１４の周りでのロータ１０８の回転が生じて、ブレード先端部分１２５が加速されるようになる。

ロータブレード１１２のピッチ角（図示せず）、つまり風１２４の方向に対する各ロータブレード１１２の投射を決定する角度は、ピッチ調整機構（図１には図示せず）によって変更することができる。具体的には、ロータブレード１１２のピッチ角を増大させると、風１２４に露出するブレード表面積１２６が減少し、逆にロータブレード１１２のピッチ角を減少させると、風１２４に露出するブレード表面積１２６が増大する。ロータブレード１１２のピッチ角は、各ロータブレード１１２のピッチ軸線１１８の周りで調整される。この例示的な実施形態では、ロータブレード１１２のピッチ角は、個別に制御される。それに代えて、ロータブレード１１２のピッチは、群として制御することができる。

図２は、風力タービン発電機１００のナセル１０６（図１に示す）の概略断面図である。風力タービン発電機１００の様々な構成要素は、風力タービン発電機１００のタワー１０２の頂部におけるナセル１０６内に収容される。ナセル１０６は、１つのロータブレード１１２（図１に示す）に結合された１つのピッチ駆動機構１３０を含む。ピッチ駆動機構１３０は、ピッチ軸線１１８に沿って、関連するロータブレード１１２のピッチを調整する。図２には、３つのピッチ駆動機構１３０の１つのみを示している。この例示的な実施形態では、各ピッチ駆動機構１３０は、少なくとも１つのピッチ駆動モータ１３１を含む。ピッチ駆動モータ１３１は、電力によって駆動されかつピッチ駆動機構１３０が本明細書に説明したように機能することを可能にするあらゆる電気モータである。それに代えて、ピッチ駆動機構１３０には、それに限定されないが、油圧シリンダ、スプリング及び／又はサーボ機構のようなあらゆる適当な構造体、構成体、装置及び／又は構成要素が含まれる。さらに、ピッチ駆動機構１３０は、それに限定されないが、液圧流体並びに／或いはそれに限定されないが誘起スプリング力及び／又は電磁力などの機械的動力のようなあらゆる適当な手段によって駆動することができる。

ナセル１０６はまた、該ナセル１０６内に配置された発電機１３２に対してロータシャフト１３４（メインシャフト又は低速シャフトと呼ばれることもある）、ギヤボックス１３６、高速シャフト１３８及び継手１４０を介して回転可能に結合されたロータ１０８を含む。ロータシャフト１３４の回転は、ギヤボックス１３６を回転可能に駆動し、次いでギヤボックス１３６は、高速シャフト１３８を回転可能に駆動する。高速シャフト１３８は、継手１４０を介して発電機１３２を回転可能に駆動し、また高速シャフト１３８の回転は、発電機１３２による電力の発生を可能にする。ギヤボックス１３６及び発電機１３２は、それぞれ支持体１４２及び１４４によって支持される。この例示的な実施形態では、ギヤボックス１３６は、二重経路ジオメトリを利用して高速シャフト１３８を駆動する。それに代えて、ロータシャフト１３４は、継手１４０を介して発電機１３２に直接結合される。

ナセル１０６はさらに、ヨー駆動機構１４６をさらに含み、ヨー駆動機構１４６は、ヨー軸線１１６（図１に示す）上でナセル１０６及びロータ１０８を回転させて、風１２４の方向に対するロータブレード１１２の投射を制御するために使用することができる。ナセル１０６はまた、少なくとも１本の気象マスト１４８を含む。気象マスト１４８は、風向及び風速計（図２にはいずれも図示せず）を含む。気象マスト１４８は、風方向及び／又は風速を含むことができる情報をタービン制御システム（図示せず）に提供する。タービン制御システムの一部分は、制御キャビネット１５０内に置かれる。この例示的な実施形態では、ナセル１０６はさらに、主支持軸受つまり前方及び後方支持軸受１５２及び１５４を含む。支持軸受１５２及び１５４は、ロータシャフト１３４の半径方向の支持及び整列を可能にする。前方支持軸受１５２は、ハブ１１０の近くでロータシャフト１３４上に配置される。後方支持軸受１５４は、ギヤボックス１３６及び／又は発電機１３２の近くでロータシャフト１３４上に配置される。それに代えて、ナセル１０６は、風力タービン発電機１００が本明細書に説明したように機能することを可能にするあらゆる数の支持軸受を含む。

ロータシャフト１３４、発電機１３２、ギヤボックス１３６、高速シャフト１３８、継手１４０、並びに、それに限定されないが支持体１４２、１４４及び支持軸受１５２、１５４を含む関連する締結、支持及び／又は固定装置は、駆動トレイン１４５と呼ばれる。

図３は、風力タービン発電機１００（図１に示す）で使用することができる例示的なタワー１０２の概略図である。この例示的な実施形態では、タワー１０２は、５つのセクションを含む。より具体的には、タワー１０２は、互いに結合された複数のタワーセクション２０２、２０４、２０６、２０８及び２１０を含む。具体的には、タワーセクション２０２、２０４、２０６、２０８及び２１０は、フランジ付き組合せ領域２１２により互いに結合される。それに代えて、タワー１０２は、風力タービン発電機１００が本明細書に説明したように機能することを可能にするあらゆる数のタワーセクションを含む。各タワーセクション２０２、２０４、２０６、２０８及び２１０は、１つのタワー缶体２１１を含む。この例示的な実施形態では、タワー１０２、タワーセクション２０２、２０４、２０６、２０８及び２１０、並びにタワー缶体２１１は、切頭円錐形状を有する。それに代えて、タワー１０２、タワーセクション２０２、２０４、２０６、２０８及び２１０、並びにタワー缶体２１１は、本明細書に説明したようなタワー１０２の組立てを可能にするあらゆる形状及びあらゆる配向を有する。

タワーセクション２０６について、以下に詳細に説明する。タワーセクション２０２、２０４、２０６、２０８及び２１０は、タワーセクション２０２がフランジ付きナセル領域２１４においてナセル１０６（図１及び図２に示す）を受け、またセクション２１０がフランジ付き支持面領域２１６においてタワー支持面１０４に結合されることを除いて、ほぼ同様である。さらに、付加的な相違点には、各タワーセクション２０２、２０４、２０６、２０８及び２１０の寸法がタワー１０２内で各セクションの位置に適応するように異なっていること、またタワーセクション２１０が出入口２１８を備えていることが含まれる。

図４は、タワーのセクション２０６（図３に示す）で使用することができる例示的なフランジ２２０の概略上面図である。この例示的な実施形態では、フランジ２２０は、少なくとも部分的に開口２２４を形成した内表面２２２を含む。フランジ２２０はまた、外表面２２６を含む。内表面２２２及び外表面２２６間に、フランジ面２２８が形成される。複数のファスナ孔２３０が、フランジ面２２８内に形成される。ファスナ孔２３０は、タワーセクション２０６のフランジ２２０に対して隣接するタワーセクションの協働するフランジ（いずれも図示せず）を結合するのを可能にする機械的締結装置（図示せず）を受ける。フランジ２２０の断面図は、線５−５に沿って取っている。

図５は、タワーセクション２０６（図３に示す）で使用することができる例示的なフランジ２２０の線５−５（図４に示す）に沿って取った概略断面図である。この例示的な実施形態では、フランジ２２０はまた、外表面２２６の周りでフランジ面２２８を囲む溶接ネック２４０を含む。溶接ネック２４０は、フランジ２２０の外表面２２６と同一面である外表面２４２を含む。溶接ネック２４０はまた、フランジ面２２８に対して直角である内表面２４４を含む。それに代えて、内表面２４４とフランジ面２２８とは、本明細書に説明したようなタワー１０２の組立てを可能にするあらゆる配向を有する。内表面２４４及びフランジ面２２８は、高応力領域２４５と第１の厚さつまり溶接ネック厚さＴ_１とを形成する。溶接ネック２４０はさらに、外表面２４２と内表面２４４との間に形成された溶接グルーブ２４６を含む。この例示的な実施形態では、溶接グルーブ２４６は、外表面２４２及び内表面２４４に対して斜め角度で形成される。それに代えて、溶接グルーブ２４６は、タワーセクション２０６が本明細書に説明したように機能することを可能にするあらゆる配向で形成される。溶接グルーブ２４６は、フランジ−缶体溶接接合部２５０における矢印２４８で示すようにタワー缶体２１１に対して溶接ネック２４０を溶接するのを可能にする。本明細書に説明したようにタワーセクション２０６を形成することを可能にするあらゆる適当な溶接方法を使用することができる。

溶接ネック２４０は、フランジ２２０に対するタワー缶体２１１の溶接に関連する数多くの利点をもたらす。そのような利点には、それに限定されないが、フランジ−缶体溶接接合部２５０をファスナ孔２３０から離れるようにまた高応力領域２４５から離れるように移動させることが含まれる。高応力領域２４５は、フランジ２２０を形成する（以下にさらに説明するように）結果として生じる残留応力及び隣接するフランジ（図示せず）に対するフランジ２２０の締結時にファスナ（図示せず）をファスナ孔２３０内に挿入しかつトルクを加える結果として生じる応力を含む。従って、より具体的には、そのような利点には、それに限定されないが、フランジ２２０の疲労消耗に対するマージンを増大させることによってタワーの期待寿命を延長させることが含まれる。

図６ａは、フランジ２２０（図５に示す）を形成するために使用することができる例示的な熱間圧延機構３００の概略図である。この例示的な実施形態では、熱間圧延機構３００は、ローラ中心線３０４の周りで転動する少なくとも１つのローラ３０２を含む。図６ａは、浸漬熱処理を完了した熱処理（済み）リング状金属ビレット３０６の一部分を示している。さらに、開口２２４（図４及び図５に示す）は、熱処理リング状金属ビレット３０６内に少なくとも部分的に形成される。その後、高温ローラ３０２が熱処理リング状金属ビレット３０６と接触状態になりかつ第１の部分３０８を除去し、それによって第２の部分つまりフランジプリフォーム３１０を後に残す。フランジプリフォーム３１０は、未仕上げ状態であり、かつニアネットシェイプつまりフランジ２２０の形状と同様な形状を含む。フランジプリフォーム３１０は、少なくとも部分的に形成された溶接ネックつまり溶接ネックプリフォーム３１２を含み、溶接ネックプリフォーム３１２は、溶接ネック厚さＴ_１（図５に示す）よりも大きい第２の厚さつまり未仕上げ熱間圧延溶接ネック厚さＴ_２を有する。従って、フランジプリフォーム３１０が形成され、また第１のプロセス矢印３１４は、フランジプリフォーム３１０が冷間圧延作業に移行されることを示している。それに代えて、熱間圧延機構３００の代わりに、粗リング圧延機構が、フランジプリフォーム３１０を形成するために使用される。

図６ｂは、フランジ２２０（図５に示す）を形成するために使用することができる例示的な冷間圧延機構３２０の概略図である。この例示的な実施形態では、冷間圧延機構３２０は、熱間圧延機構３００（図６ａに示す）とは異なる装置である。それに代えて、冷間圧延作業（以下にさらに説明するような）は、熱間圧延機構３００を用いて行われる。また、この例示的な実施形態では、冷間圧延機構３２０は、ローラ中心線３２４の周りで転動する少なくとも１つの低温ローラ３２２を含む。フランジプリフォーム３１０は、空気冷却され、かつ熱処理を受ける。その後、ローラ３２２が冷却フランジプリフォーム３１０（図６ａに示す）と接触状態になりかつ一部分（図示せず）を除去し、それによって未仕上げフランジ３３０を形成する。未仕上げフランジ３３０は、フランジプリフォーム３１０が含むよりもフランジ２２０の形状に一層同様な形状を含む。未仕上げフランジ３３０は、第３の厚さつまり未仕上げ冷間圧延溶接ネック厚さＴ_３を有する未機械加工溶接ネック３３２を含み、この厚さＴ_３は、溶接ネック厚さＴ_１（図５に示す）よりも大きくかつ厚さＴ_２（図６ａに示す）よりも小さい。従って、未仕上げフランジ３３０が形成され、また第２のプロセス矢印３３４は、未機械加工溶接ネック３３２を含む未仕上げフランジ３３０が機械加工作業に移行されることを示している。それに代えて、冷間圧延機構３２０の代わりに、最終リング圧延機構又は最終熱間圧延機構が、未仕上げフランジ３３０を形成するために使用される。

図７ａは、フランジ２２０（図５に示す）を形成するために使用することができる例示的な部分的機械加工フランジ３４０の概略図である。この例示的な実施形態では、部分的機械加工フランジ３４０は、外表面２２６及び内表面２２２を含む。また、この例示的な実施形態では、部分的機械加工フランジ３４０は、未仕上げ溶接ネック３４２を含む。未仕上げ溶接ネック３４２は、溶接ネック厚さＴ_１を形成した外表面２４２及び内表面２４４を含む。さらに、この例示的な実施形態では、未仕上げフランジ３３０から部分的機械加工フランジ３４０を形成するのを可能にするあらゆる機械加工作業が、本明細書に説明したようにフランジ２２０を形成することを可能にするために使用される。従って、部分的機械加工フランジ３４０が形成され、また第３のプロセス矢印３４４は、未仕上げ溶接ネック３４２を含む部分的機械加工フランジ３４０が最終機械加工作業に移行されることを示している。

図７ｂは、部分的機械加工フランジ３４０（図７ａに示す）から形成することができる例示的なフランジ２２０の概略図である。この例示的な実施形態では、部分的機械加工フランジ３４０からフランジ２２０を形成するのを可能にするあらゆる機械加工作業が、本明細書に説明したようなフランジ２２０を形成するために使用することができる。例えば、この例示的な実施形態では、溶接ネック２４０上に溶接グルーブ２４６が形成され、またファスナ孔２３０が形成される。

図８は、タワー１０２を組立てる例示的な方法４００のフロー図である。熱処理リング状金属ビレット３０６が、熱間圧延機構３００内に配置される（ステップ４０２）。少なくとも１つの高温ローラ３０２が、熱処理リング状金属ビレット３０６と接触状態で配置される（ステップ４０４）。熱間圧延機構３００が、熱処理リング状金属ビレット３０６の少なくとも一部分の周りに転動される（ステップ４０６）。高温ローラ３０２を使用して、熱処理リング状金属ビレット３０６の第１の部分３０８を除去し、それによって該熱処理リング状金属ビレット３０６上に溶接ネック２４０を少なくとも部分的に形成する（ステップ４０８）。フランジ２２０と同様な形状を有しかつタワー１０２のセクション２０２、２０４、２０６、２０８及び２１０を結合するのを可能にするために使用するフランジプリフォーム３１０が形成される（ステップ４１０）。フランジプリフォーム３１０が、冷間圧延機構３２０内に配置される（ステップ４１２）。冷間圧延機構３２０の少なくとも一部分が、フランジプリフォーム３１０の少なくとも一部分の周りに転動される（ステップ４１４）。フランジプリフォーム３１０の一部分が、除去され、それによって未仕上げフランジ３３０と未機械加工溶接ネック３３２及び未仕上げ溶接ネック３４２の１つとを形成する（ステップ４１６）。未仕上げ溶接ネック３４２が機械加工されかつ溶接グルーブ２４６が該未仕上げ溶接ネック３４２上に少なくとも部分的に形成され、それによって完成溶接ネック２４０を形成する（ステップ４１８）。溶接ネック２４０がタワー缶体２１１に溶接され、それによって風力タービン発電機１００用のタワー１０２を少なくとも部分的に組立てる（ステップ４２０）。

フランジ２２０上に溶接ネック２４０を形成する例示的な方法の一部分として、熱処理リング状金属ビレット３０６が、熱間圧延機構３００内に配置される。さらに、少なくとも１つの高温ローラ３０２が、熱処理リング状金属ビレット３０６と接触状態で配置される。熱間圧延機構３００が、熱処理リング状金属ビレット３０６の少なくとも一部分の周りに転動される。高温ローラ３０２を使用して、熱処理リング状金属ビレット３０６の第１の部分３０８を除去し、それによって該熱処理リング状金属ビレット３０６上に溶接ネック２４０を少なくとも部分的に形成する。フランジ２２０と同様な形状を有しかつタワー１０２のセクション２０２、２０４、２０６、２０８及び２１０を結合するのを可能にするために使用するフランジプリフォーム３１０が形成される。フランジプリフォーム３１０が、冷間圧延機構３２０内に配置される。冷間圧延機構３２０が、フランジプリフォーム３１０の少なくとも一部分の周りに転動される。フランジプリフォーム３１０の一部分が、除去され、それによって未仕上げフランジ３３０と未機械加工溶接ネック３３２及び未仕上げ溶接ネック３４２の１つとを形成する。未仕上げ溶接ネック３４２が機械加工されかつ溶接グルーブ２４６が該未仕上げ溶接ネック３４２上に少なくとも部分的に形成され、それによって完成溶接ネック２４０を形成する。

風力タービン発電機１００用のフランジ２２０を製作する例示的な方法の一部分として、熱処理リング状金属ビレット３０６は、浸漬熱処理を受ける。さらに、開口が、熱処理リング状金属ビレット３０６内に少なくとも部分的に形成される。風力タービン発電機１００用のフランジ２２０を製作する例示的な方法の一部分として、熱処理リング状金属ビレット３０６は、熱間圧延機構３００内に配置される。少なくとも１つの高温ローラ３０２が、熱処理リング状金属ビレット３０６と接触状態で配置される。熱間圧延機構３００が、熱処理リング状金属ビレット３０６の少なくとも一部分の周りに転動される。高温ローラ３０２を使用して、熱処理リング状金属ビレット３０６の第１の部分３０８を除去し、それによってフランジ２２０と同様な形状を有しかつタワー１０２のセクション２０２、２０４、２０６、２０８及び２１０を結合するのを可能にするために使用するフランジプリフォーム３１０を少なくとも部分的に形成する。フランジプリフォーム３１０が、冷間圧延機構３２０内に配置される。冷間圧延機構３２０が、フランジプリフォーム３１０の少なくとも一部分の周りに転動される。ファスナ孔２３０が、フランジプリフォーム３１０の少なくとも一部分内に形成される。溶接ネック２４０が、フランジプリフォーム３１０上に少なくとも部分的に形成される。フランジプリフォーム３１０の一部分が除去され、それによって未仕上げフランジ３３０を形成する。

上記の方法は、フランジを製作しかつ該フランジ上に溶接ネックを形成することによって、風力タービン発電機の組立てを可能にする。具体的には、本明細書に説明したように熱間圧延、冷間圧延及び機械加工技術を用いてフランジ上に溶接ネックを形成することにより、風力タービン発電機タワーを組立てることに関連する時間及びコストが低減される。より具体的には、広範な機械加工作業の代わりに熱間及び冷間圧延技術を用いてフランジの大きな部分を除去することにより、溶接ネックを形成する労力及び時間が低減される。さらに、付加的な利点には、それに限定されないが、フランジ−缶体溶接接合部を、ファスナ孔から離れるようにまた高応力領域から離れるように移動させることが含まれる。高応力領域は、フランジを形成する結果として生じる残留応力及びタワー組立て時にファスナをファスナ孔内に挿入しかつトルクを加える結果として生じる応力を含む。さらに、そのような利点には、それに限定されないが、フランジの疲労消耗に対するマージンを増大させることによって、タワーの期待寿命を延長させることが含まれる。

以上、風力タービン発電機を組立てる方法の例示的な実施形態について、詳細に説明している。本方法は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ本方法のステップは、本明細書に記載したその他の構成要素及び／又はステップとは独立してかつ別個に利用することができる。例えば、本方法はまた、その他の風力タービン発電機と組合せて使用することができ、また本明細書に記載したような風力タービン発電機のみでの実施に限定されるものではない。むしろ、この例示的な実施形態は、多くのその他の風力タービン発電機用途に関連して実施しかつ利用することができる。さらに、上記に説明した方法は、風力タービンタワーを組立てることを対象としているが、これらの方法は、あらゆる支持タワーを形成し、組立て又は建造するために使用することができる。

本明細書は最良の形態を含む実施例を使用して、本発明を開示し、また当業者が、あらゆる装置又はシステムを製作しかつ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の実施を行なうことを可能にもする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって定まり、また当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになることを意図している。

１００風力タービン発電機
１０２タワー
１０４タワー支持面
１０６ナセル
１０８ロータ
１１０ハブ
１１２ブレード
１１４回転軸線
１１６ヨー軸線
１１８ピッチ軸線
１２０ブレード根元部分
１２２荷重伝達領域
１２４風
１２５ブレード先端部分
１２６ブレード表面積
１３０ピッチ駆動機構
１３１ピッチ駆動モータ
１３２発電機
１３４ロータシャフト
１３６ギヤボックス
１３８高速シャフト
１４０継手
１４２ギヤボックス支持体
１４４発電機支持体
１４５駆動トレイン
１４６ヨー駆動機構
１４８気象マスト
１５０制御パネル
１５２前方支持軸受
１５４後方支持軸受
２０２タワーセクション
２０４タワーセクション
２０６タワーセクション
２０８タワーセクション
２１０タワーセクション
２１１タワー缶体
２１２フランジ付き組合せ領域
２１４フランジ付きナセル領域
２１６フランジ付き支持面領域
２１８出入口
２２０フランジ
２２２内表面
２２４開口
２２６外表面
２２８フランジ面
２３０ファスナ孔
２４０溶接ネック
２４２外表面
２４４内表面
２４５高応力領域
２４６溶接グルーブ
２４８矢印
２５０フランジ−缶体溶接接合部
Ｔ_１溶接ネック厚さ
３００熱間圧延機構
３０２高温ローラ
３０４ローラ中心線
３０６熱処理リング状金属ビレット
３０８第１の部分
３１０フランジプリフォーム
３１２溶接ネックプリフォーム
３１４第１のプロセス矢印
Ｔ_２未仕上げ熱間圧延溶接ネック厚さ
３２０冷間圧延機構
３２２低温ローラ
３２４ローラ中心線
３３０未仕上げフランジ
３３２未機械加工溶接ネック
Ｔ_３未仕上げ冷間圧延溶接ネック厚さ
３３４第２のプロセス矢印
３４０機械加工フランジ
３４２未仕上げ溶接ネック
３４４第３のプロセス矢印
４００風力タービン発電機を組立てる例示的な方法
４０２熱処理リング状金属ビレットが、熱間圧延機構内に配置される
４０４少なくとも１つの高温ローラが、熱処理リング状金属ビレットと接触状態で配置される
４０６熱間圧延機構が、熱処理リング状金属ビレットの少なくとも一部分の周りに転動される
４０８高温ローラを使用して、熱処理リング状金属ビレットの第１の部分を除去し、それによって該熱処理リング状金属ビレット上に溶接ネックを少なくとも部分的に形成する
４１０フランジと同様な形状を有しかつタワーのセクションを結合するのを可能にするために使用するフランジプリフォームが形成される
４１２フランジプリフォームが、冷間圧延機構内に配置される
４１４冷間圧延機構の少なくとも一部分が、フランジプリフォームの少なくとも一部分の周りに転動される
４１６フランジプリフォームの一部分が、除去され、それによって未仕上げフランジと未機械加工溶接ネック及び未仕上げ溶接ネックの１つとを形成する
４１８未仕上げ溶接ネックが機械加工されかつ溶接グルーブが該未仕上げ溶接ネック上に少なくとも部分的に形成され、それによって完成溶接ネックを形成する
４２０溶接ネックがタワー缶体に溶接され、それによって風力タービン発電機用のタワーを少なくとも部分的に組立てる

Claims

フランジ（２２０）であって、
熱処理リング状金属ビレット（３０６）上に少なくとも部分的に形成された溶接ネック（２４０）を含み、
前記溶接ネック（２４０）が、前記熱処理リング状金属ビレット（３０６）の少なくとも一部分の周りに熱間圧延機構（３００）を転動させながら該熱処理リング状金属ビレットの少なくとも一部分を除去することによって形成される、
フランジ（２２０）。
前記熱間圧延機構（３００）の少なくとも１つの高温ローラ（３０２）が、前記熱処理リング状金属ビレット（３０６）と接触状態で配置されて、該熱処理リング状金属ビレットの少なくとも一部分を除去する、請求項１記載のフランジ（２２０）。
前記高温ローラ（３０２）を使用して前記熱処理リング状金属ビレット（３０６）の一部分を除去した時に、該フランジと同様な形状を有するフランジプリフォーム（３１０）が形成される、請求項１又は２記載のフランジ（２２０）。
前記フランジプリフォーム（３１０）を冷間圧延機構（３２０）内に配置し、該フランジプリフォームの少なくとも一部分の周りに前記冷間圧延機構を転動させかつ該フランジプリフォームの少なくとも一部分を該冷間圧延機構によって除去した時に、未仕上げフランジ（３３０）が形成される、請求項３記載のフランジ（２２０）。
前記フランジプリフォーム（３１０）の一部分を除去した時に、未機械加工溶接ネック（３３２）が形成される、請求項４記載のフランジ（２２０）。
前記未機械加工溶接ネック（３３２）を機械加工した時に、未仕上げ溶接ネック（３４２）が形成される、請求項５記載のフランジ（２２０）。
溶接グルーブ（２４６）が、前記溶接ネック（３３２）上に形成される、請求項６記載のフランジ（２２０）。