JP5132134B2 - 風力エネルギータービンのタワー用セグメント及び風力エネルギータービンの運転構成要素をそのタワー内に配置する方法 - Google Patents

Description

本発明は、風力エネルギータービンの運転構成要素又はユニットをそのタワー内に配置することに関する。より具体的には、本発明は、風力エネルギータービンの運転構成要素をその中に配置するための、風力エネルギータービンのタワー用セグメントに関する。さらに、本発明はまた、風力エネルギータービンの運転構成要素をそのタワー内に配置する方法に関する。

最新式の高性能風力エネルギータービンは、多くの場合、風力エネルギータービンの多様な運転構成要素がその内部及びその底部に設置された管状タワーを含む。これらの構成要素又はユニットは、例えば発電機から電力網に電気エネルギーを供給するのに必要な周波数変換器、変圧器及び／又は制御システムである。

タワーの底部及び内部に設置された構成要素及びユニットへのアクセスは、タワーの壁面内に設置されたタワードアを介して可能である。これまでは、これらの構成要素及びユニットは、タワードアを通してタワー内に持ち込まれていた。タワードアは、限られた開口を形成するので、その個々のユニット及び構成要素又は部品の寸法は、限定されなければならない。さらに、風力エネルギータービンの運転構成要素をそのタワー内で組み立てかつ取り付けることは、予想以上に時間が掛かる。

例えば、欧州特許（ＥＰ−Ｂ−）第３８１７７５号には、風力エネルギータービンのタワーを構築する方法が開示されており、この方法では、タワーの基盤を形成した後に、風力エネルギータービンの少なくとも１つの運転構成要素、すなわち少なくとも１つの電力モジュールを基盤上に配置し、その後に、事前取付けしたモジュールを覆ってタワーの最下方側セグメントが据付けられる。この方法では、基盤上にタワーセグメントを降ろす時に事前取付けしたモジュールの損傷を防止するための大きな注意及び作業が必要となる。
欧州特許第３８１７７５号公報

本発明は、風力エネルギータービンのタワー用セグメントに関し、本セグメントは、長手方向軸線と内面及び外面とを有する管状セクションと、管状セクションの内面に配置された少なくとも１つの支持要素グループと、少なくとも１つの支持要素グループの支持要素によって支持可能な少なくとも１つのプラットフォームとを含む。

本発明の別の態様によると、風力エネルギータービンの運転構成要素をそのタワー内に配置する方法を提供する。本方法は、タワーセグメントを構築する段階と、少なくとも１つのプラットフォームを上方から構築したタワーセグメント内に挿入しかつ該少なくとも１つのプラットフォームをタワーセグメントの内面に取り付ける段階と、少なくとも１つの運転構成要素を少なくとも１つのプラットフォーム上に配置する段階とを含む。

別の態様では、本発明は、内面及び外面並びに長手方向軸線を有する風力エネルギータービン用のタワーセグメントを提供する。管状セグメントは、円筒形又は円錐形又はあらゆる所望の他の形状を有することができる。セグメントの内面には、少なくとも１つのプラットフォームを支持するための少なくとも１つの支持要素グループが設けられ、この少なくとも１つのプラットフォームは、該少なくとも１つのプラットフォームが支持要素上に載置されるまで該プラットフォームを構築セグメントに向かってかつ該構築セグメント内に降ろすことによって上方からセグメント内に挿入することができる。本発明によるセグメントは、異なる高さ位置にある複数のプラットフォームをタワーのセグメント内に取り付けることができるように、１つよりも多い支持要素グループを含むのが好ましい。

変形形態として、各プラットフォームをセグメントの内面に直接取り付ける代わりに、その上に風力エネルギータービン用の運転構成要素を設置した幾つかのフロアを有するラック上の少なくとも１つの支持要素グループに取り付けることも可能である。またこの考え方によると、風力エネルギータービン用の運転構成要素を異なるレベル位置でそのタワー内部に配置することも可能である。

少なくとも１つのプラットフォームを構築タワーセグメント内に挿入しかつ取り付ける場合には、クレーン又は他の外部ウィンチを使用することができる。風力エネルギータービン全体を完全に組み立てた後に、タワー内に配置した運転構成要素又はユニットの１つを交換目的などのために分解しなければならない場合には、運搬及び吊り上げ目的のために通常はタワー頂部においてナセル内に配置されたウィンチを使用することができる。１つよりも多いプラットフォームがタワーセグメント内に取り付けられている場合には、中央又は下方側プラットフォーム上に設置された運転構成要素の交換は、交換しようとするユニット又は構成要素が設置されているそれぞれのプラットフォームの上方に配置された1つ又は複数のプラットフォーム内の開口部を通して構成要素又はユニットを運搬することによって行うことができる。安全上の理由により、プラットフォーム内の開口部は、着脱可能な蓋又は同様のカバーで閉鎖することができる。

本発明は様々の特定の実施形態に関して説明しているが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施することができることは、当業者には分かるであろう。

図１は、本発明の説明するための参考例を示しており、基盤１１上に構築され（立てられ）かつ支持された風力エネルギータービンのタワー（両方とも図示せず）用のタワーセグメント１０を示す。タワーセグメント１０は、内側フランジ１４を有する管状セクション１２を含み、内側フランジ１４は、例えば基盤１１内に埋設された固定要素に対してネジ１６によって取り付けられる。管状セクション１２は、円筒形状のものであり、円筒形内面２０及び円筒形外面２２を含む。例えば鋼などのような金属で製作することができる管状セクション１２の内面２０には、ほぼＵ形状ブラケット２６の形態になった支持要素２４のグループ２３が配置される。図１に示す参考例の実施形態では、これらの支持要素２４は、フランジ１４上方のほぼ同一の高さ又はレベル位置に配置される。プラットフォーム２８は、支持要素に載置しかつ取り付けることができる。図１に示すように、このプラットフォーム２８は、基盤１１に対してタワーセグメント１０を立てかつ結合した後に、クレーン又は同様のウィンチを使用して該プラットフォーム２８を降ろすことによって管状セクション１２内に挿入される。プラットフォーム２８は、発電機から電力網に電力を供給するために使用する周波数変換器３０、変圧器３２及び／又は制御装置３４のような風力エネルギータービン用の多様な運転構成要素を支持するために使用される。プラットフォーム２８は、プレート３６と、該プレート３６の下面から離れる方向に延びかつブラケット２６と管状セクション１２の内面２０との間の間隙４０内に入るように配置された突出要素３８とを含む。このようなプラットフォーム２８と支持要素２４との相対的配置は、図１に点線で示している。さらに、図１には、タワードアを点線４１で示している。

図１に示す参考例のタワーセグメント１０の構造及び設計は、例えば電力モジュールのような事前組立てした運転構成要素ユニットを取り付ける限りにおいて利点がありかつタワーセグメント１０の構築後に実施可能であり、これにより、タワー内に運転構成要素を取り付ける際の該運転構成要素に対する損傷の危険性が軽減される。

ここで、図１に示すような係合する支持要素２４及び突出要素３８の特定の構成及び形状は、本発明では必ずしも必要でないことに注目されたい。本発明はただ単に、プラットフォーム又は同様の支持構造体を支える、従って次に風力エネルギータービンの運転構成要素を支持するために、タワーセグメント１０の内面２０における何らかの種類の座面又は同様の支持面の機構を利用するだけである。また、風力エネルギータービン用の運転構成要素を備えた1つ又は複数のプラットフォームを支えるタワーセグメントは、タワーの最下方側セグメント以外のものとすることができることにも注目されたい。基本的に、タワーの各セグメントは、風力エネルギータービンの何らかの運転構成要素をその内面に支持するためのタワーセグメントとして使用することができる。しかしながら、それらの目的の場合には、通常は、最下方タワーセグメント又は最下方側タワーセグメントの１つを使用することになる。

図２及び図３は、風力エネルギータービンのタワー用タワーセグメント１１０の本発明の１つの実施形態を示しており、この実施形態では、タワーセグメント１１０はさらに、該タワーセグメント１１０内に異なる高さ位置に配置された幾つかのプラットフォーム上に設置された風力エネルギータービンの多様な運転構成要素を支持する。図２に示す要素が、図１に示す参考例の要素と同一又は類似している場合には、図２及び図３において同一の参照符号を使用する。

図２及び図３のタワーセグメント１１０は、その全てが管状セクション１２の内面２０から突出した複数の支持要素１４５、１４７、１４９、１５１グループ１４４、１４６、１４８、１５０を有する円筒形管状セクション１２を含む。最下方側支持要素グループ１４の支持要素１４５は、管状セクション１２の壁面から最長距離だけ延びているが、この距離は、より高い位置の支持要素１４７、１４９、１５１グループ１４６、１４８、１５０が管状セクション１２内に配置されるにつれて減少する。この実施形態では、支持要素１４５、１４７、１４９、１５１は、その上に載置された個々のプラットフォーム１５２、１５６、１６０、１６４を有する支持ビーム又はアームとして形成される。各プラットフォームは、それぞれの支持要素グループ１４４、１４６、１４８、１５０の支持要素１４５、１４７、１４９、１５１上に載置されたアウタフレーム１５４、１５８、１６２、１６６を含み、さらにそれぞれのフレーム１５４、１５８、１６２、１６６内に挿入されかつそれらのフレーム上に載置された取外し可能なプレート又は同様のカバー要素を含む。例えば変圧器３２、制御装置３４、周波数変換器１４２及び他のユニット１６８のような多様な運転構成要素が、図２及び図３に示すように個々のプラットフォーム１５２、１５６、１６０、１６４上に位置決めされかつ配置される。図２及び図３に示すようなこれらの構成要素の配置は、全ての構成要素及びユニットがそのそれぞれのプラットフォーム上に取り付けられかつ全てのプラットフォームがタワーセグメント１１０内に取り付けられるが、依然として全てのプラットフォームを貫通して延びる１つのチャネル領域が存在する点で利点を有している。この領域には構成要素がなくて、そのためこのチャネル領域は、交換目的などのために個々の運転構成要素を吊り上げ及び吊り降ろすのに使用することができる。従って、交換しようとする構成要素の交換及び運搬に先立って、他の構成要素を取外す必要性が全くない。図２及び図３によると、こうした構成要素のない領域が、タワーの中央部に配置されており、そこではプレート１５９、１６３、１６５に開口部（図３の符号１７０を参照）が形成され、これら開口部１７０の全ては互いに整列している。構成要素のない領域はまた、偏心させて、例えば管状セクション１２の内面２０に近接させて配置することができるようにすることも可能である。安全上の理由により、開口部１７０は、取外し可能な蓋又は同様のカバーによって閉鎖すべきである。さらに、管状セクション１２の内面２０に昇降用梯子を配置して保守要員がプラットフォームからプラットフォームに登れるようにすることもできる。この昇降用梯子は、図２及び図３には示していない。また、これらの図には示していないが、個々のプラットフォームと管状セクション１２の内面２０との間の空間を覆うカバー要素が設けられる。また、これらのカバー要素は、安全上の理由により設けられ、またプラットフォームレベルごとにより多くの収納領域を有するようにするために設けられる。

図２によるタワーセグメント１１０の組立は、最初に基盤１１に対してタワーセグメント１１０を立てかつそれを基盤１１に対して取り付けることによって行われる。その後、最下方側プラットフォーム１５２が、それを上方からタワーセグメント１１０内に吊り降ろすことによって挿入され、３つの最上方側支持要素グループ１４６、１４８、１５０を通過した後に、最下方側プラットフォーム１５２は、最下方側支持要素グループ１４４のその関連支持要素１４５上に載置される。その後、第２の最下方側プラットフォーム１５６が組立てられ、残りのプラットフォーム１６０及び１６４について同じ手順が繰り返される。タワーセグメント１１０内に挿入されたプラットフォームの全てには、図２に示すように、それぞれの事前取付けした構成要素を予め設けておくことができる。

図４及び図５は、本発明の別の態様によるタワーセグメント２１０のさらに別の実施形態を示す。図４及び図５では、図１〜図３に示す要素及び構成要素と同一又は類似した要素及び構成要素は、同一の参照符号で示す。

図２及び図３による実施形態と同様に、図４及び図５のタワーセグメント２１０の実施形態では、幾つかのプラットフォーム１５２、１５６、１６０が設けられる（図５を参照）。個々のプラットフォーム１５２、１５６、１６０は、管状セクション１２の下端部上方の異なる高さ位置におけるグループ１４４、１４６、１４８内に配置されたブラケット状支持要素１４５、１４７、１４９によってタワーセグメント２１０の管状セクション１２の内面２０に取り付けられる。図４及び図５のタワーセグメント２１０の特有の特徴は、支持要素１４５、１４７、１４９の相対的配置に関連している。すなわち、特に図５に見ることができるように、全ての支持要素グループ１４４、１４６、１４８の支持要素１４５、１４７、１４９は、互いに円周方向にオフセットしており、そのため管状セクション１２の長手方向軸線に沿って見た時に、個々の支持要素グループ１４４、１４６、１４８の支持要素１４５、１４７、１４９は、互いに重ならない。このことは、各プラットフォームが、関連する支持要素グループの支持要素と位置合わされた後に、それぞれの他の支持要素グループの支持要素と干渉せずにタワーセグメント２１０内に吊り降ろすことができる点に利点がある。また、全てのプラットフォーム１５２、１５４、１５６の形状及び全体設計は、図４及び図５の実施形態では同一のものとすることができる。

図４及び図５に示すタワーセグメント２１０の残りの要素は、図１〜図３に示すタワーセグメント１０及び１１０の場合におけるのと同一のものとすることができる。

風力エネルギータービンの多様な運転構成要素を支えるプラットフォームを支持するための支持要素をその内面に備え、タワーセグメントの支持要素上に載置されるまでプラットフォームを上方から該タワーセグメント内に挿入することができる、参考例である風力エネルギータービン用の構築最下方側タワーモジュールの断面図。 異なる高さ位置でタワーセグメントの内面から突出した支持要素上に載置された１つよりも多いプラットフォームを有する別のタワーセグメントの断面図。 図２に示す構築タワーセグメントを上方から見た図。 互いに円周方向にオフセットして複数のプラットフォームを支持するようになった複数の支持要素グループを有するさらに別のタワーセグメントの断面図。 その中にプラットフォームが配置された状態の図４による構築タワーセグメントの平面図。

符号の説明

１０ タワーセグメント
１１ 基盤
１２ 管状セクション
１４ 内側フランジ
１６ ネジ
１８ 固定要素
２０ 内面
２２ 外面
２３ グループ
２４ 支持要素
２６ ブラケット
２８ プラットフォーム
３０ 周波数変換器
３２ 変圧器
３４ 制御装置
３６ プレート
３８ 突出要素
４０ 間隙
４１ 点線
１１０ タワーセグメント
１４２ 周波数変換器
１４４ グループ
１４５ 支持要素
１４６ グループ
１４７ 支持要素
１４８ グループ
１４９ 支持要素
１５０ グループ
１５１ 支持要素
１５２ プラットフォーム
１５４ フレーム
１５５ プレート
１５６ プラットフォーム
１５８ フレーム
１５９ プレート
１６０ プラットフォーム
１６２ フレーム
１６３ プレート
１６４ プラットフォーム
１６５ プレート
１６６ フレーム
１６８ ユニット
１７０ 開口部
２１０ タワーセグメント

Claims (5)

1. 風力エネルギータービンのタワー用セグメント（１０）であって、
   長手方向軸線と内面（２０）及び外面（２２）とを有する管状セクション（１２）と、
   前記管状セクションの内面に配置された複数の支持要素（１４５）グループ（１４４）と、
   前記少なくとも１つの支持要素グループの支持要素によって支持可能な少なくとも１つのプラットフォーム（２８）と、
   を含
   各支持要素グループの支持要素が、前記管状セクションの長手方向軸線に対してそれぞれの異なる高さ位置に配置される
   ことを特徴とする、セグメント（１０）。
2. それぞれのグループ（１４４）の支持要素（１４５）が、隣接するグループ（１４７）の支持要素（１４６）に対して前記管状セクション（１２）の円周方向にオフセットしている、請求項１記載のセグメント（１０）。
3. 最下方グループ（１４４）の支持要素（２４）が、前記管状セクション（１２）の内面（２０）を越えて最も遠くに突出しており、他の支持要素グループ（１４６）の支持要素（１４７）の突出量が、グループごとに減少する、請求項１記載のセグメント（１０）。
4. 各プラットフォーム（１５２）が、その上に載置した着脱可能なインサートによって閉じることができるアウタフレーム（１５４）を含み、２つのそれぞれの隣接するプラットフォームの前記フレーム及び開口部（１７０）の寸法が、下方側プラットフォームが上方側プラットフォーム（１５６）よりも小さいフレーム及び小さい開口部を有するようになっており、前記上方側プラットフォームのフレーム（１５８）における前記開口部の寸法及び形状が、前記下方側プラットフォームのアウタフレームが該開口部を通過することができるようになっている、請求項１記載のセグメント。
5. 前記管状セグメント（１２）が円筒形である、請求項１記載のセグメント。
   

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