JP4173095B2 - 風力エネルギ装置を現場で建造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、風力エネルギ装置のロータハブにロータブレードを現場で取付けるための方法に関する。

この種の方法は既に知られており、当該方法は、地面上で１つのロータハブに複数のロータブレードを組込みかつ次の作業段階で（当該組み立てられた）ロータを風力エネルギ装置に取付ける場合に生ずる問題の回避はしている。このような組立作業は、例えば、Ｗｉｎｄｋｒａｆｔ−Ｊｏｕｒｎａｌ、２０００年１月号、１３頁（非特許文献１）に記載されている。

この文献の記載によれば、まず、ロータハブを備えたゴンドラを塔先端部に取付ける。次いで、１つのロータブレードをクレーンで持ち上げ、現場（当該先端部）でロータハブに固定する。

Ｗｉｎｄｋｒａｆｔ−Ｊｏｕｒｎａｌ、２０００年１月号、１３頁

しかしながら、この既知の方法の場合、第１のロータブレードを取付けた後には早くも当該ロータブレードによる偏った荷重によって相当大きなアンバランスが生じ、このアンバランスにより、次のロータブレードの組込位置へロータハブを更に回転しようとする際、関連する一連の機械系全体に克服されるべき相当大きなトルク（回転モーメント）が引き起こされ、その各機械要素は著しく酷使されることになる。

このような荷重は、例えば３枚ブレードロータの場合、第２のブレードの組込後には、一層増大する。その際生じるモーメントは、とりわけ関連する一連の機械駆動系の各要素の損傷ないしその寿命短縮を招来し得る。

それゆえ、本発明の課題は、現場において複数のロータブレードを組込む際に大きなトルク（回転モーメント）が生成することを回避することである。

・ 上記の課題を解決するために、本発明の第１の視点により、
ロータの受容部を有する機械的支持装置が取付けられる塔状体を有する風力エネルギ装置を現場で組立てる方法であって、該ロータが、少なくとも１つのロータブレードを受容する少なくとも１つのフランジを有するロータハブを含む形式のものにおいて、下記工程、即ち、
前記ロータハブの少なくとも１つのフランジにそれぞれ１つのおもりを着脱自在に取付ける工程；
前記機械的支持装置に前記ロータハブを取付ける工程；
前記ロータハブを所定位置に位置決めする工程；及び
前記おもりの１つを取外し、次いで、１つのロータブレードを前記ロータハブに取付けるようにして、前記ロータハブのフランジに取付けたおもりをロータブレードと交換する工程；
を有することを特徴とする方法（形態１・基本構成１）が提供される。
・ 上記の方法において、複数のロータブレードを固定するために設けられた前記ロータハブのフランジのすべてに、おもりが配されることが好ましい（形態２）。
・ 上記の方法において、前記ロータハブは、少なくとも、１つのロータブレードの取付けの間は、ロック装置によってその所定位置に保持されることが好ましい（形態３）。
・ 上記の課題を解決するために、本発明の第２の視点により、少なくとも１つのロータブレードを受容する少なくとも１つのフランジを有するロータハブを含むロータの受容部を有する機械的支持装置が取付けられる塔状体を有する風力エネルギ装置の現場での組立中に使用される釣り合いおもりであって、
前記釣り合いおもりは、ロータハブが機械的支持装置に取付けられる前に、該ロータハブのフランジに着脱自在に取付けられ、このロータハブが該機械的支持装置に取付けられた後に、該フランジにロータブレードを取り付けるために、該フランジから取外されると共に、
前記釣り合いおもりは、前記機械的支持装置に取付けられた前記ロータハブに対し前記ロータブレードが印加する回転モーメントに相応する回転モーメントを当該ロータハブに対し印加するための質量要素を有することを特徴とする釣り合いおもり（形態４・基本構成２）が提供される。
・ 上記の釣り合いおもりにおいて、前記ロータハブから前記質量要素の重心までの距離は、前記ロータハブから前記ロータブレードの重心までの距離に相応すること及び／又は前記質量要素の質量が前記ロータブレードの質量に相応することが好ましい（形態５）。
・ 上記の課題を解決するために、本発明の第３の視点により、少なくとも１つのロータブレードを受容する少なくとも１つのフランジを有するロータハブを含むロータの受容部を有する機械的支持装置が取付けられる塔状体を有する風力エネルギ装置の現場での組立中に使用される釣り合いおもりであって、
前記釣り合いおもりは、ロータハブが機械的支持装置に取付けられる前に、該ロータハブのフランジに着脱自在に取付けられ、このロータハブが該機械的支持装置に取付けられた後に、該フランジにロータブレードを取り付けるために、該フランジから取外されると共に、
前記釣り合いおもりは、前記機械的支持装置に取付けられた前記ロータハブに対し前記ロータブレードが印加する回転モーメントの半分の大きさに相応する回転モーメントを当該ロータハブに対し印加するための質量要素を有すること
を特徴とする釣り合いおもり（形態６・基本構成３）が提供される。
・ 上記の釣り合いおもりにおいて、前記質量要素は、１又は複数の部分質量要素から構成されることが好ましい（形態７）。
・ 上記の釣り合いおもりにおいて、前記部分質量要素の少なくとも１つは、前記ロータハブのフランジへの取付けに適合的な構造要素を有すること、及び
前記部分質量要素を相互に結合するための結合手段を有することが好ましい（形態８）。
・ 上記の釣り合いおもりにおいて、前記ロータハブのフランジに釣り合いおもりが取り付けられた際に、該ロータハブの該フランジに該釣り合いおもりと交換されて取り付けられるロータブレードの長手方向に延在する棒状部材を備え、
前記質量要素は、該棒状部材に沿って運動可能に構成されることが好ましい（形態９）。
・ 上記の釣り合いおもりにおいて、前記棒状部材は、前記ロータハブのフランジへの取付けに適合的な構造要素を有することが好ましい（形態１０）。
・ 上記の釣り合いおもりにおいて、前記質量要素と前記棒状部材との間には、スピンドル駆動装置が構成されることが好ましい（形態１１）。
・ 上記の釣り合いおもりにおいて、駆動スピンドルとして作動する前記棒状部材は、前記質量要素を該棒状部材に沿って運動するため、回動自在に軸支され、かつモータ駆動及び／又は手動で回動自在に構成されることが好ましい（形態１２）。
・ 上記の釣り合いおもりにおいて、当該釣り合いおもりを移送するための少なくとも１つの掴持用受け部を有することが好ましい（形態１３）。
・ 上記の釣り合いおもりにおいて、前記質量要素及び前記棒状部材を包囲するケーシングを有することが好ましい（形態１４）。
・ 上記の釣り合いおもりにおいて、前記ケーシングは、前記質量要素の位置を確認するための覗き口として少なくとも１つの開口を有することが好ましい（形態１５）。
・ 上記の釣り合いおもりにおいて、前記覗き口は、前記ケーシングの長手方向に互いに離隔して配される一列に並んだ複数の開口として構成されることが好ましい（形態１６）。
・ 上記の釣り合いおもりにおいて、前記覗き口は、前記ケーシングの長手方向に延在する長穴として構成されることが好ましい（形態１７）。
・ 上記の課題を解決するために、本発明の第４の視点により、塔状体と、該塔状体に支持される機械的支持装置と、該機械的支持装置に取付けられるロータのためのロータハブとから構成される風力エネルギ装置において、
前記ロータハブは、１つのロータブレードを受容するための少なくとも１つのフランジを有し、該フランジには、ロータブレードと交換可能な形態４〜１７の何れかの釣り合いおもりが着脱自在に取付け可能に構成されることを特徴とする風力エネルギ装置（形態１８・基本構成４）が提供される。

本発明の方法ないし本発明により保護の対象とされる特徴によって、風力エネルギ装置の建設（組立て）中においても、ロータハブの範囲に生じ得るアンバランスは、当初から回避又は減少される。かくして、ロータハブに複数のロータブレードを組込む間に、とりわけ複数のロータブレードがまだ全部は取付けられていないロータハブを回転する際、ロータハブには、最大でも予め設計時に考慮したモーメントしか生じない。そのため、該装置の各要素、例えば、軸受、更には（組立ての際にロータハブを回転するために規則的に給電を行う）発電機の損傷は、確実に回避される。

ロータブレードの組込中、とりわけおもりの除去後、ロータブレードの取付け前のロータハブの不測の回転を阻止するため、ロータハブは、（ロック装置による）強力なロック作用によってその所定位置に保持される。この強力なロック作用により、上記（おもりとロータブレードとの）交換中に生じるトルク（回転モーメント）もまた吸収（補償）される。この場合、使用されるおもりは、とりわけ風力エネルギ装置のロータハブへの取付けに適合的に構成されており、最大では、個々のロータブレードの質量に対応する質量を有する。

１つのロータブレードによって生成されるトルク（回転モーメント）に対応するトルク（回転モーメント）を生成するため、おもりがロータブレードと同じ質量を有する場合、ロータハブからロータブレードの重心までの距離に相応する長さを有するレバーアームを設けなければならない。

とりわけ好ましくは、本発明のおもりは、質量要素及びレバーアームを有し、更に、質量要素は、レバーアームに沿って運動（摺動）可能に構成される。かくして、レバーアームの有効長さ、即ちロータハブと質量要素との間の距離を変更することによって、おもりからロータハブに作用するトルク（回転モーメント）を変更することが可能となる。

本発明の更なる一実施形態では、質量要素は、有利には１又は複数の部分質量要素から構成される。これらの部分質量要素は、それぞれ所定の質量を有し、互いに接するよう数珠繋ぎ的に並置することが可能である。質量要素のこのような構成によって、質量要素の質量を簡単に変更することができる。更に、部分質量要素の数珠繋ぎ状配列の（態様の変更）によって、その都度、質量要素の重心も移動し、そのためレバーアームの（有効）長さも変更される。

本発明の好ましい一展開形態では、おもりの質量は、ロータブレードの質量のほぼ半分に相当するよう構成される。このため、ロータハブが回転する間に生成するモーメントを依然として十分に補償することができる上、おもりを一方ではより小さく構成し、他方ではより簡単に運搬することが可能となる。

本発明のとりわけ好ましい一展開形態では、おもりは、それぞれ、当該おもりの取り扱い、とりわけクレーンによる掴持のための少なくとも１つの掴持用受け部を有する。かくして、組込のためにロータブレードをロータハブまで持ち上げる前に、おもりをロータハブから取外した後確実に掴持（保持）し、そして地面まで降すことが可能となる。

以下に、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。

図１に、塔状体１０の上部部分を示した。同図の塔状体１０の先端部には、風力エネルギ装置の機械的に可動な部材ないし要素をすべて受容する機械的支持装置を有するゴンドラ１２が配設されている。ゴンドラ１２（ないし機械的支持装置）の中心部にはロータハブ１４が設けられ、該ロータハブ１４には、複数のフランジ結合部を介して複数のロータブレード１６を固定する（取付ける）ことができる。図１には、ロータブレード１６の１つをその組込位置に組み込んだ様子を示した。

（図１においてロータブレードが組み込まれていない）残りの２つのフランジ結合部には、おもり２０がそれぞれ取付けられており、このためロータハブ１４には、３つのロータブレード１６を組込んだ際に生ずるような荷重状態が生じている。この状態では、結果として生じている（合成）トルク（回転モーメント）はゼロである。このため、ロータハブ１４を所望の位置へ回転してもたらすことができる。そして、この状態から、２つのおもり２０のうちの１つを取外し、その代わりにロータブレード１６を取付けることができる。かくして、荷重状態は、再び不変に維持されるため、（ロータハブ１４の）更なる回転及び残存する最後の１つのおもり２０とロータブレード１６との交換は滞りなく（問題なく）行うことができる。

（おもり２０とロータブレード１６との）交換作業中のロータハブ１４の不測の回転を阻止するために、及び交換作業中に生じるトルク（回転モーメント）を吸収（補償）するために、このロータハブは、ロック装置（不図示）によってその所定位置にロック可能に構成される。

図２に、本発明のおもり２０の一例を示した。このおもり２０は、実質的に円筒状の横断面を有する。おもり２０の一方の（図示左側の）側面（底面）には、ロータハブ１４とおもり２０との間の結合の生成を可能とする複数の連結ボルト状部材２２が配設されている。更に、この本発明のおもり２０には、一方では運搬のために、他方ではロータハブ１４への取付け及びロータハブ１４からの取外しの際におもり２０の取り扱い（操作）を実現するための複数の掴持用受け部（環状部材）２４が配設されている。

従って、本発明の方法によれば、まず、地面において、予め３つのおもり２４をロータハブ１４に取付ける。次いで、このロータハブ１４をクレーン（不図示）によって組込部位へと移送し、そして、現場（塔状体１０の先端部の組込部位）で、おもり２０と交換することにより複数のロータブレード１６を取付けることができる。

図３（ａ）〜図３（ｄ）に、本発明の方法の推移を簡略に示した。

図３（ａ）に、３つのおもり２０が取付けられたロータハブ１４を示した。この状態では、おもり２０の１つは、横位置（３時のときの短針の位置）にある。

この状態で、本発明の方法に応じ、ロータハブ１４をその所定位置にロックする。そのため、この位置からの回転（ずれ）は阻止される。次いで、上記横位置に位置するおもり２０をロータハブ１４から連結解除して取外し、当該おもり２０の代わりに、ロータブレード１６をロータハブ１４に固定する。

図３（ｂ）に、上記横位置に上記のおもり２０の代わりに１つのロータブレード１６が配された様子を示した。この状態で、次のロータブレード１６の取付けを準備するためにロック状態を解除しても、ロータハブ１４の荷重状態は変化しない。そのため、次のおもり２０が横位置（３時のときの短針の位置）に来るまで、ロータハブ１４を（容易に）回転することができる。そして、ロータハブ１４を再びロックし、おもり２０とロータブレード１６との交換を再び行う。この更なる交換過程の結果を図３（ｃ）に示した。

この状態でも、（ロータハブ１４の）荷重状態は不変であり、そのため、この操作過程の２回目を再び行うことができる。

図３（ｄ）に、本発明の方法の完了により、ロータハブ１４にロータブレード１６がすべて取付けられた状態のロータを示した。

本発明のこの方法によって、ロータハブ１４には、常に、ロータハブ１４及びロータハブ１４に後続する一連の駆動系が適合するよう設定された（見込まれた）トルク（モーメント）しか生じない。３つのトルク（モーメント）の大きさがすべて同一である場合、結果として生じる（合成）トルク（モーメント）は、常に、ゼロに等しい。

図４に、本発明のおもり２０の一例の内部構造を簡略的に示した。この場合、このおもり２０は、楕円状の開口を有する。このおもり２０の内部には、質量要素２３が運動（摺動）自在に配されるレバーアーム２６が配設されている。このおもり２０は、該おもり２０の図示左側の側面（底面）に複数の固定装置（連結部材）が配設されるよう（但し、図示してない）構成されているものとする。

本発明に応じ、質量要素２３は、レバーアーム２６に沿って運動（摺動）できるため、おもり２０の図示左端から測定した当該質量要素２３の重心の距離（同図に図面参照符号２１で示した）は、変更することができる。図面参照符号２１で示したこの距離は、有効レバーアーム（レバーアームの有効長さ）に相当し、質量要素２３は、この有効レバーアーム（レバーアームの有効長さ）を介してロータハブ（図示してない）に作用し、モーメント（トルク）を生成する。

従って、質量要素２３の質量を変更しなくても、おもり２０によって生成されるモーメント（トルク）は変更することができる。

例えばストッパ又はその他の適切な保持・固定要素として構成される、質量要素２３を所望の位置に固定するための装置は、当業者には勿論既知であり、従って図４には明示していない。しかしながら、本発明に応じ、このおもり２０は、ロータハブ１４とともに回転されるので、レバーアーム２６に沿う質量要素２３の運動（摺動）を確実に阻止しなければならない。

図５に、質量要素のバリエーションの一例を示した。同図には、数珠繋ぎ状に互いに隣接して配列されて１つの質量要素を構成することができる複数の部分質量要素２８を示した。複数の部分質量要素２８をこのように隣接配列することによって、各部分質量要素の質量に応じて段階的に、質量要素２３の質量を所望のように調節することができる。かくして、おもり２０によって生成されるトルク（回転モーメント）を変更するための更なる手段が得られる。

風力エネルギ装置の一例の上部部分の正面図。 本発明のおもり一例の略図。 （ａ）〜（ｄ）：本発明の方法の一例の推移。 本発明のおもりの一例の内部構造の略図。 複数の部分質量要素の一例。

Claims (17)

1. ロータの受容部を有する機械的支持装置が取付けられる塔状体を有する風力エネルギ装置を現場で組立てる方法であって、該ロータが、少なくとも１つのロータブレードを受容する少なくとも１つのフランジを有するロータハブを含む形式のものにおいて、下記工程、即ち、
   前記ロータハブ（１４）の少なくとも１つのフランジにそれぞれ１つのおもり（２０）を着脱自在に取付ける工程；
   前記機械的支持装置に前記ロータハブ（１４）を取付ける工程；
   前記ロータハブ（１４）を所定位置に位置決めする工程；及び
   前記おもり（２０）の１つを取外し、次いで、１つのロータブレード（１６）を前記ロータハブ（１４）に取付けるようにして、前記ロータハブ（１４）のフランジに取付けたおもり（２０）をロータブレード（１６）と交換する工程；
   を有すること
   を特徴とする方法。
2. 複数のロータブレードを固定するために設けられた前記ロータハブ（１４）のフランジのすべてに、おもり（２０）が配されること
   を特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ロータハブ（１４）は、少なくとも、１つのロータブレード（１６）の取付けの間は、ロック装置によってその所定位置に保持されること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 少なくとも１つのロータブレードを受容する少なくとも１つのフランジを有するロータハブを含むロータの受容部を有する機械的支持装置が取付けられる塔状体を有する風力エネルギ装置の現場での組立中に使用される釣り合いおもりであって、
   前記釣り合いおもりは、ロータハブ（１４）が機械的支持装置に取付けられる前に、該ロータハブ（１４）のフランジに着脱自在に取付けられ、このロータハブ（１４）が該機械的支持装置に取付けられた後に、該フランジにロータブレード（１６）を取り付けるために、該フランジから取外されると共に、
   前記釣り合いおもりは、前記機械的支持装置に取付けられた前記ロータハブ（１４）に対し前記ロータブレード（１６）が印加する回転モーメントに相応する回転モーメントを当該ロータハブ（１４）に対し印加するための質量要素（２３）を有すること
   を特徴とする釣り合いおもり。
5. 前記ロータハブ（１４）から前記質量要素（２３）の重心までの距離は、前記ロータハブ（１４）から前記ロータブレード（１６）の重心までの距離に相応すること及び／又は前記質量要素（２３）の質量が前記ロータブレード（１６）の質量に相応すること
   を特徴とする請求項４に記載の釣り合いおもり。
6. 少なくとも１つのロータブレードを受容する少なくとも１つのフランジを有するロータハブを含むロータの受容部を有する機械的支持装置が取付けられる塔状体を有する風力エネルギ装置の現場での組立中に使用される釣り合いおもりであって、
   前記釣り合いおもりは、ロータハブ（１４）が機械的支持装置に取付けられる前に、該ロータハブ（１４）のフランジに着脱自在に取付けられ、このロータハブ（１４）が該機械的支持装置に取付けられた後に、該フランジにロータブレード（１６）を取り付けるために、該フランジから取外されると共に、
   前記釣り合いおもりは、前記機械的支持装置に取付けられた前記ロータハブ（１４）に対し前記ロータブレード（１６）が印加する回転モーメントの半分の大きさに相応する回転モーメントを当該ロータハブ（１４）に対し印加するための質量要素（２３）を有すること
   を特徴とする釣り合いおもり。
7. 前記質量要素（２３）は、１又は複数の部分質量要素（２８）から構成されること
   を特徴とする請求項４〜６の何れか一項に記載の釣り合いおもり。
8. 前記部分質量要素（２８）の少なくとも１つは、前記ロータハブ（１４）のフランジへの取付けに適合的な構造要素を有すること、及び
   前記部分質量要素（２８）を相互に結合するための結合手段を有すること
   を特徴とする請求項７に記載の釣り合いおもり。
9. 前記ロータハブ（１４）のフランジに釣り合いおもりが取り付けられた際に、該ロータハブ（１４）の該フランジに該釣り合いおもりと交換されて取り付けられるロータブレードの長手方向に延在する棒状部材（２６）を備え、
   前記質量要素（２３）は、該棒状部材（２６）に沿って運動可能に構成されること
   を特徴とする請求項４〜８の何れか一項に記載の釣り合いおもり。
10. 前記棒状部材（２６）は、前記ロータハブ（１４）のフランジへの取付けに適合的な構造要素を有すること
    を特徴とする請求項９に記載の釣り合いおもり。
11. 前記質量要素（２３）と前記棒状部材（２６）との間には、スピンドル駆動装置が構成されること
    を特徴とする請求項９又は１０に記載の釣り合いおもり。
12. 駆動スピンドルとして作動する前記棒状部材（２６）は、前記質量要素（２３）を該棒状部材（２６）に沿って運動するため、回動自在に軸支され、かつモータ駆動及び／又は手動で回動自在に構成されること
    を特徴とする請求項１１に記載の釣り合いおもり。
13. 移送用の少なくとも１つの掴持用受け部（２４）を有すること
    を特徴とする請求項４〜１２の何れか一項に記載の釣り合いおもり。
14. 前記質量要素（２３）及び前記棒状部材（２６）を包囲するケーシング（３０）を有すること
    を特徴とする請求項９〜１３の何れか一項に記載の釣り合いおもり。
15. 前記ケーシング（３０）は、前記質量要素（２３）の位置を確認するための覗き口として少なくとも１つの開口を有すること
    を特徴とする請求項１４に記載の釣り合いおもり。
16. 前記覗き口は、前記ケーシング（３０）の長手方向に互いに離隔して配される一列に並んだ複数の開口として構成されること
    を特徴とする請求項１５に記載の釣り合いおもり。
17. 前記覗き口は、前記ケーシング（３０）の長手方向に延在する長穴として構成されること
    を特徴とする請求項１５に記載の釣り合いおもり。

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