JP6169331B2

JP6169331B2 - タワー内架台フレームの規制装置

Info

Publication number: JP6169331B2
Application number: JP2012147962A
Authority: JP
Inventors: 陽一南
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Co Ltd
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2032-06-29
Also published as: JP2014009527A

Description

この発明は、頂上部に風力発電装置を搭載させた風車タワーのように、筒状体によるタワーであって、内部に所望の機械装置を収容させてある場合、タワーの振動が機械装置に伝達することを防止し、タワー内に設置されて、これらの機械装置を取り付けた架台フレームの横倒れや転倒を防止するタワー内架台フレームの規制装置に関する。

電力の供給を多元的なものにして、電力の安定供給を図ると共に、いわゆるクリーンエネルギによる発電を行うことを企図して、例えば太陽光や風力、波力等の再生可能エネルギーを利用する発電を促進させることが図られている。このうち、風力発電装置は発電機のシャフトの回転を得るのに、風を受けるプロペラ（ブレード）の回転によるため、該プロペラを継続して安定させて回転させることが要求され、ある程度の強い風を安定して受けることが必要となる。このため、前記プロペラや該プロペラを風上に指向させるための回転機構等や発電機、変速装置等を設備したナセルは、極力高位置に設置されることが望ましく、風車タワーの頂上部に設置される。

一方、発生した電力は変圧器等の変電設備に送られて、安定した出力に調整されて送電される。この変電設備等は筒状をした前記風車タワーの内側下部に設置されて、前記発電機により発生させた電力は風車タワーの内部に通したケーブルを介して送られる。

これら変電設備その他の機械装置等は、風車タワーの基礎上に鋼材等によって組み立てられた架台フレームに取り付けられて設置される。従来ではこれら架台フレームと風車タワーの内壁面との間に比較的大きな間隙を形成することで、風車タワーが振動しても架台フレームに接触することがないようにしてある。

ところで、前記プロペラやナセル等は高位置に配設されるほど、風力の捕捉状況が安定し、発電効率が向上する。一方、建設技術の進歩により、従前よりもより高い位置まで伸長させて風車タワーを建設できるようになってきた。風車タワーの頂上部が高位置まで伸長すると、風車タワーの振動の振幅が大きくなって前記架台フレームに風車タワーの内壁面が接触してしまうおそれが生じてくる。しかも、発生した電力をより高い精度で制御を行う場合には、制御盤等が前記架台フレームに設置されることになって、該架台フレームの部材の小型化、軽量化を図りにくい。したがって、風車タワーの振動によって該風車タワーの内壁面が架台フレームに接触した場合でも、該風車タワーの振動が架台フレームや該架台フレームに設置された変電設備等に伝達しないようにすることが必要となる。

また、地震が発生した場合等では、図７に示すように、架台フレーム２が横揺れし、同図上二点鎖線で示すように、横倒れするおそれが生じて、大きく横揺れする場合には、風車タワー４の内壁面に接触してしまうおそれがある。

加えて、設置する機械装置の台数が増加した場合に、架台フレーム２を多層化させ、機械装置を複数段に積層して設置することが要求される。しかし、図７に示すように、架台フレーム２の高さが大きくなって縦横比が大きくなると、従来の規格の形鋼を用いる場合には、架台フレーム２の横倒れに対する設計が困難となる。このため、例えば、架台フレーム２の構成部材に形鋼を利用する場合に、幅員や肉厚を従来のものよりも大きくする必要が生じる。

他方、隣接する建物同士を連繋させる場合に、一方の建物が立体駐車場のように常時振動が発生している場合には、建物と建物との間隙を小さくして平時に振動が伝わらないようにするとともに、地震や台風時には、隣接する建物が一体として動くようにすることが多く、そのための構造として、隣接する建物の連結構造が開示されている(特許文献１参照。)。

特開２００７−１０７１８４号公報

特許文献１に開示された隣接する建物の連結構造は、隣接する一方の建物の外壁にプレキャストコンクリート版が使用され、当該プレキャストコンクリート版に形成された貫通孔に、前記一方の建物に固定されたプレキャストコンクリートブロックが挿入され、対する他方の建物には、前記プレキャストコンクリートブロックと衝突する衝突部材が設置されているようにしたものである。

これは、地震時にプレキャストコンクリート版に過大な応力が作用しないようにするため、プレキャストコンクリート版がロッキングあるいはスウェイできる納まりにしなければならず、連結部の外壁にプレキャストコンクリート版を使用すると、その納まりが非常に複雑になるから、従来の建物同士の連結構造では、連結部の外壁にプレキャストコンクリート版を使用することがなかったことに鑑みて、建物間の連結部の外壁にプレキャストコンクリート版が使用できるシンプルな納まりを有する建物の連結構造を提供しようとしたものである。

風車タワーの場合も、立体駐車場のように常時振動が発生している建造物であるが、前述したように、風車タワーでは筒状の内壁面と鋼材による架台フレームとの干渉を防止するものである。しかも、風車タワーの振動方向は３６０°のいずれの方向からも発生し、架台フレームにもいずれの方向からも振動が伝達するおそれがある。

そこで、この発明は、風車タワー等の内壁面と該風車タワー等の下部に設置される各種装置を取り付けるための架台フレームと間の振動の伝達を極力抑制するタワー内架台フレームの規制装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するための技術的手段として、この発明に係るタワー内架台フレームの規制装置は、断面円筒状で高位置まで伸長させたタワーの内側下部に架台フレームを収容させ、該架台フレームに各種の機器装置を組み込んで取り付ける構造であって、前記タワーに生じる振動を前記架台フレームに伝達することを抑制するタワー内架台フレームの規制装置において、前記架台フレームの任意の構成材に、水平面内における位置であって、タワーの内壁面に対して前記断面円筒状の径方向で接近・離隔する方向の位置を調整可能に設けたダンパー保持部材と、前記ダンパー保持部材の先端部に、タワーの内壁面を臨ませて配設したダンパー手段とからなることを特徴としている。

前記ダンパー保持部材の位置を、前記ダンパー手段がタワーの内壁面に臨んで近接した位置となるよう調整して固定する。タワーに発生した振動による振幅が大きくなってタワーの内壁面が前記架台フレームの機器装置に干渉しようとした場合、該内壁面が前記ダンパー手段に当接してタワーの振動が抑制されることになる。

また、請求項２の発明に係るタワー内架台フレームの規制装置は、前記ダンパー保持部材を支持ブラケットに対して前記方向の位置を調整可能に取り付け、前記支持ブラケットを前記架台フレームの任意の構成材に固定してあることを特徴としている。

前記ダンパー保持部材は、前記架台フレームの構成材に直接取り付けても構わないが、該ダンパー保持部材を、前記支持ブラケットを介して架台フレームの構成材に連繋させたものである。ダンパー保持部材は支持ブラケットに対する位置調整を行えるようにしてある。

また、請求項３の発明に係るタワー内架台フレームの規制装置は、前記任意の構成材がＨ形鋼であって、該Ｈ形鋼のフランジ部を補助板と協働して挟持させて前記支持ブラケットを固定することを特徴としている。

前記架台フレームは、構成材に形鋼等の鋼材を利用して組み立てることができるが、前記支持ブラケットを固定する構成材にはＨ形鋼を用いるようにしたものである。そして、支持ブラケットと補助板とで該Ｈ形鋼のフランジを挟持させるようにして、該支持ブラケットをＨ形鋼に固定する。この支持ブラケットに前記ダンパー保持部材を取り付ける。

また、請求項４の発明に係るタワー内架台フレームの規制装置は、前記支持ブラケットと前記ダンパー保持部材との間に楔形のスペーサーを介在させて、該ダンパー保持部材の移動方向を、タワーの内壁面の法線方向に沿った方向に調整することを特徴としている。

前記ダンパー手段は、前記タワーの内壁面と接触する面（以下、「ダンパー面」と称す。）が該内壁面の曲率と等しい曲率の曲面に形成されていることが好ましいが、内壁面の法線方向と直交する方向の面であっても構わない。このダンパー面と内壁面とが適切な位置関係になければ、制振効果が減じられてしまうおそれがある。他方、ダンパー保持部材を取り付ける構成材における位置によっては、該構成材が適宜な方向を向いていない場合がある。このような場合には、楔形のスペーサーを介在させて、ダンパー保持部材の移動方向を前記法線方向に沿うように調整して、ダンパー面の方向を適切な方向に調整できるようにしたものである。

この発明に係るタワー内架台フレームの規制装置によれば、タワーに生じた振動が、該タワーの内側下部に設置された機器装置へ振動が伝達することが極力抑制されるため、機器装置を設置するための架台フレームを構成する柱材の断面を小さく、また鉛直ブレース等を排し、機器用スペースや配置レイアウトの自由度を高めて、横倒れや転倒をこの制振装置を使用することで、架台フレームの設計の際の自由度が向上する。これにより、例えば、従来では架台床下と床上の２段に積み重ねて設置されていた機器装置を、３段以上で設置することも可能となり、機器の組み込みや保守・点検等の作業性を向上させる。

また、請求項２の発明に係るタワー内架台フレームの規制装置によれば、前記支持ブラケットの形状や大きさを変更し、調整することによりダンパー保持部材の移動方向が適切な方向となるように、容易に調整することができる。

また、請求項３の発明に係るタワー内架台フレームの規制装置によれば、架台フレームを形成する構成材を特殊な形状とする必要がなく、特別な形状に加工することを要しないので、架台フレームの製作が煩雑とならない。

また、請求項４の発明係るタワー内架台フレームの規制装置によれば、前述したようなダンパー保持部材の形状等を変更して調整する必要がなく、全てのダンパー保持部材を同じ大きさや形状で製作することができるので、ダンパー保持部材や支持ブラケットの製作や加工が簡便となる。

この発明に係る規制装置により、架台フレームに地震等によって横力が発生しても、タワー内壁でこの横力を該規制装置で受けるため、架台フレームの脚部を、従来行われていたようにアンカーボルト等でコンクリート基礎、地盤面等に緊結させる作業を要しなくなり、架台フレームの設置作業が簡便となる。

この発明に係る規制装置が架台フレームに取り付けられた状態を示す概略図であり、該架台フレームに設置される機器装置と該架台フレームが下部に設置されるタワーとを一点鎖線で示してある。図１に示す架台フレームがタワーの内部に設置された状態を示す該タワーを切断して示す断面図である。図１に示す架台フレームの平面図であり、タワーの下部を併記して示してある。この発明に係るタワー内架台フレームの規制装置の構造を説明する一部を分解して示す斜視図である。この発明に係るタワー内架台フレームの規制装置を架台フレームに構成材に固定した状態を示す斜視図である。図５に示すタワー内架台フレームの規制装置の側面図である。縦横比が大きくなった場合の架台フレームの横倒れを説明する図である。

以下、図示した好ましい実施の形態に基づいて、この発明に係るタワー内架台フレームの規制装置を具体的に説明する。

図１〜図３はこの発明に係るタワー内架台フレームの規制装置１が取り付けられた架台フレーム２を示しており、この架台フレーム２に変圧器や変電設備等の必要な各種の機器装置３が組み込まれて取り付けられる。この架台フレーム２は、風車タワー等の支柱である断面形状が円筒状となる円筒や筒状の円錐台形等の筒状のタワー４と連結されるアンカーリング５の内側部分の基礎コンクリート６に固定される。このため、タワー４がアンカーリング５に固定された状態では、架台フレーム２はタワー４の内側下部に配設された状態となる。また、架台フレーム２には梯子７によって作業者が架台フレーム２に登ることができ、さらに架台フレーム２の上部からタワー４の頂上部にまで登ることができる階段等を連繋させてある。なお、架台フレーム２の適宜な部位には足場板(図示せず)が設けられて、作業員の作業の便が図られている。なお、タワー４はアンカーリング５を使用することなく、アンカーボルトでコンクリート基礎６に設置する場合もあるが、上述と同様に、架台フレームの基礎コンクリート６の上に設置する。また、図２に示すように、外部の階段８を登り、扉９を開放すれば、タワー４の内部に入ることができる。

図４は規制装置１の構造を説明する図であり、構成部品の一部を分解して示す斜視図である。この規制装置１は、例えば溝形鋼の端部を保持板10aで閉塞させてダンパー保持部材10が形成され、この該保持板10aにダンパー手段11が取り付けられて構成されている。ダンパー手段11は取付ネジ11aの頭部にストッパーゴム11bを固着させてあり、取付ネジ11aを前記保持板10aに形成した取付孔10bに挿通させて、ナット11cを締め付けて該保持板10aに固定されるようにしてある。

前記ダンパー保持部材10を、該ダンパー保持部材10と等しい規格の溝形鋼で形成された支持ブラケット12と背面合わせの状態で重畳させ、固定ネジ12aと固定ナット12bとを締め付けてこれらダンパー保持部材10と支持ブラケット12とを固定するようにしてある。なお、固定ネジ12aを挿通させる挿通孔のうちの支持ブラケット12に形成されたものは、図４に示すように、長孔12cに形成されている。このため、ダンパー保持部材10を支持ブラケット12に対して、ダンパー手段11の取付ネジ11aの長手方向に摺動させて位置を調整することができる。この摺動方向が、ダンパー保持部材10をタワー４の内壁面に対して、接近・離隔させる方向となる。

前記支持ブラケット12の上側フランジ12dの上面には一対の挟持台座13が、支持ブラケット12の長手方向に沿って溶接等によって固定されている。なお、この挟持台座13の肉厚は、後述するように、前記架台フレーム２の構成材である形鋼や鋼板等を挟持するのに適した厚さとしてある。また、この一対の挟持台座13の対向した端面間の距離は、この端面の間位置に、前記構成材であって、挟持される部分が収まる大きさとしてある。

前記挟持台座13のそれぞれには、補助板14が重畳するようにしてある。これらの補助板14には長手方向に沿った長孔により位置調整孔14aが形成されており、この位置調整孔14a及び、挟持台座13と支持ブラケット12の上側フランジ12dとを貫通させた挿通孔13aに、取付ネジ15aを挿通させた状態で、挟持台座13に対して補助板14を長手方向に摺動することができ、取付ネジ15aに固定ナット15bを締め付けて、補助板14を挟持台座13に固定する。

以上により構成されたタワー内架台フレームの規制装置１を、架台フレーム２の所望の構成材への取り付けと調整の作業を説明する。

図３はこの規制装置１を架台フレーム２に取り付けた状態を示す平面図であり、前記ダンパー保持部材10の長手方向を円筒状のタワー４の径方向に沿った方向とほぼ一致させてある。このため、このダンパー保持部材10に保持されているダンパー手段11は、前記径方向における位置が調整されるようにしてある。

架台フレーム２の構成材であって、図１及び図３に示すように、タワー４の内壁面と適宜な位置関係にある構成材2a、2b、2c、2dにこの規制装置１が取り付けられる。なお、この実施形態では４個の構成材2a、2b、2c、2dに取り付ける場合を示してあるが、取付に係る構成材2a、2b、2c、2dは４個に限らず、必要に応じて増減させて構わない。また、取付に係る構成材2a、2b、2c、2dは、適宜な幅員の平板部を有していることが望ましく、例えばＨ形鋼や山形鋼、平鋼等であれば好ましい

図５は、例えば前記構成材2aに規制装置１を取り付けた状態を示しており、構成材2aにはＨ形鋼が使用され、その下側フランジ21に取り付けられる。前記支持ブラケット12の前記一対の挟持台座13の間位置に前記下側フランジ21を位置させる。これにより、下側フランジ21の上面と挟持台座13の上面とが一致するか該挟持台座13の上面が下側フランジ21の上面よりも僅かに低くなるようにして、後述するように、構成材2aの下側フランジ21が前記補助板14と支持ブラケット12の上側フランジ12dとにより確実に挟持されるようにする。図５は、構成材2aの下側フランジ21が支持ブラケット12の上側フランジ12dと補助板14とに挟持された状態であり、補助板14を構成材2aのウェブに対して進退させて、該補助板14と構成材2aの下側フランジ21との重畳面積を調整することで、該下側フランジ21を確実に挟持して支持ブラケット12が構成材2aに固定されるようにする。なお、必要に応じて、下側フランジ21と補助板14との間にスペーサーを介在させる等を行って、下側フランジ21を確実に挟持している状態を確保する。

そして、前記支持ブラケット12に前記ダンパー保持部材10を取り付ける。なお、ダンパー保持部材10には予め前記ダンパー手段11が取り付けられており、このダンパー手段11がタワー４の内壁面を指向する状態でダンパー保持部材10を取り付ける。このとき、ダンパー手段11とタワー４の内壁面との距離が、後述する作用にとって適宜となる大きさに、ダンパー保持手段10の前記支持ブラケット12に対する位置を変更しながら調整する。また、この際、ダンパー保持手段10の支持ブラケット12に対する移動方向が、円筒形のタワー４の径方向となるようにすることが好ましい。

ところで、図３の構成材2aと2b、2c、2dでは、いずれも支持ブラケット12は構成材2aとほぼ直交して取り付けられているが、取り付け位置によっては構成材に取り付けられた支持ブラケット12が該構成材に対して直交する方向にない場合がある。これは、構成材の支持ブラケット12に関する取付位置における該構成材の長手方向と直交する方向がタワー４の径方向と一致しないためである。しかし、ダンパー保持部材10の進退方向は、該ダンパー手段11が臨んだタワー４の内壁面における法線方向とほぼ一致することが好ましい。このため、場合によっては、支持ブラケット12を構成材に対して傾斜させて取り付けて、ダンパー手段11の移動方向が所望の方向となるように調整するか、あるいは、構成材に直交させた状態で支持ブラケット12を固定し、この支持ブラケット12とダンパー保持部材10との間に楔形のスペーサーを介在させて、ダンパー保持部材10の移動方向が所望の方向となるように調整する。

前記規制装置１が取り付けられた架台フレーム２に前記タワー４の筒状に形成された構造部材を被せ、該タワー４の構造部材を積み上げてタワー４を完成させる。次いで、前記架台フレーム２に所定の機器装置３を組み込んで取り付け、タワー４の頂上部に設置された発電機等と電気的に接続させて、該発電機で発生した電力をこの機器装置３に導き、この電力を適宜な箇所まで給送すれば、風力発電による電力の供給経路が完成する。

タワー４に強風が衝突して振動が発生したり、該タワー４が風力発電用の風車タワーの場合にはプロペラの回転による振動が発生したりする。この振動によりタワー４の内壁面が架台フレーム２と干渉しようとすると、該内壁面が前記ダンパー手段11のストッパーゴム11bに当接する。これにより、タワー４の内壁面が架台フレーム２に干渉することが防止されると共に、タワー４に生じている振動が緩和されて架台フレーム２に伝達することを抑制する。

また、地震の発生よって架台フレーム２に横力が作用した場合でも規制装置１によってタワー４の内壁面によって規制されて、横揺れの振幅が制限されて、横倒れが防止される。

この発明に係るタワー内架台フレームの規制装置によれば、簡単な構造でタワーに発生した振動を該タワーの内側下部に配設された架台フレームに伝達することを抑制するから、架台フレームのタワーの内径に近づけた大きさで配設でき、架台フレームを構成する柱材等を小幅、薄肉の規格のものを使用でき、かつ、柱配置の自由度も高まることで、機器装置用のスペースを大きく確保できることとなり、該架台フレームのスペースを有効に利用することができ、例えば風力発電の効率の向上に寄与する。

１制振装置
２架台フレーム
2a、2b、2c、2d 構成材
21 下側フランジ
３機器装置
４タワー
５アンカーリング
６基礎コンクリート
10 ダンパー保持部材
10a 保持板
10b 取付孔
11 ダンパー手段
11b ストッパーゴム
12 支持ブラケット
12d 上側フランジ
13 挟持台座
14 補助板

Claims

断面円筒状で高位置まで伸長させたタワーの内側下部に架台フレームを収容させ、該架台フレームに各種の機器装置を組み込んで取り付ける構造であって、前記タワーに生じる振動を前記架台フレームに伝達することを抑制するタワー内架台フレームの規制装置において、
前記架台フレームの任意の構成材に、水平面内における位置であって、タワーの内壁面に対して前記断面円筒状の径方向で接近・離隔する方向の位置を調整可能に設けたダンパー保持部材と、
前記ダンパー保持部材の先端部に、タワーの内壁面を臨ませて配設したダンパー手段とからなることを特徴とするタワー内架台フレームの規制装置。
前記ダンパー保持部材を支持ブラケットに対して前記方向の位置を調整可能に取り付け、
前記支持ブラケットを前記架台フレームの任意の構成材に固定してあることを特徴とする請求項１に記載のタワー内架台フレームの規制装置。
前記任意の構成材がＨ形鋼であって、該Ｈ形鋼のフランジ部を補助板と協働して挟持させて前記支持ブラケットを固定することを特徴とする請求項２に記載のタワー内架台フレームの規制装置。
前記支持ブラケットと前記ダンパー保持部材との間に楔形のスペーサーを介在させて、該ダンパー保持部材の移動方向を、タワーの内壁面の法線方向に沿った方向に調整することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のタワー内架台フレームの規制装置。