JP5215403B2 - 回転電機の分解装置および分解方法 - Google Patents

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Description

本発明は、たとえばナセルの内部に収められた風力発電機など、狭隘な場所に設置された回転電機の分解装置および分解方法に関する。
風力発電機は、地上から延びるたとえば６０ｍ程度の柱の上に設けられたナセルの内部に収められている。風力発電機の回転軸は、同じくナセルの内部に収められた増速機などを介してナセルの外部に設けられて風力で回転する羽根に結合されている。
風力発電機などの回転電機は、定期的な保守のため、あるいは、故障時の修理のために、分解・組立を行う場合がある。回転電機を構成する部品には重いものが多く、作業員が機器を用いずに移動させることは困難である。そこで、発電機の分解組立作業においては、大型クレーンを使用して発電機を地上に降ろし、発電機の分解組立作業を行っていた。
大型クレーンによる発電機の吊り下げおよび吊り上げ作業は、天候によってはできない場合がある。つまり、不具合が発生しても簡単に発電機を地上に降ろすことができない場合がある。また、発電機を地上に降ろすためには、発電機の結線の取外しなどの手間もかかる。これらの理由により、発電機を地上に降ろして分解・組立を行う方法では、早期復旧が困難である。
また、たとえば特許文献１には、発電機の分解・組み立てに用いる治具が開示されている。この治具は、発電機の両側面に固定される脚部と、その脚部の間に設けられた横部材と、その横部材に取り付けられたレール部を備えている。
特開平１１−３３５０７４号公報
回転電機がナセルの内部など狭隘な場所に設置されていると、その狭隘な場所に治具を持ち込むことが困難である。さらに、風力発電機のように地上から高い位置に設けられている場合には、たとえナセルを取り外したとしても、非常に大型のクレーンでなければ分解・組立に用いることができない。
特許文献１に開示された治具は、脚部が発電機のケーシングよりも上側まで延びているため、発電機に取り付けるためには、回転軸に向かって見て発電機の上側を囲む長方形の空間が必要である。このため、発電機が狭隘な場所に設置されている場所では、特許文献１に開示された治具を用いることができない場合がある。
そこで本発明は、狭隘な場所に設置された回転電機の分解を容易にすることを目的とする。
上述の目的を解決するため、本発明は、下方に延びる少なくとも２本のねじ穴が形成されたフレームを備えた回転電機の分解装置において、上側フランジと下側フランジとそれらの間のウェブとを備えて前記フレームの上方で水平方向に延びるＩ型梁と、前記Ｉ型梁の上に配置された押さえ板と、前記Ｉ型梁を挟んでそれぞれ前記押さえ板を貫通して延びて前記ねじ穴にねじ込まれた２本の固定ボルトと、前記下側フランジの上面を転がって移動可能なトロリーと、前記トロリーに吊り下げられた揚重機と、を有することを特徴とする。
また、本発明は、下方に延びる少なくとも２本のねじ穴が形成されたフレームとそのフレームの内部に一部が収められた回転軸と備えた回転電機の分解方法において、上側フランジと下側フランジとそれらの間のウェブとを備えるＩ型梁を前記フレームの上方で前記回転軸に平行に少なくとも一部が前記フレームから突出するように配置する工程と、前記Ｉ型梁の上に押さえ板を配置する工程と、２本の固定ボルトを前記押さえ板を貫通させて前記ねじ穴にねじ込む工程と、トロリーを前記下側フランジの上面を転がって移動可能に配置する工程と、前記トロリーに揚重機を吊り下げる工程と、前記回転電機から部品を取り外す工程と、前記部品を前記揚重機で吊り下げたまま前記トロリーを前記Ｉ型梁に沿って移動させる工程と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、狭隘な場所に設置された回転電機の分解が容易になる。
本発明に係る回転電機の分解装置の一実施の形態を分解・組立対象の発電機とともに示す側面図である。 本発明に係る回転電機の分解装置の一実施の形態を分解・組立対象の発電機とともに示す正面図であって、図１のII−II線矢視図である。 本発明に係る回転電機の分解装置の一実施の形態における分解・組立対象の発電機を備えた風力発電設備の側面図である。 本発明に係る回転電機の分解装置の一実施の形態におけるナセルの内部の側面図である。 本実施の形態において発電機側のカップリングに取り外し用の治具を取り付けた状態の側面図である。 本発明に係る回転電機の分解装置の一実施の形態におけるカップリングの取り外しに用いる第１の治具の正面図である。 本発明に係る回転電機の分解装置の一実施の形態におけるカップリングの取り外しに用いる第２の治具の正面図である。 本発明に係る回転電機の分解装置の一実施の形態において外部ファンに取り外し用の治具を取り付けた状態の側面図である。 本発明に係る回転電機の分解装置の一実施の形態における外部ファンの取り外しに用いる第３の治具の正面図である。 本発明に係る回転電機の分解装置の一実施の形態においてブラケットに取り外し用の治具を取り付けた状態を示す、図１１におけるＸ−Ｘ矢視側面図である。 図１０におけるXI−XI矢視正面図である。 本発明に係る回転電機の分解装置の一実施の形態におけるブラケットの取り外しに用いる第４の治具の斜視図である。 本発明に係る回転電機の分解装置の一実施の形態におけるブラケットの取り外しに用いる第５の治具の斜視図である。 本発明に係る回転電機の分解装置の一実施の形態においてブラケットを取り外した状態の側面図である。 本発明に係る回転電機の分解装置の一実施の形態においてブラケットを取り外した状態の正面図である。 本発明に係る回転電機の分解装置の一実施の形態において軸受に取り外し用の治具を取り付けた状態を示す、フレームの一部を切欠いた側面図である。
符号の説明
１０…風力発電設備、１２…土台、１４…柱、１６…ナセル、１８…羽根、２０…増速機、２２…カップリング、２３…カップリング、２４…軸、２５…外部ファン、２８…穴、２９…軸受、３０…発電機、３１…回転軸、３２…フレーム、３３…ブラケット、３４…ブラケット、３５…端子座、３６…蓋、３７…ボルト、３８…吊穴、３９…吊部、４０…分解装置、４１…Ｉ型梁、４２…押さえ板、４３…固定ボルト、４４…トロリー、４５…チェーンブロック、４６…フランジ、４７…フランジ、４８…ウェブ、５１…高さ調整用角材、５２…高さ調整用角材、５３…固定板、５４…固定材、６０…油圧ジャッキ、６１…第１の治具、６２…第２の治具、６３…第３の治具、６４…第４の治具、６５…第５の治具、６６…貫通部、６７…ボルト、６８…穴、６９…補強板、７０…穴、７１…ボルト、７２…穴、７３…ボルト、７４…くさび型部、７５…頭部、７６…スイベルアイボルト、７７…引抜ボルト、７８…ねじ穴、７９…ブロック
本発明に係る回転電機の分解装置の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
図３は、本発明に係る回転電機の分解装置の一実施の形態における分解・組立対象の発電機を備えた風力発電設備の側面図である。図４は、本実施の形態におけるナセルの内部の側面図である。
風力発電設備１０は、土台１２と、土台１２の上に延びる柱１４と、柱１４の上に設けられたナセル１６と、羽根１８とを備えている。ナセル１６の内部には、発電機３０と、増速機２０とが設けられている。発電機３０の回転軸３１は、カップリング２２，２３を介して増速機２０の軸２４と結合されている。風力による羽根１８の回転は、増速機２０を介して発電機３０に伝えられ、発電機３０は発電する。
発電機３０は、筒状のフレーム３２と、その両端を塞ぐ２つのブラケット３３，３４を備えている。発電機３０の回転軸３１は、カップリング２２に近い方のブラケット３３を貫通している。また、カップリング２２とブラケット３３の間で、回転軸３１に外部ファン２５がはめ込まれている。
フレーム３２の上側には、端子座３５が設けられている。端子座３５の上面は蓋３６で覆われていて、蓋３６は下方に延びる複数のボルト３７で端子座３５に固定されている。また、フレーム３２の上面には、貫通する吊穴３８が形成された２つの吊部３９が設けられている。端子座３５の蓋３６の上面あるいは吊部３９の上端とナセルの上面内側との間の空隙の高さは、たとえば２０ｃｍ程度である。
図１は、本実施の形態における回転電機の分解装置を分解・組立対象の発電機とともに示す側面図である。図２は、本実施の形態における回転電機の分解装置を分解・組立対象の発電機とともに示す正面図であって、図１のII−II線矢視図である。
回転電機の分解装置４０は、Ｉ型梁４１と、押さえ板４２と、固定ボルト４３と、トロリー４４と、チェーンブロック４５とを備えている。Ｉ型梁４１は、一対のフランジ４６，４７とそれらのフランジ４６，４７の間のウェブ４８とを備えていて、フレーム３２の上方で水平方向に延びている。Ｉ型梁４１の長さは、たとえば２ｍ程度である。
また、Ｉ型梁４１は、端子座３５の蓋３６および吊部３９の上にそれぞれ設けられた高さ調整用角材５１，５２を介して、回転軸３１の鉛直上方に位置するようにフレーム３２に載置されている。２つの高さ調整用角材５１，５２は、端子座３５の蓋３６の上面と吊部３９の上面との高さの差だけ、高さが異なっている。Ｉ型梁４１の一部はカップリング２２に近い方のブラケット３３よりもフレーム３２の外側に突出している。
押さえ板４２は、Ｉ型梁４１の上に配置されている。押さえ板４２には貫通穴が形成されていて、固定ボルト４３はその貫通穴を貫通して鉛直方向に延びている。固定ボルト４３は、端子座３５の蓋３６を固定していたボルト３７を取り外したねじ穴にねじ込まれている。
また、吊部３９の上方には、固定板５３が設けられている。固定板５３には、吊穴３８を通って延びる固定材５４がＩ型梁４１を挟む２か所で固定されている。固定材５４は、たとえばＵ字型に延びる金属棒である。このように、Ｉ型梁４１を、押さえ板４２と、この押さえ板４２とＩ型梁４１が延びる方向の異なる位置の固定板５３とで固定することにより、Ｉ型梁４１の水平方向の動きが抑制される。このため、分解・組立作業が容易になる。
トロリー４４は、Ｉ型梁４１の下側のフランジ４７の上面を転がって移動可能なように取り付けられている。揚重機であるチェーンブロック４５は、トロリー４４に吊り下げられている。
次に、この分解装置４０を用いた発電機３０の分解の手順を説明する。
まず、分解装置４０の構成部品をナセル１６の内部に移動させる。分解装置４０の構成部品をそれぞれ運搬することにより、まとめて運搬するよりも容易である。風力発電設備には、１ｔ程度の物を運搬可能な小型のウィンチが設けられている場合がある。本実施の形態の分解装置の構成部品は、いずれもこのような小型のウィンチでも運搬可能である。
また、端子座３５の蓋３６を固定するボルト３７のうち、分解装置４０の固定ボルト４３をねじ込むねじ穴にねじ込まれているものを取り外しておく。その後、分解装置４０を図１および図２で示した状態に組み立てる。このようにして組み立てられた分解装置４０を用いて、分解・組立作業が行われる。
分解作業では、まず、発電機３０と外部回転体である増速機２０との間のカップリング２２，２３の結合が外される。これにより、発電機３０側のカップリング２２と増速機２０側との間に、空隙が形成される。次に、発電機３０側のカップリング２２を回転軸３１から取り外す。
図５は、本実施の形態において発電機側のカップリングに取り外し用の治具を取り付けた状態の側面図である。図６は、本実施の形態におけるカップリングの取り外しに用いる第１の治具の正面図である。図７は、本実施の形態におけるカップリングの取り外しに用いる第２の治具の正面図である。
第１の治具６１は、回転軸３１よりも大きくカップリング２２よりも小さな貫通部６６が形成された板である。この貫通部６６は外縁からつながっている。第２の治具６２は、円形の平板である。第１の治具６１および第２の治具６２には、それぞれ対応する位置に、ボルト６７が貫通する穴６８が形成されている。また、第１の治具６１の外周部には、補強板６９が固着されている。補強板６９を固着しておくことにより、第１の治具６１の重量の増加を抑制しつつ、強度を高めることができる。
第１の治具６１および第２の治具６２はカップリング２２を挟むように配置され、穴６８を貫通するボルト６７を用いて結合される。また、第２の治具６２とカップリング２２の中央を貫通する回転軸３１との間には油圧ジャッキ６０を配置する。油圧ジャッキ６０を回転軸３１が延びる方向に伸ばすことによって、カップリング２２を回転軸３１から取り外す。このようにして、カップリング２２と回転軸３１とが、焼き嵌めによって強固に嵌め合わされている場合であっても、カップリング２２を回転軸３１から取り外すことができる。なお、カップリング２２の外周を加熱して、回転軸３１との嵌め合いを緩めてから取り外してもよいし、加熱によって嵌め合いを緩めて油圧ジャッキ６０で取り外してもよい。
図８は、本実施の形態において外部ファンに取り外し用の治具を取り付けた状態の側面図である。図９は、本実施の形態における外部ファンの取り外しに用いる第３の治具の正面図である。
外部ファン２５には、回転軸３１の周囲に、回転軸３１と同じ方向に延びるねじ穴が形成されている。外部ファン２５の取り外し用の第３の治具６３は、このねじ穴に対応する位置に穴７０が形成された板である。外部ファン２５の取り外しに用いる第３の治具６３は、回転軸３１の端部との間に油圧ジャッキ６０を挟むように配置され、外部ファン２５のねじ穴にねじ込まれたボルト７１によって外部ファン２５に固定される。油圧ジャッキ６０を回転軸３１が延びる方向に伸ばすことによって、外部ファン２５を回転軸３１から取り外す。このようにして、外部ファン２５と回転軸３１とが、焼き嵌めによって強固に嵌め合わされている場合であっても、外部ファン２５を回転軸３１から取り外すことができる。
図１０は、本実施の形態においてブラケットに取り外し用の治具を取り付けた状態を示す、図１１におけるＸ−Ｘ矢視側面図である。図１１は、図１０におけるXI−XI矢視正面図である。図１２は、本実施の形態におけるブラケットの取り外しに用いる第４の治具の斜視図である。図１３は、本実施の形態におけるブラケットの取り外しに用いる第５の治具の斜視図である。
ブラケット３３の取り外しに用いる第４の治具６４は、直方体の２対の向かい合う面にそれぞれ貫通するが貫通する穴７２が形成されたものである。ブラケット３３の取り外しに用いる第５の治具６５は、くさび型部７４に頭部７５が固定されたものである。ブラケット３３には、回転軸３１に垂直な方向のねじ穴７８が形成されたブロック７９が、回転軸３１を中心として９０度ごとに設けられている。
第４の治具６４は、ねじ穴７８にねじ込まれたボルト７３によってこのブロック７９に固定される。次に、第４の治具６４とフレーム３２との間に、第５の治具６５のくさび型部７４をはめ込み、頭部７５をハンマーなどでくさび型部７４の方向に叩くことによって、ブラケット３３は少しずつフレーム３２から外れていく。４か所のブロック７９について同様の作業を行うことにより、ブラケット３３をフレーム３２から取り外すことができる。
図１４は、本実施の形態においてブラケットを取り外した状態の側面図である。図１５は、本実施の形態においてブラケットを取り外した状態の正面図である。
次に、フレーム３２から取り外されたブラケット３３の上側の２つのブロック７９のねじ穴７８にスイベルアイボルト７６を取り付ける。これらのスイベルアイボルト７６に、トロリー４４に吊り下げられたチェーンブロック４５を係合させる。チェーンブロック４５でブラケット３３を吊り上げて、トロリー４４をＩ型梁４１に沿って、回転軸３１の端部の先まで移動させる。その後、チェーンブロック４５によってブラケット３３を下げて、ナセル１２の床にブラケット３３を仮置きする。
図１６は、本実施の形態において軸受に取り外し用の治具を取り付けた状態を示す、フレームの一部を切欠いた側面図である。
回転軸３１からの軸受２９の取り外しには、カップリング２２の取り外しに用いた第１の治具６１（図６参照）および第２の治具６２（図７参照）を用いる。第１の治具６１および第２の治具６２は、カップリング２２の取り外しの際に用いた穴６８の他にも穴６８が形成されている。これらの穴に引抜ボルト７７を貫通させて、第１の治具６１と第２の治具６２とを固定する。第２の治具６２と回転軸３１との間には、油圧ジャッキ６０を配置する。この油圧ジャッキ６０を回転軸３１が延びる方向に伸ばすことにより、軸受２９を回転軸３１から取り外すことができる。
このようにして、発電機３０を分解することができる。分解された発電機３０は、新しい軸受２９を取り付けた後に組み立てられる。新しい軸受２９が取り付けられた後、軸受２９にはグリースが充填される。さらに、ブラケット３３の取り付け前に、位置合わせのためのガイドボルトが取り付けられる。
その後、チェーンブロック４５でブラケット３３を吊り上げて、軸受３２とブラケット３３の中心を合わせ、トロリー４４を移動させることによってブラケット３３を所定の位置に戻す。その後、外部ファン２５を加熱した状態で回転軸３１に嵌めこむ。同様にカップリング２２を加熱して、回転軸３１に嵌めこむ。さらに、発電機３０側のカップリング２２と、増速機２０側のカップリング２３とを結合することによって、発電機３０の回転軸３１と増速機２０の軸２４とを結合する。このようにして、分解・組立作業が終了する。
このように、本実施の形態の回転電機の分解装置を用いると、分解装置を構成するそれぞれの部品は、軽量であるため運搬が容易である。たとえば、Ｉ型梁４１を用いることにより、剛性が同じ角棒よりも軽量化することができる。さらに、たとえばアルミニウムなどの軽量材料で形成されたＩ型梁４１を用いることにより、梁をさらに軽量化することができる。分解装置の構成部品が軽量であるから、特に、風力発電設備などのように高い位置への設置が要求される場合に有効である。
また、この分解装置は、回転電機の上面にＩ型梁４１の高さ程度の空隙があれば配置できるため、回転電機の両側面に脚部を設けるよりも、狭隘な場所での作業にも用いることができる。さらに、Ｉ型梁４１を用いることにより、トロリー４４を梁の上面よりも下側に配置できるため、狭隘な場所での分解・組立作業が容易になる。
風力発電設備では、ナセルの内面は発電機および増速機に沿った形状とすることが多い。このため、レールとなる梁を発電機と増速機との間を水平に架け渡せない場合がある。このような場合であっても、本実施の形態の分解装置は、水平方向に移動するトロリーと、そのトロリーに吊り下げる揚重装置であるチェーンブロックを設けることができる。このため、ブラケット３３のような重い部品の運搬が容易になる。
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の実施形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。

Claims (5)

  1. 下方に延びる少なくとも２本のねじ穴が形成されたフレームを備えた回転電機の分解装置において、
    上側フランジと下側フランジとそれらの間のウェブとを備えて前記フレームの上方で水平方向に延びるＩ型梁と、
    前記Ｉ型梁の上に配置された押さえ板と、
    前記Ｉ型梁を挟んでそれぞれ前記押さえ板を貫通して延びて前記ねじ穴にねじ込まれた２本の固定ボルトと、
    前記下側フランジの上面を転がって移動可能なトロリーと、
    前記トロリーに吊り下げられた揚重機と、
    を有することを特徴とする回転電機の分解装置。
  2. 前記Ｉ型梁はアルミニウム製であることを特徴とする請求の範囲１に記載の回転電機の分解装置。
  3. 前記フレームの上面には貫通する吊穴が形成された吊部が設けられていて、
    前記Ｉ型梁が延びる方向の前記押さえ板と異なる位置で前記Ｉ型梁の上に配置された固定板と、
    前記吊穴を通って延びて前記Ｉ型梁を挟む２か所で前記固定板に固定された固定材と、
    を有することを特徴とする請求の範囲１または請求の範囲２に記載の回転電機の分解装置。
  4. 前記揚重機はチェーンブロックであることを特徴とする請求の範囲１ないし請求の範囲３のいずれか１項に記載の回転電機の分解装置。
  5. 下方に延びる少なくとも２本のねじ穴が形成されたフレームとそのフレームの内部に一部が収められた回転軸と備えた回転電機の分解方法において、
    上側フランジと下側フランジとそれらの間のウェブとを備えるＩ型梁を前記フレームの上方で前記回転軸に平行に少なくとも一部が前記フレームから突出するように配置する工程と、
    前記Ｉ型梁の上に押さえ板を配置する工程と、
    ２本の固定ボルトを前記押さえ板を貫通させて前記ねじ穴にねじ込む工程と、
    トロリーを前記下側フランジの上面を転がって移動可能に配置する工程と、
    前記トロリーに揚重機を吊り下げる工程と、
    前記回転電機から部品を取り外す工程と、
    前記部品を前記揚重機で吊り下げたまま前記トロリーを前記Ｉ型梁に沿って移動させる工程と、
    を有することを特徴とする回転電機の分解方法。
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