JP2024083159A - Wind power generation equipment - Google Patents

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JP2024083159A
JP2024083159A JP2022197524A JP2022197524A JP2024083159A JP 2024083159 A JP2024083159 A JP 2024083159A JP 2022197524 A JP2022197524 A JP 2022197524A JP 2022197524 A JP2022197524 A JP 2022197524A JP 2024083159 A JP2024083159 A JP 2024083159A
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Abstract

【課題】タワー基部の疲労を抑制可能な風力発電装置を提供する。
【解決手段】風力発電装置は、タワーに設けられ、風を受けて回転するローターと、ローターの回転力を受けて発電する発電機と、タワーとタワーの荷重を支持する支持部材との間に設けられる滑り支承と、を有する。
【選択図】図5

A wind turbine generator capable of suppressing fatigue of a tower base is provided.
[Solution] The wind turbine generator has a rotor mounted on a tower and rotates when it receives wind, a generator that generates electricity when it receives the rotational force of the rotor, and a sliding bearing mounted between the tower and a support member that supports the load of the tower.
[Selected figure] Figure 5

Description

本開示は、風力発電装置に関する。 This disclosure relates to a wind power generation device.

風力発電装置として、例えば、特許文献1に記載の風力発電装置がある。 An example of a wind power generation device is the wind power generation device described in Patent Document 1.

特開2021-172211号公報JP 2021-172211 A

風力発電装置は、風力を受けるローターをタワーに設置した構造である。構造上、タワー基部では、ローターが風力を受けた際に曲げ力が発生し、かつ風の影響から繰り返し荷重を受けることにより基部での疲労破壊が課題となっている。 A wind turbine generator has a rotor that receives wind force and is mounted on a tower. Structurally, bending forces are generated at the base of the tower when the rotor receives wind force, and fatigue failure at the base is an issue due to repeated loads from the wind.

基部の疲労破壊を解決する手段として、タワー構造の剛性を挙げることが考えられるが、部材厚の増加や質量増加により、コストアップとなってしまう。 One solution to the fatigue failure of the base would be to increase the rigidity of the tower structure, but this would increase costs due to increased component thickness and mass.

また、部分的な鋼材の補修は新たな強度的弱点部が発生するだけであり、同様な不具合が継続して発生する虞があるため、本質的な対策とはなり得ない。 In addition, partial repairs to steel materials will only result in new strength weaknesses, and there is a risk that similar defects will continue to occur, so this is not an essential solution.

本開示は上記事実を考慮し、タワー基部の疲労を抑制可能な風力発電装置の提供を目的とする。 Taking the above facts into consideration, this disclosure aims to provide a wind power generation device that can suppress fatigue at the tower base.

第1の態様に係る風力発電装置は、タワーと、前記タワーを上部に設けた支持部材と、前記タワーに設けられ、風を受けて回転するローターと、前記ローターの回転力を受けて発電する発電機と、前記タワーと前記支持部材との間に設けられた滑り支承と、を有する。 The wind power generation device according to the first aspect has a tower, a support member with the tower mounted on top, a rotor mounted on the tower that rotates when exposed to wind, a generator that receives the rotational force of the rotor to generate electricity, and a sliding bearing mounted between the tower and the support member.

第1の態様に係る風力発電装置は、ローターが風を受けて回転すると、ローターの回転力を受けて発電機が発電を行う。 In the wind power generation device according to the first aspect, when the rotor rotates in response to the wind, the generator generates electricity by receiving the rotational force of the rotor.

第1の態様に係る風力発電装置は、ローターが風を受けて、タワーに水平方向の外力が入力されると、タワーと支持部材との間に設けた滑り支承に水平変位が生じ、タワーの基部に曲げ応力が生じ難くなる。これにより、タワー基部の疲労を抑制可能となる。 In the wind power generation device according to the first aspect, when the rotor receives wind and a horizontal external force is input to the tower, horizontal displacement occurs in the sliding support provided between the tower and the support member, making it difficult for bending stress to occur in the base of the tower. This makes it possible to suppress fatigue in the tower base.

第2の態様に係る風力発電装置は、第1の態様に係る風力発電装置において、前記タワーと前記支持部材との間の水平方向の動きを抑制するダンパーを有している。 The wind power generation device according to the second aspect is the wind power generation device according to the first aspect, but has a damper that suppresses horizontal movement between the tower and the support member.

第2の態様に係る風力発電装置では、ダンパーで生ずる減衰力の作用により、タワーと支持部材との間の水平方向の動きが抑制される。 In the wind power generation device according to the second aspect, the horizontal movement between the tower and the support member is suppressed by the action of the damping force generated by the damper.

第3の態様に係る浮体式洋上風力発電装置は、第1の態様、または第2の態様に係る風力発電装置において、前記タワーと前記支持部材との間の水平方向の変位を規制する変位規制部材を有している。 The floating offshore wind power generation device according to the third aspect is the wind power generation device according to the first or second aspect, and has a displacement restriction member that restricts horizontal displacement between the tower and the support member.

第3の態様に係る浮体式洋上風力発電装置では、変位規制部材によって、タワーと支持部材との間の水平方向の変位が規制される。 In the floating offshore wind power generation device according to the third aspect, the displacement restriction member restricts horizontal displacement between the tower and the support member.

第4の態様に係る風力発電装置は、第1の態様~第3の態様の何れか一つに対応する風力発電装置において、前記支持部材には、浮力を有する浮体が連結されている。 The wind power generation device according to the fourth aspect is a wind power generation device corresponding to any one of the first to third aspects, in which a float having buoyancy is connected to the support member.

第4の態様に係る風力発電装置は、支持部材に、浮力を有する浮体が連結されているため、風力発電装置を、水に浮かべる浮体式洋上風力発電装置とすることができ、風力発電装置を海、湖などの水上に配置することができる。 In the wind turbine generator according to the fourth aspect, a float having buoyancy is connected to the support member, so that the wind turbine generator can be a floating offshore wind turbine generator that floats on water, and can be placed on water such as the sea or a lake.

第5の態様に係る風力発電装置は、タワーと、前記タワーを上部に設けた支持部材と、前記タワーに設けられ、風を受けて回転するローターと、前記ローターの回転力を受けて発電する発電機と、前記タワーと前記支持部材との間に設けられる免震装置と、を有している。 The wind power generation device according to the fifth aspect has a tower, a support member with the tower mounted on top, a rotor mounted on the tower that rotates when exposed to wind, a generator that receives the rotational force of the rotor to generate electricity, and a seismic isolation device mounted between the tower and the support member.

第5の態様に係る風力発電装置では、ローターが風を受け、タワーの上部に水平方向の外力が入力されると、タワーと支持部材との間に設けた免震装置に水平変位が生じ、これにより、タワーの基部に曲げ応力が生じ難くなる。これにより、タワー基部の疲労を抑制可能となる。 In the wind power generation device according to the fifth aspect, when the rotor receives wind and a horizontal external force is input to the top of the tower, horizontal displacement occurs in the seismic isolation device installed between the tower and the support member, which makes it difficult for bending stress to occur in the base of the tower. This makes it possible to suppress fatigue in the tower base.

以上説明したように本開示の風力発電装置によれば、タワー基部の疲労を抑制可能となる。 As described above, the wind power generation device disclosed herein can suppress fatigue at the tower base.

参考例に係る風力発電装置を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing a wind turbine generator according to a reference example. 参考例に係る風力発電装置の副浮体の配置を示す側面図である。FIG. 11 is a side view showing the arrangement of a secondary floating body of a wind turbine power generation device according to a reference example. 参考例に係る風力発電装置のタワー上部側を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing the upper side of the tower of a wind turbine generator according to a reference example. 参考例に係る風力発電装置の浮体の上部を示す側面図である。FIG. 4 is a side view showing an upper portion of a float of a wind turbine power generating device according to a reference example. 本開示の第1の実施形態に係る風力発電装置のタワー基部周辺を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing the periphery of a tower base of a wind turbine power generating device according to a first embodiment of the present disclosure. 本開示の第1の実施形態に係る風力発電装置の滑り支承周辺を示す一部を断面にした斜視図である。1 is a perspective view, partially in cross section, showing the periphery of a sliding bearing of a wind turbine generator according to a first embodiment of the present disclosure. 本開示の第1の実施形態に係る風力発電装置に用いた滑り支承を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a sliding bearing used in a wind turbine generator according to a first embodiment of the present disclosure. 振動吸収体の水平変位と水平荷重曲線を示した説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the horizontal displacement and horizontal load curve of a vibration absorber. 本開示の第2の実施形態に係る風力発電装置の基部付近を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing the vicinity of a base of a wind turbine power generating device according to a second embodiment of the present disclosure.

[参考例]
図1乃至図4を用いて、参考例に係る風力発電装置10について説明する。
[Reference Example]
A wind turbine generator 10 according to a reference example will be described with reference to Figs. 1 to 4 .

図3に示すように、風力発電装置10は、一例として、平面視で円形の鋼製またはコンクリート製の支持部材12を備えている。 As shown in FIG. 3, the wind power generation device 10 includes, as an example, a support member 12 made of steel or concrete that is circular in plan view.

図1、及び図3に示すように、支持部材12の中心部には、タワー14が立設されている。支持部材12とタワー14とは、一例としてボルト、溶接等で固定されている。 As shown in Figures 1 and 3, a tower 14 is erected in the center of the support member 12. The support member 12 and the tower 14 are fixed together, for example, by bolts, welding, or the like.

図2に示すように、タワー14の上部にはナセル16が設けられており、ナセル16には、ローター18の回転で発電する発電機20が収容されている。タワー14は、一例として中空構造であり、鋼材等で形成されている。タワー14の内部は、雨水、海水等が進入しないように密閉されている。ハブ18A、及びブレード18Bでローター18が構成されている。また、タワー14、ナセル16、及びローター18で風車11が構成されている。 As shown in FIG. 2, a nacelle 16 is provided on top of the tower 14, and the nacelle 16 houses a generator 20 that generates electricity by rotating the rotor 18. The tower 14 has a hollow structure, for example, and is made of steel or the like. The interior of the tower 14 is sealed to prevent the intrusion of rainwater, seawater, and the like. The hub 18A and the blades 18B make up the rotor 18. The tower 14, nacelle 16, and rotor 18 make up the wind turbine 11.

図1、及び図2に示すように、本参考例の風車11は、一例として、ハブ18Aにブレード18Bが設けられたプロペラ型と呼ばれる水平軸風車である。 As shown in Figures 1 and 2, the wind turbine 11 in this reference example is, as an example, a horizontal axis wind turbine called a propeller type, in which blades 18B are provided on a hub 18A.

上記タワー14、ナセル16、ローター18、発電機20に関しては、従来一般の構造のものを用いることができる。 The tower 14, nacelle 16, rotor 18, and generator 20 can be of conventional structure.

図3に示すように、支持部材12には、浮体保持部材24が取り付けられている。支持部材12と浮体保持部材24とは、一例としてボルト、溶接等で固定されている。 As shown in FIG. 3, a float holding member 24 is attached to the support member 12. The support member 12 and the float holding member 24 are fixed together, for example, by bolts, welding, etc.

浮体保持部材24は、支持部材12から放射方向(径方向外側)へ向けて延びる複数本(本参考例では5本)の連結部材24Aを備え、各連結部材24Aの端部には円環状の大径環状部材24Bが固定されている。大径環状部材24Bの内側には、大径環状部材24Bよりも小径の小径環状部材24Cが配置されている。小径環状部材24Cは、連結部材24Aの長手方向中間部に固定されている。 The float holding member 24 has multiple connecting members 24A (five in this example) extending radially (diametrically outward) from the support member 12, and a large-diameter annular member 24B is fixed to the end of each connecting member 24A. A small-diameter annular member 24C with a smaller diameter than the large-diameter annular member 24B is arranged inside the large-diameter annular member 24B. The small-diameter annular member 24C is fixed to the longitudinal middle of the connecting member 24A.

本参考例では、支持部材12の中心と、大径環状部材24Bの中心と、小径環状部材24Cの中心とを一致させている。 In this reference example, the center of the support member 12, the center of the large diameter annular member 24B, and the center of the small diameter annular member 24C are aligned.

浮体保持部材24を構成する連結部材24A、大径環状部材24B、及び小径環状部材24Cは、一例として、鋼材等で形成することができる。浮体保持部材24は、鋼鉄製骨格、浮体支持部材、補強材などと言い換えることができる。 The connecting member 24A, the large diameter annular member 24B, and the small diameter annular member 24C that constitute the float holding member 24 can be formed, for example, from steel material or the like. The float holding member 24 can also be referred to as a steel skeleton, a float support member, a reinforcing material, etc.

図1、及び図3に示すように、本参考例では、支持部材12の下部の中心に、鋼製の中空構造とされた浮体26が取り付けられている。 As shown in Figures 1 and 3, in this reference example, a hollow steel float 26 is attached to the center of the lower part of the support member 12.

支持部材12の下部、大径環状部材24Bの下部、及び小径環状部材24Cの下部には、周方向に沿って複数の弾性浮体28が配置されている。これらの弾性浮体28は、支持部材12の下部、及び大径環状部材24Bの下部において、周方向に沿って等間隔に配置されている。弾性浮体28は、本開示の浮体の一例である。 A plurality of elastic floats 28 are arranged along the circumferential direction on the lower part of the support member 12, the lower part of the large diameter annular member 24B, and the lower part of the small diameter annular member 24C. These elastic floats 28 are arranged at equal intervals along the circumferential direction on the lower part of the support member 12 and the lower part of the large diameter annular member 24B. The elastic floats 28 are an example of a float of the present disclosure.

弾性浮体28は、中空体であり、使用時の形状(空気を充填した状態の形状)は、一例として球形である。なお、弾性浮体28の使用時の形状は球形に限定されず、円柱形状、中央部が膨らんだ樽形状、立方体形状等であってもよい。 The elastic float 28 is hollow, and its shape when in use (when filled with air) is, for example, spherical. Note that the shape of the elastic float 28 when in use is not limited to a sphere, and may be a cylinder, a barrel shape with a bulging center, a cube, etc.

弾性浮体28を構成する材料は、弾性材料、一例として、加硫ゴム、ウレタン樹脂等の弾性を有する合成樹脂(エラストマー樹脂)であり、金属よりも比重が小さい材料である。弾性浮体28を構成する弾性材料には、補強用のコードや織物シート等が埋設されていてもよい。 The material that constitutes the elastic float 28 is an elastic material, for example, a synthetic resin (elastomer resin) having elasticity such as vulcanized rubber or urethane resin, and is a material with a lower specific gravity than metal. Reinforcing cords, woven sheets, etc. may be embedded in the elastic material that constitutes the elastic float 28.

各弾性浮体28は、個別に交換が可能なように、支持部材12、及び浮体保持部材24に対して、一例として、チェーン、ロープ、バンド等の取付部材32を用いて着脱可能に取り付けられている。図示は省略するが、弾性浮体28は、チェーン、ロープ、バンド等に限らず、ボルト等を用いて支持部材12、及び浮体保持部材24に取り付けられていてもよい。
なお、取付部材32は、弾性浮体28の着脱作業が、水上、例えば、支持部材12や浮体保持部材24の上で出来るように設けることが好ましい。
Each elastic float 28 is detachably attached to the support member 12 and the float holding member 24 by means of an attachment member 32 such as a chain, a rope, a band, etc., so that each elastic float 28 can be individually replaced. Although not shown in the drawings, the elastic float 28 may be attached to the support member 12 and the float holding member 24 by means of a bolt or the like, not limited to a chain, a rope, a band, etc.
It is preferable that the mounting member 32 is provided so that the elastic float 28 can be attached and detached on the water, for example, on the support member 12 or the float holding member 24 .

弾性浮体28は、空気の充填量により拡縮可能、言い換えれば体積を変更することが可能である。 The elastic float 28 can expand and contract by changing the amount of air filled in it, in other words, its volume can be changed.

図4に示すように、弾性浮体28には空気バルブ30が取り付けられており、空気バルブ30を介して弾性浮体28に空気を充填したり、弾性浮体28の内部の空気を外部に排出することができる。作業性を考慮し、空気バルブ30は、弾性浮体28の水面WFの上に露出している部分に設けることが好ましい。なお、弾性浮体28は、内部の空気を外部に排出し、萎ませた状態で着脱してもよい。 As shown in FIG. 4, an air valve 30 is attached to the elastic float 28, and the air inside the elastic float 28 can be filled with air through the air valve 30, or the air inside the elastic float 28 can be discharged to the outside. In consideration of workability, it is preferable to provide the air valve 30 on a part of the elastic float 28 that is exposed above the water surface WF. The elastic float 28 may be attached or detached in a deflated state after the air inside has been discharged to the outside.

支持部材12、及び浮体保持部材24に取り付ける弾性浮体28の数、及び位置は、図1、及び図3に示す例に限らず、必要に応じて適宜変更可能である。
本参考例では、洋上での風力発電装置10の使用状態において、弾性浮体28の少なくとも一部が水面WFより上側に露出するように、弾性浮体28の数、言い換えれば、浮力が決められている。
The number and positions of the elastic floating bodies 28 attached to the support member 12 and the floating body holding member 24 are not limited to the examples shown in Figs. 1 and 3, and can be appropriately changed as required.
In this reference example, the number of elastic floats 28, in other words, the buoyancy, is determined so that at least a portion of the elastic float 28 is exposed above the water surface WF when the wind power generation device 10 is in use offshore.

図1に示すように、本参考例の風力発電装置10は、従来の浮体式洋上風力発電装置と同様に、係留ライン34によって海底(図示省略)に係留することができる。 As shown in FIG. 1, the wind turbine 10 of this reference example can be moored to the seabed (not shown) by mooring lines 34, similar to conventional floating offshore wind turbines.

なお、発電機20で発電された電力は、一例として、送電線36を介して陸地へ送電することができる。 In addition, the electricity generated by the generator 20 can be transmitted to land via a power transmission line 36, for example.

(作用、効果)
本参考例の弾性浮体28は、構成する材料が、金属よりも比重の小さいゴム、合成樹脂等の弾性体であるため、金属材料を用いた浮体より軽量になる。本参考例の風力発電装置10では、金属製の浮体で浮力を得ている風力発電装置に比較して、全体の質量を軽量化できる。これにより、ローターのサイズアップ、及び大型化が可能となり、発電量を増加させることも可能となる。
(Action, Effect)
The elastic float 28 of this embodiment is made of elastic materials such as rubber and synthetic resin, which have a lower specific gravity than metal, and is therefore lighter than floats made of metal materials. The wind power generation device 10 of this embodiment can have a lighter overall mass than wind power generation devices that obtain buoyancy from metal floats. This makes it possible to increase the size and size of the rotor, and therefore the amount of power generation.

単一の金属製の浮体が固定されている浮体式洋上風力発電装置では、浮体のメンテナンスを行う場合や、浮体に不具合(例えば、亀裂、孔が空く等)が生じた場合は、曳航し、陸揚げしてメンテナンス、または修理する必要があり、メンテナンス、及び修理に多大な手間、及びコストが掛かる。また、金属製の浮体内に水が入った場合、浮力のバランスが崩れ、タワーが必要以上に傾く虞がある。 In a floating offshore wind power generation device in which a single metal float is fixed, when maintenance is required for the float or if the float develops a defect (e.g., a crack or a hole), it must be towed away and brought ashore for maintenance or repair, which requires a great deal of effort and cost for maintenance and repair. Furthermore, if water gets inside the metal float, the balance of buoyancy is lost, and there is a risk that the tower will tilt more than necessary.

一方、本参考例に係る風力発電装置10では、複数の弾性浮体28を用いているので、フェイルセ―フが可能となる。例えば、何れかの弾性浮体28に不具合が生じた場合でも、浮力のバランスが大きく崩れることが抑制され、タワー14が必要以上に傾くことを抑制できる。 On the other hand, the wind power generation device 10 according to this reference example uses multiple elastic floats 28, making it possible to provide a fail-safe. For example, even if a malfunction occurs in any of the elastic floats 28, the balance of buoyancy is prevented from being significantly disrupted, and the tower 14 is prevented from tilting more than necessary.

各弾性浮体28は、少なくとも一部が水面WFに露出しており、また、ボルト、チェーン、ロープ、バンド等の取付部材32を、水上、例えば、支持部材12や浮体保持部材24の上で弾性浮体28の着脱作業が出来るように設けることで、水上にて、不具合を生じた弾性浮体28をメンテナンスしたり、新たな弾性浮体28と交換することが容易となる。したがって、曳航、及び陸揚げによるメンテナンス、及び交換に比較して作業が容易になる。
さらに、弾性浮体28は、空気バルブ30を介して弾性浮体28の内部に空気を充填したり、内部の空気を排出することができる。弾性浮体28は、内部の空気を抜くことで縮小させることができ、これにより、弾性浮体28の運搬、着脱作業が容易になる。
また、空気バルブ30は、弾性浮体28の上部分に取り付けられているため、水上にて空気バルブ30へ空気ポンプのホース等を接続する作業が容易になる。
At least a portion of each elastic float 28 is exposed on the water surface WF, and mounting members 32 such as bolts, chains, ropes, bands, etc. are provided so that the elastic float 28 can be attached and detached on the water, for example, on the support member 12 or the float holding member 24, which makes it easy to maintain a defective elastic float 28 on the water or to replace it with a new elastic float 28. This makes the work easier than maintenance and replacement by towing and landing.
Furthermore, the elastic floating body 28 can be filled with air or the air inside the elastic floating body 28 can be discharged via the air valve 30. The elastic floating body 28 can be shrunk by releasing the air inside, which makes it easier to transport and attach/detach the elastic floating body 28.
Furthermore, since the air valve 30 is attached to the upper portion of the elastic floating body 28, it becomes easy to connect the hose of an air pump to the air valve 30 on the water.

弾性材料からなる弾性浮体28は、着脱可能であり、金属製の浮体に比較して軽量であるため、弾性浮体28を取り外して洋上で回転させることも容易である。例えば、弾性浮体28を回転させ、水に浸かっていた下部を上側にして水に浸かっていた部分を検査したり、下部の付着物の除去などのメンテナンスも容易になる。 The elastic float 28, made of an elastic material, is detachable and lightweight compared to metal floats, so it is easy to remove the elastic float 28 and rotate it on the ocean. For example, rotating the elastic float 28 and turning the submerged lower part to the top makes it easier to inspect the submerged part and to remove any attached matter from the lower part, making maintenance easier.

なお、弾性材料は弾性変形するので、弾性浮体28に何らかの物体が当たったとしても塑性変形し難く、また、物体(波、浮遊物など)が当たった際の衝撃を吸収することもできる。 In addition, since the elastic material deforms elastically, even if an object hits the elastic float 28, it is unlikely to undergo plastic deformation, and it can also absorb the impact of an object (waves, floating objects, etc.) hitting it.

本参考例に係る風力発電装置10では、弾性浮体28が着脱可能であるので、弾性浮体28の数、位置を調整して、浮力の調整や浮力のバランスを取ることも容易である。また、タワー14を搭載する基礎部材が水平となるように浮力のバランスをとることも容易にできる。 In the wind power generation device 10 according to this reference example, the elastic floats 28 are detachable, so it is easy to adjust the number and positions of the elastic floats 28 to adjust and balance the buoyancy. It is also easy to balance the buoyancy so that the foundation member on which the tower 14 is mounted is horizontal.

[第1の実施形態]
図5~図8を用いて、本開示の第1の実施形態に係る風力発電装置100について説明する。なお、上記参考例と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。
[First embodiment]
A wind power generating device 100 according to a first embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 5 to Fig. 8. Note that the same components as those in the above-mentioned reference example are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted.

図5に示すように、本実施形態の風力発電装置100では、タワー14が支持部材12の上に設けられている。より具体的には、タワー14は、支持部材12の上に滑り支承110を介して支持されている。 As shown in FIG. 5, in the wind power generation device 100 of this embodiment, the tower 14 is provided on the support member 12. More specifically, the tower 14 is supported on the support member 12 via a sliding bearing 110.

本実施形態のタワー14は、底部にタワーベース板120を備えている。図5~図7に示すように、滑り支承110は、タワーベース板120に取り付けられる支承部130と、支持部材12に取り付けられ支承部130に当接し支承部130を支持する滑り板140と、を含んで構成されている。 The tower 14 in this embodiment has a tower base plate 120 at the bottom. As shown in Figures 5 to 7, the sliding bearing 110 includes a bearing portion 130 attached to the tower base plate 120, and a sliding plate 140 attached to the support member 12, abutting against the bearing portion 130 and supporting the bearing portion 130.

滑り支承110は、タワーベース板120と支持部材12との間に設置される免震装置として用いることができる。
滑り支承110を備えた免震装置は、風により、タワー14に横からの曲げ力が作用した際に、滑り支承部130と滑り板140とを相対的に滑らせることができる。また、タワーベース板120に固定されたタワー14は、滑り支承110によって免震性能を与えられる。
The sliding bearing 110 can be used as a seismic isolation device installed between the tower base plate 120 and the support member 12 .
The seismic isolation device equipped with the sliding bearing 110 can allow the sliding bearing portion 130 and the sliding plate 140 to slide relative to each other when a lateral bending force acts on the tower 14 due to wind. In addition, the tower 14 fixed to the tower base plate 120 is endowed with seismic isolation performance by the sliding bearing 110.

図6、及び図7に示すように、タワーベース板120には、底面122にボルト孔125が形成され、後述するように支承部130のフランジ131がボルト接合される。 As shown in Figures 6 and 7, the tower base plate 120 has bolt holes 125 formed in the bottom surface 122, and the flange 131 of the support part 130 is bolted to it, as described below.

(支承部)
支承部130は、タワー14を支え続ける部材である。支承部130は、ローター18、ナセル16、タワー14、タワーベース板120等の荷重を支持部材12に伝える部材である。支承部130は、タワーベース板120の底面122に取り付けられるフランジ131と、フランジ131の下部に形成され、振動を吸収する振動吸収体132と、振動吸収体132の下部に形成され滑り板140の滑り面141と当接する滑り材133とを含んで構成されている。
(Support section)
The support portion 130 is a member that continues to support the tower 14. The support portion 130 is a member that transmits the load of the rotor 18, the nacelle 16, the tower 14, the tower base plate 120, etc. to the support member 12. The support portion 130 is configured to include a flange 131 that is attached to the bottom surface 122 of the tower base plate 120, a vibration absorber 132 that is formed on the lower part of the flange 131 and absorbs vibrations, and a sliding member 133 that is formed on the lower part of the vibration absorber 132 and abuts against a sliding surface 141 of the sliding plate 140.

フランジ131にはボルト孔135が形成され、フランジ131とタワーベース板120とがボルト138で接合されている。フランジ131と、振動吸収体132及び滑り材133とは相互に鉛直方向に接合されている。振動吸収体132は、ゴム132aと鋼板132bとを順に積層した積層ゴムで形成されている。 The flange 131 has bolt holes 135, and the flange 131 and the tower base plate 120 are joined with bolts 138. The flange 131, the vibration absorber 132, and the sliding member 133 are joined to each other in the vertical direction. The vibration absorber 132 is made of laminated rubber in which rubber 132a and steel plate 132b are layered in order.

(滑り板)
滑り板140は、物が表面を滑る板材であり、表面には支承部130の滑り材133が当接する滑り面141が形成されている。滑り面141の表面にはPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等が焼結コーティングされている。また滑り板140は支承部130と接合されておらず、水平方向の力が作用した場合、支承部130の滑り材133は滑り面141を滑り可能となる。
(Slide plate)
The sliding plate 140 is a plate material on which an object slides, and has a sliding surface 141 formed on its surface against which the sliding material 133 of the support part 130 abuts. The surface of the sliding surface 141 is sintered and coated with PTFE (polytetrafluoroethylene) or the like. In addition, the sliding plate 140 is not joined to the support part 130, and when a horizontal force is applied, the sliding material 133 of the support part 130 can slide on the sliding surface 141.

滑り板140は、四角形に形成されている。滑り板140の四隅にはボルト孔145が形成され、支持部材12にはボルト孔155が形成されている。滑り板140は、支持部材12にボルト158で固定されている。 The sliding plate 140 is formed in a rectangular shape. Bolt holes 145 are formed in the four corners of the sliding plate 140, and bolt holes 155 are formed in the support member 12. The sliding plate 140 is fixed to the support member 12 with bolts 158.

風力発電装置100は、ダンパー160と、変位規制部材162とを備えている。 The wind power generation device 100 is equipped with a damper 160 and a displacement restriction member 162.

支持部材12の上面には、滑り板140の各辺と対向した位置にダンパー160が設置されている。ダンパー160は、タワーベース板120の水平方向の揺れを抑制する減衰力を発生する。言い換えれば、ダンパー160は、減衰力を発生する。ダンパー160としては、オイルダンパー、空気ダンパー、減衰率の大きなゴム等の粘弾性体を用いることができ、特に形式は問わない。 Dampers 160 are installed on the upper surface of the support member 12 at positions facing each side of the sliding plate 140. The dampers 160 generate a damping force that suppresses horizontal shaking of the tower base plate 120. In other words, the dampers 160 generate a damping force. As the dampers 160, oil dampers, air dampers, viscoelastic bodies such as rubber with a large damping rate, etc. can be used, and there is no particular restriction on the type.

支持部材12とタワーベース板120とは、支持部材12とタワーベース板120との相対変位を規制する変位規制部材162で連結されている。変位規制部材162は、一例としてゴムで被覆した金属製のチェーンを挙げることができ、タワーベース板120の必要以上の変位を規制するストッパの役目を有している。なお、変位規制部材162の形式は特に問わず、支持部材12に固定され、タワーベース板120の端部から水平方向に離間した位置に設けたブロック状のものであってもよい。 The support member 12 and the tower base plate 120 are connected by a displacement restriction member 162 that restricts the relative displacement between the support member 12 and the tower base plate 120. One example of the displacement restriction member 162 is a metal chain covered with rubber, and it acts as a stopper that restricts the tower base plate 120 from being displaced more than necessary. The type of the displacement restriction member 162 is not particularly important, and it may be a block-shaped member that is fixed to the support member 12 and is provided at a position horizontally spaced from the end of the tower base plate 120.

図5に示すように、タワーベース板120の外周部分と支持部材12の上面とは、可撓性を有する材料からなる防水カバー164で接続されており、滑り支承110、ダンパー160、及び変位規制部材162等に水がかからないようにしている。 As shown in FIG. 5, the outer periphery of the tower base plate 120 and the upper surface of the support member 12 are connected with a waterproof cover 164 made of a flexible material, which prevents water from getting on the sliding bearing 110, the damper 160, the displacement restriction member 162, etc.

(作用)
本実施形態の風力発電装置100では、ローター18が風を受け、タワー14の上部に水平方向の外力が入力されると、タワー14を搭載したタワーベース板120と支持部材12との間に水平変位が生じ、これにより、タワー14の基部に曲げ応力が生じ難くなり、タワー14の耐久性を向上させることができる。
また、タワー14の耐久性が向上することで、ローター18を大型化し、発電量を増大させることも可能となる。
(Action)
In the wind power generation device 100 of this embodiment, when the rotor 18 encounters wind and a horizontal external force is input to the top of the tower 14, a horizontal displacement occurs between the tower base plate 120 on which the tower 14 is mounted and the support member 12, which makes it less likely that bending stress will occur at the base of the tower 14 and improves the durability of the tower 14.
In addition, by improving the durability of the tower 14, it becomes possible to enlarge the rotor 18 and increase the amount of power generation.

なお、変位が小さな場合は振動吸収体132がせん断変形することにより変位エネルギーを吸収し、変位が大きくなると、支承部130の滑り材133と滑り板140の滑り面141との間の静摩擦限界を超え、支承部130が滑り板140の上を滑る。 When the displacement is small, the vibration absorber 132 absorbs the displacement energy by shear deformation, and when the displacement becomes large, the static friction limit between the sliding material 133 of the support part 130 and the sliding surface 141 of the sliding plate 140 is exceeded, and the support part 130 slides on the sliding plate 140.

図8は、支承部130の振動吸収体(積層ゴム部)132の水平変位と水平荷重曲線を示しており、滑りだす前の低荷重領域では、支承部130の積層ゴム部が弾性変形をし、常にタワー14が移動している状態を回避可能となる。支承部130の積層ゴム部の弾性率は、ゴム材質、製品形状で調整することが可能である。
ちなみに、積層ゴム部の弾性率=せん断弾性係数×ゴム部有効面積/ゴム層厚である。
8 shows the horizontal displacement and horizontal load curve of the vibration absorber (laminated rubber part) 132 of the support part 130, in which the laminated rubber part of the support part 130 undergoes elastic deformation in the low load region before the tower 14 starts to slide, making it possible to prevent the tower 14 from constantly moving. The elastic modulus of the laminated rubber part of the support part 130 can be adjusted by the rubber material and product shape.
Incidentally, the elastic modulus of the laminated rubber portion = shear elastic modulus x effective area of rubber portion / rubber layer thickness.

なお、ダンパー160は、タワーベース板120の水平方向の揺れを抑制し、変位規制部材162は、タワーベース板120の必要以上の変位を規制する。 The damper 160 suppresses horizontal shaking of the tower base plate 120, and the displacement restriction member 162 restricts excessive displacement of the tower base plate 120.

本実施形態では、単一の滑り支承110でタワー14を支持したが、タワー14は、複数の滑り支承110で支持してもよい。 In this embodiment, the tower 14 is supported by a single sliding bearing 110, but the tower 14 may be supported by multiple sliding bearings 110.

[第2の実施形態]
図9を用いて、本開示の第2の実施形態に係る風力発電装置100について説明する。なお、第1の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。
本実施形態の風力発電装置100は陸上用の風力発電装置であり、図9に示すように、滑り板140が、陸の地盤(図示せず)などに形成されたコンクリート等からなる基礎170に固定されているものである。本実施形態の基礎170は、本開示の支持部材の一例である。
なお、ローター18が風を受けた際の作用、効果は第1の実施形態と同様であり、タワー14の基部に生じる曲げ応力を低減することができる。これによりタワー基部の疲労低減だけでなく、地震時の倒壊等も防ぐ事ができる。
Second Embodiment
A wind turbine generator 100 according to a second embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 9. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted.
The wind power generation device 100 of this embodiment is a wind power generation device for land use, and as shown in Fig. 9, the sliding plate 140 is fixed to a foundation 170 made of concrete or the like formed on the land ground (not shown) or the like. The foundation 170 of this embodiment is an example of a support member of the present disclosure.
The action and effect when the rotor 18 is subjected to wind are the same as those of the first embodiment, and it is possible to reduce the bending stress occurring in the base of the tower 14. This not only reduces fatigue in the tower base, but also prevents collapse during earthquakes.

[その他の実施形態]
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
[Other embodiments]
While one embodiment of the present disclosure has been described above, the present disclosure is not limited to the above, and it goes without saying that the present disclosure can be implemented in various modified forms without departing from the spirit and scope of the present disclosure.

上記実施形態の風力発電装置100では、タワー14を、支持部材12の上に滑り支承110を介して支持していたが、本開示はこれに限らず、例えば、タワー14を、支持部材12の上に滑り板を有していない通常の免震装置(一例として、上記実施形態の支承部130)で支持してもよい。この場合でもタワー14の基部に曲げ応力が生じ難くなる。なお、ここでいう通常の免震装置とは、例えば、上記実施形態の振動吸収体132に相当するものである。 In the wind power generation device 100 of the above embodiment, the tower 14 is supported on the support member 12 via the sliding bearing 110, but the present disclosure is not limited to this. For example, the tower 14 may be supported by a normal seismic isolation device (the support portion 130 of the above embodiment, as an example) that does not have a sliding plate on the support member 12. Even in this case, bending stress is less likely to occur at the base of the tower 14. Note that the normal seismic isolation device referred to here corresponds to, for example, the vibration absorber 132 of the above embodiment.

上記第1の実施形態の風力発電装置100は、タワー14を水面上に浮かべるいわゆる浮体式洋上風力発電装置であったが、タワー14を海底(または湖底でもよい)に設けた基礎に固定するタイプの洋上風力発電装置であってもよく、タワー14を支持する支持部の形式は特に問わない。 The wind power generation device 100 in the first embodiment described above is a so-called floating offshore wind power generation device in which the tower 14 floats on the water surface, but it may also be an offshore wind power generation device of a type in which the tower 14 is fixed to a foundation provided on the seabed (or the lake bottom), and the type of support part that supports the tower 14 is not particularly important.

本実施形態の風車11は、プロペラ型と呼ばれる水平軸風車であったが、風車11の形式は本実施形態のものに限らず、垂直軸風車等、他の形式のものであってもよい。 The wind turbine 11 in this embodiment is a horizontal axis wind turbine, also known as a propeller type, but the type of wind turbine 11 is not limited to that in this embodiment, and may be of other types, such as a vertical axis wind turbine.

12:支持部材、14:タワー、18:ローター、20:発電機、26:浮体、28:弾性浮体(浮体)、100:風力発電装置、110:滑り支承、132:振動吸収体(免震装置)、160:ダンパー、162:変位規制部材、170:基礎(支持部材)。 12: Support member, 14: Tower, 18: Rotor, 20: Generator, 26: Float, 28: Elastic float (float), 100: Wind power generation device, 110: Sliding bearing, 132: Vibration absorber (seismic isolation device), 160: Damper, 162: Displacement control member, 170: Foundation (support member).

Claims (5)

タワーと、
前記タワーを上部に設けた支持部材と、
前記タワーに設けられ、風を受けて回転するローターと、
前記ローターの回転力を受けて発電する発電機と、
前記タワーと前記支持部材との間に設けられた滑り支承と、
を有する風力発電装置。
Tower and
A support member having the tower mounted thereon;
A rotor that is provided on the tower and rotates by receiving wind;
a generator that receives the rotational force of the rotor and generates electricity;
a sliding bearing provided between the tower and the support member;
A wind power generation device having the above structure.
前記タワーと前記支持部材との間の水平方向の動きを抑制するダンパーを有している、
請求項1に記載の風力発電装置。
a damper for inhibiting horizontal movement between the tower and the support member;
The wind turbine generator according to claim 1 .
前記タワーと前記支持部材との間の水平方向の変位を規制する変位規制部材を有している、
請求項1、または請求項2に記載の風力発電装置。
a displacement restriction member that restricts horizontal displacement between the tower and the support member;
The wind power generating device according to claim 1 or 2.
前記支持部材には、浮力を有する浮体が連結されている、
請求項1に記載の風力発電装置。
A floating body having buoyancy is connected to the support member.
The wind turbine generator according to claim 1 .
タワーと、
前記タワーを上部に設けた支持部材と、
前記タワーに設けられ、風を受けて回転するローターと、
前記ローターの回転力を受けて発電する発電機と、
前記タワーと前記支持部材との間に設けられる免震装置と、
を有する風力発電装置。

Tower and
A support member having the tower mounted thereon;
A rotor that is provided on the tower and rotates by receiving wind;
a generator that receives the rotational force of the rotor and generates electricity;
A seismic isolation device provided between the tower and the support member;
A wind power generation device having the above structure.

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