JP4012974B2 - 風力発電タワーの組立装置及び組立方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、風力発電設備のタワーを組み立てるための装置と、この装置を用いてタワーを組み立てる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風力発電設備は、例えば、高さ約３０ｍのタワーと、タワーの上端に設置されるナセルと称される機構部と、ナセルの先端に取り付けられるブレードとを主要な構成要素とする。タワーは、上、中、下の３つのタワーユニットを下から順次上へ接続して組み立てられる。タワーの組立後、ブレード付きのナセルがタワーの上端に取り付けられる。従来は、タワーの基礎付近に設置されたクレーンで部材を吊り上げて上記の組立作業が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、風力発電設備の建設場所によっては、大型のクレーンを搬入するのに大きな困難を伴うことがある。
従って、本発明は、大型クレーンを用いずに風力発電設備のタワーを組み立てることができる装置と、これを用いた組立方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、タワー建設用の基礎を挟み、地上に左右一対のせり上げ装置を定置し、左右一対の柱体の上端間を横桁で接続して成る門型架構の柱体の下部を夫々せり上げ装置に支持する。横桁に係止された滑車に掛けられた吊り上げ用ロープをウインチで巻き上げてタワーユニットを基礎上に立ち上げる。せり上げ装置には、地上に定置される架台と、この架台に対する柱体の垂直昇降を案内するガイド部材と、柱体をせり上げるべく柱体の下部に接続、離脱自在の昇降機構とを具備させる。地上からせり上げた柱体の下端へユニット柱を接続することにより、次々と柱体を上方へ伸ばし、順次上部のタワーユニットを下部のタワーユニット上へ立ち上げる。
門型架構をせり上げ装置で順次せり上げて下方へユニット柱を継ぎ足しつつ、この門型架構の滑車に掛けられた吊り上げロープをウインチで巻き上げ、これでタワーユニットを順次上方へ組み上げていくので、大型のクレーンを用いずに、効率的にタワーを建設することができる。
又は、門型架構に上部タワーユニットを吊ってせり上げ、その下方へ中間タワーユニットを立て、その上部へ上部タワーユニットを吊り降ろして両者を接続し、次いで、これら上部タワーユニット及び中間タワーユニットを門型架構に吊ってせり上げ、その下方へ下部タワーユニットを立てて定置し、その上部へ上部タワーユニット及び中間タワーユニットを吊り降ろして中間タワーユニットの下部を下部タワーユニットの上部へ接続することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１乃至図１１は本発明に係る組立装置を用いて風力発電設備のタワーを組み立てる工程を順を追って示すもので、図１乃至図４の（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、図５は正面図、図６（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、図７乃至図１１は正面図、図１２はせり上げ装置の正面図、図１３はせり上げ装置の架台の概略的分解斜視図、図１４はせり上げ枠角隅部の平面図、図１５は門型架構上部の滑車の説明図である。
【０００６】
タワーの組立方法を説明し、併せて組立装置の構造を明らかにする。
図３に示すように、組立装置１は、タワー建設用基礎を挟んで地上に定置された左右一対のせり上げ装置２と、このせり上げ装置２によって次々と上方へせり上げられる門型架構３と、門型架構３の滑車４に掛けられた吊り上げ用ロープ５をウインチ６で巻き上げて、タワーユニットＴ１，Ｔ２，Ｔ３（図１２）を基礎上に立ち上げる吊り上げ装置７とを具備する。
【０００７】
門型架構３は、下部を夫々せり上げ装置２に支持される左右一対の柱体８と、柱体８の上端間を接続する横桁９と、柱体８の上端から横桁９に直角に水平に延出する片持ち梁１０とを具備する。柱体８は、実施例において長さ４ｍの方形筒型のユニット柱８ａ，８ｂ，８ｃ・・・を上下に複数接続して成る。
【０００８】
図１、図１２に示すように、実施例において高さ８ｍのせり上げ装置２は、地上に定置される架台１１と、この架台１１に対する柱体８の垂直昇降を案内するガイド枠１２と、柱体８をせり上げるべく柱体８の下部に接続、離脱自在の昇降機構１３とを具備する。
【０００９】
図１、図１２、図１３に示すように、架台１１は、下部架台１４と、上部架台１５とから成り、上下に柱体８を貫通させる空間を有する。下部架台１４は、左右一対の側方架台１４ａ，１４ａから成り、上部架台１５は、側方架台１４ａ，１４ａ上に渡しかけて固定されている。上部架台１５は、方形筒型であり、４隅には角材のガイド柱１５ａがあり、これが左右側方架台１４ａ，１４ａの各２隅に設けられた角材のガイド柱１４ｂと上下に結合されている。
【００１０】
ガイド枠１２は、方形体で、柱体８の外を包囲し、それを上下動自在に支持することができる。ガイド枠１２は、例えば４隅の内側にローラを備えるものとし、ローラを柱体８の外角隅に上下方向に転動させる構成とすることができる。
【００１１】
昇降機構１３は、柱体８を構成する各ユニット柱８ａ，８ｂ・・・の下端部に対して結合、離脱自在のせり上げ枠１６と、せり上げ用の油圧シリンダ１７と、せり上げ枠１６と油圧シリンダ１７との間に掛けられたロープ１８とを具備する。油圧方式に代えてワイヤセミ方式とすることもできる。図１２、図１４に示すように、せり上げ枠１６は、方形体で、４隅の外側にローラ１６ａを備え、柱体８の外側を包囲する。せり上げ枠１６は、ローラ１６ａを架台１４のガイド柱１４ｂに沿って転動させることによって上下動することができ、また油圧シリンダ１６ｂのロッド１６ｃを抜き差しすることによって柱体８の下部に結合したり離脱したりすることができる。
【００１２】
図１に示すように、タワーの基礎を挟んで左右両側の地上に、せり上げ装置２を定置する。せり上げ装置２の設置作業は、付近に設置した台棒と称される小型クレーン３１を用いて行う。
【００１３】
図２において、２本のユニット柱８ａ，８ｂを接続して成る柱体８がせり上げ装置２内に立ち上げられている。上方のユニット柱８ａの上端には、片持ち梁１０が水平に取り付けられている。下方のユニット柱８ｂの下端には、せり上げ枠１６が結合され、油圧シリンダ１７とロープ１８又はチェーンでせり上げられている。ユニット柱８ｂの下方の空間に図３に示すように、新たなユニット柱８ｃが挿入され、結合される。
【００１４】
図３において、ユニット柱８ａ，８ｂ，８ｃを接続して成る左右の柱体８，８の上端間に、横桁９が掛け渡されて固定され、門型架構３が組み立てられる。横桁９には、吊り上げ用の滑車４が係止され、ロープ５が掛けられる。５ａは吊り具である。
【００１５】
図４において、吊り上げ装置７で機構部Ｎを吊り上げ、横桁９の下に仮に吊り止めした後、図５において、吊り上げ装置７で下部タワーユニットＴ１を吊り上げて基礎上に固定する。次いで、図６において、柱体８をせり上げ、図７のように、下部に新たなユニット柱８ｄ、８ｅ，８ｆを継ぎ足し、吊り上げ装置７で中間タワーユニットＴ２を吊り上げて下部タワーユニットＴ１上に固定する。次いで、図８において、中間タワーユニットＴ２の上端部と柱体８との間をタワーガイド１９で接続支持し、同様に、柱体８をせり上げ、下部に新たなユニット柱８ｇ、８ｈを継ぎ足す。タワーガイド１９は、タワーユニットＴ２に結合される支持部１９ａと、柱体８の途上を相対昇降自在に包囲して支持するガイド部１９ｂとを備える。次いで、図９において、吊り上げ装置７で上部タワーユニットＴ３を吊り上げて中間タワーユニットＴ２上に固定する。
【００１６】
タワーユニットＴ２，Ｔ３の吊り上げ作業において、下方に既に設置されている他のタワーユニットＴ１又はＴ２を避けるため、図１５に示すように、片持ち梁１０に係止された引き込み用滑車２０ａ，２０ｂと引き込み用ロープ２１が用いられる。引き込み用ロープ２１は、引き込み用滑車２０ａ，２０ｂに中間が掛けられ、先端に制御用滑車２２が係止され、他端側が図示しない地上の引き込み用ウインチに巻かれている。既に基礎上に立ち上がっているタワーユニットＴ１又はＴ２の側方位置から他のタワーユニットＴ２又はＴ３を吊り上げ、引き込み用ロープ２１の繰り出し、巻き上げの調整により、吊り上げたタワーユニットＴ２又はＴ３を下方のタワーユニットＴ１又はＴ２上へ配置することができる。
【００１７】
タワーＴが組上がった後、図１０のように、横桁３に吊り止めてあった機構部Ｎを降ろして上部タワーユニットＴ３上へ取り付ける。また、柱体８に台棒３２を取り付け、これを利用してブレードＢを吊り上げ、機構部Ｎに取り付ける。そして、台棒３２を利用して順次上方から門型架構を分解して吊り降ろし、図１１の風力発電設備が完成する。
【００１８】
図１６乃至図２１は他の実施形態のタワーの組立方法を順を追って示す概略的正面図である。この実施形態では、図４に示す状態以降の作業手順が異なる。即ち、図１６に示すように、まず上部タワーユニットＴ３を立ち上げる。次いで、図１７に示すように、上部タワーユニットＴ３の上端に機構部Ｎを接続する。これらの作業は吊り上げ装置７を用いて行うことができる。次いで、図１８に示すように、柱体８をせり上げ、下部に新たなユニット柱８ｄ、８ｅを継ぎ足して、上部タワーユニットＴ３を吊りながら門型架構３を所定高さにする。次いで、図１９に示すように、下方へ中間タワーユニットＴ２を立ち上げる。このとき例えば滑車４に掛けられた吊り上げロープ５を用いることができる。せり上げ装置２を用いて、門型架構３もろとも上部タワーユニットＴ３せり上げておき、中間タワーユニットＴ２上へ上部タワーユニットＴ３を吊り降ろして両者を接続する。次いで、図２０に示すように、柱体８をせり上げ、下部に新たなユニット柱８ｆ，８ｇ，８ｈを継ぎ足して、タワーユニットＴ３，Ｔ２を吊りながら門型架構３を所定高さにする。次いで、図２１に示すように、下方へ下部タワーユニットＴ１を立ち上げて基礎上に定置する。せり上げ装置２を用いて、門型架構３もろともタワーユニットＴ３，Ｔ２せり上げておき、下部タワーユニットＴ１上へ中間タワーユニットＴ２を吊り降ろして両者を接続する。
なお、上記説明では、ナセルと称される機構部とタワーユニットとを区別したが、これは説明の便のためであって、広義には、機構部もタワーユニットに包含されるものである。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、大型クレーンを用いずに風力発電設備のタワーを組み立てることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】組立装置を用いて風力発電設備のタワーを組み立てる工程を順を追って示すもので、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図２】組立装置を用いて風力発電設備のタワーを組み立てる工程を順を追って示すもので、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図３】組立装置を用いて風力発電設備のタワーを組み立てる工程を順を追って示すもので、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図４】組立装置を用いて風力発電設備のタワーを組み立てる工程を順を追って示すもので、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図５】組立装置を用いて風力発電設備のタワーを組み立てる工程を順を追って示す正面図である。
【図６】組立装置を用いて風力発電設備のタワーを組み立てる工程を順を追って示すもので、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図７】組立装置を用いて風力発電設備のタワーを組み立てる工程を順を追って示す正面図である。
【図８】組立装置を用いて風力発電設備のタワーを組み立てる工程を順を追って示す正面図である。
【図９】組立装置を用いて風力発電設備のタワーを組み立てる工程を順を追って示す正面図である。
【図１０】組立装置を用いて風力発電設備のタワーを組み立てる工程を順を追って示す正面図である。
【図１１】組立装置を用いて風力発電設備のタワーを組み立てる工程を順を追って示す正面図である。
【図１２】せり上げ装置の正面図である。
【図１３】せり上げ装置の架台の概略的分解斜視図である。
【図１４】せり上げ枠角隅部の平面図である。
【図１５】図１５は門型架構上部の滑車の説明図である。
【図１６】他の実施形態のタワーの組立方法を順を追って示す概略的正面図である。
【図１７】他の実施形態のタワーの組立方法を順を追って示す概略的正面図である。
【図１８】他の実施形態のタワーの組立方法を順を追って示す概略的正面図である。
【図１９】他の実施形態のタワーの組立方法を順を追って示す概略的正面図である。
【図２０】他の実施形態のタワーの組立方法を順を追って示す概略的正面図である。
【図２１】他の実施形態のタワーの組立方法を順を追って示す概略的正面図である。
【符号の説明】
１ 組立装置
２ せり上げ装置
３ 門型架構
４ 滑車
５ ロープ
６ ウインチ
７ 吊り上げ装置
８ 柱体
８ａ，８ｂ，……ユニット柱
９ 横桁
１０ 片持ち梁
１１ 架台
１２ ガイド部材
１３ せり上げ機構
１４ 下部架台
１５ 上部架台
１６ せり上げ枠
１７ 油圧シリンダ
１８ ロープ
１９ タワーガイド
２０ 引き込み用滑車
２１ 引き込み用ロープ
２２ 制御用滑車
Ｔ１ タワーユニット
Ｔ２ タワーユニット
Ｔ３ タワーユニット

Claims (5)

1. 風力発電タワー建設用基礎を挟み地上に定置された左右一対のせり上げ装置と、
   複数のユニット柱を上下に接続して成り、下部を夫々前記せり上げ装置に支持される左右一対の柱体と、
   この左右柱体の上端間を接続する横桁と、
   この横桁に係止された滑車に掛けられた吊り上げ用ロープをウインチで巻き上げて風力発電タワーユニットを前記基礎上に立ち上げる吊り上げ装置とを具備し、
   前記せり上げ装置は、地上に定置され、前記柱体を垂直昇降自在に支持する架台と、前記柱体をせり上げるべく柱体の下部に接続、離脱自在の昇降機構とを具備し、
   前記せり上げ装置で地上からせり上げた前記柱体の下端へユニット柱を接続することにより、次々と柱体を上方へ伸ばし、順次上部の前記タワーユニットを下部のタワーユニット上へ立ち上げるようにしたことを特徴とする風力発電タワーの組立装置。
2. 所定数の前記タワーユニットを組み立てたところで、上部のタワーユニットに前記柱体の途上を支持するタワーガイドをさらに具備し、
   このタワーガイドは、前記上部のタワーユニットに接続支持される支持部と、この支持部の左右両側に連続するように構成され、前記柱体の途上を相対昇降自在に包囲するガイド部とを有し、
   このタワーガイドによって、前記柱体の中間を前記組立済みタワーに支持するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の風力発電タワーの組立装置。
3. 前記左右柱体の上端部から前記横桁に対して直角に水平に延出する片持ち梁と、
   この片持ち梁に係止された引き込み用滑車に中間が掛けられ、先端に制御用滑車が係止され、他端側が引き込み用ウインチに巻かれた引き込み用ロープとをさらに具備し、
   前記吊り上げ用ロープの中間部が、さらに前記制御用滑車に掛けられ、立ち上げ定位置の側方の地上に配置された前記タワーユニットを吊り上げ用ロープで吊り上げつつ、前記引き込み用ロープの操作でタワーユニットを立ち上げ定位置へ引き込み可能としたことを特徴とする請求項１に記載の風力発電タワーの組立装置。
4. 以下の諸工程を含むことを特徴とする風力発電タワーの組立方法
   （１）風力発電タワー建設用基礎を挟み地上に左右一対のせり上げ装置を定置する。
   （２）左右の柱体の上部を横桁で結合して門型架構を形成し、この門型架構の左右の柱体を前記せり上げ装置内に貫通させて立ち上げる。
   （３）前記柱体の下部へ前記せり上げ装置の昇降機構を接続する。
   （４）前記柱体を前記昇降機構により上昇させて所定高さ位置までせり上げ、柱体の下方へユニット柱を挿入して接続した後、柱体から昇降機構を離脱して下降させ、接続したユニット柱の下部へ昇降機構を接続する。
   （５）（４）の工程を繰り返して、次々とユニット柱を下方へ接続する。
   （６）門型架構が所定高さになったところで、柱体の下端を地上に定置する。
   （７）前記門型架構の横桁に係止された滑車に掛けられた吊り上げ用ロープをウインチで巻き上げ、吊り上げ用ロープで風力発電のタワーユニットを吊り上げ、前記基礎上に立ち上げる。
   （８）（５）乃至（７）の工程を所定回数繰り返して、立ち上げ済みの前記タワーユニットの上に新たなタワーユニットを所要高さまで組み立てる。
5. 以下の諸工程を含むことを特徴とする風力発電タワーの組立方法
   （１）タワー建設用基礎を挟み地上に左右一対のせり上げ装置を定置する。
   （２）左右の柱体の上部を横桁で結合して門型架構を形成し、この門型架構の左右の柱体を前記せり上げ装置内に貫通させて立ち上げる。
   （３）前記柱体の下部へ前記せり上げ装置の昇降機構を接続する。
   （４）前記柱体を前記昇降機構により上昇させて所定高さ位置までせり上げ、柱体の下方へユニット柱を挿入して接続した後、柱体から昇降機構を離脱して下降させ、接続したユニット柱の下部へ昇降機構を接続する。
   （５）（４）の工程を繰り返して、次々とユニット柱を下方へ接続する。
   （６）門型架構が所定高さになったところで、柱体の下端を地上に定置する。
   （７）前記門型架構の横桁に係止された滑車に掛けられた吊り上げ用ロープをウインチで巻き上げ、吊り上げ用ロープで上部タワーユニットを吊り上げ、前記基礎上に立ち上げる。
   （８）前記上部タワーユニットを前記横桁に吊り止め、（４）の工程を所定回数繰り返して、門型架構を所定高さにし、この門型架構の柱体を上部タワーユニットもろともせり上げ装置でせり上げて、前記上部タワーユニットの下方へ中間タワーユニットを立ち上げる。
   （９）前記中間タワーユニットの上部へ前記上部タワーユニットを吊り降ろして接続する。
   （１０）前記中間タワーユニットが複数あれば、（９）で先に接続した上部の前記中間タワーユニットを前記横桁に吊り止め、（４）の工程を所定回数繰り返して、門型架構を所定高さにし、先に接続した上部の前記中間タワーユニットの下方へ当該中間タワーユニットを立ち上げ、それの上部へ先に接続した上部の前記中間タワーユニットを吊り降ろして接続する工程を所要回数繰り返す。
   （１１）（４）の工程を所定回数繰り返して、門型架構を所定高さにし、この門型架構の柱体を上部タワーユニット及び中間タワーユニットもろともせり上げ装置でせり上げて、前記中間タワーユニットの下方へ下部タワーユニットを立ち上げて前記基礎上に定置する。
   （１２）前記下部タワーユニットの上部へ前記上部タワーユニット及び中間タワーユニットを吊り降ろし、中間タワーユニットの下部を下部タワーユニットの上部へ接続する。

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