JP2016500464A - 係留ブイ - Google Patents

Abstract

第一電気ケーブル（９）を有する浮遊容器を係留させるため、海で固定されるブイであって、円筒形状の中空体（１）を含み、機械的な係留装置（５）と、高電圧電力の送信のためにリング部（１５）とブラシ部（１６）を有するスリップリング構造（４）とを備える。機械的な係留装置は、ブイの周りに回転自在に取り付けられるガードル（６）を含み、かつスリップリング構造は、リング形状のダイビングベル構造（１７）を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、海で浮遊する工業用プラントの係留に関する。より詳細には、本発明は、海で浮遊する工業用プラントを係留させるためのブイに関する。特に本発明は、浮遊する風力タービンプラントシステム用の係留ブイに関する。より具体的には、本発明は、浮遊容器から固設構造へまたはこの逆に、高電圧電力を送信するためのスリップリング構造を備えた係留ブイに関する。

スリップリング構造は、固設部と可動部を含む。これら部品の一方は、一つまたは複数の導電リングを含み、他方の部品は、これらリングと接触する等しい数のブラシのセットを含む。このブラシ構造は、複数のトレーリングブラシセットを含んでいてもよい。即ち、リング部またはブラシ部は、それぞれ、固設部または可動部を構成していてもよい。

なお、当該明細書では、高電圧は、１２から３６キロボルトまでを意味することを理解されたい。通常、発電プラントは約６ＭＷを生成するが、これは、スリップリング構造は１００から３００Ａまたはそれ以上を送信するように構成される必要があることを示唆する。このような電気スイベルの出力定格は高くなくてはならず、それは、相毎に３５ＫＶと６００ａｍｐｓの三相発電が状況により要求され得るからである。

沖の設備用の電力源として、発電能力を備えた浮遊容器が使用されている。このような容器は、発電用に用いられる浮遊する風力タービンプラントをも含む。この容器は、ブイに対して係留されていてもよい。そして、ケーブルは、ブイから電力が必要とされる場所へ延出される。海底に対して固定（アンカー）手段によって固定されるブイに関して、波と潮とが浮遊容器を風見状に揺れ動かす。このため、この容器上で生成された電力を非回転ケーブルに送るために、電気スイベルが必要とされている。

固定されたブイ内にスリップリング構造を取り付けて、浮遊する発電容器からの電力を沖の設備へ送るために用いることがある。上記設備にスリップリングを接続するため、サブシーケーブルが用いられている。スリップリングは電気スイベルとして作用して、必要に応じて、浮遊容器をブイの周りで風見状に揺れ動かしている。スリップリングは、複数の高電圧電力相を、リングのオープンスタックを通って、サブシーケーブルに接続されている離間したブラシに伝導する。天候状態が厳しいと、このスイベルが水によって洗浄され得るため、リングおよびブラシ構造は、内部に入り込む水からの保護を必要としている。

公知のスリップリング構造では、リング部とブラシ部を容器内に配置している。そして、内部にリングスタックを置く容器を、電気絶縁油で完全に充填させている。この絶縁油の有するブレークダウン電圧（破壊電圧）は、空気のブレークダウン電圧よりも４倍以上大きい。このため、この組立体は、そうでない場合と比べて、より小さな寸法を有することができる。この絶縁油は、室を空にすることなく、サンプルされ、ろ過され、かつ変更することができる。アクセスポートと視認窓を用いることで、外を覆うハウジングを取り外すことなく、リング上でさらなるメンテナンスを行うようにしてもよい。なお、より大きなスリップリング構造では、より大きなオイル容量が求められている。

高電圧スイベルの公知の構造では、長軸の周りに円筒形状室を定める環状の外側エレメントと、該外側エレメントと同軸上で、かつ前記長軸の周りで外側エレメントに対して回転自在な円筒形状の内側エレメントとを含む。これら内側エレメントと外側エレメントは、それぞれ、２つの軸方向に配置された導電体を含み、これら導電体は、内側エレメントと外側エレメントとともに回転自在になっている。これら導電体は、互いに電気接触する接触面とともに配置された２つの対を形成する。各対の一つの導電体は内側エレメントに備えられる。他方の導電体は外側エレメントに備えられて、対応する電圧線に対して接続される。この電圧線は、それぞれ入力端子と出力端子まで延在する。これら導電体は、絶縁材料によって囲まれる。

米国特許第４２５２３８８号明細書には、海で高電圧三相電力を送信するための従来公知の高電力スリップリング構造が開示されている。このスリップリング構造は、発電容器から沖の設備にまで電力を送るために、ブイ内に取り付けられたスリップリングを含む。ブイで係留される容器は、風や流れの状況に応じて、ブイの周りで風見状に揺れ動くことができる。内部エレメントであるローター（回転子）の導電体は環状プレートであって、絶縁性の支持ブラケットの中央フレーム上に、ワッシャ状の絶縁性の仕切り（バリア）と交互に取り付けられている。外部エレメントであるステータ（固定子）の導電体は、ブラシホルダ内に取り付けられたカーボンブラシによって備えられて、ローターの接触部の導電性銅製リングと接触する。オープン・リング・スタックによって、高絶縁性の電気絶縁油がスタックを通るように巡回して、絶縁体として空気を使う場合と比べて、より小さな寸法を可能にしている。

米国特許第７１３７８２２号明細書には、従来公知の高電圧スイベルが開示されているが、この目的は、比較的高電圧で操作できる、コンパクトで信頼性のある構造の高電圧スイベルを提供することである。この高電圧スイベルの開示例では、環状の剛体の外側絶縁リングの溝内に、外部エレメントの電気接触部を備えている。絶縁リングの形状として、剛体の絶縁材料を用いることで、高い絶縁強度を得ることができ、このため、例えば、３９５Ａの公称電力で、３３ｋＶまでの電圧のように、電気接触部上で高い電圧が可能になる。さらに、剛体の絶縁材料を用いることで、スイベルの寸法と重量を削減することができ、これによって、タレット・スイベル・スタック上での曲げモーメントの制限を助けことができる。電気接触部の磨耗から生じる粒子によって、絶縁材料が汚されることを減らすことで、スイベルの耐用寿命中、絶縁特性が保たれる。

実施形態の一つでは、外部エレメントおよび内部エレメントの導電体は、環状の接触面を含む。公知のカーボンブラシに替えて、リング形状の接触面を用いることで、例えば１１ｋＶの場合に内部で利用され得る、スイベル内の絶縁油の汚染を避けることができる。絶縁油は、過度の圧力、過度の温度、および漏れから、ブックホルツ継電器ユニットにより保護されるが、このユニットは、絶縁油の熱に起因する膨張と縮小に対応するように補償ブラダを含む。このスイベルは、例えば、３９５Ａまたはそれ以上の電流で３３ｋＶのような高電圧に適する。

米国特許第６２９４８４４号明細書には、従来公知の複数のプラットホーム上に骨組み（フレームワーク）を含む人工の風力タービン島について開示している。各プラットホームは、軸受（ベアリング）を用いて、回転自在のフロートに接続されている。接続部は、軸受を介して、固定されたフロートに接続されている。この固定されたフロートは、複数の固定ケーブルを用いて、海や湖の底に固定されている。接続部は、軸受を介して、固定されたフロートに関して、自由に回転することができる。

風力エネルギーを電気エネルギーに変換するために、風力発生設備が設備に関連付けられている。この設備は、実質的に水平方向の軸に関して回転する羽（ベーン）を備えた複数の風力タービンを含む。この軸は、ゴンドラ内で軸受内に支持される。このゴンドラは、電気発生器も収容している。この水平方向の軸は、互いに対して実質的に平行に延在して、前記羽が実質的に同一平面内で回転するようにしている。フロート本体が骨組みに対して取り付けられていて、設備を浮遊したまま保つように機能している。

米国特許第４２５２３８８号明細書 米国特許第７１３７８２２号明細書 米国特許第６２９４８４４号明細書

本発明の主要な目的は、浮遊容器に水面下の接続を提供する係留ブイを改良することである。

この目的は、独立請求項１の特徴部によって特徴付けられるブイまたは独立請求項８のステップによって特徴付けられる方法による本発明により達成される。好適な実施形態は、各従属請求項に記載されている。

本発明では、係留ブイはスリップリング構造を含むが、当該構造は、ダイビングベル構造によって形成されるエアーポケット内に収容される。このダイビングベル構造は、底部でのみ開口する気密室を含む。水中に沈むとき、空気の容量がこの室内に捕らえられるため、この室内に水が侵入することが防がれる。スリップリング部は、エアーポケットの上部にて絶縁体により保持され、かつブラシ部は、底の開口部からエアーポケット内に挿入される。従って、この室の内部の電気部品は、空気絶縁される。

本発明の実施形態の一つでは、エアーポケットを保持する室は、係留ブイを囲むリング構造として構成される。このリング形状の室は、内壁、外壁および天井を含む。内壁は、ブイの外側の一部を含む。外壁は、リング形状の天井によってブイに対して密着して固定される安定用スカート（ｓｔａｂｉｌｅ ｓｋｉｒｔ）を含む。従って、内壁と外壁と天井は、ブイの周りに環状のエアーポケットを形成する。実施形態の一つでは、電力の各相用のスリップリングは、エアーポケットの上部で絶縁体によって保持される。このスリップリングは、気密通路によってブイの内部に導かれる電気ケーブルに対して接続される。ブラシ部は、リング形状の室の下方でガードル構造に対して固定される。このガードルは、ブイの周りに回転自在に取り付けられて、容器を係留させる構造を含む。

実施形態の一つでは、係留ブイは、固定手段によって海底に固定される。少なくとも３つの固定ケーブルが、ガードルのすぐ下にあるブイの周りの固定点に対して取り付けられる。実施形態の一つでは、ブイは空気取入れ手段を有し、これによって、ブイは、海中で上昇されたり下降されたりすることができる。係留状態では、ガードルが海面の上方に位置するように、ブイを水中で上昇させることができる。よってブイに対して浮遊容器を容易に機械的および電気的に係留させることができる。ブイに対して浮遊容器を機械的に係留させることで、容器から送られる電気ケーブルをガードル上のブラシ部に対して防水接続装置を介して接続することができる。実施形態の一つでは、ブラシ部は容器の係留設備の一部であって、室内のスリップリングと接触するように上昇される。

本発明の第一の態様として、電気ケーブルを有する浮遊容器を係留させるため、海で固定されるブイによって、上記目的を達成する。このブイは、円筒形状の中空体を含み、機械的な係留装置と、高電圧電力の送信のためにリング部とブラシ部を有するスリップリング構造とを備える。機械的な係留装置は、ブイの周りに回転自在に取り付けられるガードルを含み、かつスリップリング構造は、リング形状のダイビングベル構造を含む。本発明の実施形態の一つでは、リング部はダイビングベル構造の内部に固定され、かつブラシ部はガードルに対して固定されて、下方からダイビングベル構造内に挿入される。実施形態の一つでは、リング部は複数のスリップリングを含み、かつブラシ部は等しい数のブラシを含む。実施形態の一つでは、リング形状のダイビングベル構造は、内壁、外壁、および天井部を含む。

実施形態の一つでは、上記内壁は円筒形状のブイの壁を含み、上記天井はブイの外面に対して取り付けられる平坦なリングを含み、かつ上記外壁は天井部から吊り下げられる安定用スカートを含む。実施形態の一つでは、容器から送られる電気ケーブルは防水接触装置によってガードル上に接続され、かつリング部を接続する電気ケーブルは防水通路によってダイビングベル構造の内壁を通る。実施形態の一つでは、ブラシ部は、複数の平行なトレーリングブラシを含む。

本発明の第二の態様として、ブイに対して高電圧電力を送信する電気ケーブルを有する浮遊容器を係留させる方法によって、上記目的を達成するが、このブイは円筒形状の中空体を含み、機械的な係留装置と、リング部とブラシ部を有するスリップリング構造とを備える。この方法は、ブイの周りにリング形状のダイビングベル構造を備えて、スリップリング構造を囲むようにし、ブイの周りに回転自在に取り付けたガードルによって、容器をブイに対して係留させ、かつケーブルをスリップリング構造に対して接続する、各ステップを含む。実施形態の一つでは、リング形状のダイビングベル構造を備える際、内壁、外壁、および天井部とから防水室を形成し、ダイビングベル構造の内部でリング部を固定させるとともに、ガードルに対してブラシ部を固定させることでスリップリング構造を囲み、かつブラシ部を下方からダイビングベル構造内に挿入させて、スリップリングと接触させる。

本発明の他の特徴と長所は、当業者ならば、添付した図を参照して、以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。添付の図は、以下の通りである。

本発明に係る機械的な係留装置とスリップリング構造を備えた係留ブイを示す図である。 本発明に係るスリップリング構造の断面図である。 係留ブイの実施形態の一部を三次元状に示した図である。

図１には、本発明に係るブイ（浮標）が示されている。このブイは、円筒形状の断面を有する中空体１を含む。このブイは、複数の固定用（アンカー）ケーブル２を用いて、海底に対して固定されている。図示した実施形態では、３本の固定ケーブルが用いられており、これらは等しい数の固定用取っ手３に対して接続されている。さらに、このブイは、スリップリング構造４と係留装置５を含む。この係留装置は、ブイ上に回転自在に取り付けられるガードル６を含む。このガードルによって、係留させた容器がブイの周りで循環状（エンドレス）に回転可能になる。図示した実施形態では、このガードルは、容器から延びる係留用腕部８を接続させるため、２つのピン７を含む。また、容器から延びる第一高電力ケーブル９が、図示していない接触装置によって、スリップリング構造に対して接続される。このスリップリング構造から送られる電力が、他端を岸の設備に接続させている第二高電力ケーブル１０によって送信される。図示した実施形態では、このブイは、作業の機能性や、ヘリコプターの着陸性のため、プラットホーム１１を含む。通常の位置では、海面Ｗは、上記係留装置とスリップリング構造の上方に位置する。従って、通常の位置では、係留装置とスリップリング構造の双方とも、水面下に配置される。

このブイ構造では、浮遊容器を水面下で係留させることで、この容器の挙動をより安定させることができるという事実を利用している。さもなければ、海の波が、好ましくない仕方で、容器のステムを上下動させることになる。水面下で係留させることによって、容器の挙動に対して、波が及ぼす影響をより小さくさせている。なお、容器を係留させるとき、このブイは、はじめ、中空体内に空気をポンプで送ることで上昇して、係留装置を海面よりも上方に位置させる。このため、海面上で、係留用腕部と第一ケーブルの接続作業を行うことができる。次に、このブイは、中空体から空気を排出させることで、本来の作業位置まで下降する。

図２には、上記スリップリング構造の断面図が示されている。このスリップリング構造は、リング部１５とブラシ部１６を含み、これらはリング形状のダイビングベル構造１７内に収容されている。図示した実施形態では、このダイビングベル構造は、内壁１９、外壁２０およびリング形状の天井２１を含む防水室１８を形成する。これら内壁と外壁は、下方に面するリング形状の開口部２２を形成する。ブラシ部は３つのブラシを含み、これらは剛体の絶縁体によってブラシ保持リング２３に対して固定される。このブラシ保持リングは、ブイの円筒形状面の周りに回転自在に取り付けられて、かつフォロアによって係留装置に接続される。これらブラシは、第一高電圧ケーブル９に対して接続される。図示した実施形態では、この第一ケーブルは三相をなす。しかしながら、このスリップリング構造では、任意の数の相を用いることができる。リング部は３つのスリップリングを含み、これらは、ブスバーを用いて、ブイの壁に取り付けられる絶縁体２４に対して取り付けられる。この絶縁体は、壁を通ってブイの内部に至る絶縁通路を形成し、これによって、スリップリングが第二高電圧ケーブル９に対して接続される。

海中に下降するとき、開口部２２を介して、スリップリング構造の防水室１８まで水が入り込もうとする。しかし、防水室によってエアーポケット２５が形成されるため、水の浸入は防がれる。ガス圧縮に起因して、室内のあるレベル２７まで水２６が上昇するが、この室のほとんどは空気で満たされる。海中でかなりの深さまでスリップリング構造が下降した場合でも、ダイビングベル構造によって、防水室に水が入り込むことを防ぐことができる。従って、この室内の電子部品は、互いに対して、空気絶縁される。海が厳しい状況だと、ブイが傾くことがあり、ある割合で室内に水が入り込むことがある。そのように侵入する水を防ぐように、外壁と内壁または室は、より深くなるように構成する。用心のため、空気取入れ口２８を導入して、これによって、室内に新鮮な空気を送り込めるようにしてもよい。

図３に示した実施形態では、第一高電圧ケーブルが係留装置５のガードル６に対して取り付けられている。この実施形態では、接触装置は用いられていない。第一ケーブルは、その一端部に複数のブラシを備える。これらブラシは、係留時に室内に挿入される。この実施形態では、ブラシ保持リング２３は、フォロア腕部２９によってガードルに対して接続される。

実施形態の一つでは、ブイの寸法は、直径が約４メートルである。固定用ケーブルは補強されたプラスチックまたは石炭繊維を用いて形成される。固定用ケーブルは、５００メートルの範囲内でもよい。この例では、スリップリング構造のリング形状の防水室は、約１２メートルの長さの通路状に形成される。

本発明の好適な範囲は、上述した実施形態に限定されず、当業者には自明の実施形態を含む。例えば、ブラシ部は、スリップリング構造を通る十分な非抵抗の接触路を確保するように、任意の数のトレーリングブラシを含んでいてもよい。ブラシ保持リングは、ブイが傾いたときに、室内への水の浸入を最小にするように、複数のバルクヘッド（隔壁）を含んでいてもよい。また、室の外壁は、金属の薄板の替わりに、ゴムのスカートを含んでいてもよい。さらに、ダイビングベル構造は、金属、ゴム、またはプラスチックなどの任意の製造可能な材料を用いて形成されていてもよい。

Claims (10)

1. 第一電気ケーブル（９）を有する浮遊容器を係留させるため、海で固定されるブイであって、円筒形状の中空体（１）を含み、機械的な係留装置（５）と、高電圧電力の送信のためにリング部（１５）とブラシ部（１６）を有するスリップリング構造（４）とを備え、
   前記機械的な係留装置は、前記ブイの周りに回転自在に取り付けられるガードル（６）を含み、かつ前記スリップリング構造は、リング形状のダイビングベル構造（１７）を含むことを特徴とするブイ。
2. 前記リング部は前記ダイビングベル構造の内部に固定され、かつ前記ブラシ部は前記ガードルに対して固定されて、下方から前記ダイビングベル構造内に挿入される、請求項１に記載のブイ。
3. 前記リング部は複数のスリップリングを含み、かつ前記ブラシ部は等しい数のブラシを含む、請求項１または２に記載のブイ。
4. 前記リング形状のダイビングベル構造は、内壁（１９）、外壁（２０）および天井部（２１）を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のブイ。
5. 前記内壁は前記円筒形状のブイ（１）の壁を含み、前記天井は前記ブイの外面に対して取り付けられる平坦なリングを含み、かつ前記外壁は前記天井部から吊り下げられる安定用スカート（２０）を含む、請求項４に記載のブイ。
6. 前記容器からの前記第一電気ケーブル（９）は、防水接触装置によって前記ガードル上に接続され、かつ前記リング部を接続する第二電気ケーブル（１０）は、防水絶縁体（２４）によって前記ダイビングベル構造の内壁を通る、請求項１から５のいずれか一項に記載のブイ。
7. 前記ブラシ部は、複数の平行なトレーリングブラシを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のブイ。
8. ブイに対して高電圧電力を送信する第一電気ケーブル（９）を有する浮遊容器を係留させる方法であって、前記ブイは円筒形状の中空体（１）を含み、機械的な係留装置（５）と、リング部（１５）とブラシ部（１６）を有するスリップリング構造（４）とを備え、
   前記ブイの周りにリング形状のダイビングベル構造（１７）を備えて、前記スリップリング構造を囲むようにし、前記ブイの周りに回転自在に取り付けたガードル（６）によって、前記容器を前記ブイに対して係留させ、かつ前記ケーブルを前記スリップリング構造に対して接続することを特徴とする、方法。
9. 前記リング形状のダイビングベル構造を備えることは、内壁（１９）、外壁（２０）および天井部（２１）とから防水室（１８）を形成し、前記防水室の内部で前記リング部を固定させるとともに、前記ガードルに対して前記ブラシ部を固定させることで前記スリップリング構造を囲み、かつ前記ブラシ部を下方から前記室内に挿入させて、前記スリップリングと接触させることを含む、請求項８に記載の方法。
10. 浅い水で浮遊する風力タービンプラントを係留させるための、請求項１から７のいずれか一項に記載のブイの使用、または請求項８または９に記載の方法。

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