JP5663249B2

JP5663249B2 - 風力発電装置のブレード吊上方法及びブレード吊上治具

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Publication number: JP5663249B2
Application number: JP2010209107A
Authority: JP
Inventors: 育男飛永
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2030-09-17
Also published as: JP2012062851A

Description

本発明は、風力発電装置のブレードを風車タワー上部のハブに着脱する際等に用いられるブレード吊上方法及び吊上治具に関するものである。

風力発電装置は、風車タワーの上部に設けられたナセル内に収容された発電機を、風力を受けて回転するロータによって駆動している。ロータは、回転可能に支持されたハブに、複数のブレードを放射状に取り付けて構成されている。
このようなブレードをハブに取り付ける取付作業や、使用中に損傷を受けたブレード等をハブから取外す取り外し作業は、一般に高所作業となることから、ブレード取付高さまでの揚程能力を持つクレーンを２台用いる場合が多い。
しかし、この場合、クレーン車自体の手配や、その作業場所の確保に配慮が必要となり、施工時の工数やコストも増加してしまう。

また、風力発電装置のブレード吊上に関する従来技術として、例えば特許文献１には、ハブのブレード取付部からワイヤを吊上げてブレードの基端部を係止させ、ワイヤを引き上げることによってブレードを吊り上げることが記載されている。
また、特許文献２には、単一のワイヤによってブレードを所定の角度に保持しつつ吊下げ可能とした吊下げ治具が記載されている。この吊下げ治具は、ワイヤが接続される接続プレートから伸びてブレードの表面と当接する一対の棒状部材からなる治具本体を、治具本体の長さや複数のスリングの長さを変更することによって、ブレードと一定の角度をなすように調整して用いるものである。

特開２００６−１５２８６２号公報特開２００９− ２２０６号公報

風力発電装置のハブの回転中心軸は、水平方向に対して所定のチルト角だけ傾斜して配置される場合が多い。さらに、ブレード自体もハブの回転中心軸と直交する平面に対して所定のコーン角だけ傾斜して配置される。
このため、特許文献１に記載された従来技術のように、ブレードの基端部にワイヤを係止してブレードが自重で垂れ下がるようにして吊上げた場合、ブレードをハブに取り付ける際に所定の角度に保持するためには、例えばブレードの先端部を他のクレーンによって吊りながらブレードの角度を調整するなど多くの設備及び工数が要求される。
また、特許文献２に記載された吊下げ治具であれば、１本のワイヤによってブレードを所定の角度に保持して吊下げることが可能であるが、治具本体の棒状部材や複数のスリングの長さを精密に調整する必要があることから、取り扱いが難しくブレードの吊上げ工程が煩雑となってしまう。

上述した問題に鑑み、本発明の課題は、簡素な設備によって容易にブレードを所定の角度において吊上げられる風力発電装置のブレード吊上方法及びブレード吊上治具を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、風力発電装置のブレード吊上方法であって、ブレードの吊上時に上下方向に離間するよう配置された第１の接続部と第２の接続部、及び、前記ブレードの吊上時に前記ブレードの表面と当接する当接部を有する吊上治具を用意し、上方から吊上げられる第１のワイヤの下端部を前記吊上治具の前記第１の接続部に接続し、前記ブレードの重心位置よりも翼根側に形成された被接続部に一方の端部を接続された第２のワイヤの他方の端部を前記吊上治具の前記第２の接続部に接続し、前記吊上治具の前記当接部が前記ブレードにおける前記被接続部と前記翼根との中間における表面と当接して前記ブレードを所定の角度に保持した状態で、前記第１のワイヤによって前記吊上治具とともに前記ブレードを吊上げることを特徴とする風力発電装置のブレード吊上方法である。
請求項２の発明は、前記吊上治具の前記当接部に接続された第３のワイヤを牽引することによって前記ブレードの角度を調整することを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置のブレード吊上方法である。

請求項３の発明は、風力発電装置のブレード吊上治具であって、上方から吊上げられる第１のワイヤの下端部が接続される第１の接続部と、ブレードの重心位置よりも翼根側に形成された被接続部に一方の端部が接続される第２のワイヤの他方の端部が接続されるとともに、前記ブレードの吊上時に前記第１の接続部より下方に配置される第２の接続部と、前記ブレードの吊上時に前記ブレードにおける前記被接続部と前記翼根との中間における表面と当接して前記ブレードを所定の角度に保持する当接部とを備えることを特徴とする風力発電装置のブレード吊上治具である。
請求項４の発明は、前記当接部に、牽引されることによって前記ブレードの吊上時における角度を調整する第３のワイヤが接続される第３の接続部を設けたことを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置のブレード吊上治具である。
請求項５の発明は、前記当接部における前記ブレードとの接触面部を、前記ブレードの表面形状にほぼ沿った凹面状に形成したことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の風力発電装置のブレード吊上治具である。

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ブレードの重心位置よりも翼根側に形成された被接続部と吊上治具とを第２のワイヤで接続するとともに、吊上治具にブレードの被接続部と翼根との間における表面と当接する当接部を設けたことによって、吊上治具を第１のワイヤで吊上げたときにブレードがその自重によって所定の角度に保持される。
このため、例えば複数のクレーンを用いてブレードの角度を調整等することなく、簡素な設備によって容易にブレードを所定の角度において吊上げることができる。
また、吊上治具の当接部がブレードの表面に当接した状態においては、ブレードのチップ側を保持する必要がないことから、ブレードをハブに着脱する位置までブレードを吊上げ可能な揚程を有するクレーン等を複数用意する必要がない。
（２）吊上治具の当接部に接続された第３のワイヤを牽引することによって、例えば地上から作業者が容易にブレード角度の調整を行うことができる。
（３）吊上治具の当接部におけるブレードとの接触面部を、ブレードの表面形状にほぼ沿った凹面状に形成したことによって、吊上治具とブレードとの相対位置が適切となるように案内し、上述した効果をより確実に得ることができる。

本発明を適用した風力発電装置のブレード吊上方法の実施例１におけるブレード吊上時の状態を示す模式図である。図１のII部における拡大模式的断面図（図３のII−II部矢視断面図）である。図２のIII−III部矢視図である。実施例１のブレード吊上方法において、ブレードを吊上げる前の状態を示す図である。実施例１のブレード吊上方法において、ブレードを吊上開始直後の状態を示す図である。本発明を適用した風力発電装置のブレード吊上方法の実施例２におけるブレードを吊上げる前の状態を示す図である。

本発明は、簡素な設備によって容易にブレードを所定の角度において吊上げられる風力発電装置のブレード吊上方法及びブレード吊上治具を提供する課題を、ブレードの重心位置より翼根側に設けられた吊穴と吊上治具とをワイヤで接続するとともに、ブレードの吊上時にブレードにおける吊穴よりも翼根側の表面と当接する当接部を吊上治具に設けて、この当接部によってブレードの角度を規制することによって解決した。

以下、本発明を適用した風力発電装置のブレード吊上方法及び吊上治具の実施例１について説明する。
実施例１のブレード吊上方法及び吊上治具は、風力発電装置の風車タワーの上部に設けられたハブに、ブレードを着脱する際などに用いられるものである。

風力発電装置１は、タワー２、ナセル３、ハブ４、及び、ブレード１０等を備えて構成されている。
タワー２は、上下方向に延びた柱状の部分である。タワー２の下端部は、地表や洋上に設けられた図示しない基部に固定されている。タワー２の上端部は、ナセル３の下部に接続されている。

ナセル３は、ハブ４の上部に設けられ、図示しない発電機、制御盤及びこれらを冷却する冷却装置等を備え、必要に応じ増速機も有する。
ハブ４は、ブレード１０とともに、風力発電装置１のロータを構成するものである。ハブ４は、ナセル３の一方の端部に、所定の回転軸回りに回転可能に支持される。
また、ハブ４には、複数のブレード１０が放射状に取り付けられ、ブレード１０が気流を受けて発生する揚力によって回転駆動される。

ブレード１０は、気流を受けて揚力を発生し、ハブ４を回転させるものである。
ブレード１０の本体部は、例えば、繊維強化樹脂等によって中空に形成されている。
ブレード１０は、翼部１１、チップ部１２、ルート（翼根）部１３、吊穴１４等が設けられている。

翼部１１は、所定の仰角において気流内に配置された際に、ハブ４を回転駆動する方向への揚力を発生する翼形が形成された部分であって、ブレード１０の中央部からチップ部１２側にかけて形成されている。
ルート部１３は、ブレード１０がハブ４に固定される基端部であって、図３に示すように、ロータ中心側から見た形状はほぼ円形に形成されている。
ルート部１３には、ハブ４との円環状の接触面部から突き出したボルト１３ａが複数設けられている。ボルト１３ａは、ルート部１３の周方向に分散して配列されている。

吊穴１４は、ブレード１０のハブ４への着脱時等において、吊上治具１００を用いてブレード１０を吊上げる際に、第２ワイヤＷ２の端部に設けられた吊金具１２０が締結される部分である。この吊穴１４は、本発明にいう被接続部として機能する。
吊穴１４は、翼部１１のトレーリングエッジ部における一部に開口を形成し、ネジ等で吊金具１２０を取付可能な構造になっている。
図１等に示すように、吊穴１４は、ブレード１０の重心ＣＧに対して、ルート部１３側にオフセットして配置されている。
吊穴１４は、ブレード１０を吊上げる際にその荷重に耐えかつ建設後の運用に耐えうるだけの強度、耐久性が与えられている。

吊上治具１００は、本体部１１０、吊金具１２０、ブレード保持部１３０、ステー１４０等を備えて構成されている。
本体部１１０は、使用時（吊上時）における側面視形状が例えば上下方向に沿った長軸を有する長円のプレート状に形成されている。
吊上時における本体部１１０の上端部及び下端部には、それぞれ接続穴１１１，１１２が形成されている。

接続穴１１１は、上方から吊り下げられ、ブレード１０及び吊上治具１００を吊上げる第１ワイヤＷ１が、例えばフックＨ等を介して接続される部分である。
第１ワイヤＷ１は、例えば、図示しないクレーンやウインチ等によって昇降可能となっている。
接続穴１１２は、本体部１１０と吊金具１２０とを接続する第２ワイヤＷ２が接続される部分である。

吊金具１２０は、ブレード１０の吊穴１４に接続され固定される部材である。
吊金具１２０は、図２に示すように、吊穴１４に締結されるボルト部１２１、及び、第２ワイヤＷ２が接続される吊り輪１２２が形成されている。

ブレード保持部１３０は、図１に示すようにブレード１０を吊上げた際に、ルート部１３の近傍におけるブレード１０の外表面に当接し、これを押圧してブレード１０を所定の角度に保持する部分である。
ブレード保持部１３０は、図３に示すように、吊上げ時におけるブレード１０の上面の形状に沿わせて円弧状に湾曲して形成された当接部１３１を備えている。この当接部１３１は、ブレード１０の吊上げ時における上半部（例えば、実施例１ではトレーリングエッジ側の半部）の外周面に沿って、その周方向に延びて配置されている。すなわち、当接部１３１におけるブレード１０との接触面部は、ブレード１０の表面形状にほぼ沿った凹曲面状に形成されている。この接触面部には、ブレード１０の損傷を防止する図示しない緩衝材が配置されている。
また、ブレード保持部１３０には、当接部１３１の両端部から直線状に延びたガイド部１３２が設けられ、ガイド部１３２の先端部には、吊り輪１３３が固定されている。
ガイド部１３２は、ブレード１０の吊上げ開始時に、ルート部１３が適切に当接部１３１と当接するよう案内する機能を有する。
吊り輪１３３には、作業者Ｍが地上から牽引して吊上げられたブレード１０の角度を調整する第３ワイヤＷ３、第４ワイヤＷ４がそれぞれ接続される。

ステー１４０は、本体部１１０の一方の側辺部とブレード保持部１３０における当接部１３１の中央部とに両端部がそれぞれ固定された柱状の部材である。

図２に示すように、吊上治具１００を用いてブレード１０が吊上げられた状態において、接続穴１１１と接続穴１１２とは鉛直方向にほぼ沿って配列され、第１ワイヤＷ１及び第２ワイヤＷ２は、ほぼ同一直線状に配置される。第２ワイヤＷ２には、ブレード１０の重心ＣＧに作用する自重Ｗに応じて、張力Ｔが負荷される。
このとき、ブレード保持部１３０の当接部１３１は、ルート部１３の近傍に当接し、接触しているブレード１０の表面部に対して、ほぼ垂直の荷重Ｐを付与し、また、ブレード１０が保持される角度を、予め設定された所定の角度に保つようになっている。

すなわち、吊穴１４に対してブレード１０の重心ＣＧがチップ部１２側に存在することから、ブレード１０にはルート部１３が上方へ上がる方向の回転モーメントが発生するが（図２において、反時計回りに回ろうとする）、ブレード保持部１３０はルート部１３を所定の高さに抑えることによって、ブレード１０が所定の角度で回転を止めるようになっている。
本体部１１０とブレード保持部１３０との相対位置、及び、第２ワイヤＷ２の長さは、上述した位置関係が充足するように設定され、予め調節されている。

次に、実施例１の吊上方法を用いたブレード１０の取付方法について説明する。
なお、ここでは一例として取付方法について説明するが、実施例１の吊上方法は、ブレード１０の取り外しにも用いることができる。

先ず図４に示すように、当初ブレード１０は、長手方向をほぼ水平としかつ吊穴１４を上方に向けた状態で配置される。
このとき、ブレード１０のチップ部１２側は、巻きつけられたスリングＳを第５ワイヤＷ５でクレーン等によって吊上げることによって支持されている。なお、このクレーンは、後述するように第１ワイヤＷ１を牽引するクレーン等のような高い揚程は必要なく、比較的小型のもので足りる。
一方、ブレード１０のルート部１３側は、吊穴１４に吊金具１２０を締結して第２ワイヤＷ２によって吊上げているが、このときブレード保持部１３０はブレード１０の表面から離間している。

次に、図５に示すように、クレーン、ウインチ等によって第１ワイヤＷ１を牽引し、吊上治具１００及びブレード１０を吊上げる。このとき、スリングＳ側はチップ部１２が地表等に接触しない最低限の高さを維持する。これによって、ブレード１０は、その自重によってルート部１３側が上がる方向に回転を開始する。

そして、さらに第１ワイヤＷ１を牽引し、ブレード１０の角度が、上述した所定の角度に達すると、図２等に示すように、ブレード保持部１３０の当接部１３１がブレード１０のルート部１３付近の表面と当接し、それ以上のブレード１０の回転を防止することによって、ブレード１０は所定の角度に保持される。
このとき、第５ワイヤＷ５は弛緩した状態となり、スリング２０は除去されるが、ブレード１０の角度は一定に保たれる。
そして、第１ワイヤＷ１をさらに牽引してブレード１０のルート部１３の高さをハブ４の近傍まで上昇させる。
このとき、必要であれば、地上から作業者Ｍが第３ワイヤＷ３、第４ワイヤＷ４を牽引することによって、ブレード１０の角度を調整する。
そして、ルート部１３のボルト１３ａをハブ４側の図示しないボルト穴に挿入し、ナット等で締結後、吊上治具１００を取り外し、ブレード１０の取付は完了する。
なお、ブレード１０の取り外しの際は、逆の手順を行えばよい。

以上説明した実施例１によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ブレード１０の重心ＣＧよりもルート部１３側に形成された吊穴１４と吊上治具１００とを第２ワイヤＷ２で接続するとともに、吊上治具１００にブレード１０の吊穴１４とルート部１３との間における表面と当接する当接部１３１を設けたことによって、吊上治具１００を第１ワイヤＷ１で吊上げたときにブレード１０がその自重によって所定の角度に保持され、安定した状態でブレード１０の昇降や着脱を行うことができる。
このため、例えば複数のクレーンを用いてブレード１０の角度を調整等することなく、簡素な設備によって容易にブレードを所定の角度において吊上げることができる。
また、単一のクレーンによってブレードの角度を保持する既存の吊上治具のように、治具自体の長さや複数のスリングを、風力発電装置のチルト角やコーン角に応じた所望のブレード保持角度に合わせて調整する必要がなく、作業性を向上できる。
また、吊上治具１００の当接部１３１がブレード１０の表面に当接した状態においては、ブレード１０のチップ部１２側をスリングＳ等によって保持する必要がないことから、ブレード１０をハブ４に着脱する位置までブレード１０を吊上げ可能な高い揚程を有するクレーン、ウインチ等を複数用意する必要がない。
（２）吊上治具１００の当接部１３１に接続された第３ワイヤＷ３、第４ワイヤＷ４を牽引することによって、例えば地上から作業者Ｍが容易にブレード１０の角度の調整を行うことができる。
（３）吊上治具１００の当接部１３１におけるブレード１０との接触面部を、ブレード１０の表面形状にほぼ沿った凹面状に形成したことによって、吊上治具１００とブレード１０との相対位置が適切となるように案内し、上述した効果をより確実に得ることができる。

次に、本発明を適用した風力発電装置のブレード吊上方法及び吊上治具の実施例２について説明する。
なお、上述した実施例１と実質的に同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略する。
図６に示すように、実施例２においては、ブレード１０のチップ部１２側を、実施例１のスリングＳ及び第４ワイヤＷ４に換えて、吊台Ｒによって支持している。
以上説明した実施例２によれば、上述した実施例１の効果と同様の効果に加えて、ブレード１０のチップ部１２側を吊上げる小型クレーン等を準備する必要がないことから、より容易にブレードの吊上を伴う着脱作業等を行うことができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した各実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
例えば、吊上治具の形状や構造は、上述した各実施例のものに限らず、適宜変更することができる。
また、ブレードに被接続部を設ける箇所や被接続部の具体的構成も、重心位置よりもルート部側の範囲内であれば適宜変更することが可能である。

１風力発電装置２タワー
３ナセル４ハブ
１０ブレード１１翼部
１２チップ部１３ルート部
１３ａボルト１４吊穴
１００吊上治具１１０本体部
１１１接続穴１１２接続穴
１２０吊金具１２１ボルト部
１２２吊り輪１３０ブレード保持部
１３１当接部１３２ガイド部
１３３吊り輪１４０ステー
Ｗ１第１ワイヤＷ２第２ワイヤ
Ｗ３第３ワイヤＷ４第４ワイヤ
Ｗ５第５ワイヤＳスリング
Ｍ作業者Ｒ吊台
Ｐ荷重Ｗブレード自重
Ｔ第２ワイヤ張力

Claims

風力発電装置のブレード吊上方法であって、
ブレードの吊上時に上下方向に離間するよう配置された第１の接続部と第２の接続部、及び、前記ブレードの吊上時に前記ブレードの表面と当接する当接部を有する吊上治具を用意し、
上方から吊上げられる第１のワイヤの下端部を前記吊上治具の前記第１の接続部に接続し、
前記ブレードの重心位置よりも翼根側に形成された被接続部に一方の端部を接続された第２のワイヤの他方の端部を前記吊上治具の前記第２の接続部に接続し、
前記吊上治具の前記当接部が前記ブレードにおける前記被接続部と前記翼根との中間における表面と当接して前記ブレードを所定の角度に保持した状態で、前記第１のワイヤによって前記吊上治具とともに前記ブレードを吊上げること
を特徴とする風力発電装置のブレード吊上方法。
前記吊上治具の前記当接部に接続された第３のワイヤを牽引することによって前記ブレードの角度を調整すること
を特徴とする請求項１に記載の風力発電装置のブレード吊上方法。
風力発電装置のブレード吊上治具であって、
上方から吊上げられる第１のワイヤの下端部が接続される第１の接続部と、
ブレードの重心位置よりも翼根側に形成された被接続部に一方の端部が接続される第２のワイヤの他方の端部が接続されるとともに、前記ブレードの吊上時に前記第１の接続部より下方に配置される第２の接続部と、
前記ブレードの吊上時に前記ブレードにおける前記被接続部と前記翼根との中間における表面と当接して前記ブレードを所定の角度に保持する当接部と
を備えることを特徴とする風力発電装置のブレード吊上治具。
前記当接部に、牽引されることによって前記ブレードの吊上時における角度を調整する第３のワイヤが接続される第３の接続部を設けたこと
を特徴とする請求項３に記載の風力発電装置のブレード吊上治具。
前記当接部における前記ブレードとの接触面部を、前記ブレードの表面形状にほぼ沿った凹面状に形成したこと
を特徴とする請求項３又は請求項４に記載の風力発電装置のブレード吊上治具。