JP2023038913A - ナセルカバーパネル - Google Patents

Abstract

【解決手段】本開示は、ナセルカバーパネル及びナセルカバーアセンブリに関する。ナセルカバーパネルは、風力タービンのナセルに取り付けられるように構成される。さらに、ナセルカバーパネルは、少なくとも外側屋根面と内側面とを含む複合パネルと、複合パネルに連結された構造フレームとを含む。ナセルアセンブリを提供する方法も開示される。【選択図】図３

Description

本開示は、風力タービンナセルに関する。より詳細には、本開示は、複合パネルを構造フレームに結合するように構成されたインターフェースプレートであるナセルカバーパネル、及びそれを含むナセルカバーアセンブリに関する。本開示はさらに、風力タービン用のナセルアセンブリを提供する方法に関する。

風力タービンは、一般に電力網に電力を供給するために使用されている。この種の風力タービンは、一般に、タワーと、タワー上に配置されたロータとを含む。ロータは、典型的には、ハブ及び複数のブレードを含み、ブレードに対する風の影響下で回転するように設定される。この回転は、通常、ロータ軸を介して発電機に伝達されるトルクを、直接的に「直接駆動の」又は「ギアレスの」、或いはギアボックスを使用して発生させる。このようにして、発電機は電力網に供給することができる電気を発生させる。

風力タービンは過去数十年にわたって急速に進化してきており、風力タービンの部品は、より高い負荷や悪天候に耐えるように改良されてきた。風力タービンナセルは、ドライブトレイン（drive train）やその他のタワートップ部品を収納し、降水、ほこり、紫外線、落雷などの外部要因からそれらを保護する。さらに、風力タービンナセルは、一般に、発電機内の空気流の入口及び出口を提供する。ブレードが受ける風の力、ドライブトレーン（駆動列）が発する熱に耐え、資格を持つ作業員のための作業プラットフォームを提供する。

ナセルとローターを風向に合わせて維持するため、ナセルは一般的にヨーベアリング（yaw bearing）の上に置かれ、回転することができる。ナセルによって規定される比較的大きな体積及び内部自由体積を最大化させるために、ナセルカバーは、少なくともいくつかの位置で、ナセルの構造的構成要素から遠く離れている可能性があり、したがって、それ自体で風力タービン運転中の過酷な負荷に耐える必要がある。この荷重には、例えば、冷却システム及び手すりの荷重、いくつかの確立された支持点における潜在的な避難又は救助手順に関連する荷重、１つ以上のフレックスクレーン（flexi-cranes）又は歩行者エリアの重量、等が含まれる。

ナセルカバーは、ナセルにカバーを提供するために組み立てられた単一のピース又は複数のピースを含むことができる。ナセル及びナセルカバーは、組立工場で組み立てられてもよいし、現場で組み立てられてもよい。さらに、場合によっては、ナセルカバーをタワーの上方に組み立てることができ、これは、ナセルカバー（１個又は複数個）をクレーンによって少なくとも風力タービン基部から風力タービンのナセルまで運搬することができることを意味する。したがって、これらの輸送作業の間、ナセルカバーは、専用の吊り上げポイントから吊るされたときに、自身の重量に耐える必要がある。

ナセルカバーは一般的に複合材料から構成され、サイズ、内部及び外部の幾何学的形状、及び重量に関する要件を満たすために樹脂注入ガラス繊維複合材料で製造されることが多い。ガラスファイバーエポキシ又は他の組み合わせなどの複合材料は、ナセルカバーの全体的な重量を減少させることができるが、それらに作用する上述の荷重に耐える構造的な完全性を有していない可能性がある。このため、ナセルカバーは、いくつかの位置で風力タービンのナセルフレームに機械的に結合することができ、これにより構造的な剛性が得られる。

ナセルカバーをナセルフレームに結合することは、一般に、非常に時間がかかり、部品の位置合わせの面倒なプロセスを伴う。さらに、一般的に、ナセルカバーは、外部のナセル部品からナセルフレームに荷重を伝達する必要があり、これにより、ナセルカバーに穴が開いてしまう可能がある。海洋環境ではナセル内の風力発電機部品がすぐに腐食してしまうため、メンテナンスの頻度や部品の交換の必要性が高くなる。そのため、ナセルの組み立ての際には、ナセル内部に漏れがないことを確認するために、すべての穴を塞ぐことが必要になる場合がある。その結果、複雑で面倒な作業が発生し、密閉箇所の数が増えることで問題が深刻化する。したがって、ナセルの組み立ての間、作業員は、後にナセル内部に漏れがないことを確認するために、全ての孔をシールすることが要求され得る。これは、複雑で厄介なタスクをもたらし、シーリングポイントの数が増加すると問題が悪化する。

本開示は、上述の欠点のいくつかを少なくとも部分的に克服する方法及びシステムを提供する。

本開示の一態様において、風力タービン用のナセルカバーパネルが提供される。本開示のナセルカバーパネルは、風力タービンのナセルに取り付けられるように構成され、複合パネルと構造フレームとを含む。複合パネルは、少なくとも外側屋根面（outer roof surface：外側ルーフ表面）と内側面とを含み、構造フレームは、内側面で複合パネルに結合される。

この態様によれば、ナセルカバーアセンブリが、硬化中に変形を被ることのない構造フレームからなることで、それが取り付けられ得るナセルフレームへの接続点のより正確な位置を提供し得る。これにより、ナセルカバーと風力発電機ナセルの残りの構造体との組み立てを簡略化し、より時間をかけないようにすることができる。構造フレームは複合パネルに結合され、既製のユニットとして提供されるため、ナセルの組み立て時間を短縮でき、確実で信頼性の高い接続を可能にする。

本開示のさらなる態様では、複合パネルを構造フレームに結合するように構成されたインターフェースプレートが提供される。インターフェースプレートは、複合パネル開口部で複合パネルを構造フレームに連結する。さらに、インターフェースプレートは、ファスナ（締結具）を受容する複数の孔と、複合パネルの実質的に平坦な表面に接触し、開口部を少なくとも部分的にシールするように構成されたフランジとを含む。

この態様によれば、インターフェースプレートは、ナセルの外部からナセル構造フレームへの強固な構造的結合を提供する。したがって、ナセルの上部に位置する任意のナセル外部構成要素をインターフェースプレートに接続することができる。この接続により、複合材パネルに作用する主な荷重を軽減することができる。さらに、インターフェースプレートは、複合パネルと構造フレームとの間の高速で信頼性のある結合を促進し、また、ナセル内部の漏れのリスクを軽減する。

さらなる態様において、ナセルアセンブリを提供する方法が提供される。本方法は、ナセルベースコンポーネントを提供することと、少なくとも外側屋根面と内側面とを含む複合パネルと、複合パネルに結合された構造フレームとを含むナセルカバーパネルを提供することとを含む。さらに、この方法は、複合パネルに結合された構造フレームを介してナセルカバーパネルにナセルベース構成要素を固定することも含む。

この追加の態様によれば、ナセルアセンブリが組み立てられるが、その組み立ては複合部品に頼らず、幾何公差をかなり小さくすることができる構造フレームに依存するものである。ナセルの残りの部分との組み立ては、簡素化され、組み立てラインでの時間がより短くなる。

したがって、ナセルカバーパネルをナセルベース構成要素に固定することは、より信頼性の高いプロセスをもたらすことができる。その結果、クレーン又は他の任意の持ち上げ手段の使用は、従来の方法よりも効率的であり得、したがって、組立プロセスは、より速く、より安価であり得る。さらに、ナセルアセンブリが、個々のナセルカバーパネルをメンテナンス、交換又はアップグレードのために取り外すことができるナセルカバーアセンブリを含むという事実は、より汎用性の高いナセルアセンブリをもたらす。したがって、この態様によるさらなる利点は、戦略的又は操作上の理由により、ナセルカバーパネルの一時的又は恒久的な交換が簡単であることである。

本開示を通して、用語「屋根表面」及び「外側屋根表面」は区別なく使用され、ナセルに対する外側表面を指す。

本開示の実施形態のさらなる目的、利点及び特徴は、明細書を検討すると当業者に明らかになるであろうし、又は実施によって習得されてもよい。

風力タービンの一例の斜視図を概略的に示す。 風力タービンのハブ及びナセルの一例を示す。 複数のナセルカバーパネルを含むナセルカバーアセンブリの一例の斜視図を概略的に示す図である。 単一のナセルカバーパネルを含むナセルカバーアセンブリの一例の斜視上面図を概略的に示す。 図４Ａに示すナセルカバーアセンブリの斜視底面図を図式的に示す。 ナセルベースの既存のフレーム上のナセルカバーアセンブリの別の例の縦断面を含む斜視下面図を概略的に示す。 ナセルカバーパネルと外部ナセル部品とに結合されたインターフェース位置の詳細断面図を模式的に示す図である。 ナセルアセンブリの一例の斜視図を概略的に示す。 ナセルアセンブリを提供するための方法の一例のフローチャートを示す。

ここで、本開示の実施形態を詳細に参照し、その１つ以上の例を図面に示す。各例は、制限としてではなく、説明として提供されている。実際、本開示において、教示の範囲又は精神から逸脱することなく、様々な修正及び変更を行うことができることは、当業者には明らかであろう。例えば、１つの実施形態の一部として図示又は説明される特徴を別の実施形態とともに使用して、さらに別の実施形態を得ることができる。従って、本開示は、添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内にあるような修正及び変形を包含することが意図される。

図１は、風力タービン１０の一例の斜視図である。この例では、風力タービン１０は水平軸風車である。或いは、風力タービン１０は、垂直軸風力タービンであってもよい。実施例では、風力タービン１０は、地面１２上の支持システム１４から延びるタワー１５と、タワー１５上に取り付けられたナセル１６と、ナセル１６に結合されたロータ１８とを含む。ロータ１８は、回転可能なハブ２０と、ハブに結合され、ハブ２０から外側に延びる少なくとも一つのロータブレード２２とを含む。この例では、ロータ１８は三つのロータブレード２２を有する。別の実施形態では、ロータ１８は、３つ以上又は３つ未満のロータブレード２２を含む。タワー１５は、支持システム１４とナセル１６との間にキャビティ（空洞）（図１には示されていない）を画定するために管状鋼から製造されてもよい。代替実施形態では、タワー１５は、任意の適切な高さを有する任意の適切なタイプのタワーである。別の方法によれば、タワーは、コンクリート製部分と管状鋼部分とを含むハイブリッドタワーであり得る。また、タワーは、部分的又は完全な格子タワー（ラティスタワー）にすることもできる。

ローターブレード２２は、ローター１８を回転させることにより運動エネルギーを風から利用可能な機械エネルギー、ひいては電気エネルギーに変換できるようにするために、ハブ２０に対して間隔を置いて配置されている。ローターブレード２２は、複数の負荷伝達領域（荷重伝達領域）２６においてブレード根元部分２４をハブ２０に結合することにより、ハブ２０に嵌合される。負荷伝達領域２６は、ハブ負荷伝達領域とブレード負荷伝達領域（いずれも図１には示されていない）とを有していてもよい。ロータブレード２２に誘起された荷重／負荷は、負荷伝達領域２６を介してハブ２０に伝達される。

実施例では、ロータブレード２２は、約１５メートル（ｍ）から約９０メートル以上の範囲の長さを有することができる。ロータブレード２２は、風力タービン１０が本明細書に記載されるように機能することを可能にする任意の適切な長さを有することができる。例えば、ブレード長の非限定的な例としては、２０ｍ以下、３７ｍ、４８．７ｍ、５０．２ｍ、５２．２ｍ、又は９１ｍを超える長さが挙げられる。風向２８から風がロータブレード２２に当たると、ロータ１８はロータ軸３０を中心に回転する。ロータブレード２２が回転して遠心力を受けると、ロータブレード２２もまた種々の力及びモーメントを受ける。このように、ロータブレード２２は、中立位置又は非偏向位置から偏向位置まで偏向及び／又は回転することができる。

さらに、ローターブレード２２のピッチ角、すなわち風向きに対するローターブレード２２の向きを決定する角度をピッチシステム３２によって変更し、風ベクトルに対する少なくとも１つのローターブレード２２の角度位置を調整することによって、風力タービン１０によって発生する負荷および電力を制御してもよい。ローターブレード２２のピッチ軸３４が示されている。風力タービン１０の運転中、ピッチシステム３２は、ロータブレード２２のピッチ角を、ロータブレード（の一部）の迎え角が減少し、回転速度の減少を容易にし、かつ／又はロータ１８の失速を容易にするように、変更することができる。

この例では、各ロータブレード２２のブレードピッチは、風力タービン制御装置３６又はピッチ制御システム８０によって個別に制御される。或いは、すべてのロータブレード２２のブレードピッチを、この制御システムによって同時に制御してもよい。

さらに、本実施例では、風向２８が変化するにつれて、ナセル１６のヨー方向がヨー軸３８を中心に回転して、風向２８に対してロータブレード２２を位置決めしてもよい。

実施例では、風力タービン制御装置３６は、ナセル１６内に集中しているように示されているが、風力タービン制御装置３６は、風力タービン１０全体、支持システム１４上、風力発電所内、及び／又は遠隔制御センターにおける分散システムであってもよい。風力タービン制御装置３６は、本明細書に記載の方法及び／又はステップを実行するように構成されたプロセッサ４０を含む。さらに、本明細書に記載される他の構成要素の多くは、プロセッサを含む。

本明細書で使用される「プロセッサ」という用語は、コンピュータとして当該技術分野で参照される集積回路に限定されるものではなく、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路、及び他のプログラマブル回路を広く意味し、これらの用語は本明細書では互換的に使用される。プロセッサ及び／又は制御システムは、メモリ、入力チャネル及び／又は出力チャネルも含むことができることを理解されたい。

図２は、風力タービン１０の一部の拡大断面図である。実施例では、風力タービン１０は、ナセル１６と、ナセル１６に回転可能に結合されたロータ１８とを含む。具体的には、ロータ１８のハブ２０は、メインシャフト（主軸）４４、ギアボックス４６、高速シャフト４８及びカップリング５０により、ナセル１６内に位置する発電機４２に回転自在に連結されている。この例では、メインシャフト４４は、ナセル１６の長手方向軸線（図示せず）と少なくとも部分的に同軸に配置されている。メインシャフト４４の回転によりギアボックスが駆動され、ギアボックス４６は、ロータ１８及びメインシャフト４４の比較的遅い回転運動を、高速シャフト４８の比較的速い回転運動に変換することにより、その後高速シャフト４８を駆動する。後者は、カップリング５０の助けを借りて電気エネルギーを生成するために発電機４２に接続される。さらに、変圧器（トランス）９０及び／又は適切な電子機器、スイッチ及び／又はインバータをナセル１６内に配置して、４００Ｖから１０００Ｖの間の電圧を有する発電機４２によって生成された電気エネルギーを中電圧（１０－３５ＫＶ）を有する電気エネルギーに変換することができる。この電気エネルギーは、ナセル１６からタワー１５へ電力ケーブルを介して伝導される。

ギアボックス４６、発電機４２及び変圧器９０は、オプションとしてメインフレーム５２として具体化されるナセル１６のメイン支持構造フレームによって支持され得る。ギアボックス４６は、一つ以上のトルクアーム１０３によってメインフレーム５２に接続されるギアボックスハウジングを含むことができる。実施例では、ナセル１６はまた、主前方支持ベアリング６０及び主後方支持ベアリング６２を含む。さらに、特に、発電機４２の振動がメインフレーム５２に導入されて騒音放出源となることを防止するために、デカップリング支持手段５４によって発電機４２をメインフレーム５２に取り付けることができる。

任意選択的に、メインフレーム５２は、ロータ１８の重量及びナセル１６の構成要素、並びに風及び回転負荷によって生じる全負荷を担持し、さらにこれらの負荷を風力タービン１０のタワー１５に導入するように構成される。ロータシャフト４４、発電機４２、ギアボックス４６、高速シャフト４８、カップリング５０、及び、これらに限定されるものではないが、支持体５２、前方支持ベアリング６０及び後方支持ベアリング６２を含む関連する締結、支持、及び／又は固定装置は、ドライブトレーン（駆動列）６４と称されることがある。

いくつかの例では、風力タービンは、ギアボックス４６のない直接駆動風力タービンであってもよい。発電機４２は、直接駆動風力タービンのロータ１８と同じ回転速度で動作する。したがって、それらは一般に、ギアボックスを有する風力タービンよりも同量の電力を供給するためのギアボックス４６を有する風力タービンで使用される発電機よりもはるかに大きな直径を有する。

ナセル１６はまた、ナセル１６を回転させ、それによってロータ１８もヨー軸３８を中心に回転させて、風向２８に対するロータブレード２２の遠近を制御するために使用されるヨー駆動機構５６を含むことができる。

ナセル１６を風向２８に対して適切に位置決めするために、ナセル１６は、風向計及び風速計を含むことができる少なくとも一つの気象測定システム５８を含むこともできる。気象測定システム５８は、風向２８及び／又は風速を含む情報を風力タービン制御装置３６に提供することができる。この例では、ピッチシステム３２は、少なくとも部分的に、ハブ２０内にピッチアセンブリ６６として配置される。ピッチアセンブリ６６は、一つ以上のピッチ駆動システム６８及び少なくとも一つのセンサ７０を含む。各ピッチ駆動システム６８は、ピッチ軸３４に沿ってロータブレード２２のピッチ角を調整するために、各ロータブレード２２（図１に示す）に結合されている。図２には、３つのピッチ駆動システム６８のうちの１つのみが示されている。

この例では、ピッチアセンブリ６６は、それぞれのロータブレード２２をピッチ軸３４の周りに回転させるために、ハブ２０及びそれぞれのロータブレード２２（図１に示す）に結合された少なくとも１つのピッチベアリング７２を含む。ピッチ駆動システム６８は、ピッチ駆動モータ７４と、ピッチ駆動ギアボックス７６と、ピッチ駆動ピニオン７８とを含む。ピッチ駆動モータ７４は、ピッチ駆動モータ７４がピッチ駆動ギアボックス７６に機械力を付与するようにピッチ駆動ギアボックス７６に結合されている。ピッチ駆動ギアボックス７６は、ピッチ駆動ピニオン７８がピッチ駆動ギアボックス７６によって回転するように、ピッチ駆動ピニオン７８に結合されている。ピッチベアリング（ピッチ軸受）７２は、ピッチ駆動ピニオン７８の回転によってピッチベアリング７２が回転するように、ピッチ駆動ピニオン７８に結合されている。

ピッチ駆動システム６８は、風力タービンコントローラ３６から一つ以上の信号を受け取ると、ロータブレード２２のピッチ角を調整するために、風力タービンコントローラ３６に結合される。実施例では、ピッチ駆動モータ７４は、電力及び／又は油圧システムによって駆動される任意の適切なモータであり、ピッチアセンブリ６６が本明細書に記載されるように機能することを可能にする。或いは、ピッチアセンブリ６６は、限定されるものではないが、油圧シリンダ、スプリング、及び／又はサーボ機構などの任意の適切な構造、構成、配置、及び／又は構成要素を含むことができる。特定の実施形態では、ピッチ駆動モータ７４は、ハブ２０の回転慣性及び／又は風力タービン１０の構成要素にエネルギーを供給する蓄積エネルギー源（図示せず）から抽出されたエネルギーによって駆動される。

ピッチアセンブリ６６はまた、特定の優先付けされた状況の場合及び／又はロータ１８の過速度の間に、風力タービンコントローラ３６からの制御信号に従ってピッチ駆動システム６８を制御するための一つ以上のピッチ制御システム８０を含むことができる。この例では、ピッチアセンブリ６６は、風力タービンコントローラ３６から独立してピッチ駆動システム６８を制御するために、それぞれのピッチ駆動システム６８に通信可能に結合された少なくとも一つのピッチ制御システム８０を含む。この例では、ピッチ制御システム８０は、ピッチ駆動システム６８及びセンサ７０に結合されている。風力タービン１０の通常運転中に、風力タービンコントローラ３６は、回転翼２２のピッチ角を調整するためにピッチ駆動システム６８を制御することができる。

一実施形態によれば、例えば、バッテリ及び電気コンデンサを含む発電機８４がハブ２０の内部又は内部に配置され、センサ７０、ピッチ制御システム８０、及びピッチ駆動システム６８に結合されて、これらの構成要素に電力源を提供する。実施例では、風力発電機８４は、風力タービン１０の運転中にピッチアセンブリ６６に電力の継続的な供給源を提供する。別の実施形態では、発電機８４は、風力タービン１０の電力損失事象（electrical power loss event）の間にのみピッチアセンブリ６６に電力を供給する。電力損失事象は、電力グリッドの損失又はディップ、風力タービン１０の電気システムの誤動作、及び／又は風力タービンコントローラ３６の故障を含むことができる。電力損失事象の間、発電機８４は、電力損失事象の間、ピッチアセンブリ６６が動作できるように、ピッチアセンブリ６６に電力を提供するように動作する。

この実施例では、ピッチ駆動システム６８、センサ７０、ピッチ制御システム８０、ケーブル、及び発電機８４は、ハブ２０の内面８８によって画定されたキャビティ（空洞）８６内にそれぞれ配置されている。別の実施形態では、構成要素は、ハブ２０の外側屋根面に対して配置され、外側屋根面に直接又は間接的に結合され得る。

図３は、風力タービン用のナセルカバーアセンブリ１００の概略斜視図である。図３は、風力タービンのナセル内に取り付けられるように構成され、少なくとも外側屋根面１１０’及び内側面１１０’’を含む３つのナセルカバーパネル１１０，１２０，１３０と、内側面で複合パネル１１０，１２０，１３０に結合された構造フレーム（参照番号１１２で図４Ｂに示される）とを含むナセルカバーアセンブリ１００を示す。

図３の例に見られるように、ナセルカバーアセンブリ１００は、１つ又は複数のナセルカバーパネル１１０，１２０，１３０の各々に１つ又は複数の構造フレームを有する１つ又は複数のナセルカバーパネル１１０，１２０，１３０によって形成されてもよく、その結果、ナセルカバーアセンブリ１００は、一緒に、実質的にナセルの上面全体を覆う。この例の構造フレームは、ナセルカバーパネル１１０，１２０，１３０の内側面１１０’’に結合されているので、図では見えないことに留意されたい。

ナセルカバーアセンブリ１００が、ナセルカバーパネル１１０，１２０，１３０の複数によって形成され得るという事実は、モジュール構成を提供することができ、これにより、ナセルカバーアセンブリ１００の特定の部分が、メンテナンスのために除去することができ、及び／又は新しいカバーのために、又はアップグレードされたカバーのために交換することができる。代替的に、ナセルカバーアセンブリ１００は、ナセル上面の全部又は一部にまたがる単一の複合パネルによって形成されてもよい。

前述したように、サイズ、内部及び外部の幾何学的形状、及び重量の要件を満たすために、ナセルカバーパネル１１０，１２０，１３０は、ガラス繊維及び／又はポリエステル樹脂を含むことができる。ナセルカバーパネル１１０，１２０，１３０は、他の繊維及び樹脂、例えば炭素繊維、バサルト繊維（Basalt Fiber）又はアラミド繊維、並びにとりわけエポキシ又はビニルエーテル樹脂を追加的に又は代替的に含むことができる。

さらに、図３は、ナセルカバーパネル１１０，１２０，１３０が１つ以上のインターフェースプレート１１３をさらに含むことができることを示している。また、この例では、ナセルカバーパネル１１０，１２０，１３０は、外側屋根面１１０’、１２０’、１３０’に一つ以上の開口部１０４を有する複合パネルを含む。一つ以上の開口１０４は、構造フレームに機械的に接続されるように構成された一つ以上のインターフェースプレート１１３を受け入れるように構成されている。

この例では、すべてのインターフェースプレート１１３が図示されているわけではない。開口部１０４及びインターフェースプレート１１３の数及び配置は、構造的剛性要件及び／又はそれらの上の外部ナセル構成要素のために、風力タービンの異なるナセルカバーパネル１１０，１２０，１３０において異なる場合がある。インターフェースプレート１１３の構造及び機能については、特に図６を参照して後述する。複合パネル及びインターフェースプレート１１３のすべての特徴は、ナセルカバーパネル１１０，１２０，１３０又はそれを含むナセルカバーアセンブリ１００に含めることができ、その逆も可能であることに留意されたい。

図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、ナセルカバーアセンブリ１００の一例の概略斜視上面図及び底面図である。この例では、ナセルカバーアセンブリ１００は、複合パネルに結合された構造フレーム１１２が複合パネル内側面１１０’’から少なくとも部分的に突出している単一のナセルカバーパネル１１０を含む。構造フレーム１１２は、構造フレーム１１２を風力タービンナセル１６内に配置された既存のフレーム（existing frame）１１５（図５に示される）に連結する支持ゾーン１１４を含む。

また、図４Ｂは、構造フレーム１１２の配置を示しており、本例では、構造梁（structural beams）の略直交格子を形成している。しかしながら、構造フレーム１１２を形成する要素の他の配置も可能であり、例えば、梁断面間の非直線角を有するか、又は梁（ビーム）の代わりに強化リブを有する。構造フレーム１１２は、ナセルカバーに強度及び剛性を提供する。したがって、構造フレーム１１２は、複合パネル材料よりも大きな強度及び剛性を有する材料で構成することができる。ここで、強度は最大引張強さ（ultimate tensile strength）とみなすことができ、剛性はより高い弾性係数を有するものとして表すことができる。

構造フレーム１１２は、炭素鋼で形成することができる。鋼組成中の炭素の割合は、高い性能基準を維持しながら生産コストを最小化するために、アセンブリの特定の要件に応じて変化させることができる。さらに、他の金属合金、特に他の鋼合金も、構造フレームの特定の構成要素及びその主梁（main beams）の両方に使用することができる。或いは、構造フレーム１１２は、繊維プロファイル、より正確には、引き抜き繊維プロファイル、及び金属と繊維プロファイルの組み合わせから作られてもよい。

さらに、図４Ａ及び図４Ｂの例のナセルカバーアセンブリ１００は、ナセルカバーパネル１１０が、カバーパネルの厚さに対して実質的に垂直に、すなわちナセルの長さ及び／又は幅方向に延びる一つ又は複数の側面１１１を含むこともできることを示す。これらの側面１１１は、ナセルの内部容積を横方向に閉じることを可能にする。そうするために、側面１１１は、風力タービンナセルケーシング（特にその側壁）、ナセルベース、又はナセル１６の他の要素に結合するための受容部（レセプタクル）及び／又はファスナ（締結具）を備えて、ナセル１６の内部を大気外部の危険要因から少なくとも部分的に隔離することができる。

図５は、ナセルカバーアセンブリ１００の模式的な透視底面図である。図に示されるように、ナセルカバーアセンブリ１００は、ナセル１６の既存のフレーム１１５上に取り付けられてもよい。これらの図では、縦方向の断面図が特定の要素をより詳細に示している。より詳細には、構造フレーム１１２が矩形の中空断面を有する梁１１６を含むことを示している。さらに、長手方向の断面は、インターフェースプレート１１３及びその上部側からの冷却システム１１７との結合、及び下部側からの構造フレーム１１２との結合のより詳細な図を提供する。

インターフェースプレート１１３は、図６を参照してより詳細に説明されるが、構造フレーム１１２と、外側屋根面１１０’上に位置する冷却システム１１７などの外部ナセル構成要素との間の接続要素を表す。したがって、冷却システム１１７、及びナセルカバーアセンブリ１００の上部に取り付けられた他の要素、すなわち、手すり、持ち上げ箇所（lifting points）、クレーン、又は他のものは、インターフェースプレート１１３を介して構造フレーム１１２に結合されてもよい。これにより、インターフェースプレート１１３に作用する荷重が構造フレーム１１２に伝達され、複合パネルに過剰な負荷がかかることはない。この目的のために、一つ又は複数のインターフェースプレート１１３は、一つ又は複数の貫通孔及びファスナを含むことができ、構造フレームは、図６に関連して説明されるように、ファスナを使用してインターフェースプレート１１３を構造フレーム１１２に機械的に取り付けるための受容部を含むことができる。

図５に示される実施例では、冷却システム１１７は、冷却システム１１７をインターフェースプレート１１３に固定するためのコネクタ１１９を備える。同じ原理をインターフェースプレート１１３を介してナセルカバーアセンブリ１００又はナセルカバーパネル１１０に接続され得る他の任意の外部構成要素にも適用することができる。

さらに、図５は、構造フレーム１１２と、支持ゾーン１１４を介してナセル１６内の既存フレーム１１５との間の取り付けを示している。支持ゾーン１１４は、例えば、取り付け共通項で一括されるグループによって、又は図示の例では、実質的に平坦なプレートとして形成することができる。カバーアセンブリの構造フレーム１１２をナセルの内部フレーム１１５に結合するのを容易にする任意の取り付け具（アタッチメント）又は継ぎ手（fitting）を使用することができる。

図６は、ナセルカバーアセンブリ１００又は複合ナセルパネル１１０を構造フレーム１１２に結合するように構成されたインターフェースプレート１１３の詳細な断面図を概略的に示す。この例では、インターフェースプレートは、複合パネル開口１０４内に配置され、ファスナ１１８を受け入れる孔１３１を含み、構造フレーム１１２は、中空の矩形梁１１６と、ファスナ１１８を受け入れ、インターフェースプレート１１３を構造フレーム１１２に機械的に取り付けるための接続プレート１１３’とを含む。インターフェースプレートは、インターフェースプレートを貫通して延びることができ、ファスナ１１８を受け入れるように構成され得る孔１３１を含む。また、インターフェースプレート１１３の孔１３１は、接続プレート１１３’の孔（例えばブラインドホール）と一致していてもよい。インターフェースプレート１１３の孔１３１は、インターフェースプレート１１３及び外側屋根面１１０’（すなわち、手すり、冷却システム、又はその他）の上部に位置する任意の外部ナセル構成要素を構造フレーム１１２に結合するためのファスナー１１８を受け入れるように構成することができる。

インターフェースプレート１１３の孔１３１又は接続プレート１１３’の孔は、ファスナーのそれぞれのねじ山に一致する内ねじを有してもよい。本例では、内ねじは連結プレート１１３’の孔にある。他の例では、インターフェースプレート１１３は、構造フレーム１１２への接続専用の孔のセットと、任意の外部ナセル構成要素への接続用の別の孔のセットとを含むことができる。

さらに、図６は、インターフェースプレート１１３が、ナセルカバーアセンブリ１００又はナセルカバーパネル１１０の実質的に平坦な表面に接触するように構成されたフランジ１３４を含むことができることを示している。従って、フランジ１３４は、複合パネルの外側屋根面１１０’上に少なくとも部分的に位置するように配置される。インターフェースプレートのフランジ１３４は、複合屋根パネルに重なってもよい。フランジ１３４は、外部からナセル１６への破片及び／又は水の侵入を低減することができる接触領域（contact area）を提供する。

さらに、他の例では、インターフェースプレート１１３は、複合パネル屋根面１１０’上に少なくとも部分的に配置（ｓｉｔ）され、複合ナセルパネル開口１０４を少なくとも部分的にシールするように配置されたガスケットを含むことができる。追加のシール障壁を提供するために、さらなる例では、インターフェースプレート１１３は、１つ以上のインターフェースプレート１１３を機械的又は化学的にナセルカバーパネル１１０又はナセルカバーアセンブリ１００に取り付けるための接着要素を含むことができる。

さらに、孔１３１は、全体的に又は部分的に、シール材及び又はガスケットを受容するように構成された凹部１３３によって囲まれて、インターフェースプレート１１３と接続プレート１１３’との間の接続を少なくとも部分的にシールすることができる。図６に示す例では、構造フレーム１１２の接続プレート１１３’は、接続プレート１１３’を複合パネルの内側面１１０’’に接続する構造接着剤を受け入れるように構成された凹部１３２をさらに含む。

上述のように、インターフェースプレート１１３は、ナセル外部構成要素から既存のフレーム１１５への荷重伝達（負荷伝達）を提供することができる。したがって、インターフェースプレート１１３は、内部の既存のフレーム１１５に荷重を効果的に伝達するのに十分な強度及び剛性を有する材料で形成することができる。さらに、インターフェースプレート１１３は、天候及び大気状態、例えば海洋環境にさらされることができるので、インターフェースプレート１１３は、非腐食性材料で作られてもよい。

更なる実施例では、インターフェースプレート１１３はステンレス鋼で作られてもよい。より具体的には、マリングレードステンレス鋼（marine grade stainless steel）から製造することができる。このような材料、典型的にはモリブデンを含有する材料から作製されたインターフェースプレート１１３は、海水中の塩の腐食作用に抵抗することができ、メンテナンスを減少させ、構成要素の寿命を長くすることができる。

図６では、構造フレームは、中空の矩形梁１１６と接続プレート１１３’とを含むように示されている。しかしながら、他の幾何学的形状を有する梁、又は中空梁以外の要素を含む構造フレームさえも使用することができる。

インターフェースプレート１１３は、外部荷重を支持ゾーン１１４を介して構造フレーム及び既存のナセルフレーム１１５（風力タービンナセル１６の内側）に直接伝達することができ、その構成により水密性を高めることができる。さらに、インターフェースプレート１１３を組立ラインに設置することができるという事実は、現場で又は組立工程の最後に検査することができるナセルカバーアセンブリ１００又はナセルカバーパネル１１０の接続点の数をかなり減少させ、最終組立時間を減少させることができる。

図７は、ナセルアセンブリ２００の一例の斜視図である。この例では、ナセルアセンブリ２００は、概略的に示すナセルベースコンポーネント２１０と、ナセルカバーアセンブリ１００とを含み、ナセルカバーアセンブリ１００は、複合パネルを含み、少なくとも外側屋根面１１０’と内側表面とを含むナセルカバーパネル１１０を含む。ナセルカバーパネル１１０は、複合パネルに結合された構造フレーム１１２と、一つ以上のインターフェースプレート１１３とを含む。さらに、複合パネルの外側屋根面１１０’は、構造フレームと結合する一つ以上のインターフェースプレート１１３を受け入れる一つ以上の開口部１０４を含む。構造フレームは、複合パネルの内側表面に配置され、したがって外側屋根表面１１０’の下に隠れていることに注意されたい。

この例では、ナセルカバーアセンブリ１００の上部に手すり１２２が取り付けられており、コネクタ１１９はインターフェースプレート１１３を介して構造フレームに接続されている。実施例はまた、ナセルカバーアセンブリ１００が、インターフェースプレート１１３及び持ち上げ箇所１２１を介して構造フレーム１１２に接続された冷却システム１１７を含むことを示す。持ち上げ箇所１２１の一つ以上は、ナセルカバーアセンブリ１００又はナセルカバーパネル１１０が構造フレームに機械的に接続された点から持ち上げられるように、インターフェースプレート１１３を含むことができる。他のタイプの外部構成要素は、付加的に又は代替的に、ナセルアセンブリ２００内に取り付けられてもよい。

本開示の別の態様において、方法６００が提供される。方法６００は、ナセルアセンブリ２００を提供するのに適している。方法６００は、図８に概略的に示されている。

この方法は、ブロック６０１において、ナセルベースコンポーネント２１０を提供することを含む。ナセルベースコンポーネント２１０は、例えば、既存のフレーム１１５や、外部の大気中の危険要因からナセルの内部を少なくとも部分的に隔離するためのシェル又はパネルを有するより複雑な構造など、様々な形態を有することができる。ナセルベースコンポーネントは、典型的には、構造フレームと、ナセルのハウジング（筐体）の一部とを含むことができる。したがって、ナセルベースコンポーネント２１０は、ベースとして作用するパネルと、少なくとも側壁として作用するパネルと、ナセルの既存の内部フレーム１１５とを含んでもよい。

方法６００はまた、ブロック６０２において、少なくとも外側屋根面１１０’と内側面１１０’’とを含む複合パネルと、内側面１１０’’において複合パネルに結合された構造フレーム１１２とを含むナセルカバーパネル１１０を提供することを含む。構造フレーム１１２が複合パネルに直接連結されているので、ナセルカバーパネル１１０を、相互接続部を必要とせずに、ナセル１６に直接取り付けることができる。

方法６００は、ブロック６０３において、複合パネルに結合された構造フレーム１１２を介してナセルカバーパネル１１０にナセルベースコンポーネント２１０を結合することを含む。この接合ステップは、比較的単純であるため、設置及び試運転中の時間を短縮することができる。構造フレーム１１２は、組立ラインの間に形状における変形（geometric modifications：幾何学的な修正）を受けることができないので、構成要素間の接合部は一致したままである。

実施例では、ナセルアセンブリ２００を提供するための方法６００は、一つ以上の追加のナセルカバーパネル１２０，１３０を提供することと、ナセルベースコンポーネント２１０に提供される追加のナセルカバーパネル１２０，１３０を固定して、実質的にすべてのナセル上面を覆うこととを含むことができる。

さらに、他の実施例では、提供されるナセルカバーパネル１１０，１２０，１３０は、一つ以上のインターフェースプレート１１３を受容するための一つ以上の開口部１０４を含むことができる。さらに、方法６００は、一つ又は複数のインターフェースプレート１１３を設け、一つ又は複数の開口部１０４内に一つ又は複数のインターフェースプレート１１３を配置し、インターフェースプレート１１３を構造フレーム１１２に結合することをさらに含むことができる。上述のように、インターフェースプレート１１３と構造フレーム１１２との間の接続は、ナセル外部構成要素（冷却システム、手すり、避難口、フレックスクレーン（flexi-cranes）など）がインターフェースプレート１１３に直接接続されているときに、複合パネルに作用する外部荷重を大幅に低減する。また、現場での水密確認ポイントを削減し、設置時間の短縮やメンテナンス・試運転時間の短縮を実現する。

この態様では、方法６００は、インターフェースプレート１０３が配置されている開口部１０４をシールすることをさらに含むことができる。封止は、開口部１０４の周囲を封止することと、インターフェースプレート１１３を構造フレーム１１２に接合するためのファスナ（締結具）を受け入れるように構成された任意の接続点又は孔１３１とを含むことができる。

この態様において、方法６００は、複合パネルとインターフェースプレート１１３との間の少なくとも接触面に接着剤を提供することをさらに含むことができる。複合パネルとインターフェースプレートとは、接着によって互いに取り付けられてもよい。

方法６００で提供されるインターフェースプレート１１３は、複合パネルとインターフェースプレート１１３との間の接触面を増加させ、水漏れのリスクをさらに低減するために、細長いフランジ１３４をさらに含むことができる。ガスケット（gaskets）を備えたインターフェースプレート１１３を提供するような他の代替手段も、水漏れのリスクを軽減するために可能である。

この記述された説明は、好ましい実施形態を含む教示を開示するために、また、任意の装置又はシステムを製造及び使用すること、及び任意の組み込まれた方法を実行することを含む教示を当業者が実施することを可能にするために、実施例を使用する。特許可能範囲は、クレームによって定義され、当業者に生じる他の例を含むことができる。そのような他の例は、それらがクレームの文字どおりの言語と異ならない構造要素を有する場合、又はそれらがクレームの文字どおりの言語と実質的に異ならない同等の構造要素を含む場合、クレームの範囲内にあることを意図している。記載された様々な実施形態からの局面、並びにそのような各局面に対する他の既知の等価物は、当業者の１人によって混合及び整合され、本出願の原理に従って追加の実施形態及び技術を構築することができる。図面に関連する参照符号がクレーム中に括弧書きされている場合は、それらはクレームの理解度を増加させることのみを意図したものであり、クレームの範囲を限定するものと解釈してはならない。

１０ 風力タービン
１２ 地面
１４ 支持システム
１５ タワー
１６ ナセル
１８ ロータ
２０ ハブ
２２ ロータブレード
２４ ブレード根元部分
２６ 負荷伝達領域
２８ 風向
３０ ロータ軸
３２ ピッチシステム
３４ ピッチ軸
３６ 風力タービン制御装置
３８ ヨー軸
４２ 発電機
４４ メインシャフト
４６ ギアボックス
４８ 高速シャフト
５０ カップリング
５２ メインフレーム
５４ デカップリング支持手段
５６ ヨー駆動機構
５８ 気象測定システム
６０ 主前方支持ベアリング
６２ 主後方支持ベアリング
６４ ドライブトレーン
６６ ピッチアセンブリ
６８ ピッチ駆動システム
７０ センサ
７２ ピッチベアリング
７４ ピッチ駆動モータ
７６ ピッチ駆動ギアボックス
７８ ピッチ駆動ピニオン
８０ ピッチ制御システム
８４ 発電機
８６ キャビティ
８８ 内面
９０ 変圧器
１００ ナセルカバーアセンブリ
１０３ トルクアーム
１０４ 開口部
１１０、１２０、１３０ ナセルカバーパネル
１１０’、１２０’、１３０’ 外側屋根面
１１０’’、１２０’’、１３０’’ 内側面
１１１ 側面
１１２ 構造フレーム
１１３ インターフェースプレート
１１４ 支持ゾーン
１１５ フレーム
１１６ 梁
１１７ 冷却システム
１１８ ファスナ
１１９ コネクタ
１２１ 持ち上げ箇所
１２２ 手すり
１３１ 孔
１３２ 凹部
１３３ 凹部
１３４ フランジ
２００ ナセルアセンブリ
２１０ ナセルベースコンポーネント

Claims (15)

1. 風力タービン（１０）のナセル（１６）に取り付けられるように構成されたナセルカバーパネル（１１０，１２０，１３０）であって、
   少なくとも外側屋根面（１１０’、１２０’、１３０’）と内側面（１１０’’、１２０’’、１３０’’）とを含む複合パネルと、
   内側面（１１０’’、１２０’’、１３０’’）において複合パネルに結合された構造フレーム（１１２）と、
   を含む、ナセルカバーパネル（１１０，１２０，１３０）。
2. 複合パネルの外側屋根面（１１０’、１２０’、１３０’）は、１つ以上の開口部（１０４）を備え、
   ナセルカバーパネル（１１０，１２０，１３０）は、１つ以上の開口部（１０４）内に少なくとも部分的に位置し、
   ナセルカバーパネル（１１０，１２０，１３０）は、構造フレーム（１１２）に機械的に接続される１つ又は複数のインターフェースプレート（１１３）をさらに備える、請求項１に記載のナセルカバーパネル（１１０，１２０，１３０）。
3. １つ又は複数のインターフェースプレート（１１３）は、１つ又は複数の貫通孔（１３１）及びファスナ（１１８）を含み、
   構造フレーム（１１２）は、ファスナ（１１８）を受容し、１つ又は複数のインターフェースプレート（１１３）を構造フレーム（１１２）に機械的に取り付けるための受容部を含む、請求項２に記載のナセルカバーパネル（１１０，１２０，１３０）。
4. １つ又は複数のインターフェースプレート（１１３）は、複合パネルの屋根面（１１０’）上に少なくとも部分的に支持されるように構成されたフランジ（１３４）を含む、請求項２又は３に記載のナセルカバーパネル（１１０，１２０，１３０）。
5. １つ又は複数のインターフェースプレート（１１３）は、複合パネルの屋根面（１１０’）上に少なくとも部分的に支持されるように構成されたガスケットを含む、請求項２乃至４のいずれか一項に記載のナセルカバーパネル（１１０，１２０，１３０）。
6. １つ又は複数のインターフェースプレート（１１３）が複合パネルに接着されている、請求項２乃至５のいずれか一項に記載のナセルカバーパネル（１１０，１２０，１３０）。
7. １つ又は複数のインターフェースプレート（１１３）がステンレス鋼製である、請求項２乃至６のいずれか一項に記載のナセルカバーパネル（１１０，１２０，１３０）。
8. 構造フレーム（１１２）は、構造フレーム（１１２）を風力タービンナセル（１６）内に位置する既存のフレーム（１１５）に連結する支持ゾーン（１１４）を含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のナセルカバーパネル（１１０，１２０，１３０）。
9. 構造フレームは、任意に矩形の中空部を有する炭素鋼梁（１１６）を含む、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のナセルカバーパネル（１１０，１２０，１３０）。
10. 複合パネルが、ガラス繊維とポリエステル樹脂とを含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のナセルカバーパネル（１１０，１２０，１３０）。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の複数のナセルカバーパネル（１１０，１２０，１３０）を含むナセルカバーアセンブリ（１００）であって、ナセルカバーアセンブリ（１００）が、実質的に全部のナセル上面を覆う、ナセルカバーアセンブリ（１００）。
12. ナセルアセンブリ（２００）を提供する方法（６００）であって、
    ナセルベースコンポーネントを提供すること（２１０）と、
    少なくとも外側屋根面（１１０’、１２０’、１３０’）及び内側面（１１０’’、１２０’’、１３０’’）を含む複合パネルと、複合パネルに結合された構造フレーム（１１２）とを含むナセルカバーパネル（１１０，１２０，１３０）を提供することと、
    内側面（１１０’’、１２０’’、１３０’’）で複合パネルに結合された構造フレーム（１１２）を介してナセルカバーパネル（１１０，１２０，１３０）にナセルベースコンポーネント（２１０）を結合することと、
    を含む方法（６００）。
13. １つ以上の追加ナセルカバーパネル（１１０，１２０，１３０）を提供することと、
    ナセルベースコンポーネント（２１０）に設けられた追加のナセルカバーパネル（１１０，１２０，１３０）を結合して、実質的にナセル上面全体を覆うことと、
    をさらに含む、請求項１２に記載の方法（６００）。
14. ナセルカバーパネル（１１０，１２０，１３０）が、１つ又は複数のインターフェースプレート（１１３）を受け入れる１つ以上の開口部（１０４）を含み、
    １つ又は複数のインターフェースプレート（１１３）を提供することと、
    １つ又は複数のインターフェースプレート（１１３）を一つ以上の開口部（１０４）に配置し、１つ又は複数のインターフェースプレート（１１３）を構造フレーム（１１２）に連結することと、
    を含む、請求項１２または１３に記載の方法（６００）。
15. 複合パネルを１つ又は複数のインターフェースプレート（１１３）に取り付けるための接着剤を提供することをさらに含む、請求項１４に記載の方法（６００）。

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