JP2016539278A - セグメント化されたタワーおよび基礎部を有する風力タービン - Google Patents

Abstract

基礎部（５００）と、前記基礎部（５００）上に配置されかつ複数のタワーセグメント（１０２ａ）を含むタワー（１０２）と、を有する風力タービンを開示する。前記基礎部（５００）は、前記基礎部（５００）内に少なくとも部分的に成型されたタワー基部（２００）を含む。前記タワー基部（２００）は、少なくとも２つのセグメント（２６０、２４０、２３０、２２０）を有し、前記タワーの底部のタワーセグメント（１０２ａ）は、前記タワー基部（２００）の前記セグメント（２６０、２４０、２３０、２２０）と共に、特に緊張ロッド（３００）によって緊張されている。

Description

本発明は、風力タービンおよび風力タービンタワーに関する。

風力タービンのタワーは、通常、基礎部に載置される。

優先権が設定されたドイツ特許出願において、ドイツ特許商標庁が行ったサーチによって特許文献１〜９が特定された。

ＥＰ ２ ５１８ ２４０ Ａ１ ＤＥ １０ ２００８ ０１０ ６６０ Ｂ３ ＤＥ １０２ ２６ ９９６ Ａ１ ＪＰ ２０１０−２３６２２４ Ａ ＤＥ ６０３ １７ ３７２ Ｔ２ ＤＥ ２０ ２０１１ ００１ ６９５ Ｕ１ ＵＳ ２０１０／００２４３１１ Ａ１ ＤＥ １０ ２０１１ ０８５ ９４７ Ａ１ ＤＥ １０２ ３０ ２７３ Ｂ３

本発明の目的は、タワーと基礎部との接続が改良された、風力タービンおよび風力タービンのタワーを提供することである。

この目的は、請求項１に係る風力タービンおよび請求項７に係るタワーによって達成される。

基礎部と、複数のタワーセグメントを有し前記基礎部に載置されたタワーと、を有する風力タービンが提供される。前記基礎部は、前記基礎部内に少なくとも部分的に成型されたタワー基部を有する。前記タワー基部は、少なくとも２つのセグメントを有し、前記タワーの下部のタワーセグメントは、前記タワー基部の前記セグメントと共に、緊張要素（tensioning element）によって緊張されている。

本発明の一態様によれば、前記タワー基部の上部セグメントは、緊張ロッド（tensioning rod）を受け入れる複数の貫通ボア、貫通孔またはシースを有する円錐形セグメントを有する。前記貫通ボア、貫通孔またはシースは、前記タワー基部の縦方向に対して平行に伸張している。

本発明のさらなる態様によれば、前記下部のタワーセグメントの外径は、前記タワー基部の下端部の外径よりも小さい。

本発明の一態様によれば、前記風力タービンは、前記タワー基部の一部としてアンカーリングを有する。このアンカーリングは、前記タワー基部の一部として前記基礎部のコンクリートに埋設されている。前記緊張ロッドの第１の端部は、前記アンカーリング上で緊張されている。前記緊張ロッドの第２の端部は、前記タワー基部の上端部におけるフランジにおいてまたは前記下部のタワーセグメントの下端部において緊張されている。

本発明のさらなる態様によれば、前記タワー基部の領域または前記下部のタワーセグメントの１つに耐火シールが設けられている。

本発明の他の実施形態は、従属請求項の主題である。

本発明の利点および例示的実施形態について、以下、図面を参照して詳細に説明する。

本発明に係る風力タービンの概略図 第１の例示的実施形態に係る風力タービンの基礎部とタワーとの間の移行部の概略断面図 第１の例示的実施形態に係る風力タービンの基礎部とタワーとの間の移行部のさらなる断面図 第１の例示的実施形態に係る風力タービンの基礎部とタワーとの間の移行部のさらなる概略断面図

図１は、タワー１０２およびナセル１０４を有する風力タービン１００を示す。ナセル１０４には、３枚のローターブレード１０８およびスピナー１１０を有するローター１０６が配置されている。動作中、ローター１０６は、風力によって回転し、その結果としてナセル１０４内の発電機を駆動する。ローターブレード１０８のピッチ角は、各ローターブレード１０８の根元のピッチモータによって変更可能である。タワー１０２は、例えばプレキャストコンクリート部品の形をした、複数のタワーセグメント１０２ａを重ねたものからなることができ、かつ、基礎部５００に載置可能である。これらのセグメントは、緊張手段（tensioning means）（例えば、緊張ケーブル（tensioning cable）、緊張ストランド（tensioning strand））によって緊張されている。

図２は、第１の例示的実施形態に係る風力タービンの基礎部とタワーとの間の移行部の概略断面図である。タワー基部２００は、風力タービン１００の基礎部５００に設けられている。タワー基部２００は、アンカーリング２８０、下部フランジリング２７０を有する第１の基礎部セグメント２６０、第２の基礎部セグメント２４０、第３の基礎部セグメント２３０、および第４のセグメント２２０を有する。第４のセグメント２２０は、円錐形の外径を有する（つまり、セグメント２２０の第１の端部２２１の外径は、第２の端部２２２の外径よりも大きい）。セグメント２２０の第２の端部２２２にはフランジリング２１０が設けられている。このフランジリング２１０には下部のタワーセグメント１０２ａを載置することができる。

セグメント２２０、２３０、２４０、２６０は、プレキャストコンクリートセグメントとして製造可能である。任意選択的に、これらのセグメントは、多部品設計（multi-part design）が可能である。

任意選択的に、リング２８０とフランジ２１０との間に複数の緊張ロッド３００を設けて下部リング２８０とセグメント２２０上のフランジ２１０との間を緊張することができる。換言すれば、セグメント２６０、２４０、２３０、２２０および下部のタワーセグメント１０２ａは、複数の緊張ロッド３００によって互いに緊張されている。また、任意選択的に、緊張ストランドまたは緊張ケーブルを使用することもできる。

任意選択的に、第１のセグメント２６０と第２のセグメント２４０との間に耐火シール２５０を設けることができる。耐火シール２５０は、コンクリートから製造することができ、また、任意選択的に多部品設計可能である。シール２５０は、タワーセグメントの１つまたはタワー基部のセグメントの１つに固定可能である。シール２５０の固定は、これらのセグメントの１つに固定された保持リングによって行うことができる。代替的または追加的に、シール２５０を１つの土台に載せることができる。代替的または追加的に、突出部をタワーまたはタワー基部のセグメントの１つに設けることができ、この突出部は、シール２５０の支持面または担持面としての役割を果たす。任意選択的に、突出部は、タワー基部のセグメントまたはタワーセグメントの全周囲（またはその少なくとも一部）に広がることができる。

シール２５０は、耐火設計である、つまり、例えば８００℃まで（または１０００℃まで）の温度に１０分を超えて耐えることができる。

シール２５０によって閉ざされたまたは覆われている領域内に、変圧器または電源キャビネットを設けることができる。これによって、電源キャビネットは、例えばインバータまたはコンバータに対する、複数のスイッチ素子を有することができる。

任意選択的に、シール２５０は、タワー基部のセグメントの１つまたはタワーセグメントの１つに固定可能である。

任意選択的に、緊張ロッド３００は、第２および第３のセグメント２４０、２３０の領域において、そのセグメントの内側、つまり、基礎部のセグメントの内側に設けることができる。

任意選択的に、第１のセグメント２６０は、緊張ロッド３００が伸張する複数の貫通ボアまたはシース２６１を有することができる。

また、セグメント２２０も、複数のシースまたは貫通孔２２３を有する。任意選択的に、これらのシースまたは貫通孔２２３は、第１、第２および第３のセグメント２６０、２４０、２３０の縦軸に対して平行に伸張する。その結果として、シースとセグメント２２０の内側および外側との間の距離は、セグメント２２０の縦軸に沿って変化する。

セグメント２２０の円錐形の設計によって、セグメント２２０の下端部２２１の外径は、下部のタワーセグメント１０２ａが固定された上端部２２２の外径よりも大きい。したがって、タワーと基礎部との間の移行部の担持面は、下部のタワーセグメント１０２ａの担持面または外径を変化させる必要なく拡大可能である。

図３は、第１の例示的実施形態に係る風力タービンの基礎部とタワーとの間の移行部のさらなる断面図を示す。図３には、金属またはコンクリート製のリング２８０、金属またはコンクリート製のリング２７０、および第１の基礎部セグメント２６０が示されている。これら２つのリング２８０、２７０は、複数の緊張ロッド３００を受け入れるのに用いられる複数の開口部または貫通ボア２７１、２８１を有する。リング２８０の下には複数のボルト３１０を緊締することができる。

第１のセグメント２６０には、緊張ロッド３００を受け入れる複数の貫通孔、貫通ボアまたはシース２６１が設けられている。第１のセグメント２６０は、下端部２６０ａにおいて、貫通ボアまたは貫通孔２６１に隣接する複数の円錐形ボア２６２または円錐形の円周方向溝を有することができる。円錐形ボア２６２は、緊張ロッド３００を通し易くするために設けられている。

図４は、第１の例示的実施形態に係る風力タービンの基礎部とタワーとの間の移行部のさらなる概略断面図を示す。図４には、セグメント２２０、フランジ２１０および下部のタワーセグメント１０２ａが示されている。フランジ２１０は、例えば、下部のタワーセグメント１０２ａに溶接可能である。セグメント２２０には、複数の貫通孔、貫通ボアまたはシース２２３が設けられている。これらの貫通孔またはシース２２３は、緊張ロッド３００を受け入れるのに用いられる。フランジ２１０は、貫通孔２２３の領域において、その上端部に複数の円錐形ボア２１１を有することができる。円錐形ボア２１１は、少なくとも部分的に緊締用ボルト３２０を受け入れるのに用いられる。

例えばコンクリートリング２７０の形をしたピンリングを、基礎部のコンクリートに埋設することができる。このリングは、鋼で作ることもできる。基部２００の第１のコンクリートセグメント２６０は、リング２７０の上に載置可能である。第１のコンクリートセグメント２６０の上には、耐火シール２５０を設けることができる。第１のコンクリートセグメント２６０には、縦方向に、緊張ロッド３００を押し通すことができる複数の貫通孔を設けることができる。緊張ストランドの代わりに緊張ロッドを使用することによって、数を減らすことができる。任意選択的に、水平化リング（levelling ring）を設けることもできる。第１のコンクリートセグメント２６０の上には、コンクリートまたは鋼で作られた第２のセグメント２４０を設けることができる。また、この第２のセグメント２４０も、任意選択的に、縦方向に、緊張ロッドを受け入れる複数の貫通ボアを有することができる。あるいは、緊張ロッドは、第２のセグメント２４０の内側を伸張することもできる。第２のセグメント２４０の上には、鋼またはコンクリートで作ることができる第３のセグメント２３０を載置することができる。この第３のセグメント２３０も、縦方向に、緊張ロッド３００を受け入れる貫通孔または貫通ボア２３１を有することができる。この第３のセグメント２３０の上には、コンクリート製の円錐形セグメント２２０を設けることができる。これによって、第１の下端部２２１の外径は、第２の上端部２２２の外径よりも大きい。第１の端部２２１の内径は、第２の端部２２２の内径よりも大きい。コンクリートセグメント２２０の第２の端部２２２の上には、鋼のリングまたはフランジ２１０を載置することができる。コンクリートセグメント２２０は、このセグメント２２０の縦方向に複数の貫通孔２２３を有する。コンクリートセグメント２２０の円錐形の設計によって、緊張ロッドを受け入れる貫通孔２２３と外側との第１の端部における距離は、第２の端部におけるよりも大きい。これは、真っすぐな緊張ロッド３００を使用することができるように設けられている。

緊張ロッド３００は、緊張バー（tensioning bar）３００としても設計可能である。任意選択的に、各セグメント２６０、２４０、２２０の間にガスケット２９０を設けることができる。

本発明によれば、緊張ロッドまたは緊張バー３００は、タワーの既製コンクリートセグメント、鋼セグメントおよび基礎部または基部２００のセグメントを一緒に緊張するために使用される。本発明によれば、複数の緊張ロッドまたは緊張バー３００が提供される。任意選択的に、底部のコンクリートセグメント２６０は、基礎部のコンクリートに埋設されたコンクリートリング２８０で接続可能である。各セグメント２６０、２４０、２２０は、それぞれ、その第１の端部（下端部）に、緊張ロッドを基礎部の骨組み（foundation cage）または基部のセグメントに通し易くする円錐形の孔を有することができる。

本発明に係る解決策によって、多数の鋼フランジ接続をなくすことができる。さらに、迅速な設置、および、より費用効果の高いコンクリートセグメントの使用が達成可能である。使用される材料の量は、荷重に応じて削減可能である。製造公差は、コンクリートリング２７０および／またはガスケット２９０によって補償可能である。

本発明のさらなる例示的実施形態によれば、円錐形セグメント２２０は、貫通孔と外面との距離が一定になるように設計可能である。この場合、緊張バーは、円錐状に配置または設計されなければならない。

本発明に係る、基礎部とタワーとの間の移行部の設計、および、緊張バーまたは緊張ロッドの使用によって、固定用基礎（anchoring basement）をなくすことができる。さらに、基礎部とタワーとの間の移行領域におけるフランジの直径を大きくすることができる。

本発明は、鋼製管状部とコンクリート部材およびコンクリート基礎部との接続に関する。注目すべきは、これによって力がタワーから基礎部に向けられることである。

本発明によれば、鋼製管状部とコンクリート部材およびコンクリート基礎部との接続に対してハイブリッドな解決策を提供することができる。円錐形のコンクリートセグメント２２０の設計によって、セグメント２４０、２６０の直径、および、鋼またはコンクリート製のリング２７０、２８０の直径を、下部のタワーセグメント１０２ａの直径よりも大きくなるように選択することができる。

本発明によれば、タワー基部には、埋設型のアンカー領域を設けることができる。本発明によれば、下部アンカーリング２８０が設けられている。このアンカーリング２８０は、超高強度材料で作ることができる。緊張バー３００の一端部は、例えば、セグメントアンカーまたは対応するナットによってアンカーリング２８０に固定可能である。

本発明によれば、セグメント２３０、２４０、２６０は、低品質のコンクリートで作ることができる。なぜなら、直径の増大によって表面積が増大しているからである。コンクリートリングは、乾燥状態で基礎部に載置可能である。鋼フランジ２１０は、例えば、Ｌ字型フランジとして設計可能であり、かつ、円錐形の円周方向溝２１１を有することができる。この円錐形の溝２１１から、ボアは、フランジ２１０内を伸張する。このフランジ２１０を通じて緊張ロッド３００は押される必要がある。セグメント２６０、２４０、２３０、２２０における貫通孔中の緊張バーをさらに保護するために、貫通孔をグリースで充填することができる。

本発明によれば、セグメント２２０、２３０、２４０、２６０は、それぞれ、緊張ロッド３００を受け入れる複数のシース２２３、２３１、２４１、２６１を有する。緊張ロッドの下端部は、リング２８０に固定される。緊張ロッドの上端部は、対応するボルト接続によってフランジ２１０に緊締されている。

本発明によれば、タワー基部には、埋設型のアンカー領域を設けることができる。したがって、基礎部の基礎（foundation basement）が必要になるのを避けることができる。本発明の一態様によれば、複数のセグメント２６０、２４０、２３０、２２０からなるタワー基部を、例えば、下部のタワーセグメントを基礎部に載置する前に、基礎部の一部として提供し設置することができる。これによって、タワー基部のいくつかのセグメントは、第１のタワーセグメントを所定の位置に置く前に、既にコンクリートで成型しておくことができる。特に、タワー基部２００の最上部のセグメント２２０は、円錐状に設計されている。

本発明によれば、下部のタワーセグメント１０２ａは、複数のセグメントからなるタワー基部２００に対してＬ字型フランジ２１０を介して緊張可能である。

任意選択的に、緊張ロッドの代わりに緊張ストランドまたは緊張ケーブルを使用することができる。

Claims (7)

1. 基礎部（５００）と、複数のタワーセグメント（１０２ａ）を有し前記基礎部（５００）に載置されたタワー（１０２）と、を有し、前記基礎部（５００）は、縦方向に伸張しかつ前記基礎部（５００）内に少なくとも部分的に成型されたタワー基部（２００）を有し、
   前記タワー基部（２００）は、少なくとも２つのセグメント（２６０、２４０、２３０、２２０）からなり、下部のタワーセグメント（１０２ａ）が、前記タワー基部（２００）の前記セグメント（２６０、２４０、２３０、２２０）と共に、緊張ロッド、緊張ストランドまたは緊張ケーブル（３００）によって緊張されている、
   風力タービン。
2. 前記タワー基部（２００）の上部セグメント（２２０）は、前記緊張ロッド、緊張シースまたは緊張ケーブル（３００）を受け入れる複数の貫通ボア、貫通孔またはシース（２２３）を有する円錐形セグメント（２２０）であり、
   前記貫通開口部、貫通孔またはシース（２２３）は、前記タワー基部（２００）の縦方向に対して平行に延在している、請求項１に記載の風力タービン。
3. 前記下部のタワーセグメント（１０２）の外径は、前記タワー基部（２００）の下端部の外径よりも小さい、請求項１または２に記載の風力タービン。
4. 前記タワー基部（２００）の一部として前記基礎部（５００）のコンクリートに埋設され、かつ、前記緊張ロッド、緊張ストランドまたは緊張ケーブル（３００）の第１の端部（３０１）を緊張する、アンカーリング（２８０）をさらに有し、
   前記緊張ロッド（３００）の第２の端部（３０２）は、前記タワー基部（２００）の上端部におけるフランジ（２１０）に対してまたは前記下部のタワーセグメント（１０２ａ）の下端部に対して緊張されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の風力タービン。
5. 前記タワー基部（２００）の前記セグメントのうちの１つまたは前記タワーセグメント（１００ａ）のうちの１つに固定された耐火シール（２５０）をさらに有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の風力タービン。
6. 前記タワー基部（２００）の前記セグメントのうちの１つのセグメント上の突出部または前記タワーセグメント（１０２ａ）の突出部に当接する耐火シール（２５０）をさらに有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の風力タービン。
7. 基礎部（５００）と、
   複数のタワーセグメント（１００ａ）と、を有し、
   前記基礎部（５００）は、前記基礎部（５００）内に少なくとも部分的に成型されたタワー基部を有し、
   前記タワー基部は、少なくとも２つのセグメント（２２０〜２６０）からなり、下部のタワーセグメントを、前記タワー基部の前記セグメントと共に、緊張ロッド、緊張ストランドまたは緊張ケーブル（３００）によって緊張させる、
   風力タービンタワー。