JP2019074079A - 風力発電装置 - Google Patents
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Abstract
Description
補助部材は、支持部材がタワー部から外れたとき、支持部材の落下、又は、支持部材の前後方向の揺動を抑制するように構成されており、支持部材がタワー部から外れたとき、支持部材や支持部材に設置された風車部の翼が、タワー部や他の風車部の翼と接触することを回避できる。
これにより、風車部に作用する鉛直方向の荷重に関し、長尺状部材は圧縮力を負担し、ワイヤ部材は引張力を負担する。例えば、ワイヤ部材が破断されたりして外れたとき、補助部材によって、長尺状部材の落下が抑制される。
これにより、風車部に作用する水平方向の荷重に関し、長尺状部材は圧縮力を負担し、ワイヤ部材は引張力を負担する。例えば、ワイヤ部材が破断されたりして外れたとき、補助部材によって、長尺状部材の前後方向の揺動が抑制される。
この構成によれば、落下時に生じる衝撃荷重を低減でき、支持部材の更なる損傷の発生を抑制できる。
この構成によれば、支持部材の落下速度を徐々に減少させ、かつ、落下速度によっては支持部材の移動を停止できる。
この構成によれば、支持部材の落下速度を徐々に減少させ、かつ、落下速度によっては支持部材の移動を停止できる。
これにより、風車部に作用する鉛直方向の荷重に関し、長尺状部材は圧縮力を負担し、ワイヤ部材は引張力を負担する。
これにより、風車部に作用する水平方向の荷重に関し、長尺状部材は圧縮力を負担し、ワイヤ部材は引張力を負担する。
これにより、風車部に作用する鉛直方向の荷重に関し、長尺状部材は圧縮力を負担し、ワイヤ部材は引張力を負担する。
第2連結部材は、接続部に設置され、第1及び第2長尺状部材に対してなす角が90°となる方向に接続部から突出して設けられ、第1及び第2ワイヤ部材は、一端が第2連結部材の先端側と接続され、他端が第1及び第2長尺状部材の他端側と接続されることから、第1及び第2ワイヤ部材は、長尺状部材の軸方向に対して傾斜した方向に設置される。
これにより、風車部に作用する水平方向の荷重に関し、長尺状部材は圧縮力を負担し、ワイヤ部材は引張力を負担する。
以下に、本発明の第1実施形態に係る風力発電装置1について、図面を参照して説明する。
従来、支持部材は、例えば、円柱状等の長尺状部材や、複数の部材が組み合わされたトラス構造を有する部材であり、また、上記特許文献1では、支持部材が、圧縮力を主に負担する長尺状部材と、圧縮力又は引張力を負担する2本のワイヤ部材から構成されることが開示されている。
図1〜図3に示すように、支持部材3は、接続部11と、第1長尺状部材12と、第2長尺状部材13と、第1連結部材14と、第2連結部材15と、鉛直方向荷重の引張力を負担するワイヤ部材16と、水平方向荷重の引張力を負担するワイヤ部材17と、テンション調整機構18などを有する。
以下では、図8及び図9を参照して、複数の長尺状の柱部材が組み合わされて構成されるタワー部2について更に説明する。
連結部45は、柱部材44の長手方向(すなわち、高さ方向)に沿って、複数設けられている。複数の連結部45は、柱部材44の長手方向の略全域に亘って、所定の間隔を空けて配置されている。
内柱48は、平面視で正方形の頂点部分に配置された柱部材44に対して、この正方形
の中心部近傍に配置されている。内柱48は、独立して立設していて、柱部材44と略同
一の高さに形成される。内柱48の固有周期は、複数の柱部材44及び複数の連結部45からなる構成の固有周期と異なる固有周期に設定されている。なお、内柱48の固有周期は、内柱48自体の固有周期にて設定してもよく、また、内柱48と柱部材44または連結部45とを繋ぐバネ要素(図示省略)を設置することによって固有周期を調整することで設定してもよい。減衰部49は、柱部材44の外周面あるいは連結部45と、内柱48の外周面と接触するように設けられている。本実施形態では、複数(4つ)の減衰部49が設けられている。
以下に、本発明の第2実施形態に係る風力発電装置1について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る風力発電装置1は、図1に示すように、1つのタワー部2と、タワー部2に接続された複数の支持部材3と、各支持部材3に設置された風車部4などを備える。風力発電装置1は、発生した電力を電力系統へ送電するために系統連系されており、陸上又は洋上に設置される。また、本実施形態に係る風力発電装置1は、図15以降に示すように、支持部材3がタワー部2から外れたとき、支持部材3の落下又は前後方向の揺動を防止するバックアップワイヤ21などの補助部材を備える。
次に、本実施形態に係る風力発電装置1に設けられる補助部材(バックアップ部材)について説明する。補助部材は、支持部材3が風車部4を正常に支持できなくなったとき、支持部材3の落下、又は、前後方向の揺動を抑制する。
図15〜図21に示すバックアップワイヤ21は、補助部材の一例である。バックアップワイヤ21は、一端が第1長尺状部材12又は第2長尺状部材13よりも上方において第1連結部材14上端側付近で接続され、他端が第1長尺状部材12又は第2長尺状部材13の先端側と接続されている。
なお、本発明はこの例に限定されず、バックアップワイヤ21の一端側の支持点をタワー部2としてもよい。この場合、支持部材3が風車部4を支持できなくなり、支持部材3が落下するおそれがある状態において、タワー部2がバックアップワイヤ21を介して荷重を支持する。図20には、バックアップワイヤ21は、一端が第1長尺状部材12又は第2長尺状部材13よりも上方においてタワー部2と接続され、他端が第1長尺状部材12の中間部又は第2長尺状部材13の中間部と接続される場合について示している。なお、接続部11は、正常時、略水平面内においてタワー部2の周囲にて回動可能であるため(上述した第2ヨー旋回)、タワー部2の接続部にもヨー旋回機構を取り付ければよいが、バックアップワイヤ21の一端側の支持点は、第1連結部材14および第1連結部材14上端側付近であるほうが望ましい。
図22に示すバックアップワイヤ22,23は、補助部材の一例である。バックアップワイヤ22は、一端が第1長尺状部材12と接続され、他端が第2長尺状部材13と接続されている。
図23に示す支持構造27は、補助部材の一例である。支持構造27は、剛性を有する構造体であり、例えば、角柱等の鋼管部材などである。支持構造27は、一端がタワー部2と接続され、タワー部2の軸方向に対して斜め上方向に向かって延設される。支持構造27は、風力発電装置1が正常な状態において、他端が支持部材3の第1長尺状部材12又は第2長尺状部材13の下方から離隔して配置されている。支持部材3の第1長尺状部材12又は第2長尺状部材13の下面と支持構造27の上面との間の隙間は、風などによって上下振動が発生した場合でも、支持構造27が第1長尺状部材12又は第2長尺状部材13を拘束しない距離とする。
図24に示すバックアップワイヤ29は、支持部材3や風車部4が、上下方向に複数段配置されているとき、一端が上側に配置された支持部材3と接続され、他端が下側に配置された別の支持部材3と接続されている。
なお、上段の支持部材3について、上述した補助部材の実施例と組み合わせて設置しておくことで、下段だけでなく上段の支持部材3が損傷した場合でも、構造の安定性を確保できる。
次に、図25〜図31を参照して、支持部材3が風車部4を支持できなくなり、支持部材3が前後方向に揺動するおそれがある状態において適用される補助部材について説明する。
バックアップワイヤ31は、第1長尺状部材12又は第2長尺状部材13に対して、図27及び図28に示すように、1本のみ設置されてもよいし、図29に示すように、2本以上設置されてもよい。
次に、図32を参照して、支持部材3のヨー角制御によって損傷を防止する方法について説明する。
支持部材3や風車部4が、上下方向に複数段配置され、上述した補助部材の実施例を設置した場合でも、上段の支持部材3が風車部4を支持できなくなったとき、支持部材3の落下は防止できるが、支持部材3が僅かであるが下方向へ移動する。この場合、上段の翼8と下段の翼8のクリアランスによっては、翼8同士が接触し損傷するおそれがある。
センサーは、上段に配置された支持部材3のタワー部2に対する着脱(例えば、ワイヤ部材16の破断、又は、第1長尺状部材12又は第2長尺状部材13の落下など)を検知する。回転駆動部は、センサーにおいて支持部材3がタワー部2から外れたことが検知されたとき、上側及び/又は下側に配置された支持部材3をタワー部2の周りに回転させヨー旋回させる。
以下に、本発明の第3実施形態に係る風力発電装置1について、図面を参照して説明する。
次に、本実施形態に係る風力発電装置1に設けられるガイド部材51について説明する。ガイド部材51は、支持部材3が風車部4を正常に支持できなくなったとき、落下する支持部材3を予め規定された方向に案内する。
ガイド部材回動機構を設けることで、風車部4が第2ヨー旋回した場合であっても、ガイド部材51によって、落下する支持部材3を予め規定された方向に案内することができる。
2 :タワー部
3 :支持部材
4 :風車部
5 :基礎部
6 :ナセル
7 :ハブ
8 :翼
11 :接続部
12 :第1長尺状部材
13 :第2長尺状部材
14 :第1連結部材
15 :第2連結部材
16 :ワイヤ部材
17 :ワイヤ部材
18 :テンション調整機構
19 :管状部材
20 :接続部材
21 :バックアップワイヤ
22 :バックアップワイヤ
23 :バックアップワイヤ
24 :滑車
25 :滑車
26 :滑車
27 :支持構造
28 :緩衝材
29 :バックアップワイヤ
30 :滑車
31 :バックアップワイヤ
32 :滑車
33 :バックアップワイヤ
41 :水平材
42 :垂直材
43 :斜材
44 :柱部材
45 :連結部
51 :ガイド部材
51a :上面
52 :緩衝材
Claims (25)
- タワー部と、
ロータと、前記ロータに設けられた翼と、前記ロータの回転力によって発電する発電機とをそれぞれ有する複数の風車部と、
前記タワー部と接続され、前記風車部を支持する支持部材と、
一端が前記タワー部と接続され、他端が前記支持部材と接続されているワイヤからなる補助部材と、
を備える風力発電装置。 - 前記支持部材は、
前記タワー部と接続される接続部と、
一端側が前記接続部と接続され、他端側において前記風車部を支持する長尺状部材と、
一端側が前記長尺状部材の前記一端側と接続され、他端側が前記長尺状部材よりも上方に設けられた第1連結部材と、
一端が前記第1連結部材の前記他端側と接続され、他端が前記長尺状部材の前記他端側と接続された線状の第1ワイヤ部材と、
を備え、
前記補助部材は、前記長尺状部材の落下を抑制するように構成された請求項1に記載の風力発電装置。 - 前記補助部材は、線状のワイヤであり、一端が前記第1連結部材と接続され、他端が前記長尺状部材と接続されている請求項2に記載の風力発電装置。
- 前記補助部材は、線状のワイヤであり、一端が前記タワー部に対して一側に配置された前記支持部材と接続され、他端が前記タワー部を中心にして反対の他側に配置された別の前記支持部材と接続されている請求項2に記載の風力発電装置。
- 前記補助部材は、剛性を有する構造体であり、一端が前記タワー部と接続され、他端が前記支持部材の下方から離隔して配置されている請求項1に記載の風力発電装置。
- 前記支持部材が、上下方向に複数段配置されており、
前記補助部材は、線状のワイヤであり、一端が上側に配置された前記支持部材と接続され、他端が下側に配置された別の前記支持部材と接続されている請求項1に記載の風力発電装置。 - 前記支持部材が、上下方向に複数段配置されており、
上側に配置された前記支持部材の前記タワー部に対する着脱を検知可能である検知部と、
前記検知部において前記支持部材が前記タワー部から外れたことが検知されたとき、上側及び/又は下側に配置された前記支持部材を前記タワー部の周りに回転させる回転駆動部と、
を備える請求項1に記載の風力発電装置。 - 前記支持部材は、
前記タワー部と接続される接続部と、
一端側が前記接続部と接続され、他端側において前記風車部を支持する長尺状部材と、
前記接続部に設置され、前記長尺状部材とは異なる方向に前記接続部から突出して設けられた第2連結部材と、
一端が前記第2連結部材の先端側と接続され、他端が前記長尺状部材の前記他端側と接続された線状の第2ワイヤ部材と、
を備え、
前記補助部材は、前記長尺状部材の前後方向の揺動を抑制するように構成された請求項1に記載の風力発電装置。 - 前記補助部材は、線状のワイヤであり、一端が前記第2連結部材と接続され、他端が前記長尺状部材と接続されている第1補助ワイヤ部材を有する請求項8に記載の風力発電装置。
- 前記補助部材は、線状のワイヤであり、一端が前記接続部と接続され、他端が前記長尺状部材と接続されている第2補助ワイヤ部材を有し、
前記第2補助ワイヤ部材は、前記長尺状部材を基準として、前記第1補助ワイヤ部材の反対側に配置される請求項9に記載の風力発電装置。 - 前記支持部材の下方において前記タワー部から突出して設けられ、上面が前記風車部の前方又は後方に傾斜しているガイド部材と、
を備える請求項1に記載の風力発電装置。 - 前記支持部材が、上下方向に複数段配置されており、
前記ガイド部材が、各前記支持部材の下方に設けられ、
上側に配置された前記ガイド部材の前記上面の傾斜方向と、下側に配置された前記ガイド部材の前記上面の傾斜方向は、逆方向である請求項11に記載の風力発電装置。 - 前記支持部材が、前記タワー部を中心にして両側に配置されており、
前記ガイド部材が、各前記支持部材の下方に設けられ、
一側に配置された前記ガイド部材の前記上面の傾斜方向と、前記タワー部を中心にして反対の他側に配置された前記ガイド部材の前記上面の傾斜方向は、逆方向である請求項11に記載の風力発電装置。 - 前記ガイド部材の前記上面には緩衝材が設置されている請求項11に記載の風力発電装置。
- 前記ガイド部材の傾斜した前記上面は、下部の角度が上部に比べて緩やかである請求項11に記載の風力発電装置。
- 前記ガイド部材の傾斜した前記上面は、下部の摩擦係数が上部に比べて高い請求項11に記載の風力発電装置。
- 前記支持部材は、
前記タワー部と接続される接続部と、
一端側が前記接続部と接続され、他端側において前記風車部を支持する長尺状部材と、
一端側が前記長尺状部材の前記一端側と接続され、他端側が前記長尺状部材よりも上方に設けられた第1連結部材と、
一端が前記第1連結部材の前記他端側と接続され、他端が前記長尺状部材の前記他端側と接続された線状の第1ワイヤ部材と、
を備える請求項11に記載の風力発電装置。 - 前記支持部材は、
前記タワー部と接続される接続部と、
一端側が前記接続部と接続され、他端側において前記風車部を支持する長尺状部材と、
前記接続部に設置され、前記長尺状部材とは異なる方向に前記接続部から突出して設けられた第2連結部材と、
一端が前記第2連結部材の先端側と接続され、他端が前記長尺状部材の前記他端側と接続された線状の第2ワイヤ部材と、
を備える請求項11に記載の風力発電装置。 - 前記支持部材を前記タワー部の周囲にて回動可能とする支持部材回動手段と、
前記支持部材回動手段によって回動する前記支持部材を追従するように前記ガイド部材を前記タワー部の周囲にて回動可能とするガイド部材回動手段と、
を備える請求項11に記載の風力発電装置。 - 前記支持部材は、
前記タワー部と接続される接続部と、
一端側が前記接続部と接続され、他端側において前記風車部を支持し、水平方向に対して略平行に配置された長尺状部材と、
一端側が前記長尺状部材の前記一端側と接続され、他端側が前記長尺状部材よりも上方に設けられた第1連結部材と、
一端が前記第1連結部材の前記他端側と接続され、他端が前記長尺状部材の前記他端側と接続された線状のワイヤ部材と、
を備える請求項1に記載の風力発電装置。 - 前記支持部材は、
前記タワー部と接続される接続部と、
一端側が前記接続部と接続され、他端側において前記風車部を支持する第1長尺状部材と、
前記タワー部に対して前記第1長尺状部材とは180°反対側に一端側が接続され、他端側において前記風車部を支持する第2長尺状部材と、
前記接続部に設置され、前記第1長尺状部材及び前記第2長尺状部材に対してなす角が90°となる方向に前記接続部から突出して設けられた第2連結部材と、
一端が前記第2連結部材の先端側と接続され、他端が前記第1長尺状部材の前記他端と接続された線状の第1ワイヤ部材と、
一端が前記第2連結部材の先端側と接続され、他端が前記第2長尺状部材の前記他端と接続された線状の第2ワイヤ部材と、
を備える請求項1に記載の風力発電装置。 - 前記接続部は、水平面内において前記タワー部の周囲にて回動可能な構成を有している請求項20又は21に記載の風力発電装置。
- 前記支持部材は、トラス構造を有する請求項20又は21に記載の風力発電装置。
- 前記タワー部は、複数の柱部材と、前記柱部材と剛接合された連結部とを有する請求項20又は21に記載の風力発電装置。
- 前記タワー部の柱部材の断面形状は、流線形形状を有する請求項20又は21に記載の風力発電装置。
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