JP4558785B2 - タワーの立設方法 - Google Patents

Description

本発明は、タワーまたはパイロンを立設するための方法およびそうしたパイロンを備えた風力発電設備に関する。

特許文献１には、基礎およびたとえば風力発電設備のために利用可能な基礎を構築するための方法が開示されている。特許文献２には基礎システムが開示されている。特許文献３にはコンクリート基礎上に柱を取り付けるための手段が開示されている。特許文献４には、特に風力発電設備のパイロン用の基礎を構築するための方法が開示されている。

従来技術において、特に風力発電設備のパイロンを立設する際、下部パイロンセグメントを、基礎から突出する接合要素の上にベースフランジを用いて配置することが知られている。下部パイロンセグメントは適切に位置合わせ(高さ調整)がなされ、そしてこの位置合わせがなされたポジションに固定される。この場合、下部パイロンセグメントのベースフランジと基礎の上面との間に隙間が生じる。この間隙にはグラウティング材が充填されるが、このグラウティング材は、荷重を加えることを可能としかつパイロンがさらにその上に構築される前に凝結させる必要がある。凝結には確実に２４時間を必要とする。

下部パイロンセグメントを取り扱うには大型クレーンを要する。だが、このクレーンは、グラウティング材が凝結した後、パイロンを構築するのにさらに使用されるだけである。だが、間隙のグラウティングが凝結している間のクレーンの移動は困難であり、コストがかかり、したがって実施されない。したがって、コストのかかるクレーンは停止させられ、２４時間にわたって休止状態となる。
米国特許第5,826,387号明細書 米国特許第6,050,038号明細書 独国特許出願公開第100 45 735号明細書 独国特許出願公開第102 26 996号明細書

それゆえ、本発明の目的は、パイロン、特に風力発電設備のパイロンの構造を合理化することである。

この目的は、請求項１に記載されたパイロンの立設方法および請求項３に記載されたパイロンを備える風力発電設備によって達成される。

したがって、パイロン、特に風力発電設備のパイロンの立設方法が提供され、このものはセグメントアンカーを備えた基礎を有し、接合要素が所定量だけ基礎の上面から突出している。予め決定可能な幅および高さを有する環状フレーム枠が組み立てられ、予め決定可能な量の流動性のあるさらさらしたグラウティング材が充填される。グラウティング材が凝結し、フレーム枠が撤去された後、リングが凝結したグラウティング材の表面に載置され、そして下部パイロンセグメントがこのリング上に配置されると共にそれに対して接合される。この場合、上記リングはまた、複数のセグメントから形成可能である。

この点に関して、本発明は、重要なのは下部パイロンセクションの高さ調整ではなく、それが本来の場所で正確に位置合わせされるという事実である、という知見に基づく。だが、これはまた調整リングを用いて実現可能である。そうした調整リングは、たとえば車両搭載型クレーンを用いた下部パイロンセクションよりも著しく少ない労力および費用で取り扱うことができるフランジリングに匹敵する。また、調整リングの正確な位置合わせ(高さ調整)は、パイロンセクションに関連する対応する作業よりも簡単である。フレーム枠内に注入される流動性のあるさらさらしたグラウティング材は、それが凝結した後、リングを受けるための正確にレベル調整された(水平化された)面が自然に得られるよう、自ずと表面が平らになる。当然、パイロンセクションもまた、調整された面上に選択的に配置できる。これに関して、グラウティング材の厚みは材料に依存し、所定の最低厚みよりも薄くするべきではない。それは少なくとも２ｍｍ以上で、１５０ｍｍを超えないことが好ましい。さらに、調整リングは、より大きな幅および／または厚みの場合、パイロンのフランジよりも低品位の材料から形成できる。このパイロンフランジはまた、その幅を削減可能である。このようにして、輸送幅のより都合のよい利用が可能である。

だが、凝結時間の間、(車両搭載型)クレーンは既に他の作業に使用可能であり、一方で、パイロンセクションの取り扱いのために要求されるクレーンは依然として必要でない。

大型クレーンをたとえば風力発電設備のパイロンを立設するために準備状態としなければならないのは、そして続いてセグメントごとにパイロンを比較的速やかに構築できるのは、グラウティング材が硬化し、そして上記リングが適所に配置されたときだけである。

パイロンに関する特に合理的な構造は、プレハブ部品、特にコンクリート製プレハブが基礎として使用される場合に実現できる。それは、構築現場にすぐに設置できるよう届けられ、そして基礎を形成するために接続される。この基礎は、その後直ちに、したがって時間を節約するよう、さらなる使用が可能である。

以下、図面を参照して本発明について説明する。

基礎１０は、プレハブ部品基礎の形態とすることができるが、現場混合コンクリート基礎あるいは供給されたレディーミックスコンクリートから製造された基礎の形態とすることもできる。一つ以上のセグメントアンカー１２が基礎１０に設けられる。このセグメントアンカー１２は、基礎に関する特定の要求に形状および個数に関して適合可能である。ゆえに、たとえば、現場混合コンクリート基礎あるいはレディーミックスコンクリートから形成された基礎に関して、一体であるセグメントアンカーを使用することも可能であり、このセグメントアンカーは補強材として組み込まれる。プレハブ部品基礎の場合、それどころか、複数のセグメントアンカーが使用されるが、これは、その形状に関して部品に適合させられる。複数のセグメントアンカーもまた現場混合コンクリート構造体あるいは供給されるレディーミックスコンクリートから形成された構造体に関して使用可能であることが分かるであろう。

接合要素１４がセグメントアンカー１２に連結される。接合要素１４はネジ付きロッドの形態とすることができ、これは、ナット１５を用いて、セグメントアンカー１２に対して所定の位置に固定される。固定要素１４は、基礎の上面１１の上から基礎１０の外部に所定の距離だけ突出する。ネジ接合の代わりに溶接接合を使用することも可能である。

予め決定可能な幅および高さを有する環状フレーム枠が組み立てられ、そして所定量の流動性のあるグラウティング材で満たされる。

グラウティング材１７が凝結すなわち硬化した後、一体部材あるいは複数の部材として形成された調整(レベリング)リング１８がグラウティング材の上に配置される。ここで、調整リング１８は正確に水平にされ、これによってパイロンおよび下部フランジリング２０を備えた下部パイロンセグメント用の完全に位置合わせされたベースを形成し、図示するパイロン壁プレート２２を調整リング１８上に配置することが可能となる。ネジ付きロッド１４が、調整リング１８および下部パイロンセクションの下部フランジリング２０の適当に配置された孔を経て係合し、そしてそれには、下部パイロンセクションを基礎１０に対してリング１８によって固定的に接合するためにナット１５が取り付けられる。

図２ａはパイロンベースの平面図である。図２ｂは図２ａの線Ａ‐Ａに沿って取った断面を示す。図１と同様、ここに示すのは、基礎面１１を備えた基礎１０である。特に、二つのセグメントアンカーおよび四つのネジ付きロッド１４が示されている。Ｘ部分を拡大して図２ｃに示す。この図は実質的に図１に対応している。

図３は、その一部を切り欠いた状態でのパイロンベースの斜視図である。パイロンベースの高さ調整は、図１を参照して説明したように実施されている。

たとえば風力発電設備のパイロンは今や一度に構築できるので、クレーンは迅速なパイロン立設のために一度配備するだけでよく、その時まで、クレーンは他の作業に使用できる。

後方作業も簡素化される。これまで、下部パイロンセクションは、それを申し分なく取り付けることができるようにするため、パイロンの他の部品よりも少なくとも２４時間前に現場に存在しなければならなかった。パイロンの他の部品もまた同時に供給可能であることは明らかである。だが、それらは同時に組み立てることはできず、したがって待ち時間の間は構築現場において余分なスペースを占有する。

本発明の方法は、パイロンセグメントを、ちょうど間に合うよう構築地点に、輸送段階において届けることを可能とすることを意図する。これによって、さらなる積荷移動作業が、さらに詳しく言うと、まず輸送車両から地上の中間保管場所への、続いてその後、そこから設置場所までの積荷移動作業が排除される。それどころか、ちょうど間に合うように届けられたパイロンセグメントは輸送車両から降ろされ、直ちに適所に取り付けられる。

上記手法に関して、グラウティング材が常に(材料に依存する)最低厚みを持つよう充填されなければならないことが保証されるよう配慮すべきである。なぜなら、グラウティング材は、パイロンからの力を基礎に伝達することが求められるからである。充填されたグラウティング材が過度に薄い場合、その層が破損して、深刻なダメージを引き起こすことがある。

上記解決策は、パイロン、特に風力発電設備のパイロンの立設の合理化に関して有益であることが分かっている。他方で、コストおよび材料特性もまた重要事項である。パイロンセグメントの最下端フランジは、パイロンに由来する荷重を支持できるよう、極めて高品質な素材から形成しなければならないことを指摘する必要がある。上記種類のパイロンがコンクリート基礎上に据え付けられる場合、コンクリートは、接続部の二つの側のうちの弱い方である。したがってパイロンフランジは幅が広いものでなければならず、これによって基礎のコンクリートへの過負荷が抑えられる。その結果、下部パイロンセグメントのフランジは、それに関連して使用される鋼材に関して必要以上に大きな幅のものとならざるを得ない。これは、特にそれに関連して使用される鋼材のコストの点から不利であると考えるべきである。

調整リングを介在させたことによって、今や、本発明に従って、下部パイロンセグメントの大きな負荷を受けることができるがコストの高い鋼材と、大きな負荷は受けられない基礎のコンクリートとの間に、一種の移行段部を介在させることができる。したがって、調整リングは、リスクを伴わずに、風力発電設備の荷重を基礎に伝達するのに十分な幅のものとすることができる。他方で、良質なあるいは廉価な鋼を上記位置で使用でき、したがって下部パイロンセグメントのフランジは相応に幅狭とすることができ、したがって材料およびコストに関して費用を低減できる。

さらなる利点は、調整リングがセグメントの形態で形成され、したがってセグメント状の様式で積み重ねたり、輸送したりできる場合に享受される。調整リングが大径のものであっても、本発明によれば、それをセグメント上の様式で積み重ねることができるので輸送の観点から問題とはならない。今や、ベースフランジは特別な寸法とされた材とすることができるので、下部パイロンセグメントはより幅の小さな、より狭いベースフランジを有する。したがって輸送幅もまた相応に低減できる。

たとえば風力発電設備のパイロンの陸地への立設は上記の例で説明した。沖合いでの、すなわち水上でのあるいは海上での風力発電設備のパイロンの立設もまた、上記調整リング、および下部パイロンセグメントを適所に取り付ける前の対応する高さ調整作業によって実施できる。

パイロンベースの一部の概略断面図である。 パイロンベースの平面図である。 図２ａのパイロンベースの線Ａ‐Ａに沿って取った断面図である。 図２ｂのＸ部分の拡大図である。 パイロンベースの斜視図である。

符号の説明

１０ 基礎
１１ 基礎上面
１２ セグメントアンカー
１４ 接合要素(ネジ付きロッド)
１５ ナット
１７ グラウティング材
１８ 調整(レベリング)リング
２０ 下部フランジリング
２２ パイロン壁プレート

Claims (5)

1. パイロン、特に風力発電設備のパイロンを立設する方法であって、このパイロンはセグメントアンカーを備えた基礎を有し、接合要素が前記基礎の上面から所定量だけ突出しており、
   前記方法は、
   ａ）予め決定可能な幅および高さの環状フレーム枠を前記基礎の上面上に設けるステップと、
   ｂ）前記フレーム枠に予め決定可能な量の流動性のあるグラウティング材を充填するステップと、
   ｃ）調整リングを受けるための正確にレベル調整された面が自然に得られるよう、前記グラウティング材を硬化させるステップと、
   ｄ）前記フレーム枠を撤去するステップと、
   ｅ）前記調整リングを硬化した前記グラウティング材の表面上に配置するステップと、
   ｆ）前記調整リング上に下部パイロンセグメントを組み付けて接合するステップと、
   を具備し、
   前記ステップは、列記順に、順次実施されることを特徴とする方法。
2. コンクリート製部品が前記基礎(１０)として使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 風力発電設備であって、
   少なくとも一つのパイロンセグメントを有するパイロンと、
   セグメントアンカー(１２)を備えた基礎(１０)であって、その上面上に、調整リング(１８)を受けるための正確にレベル調整された面が自然に得られる状況下で硬化したグラウティング材からなるリングを有する基礎(１０)と、
   前記基礎(１０)の上面から所定距離だけ突出する接合要素(１４)と、
   硬化したグラウティング材からなるリング上に配置される調整リング(１８)と、を具備してなり、
   下部パイロンセグメントが下部フランジリング(２０)を用いて前記調整リング上に配置されると共に、前記下部フランジリング(２０)は前記接合要素(１４)に接合されており、前記調整リング(１８)は、荷重を前記基礎(１０)に伝達するのに十分な幅を有するものであることを特徴とする風力発電設備。
4. 前記グラウティング材は、硬化または凝結前には、流動性のあるグラウティング材であることを特徴とする請求項３に記載の風力発電設備。
5. 前記基礎(１０)はコンクリート製部品を有することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の風力発電設備。

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