JP4908357B2 - Wind turbine generator expansion and remodeling method. - Google Patents

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Description

本発明は、基礎に固定された鋼製又はコンクリート製のタワーと、このタワーの上部に取り付けられたナセルと、ナセルに取り付けられた風車とを備えた風力発電機の増改築方法に関するものである。   The present invention relates to a method for expanding and remodeling a wind power generator including a steel or concrete tower fixed to a foundation, a nacelle attached to an upper portion of the tower, and a windmill attached to the nacelle. .

従来から一般的に利用されているこの種の風力発電機としては、コンクリート製の基礎に鋼板製のタワーが固定され、このタワーの頂部にナセルが取り付けられている。ナセル内には、発電機や増速機が収容され、増速機から突出するロータ軸には、風車が固定されている。風車のブレードが風を受けて回転すると、増速機により一定の回転数に上げられ、発電機によって回転運動を電力に変換している。   As this type of wind power generator that has been generally used, a steel plate tower is fixed to a concrete foundation, and a nacelle is attached to the top of the tower. A generator and a gearbox are accommodated in the nacelle, and a windmill is fixed to a rotor shaft protruding from the gearbox. When the wind turbine blades receive wind and rotate, the speed increaser increases the rotational speed to a constant value, and the generator converts the rotational motion into electric power.

特開2002−122066号公報JP 2002-122066 A 特開2005−248687号公報JP 2005-248687 A

風力発電機は自然エネルギーを利用するもので、刻々変わる風速、風向に対応し風車の向きや羽根の角度を制御することで効率的な発電を行っている。風力発電用タワーは他の塔状構造物と異なって、自重の大きな風車や発電機などが最上部に載っているために揺れ易く、さらに外力として作用する風や、風を受けたブレードの回転に起因する振動荷重を常時受けるのが特徴的である。このため、タワーは振動荷重による疲労損傷を受けやすいので、設計にあたっては暴風時や地震時などの短期的な荷重に対する安全性の照査の他、耐用期間中に受ける風に起因する疲労照査を行っている。
風力発電用タワーの振動に伴う疲労照査には、累積損傷度Dとした場合、

Figure 0004908357

nij:繰返し回数 Nij:疲労寿命 (式-1)
等を用いて評価する。
設定した耐用年数の間に作用する各振動荷重毎の繰返し回数(nij)を、疲労試験などによって得られた疲労強度曲線から求まる疲労寿命(Nij)で除す。これらを全ての振動荷重において積算し、累積損傷度Dを求め、これが1以下であれば、疲労破壊しないと判断できる。検討に用いる風は実際には不規則に変化するが、統計的な確率分布により想定する。
そして、風力発電用タワーは、風車の耐用年数(一般に20年)に合わせて設計されていたため、耐用期間が過ぎた後に、風車やナセルと一緒に解体撤去しなければならず、解体コストが発生しているのが現状であった。 Wind power generators use natural energy and efficiently generate power by controlling the direction of the windmill and the angle of the blades in response to the ever changing wind speed and direction. Unlike other tower-like structures, wind power generation towers are easily shaken because of their own heavy windmills and generators on top, and wind acting as an external force and rotation of blades that receive wind It is characteristic that it is always subjected to vibration load caused by the above. For this reason, the tower is subject to fatigue damage due to vibration loads. Therefore, in designing, in addition to the safety check against short-term loads such as storms and earthquakes, the fatigue check caused by the wind received during the service life is performed. ing.
In the fatigue check accompanying the vibration of the tower for wind power generation, if the cumulative damage degree is D,
Figure 0004908357

nij: Number of repetitions Nij: Fatigue life (Formula-1)
Etc. are evaluated.
The number of repetitions (nij) for each vibration load that acts during the set service life is divided by the fatigue life (Nij) obtained from the fatigue strength curve obtained by a fatigue test or the like. These are integrated for all vibration loads to determine the cumulative damage degree D. If this is 1 or less, it can be determined that fatigue failure will not occur. Although the wind used for the study actually varies irregularly, it is assumed based on a statistical probability distribution.
And since the tower for wind power generation was designed according to the service life of the windmill (generally 20 years), it must be dismantled and removed together with the windmill and nacelle after the end of the service life, resulting in dismantling costs It was the current situation.

本発明は、耐久年数が過ぎたタワーの既存の強度の有効活用を図って、建設コストの大幅な削減を可能にした風力発電機の増改築方法を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for extending and remodeling a wind power generator that can effectively reduce the construction cost by effectively utilizing the existing strength of a tower that has passed the endurance years.

本発明に係る風力発電機の増改築方法は、基礎に固定されたタワーと、このタワーの上部に取り付けられたナセルと、ナセルに取り付けられた風車とを備えた風力発電機において、共用開始後に第1世代タワーの耐力を測定し、測定結果に基づき増改築時の損失耐力及び残存耐力を特定し、残存耐力を第2世代タワーの耐力の一部として利用し、さらに第1世代タワーの外側に増設を行うことにより第2世代タワーを構築することを特徴とする。   In the wind power generator including the tower fixed to the foundation, the nacelle attached to the upper part of the tower, and the windmill attached to the nacelle, Measure the strength of the first generation tower, identify the loss strength and residual strength at the time of extension and reconstruction based on the measurement results, use the residual strength as part of the strength of the second generation tower, and further outside the first generation tower The second generation tower is constructed by expanding the system.

風力発電機に利用されているタワーには、普段の横風による風車やナセルの揺れ、不意な地震や台風などによって、不規則な曲げ荷重が作用しているので、シミュレーションした事態と大きく異なっているが現実であり、耐久年数が過ぎたタワーは、解体することが一般的であった。これに対し、本発明に係る風力発電機の増改築方法にあっては、第1世代タワーの強度に付加するように、第2世代タワーを増設するので、第1世代タワーの再利用を可能にし、一からタワーを構築する場合に比べて、建設コストの大幅な削減が可能になる。   The towers used for wind power generators are subject to irregular bending loads due to windmills and nacelle swaying due to normal crosswinds, unexpected earthquakes, and typhoons. In reality, towers that have passed the endurance years have generally been demolished. On the other hand, in the method for expanding and remodeling a wind power generator according to the present invention, the second generation tower is added so as to add to the strength of the first generation tower, so that the first generation tower can be reused. In comparison with the construction of a tower from scratch, the construction cost can be greatly reduced.

また、第1世代タワー内には、高さ方向における複数個所に加速度計及び速度計が設けられ、加速度計及び速度計は、水平方向の加速度及び速度を検出し、この検出により第1世代タワーの損失耐力を特定すると好適である。   In the first generation tower, accelerometers and speedometers are provided at a plurality of positions in the height direction. The accelerometers and speedometers detect horizontal acceleration and speed, and the first generation tower is detected by this detection. It is preferable to specify the loss proof strength.

この場合、タワーの挙動を的確に捉えることの出来る位置(通常のタワーは一次モードで振動するため、この挙動を捉えるためタワー下部、中部、上部の最低3箇所)に加速度計及び速度計を設置して、タワー各部での振幅、周波数、振動回数を経時的に測定し、タワー全体の挙動を把握する。この測定で得られた結果は、耐久年数が過ぎた風力発電機を建て直す際に利用され、高さ方向において、第1世代タワーのどの位置がどの程度損傷を受けているかの判断に利用される。このように、第1世代タワーが、どの程度の損傷を受けているかを、加速度計及び速度計から得られる実測データに基づいて判断するので、第1世代タワーの強度に付加するように、第2世代タワーを増設すればよいので、第1世代タワーの再利用を可能にし、一からタワーを構築する場合に比べて、建設コストの大幅な削減が可能になる。   In this case, accelerometers and speedometers are installed at positions where the behavior of the tower can be accurately grasped (normal towers vibrate in the primary mode. Then, the amplitude, frequency, and number of vibrations in each part of the tower are measured over time to grasp the behavior of the entire tower. The results obtained from this measurement are used to rebuild wind power generators that have passed the endurance years, and are used to determine how much of the first generation tower is damaged in the height direction. . In this way, the degree of damage to the first generation tower is determined based on the actual measurement data obtained from the accelerometer and the speedometer, so that the first generation tower is added to the strength of the first generation tower. Since it is only necessary to add a second generation tower, the first generation tower can be reused, and the construction cost can be greatly reduced as compared with the case where the tower is constructed from scratch.

また、第1世代タワー内には歪計が装着されて、第1世代タワーの損失耐力を特定すると好適である。
歪計によって、変位、周波数、変形回数を経時的に測定することができ、加速度計及び速度計の利用と相俟って、既存のタワーの評価の精度を一層高めることができる。
In addition, it is preferable that a strain gauge is installed in the first generation tower to specify the loss tolerance of the first generation tower.
Displacement, frequency, and number of deformations can be measured over time with a strain gauge, and combined with the use of accelerometers and speedometers, the accuracy of evaluation of existing towers can be further enhanced.

また、コンクリートからなる第1世代タワーの高さ方向に沿って延在するPC鋼材に荷重計が装着されて、荷重計の計測により第1世代タワーの損失耐力を特定すると好適である。
荷重計によって、PC鋼材に作用した緊張力の振幅、周波数、振動回数を経時的に測定することができ、加速度計及び速度計の利用と相俟って、既存のタワーの評価の精度を一層高めることができる。
In addition, it is preferable that a load meter is attached to the PC steel material extending along the height direction of the first generation tower made of concrete, and the loss proof strength of the first generation tower is specified by measurement of the load meter.
The load meter can measure the amplitude, frequency, and number of vibrations of tension applied to the PC steel over time. Combined with the use of accelerometers and speedometers, the accuracy of evaluation of existing towers is further improved. Can be increased.

また、第2世代タワーは、第1世代タワーの外側を覆ってコンクリートによって増設されたタワー増設部を備えていると好適である。
コンクリートによってタワーを増設することで、鋼鉄でタワーを増設する場合に比較して、大幅なコスト削減と工期短縮が可能になる。
In addition, it is preferable that the second generation tower is provided with a tower extension part that is covered with the concrete and covers the outside of the first generation tower.
By adding a tower with concrete, the cost and construction period can be greatly reduced compared with the case of adding a tower with steel.

本発明は、耐久年数が過ぎたタワーの既存の強度の有効活用を図って、建設コストの大幅な削減を可能にしている。   The present invention makes it possible to effectively reduce the construction cost by effectively utilizing the existing strength of the tower that has passed the endurance years.

以下、図面を参照しつつ本発明に係る風力発電機の増改築方法の好適な実施形態について詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a wind power generator expansion / reconstruction method according to the invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1に示すように、第一世代目の風力発電機1にあっては、地中に埋められたコンクリート製の基礎2に鋼板からなる第1世代タワー3が固定され、この第1世代タワー3の頂部にナセル4が固定されている。このナセル4内には、図示しない発電機や増速機が収容され、増速機から突出するロータ軸(図示せず)には、風車5のハブ5aが固定され、ハブ5aには3枚のブレード5bが固定されている。また、ナセル4には、風向・風速計(図示せず)の機器本体が設けられ、刻々変わる風速、風向に対応して風車5の向きやブレード5bの角度を制御することで効率的な発電を行っている。なお、第1世代タワー3は、ナセル4や風車5の耐用年数(一般に20年)に合わせて設計されている。   As shown in FIG. 1, in the first generation wind power generator 1, a first generation tower 3 made of a steel plate is fixed to a concrete base 2 buried in the ground. A nacelle 4 is fixed to the top of 3. In this nacelle 4, a generator and a speed increaser (not shown) are accommodated, and a hub 5a of a wind turbine 5 is fixed to a rotor shaft (not shown) protruding from the speed increaser. The blade 5b is fixed. In addition, the nacelle 4 is provided with a wind direction / anemometer (not shown) main body, which controls the direction of the wind turbine 5 and the angle of the blade 5b in accordance with the constantly changing wind speed and direction. It is carried out. The first generation tower 3 is designed according to the useful life of the nacelle 4 and the wind turbine 5 (generally 20 years).

従来のタワーにおいて、風向・風速計(図示せず)により測定され続けたデータによって、タワーが受ける続けた荷重を算定すると、風車の故障やメンテナンス等によるデータの欠測、風速・風向変化と風車制御のタイムラグ、その他想定されなかった外力により大きな誤差を含むことになる。つまり、風向・風速計(図示せず)により測定され続けたデータからは、使用期間を過ぎたタワーが実際にどの様な荷重履歴を辿ったか導くことはできず、タワーの現時点の損失耐力(累積損傷度)を評価することができない。そのため風車5の取替えにあたり、タワー全体あるいは一部の部材を再使用して有効利用したくても増改築時の損失耐力が不明確なため再利用を図ることができず、従来のタワーにあっては、全て解体し撤去する必要がある。   In a conventional tower, if the load continuously received by the tower is calculated based on the data continuously measured by the wind direction / anemometer (not shown), missing data due to wind turbine failure or maintenance, wind speed / wind direction change and wind turbine The control time lag and other unforeseen external forces contain large errors. In other words, from the data continuously measured by the wind direction and anemometer (not shown), it is not possible to derive the actual load history of the tower after the period of use, and the current loss tolerance of the tower ( The cumulative damage degree) cannot be evaluated. Therefore, when replacing the wind turbine 5, even if it is desired to reuse the entire tower or some of the members for reuse, the loss resistance at the time of expansion and remodeling is unclear and cannot be reused. All need to be dismantled and removed.

また、二世代目風車への取替えを考慮して、当初から第1世代タワー3の耐用年数を風車5の耐用年数の倍にして設計することも可能であるが、1世代目の風車5と同じ振動特性をもつ風車が20年後に入手できるとはかぎらない。このため二世代目風車への取替え時にはその時点の第1世代タワー3の実際の損失耐力が分かっていないと二世代目風車の振動特性に対する安全性の保障が難しい。   In consideration of the replacement with the second generation wind turbine, it is possible to design the first generation tower 3 with a service life that is twice that of the wind turbine 5 from the beginning. Wind turbines with the same vibration characteristics may not be available after 20 years. For this reason, it is difficult to ensure the safety of the vibration characteristics of the second-generation windmill unless the actual loss tolerance of the first-generation tower 3 at that time is known at the time of replacement with the second-generation windmill.

このような問題に鑑みて、図1〜図3に示すように、鋼板製の第1世代タワー3内には、実際の振動履歴を計測して、第1世代タワー3の累積損傷度を把握するために、速度計10、加速度計11、歪計13が配置されている。速度計10及び加速度計11は、第1世代タワー3の内径方向に水平に架け渡されたステージ14上に固定されていると共に、第1世代タワー3の頂部3a、中間部3b及び底部3cにそれぞれ配置されている。なお、第1世代タワー3の高さや形状に応じて、速度計10及び加速度計11が配置される高さ位置が異なることは言うまでもない。   In view of such a problem, as shown in FIG. 1 to FIG. 3, the actual vibration history is measured in the first generation tower 3 made of steel plate, and the cumulative damage degree of the first generation tower 3 is grasped. In order to do so, a speedometer 10, an accelerometer 11, and a strain gauge 13 are arranged. The speedometer 10 and the accelerometer 11 are fixed on a stage 14 that extends horizontally in the inner diameter direction of the first generation tower 3, and are attached to the top portion 3a, the intermediate portion 3b, and the bottom portion 3c of the first generation tower 3. Each is arranged. Needless to say, the height positions at which the speedometer 10 and the accelerometer 11 are arranged differ depending on the height and shape of the first generation tower 3.

速度計10及び加速度計11は、第1世代タワー3の水平方向における速度及び加速度を測定する。速度計10及び加速度計11により、第1世代タワー3の高さ方向における各部3a〜3bでの振幅、周波数、振動回数を経時的に測定し、第1世代タワー3全体の立体的な挙動を把握する。そして、速度計10及び加速度計11は、ステージ14に対して着脱自在であり、故障やメンテナンス時の交換を可能にしている。速度計10及び加速度計11による計測値は、ある一定期間又は耐用年数を通じて蓄積される。   The speedometer 10 and the accelerometer 11 measure the speed and acceleration in the horizontal direction of the first generation tower 3. The speed meter 10 and the accelerometer 11 measure the amplitude, frequency, and frequency of vibration at each part 3a-3b in the height direction of the first generation tower 3 over time, and the three-dimensional behavior of the entire first generation tower 3 is measured. To grasp. The speedometer 10 and the accelerometer 11 are detachable from the stage 14 and can be replaced at the time of failure or maintenance. The measured values by the speedometer 10 and the accelerometer 11 are accumulated over a certain period or the service life.

第1世代タワー3の内壁面には、第1世代タワー3の構造上弱点となり得る箇所(例えば第1世代タワー3の中間部3b及び底部3c)に歪計13が取り付けられている。この歪計13によって、この取り付け部分における変位、周波数、変形回数を経時的に測定し、局部的な評価を行う。歪計13による計測値は、ある一定期間又は耐用年数を通じて蓄積される。   On the inner wall surface of the first generation tower 3, a strain gauge 13 is attached to a location (for example, an intermediate portion 3 b and a bottom portion 3 c of the first generation tower 3) that may be a weak point in the structure of the first generation tower 3. The strain gauge 13 measures the displacement, frequency, and number of deformations in the mounting portion over time, and performs local evaluation. The measured value by the strain gauge 13 is accumulated over a certain period or the useful life.

また、第1世代タワー3の一部からテストピースAを採取する。様々な箇所で採取されたテストピースAは、引張試験や圧縮試験などを行いて引張り強度や圧縮強度などを把握するのに利用される。これにより、第1世代タワー3の材質の経年変化を知ることができ、計算に基づいて算出された累積損傷度とテストピースAから得られた実際の部材強度とを対比して、実際の部材強度に基づいて累積損傷度の計算結果を補正することも可能となる。   Further, the test piece A is collected from a part of the first generation tower 3. The test pieces A collected at various places are used for grasping the tensile strength and the compressive strength by performing a tensile test and a compression test. Thereby, it is possible to know the secular change of the material of the first generation tower 3, and compare the cumulative damage degree calculated based on the calculation with the actual member strength obtained from the test piece A to determine the actual member. It is also possible to correct the calculation result of the cumulative damage degree based on the strength.

風力発電機1の共用開始後に、速度計10、加速度計11、歪計13及びテストピースAによって得られた測定データに基づいて損失耐力を算出し、その後、第1世代タワー3の残存耐力を特定し、その残存耐力を第2世代タワーの耐力の一部として利用する。例えば、速度計10、加速度計11、歪計13から得られた振幅・周波数・振動回数等のデータを蓄積する。振幅データと、鋼板製のタワーの曲げ剛性から各部に作用した曲げモーメントの平均値とで応力範囲を求め、この値を使って応力スケールScd max Scd minを計算し、疲労寿命Nを求める。また、前述した式-1を用いて第1世代タワー3の各部における累積損傷度を計算する。累積損傷度の値により、改築される2世代目タワーの設計条件を決定する。まず、2世代目風車に必要なタワーの設計を行い、タワーの各部における必要強度を算出する。累積損傷度を考慮した1世代目のタワー強度から不足する分をタワーの各部において求め、この部分を補強・改築する事で2世代目のタワーを経済的に構築する。なお、計測データの収集期間が耐久年数より短い場合は、得られたデータに基づき統計的な処理等により累積損傷度を計算する。   After the start of sharing the wind power generator 1, the loss proof is calculated based on the measurement data obtained by the speedometer 10, accelerometer 11, strain gauge 13 and test piece A, and then the remaining proof strength of the first generation tower 3 is calculated. Identify and use the remaining strength as part of the strength of the second generation tower. For example, data such as amplitude / frequency / number of vibrations obtained from the speedometer 10, the accelerometer 11, and the strain gauge 13 are accumulated. The stress range is obtained from the amplitude data and the average value of the bending moment applied to each part from the bending rigidity of the steel plate tower, and the stress scale Scd max Scd min is calculated using this value to obtain the fatigue life N. Further, the cumulative damage degree in each part of the first generation tower 3 is calculated using the above-described equation-1. The design condition of the second generation tower to be rebuilt is determined by the value of the cumulative damage degree. First, the tower required for the second generation wind turbine is designed, and the required strength in each part of the tower is calculated. The lack of the strength of the first generation tower considering the cumulative damage is calculated at each part of the tower, and the second generation tower is economically constructed by reinforcing and remodeling this part. If the measurement data collection period is shorter than the durable years, the cumulative damage degree is calculated by statistical processing or the like based on the obtained data.

図4に示すように、コンクリートを用いた第1世代タワー3Aについて説明する。なお、速度計10、加速度計11、歪計13及びテストピースAについては、鋼板製の第1世代タワー3と同様であるので、説明は省略する。   As shown in FIG. 4, the first generation tower 3A using concrete will be described. The speedometer 10, the accelerometer 11, the strain gauge 13, and the test piece A are the same as those of the first generation tower 3 made of a steel plate, and thus description thereof is omitted.

第1世代タワー3Aには、コンクリートの補強を目的にして、全高に渡ってPC鋼材(PC鋼線、PC鋼棒)15が延在している。PC鋼材15は、等角度をもって均等に配置され、任意のPC鋼材15には、荷重計16が装着され、この荷重計16によって、PC鋼材15に作用した緊張力の振幅、周波数、振動回数を測定し、増改築時にPC鋼材15の損失耐力の特定を行う。また、第1世代タワー3Aの構造上弱点となり得る箇所(例えば第1世代タワー3Aの中間部及び底部)において、増改築時の損失耐力の特定を行うために、鉄筋19に鉄筋計17を取り付ける。鉄筋計17は、鉄筋19の変位、周波数、変形回数を経時的に測定し、鉄筋19の局部的な評価を行う。   In the first generation tower 3A, a PC steel material (PC steel wire, PC steel bar) 15 extends over the entire height for the purpose of reinforcing concrete. The PC steel material 15 is equally arranged at an equal angle, and a load meter 16 is attached to an arbitrary PC steel material 15, and the amplitude, frequency, and vibration frequency of the tension force acting on the PC steel material 15 are determined by the load meter 16. Measure and specify the loss proof strength of the PC steel 15 at the time of extension and reconstruction. In addition, a rebar gauge 17 is attached to the reinforcing bar 19 in order to specify the loss proof strength at the time of extension and renovation at a location that may be a weak point in the structure of the first generation tower 3A (for example, the middle and bottom of the first generation tower 3A) . The reinforcing bar meter 17 measures the displacement, frequency, and number of deformations of the reinforcing bar 19 over time, and performs local evaluation of the reinforcing bar 19.

このように、様々な測定機器により、鋼板製又はコンクリート製の第1世代タワー3,3Aの累積損傷度と強度が把握されると、再利用時に、これらを考慮した設計を行うことが可能となる。そして、第1世代タワー3,3Aの各部では、当初に想定した累積損傷度に達した部分と、まだ強度的に十分に余裕があり再利用が可能な部分とが明確になる。   As described above, when the accumulated damage degree and strength of the first generation towers 3 and 3A made of steel plates or concrete are grasped by various measuring devices, it is possible to design them in consideration of reuse. Become. Then, in each part of the first generation towers 3 and 3A, a part that has reached the initially assumed cumulative damage level and a part that has sufficient strength and can be reused become clear.

次に、前述した既存の風力発電機1を改築する場合について説明する。   Next, the case where the existing wind power generator 1 mentioned above is remodeled is demonstrated.

図5に示すように、改築される新規な風力発電機20には、耐久年数が過ぎたナセル4及び風車5に代えて新規なナセル21及び風車22が採用されるが、新規なタワー(第2世代タワー)T1や新規な基礎Bの部分に関しては、第1世代タワー3及び基礎2が再利用される。第1世代タワー3の強度を利用して、第1世代タワー3の外側をタワー増設部23で覆う。第2世代タワーT1におけるタワー増設部23は、第1世代タワー3に強度不足が発生している箇所を厚くするようにしている。同様に、基礎2の外側も基礎増設部24で覆って、基礎2には、コンクリートによるいわゆる増し打ちが行われる。   As shown in FIG. 5, a new wind generator 20 to be renovated employs a new nacelle 21 and a wind turbine 22 instead of the nacelle 4 and the wind turbine 5 that have passed the endurance years. For the 2nd generation tower) T1 and the new foundation B portion, the first generation tower 3 and the foundation 2 are reused. Using the strength of the first generation tower 3, the outside of the first generation tower 3 is covered with a tower extension 23. The tower extension 23 in the second generation tower T1 is configured to increase the thickness of the first generation tower 3 where the strength is insufficient. Similarly, the outside of the foundation 2 is also covered with the foundation extension part 24, and the foundation 2 is subjected to so-called extra striking with concrete.

さらに、図6に示すように、ナセル21の底面に設けられたアダプタ21aとタワー増設部23の頂部に設けられたアダプタ23aとを、ボルト29によって連結する。また、図7に示すように、タワー増設部23にあっては、第1世代タワー3の外側をコンクリート本体26で覆い、第1世代タワー3とコンクリート本体26との間にグラウト25が充填される。コンクリート本体26内にはシース管27が埋設され、シース管27内にはPC鋼線28が延在し、シース管27内には、グラウトが充填されている。なお、シース管27内にグラウトが充填されない場合もある。   Further, as shown in FIG. 6, an adapter 21 a provided on the bottom surface of the nacelle 21 and an adapter 23 a provided on the top of the tower extension 23 are connected by a bolt 29. As shown in FIG. 7, in the tower extension 23, the outside of the first generation tower 3 is covered with a concrete body 26, and a grout 25 is filled between the first generation tower 3 and the concrete body 26. The A sheath tube 27 is embedded in the concrete body 26, a PC steel wire 28 extends in the sheath tube 27, and the sheath tube 27 is filled with grout. The sheath tube 27 may not be filled with grout.

改築後の風力発電機20にあっては、第1世代タワー3内の速度計10、加速度計11及び歪計13などの測定機器を、改築後に撤去してもよいが、第2世代タワーT1の計測を継続して行ってもよい。改築後も継続して測定行うことで、この測定結果を3世代目のタワーに生かすことができる。   In the wind power generator 20 after the reconstruction, the measuring devices such as the speedometer 10, the accelerometer 11 and the strain gauge 13 in the first generation tower 3 may be removed after the reconstruction, but the second generation tower T1. Measurement may be continued. By measuring continuously after the renovation, this measurement result can be used in the third generation tower.

このように、従来は全て解体撤去を行っていたタワーを利用し、2世代目のタワーとしてもそのまま使える部分と補強を行う必要がある部分を計算により求める。そして、累積損傷度に余裕が無い部分や疲労により強度が低下した部分などの必要な個所に、増し打ちコンクリートによる適切な補強を行い、新旧部材の合計により必要な累積損傷度と強度を確保している。このようにすることで1世代目の撤去解体を行う必要が無くなる。また、2世代目の風力発電機20の大型化や設置高さの増加に対しても容易に対応でき、2世代目タワー建設のコスト削減と、工期の短縮を図ることができる。   In this way, using the tower that was previously dismantled and removed, the part that can be used as it is as the second generation tower and the part that needs to be reinforced are calculated. In addition, appropriate reinforcement with additional cast concrete is applied to necessary parts such as parts where the degree of cumulative damage cannot be afforded or where the strength has decreased due to fatigue, and the necessary cumulative damage and strength are ensured by the sum of the old and new members. ing. This eliminates the need to dismantle the first generation. In addition, it is possible to easily cope with an increase in the size and installation height of the second-generation wind power generator 20, and it is possible to reduce the cost and construction period of the second-generation tower construction.

第2世代タワーT1の建設時に第1世代タワー3を再利用することができるため、コンクリート数量などを削減することができるため、コストの削減が図れる。第1世代タワー3を型枠・型枠支保工として利用できるため型枠・型枠支保工コストの削減が図れると共に、工期短縮が可能になる。第1世代タワー3の足場を再利用できるため、コスト削減と工期の短縮が図れ、作業に対する安全性も向上する。産業廃棄物の発生量を削減することができる。   Since the 1st generation tower 3 can be reused at the time of construction of the 2nd generation tower T1, the quantity of concrete etc. can be reduced, so that the cost can be reduced. Since the first generation tower 3 can be used as a formwork / formwork support, the cost of formwork / formwork support can be reduced, and the work period can be shortened. Since the scaffolding of the first generation tower 3 can be reused, the cost and construction period can be shortened, and the safety for work is improved. The amount of industrial waste generated can be reduced.

また、第1世代タワー3の建設時から2世代にわたる供用期間を設定してタワーを設計することも可能である。計測機器を設置しておくことにより、タワーが実際の累積損傷度を把握できるため、2世代目風車への取替え時にタワーの安全性を確認することができる。また、当初の予定から2世代目の風力発電機が仕様変更された場合にも、実際に受けた累積損傷度に基づいて当初設計をチェックし、新たな風力発電機用タワーとしての安全性を照査することが可能である。   It is also possible to design the tower by setting a service period for two generations from the time of construction of the first generation tower 3. By installing the measuring device, the tower can grasp the actual cumulative damage level, so the safety of the tower can be confirmed when switching to the second generation windmill. In addition, even when the specifications of the second generation wind generator are changed from the original schedule, the initial design is checked based on the cumulative damage actually received, and the safety as a new wind generator tower is confirmed. It is possible to check.

第2世代タワーにおけるタワー増設部の他の例について以下説明する。   Another example of the tower extension part in the second generation tower will be described below.

図8に示すように、第2世代タワーT2におけるタワー増設部30にあっては、第1世代タワー3の外側をコンクリート本体31で覆い、第1世代タワー3とコンクリート本体31との間の隙間にPC鋼線32が延在している。   As shown in FIG. 8, in the tower extension portion 30 in the second generation tower T <b> 2, the outside of the first generation tower 3 is covered with the concrete body 31, and the gap between the first generation tower 3 and the concrete body 31 is covered. A PC steel wire 32 extends in the middle.

図9に示すように、第2世代タワーT3におけるタワー増設部35にあっては、第1世代タワー3の外側をコンクリート本体36で覆い、コンクリート本体26には等間隔に応力伝達板37が埋設されている。   As shown in FIG. 9, in the tower extension part 35 in the second generation tower T3, the outside of the first generation tower 3 is covered with a concrete main body 36, and stress transmission plates 37 are embedded in the concrete main body 26 at equal intervals. Has been.

図10に示すように、第2世代タワーT4におけるタワー増設部40にあっては、第1世代タワー3の外側をコンクリート本体41で覆い、コンクリート本体41は、円筒を例えば4分割してなるプレキャストセグメント41aの組み立てによって構成されている。第1世代タワー3とコンクリート本体41との間にはグラウト42が充填されている。プレキャストセグメント41a内にはシース管43が埋設され、シース管43内にはPC鋼線44が延在し、シース管43内には、グラウトが充填されている。   As shown in FIG. 10, in the tower extension part 40 in the 2nd generation tower T4, the outside of the 1st generation tower 3 is covered with the concrete main body 41, and the concrete main body 41 is a precast formed by dividing a cylinder into four parts, for example. It is configured by assembling the segment 41a. A grout 42 is filled between the first generation tower 3 and the concrete body 41. A sheath tube 43 is embedded in the precast segment 41a, a PC steel wire 44 extends in the sheath tube 43, and the sheath tube 43 is filled with grout.

図11に示すように、第2世代タワーT5におけるタワー増設部45は、第1世代タワー3の外側に巻き付けられる鋼板であってもよい。なお、鋼板46に代えて繊維補強シートを採用してもよい。   As shown in FIG. 11, the tower extension 45 in the second generation tower T5 may be a steel plate wound around the outside of the first generation tower 3. A fiber reinforced sheet may be employed instead of the steel plate 46.

本発明は、前述した実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、図12に示すように、改築される新規な風力発電機50の第2世代タワーT6におけるタワー増設部51は、第1世代タワー3に強度不足が発生している箇所の厚みを基準にして、均一な厚みのコンクリートで覆ってもよい。そして、タワー増設部51の頂部には、コンクリートの増し打ちによって形成された増長部51aが設けられ、これによって、二世代目のタワーを高くしている。また、風力発電機を改築する場合、鋼板製の第1世代タワー3と同様に、コンクリート製の第1世代タワー3A(図4参照)に基づいて新規なタワーを構築することもできる。また、第1世代タワーの全てにおいて補強を行う必要が無い場合は、そのまま第2世代目のタワーとして利用する。   It goes without saying that the present invention is not limited to the embodiment described above. For example, as shown in FIG. 12, the tower extension 51 in the second generation tower T6 of the new wind power generator 50 to be renovated is based on the thickness of the location where the first generation tower 3 has insufficient strength. It may be covered with concrete having a uniform thickness. And the top part of the tower extension part 51 is provided with the increase part 51a formed by the concrete hammering, and this raises the tower of the 2nd generation. Moreover, when remodeling a wind power generator, a new tower can also be constructed | assembled based on the 1st generation tower 3A (refer FIG. 4) made from concrete similarly to the 1st generation tower 3 made from a steel plate. Further, when it is not necessary to reinforce all of the first generation towers, they are used as they are as the second generation towers.

風力発電機の一実施形態を示す正面図である。It is a front view showing one embodiment of a wind power generator. 図1に示した風力発電機の金属製タワーの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the metal tower of the wind power generator shown in FIG. 図1に示した風力発電機の金属製タワーの横断面図である。It is a cross-sectional view of the metal tower of the wind power generator shown in FIG. コンクリート製タワーを示す横断面図である。It is a cross-sectional view showing a concrete tower. 増改築後の風力発電機を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing a wind power generator after extension and reconstruction. 増改築後の風力発電機の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the wind power generator after extension and reconstruction. 増改築後の風力発電機のタワーの横断面図である。It is a cross-sectional view of the tower of the wind power generator after extension and reconstruction. 第2世代タワーの第1の変形例を示す横断面図である。It is a cross-sectional view showing a first modification of the second generation tower. 第2世代タワーの第2の変形例を示す横断面図である。It is a cross-sectional view showing a second modification of the second generation tower. 第2世代タワーの第3の変形例を示す横断面図である。It is a cross-sectional view showing a third modification of the second generation tower. 第2世代タワーの第4の変形例を示す横断面図である。It is a transverse cross section showing the 4th modification of the 2nd generation tower. 増改築後の風力発電機の他の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other example of the wind power generator after extension and reconstruction.

符号の説明Explanation of symbols

1,20,50…風力発電機、2…基礎、3,3A…第1世代タワー、4…ナセル、5…風車、10…速度計、11…加速度計、13…歪計、15…PC鋼材、23,30,35,40,45,51…タワー増設部、T1〜T6…第2世代タワー。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,20,50 ... Wind power generator, 2 ... Foundation, 3,3A ... 1st generation tower, 4 ... Nacelle, 5 ... Windmill, 10 ... Speedometer, 11 ... Accelerometer, 13 ... Strain meter, 15 ... PC steel , 23, 30, 35, 40, 45, 51 ... Tower expansion part, T1-T6 ... 2nd generation tower.

Claims (5)

基礎に固定されたタワーと、このタワーの上部に取り付けられたナセルと、前記ナセルに取り付けられた風車とを備えた風力発電機において、
共用開始後に第1世代タワーの耐力を測定し、測定結果に基づき増改築時の損失耐力及び残存耐力を特定し、前記残存耐力を第2世代タワーの耐力の一部として利用し、さらに第1世代タワーの外側に増設を行うことにより第2世代タワーを構築することを特徴とする風力発電機の増改築方法。
In a wind power generator comprising a tower fixed to a foundation, a nacelle attached to the top of the tower, and a windmill attached to the nacelle,
After the start of sharing, the proof strength of the first generation tower is measured, the loss proof strength and the residual proof strength at the time of extension and renovation are specified based on the measurement results, the residual proof strength is used as part of the proof strength of the second generation tower, A method for expanding and remodeling a wind power generator, characterized in that a second generation tower is constructed by expanding outside the generation tower.
前記第1世代タワー内には、高さ方向における複数個所に加速度計及び速度計が設けられ、前記加速度計及び前記速度計は、水平方向の加速度及び速度を検出し、この検出により前記第1世代タワーの損失耐力を特定することを特徴とする請求項1記載の風力発電機の増改築方法。   In the first generation tower, accelerometers and speedometers are provided at a plurality of positions in the height direction, and the accelerometers and the speedometers detect horizontal accelerations and speeds, and by this detection, the first generation towers are detected. The method for extending or remodeling a wind power generator according to claim 1, wherein the loss tolerance of the generation tower is specified. 前記第1世代タワー内には歪計が装着されて、前記第1世代タワーの損失耐力を特定することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の風力発電機の増改築方法。   3. The method of extending or remodeling a wind power generator according to claim 1 or 2, wherein a strain gauge is mounted in the first generation tower to specify a loss tolerance of the first generation tower. コンクリートからなる前記第1世代タワーの高さ方向に沿って延在するPC鋼材に荷重計が装着されて、前記荷重計の計測により前記第1世代タワーの損失耐力を特定することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項記載の風力発電機の増改築方法。   A load meter is attached to the PC steel material extending along the height direction of the first generation tower made of concrete, and the loss proof strength of the first generation tower is specified by measurement of the load meter. The method for expanding and reconstructing a wind power generator according to any one of claims 1 to 3. 前記第2世代タワーは、前記第1世代タワーの外側を覆ってコンクリートによって増設されたタワー増設部を備えていることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項記載の風力発電機の増改築方法。   The wind turbine generator according to any one of claims 1 to 4, wherein the second generation tower includes a tower extension part that covers the outside of the first generation tower and is increased by concrete. Remodeling method.
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