JP5819785B2

JP5819785B2 - 軸受交換のための分解装置

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Publication number: JP5819785B2
Application number: JP2012139327A
Authority: JP
Inventors: 摂土谷; 元信飯塚; 修二水谷; 哲朗藤垣; 雅章遠藤; 啓裕安井; 省悟芹田; 正和新田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2015-11-24
Anticipated expiration: 2032-06-21
Also published as: US20130340256A1; JP2014003865A

Description

本発明は軸受交換のための分解装置に係り、特に、風車タワー上部に設置されるナセル内に収納されている発電機等の軸受を交換するものに好適な軸受交換のための分解装置に関する。

一般に、風力発電装置においては、地盤に固定される風車タワーの上部に、ブレードにより回転されるロータを支持するナセルを備え、このナセルには、ブレードの回転により駆動される発電機及び他の機器が内蔵されている。

近年、風力発電導入量が増加しており、風力発電装置全体における保守の容易性が要求されるようになっている。

特に、風車タワー上部に設置されるナセル内に収納されている発電機には、回転子を支承するために軸受が使用されており、この軸受が故障した際には、クレーンを使用して、ナセルから発電機を降ろして取り換える必要がある。しかし、このクレーンを使用した軸受の交換作業には、膨大なコストとメンテナンス時間が掛ってしまう。

また、風力発電装置の設置場所として、陸上ではなく洋上への展開も盛んであり、洋上での上記作業を勘案すると陸上設置の風力発電装置の発電機よりも、交通手段、作業時間等にさらなるコストとメンテナンス時間が増えることが懸念される。

このようなことから、整備が必要な部品が発生した場合に、別の外部クレーンなどを必要とせず、自主的に迅速、かつ、簡易に整備が行える風力タービン設備のメンテナンスシステムが特許文献１に開示されている。この特許文献１には、ナセル内部の上側に長さ方向に移動可能な台車ユニットと、この台車ユニット上に設けられ、ナセルの幅方向に移動可能なトロリーと、トロリーに配置される駆動プーリ及び駆動プーリにワイヤを介して連熱されるウインチユニットを具備するメンテナンスシステムが記載されている。

特表２０１２−５０１４００号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているナセル内に設置される台車ユニット及びトロリー等によるメンテナンスシステムでは、メンテナンスシステムの可動範囲内に取外した部品を置くスペースの確保する必要があるため、ナセル全体が大きくなってしまう。また、取外す部品の上部にある部品を全て取外す必要があるため、メンテナンス時間が多くかかってしまう。

通常、風力発電装置の発電機は、風車タワー上部にあるナセル内に設置されるため、地上より数十ｍの高さになる。

従って、ナセル内での軸受の交換が不可能となると、軸受の故障時には、クレーンを使用して、ナセルから発電機を降ろして地上で軸受交換作業を行わなければならない。しかし、クレーンを使用してナセルから発電機を降ろすことは容易ではないため、クレーンを使用した軸受交換作業は、大幅なコストの増加とメンテナンス時間が多く掛ってしまうとういう問題がある。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、ナセル内の限られたスペースで軸受の交換作業が実施でき、大幅なコストの低減とメンテナンス時間の短縮が可能な軸受交換のための分解装置を提供することにある。

本発明の軸受交換のための分解装置は、上記目的を達成するために、回転電機を固定している台座に回転電機本体フレームを介して固定され、かつ、回転電機の端部に設けられたベースと、該ベース及び回転電機本体の吊り耳に固定されたベースプレートと、該ベースプレートに取付けられ、前記回転電機の第１の軸受カバー部品と給電装置外枠及びスリップリングの各々を取外す複数の屈曲可能なアームとを備えた第１のメンテナンス治具を有し、前記回転電機の軸受を交換するために、前記第１のメンテナンス治具の複数のアームで前記第１の軸受カバー部品と給電装置外枠及びスリップリングの各々を取外すことを特徴とする。

本発明によれば、ナセル内の限られたスペースで軸受の交換作業が実施でき、大幅なコストの低減とメンテナンス時間の短縮が可能となり、この種、軸受の交換作業には、非常に有効となる。

本発明の軸受交換方法が適用される風力発電システムを示す斜視図である。図１の風力発電システムを構成する発電機を示す断面図である。図２のＡ部拡大断面図である。本発明の軸受交換のための分解装置の実施例１の取付け状態の概略を示す回転電機の平面図である。本発明の軸受交換のための分解装置の実施例１の取付け状態の概略を示す回転電機の反直結側の正面図である。本発明の軸受交換のための分解装置の実施例１を構成する回転電機の反直結側のベースを示す図である。本発明の軸受交換のための分解装置の実施例１を構成する回転電機の直結側のベースを示す図である。本発明の軸受交換のための分解装置の実施例１を構成する回転電機の直結側及び反直結側のベースプレートをそれぞれ示す図である。本発明の軸受交換のための分解装置の実施例１に採用されるロッドを示す図である。本発明の軸受交換のための分解装置の実施例１を構成する回転電機の反直結側の軸受カバー部品を取外すアームを示す図である。本発明の軸受交換のための分解装置の実施例１を構成する回転電機の反直結側の給電装置外枠を取外すアームを示す図である。本発明の軸受交換のための分解装置の実施例１を構成する回転電機の反直結側のスリップリングを取外すアームを示す図である。本発明の軸受交換のための分解装置の実施例１を構成する回転電機の直結側の軸受カバー部品を取外すアームを示す図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明の軸受交換のための分解装置を説明する。尚、符号は、各図において同一部分は同符号を付与している。

先ず、図１を用いて本発明が適用される風力発電システムについて説明する。該図に示す如く、風力発電システムは、風車タワー１と、この風車タワー１の先端に設置されているナセル２と、風を受けるブレード３とを備え、ナセル２内には、回転電機である発電機４や増速機５等が収納されて概略構成されている。

図２に、上述したナセル２内に収納されている発電機４の概略構成を示す。該図に示す如く、発電機４は、本体フレーム６の中に回転子７と、この回転子７と所定間隙を持って対向配置された固定子８と、本体フレーム６の上部に配置された熱交換器９とから概略構成され、その回転子７は、原動機である風車のブレード３と接続される直結側が軸受１０Ａで、この直結側とは反対側の反直結側が軸受１０Ｂでそれぞれ支承されている。

そして、上記した軸受１０Ａ及び１０Ｂが故障した時には、故障した軸受１０Ａ或いは１０Ｂを交換する必要があるが、この軸受１０Ａ或いは１０Ｂの交換を、本実施例では、ナセル２内で行えるようにしたものである。

以下、その詳細について説明する。

反直結側の軸受１０Ｂを交換するためには、反直結側の軸受１０Ｂをカバーしている第１の軸受カバー部品１１Ｂ、回転子７の給電装置外枠１２、回転子７の給電装置部品であるスリップリング１３を取外す必要があり、また、直結側の軸受１０Ａを交換するためには、直結側の軸受１０Ａをカバーしている第２の軸受カバー部品１１Ａを取外す必要がある。

そこで、本実施例では、図４に示す如く、反直結側の第１の軸受カバー部品１１Ｂを取外すための屈曲可能なアーム１４、給電装置外枠１２を取外すための屈曲可能なアーム１５、スリップリング１３を取外すための屈曲可能なアーム１６のそれぞれを、発電機４の反直結側端部に設置されている反直結側ベースプレート１７（図７参照）に取付け、一方、直結側の第２の軸受カバー部品１１Ａを取外すための屈曲可能なアーム１８を、発電機４の直結側端部に設置されている直結側ベースプレート１９（図７参照）に取付けている。これらの各アーム１４、１５、１６、１８は、後述する複数の節２５を有して屈曲可能になっている。即ち、この複数の節２５があることで各アーム１４、１５、１６、１８は、直線運動及び回転運動ができるようになっている。

上述した反直結側ベースプレート１７の発電機４への取付けは、図３に示す如く、発電機４を固定している台座２１に、図６に示すＬ字形の反直結側ベース２０が本体フレーム６を介して発電機４の端部にボルト２２で固定され、この反直結側ベース２０と発電機本体の吊り耳２３Ｂを利用して行われている。直結側ベースプレート１９の発電機４への取付けも、特に図示して説明しないが、同様にＬ字形の直結側ベース２４と発電機本体の吊り耳２３Ａ（図５参照）を利用して行われている。

この反直結側ベース２０と、反直結側ベース２０と発電機本体の吊り耳２３Ｂに取付けられた反直結側ベースプレート１７と、反直結側ベースプレート１７に取付けられ、第１の軸受カバー部品１１Ｂを取外すための屈曲可能なアーム１４と、給電装置外枠１２を取外すための屈曲可能なアーム１５と、スリップリング１３を取外すための屈曲可能なアーム１６とで第１のメンテナンス治具を構成し、直結側ベース２４と、直結側ベース２４と発電機本体の吊り耳２３Ａに取付けられた直結側ベースプレート１９と、直結側ベースプレート１９に取付けられ、第２の軸受カバー部品１１Ａを取外すための屈曲可能なアーム１８とで第２のメンテナンス治具を構成している。

このように固定されている反直結側ベースプレート１７と直結側ベースプレート１９によって、軸受１０Ａ及び１０Ｂを交換するための複数本のアーム１４、１５、１６、１８を取付けることができる。

尚、この複数本のアーム１４、１５、１６、１８は、軸受交換時のみに取付けられるものであり、風力発電装置の運転時には、取外されている。

図５は、上述した第１のメンテナンス治具の取付け状態を示すものである。

第１のメンテナンス治具を利用して第１の軸受カバー部品１１Ｂ、給電装置外枠１２、スリップリング１３を取外す際には、給電装置外枠１２の後に第１の軸受カバー部品１１Ｂを取外す必要があるため、反直結側ベースプレート１７の内側に軸受カバー部品１１Ｂを取外すためのアーム１４を取付け、反直結側ベースプレート１７の外側に給電装置外枠１２を取外すためのアーム１５を取付ける。また、反直結側ベースプレート１７の上部にスリップリング１３を取外すためのアーム１６を取付けている。上述した位置に各アーム１４、１５、１６を取付けることで、それぞれのアーム１４、１５、１６が干渉することなく、軸受１０Ｂを交換することが可能となる。

また、本実施例では、図４に示す如く、直結側ベースプレート１９と反直結側ベースプレート１７を、図８に示すようなロッド２６で連結している。

このように、固定されている反直結側ベースプレート１７と直結側ベースプレート１９を、ロッド２６で連結（繋ぐ）することで剛性を上げることができるため、アーム１４、１５、１６、１８を取付けても安定させることが可能となる。

次に、上述した反直結側の軸受カバー部品１１Ｂを取外すためのアーム１４、給電装置外枠１２を取外すためのアーム１５、スリップリング１３を取外すためのアーム１６及び直結側の軸受カバー部品１１Ａを取外すためのアーム１８について、図９乃至図１２を用いて説明する。

図９に、反直結側の軸受カバー部品１１Ｂを取外すためのアーム１４を示す。

該図に示す如く、反直結側の軸受カバー部品１１Ｂを取外すためのアーム１４は、互いに回転及び直線運動可能に連結されている複数（３つ）のアームヒンジ１４Ａ１、１４Ａ２、１４Ａ３と、このアームヒンジ１４Ａ３と回転及び直線運動可能に連結されているアーム取付け具１４Ｂとで構成されている。

そして、アーム取付け具１４Ｂの先端部形状が、反直結側の第１の軸受カバー部品１１Ｂの外形形状に合致している。即ち、アーム先端部１４Ｂの形状が弧になっており、円形である第１の軸受カバー部品１１Ｂに取り付ける（両者をボルトで固定）ことができるようになっている。

また、複数のアームヒンジ１４Ａ１、１４Ａ２、１４Ａ３間及びアームヒンジ１４Ａ３とアーム取付け具１４Ｂ間は、回転及び直線運動する構造となっており、アーム１４の節２５の役目を果たしているため、アーム１４を軸方向に動かし軸受カバー部品１１Ｂを回転軸から抜き出し、その後、アーム１４を回転させることで軸受カバー部品１１Ｂを回転子７から取外すことが可能となる。

図１０に、反直結側の回転子７の給電装置外枠１２を取外すためのアーム１５を示す。

該図に示す如く、反直結側の回転子７の給電装置外枠１２を取外すためのアーム１５は、互いに回転及び直線運動可能に連結されている複数（３つ）のアームヒンジ１５Ａ１、１５Ａ２、１５Ａ３と、このアームヒンジ１５Ａ３と回転及び直線運動可能に連結されているアーム取付け具１５Ｂとで構成されている。

そして、アーム取付け具１５Ｂの先端部形状が、給電装置外枠１２の外形形状に合致している。即ち、アーム先端部１５Ｂの形状がコの字になっており、箱状である給電装置外枠１２に取り付ける（両者をボルトで固定）ことができるようになっている。

また、複数のアームヒンジ１５Ａ１、１５Ａ２、１５Ａ３間及びアームヒンジ１５Ａ３とアーム取付け具１５Ｂ間は、回転及び直線運動する構造となっており、アーム１５の節２５の役目を果たしているため、アーム１５を軸方向に動かし給電装置外枠１２を回転軸から抜き出し、その後、アーム１５を回転させることで給電装置外枠１２を回転子７から取外すことが可能となる。

図１１に、反直結側の回転子７の給電装置部品であるスリップリング１３を取外すためのアーム１６を示す。

該図に示す如く、反直結側の回転子７の給電装置部品であるスリップリング１３を取外すためのアーム１６は、互いに回転及び直線運動可能に連結されている複数（２つ）のアームヒンジ１６Ａ１、１６Ａ２と、このアームヒンジ１６Ａ２と回転及び直線運動可能に連結されているアーム取付け具１６Ｂとで構成されている。

そして、アーム取付け具１６Ｂの先端部形状が、スリップリング１３の外形形状に合致している。即ち、アーム先端部１６Ｂの形状が円形になっており、円筒形であるスリップリング１３に取り付ける（両者をボルトで固定）ことができるようになっている。

また、２つのアームヒンジ１６Ａ１、１５Ａ２間及びアームヒンジ１６Ａ２とアーム取付け具１６Ｂ間は、回転及び直線運動する構造となっており、アーム１６の節２５の役目を果たしているため、アーム１６を軸方向に動かしスリップリング１３を回転軸から抜き出し、その後、アーム１６を回転させることでスリップリング１３を回転子７から取外すことが可能となる。

図１２に、直結側の軸受カバー部品１１Ａを取外すためのアーム１８を示す。

該図に示す如く、直結側の軸受カバー部品１１Ａを取外すためのアーム１８は、互いに回転及び直線運動可能に連結されている複数（３つ）のアームヒンジ１８Ａ１、１８Ａ２、１８Ａ３と、このアームヒンジ１８Ａ３と回転及び直線運動可能に連結されているアーム取付け具１８Ｂとで構成されている。

そして、アーム取付け具１８Ｂの先端部形状が、直結側の第２の軸受カバー部品１１Ａの外形形状に合致している。即ち、アーム先端部１８Ｂの形状が弧になっており、円形である第２の軸受カバー部品１１Ａに取り付ける（両者をボルトで固定）ことができるようになっている。

また、複数のアームヒンジ１８Ａ１、１８Ａ２、１８Ａ３間及びアームヒンジ１８Ａ３とアーム取付け具１８Ｂ間は、回転及び直線運動する構造となっており、アーム１８の節２５の役目を果たしているため、アーム１８を軸方向に動かし直結側の第２の軸受カバー部品１１Ａを回転軸から抜き出し、その後、アーム１８を回転させることで直結側の第２の軸受カバー部品１１Ａを回転子７から取外すことが可能となる。

上述した例では、取外される反直結側の軸受カバー部品１１Ｂ、給電装置外枠１２、スリップリング及び直結側の軸受カバー部品１１Ａの形状に、取外すアーム１４、１５、１６、１８の先端部形状を合わせているが、この反直結側の軸受カバー部品１１Ｂ、給電装置外枠１２、スリップリング及び直結側の軸受カバー部品１１Ａとアーム１４、１５、１６、１８の間に第三の部材を介在させ、この第三の部材を、反直結側の軸受カバー部品１１Ｂ、給電装置外枠１２、スリップリング及び直結側の軸受カバー部品１１Ａの形状に合わせれば、必ずしもアーム１４、１５、１６、１８の先端部形状を、反直結側の軸受カバー部品１１Ｂ、給電装置外枠１２、スリップリング及び直結側の軸受カバー部品１１Ａの形状に合わせる必要はない。

尚、本実施例では、アーム１４、１５、１６、１８に節２５を持つことで、限られたスペース内で部品を取外すことが可能とながるが、この節２５は、数を増やすことでアームの動きがより柔軟になり、作業性を上げることができる。

次に、本実施例の第１及び第２のメンテナンス治具を用いた軸受の交換方法について説明する。

発電機４の反直結側の軸受１０Ｂを交換する際には、発電機４の端部の反直結側ベースプレート１７に、アーム１４、１５、１６を取付け、アーム１４で第１の軸受カバー部品１１Ｂを、アーム１５で給電装置外枠１２を、アーム１６でスリップリング１３をそれぞれ、発電機４の軸方向に引出すことで取外し、その後に、ナセル２内で反直結側の軸受１０Ｂを交換するものである。

直結側の軸受１０Ａを交換する際には、発電機４の端部の直結側ベースプレート１９に、アーム１８を取付け、このアーム１８で第２の軸受カバー部品１１Ａを発電機４の軸方向に引出すことで取外し、その後に、ナセル２内で直結側の軸受１０Ａを交換するものである。

このような本実施例によれば、ナセル内の限られたスペースで軸受の交換作業が実施でき、大幅なコストの低減とメンテナンス時間の短縮が図れる。

また、ナセル内は限られたスペースしかないため、そのスペースで軸受交換のために各種部品を分解する作業を実施しなければならないし、また、ナセル２内の床は耐荷重性がなく非常に脆いため、軸受交換の際に取外した部品を置くことは望ましくなく、更に、各部品自体の質量は人が持ち上げて作業するには非常に重いため、作業者の安全性も確保する必要がある。

しかし、上述した本実施例によれば、第１及び第２の軸受カバー部品、給電装置外枠、スリップリングを取外すアームを発電機に取付けだけで、限られたスペースでの軸受交換が可能となり、また、アームから部品を外すことなく発電機単体で作業が完了するため、発電機から外した部品は床に下ろす必要がないので、部品の荷重は発電機にかかったままとすることができる。更に、軸受を交換するために取外す部品を、必要最低限に抑えることができるので、直結側及び反直結側の両軸受けを安全、かつ、短時間で交換することが可能となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成を置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…風車タワー、２…ナセル、３…ブレード、４…発電機、５…増速機、６…本体フレーム、７…回転子、８…固定子、９…熱交換器、１０Ａ、１０Ｂ…軸受、１１Ａ…第２の軸受カバー部品、１１Ｂ…第１の軸受カバー部品、１２…給電装置外枠、１３…スリップリング、１４、１５、１６、１８…アーム、１４Ａ１、１４Ａ２、１４Ａ３、１５Ａ１、１５Ａ２、１５Ａ３、１６Ａ１、１６Ａ２、１８Ａ１、１８Ａ２、１８Ａ３…アームヒンジ、１４Ｂ、１５Ｂ、１６Ｂ、１８Ｂ…アーム取付け具、１７…反直結側ベースプレート、１９…直結側ベースプレート、２０…反直結側ベース、２１…台座、２２…ボルト、２３Ａ、２３Ｂ…吊り耳、２４…直結側ベース、２５…節、２６…ロッド。

Claims

回転電機を固定している台座に回転電機本体フレームを介して固定され、かつ、回転電機の端部に設けられたベースと、該ベース及び回転電機本体の吊り耳に固定されたベースプレートと、該ベースプレートに取付けられ、前記回転電機の第１の軸受カバー部品と給電装置外枠及びスリップリングの各々を取外す複数の屈曲可能なアームとを備えた第１のメンテナンス治具を有し、
前記回転電機の軸受を交換するために、前記第１のメンテナンス治具の複数のアームで前記第１の軸受カバー部品と給電装置外枠及びスリップリングの各々を取外すことを特徴とする軸受交換のための分解装置。
請求項１に記載の軸受交換のための分解装置において、
前記軸受は、前記回転電機が原動機と接続する直結側と、該直結側とは反対側の反直結側にそれぞれ設置されており、
前記第１のメンテナンス治具の各アームで、前記第１の軸受カバー部品と給電装置外枠及びスリップリングの各々が取外されてから前記反直結側の軸受が交換され、
かつ、前記直結側は、回転電機を固定している台座に回転電機本体フレームを介して固定され、かつ、直結側の回転電機の端部に設けられたベースと、該ベース及び回転電機本体の吊り耳に固定されたベースプレートと、該ベースプレートに取付けられ、前記回転電機の第２の軸受カバー部品を取り外す屈曲可能なアームとを備えた第２のメンテナンス治具を有し、
前記第２のメンテナンス治具のアームで、前記第２の軸受カバー部品が取外されてから前記直結側の軸受が交換されることを特徴とする軸受交換のための分解装置。
請求項２に記載の軸受交換のための分解装置において、
前記直結側のベースプレートと反直結側のベースプレートが、ロッドで連結されていることを特徴とする軸受交換のための分解装置。
請求項２又は３に記載の軸受交換のための分解装置において、
前記ベースプレートの内側に前記第１の軸受カバー部品を取外す前記アームが取付けられていると共に、前記ベースプレートの外側に前記給電装置外枠を取外す前記アームが取付けられ、かつ、前記ベースプレートの上部に前記スリップリングを取外す前記アームが取付けられていることを特徴とする軸受交換のための分解装置。
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の軸受交換のための分解装置において、
前記各アームは、互いに回転可能に連結されている複数のアームヒンジと、該アームヒンジと回転可能に連結されているアーム取付け具とで屈曲可能に形成され、前記各アームのそれぞれのアーム取付け具の先端部形状が、前記第１及び第２の軸受カバー部品、前記給電装置外枠或いはスリップリングの外形形状に合致していることを特徴とする軸受交換のための分解装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の軸受交換のための分解装置において、
前記回転電機は、風車タワー上部に設置されているナセル内に収納されている発電機であることを特徴とする軸受交換のための分解装置。