JP2014529028A - 再生可能エネルギー型発電装置における油圧ポンプ用シリンダブロック - Google Patents

Abstract

再生可能エネルギー型発電装置は、タービンにより駆動される油圧ラジアルピストンポンプを備える。前記ポンプは、軸方向に離れて配置されるシリンダのバンクを含むシリンダブロックを１以上備える。前記シリンダブロックは、前記シリンダから半径方向外側に延びる低圧流体流路を備える。高圧流体流路は、シリンダから離れて軸方向に延びる部分を含み、前記部分は周方向に隣り合うシリンダのペアの間に位置する。高圧バルブは、シリンダとシリンダの中間であって、シリンダよりも半径方向外側に設けられる。前記シリンダブロックは中立面を有する。この構成は、シリンダブロックが曲げやねじりに対して高い耐性を有する点において利点がある。

Description

本開示は、例えば風力発電装置等の再生可能エネルギー型発電装置で用いるための油圧ラジアルピストンポンプの分野に関する。本開示は、特に、そのようなポンプに用いるためのシリンダブロックの構成に関する。

再生可能エネルギー型の発電装置（例えば風力発電装置や潮流発電装置等）において、再生エネルギー源（例えば風や流水）によって駆動されるロータに駆動される油圧ポンプを用いることが知られている。油圧ポンプからの作動油が、発電機に連結された油圧モータを駆動する。

上述のような装置におけるラジアルピストンポンプでは、ポンプの重量が重く、又、通常はアクセスが困難な場所（例えば風力発電装置タワーのナセルの中）に位置するため、メンテナンスを行うことが難しい。このような装置のラジアルピストンポンプのメンテナンスを容易にするため、国際公開第２０１１／１０４５４４号 （Ｓａｌｔｅｒ他）では、シリンダのグループを、典型的には複数のシリンダを画定する切削金属又は金属鋳物を含むシリンダブロックにすることが提案されている。国際公開第２０１１／１０４５４４号に記載の機械では、高圧流体は、各シリンダブロックの半径方向の最も外側付近を通って周状に延びる流路を通じてシリンダに供給される。シリンダブロックは、半径方向内側において支持体の肩部とともにシールを形成する。

しかしながら、上述の装置で採用されるポンプは重量が重く、シリンダブロックに作用する力が非常に大きい。曲げやねじりの力を含むこれらの力は、支持物の片側に固定されているポンプから生じ（これは、ポンプの重量の一部はシリンダブロック内部の力により支持されることを意味する）、また、装置の作動中、ピストンによりシリンダブロックに作用する半径方向外側向きの力からも生じる。
本発明の少なくとも１つの実施形態は、シリンダブロックであって、これを通って高圧及び低圧流体をシリンダに又はシリンダから供給することができ、強固であり曲げ及びねじりの力に耐え得るシリンダブロックを提供するという技術的課題に取り組むものである。

本発明の第１の態様によれば、再生可能エネルギー源から電力を生成する再生可能エネルギー型発電装置であって、
ナセルと、
少なくとも１つのロータブレードが取り付けられるハブと、
前記再生可能エネルギー源からのエネルギーを受けて回転する前記少なくとも１つのロータブレードと、
前記ハブに連結する回転シャフトと、
前記回転シャフトに連結され、前記回転シャフトの回転により駆動されるポンプと、
前記ポンプからの圧油により駆動される少なくとも１つのモータと、
前記少なくとも１つのモータに連結される発電機と、を備え、
前記ポンプは、
支持体により前記ナセルに連結される静止部及び前記回転シャフトに連結され軸周りを回転可能な回転部と、
前記軸の周りに延在する１以上のシリンダブロックと、
前記１以上のシリンダブロックの周りに延在する低圧マニホールドと、
高圧マニホールドと、を含み、
前記１以上のシリンダブロックは、
前記軸の周りに周状に分散配置される複数のシリンダと、
１以上の高圧流体流路であって、これを通じて前記シリンダが少なくとも１つの高圧バルブを介して前記高圧マニホールドと連通する高圧流体流路と、
複数の低圧流体流路であって、これを通じて前記シリンダが少なくとも１つの低圧バルブを介して前記低圧マニホールドと連通する低圧流体流路と、を含み、
前記低圧流体流路は、各シリンダから前記各シリンダブロックの半径方向外側面に向かって半径方向外側に延在し、
前記１以上の高圧流体流路は、これを通じて周方向に隣り合うシリンダのペアが高圧マニホールドと連通し、前記高圧流体流路は、前記周方向に隣り合う前記ペアのシリンダの円周角の間の数値を有する円周角において前記シリンダブロックの端面に向かって軸方向に延在する軸方向延在部を有することを特徴とする再生可能エネルギー型発電装置が提供される。

本明細書において、ある物（例えば流路やシリンダ）の円周角というときは、軸及びその物を通って延びる面と、軸を通って延びる（任意の）基準面との間の角度を意味する。本明細書において、周方向に隣り合うシリンダとは、軸の周りにおいて隣り合う２以上のシリンダのことである。１つのシリンダブロックがある場合、それは軸の周りに延在する。２以上のシリンダブロックがある場合、それらは共に軸の周りに延在する。１以上のシリンダブロックは、ポンプの静止部の一部であってもよいし、ポンプの回転部の一部であってもよい。

低圧流体流路はシリンダからシリンダブロックの半径方向外側面に、半径方向外側に延びるため、シリンダと低圧マニホールドとの間の流路は短いものとなるので、流体の流れに対する抵抗が低減され、機械の効率性が向上する。典型的には、低圧流体流路はシリンダからまっすぐ半径方向外側に延びる。典型的には、低圧マニホールドは、前記１以上のシリンダブロックの半径方向外側に位置するキャビティ（空洞）を備える。

高圧流体流路の軸方向延在部は、シリンダブロックの端面に向かって延び、典型的には、シリンダブロックの端面の軸方向厚さの２０％以下又は１０％以下に達するが、高圧流体流路は必ずしもシリンダブロックの端面に延びていなくてもよい。高圧流体流路は、半径方向内側を向く面に、半径方向延在流路と高圧ポートとを含んでもよい。これは、シリンダブロックの強度に小さな影響しか与えない。

例えば、前記１以上のシリンダブロックは、半径方向内側面を有し、半径方向内側面に１以上の高圧流体ポートを有し、前記シリンダは、前記高圧流体ポートを通じて、前記高圧流体流路の前記軸方向延在部及び前記高圧流体流路の１以上の前記軸方向延在部の軸端から１以上の前記高圧流体ポートに延びる前記高圧流体流路の接続部を介して前記高圧マニホールドと連通していてもよい。

前記高圧流体流路の前記接続部は、前記高圧流体流路の１以上の前記軸方向延在部から各シリンダブロックの半径方向内側面の１以上の前記高圧流体ポートに半径方向に延びていてもよい。

前記高圧流体流路の前記軸方向延在部は、前記周方向に隣り合うシリンダの前記ペアのうち、前記シリンダブロックのエンドプレートに最も近い部分よりも、前記シリンダブロックの前記エンドプレートにより近い軸端に延びていてもよい。

前記１以上の高圧流体流路（これを通じて周方向に隣り合うシリンダのペアが高圧マニホールドと連通する）の軸方向延材部が、周方向に隣り合うシリンダのペアの円周角の間の数値を有する円周角においてシリンダブロックの端面に向かって軸方向に延びるので、高圧流体流路が周方向に延在するのみの場合に比べて、又は、高圧流体流路が軸方向延材部を隣り合うシリンダそれぞれの同じ側に有するのみの場合（この場合、高圧流体流路の軸方向延在部は、周方向に隣り合うシリンダの各ペアの間に存在する）に比べて、シリンダブロックの機械的強度、特に、曲げやねじりによる変形に対する復元力が著しく高い。また、１以上の高圧バルブが周方向に隣り合うシリンダの円周角の間の数値を有する円周角に位置していてもよく、この場合、シリンダブロックの空隙容積を低減し、これにより強度や曲げやねじりに対する耐性を高めることができる。

本明細書において、シリンダブロックの空隙容積とは、シリンダブロックのうち、シリンダブロック本体を形成する材料（典型的には金属）が占めない部分の容積のことである。空隙容積は、切削や、鋳造の際の鋳型により占められる空間から生じる場合がある。空隙容積のうちの一部は、導入される構成要素（例えば、高圧バルブや、後述するカセット等）により占められる場合がある。

シリンダブロックの強度を向上させ、運転時の応力集中を低減することで、シリンダブロックは、例えば、構造完全性を維持しつつ軸方向の範囲をより拡大することができる（それによりさらにシリンダを設けることができる）。また、一定の機械の出力に対してシリンダブロックを小型化し、コストを低減し効率を高めることもできる。
したがって、好ましくは、周方向に隣り合うシリンダのペアの少なくとも一方（典型的には両方）には、周方向に隣り合うシリンダがさらに存在し（すなわち、周方向に隣り合うシリンダのペアのうちの一方は、前記周方向に隣り合うシリンダのペアのうちの他方と、周方向に隣り合うさらなるシリンダとの間に存在する。）、かつ、前記シリンダのペアと前記さらなるシリンダとの間の円周角においてシリンダブロックの端面に向かって軸方向に延在する高圧流体流路の軸方向延在部は存在しない。

典型的には、前記シリンダのペアと、前記さらなるシリンダとの間の円周角には、高圧流体流路部（軸方向に延在するかどうかにかかわらず）は存在しない。

本明細書において、周方向に隣り合う２つのシリンダの間というときは、高圧流体流路の１以上の軸方向延在部の円周角が、周方向に隣り合う２つのシリンダの円周角の間の数値を有することを意味する。高圧流体流路の半径方向位置（即ち、軸からの距離）は、周方向に隣り合うシリンダの両端の半径方向位置の間であることが好ましいが、前記１以上の高圧流体流路は、周方向に隣り合う２つのシリンダの軸方向内側または軸方向外側の位置に軸方向延在部を有する場合がある。

前記複数のシリンダは、周方向に離れた複数のシリンダ列の形で配置され、前記シリンダ列の各々は、軸方向に離れた複数のシリンダを含み、前記シリンダのペアが前記シリンダ列のペアの中に存在し、前記列のペアの双方のシリンダは、１以上の高圧流体流路の軸方向延在部を通じて高圧マニホールドに連通し、前記軸方向延在部は、前記シリンダ列のペアの双方のシリンダの間の円周角において延在してもよい。前記列のペアの双方のシリンダは、それぞれが１つの共通する高圧流体流路の軸方向延在部を通じて高圧流体マニホールドに連通してもよい。

典型的には、１つの共通する高圧流体流路の軸方向延在部が存在し、これを通じてシリンダ列の各シリンダが高圧マニホールドと連通する。

典型的には、周方向に隣り合うシリンダのペアの少なくとも一方（典型的には両方）には、周方向に隣り合うシリンダがさらに存在し（すなわち、周方向に隣り合うシリンダのペアのうちの一方は、前記周方向に隣り合うシリンダのペアの他方と、周方向に隣り合うさらなるシリンダとの間に存在する。）、そのシリンダはさらなるシリンダ列に属し、かつ、前記シリンダのペアと前記さらなるシリンダとの間の円周角においてシリンダブロックの端面に向かって軸方向に延在する高圧流体流路の軸方向延在部は存在しない。

したがって、シリンダブロックは、必ずしも、周方向に隣り合うシリンダ列の各ペアの間の軸方向延在流路部によって強度が弱まるわけではない。高圧流体流路の軸方向延在部は、軸の周りに周方向に離れて配置されるシリンダの列の間に一つおきに軸方向に延在してもよい。

前記周方向に隣り合うシリンダのペアは、前記周方向に隣り合うシリンダのペアの円周角の間の数値を有する円周角において前記シリンダブロックの端面に向かって軸方向に延在する、単一の前記高圧流体流路の軸方向延在部を通じて高圧マニホールドに連通してもよい。高圧流体流路の軸方向延在部の各々は、（各シリンダブロック表面の）単一の高圧ポートと周方向に隣り合うシリンダのペアの間において高圧流体を通じさせてもよい。

したがって、単一の高圧ポートと高圧流体流路の軸方向延在部は、周方向に隣り合うシリンダのペアに向かう又は周方向に隣り合うシリンダのペアからの高圧流体を通じさせるために用いられる。この場合、シリンダブロックの面に必要な高圧ポートは１つだけであるという利点がある。

しかしながら、前記周方向に隣り合うシリンダのペアの各々は、別々の高圧流体流路の軸方向連通部に連通し、前記軸方向延在部は、前記周方向に隣り合うシリンダのペアの円周角の間の数値を有する円周角において前記シリンダブロックの各々の端面に向かって軸方向に延在してもよい。周方向に隣り合うシリンダのペアの各々は、別々の１以上の高圧流体流路の軸方向延在部を通じてシリンダブロックの面にある別々の高圧ポートと連通してもよい。

幾つかの実施形態では、シリンダブロックの機械的強度及び曲げやねじりに対する耐性を向上させるために、１つの共有される高圧流体流路の軸方向延在部を有するよりも、周方向に隣り合うシリンダのペアの間に複数の高圧流体流路の軸方向延在部を有することが好ましい。

前記ポンプを前記ナセルに連結する支持体は、前記ポンプが前記回転シャフトの前記軸に垂直な方向にいくらか変位すること（典型的には、どのような量の変位が要求されても）を許容しながら、前記回転シャフトにより前記ポンプに加わるトルクを受けて抵抗するようになっていてもよい。

ポンプの、回転シャフトの軸に垂直な方向におけるいくらかの動きを許容することは有利であるということが見出された。この追加的な自由度は、曲げ及びねじりの力を低減する。

前記ポンプは第１エンドプレート及び第２エンドプレートを含み、前記１以上のシリンダブロックは前記第１エンドプレートと前記第２エンドプレートの間に延在してもよい。 前記支持体は、前記第１エンドプレートに直接連結されてもよい。典型的には、前記支持体は、前記第２エンドプレートには直接接続されない。典型的には、前記シリンダブロックの各軸方向穴を通じて前記第１エンドプレートと前記第２エンドプレートを接続し、前記１以上のシリンダブロックのねじれを打ち消すために、複数の軸方向ボルトが設けられる。

典型的には、前記１以上のシリンダブロックが、前記第１及び第２エンドプレートに（典型的には前記複数の軸方向ボルトにより）取り付けられる。典型的には、前記１以上のシリンダブロックは、シリンダ内で摺動可能に取り付けられたピストンにより運転中に加わる半径方向外側向きの力に抵抗する。

前記高圧マニホールドは、前記第１エンドプレートを通って延在してもよい。前記高圧マニホールドは、前記第２エンドプレートを通って延在してもよい。前記高圧マニホールドは、軸の周りに延在してもよい。

前記１以上のシリンダブロックは、曲げによる応力及び歪みがゼロである中立軸を有し、前記高圧流体流路の前記軸方向延在部及び／又は高圧バルブは前記中立軸に近い又は前記中立軸と重なっていてもよい（例えば、中立軸からの距離が、シリンダブロックの半径方向厚さの±１０％又は±５％以下）。前記高圧バルブは、前記中立軸に平行であり、及び／又は、前記中立軸と重なっていてもよい。

中立軸は、ビームやシャフトの横断面内に存在する軸であり、応力や歪みが存在しない軸である。シリンダブロックは、半径方向に延在する上記のようなビームまたはシャフトとして見なすことができるが、周状に延在するためにシリンダブロックが湾曲しているかまたは角度をもって配置されている場合には、中立軸はそれに伴って湾曲するか角度を有することとなる。高圧流体流路の軸方向延在部が中立軸の近くに位置することで、シリンダブロックの強度に対する、高圧流体流路により占められる体積の影響が低減される。

前記シリンダブロックは、前記周方向に隣り合う２つのシリンダの半径方向外側であって、前記周方向に隣り合うシリンダの各々に関連する前記低圧流体流路の円周角の間の数値を有する円周角に位置する少なくとも１つの前記高圧バルブを含んでもよい。

前記高圧バルブは、高圧マニホールドと、周方向に隣り合うシリンダのうちの少なくとも１つとの間の作動流体の流れを調整する。

これは、コンパクトな構成であり、このためシリンダブロック内の空隙容積を低減し、シリンダブロックの強度を維持する。

前記シリンダブロックは、前記周方向に隣り合う２つのシリンダの各々と前記高圧マニホールドとの間の高圧流体の流れを調節する（典型的には、前記シリンダと前記高圧流体流路との間の流体の流れを調節する）少なくとも１つの高圧バルブを含むカセットを備え、前記カセットは、前記周方向に隣り合うシリンダの半径方向外側であって、前記周方向に隣り合うシリンダの各々に関連する前記低圧流体流路の間の円周角に位置してもよい。

したがって、高圧バルブとシリンダブロックの半径方向外側面との間の最も短い距離は、典型的にはシリンダとシリンダブロックの半径方向外側面との間の最も短い距離よりも短い。

前記カセットの各々は、前記周方向に隣り合うシリンダのうちの各一方から前記１以上の高圧流体流路のうちの１以上への高圧流体の流れをそれぞれ調節するための２つの高圧バルブを備え、各高圧バルブはチェック弁であってもよい。各カセットは、２つのバルブシートと１つのバルブハウジングを備え、これらにより２つの高圧チェック弁を形成してもよい。前記２つの高圧チェック弁は、逆方向に作動してもよい。前記カセットは、同一の直径を有する２つの環状シール面の間に保持されてもよい。

典型的には、各カセットは、シリンダブロックの周縁エッジに延び、周方向に配置される協働流路の中に位置する。

バルブ部材は、球状であってもよい。バルブ部材は、鋼鉄から形成されていてもよい。バルブ部材は、窒化ケイ素から形成されていてもよい。

前記複数のシリンダは、前記軸の周りに延在するシリンダのバンクを少なくとも１つ備え、前記回転シャフトが回転する間、前記少なくとも１つのバンクの前記複数のシリンダは異なる位相で作動されてもよい。こうすることで、ポンプのトルク出力におけるリップルが低減される。

典型的には、シリンダは、軸方向に離れて位置する複数のバンクに分散配置される。

前記再生可能エネルギー型発電装置は風力発電装置であってもよい。前記再生可能エネルギー型発電装置は、流動する液体からエネルギーを抽出するためのタービン発電機（例えば潮流発電機）であってもよい。潮流発電機の場合、再生可能エネルギー源は流水である。

前記ポンプは、典型的にはポンプ専用のものであるが、代替の運転モードにおいてポンプ又はモータとして作動可能なポンプ−モータであってもよい。

典型的には、ポンプの質量は１０，０００ｋｇ以上又は５０，０００ｋｇ以上である。典型的には、各シリンダブロックの質量は１００ｋｇ以上又は５００ｋｇ以上である。

本明細書及び添付の請求項において、「高圧マニホールド」及び「低圧マニホールド」とは、互いに相対的に高圧又は低圧であるマニホールドのことである。高圧マニホールドと低圧マニホールドとの間の圧力差及び高圧マニホールド及び低圧マニホールド内の圧力の絶対値は、用途によって異なる。流体機械は、２以上の低圧マニホールドを有してもよく、２以上の高圧マニホールドを有してもよい。

前記１以上のシリンダブロックは、典型的には個別に取り外し可能である。前記１以上のシリンダブロックは、個別に、半径方向外側方向に取り外し可能であってもよい。これにより、メンテナンスや修理が容易となる。

本発明の第２の態様は、本発明の前記第１の態様に係る発電装置のシリンダブロックとして用いるのに適したシリンダブロックの製造方法であって、
シリンダブロック内の応力及び歪みのシミュレーションを行い、
前記シリンダブロックの設計は、前記シリンダブロックが中立軸を有し、前記高圧バルブが前記中立軸と平行であり、及び／又は、前記中立軸と重なるように位置するように選択され、
前記シリンダブロックの設計はその後完了され、シリンダブロックが前記設計に従って製造されるシリンダブロックの製造方法に及ぶ。

本発明の前記第２の態様に従って製造されたシリンダブロックの他の特徴は、上記において本発明の第１の態様と関連して説明されたシリンダブロックの特徴と対応する。特に、前記方法は、好ましくは、前記中立軸に近い（例えば、シリンダブロックの半径方向厚さの±１０％以内、又は中立軸のシリンダブロックの半径方向厚さの±５％以内）又は前記中立軸と重なる前記高圧流体流路の前記軸方向延在部及び／又は前記高圧バルブを設けることを含む。

前記シリンダブロックの設計は、高圧流体ラインと低圧流体ラインとの間の分離を維持する必要性や、圧力の吹き抜けを避けるためのシリンダブロック材料の最低限の境界を保持する必要性といった、高圧バルブのパッケージの制約を考慮して選択してもよい。例えば、高圧バルブ（個別のものであっても、２つの高圧バルブを含むカセットの一部であっても）は、高圧バルブ（又はカセット）を保持するバルブ（又はカセット）保持部と、運転時にキャップを受け止めて前記バルブ（又はカセット）をシールするためのキャップ固定部とを周方向延在流路に備える周方向に延在する流路において受け止められてもよい。典型的には、シールやシール面を損傷することなく高圧バルブ（又はカセット）を挿入しやすくするため、前記バルブ（又はカセット）保持部の内径はキャップ保持部の内径よりも小さい。

本発明の例示的な実施形態を、次の図面を参照して説明する。
風力発電装置のナセルの一部を切り取った等角図である。 風力発電装置のナセルにおける流体接続を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る油圧ポンプの等角図である（ただしカバーが外されている）。 本発明の一実施形態に係るシリンダブロックの内部構成要素を示す等角図である。 図４に示すシリンダブロックの半径方向内側向きの平面図である。 シリンダブロックを通る、ポンプロータの回転軸に垂直な断面図である。 ２つの周方向に隣り合うシリンダブロックを通る、ポンプロータの回転軸に垂直な断面図である。 別の実施形態に係るシリンダブロックを通る、ポンプロータの回転軸に垂直な断面図である。 一実施形態に係るシリンダブロックの等角図である。 高圧バルブカセットの第１の実施形態を通る、等角断面図、特角図及び断面図である。 高圧バルブカセットの第２の実施形態を通る、等角断面図、特角図及び断面図である。 高圧バルブカセットの第３の実施形態を通る、等角断面図、特角図及び断面図である。 シリンダブロックにはたらく力を示す、シリンダブロックを通る径方向の断面図である。

図１及び２に示すように、風力発電装置（再生可能エネルギー源（ここでは風）から電力を生成する再生可能エネルギー型発電装置の一例である）は、本体２を含むナセル１を備える。本体内部には、複数のタービンブレード８が取り付けられたロータ６に連結された油圧ラジアルピストンポンプ４が取り付けられている。ロータ６は回転して、ポンプの回転部１２に連結された回転シャフト１０によりポンプを駆動する。

風力発電装置の運転中、ポンプは、低圧流体タンク１６に連通する低圧マニホールド１４から受け取った作動油を加圧し、高圧アキュムレータ２０と連通する高圧マニホールド１８へ加圧した作動油を出力する。油圧モータ２２（図１には２つの油圧モータ２２が示され、図２にはそのうちの一方が示される。）は並列に接続され、高圧マニホールドから作動油を受け取り、その加圧された流体を、駆動シャフト２５を介して各発電機２４を駆動するためのエネルギー源として用いる。

図３に示すように、油圧ポンプは、回転シャフト１０を介してロータに連結された、内側の回転部１２と、前部及び後部エンドプレート２６Ａ，２６Ｂを含む外側の固定部と、前部及び後部エンドプレートの間に延在する複数のシリンダブロックとを備える。シリンダブロックは、往復運動可能にこれに取り付けられたピストンとともにシリンダを画定する。内部の回転部は、軸３０の周りを回転し、また、シリンダ内を往復運動するようにピストンを駆動するカムを含む。外側の固定部は、回転シャフトを介して受けるトルクを吸収するが軸３０に垂直な方向での油圧ポンプの多少の動きを許容する油圧トルク支持体を用いたトルクアーム１６（支持体として機能する）を介してシャーシ１４に取り付けられる。油圧トルク支持体は、例えば、ドイツのESM Energie und Schwingungstechnik Mitsch GmbH of
Rimbach-Mitlechternから入手できる。当業者は、別の実施形態において、内側部分が固定され、外側部分が内側部分に対して回転可能であってもよいことを理解するであろう。

シリンダブロック２８は、軸３０の周りに周状に分散配置され、シリンダブロックの各々は、半径方向ボルト穴３２を通って延在する半径方向ボルト及び軸方向ボルト穴３４を通って延在する軸方向ボルトを用いて前部及び後部エンドプレートの間に保持される。軸方向ボルト穴は、全体が１つのブロックの内部に設けられてもよいし、２つの隣り合うブロックの間にわたって設けられてもよい。複数の半径方向ボルトは、ともに、運転中にシリンダブロックの中でのピストンのシリンダへの作用から生じる半径方向外側向きの力を超える力を半径方向内側方向に与えるように、十分な張力が加わるようになっている。軸方向ボルトは、軸方向に離れた構成要素を結合して、例えば、シリンダやエンドプレートの重量や、シリンダブロック内においてプリロード力等から生じる力に耐え、それによりシリンダブロックの曲げやねじりに耐えるという点で構造的に重要である。軸方向ボルトは、組立て段階において、エンドプレートをブロックに対して軸方向にクランプするという重要な役割を有してもよい。シリンダブロックは、半径方向及び軸方向のボルトを取り外し、半径方向に取り除くことで個別に取り外し可能であってもよい。シリンダブロックは、シリンダブロックの調査、修理又は交換のためだけでなく、カムにアクセスするために取り外し可能であってもよい。

図４はシリンダブロックの等角図であり、図５は同じシリンダブロックを半径方向外側から見た平面図であり、図６は別のシリンダブロックの横断面図であり、図７は２つの周方向に隣り合うシリンダブロックの横断面図である。図８は図４に示すシリンダブロックの横断面図であり、図９は同じシリンダブロックの等角図である。図６及び７に示すシリンダブロックは、１つの共通の軸方向延在部が存在するのではなく、周方向に隣り合うシリンダの間に２つの高圧流路の軸方向延在部が存在する点で、図４，８及び９に示すシリンダブロックとは異なる。高圧バルブカセットは、図６のシリンダブロックの中に示されるが、図７及び８のシリンダブロックには示されない。

これらの図に示されるように、シリンダ３６は、シリンダからまっすぐ半径方向外側に延び、低圧バルブ（不図示）を受け入れるキャビティ（空洞）として機能する低圧ポート３８を備える。低圧マニホールド１４は、シリンダブロックの半径方向外側面４２の周りの通路として形成され、この構成により、空隙容積を低減してシリンダブロックの強度を維持しながら、シリンダが低圧バルブを介して低圧マニホールドと連通することが可能となる。

高圧流体をシリンダから受け取るために、また、高圧流体を高圧マニホールドに供給するために、シリンダブロックは、高圧バルブ４８を介して高圧マニホールドとシリンダ３６Ａ，３６Ｂとの間に延在する複数の高圧流体流路４４，４６をさらに備える。高圧流体流路は、端面４０に向かって軸方向に延びる軸方向延在流路４４（高圧流体流路の軸方向延在部として機能する）を含む。しかしながら、好ましくは、高圧流体流路は端面に開通しているのでなはく、高圧流体流路の軸方向延在部を形成するために用いられる穿設穴は、端面の隣で蓋がされ、高圧流体流路の軸方向延在部は軸端を有し、この軸端からシリンダブロックの半径方向内側面４９にある高圧ポート４７に向かって、高圧流体流路の接続部４３が半径方向に延び、高圧ポートは高圧マニホールドの対応するポートとともに密封接続を形成する。それらは半径方向内側を向いているため、シリンダブロックは、スライド動作を伴うことなく、高圧ポートにおけるシール（不図示）の損傷を回避しながら、半径方向外側に取り外すことができる。図６及び７に示す実施形態では、２つの高圧流体流路の軸方向延在部が、周方向に隣り合うシリンダ３６Ａ，３６Ｂのペアの間に存在し、図４及び８に示す実施形態では、より大きな直径を有し、単一の高圧流路の軸方向延在部として機能する単一の高圧穿設穴４５が、周方向に隣り合うシリンダのペアの間に存在する。上述したように、高圧穿設穴は軸面を通って延び、軸面においてキャップ（不図示）を用いて蓋がされており、高圧流体が端面を通り抜けて出ずに、９０度曲がって高圧流体流路の接続部４３及び高圧ポート４７を通ってシリンダブロックから半径方向に出るようになっている。

第１及び第２の周方向に離れたシリンダ３６Ａ，３６Ｂの双方に流体を供給する高圧流体流路の軸方向延在部は、各ブロックの第１及び第２のシリンダ円周角の間の数値を有する円周角に位置する。この構成は、各シリンダについて、高圧流体を供給する高圧流体流路の軸方向延在部を１つ、軸周りにおいて相対的に各シリンダに対して同一の方向に設ける場合に得られるであろう配置よりも、より強固でよりコンパクトな配置を提供する。仮に、高圧流体流路の軸方向延在部が、相対的に各シリンダに対して同一の方向に（円周を囲む各シリンダの間に１つ）設けられた場合、１つの高圧流体流路の軸方向延在部は、周方向に隣り合うシリンダの各ペアの間に存在することとなる。その代わりに、高圧流体流路の軸方向延在部は、図６に示されるように、ポンプの円周周りにおいてシリンダとシリンダの間に１つおきに設けられる。この配置とすることでよりコンパクトなシリンダブロックを提供することが可能となる。図５を見ると、仮に、図示された２つのシリンダの左側又は右側に高圧流体流路の軸方向延在部が設けられた場合には、シリンダブロックは、より幅を大きくせざるを得ず、よりコンパクトでない構成となることがわかる。さらに、軸方向流路が周方向に隣り合うシリンダブロックの間に１つおきのみに存在する結果としてというよりも、軸方向流路が各周方向に隣り合うシリンダブロックの間に存在する結果として、シリンダブロックの強度が弱くなる。

図４からは、固定目的のための開口（ボルト穴）を除けば、低圧ポートはシリンダブロックの半径方向外側面に存在する唯一の開口であることがわかる。高圧ポートは、シリンダブロックの半径方向内側面４９に存在し、半径方向外側面に向かって延びていないので、低圧ポートと低圧ポートの間に、ポートによって途切れない半径方向外側面の軸方向延在列５１が存在する。このため機械的強度が向上する。

シリンダは格子状に設けられ、軸方向に離れて配置されるバンクを形成し、典型的には、各軸方向高圧流体流路は、異なるバンクに属する、軸方向に離れて配置されるシリンダ列と連通する。各シリンダブロックにおいて周方向に隣り合うシリンダの数は、２よりも大きくてもよい。例えば、軸方向に離れた２つのシリンダのバンクが図３に示されるが、図４に示すシリンダブロックは、組み立てられて、軸方向に離れた４つのシリンダのバンクを備えるポンプを形成する。

高圧バルブは、それぞれが円周方向を向く、ＨＰＶ（高圧バルブ）カセット５２を受けるためのエンドストップ６６に向かってばね５４により付勢される、窒化ケイ素からなる球体のバルブ部材を備えるチェック弁である。チェック弁は、背中合わせで、逆方向に開くように設けられる。２つのチェック弁が周方向に隣り合うシリンダの間に存在するこの配置により、コンパクトで強固なシリンダブロックが提供される。高圧バルブは、図６には示されるが、図７及び８には示されない。

都合のよいことに、２つの高圧チェック弁は、図１０に示すカセット５６の形で製造することができる。図９に示す実施形態に関しては、カセットとナットは別々のパーツである。まずカセットを挿入し、それからナットを挿入してねじ込んでプリロード力を加える。カセットは、バルブ部材５０、バルブシート５２及びばね５４を含むチェックバルブの双方を含む。カセットは、使用時にその内部にカセットがフィットする流路の内壁とともに各バルブのためのチャンバ６０を画定するケージ５８を画定し、ブリージング（息継ぎ）ポート６２を含む。ブリージングポート６２を通して高圧流体流路からの高圧流体がカセットから出ることができる。ケージ内の外側ポート（バルブシート外側のケージ部分）が低圧バルブと連通する流路及びシリンダと連通する流路と並んでいることは重要である。カセットは、このアラインメントを補助するために外側に位置するキーを備えていてもよい。チャンバとチャンバの間には流路６４も存在する。別の構成では、ブリージングポートは１つのチャンバの中に延び、チャンバ間の流路を用いて高圧流体を他方のチャンバから受け取る。

カセットは、周方向に延在する直線状流路４６を通して挿入することで容易に製造時にフィットさせることができる。直線状流路は、カセットと係合するカセット保持部６８と（カセットを用いない実施形態では、この部分は、高圧バルブと係合する高圧バルブ保持部となる）、キャップ固定部７０を含む。ナット６１は、カセットを固定子カセットにプリロード力を加えるためにカセットの後に挿入され、キャップ（ナットよりも大きなねじ外径を有する）は、カセットが挿入される周状の穿設穴を密封するためにキャップ固定部７０に導入される。

キャップ固定部７０の直径は、キャップ固定部と高圧バルブカセット又は各シール部材（Ｏリング）（不図示）との間で干渉することなく、また、カセット（又は高圧バルブ）をキャップ固定部７０を通してねじ込む必要をともなわずに、カセット（又は、高圧バルブがカセットの中に形成されない実施形態においては、高圧バルブ）の挿入を許容するために十分大きい。

キャップ固定部の雌ねじの内径は、高圧バルブカセット（又は高圧バルブ）の外径よりも大きく、また、その内径は、カセット保持部６８よりも大きい。直径の差は、カセット（又は高圧バルブ）のねじ山とキャップ固定部のねじ山との間で相互作用が無ければ（挿入時には）十分である。

キャップ固定部７０は、キャップの外径のねじ山を固定できるように対応するねじ山が設けられてもよい。他の実施形態では、キャップ固定部はねじ山がつけられていなくてもよく、キャップは、隣り合うブロックからの支持により組み立てられた位置に保持されてもよい。カセット（又は高圧バルブ）固定部は、高圧バルブの外径のねじ山を固定できるように対応するねじ山が設けられていてもよい。
キャビティの各端部には、シール部７２が設けられる。シール部の直径は、キャビティの各端部において等しくてもよい。カセット内の一方のバルブが開いて（他方が閉じて）いるときに、ナット及びカセットの他方の端部に作用する油圧による力が不均衡となるため、このことは重要である。直径がそろっていることは、カセット内の両方のバルブが開いているときに力の不均衡がないという点においても重要である。

カセットの最内端よりも最外端においてシール部の径が大きいと、力の不均衡が進展する。ポンピング作動時に生じるナットに作用する合力の不均衡は、低減されることが理想的である。したがって、２つのシール部の直径を可能な限り同一に、又は同一に維持することが好ましい。直径に差が有る場合、直径の差が大きいほど、合力の不均衡が大きくなり、その結果ナットにピークの力が加わる。合力は、２つのピストンの作動サイクルを通して変化し、一方又は他方のシリンダが加圧されるが、両方のシリンダが加圧されていないときに不均衡が生じる。

ナットにより加えられるプリロード力は、反対向きの合力以上の大きさとなるように（設置時に）設定される。そのような反対向きの力は、主に、不均衡な油圧の力の合力である。

シール部が同一の直径を有する実施形態では、カセットはどの方向においてもフィットさせることができ、カセットは対称形である。対称形のカセットを設けるということは、コストを節約できるということであり、カセットを逆さまにフィットさせることができないということを意味する。

図６及び７に示す実施形態では、周方向に隣り合うシリンダのペアの間に２つの軸方向高圧流体穿設穴が設けられ、両方の流路は、高圧流体が各シリンダのペアから出るための通路を与える。しかし、周方向に隣り合うシリンダのペアの間に２つの高圧流体流路の軸方向延在部が存在する他の実施形態では、各流路はシリンダのペアのうちの各一方から高圧流体を受け取ってもよい。

図１１は、回転軸を通る面におけるシリンダブロックの断面図である。図１１に示す実施形態では、カセットとキャップとが統合された（結合した）パーツであるが、それらの間にスイベル７４が備えられる。まず統合ユニットが挿入され、それから、プリロード力を与えるためにキャップがねじ込まれる。図１２に示すように、運転中、シリンダブロックは、ピストンからの半径方向外向きの力７８と、軸方向ボルトからの半径方向内向きの反対向きの力８０を受けている。シリンダブロックは、固定されたエンドプレート２６Ａ及び２６Ｂの肩部８２において支持される。

図１２に示す実施形態では、カセットとナットは統合された（結合した）パーツである。統合ユニットが取り付けられ、そして、（図９に見られるような六角穴の代わりに）ナットをねじ込むため、また、プリロード力を加えるために、トルクツールと係合可能な複数の軸方向穴が設けられる。スイベルが存在するため、ナットが締められる前に外側ポート７６を周状の高圧流体流路と整列させることができる。

シリンダブロックは、応力や歪みが存在しない中立軸８４を有するように設計される。シリンダブロックは、製造される前に、当業者に知られているコンピュータモデリングプログラムを用いて設計される。シリンダブロック材料の半径方向の分布は中立軸の位置に影響を与え、シリンダブロックの半径方向外側部分により多くの材料が存在すると、中立軸の位置が半径方向外側に移動する。これは強固な構造を提供し、Ｉ形鋼（Ｈ形鋼としても知られる）の形状がガーダにおいて通常用いられるのと共通している。

シリンダブロックの、半径方向の最も外側及び半径方向の最も内側の部は、空隙容積が比較的小さく（半径方向外側に延びる低圧流体流路に占められる容積のみであるかもしれない）、Ｉ形鋼（又はＨ形鋼）の形状のフランジ部分を形成する。そして、シリンダ、高圧流体流路及び高圧バルブのために必要な容積から生じる空隙部分は、半径方向において中間部に位置しており、Ｉ形鋼（又はＨ形鋼）の構造においてその場所は、構造的完全性の重要性が高くない。高圧バルブを中立軸の近くに位置させることで、シリンダブロックの強度や曲げやねじりの力への耐性に対する影響が減少する。好ましい実施形態では、高圧バルブは中立軸に平行であり、かつ中立軸と重なる。

典型的には、シリンダブロックは、金属鋳物として形成される（必要に応じて切削で形成してもよい）。したがって、空隙容積を低減して、所定の外径を有するシリンダブロックに存在する金属の量を増加させることで、また、高圧及び低圧流体流路の構成を選択することで、シリンダブロックの強度を向上することができる。これにより信頼性と寿命を改善することができ、又は、一定のシリンダサイズと出力スループットに対し、シリンダブロックを小型化することができ、ポンプの容積及びコストを低減し、効率を増加させることができる。

本明細書に開示される発明の範囲において、さらなる変更や変形がなされてもよい。

１ ナセル
２ ナセル本体
４ ポンプ
６ ロータ
８ タービンブレード
１０ 回転シャフト
１２ ポンプの回転部
１４ 低圧マニホールド
１６ 低圧流体タンク
１８ 高圧マニホールド
２０ 高圧アキュムレータ
２２ 油圧モータ
２４ 発電機
２５ 発電機駆動シャフト
２６Ａ，２６Ｂ 前部及び後部エンドプレート
２８ シリンダブロック
３０ 軸
３１ 円周角
３２ 半径方向ボルト穴
３４ 軸方向ボルト穴
３６Ａ，３６Ｂ シリンダ
３８ 低圧ポート／低圧バルブのためのキャビティ
３９ 低圧バルブ
４０ 端面（軸方向）
４２ シリンダブロックの半径方向外側面
４３ 高圧流体流路の接続部
４４ 高圧流体流路の軸方向延在部
４５ 高圧穿設穴（軸方向）
４６ 高圧流体流路の周方向延在部
４７ 高圧ポート
４８ 高圧バルブ
４９ 半径方向内側面
５０ バルブ部材
５１ 不断の半径方向外側面の列
５２ ＨＰＶカセットを受けるための周方向向きのエンドストップ
５４ ばね
５６ カセット
５８ ケージ
６０ チャンバ
６１ ナット
６２ ブリージングポート
６４ 流路
６６ 高圧バルブのためのエンドストップ
６８ カセット又は高圧バルブ固定部
７０ キャップ固定部
７４ スイベル
７６ ケージの中の外側ポート
７８ ピストンからの半径方向外側向きの力
８０ 軸方向ボルトからの半径方向内側向きの力
８２ エンドプレートの肩部
８４ 中立軸

Claims (20)

1. 再生可能エネルギー源から電力を生成する再生可能エネルギー型発電装置であって、
   ナセルと、
   少なくとも１つのロータブレードが取り付けられるハブと、
   前記再生可能エネルギー源からのエネルギーを受けて回転する前記少なくとも１つのロータブレードと、
   前記ハブに連結する回転シャフトと、
   前記回転シャフトに連結され、前記回転シャフトの回転により駆動されるポンプと、
   前記ポンプからの圧油により駆動される少なくとも１つのモータと、
   前記少なくとも１つのモータに連結される発電機と、を備え、
   前記ポンプは、
   支持体により前記ナセルに連結される静止部及び前記回転シャフトに連結され軸周りを回転可能な回転部と、
   前記軸の周りに延在する１以上のシリンダブロックと、
   前記１以上のシリンダブロックの周りに延在する低圧マニホールドと、
   高圧マニホールドと、を含み、
   前記１以上のシリンダブロックは、
   前記軸の周りに周状に分散配置される複数のシリンダと、
   １以上の高圧流体流路であって、これを通じて前記シリンダが少なくとも１つの高圧バルブを介して前記高圧マニホールドと連通する高圧流体流路と、
   複数の低圧流体流路であって、これを通じて前記シリンダが少なくとも１つの低圧バルブを介して前記低圧マニホールドと連通する低圧流体流路と、を含み、
   前記低圧流体流路は、各シリンダから前記シリンダブロックの半径方向外側面に向かって半径方向外側に延在し、
   前記１以上の高圧流体流路は、これを通じて周方向に隣り合うシリンダのペアが高圧マニホールドと連通し、前記高圧流体流路は、前記周方向に隣り合う前記ペアのシリンダの円周角の間の数値を有する円周角において前記シリンダブロックの端面に向かって軸方向に延在する軸方向延在部を有することを特徴とする再生可能エネルギー型発電装置。
2. 前記周方向に隣り合うシリンダの少なくとも１つのペアに対して、さらに周方向に隣り合うシリンダが存在し、
   前記シリンダのペアと前記さらなるシリンダとの間の円周角には、前記シリンダブロックの前記端面に向かって軸方向に延在する高圧流体流路の軸方向延在部は存在しないことを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
3. 前記複数のシリンダは、周方向に離れた複数のシリンダ列の形で配置され、前記シリンダ列の各々は、前記シリンダのペアが前記シリンダ列のペアの中に存在するように、軸方向に離れた複数のシリンダを含み、
   前記シリンダ列の各々の一部又は全てのシリンダは、共通の高圧流体流路の軸方向延在部を通じて高圧マニホールドに連通し、前記共通の高圧流体流路の軸方向延在部は、前記シリンダのペアの前記円周角の間の数値を有する円周角において前記シリンダブロックの前記端面に向かって軸方向に延在することを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
4. 前記周方向に隣り合うシリンダのペアは、前記周方向に隣り合うシリンダのペアの円周角の間の数値を有する円周角において前記シリンダブロックの端面に向かって軸方向に延在する、単一の前記高圧流体流路の軸方向延在部を通じて高圧マニホールドに連通することを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
5. 前記周方向に隣り合うシリンダのペアの各々は、別々の高圧流体流路の軸方向連通部に連通し、前記軸方向延在部は、前記周方向に隣り合うシリンダのペアの円周角の間の数値を有する円周角において前記シリンダブロックの各々の端面に向かって軸方向に延在することを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
6. 前記１以上のシリンダブロックは、半径方向内側面と、前記半径方向内側面に存在する１以上の高圧流体ポートと、を有し、前記シリンダは、前記高圧流体ポートを通じて、前記高圧流体流路の前記軸方向延在部及び前記高圧流体流路の１以上の前記軸方向延在部の軸端から１以上の前記高圧流体ポートに延びる前記高圧流体流路の接続部を介して前記高圧マニホールドと連通することを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
7. 前記高圧流体流路の前記接続部は、前記１以上の高圧流体流路の前記軸方向延在部から各シリンダブロックの半径方向内側面の１以上の前記高圧流体ポートに半径方向に延びることを特徴とする請求項６に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
8. 前記高圧流体流路の前記軸方向延在部は、前記周方向に隣り合うシリンダの前記ペアのうち、前記シリンダブロックのエンドプレートに最も近い部分よりも、前記シリンダブロックの前記エンドプレートにより近い軸端に延びることを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
9. 前記ポンプを前記ナセルに連結する前記支持体は、前記ポンプが前記回転シャフトの前記軸に垂直な方向にいくらか変位することを許容しながら、前記回転シャフトにより前記ポンプに加わるトルクに反作用を及ぼすことを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
10. 前記ポンプは第１エンドプレート及び第２エンドプレートを含み、
    前記１以上のシリンダブロックは前記第１エンドプレートと前記第２エンドプレートの間に延在し、
    前記支持体は、前記第１エンドプレートに直接連結され、前記第２エンドプレートには直接接続されず、
    前記シリンダブロックの各軸方向穴を通じて前記第１エンドプレートと前記第２エンドプレートを接続するための複数の軸方向ボルトが設けられることを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
11. 前記１以上のシリンダブロックは、曲げによる応力及び歪みがゼロである中立軸を有し、前記高圧流体流路の前記軸方向延在部及び／又は高圧バルブは前記中立軸に近い又は前記中立軸と重なることを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
12. 前記高圧バルブは、前記中立軸と平行であり、かつ、前記中立軸と重なることを特徴とする請求項１１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
13. 前記シリンダブロックは、前記周方向に隣り合う２つのシリンダの半径方向外側であって、前記周方向に隣り合うシリンダの各々に関連する前記低圧流体流路の円周角の間の数値を有する円周角に位置する少なくとも１つの前記高圧バルブを含むことを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
14. 前記シリンダブロックは、前記周方向に隣り合う２つのシリンダの各々と前記１以上の高圧流体流路との間の高圧流体の流れを調節する少なくとも１つの高圧バルブを含むカセットを備え、
    前記カセットは、前記周方向に隣り合うシリンダの半径方向外側であって、前記周方向に隣り合うシリンダの各々に関連する前記低圧流体流路の間の円周角に位置することを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
15. 前記カセットの各々は、前記周方向に隣り合うシリンダのうちの各一方から前記１以上の高圧流体流路のうちの１以上への高圧流体の流れをそれぞれ調節するための２つの高圧バルブを備え、各高圧バルブはチェック弁であることを特徴とする請求項１４に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
16. 前記カセットの各々は、２つのばねと、２つのバルブ部材と、２つのバルブシートと、１つのバルブハウジングを備え、これらにより２つの高圧チェック弁を形成することを特徴とする請求項１４に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
17. 前記複数のシリンダは、前記軸の周りに延在するシリンダのバンクを少なくとも１つ備え、前記回転シャフトが回転する間、前記少なくとも１つのバンクの前記複数のシリンダは異なる位相で作動されることを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
18. 前記再生可能エネルギー型発電装置は風力発電装置であることを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
19. 請求項１乃至１８の何れか一項に記載の発電装置のシリンダブロックとして用いるのに適したシリンダブロックの製造方法であって、
    シリンダブロック内の応力及び歪みのシミュレーションを行い、
    前記シリンダブロックの設計は、前記シリンダブロックが中立軸を有し、前記高圧バルブが前記中立軸と平行であり、かつ、前記中立軸と重なるように位置するように選択され、
    前記シリンダブロックの設計はその後完了され、シリンダブロックが前記設計に従って製造されることを特徴とするシリンダブロックの製造方法。
20. 前記中立軸に近い又は前記中立軸と重なる前記高圧流体流路の前記軸方向延在部及び前記高圧バルブを設けることを含む請求項１９に記載のシリンダブロックの製造方法。

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