JP6438141B2 - 風力発電装置を建造するためのタワー回転クレーン、並びにタワー回転クレーンを建てるための方法 - Google Patents

風力発電装置を建造するためのタワー回転クレーン、並びにタワー回転クレーンを建てるための方法 Download PDF

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Description

本発明は、タワーと、該タワーと結合されて該タワーを支持するためのタワー下部構造部とを有する、風力発電装置を建造するためのタワー回転クレーンに関し、この際、タワー下部構造部は、タワーから離れていくように延在する3つ以上の脚部、好ましくは4つの脚部を有する支持クロス機構を有する。
上記の形式のタワー回転クレーンは、極めて高いところで極めて大きい負荷を搬送することができるので、通常、特に風力発電装置のタワーのような高層建造物を建造するために使用される。そのようなタワー回転クレーンの運転にとって重要なのは、タワー回転クレーンを風力発電装置の設置場所へ運び、そこでタワー回転クレーンをできるだけ短時間で組み立てそして解体することを可能にする、クレーンシステムの性能である。このことは、特に風力発電装置が、多くの場合はもともと際立ったインフラの極めて少ない人里離れた地域に建造されるという背景のもと、重要である。また特に森林地帯や傾斜部において、風力発電装置を設置するための地面は、多くの場合は制限された地面としてのみ提供され、従ってそこでは、タワー回転クレーンを、及び風力発電装置を、僅かなスペース要求で建てることが可能であることも重要である。更にタワー回転クレーンを、このスペース要求の観点から、建造すべき風力発電装置タワーの近くにできるだけ接近可能とすることも重要である。
CH 657 889 A5 EP 0 384 112 A2 US 3 361 268 A CN 202 671 068 U DE 39 26 920 A1 GB 1 340 391 A GB 1 048 722 A US 5 580 095 A DE 10 2005 025646 A1
従来技術から、タワー下部構造部が基礎部アンカを用いて風力発電装置基礎部と固定結合されるというタワー回転クレーンが知られている。少なくともこの固定の複数の部材は、そこで打設状態にあるので、風力発電装置の完成後には基礎部内に留まることになる。それにより価値ある資源が無駄にされてしまう。更にそのようなアンカ固定のために必要な時間は、風力発電装置の建造のために必要とされる時間を全体的に増加させるので、欠点と見なされる。
従って本発明の基礎をなす課題は、従来技術において見出された欠点をできるだけ広範囲にわたって解消するタワー回転クレーンを提供することである。特に本発明の基礎をなす課題は、コスト技術的に並びに好ましくは時間的に有利な風力発電装置の建造を可能とするタワー回転クレーンを提供することである。
本発明は、本発明の基礎をなす前記課題を、冒頭に記載したタワー回転クレーンにおいて、第1の視点により、各脚部には、基礎部とは(固定的には)結合されていない荷重分配プレートが地面側で固定されていることにより解決され、この際、荷重分配プレートは、共同でタワーのバラスト(脚荷重部材)を構成する。本発明は、接地面積に関しても重量に関しても荷重分配プレートのサイズが十分である場合には、立設安全性を保証するために、基礎部(風力発電装置基礎部)におけるタワー回転クレーンのアンカ固定は不必要であるという認識を利用している。特にこのことは、既知のタワー回転クレーンでは通例であり今まではそのタワーの近傍に配置されなくてはならなかったセンタバラストを代替するために、荷重分配プレートが十分に重いということにより達成される。荷重分配プレートの必要な大きさと重量の計算は、タワー回転クレーンの前述の荷重時と、設置場所に依存しない影響要因とに着目し、周知の方式により行うことが可能である。
即ち本発明の一視点により、タワーとワー下部構造部とを有し、前記タワーは、前記タワー下部構造部上に建てられて前記タワー下部構造部により支持される、風力発電装置を建造するためのタワー回転クレーンであって、前記タワー下部構造部は、前記タワーから前記タワーの軸線に対して斜めに離れていくように延在する3つ以上の脚部、又は4つの脚部を有する支持クロス機構を有し、各前記脚部には、基礎部とは結合されていない荷重分配プレートが地面側で固定されており、2つの荷重分配プレートが、前記基礎部とは結合されずに前記基礎部上に位置決めされており、1つ又は複数の荷重分配プレート、又は2つの荷重分配プレートが、前記基礎部の近くで地面とは結合されずに地面上に位置決めされており、前記荷重分配プレートは、共同で前記タワーのバラストを構成することを特徴とするタワー回転クレーンが提供される。
本発明の更なる一視点により、風力発電装置の建造のためのタワー回転クレーンを建てるための方法であって、以下のステップを含むこと、即ち、
− 前記風力発電装置の基礎部を提供するステップ、
− 2つの荷重分配プレートを前記基礎部と結合させないで前記基礎部上に位置決めするステップ、
− 1つ又は複数の荷重分配プレート、又は2つの荷重分配プレートを前記基礎部の近くで地面と結合させないで地面上に位置決めするステップ、
記タワー回転クレーンのタワー下部構造部上に建てられて該タワー下部構造部により支持されるタワーと前記荷重分配プレートを、前記タワーから前記タワーの軸線に対して斜めに離れていくように延在する3つ以上の脚部、又は4つの脚部を有する支持クロス機構を用いて結合するステップ、及び、
− 前記タワーを建てるステップ、但し前記荷重分配プレートは、前記タワーのバラストを構成することを特徴とする方法が提供される。
尚、本願の特許請求の範囲において付記されている図面参照符号は、専ら本発明の理解の容易化のためのものであり、図示の形態への限定を意図するものではないことを付言する。
本発明において、以下の形態が可能である。
(形態1)タワーと、前記タワーと結合されて前記タワーを支持するためのタワー下部構造部とを有する、風力発電装置を建造するためのタワー回転クレーンであって、前記タワー下部構造部は、前記タワーから離れていくように延在する3つ以上の脚部、好ましくは4つの脚部を有する支持クロス機構を有するという形式のタワー回転クレーンであり、各前記脚部には、基礎部とは結合されていない荷重分配プレートが地面側で固定されており、前記荷重分配プレートは、共同で前記タワーのバラストを構成すること。
(形態2)形態1の上位概念部に記載の又は形態1に記載のタワー回転クレーンにおいて、前記タワー下部構造部は、レべリング装置を有し、前記レべリング装置は、4つの別個に駆動制御可能なシリンダを有することが好ましい。
(形態3)形態2に記載のタワー回転クレーンにおいて、前記レべリング装置は、前記シリンダに作用する力を検知するための力測定センサ、及び/又は、前記シリンダに作用する流体圧を検知するための圧力センサ、及び/又は、傾斜センサ、及び/又は、シリンダ行程を検知するための1つ又は複数の、好ましくは各前記シリンダのために少なくとも1つのセンサを有することが好ましい。
(形態4)形態2又は3に記載のタワー回転クレーンにおいて、前記レべリング装置は、前記シリンダを駆動制御するための電子的な制御装置、好ましくはSPS制御装置を有することが好ましい。
(形態5)形態4に記載のタワー回転クレーンにおいて、前記電子的な制御装置は、以下の値、即ち前記タワーの傾斜角、前記シリンダに作用する力、前記シリンダに作用する流体圧、前記シリンダにより経過したシリンダ行程のうち、少なくとも1つに依存し、1つの前記シリンダか、複数の前記シリンダか、又は全ての前記シリンダを、前記タワーが垂直に配向されるように駆動制御するように構成されていることが好ましい。
(形態6)形態4又は5に記載のタワー回転クレーンにおいて、前記電子的な制御装置は、以下の値、即ち前記タワーの傾斜角、前記シリンダに作用する力、前記シリンダに作用する流体圧、前記シリンダにより経過したシリンダ行程のうち、少なくとも1つに依存し、1つ又は複数の前記シリンダの駆動制御のための推奨事項を検出し、オペレータにより読み取り可能な、前記推奨事項を表わす信号を生成するように構成されていることが好ましい。
(形態7)形態2〜6のいずれか1つに記載のタワー回転クレーンにおいて、前記レべリング装置は、表示装置を有し、前記表示装置は、以下の値、即ち前記タワーの角度位置、前記シリンダの負荷、前記レべリング装置の運転形式、故障メッセージ、システム圧、前記支持クロス機構における前記シリンダのポジション、制御駆動のために推奨される前記シリンダ、制御推奨事項のうち、1つの値か、複数の値か、又は全ての値を表示するように構成されていることが好ましい。
(形態8)形態1の上位概念部に記載の又は形態1〜7のいずれか1つに記載のタワー回転クレーンにおいて、前記支持クロス機構の隣接する前記脚部は、所定のゼロ位置において、互いに各々90°の角度で配向されており、1つの前記脚部、複数の前記脚部、又は全ての前記脚部、好ましくは全ての前記脚部は、これらが所定の調整角だけ前記ゼロ位置から変位可能であるように、関節式として前記支持クロス機構に配設されていることが好ましい。
(形態9)形態8に記載のタワー回転クレーンにおいて、前記調整角は、前記ゼロ位置の周りで±10°以上の範囲内にあり、好ましくは5°の間隔で設定可能であることが好ましい。
(形態10)形態1の前提概念部に記載の又は形態1〜9のいずれか1つに記載のタワー回転クレーンにおいて、第1の高さないし追加的に第2の高さ、第3の高さ、更なる高さにおいて、建造すべき前記風力発電装置のタワーに前記タワー回転クレーンを固定するための、少なくとも1つのスペーシング保持器、好ましくは2つのスペーシング保持器、又は3つ以上のスペーシング保持器を有し、前記スペーシング保持器は、各々、気圧的に又は液圧的に操作される伸縮可能な1つ又は複数の保持アームを有し、前記保持アームは、好ましくは自動で又は遠隔操作され、引き込みポジションから繰り出しポジションへ移動可能であり、前記繰り出しポジションにおいて所定の連結器を用いて前記タワーと可逆的に取り外し可能に結合されるように設けられていることが好ましい。
(形態11)風力発電装置の建造のためのタワー回転クレーン、特に形態1〜10のいずれか1つに記載のタワー回転クレーンを建てるための方法であって、以下のステップを含むこと、即ち、
− 前記風力発電装置の基礎部を提供するステップ、
− 2つの荷重分配プレートを前記基礎部と結合させないで前記基礎部上に位置決めするステップ、
− 1つ又は複数の荷重分配プレート、好ましくは2つの荷重分配プレートを前記基礎部の近くで地面と結合させないで地面上に位置決めするステップ、
− 3つ以上の脚部、好ましくは4つの脚部を有する支持クロス機構を用いてタワーと前記荷重分配プレートを結合するステップ、及び、
− 前記タワーを建てるステップ、但し前記荷重分配プレートは、前記タワーのバラストを構成すること。
(形態12)特に形態11に記載の方法において、
− 前記風力発電装置の基礎部を提供するステップ、
− 2つの荷重分配プレートを前記基礎部と結合させないで前記基礎部上に位置決めするステップ、
− 1つ又は複数の荷重分配プレート、好ましくは2つの荷重分配プレートを前記基礎部の近くで地面と結合させないで地面上に位置決めするステップ、
− 3つ以上の脚部、好ましくは4つの脚部を有する支持クロス機構を用いてタワーと前記荷重分配プレートを結合するステップ、
− 前記タワーを建てるステップ、及び、
− レべリング装置を用いて前記タワーをレべリングするステップ
を含むことが好ましい。
(形態13)形態12に記載の方法において、前記レべリングは、以下のステップ、即ち、
− 前記タワーの傾斜角を検知するステップ、
− 1つ又は複数のシリンダに作用する力を検出するステップ、
− 1つ又は複数のシリンダに作用する流体圧を検知するステップ、
− 1つ又は複数のシリンダのシリンダ行程を検知するステップ、
− 垂直に前記タワーを配向させるためにそれらの検知された値の1つ又は複数に依存して1つ又は複数のシリンダを操作するステップ
のうち、1つのステップ、複数のステップ、又は全てのステップを含むことが好ましい。
(形態14)形態12又は13に記載の方法において、前記レべリングは、以下のステップ、即ち、
− 以下の値、即ち前記タワーの傾斜角、シリンダに作用する力、シリンダに作用する流体圧、シリンダにより経過したシリンダ行程のうち、少なくとも1つに依存し、1つ又は複数のシリンダを駆動制御するために、好ましくは電子的な制御装置を用い、表示装置において推奨事項を作成するステップ、
− 前記推奨事項を表わしオペレータにより読み取り可能な信号を生成するステップ、
− 以下の値、即ち前記タワーの角度位置、シリンダの負荷、前記レべリング装置の運転形式、故障メッセージ、システム圧、前記支持クロス機構におけるシリンダのポジション、駆動制御のために推奨されるシリンダ、制御推奨事項のうち、1つの値、複数の値、又は全ての値を表示するステップ
のうち、1つのステップ、複数のステップ、又は全てのステップを含むことが好ましい。
(形態15)特に形態11〜14のいずれか一項に記載の方法において、
− 前記風力発電装置の基礎部を提供するステップ、
− 1つ又は複数の荷重分配プレート、好ましくは2つの荷重分配プレートを前記基礎部の近くで地面と結合させないで地面上に位置決めするステップ、及び、
− 前記基礎部上に位置決めされた前記荷重分配プレートの質量重心が、好ましくは風力発電装置タワーの中心軸線と同心に、共通の円軌道上に配置されるように、2つの荷重分配プレートを前記基礎部と結合させないで前記基礎部上に位置決めするステップ
を含むことが好ましい。
(形態16)形態15に記載の方法において、前記共通の円軌道は、以下の式により規定される半径R を有し、
Figure 0006438141
ここで、xは、0.8から1.4までの範囲内にあり、好ましくは0.85から1.15までの範囲内にあり、特に好ましくは0.9から1.1までの範囲内にあることが好ましい。
(形態17)形態15又は16に記載の方法において、
− 前記脚部の足部が、特に好ましくは5°の間隔をもって、好ましくは+/−10°の範囲内で、前記共通の円軌道上に配置されているように、所定の調整角だけ前記脚部をゼロ位置からずらすステップ
を含むことが好ましい。

第2の視点において本発明の別の対象でもある、本発明の好ましい更なる一構成において、タワー下部構造部は、レべリング装置(水準化装置)を有し、この際、レべリング装置は、4つの別個に駆動制御可能なシリンダを有する。好ましくはレべリング装置は、シリンダに作用するストローク方向の力を検知するためのセンサ、及び/又は、シリンダに作用する流体圧を検知するための圧力センサ、及び/又は、傾斜センサ、及び/又は、シリンダ行程(シリンダストローク)を検知するための1つ又は複数の(好ましくは各シリンダのために少なくとも1つの)センサを有する。
好ましくは、シリンダは、流体で操作されるシリンダとして、特に気圧シリンダ(例えば空気圧シリンダ)又は液圧シリンダ(例えば油圧シリンダ)として構成されている。力測定のためには、各実施形態において、好ましくは圧力センサが使用される。シリンダに作用する流体圧を介し、直接的にシリンダ面を介し、各シリンダに作用する力を導き出すことが可能である。そしてタワーは、レべリング(水準化)され、シリンダに作用する力が全ての場合において同じであるならば全ての4つの脚部により均等に支持される。追加的な情報源として、好ましくは二軸式の傾斜センサとして構成されている傾斜センサが用いられる。これらの両方の測定システムの情報の突き合せは、例えば、故障を検知するためや、対応する故障信号を生成するために利用することができる。
更に好ましくは、タワー回転クレーンは、実際にシリンダにより経過したシリンダ行程を検知するための1つ又は複数のアブソリュート測定システム、例えば距離測定検知器を有する。この情報を用い、オペレータは、シリンダ間で力の不均等が確定された場合には、残りのシリンダに合わせるために、所定のシリンダが更に繰り出しを行うべきか又は場合により引き込みを行うべきかを、より容易に決定することができる。好ましい一実施形態において、レべリング装置は、シリンダを駆動制御するための電子的な制御装置、好ましくはSPS制御装置(プログラマブルコントローラ)を有する。電子的な制御装置は、好ましくは、以下の値、即ちタワーの傾斜角、シリンダに作用する流体圧、シリンダにより経過したシリンダ行程のうち、少なくとも1つに依存し、1つのシリンダか、複数のシリンダか、又は全てのシリンダを、タワーが垂直に配向されるように駆動制御するように構成されている。そのために制御装置は、好ましくは、信号伝送するように対応のセンサと接続されており、対応の信号と処理結果の記録、処理、出力のためにプログラミングされている。
認可の法的な規定に依存するが、完全に自律的ではなくタワーの配向を制御装置に処理させ、配向過程に関する最終的な決定権限と管理をオペレータに委ねることが必要な場合がある。この場合、電子的な制御装置が、以下の値、即ちタワーの傾斜角、シリンダに作用する流体圧、シリンダにより進まれたシリンダ行程のうち、少なくとも1つに依存し、1つ又は複数のシリンダの駆動制御のための推奨事項(候補ファクタ)を検出し、オペレータにより読み取り可能な、当該推奨事項を表わす信号を生成するように構成されているという一実施形態は、有利である。
推奨事項を表わす信号は、例えば、1つのシリンダが表示され、このシリンダのために、このシリンダが更に繰り出しを行うべきか又は引き込みを行うべきかを表わす対応の信号が表示されるということであり得る。また工事現場周囲においても良好に読み取り可能な簡単な可能性は、例えば、各シリンダに付設されている赤色ランプや緑色ランプ(発光ダイオードなど)のようなカラーコード化された発光手段であろう。
好ましい一形態において、電子的な制御装置は、オペレータに対し、マスタシリンダに対する管理を行わせ、マスタシリンダをオペレータが荷重分配プレート上へ降下させ、引き続き、言わばスレーブ運転として作動する残りのシリンダをオペレータの制御命令に依存して自動で追従制御するようにプログラミングされている。
レべリング装置は、好ましくは、表示装置を有し、該表示装置は、以下の値、即ちタワーの角度位置、シリンダの負荷、レべリング装置の運転形式、故障メッセージ、システム圧、支持クロス機構におけるシリンダのポジション、制御駆動のために推奨されるシリンダ、制御推奨事項のうち、1つの値か、複数の値か、又は全ての値を表示するように設けられている。
第3の視点として別の発明対象でもある、好ましい更なる一実施形態において、タワー回転クレーンの支持クロス機構(支持ブレース機構)の隣接する脚部は、所定のゼロ位置(ニュートラル位置)において、互いに同じ角度、即ち3つの脚部では各々120°の角度、4つの脚部では各々90°の角度などで配向されており、1つの脚部、複数の脚部、又は全ての脚部、好ましくは全ての脚部は、これらが所定の調整角だけゼロ位置から変位可能であるように、関節式として支持クロス機構に配設されている。この構成は、建造すべき風力発電装置のタワーがタワーの高さに応じてそのベース(土台部)は著しく異なるという認識に基づいている。風力発電装置の建造に従事する企業にとって、異なる各タワー構造形式のために、固有に設けられ且つこの特有のタワー(風力発電装置のタワー)に対する相対的な位置決めのために大量に生産されるであろうタワー回転クレーンを用意することは、経済的なことではない。特にタワー回転クレーンが所定の構造高さ以上では機械的なスペーシング保持器を用い、風力発電装置自体の建造されるタワーに固定されるということを背景にして、基本的なことは、タワー回転クレーンを建造すべき風力発電装置のタワーの近くにできるだけ近づけることができるように努めることである。既にこの理由から、タワー(タワー回転クレーンのタワー)と風力発電装置の間の間隔は、荷重又は風に起因する振動がタワー(風力発電装置のタワー)とタワー回転クレーンの間でそのように連結されたシステムに対し、できるだけネガティブに作用することのないように、できるだけ短く保たれるべきである。
従来の固定的な支持クロス機構を備えたタワーにおいては、最下部のタワーセグメントが比較的大きなベース直径を有する比較的大きな風力発電装置タワーの場合には、必然的に、タワー回転クレーンの中心が風力発電装置タワーの中心から更に離れていることになり、これは、支持クロス機構が、その構造的なサイズにより可能とされるよりも風力発電装置タワーの近くに近づくことができないためである。この認識から当該視点による本発明が出発する。支持の脚部が、水平面内において、即ち側方において旋回可能であることにより、脚部をゼロ位置に対して相対的に更に拡開することで、直径が比較的大きなタワーにおいても風力発電装置タワーの近くに達することが可能である。またそのような技術的な構成は、特に有利には、本発明による荷重分配プレートの使用と組み合わせることができる。同時に、ベース直径が比較的小さい風力発電装置タワーでは、風力発電装置タワーの方向においてゼロ位置に対して相対的に支持クロス機構の脚部をより近くに置くことにより、タワー回転クレーンの中心軸線と風力発電装置タワーの回転軸線との間に、比較的大きな風力発電装置においても保たれるであろう間隔と同じ間隔を設定することが可能とされる。このことは、全てのタワーサイズ(風力発電装置のタワーサイズ)に対し、例えば同一のスペーシング保持システムの利用を可能とする。更に支持クロス機構の脚部の旋回可能性により、脚部の力伝達のポイントは、従って好ましくは荷重分配プレートも、基礎部において常に中央で、力支持に良く適している領域に載置され得ることが可能とされる。
この視点の好ましい更なる一構成において、調整角は、ゼロ位置の周りで±10°以上の範囲内にあり、好ましくは5°の間隔で設定可能である。
本発明の別の第4の視点を同時に表わす、更なる一実施形態において、タワーは、第1の高さ、ないし追加的に第2の高さ、第3の高さ、更なる高さにおいて、建造すべき風力発電装置のタワーにタワー回転クレーンを固定するための、少なくとも1つのスペーシング保持器(Abspannung)、好ましくは2つのスペーシング保持器、又は3つ以上のスペーシング保持器を有し、この際、これらのスペーシング保持器は、各々、液圧操作される伸縮可能な1つ又は複数の保持アームを有する。建造物にタワー回転クレーンを固定するためのスペーシング保持器は、基本的に既知である。しかし今までスペーシング保持器は、純粋に機械的にその長さに関して調節されるものであった。そのために既知のスペーシング保持器は、高さの高いところで作業員が通らなくてはならない作業ステージを有していた。高さの高いところの作業は、周知の危険をはらんでおり、従って本発明の当該視点による出発点は、手動の介入をできるだけ広範囲にわたって少なくすることである。このことに関し、保持アームの気圧操作又は液圧操作は、明らかな安全寄与と見なされ、このことは、作業過程が遠方からも例えば地上からも開始可能であるので、尚更である。
保持アームは、好ましくは、自動で又は遠隔操作され、引き込みポジションから繰り出しポジションへ移動され、繰り出しポジションにおいて所定の連結器(Kupplung)を用いてタワー(風力発電装置のタワー)と可逆的に取り外し可能に結合されるように設けられている。可逆的に取り外し可能な結合とは、本発明の意味において、破壊を伴わずに実行可能である、任意に幾度も反復可能な結合過程及び取り外し過程として理解される。
本発明は、風力発電装置の建造のためのタワー回転クレーン、特にこれまでに説明した実施形態のうちの1つによるタワー回転クレーンを建てるための冒頭に記載した方法において、その基礎となる課題を、以下のステップを用いて解決する:即ち、風力発電装置の基礎部を提供するステップ、2つの荷重分配プレートを基礎部と(固定的には)結合させないで基礎部上に位置決めするステップ、1つ又は複数の荷重分配プレート、好ましくは2つの荷重分配プレートを基礎部の近くで地面と(固定的には)結合させないで地面上に位置決めするステップ、3つ以上の脚部、好ましくは4つの脚部を有する支持クロス機構を用いてタワーと荷重分配プレートを結合するステップ、タワーを建てるステップ、この際、荷重分配プレートは、タワーのバラスト(脚荷重部材)を構成する。
本方法の利点及び有利な実施形態に関しては、本発明によるタワー回転クレーンのための全ての視点における上記の実施形態が参照される。中心的な利点としては、基礎部上ないし基礎部の近く(ないし横 neben)の地面上に結合されないで位置決めされる荷重分配プレートの使用により、風力発電装置基礎部内に基礎部アンカを打設状態にして固定する必要がないので、著しい材料投入を省略することが可能である。荷重分配プレートは、通常の車両を用いて搬送可能であり、簡単に風力発電装置の立設場所において、タワーが風力発電装置に対して相対的に最適の状態で立設するように位置決めすることが可能である。荷重分配プレートは、自発的に既にタワーのバラストを構成し、従って場合による追加的なセンタバラストを余分なものとし、それによりその設置に必要とされる時間も節約される。
本発明による方法は、好ましくは、タワーがレべリング装置を用いてレべリング(水準化)されることにより更に構成される。選択的に本発明は、更なる一視点において、以下のステップを有する方法を提案する:即ち、風力発電装置の基礎部を提供するステップ、2つの荷重分配プレートを基礎部と結合させないで基礎部上に位置決めするステップ、1つ又は複数の荷重分配プレート、好ましくは2つの荷重分配プレートを基礎部の近くで地面と結合させないで地面上に位置決めするステップ、3つ以上の脚部、好ましくは4つの脚部を有する支持クロス機構を用いてタワーと荷重分配プレートを結合するステップ、タワーを建てるステップ、そしてレべリング装置を用いてタワーをレべリングするステップ。
レべリングは、好ましくは、以下のステップのうち、1つのステップ、複数のステップ、又は全てのステップを含んでいる:即ち、タワーの傾斜角を検知するステップ、1つ又は複数のシリンダに作用する流体圧を検知するステップ、1つ又は複数のシリンダのシリンダ行程を検知するステップ、垂直にタワーを配向させるためにそれらの検知された値の1つ又は複数に依存して1つ又は複数のシリンダを操作するステップ。
更に好ましくは、レべリングは、以下のステップのうち、1つのステップ、複数のステップ、又は全てのステップを含んでいる:即ち、以下の値、即ちタワーの傾斜角、シリンダに作用する流体圧、シリンダにより経過したシリンダ行程のうち、少なくとも1つに依存し、1つ又は複数のシリンダを駆動制御するために、好ましくは電子的な制御装置を用い、表示装置において推奨事項(候補ファクタないしパラメータ)を作成するステップ、推奨事項を表わしオペレータにより読み取り可能な信号を生成するステップ、以下の値、即ちタワーの角度位置、シリンダの負荷、レべリング装置の運転形式、故障メッセージ、システム圧、支持クロス機構におけるシリンダのポジション、駆動制御のために推奨されるシリンダ、制御推奨事項のうち、1つの値、複数の値、又は全ての値を表示するステップ。
本発明の別の一視点でもある、更なる有利な一実施形態において、2つの荷重分配プレートを基礎部と結合させないで基礎部上に位置決めすることは、基礎部上に位置決めされた荷重分配プレートの質量重心が、好ましくは風力発電装置タワーの中心軸線と同心に、共通の円軌道上に配置されるように行われる。
従って本発明は、以下のステップを含む方法に関するものでもある:即ち、風力発電装置の基礎部を提供するステップ、2つの荷重分配プレートを基礎部の近くで地面と結合させないで地面上に位置決めするステップ、そして、基礎部上に位置決めされた荷重分配プレートの質量重心が、好ましくは風力発電装置タワーの中心軸線と同心に、共通の円軌道上に配置されるように、2つの荷重分配プレートを基礎部と結合させないで基礎部上に位置決めするステップ。
この構成は、風力発電装置基礎部における荷重支持にとっては、荷重をできるだけ均等に且つ良好に分配して導入させることが有利であるという認識を利用している。この際、荷重分配プレートの質量重心を共通の円軌道上に配置することが有利であると分かった。
本方法は、この視点において、有利には、共通の円軌道が、以下の式により規定される半径Rを有することにより更に構成される。
Figure 0006438141
この際、xは、0.8から1.4までの範囲内にあり、好ましくは0.85から1.15までの範囲内にあり、特に好ましくは0.9から1.1までの範囲内にある。この規定を保つことで、荷重分配プレートは、外側にも内側にも行きすぎないで基礎部上に位置決めされることが保証されており、それにより、最大許容面圧を超過することなく、基礎部のできるだけ大きな領域を介した有利な力伝達が可能である。この際、Rは、好ましくは、タワー緊張材(例えばPC鋼撚線)が通過する基礎部突出部(基礎部スパー部 Fundamentsporn)の外側半径のためにある。またこの際、Rは、好ましくは、基礎部の外側半径、例えば上方力(浮力;上方引張力 Auftrieb)を伴う浅基礎(FlmA)の外側半径のためにある。代替的にRは、上方力を伴わない浅基礎(FloA)の外側半径のためか、又は上方力を伴う深基礎(TgmA)のためにある。
本方法は、好ましくは、以下のステップにより更に構成される:即ち、脚部の足部(フットポイント)が、特に好ましくは5°の間隔をもって、好ましくは少なくとも+/−10°の範囲内で、共通の円軌道上に配置されているように、所定の調整角だけ脚部をゼロ位置からずらすステップ。
このことについても、脚部の旋回可能な構成の利点に関しては、本発明によるタワー回転クレーンのための上述の実施形態が参照される。
以下、添付の図面に関連し、好ましい実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
第1実施例による、一風力発電装置の建造時の一タワー回転クレーンを、模式的な側面図として示す図である。 図1によるタワー回転クレーンの詳細を、模式的な図として示す図である。 図3a〜図3cは、異なる運転ポジションにおいて、図1と図2によるタワー回転クレーンを上から見た模式的な図として示す図である。
図1には、タワー回転クレーン1が図示されている。タワー回転クレーン1は、所謂上部旋回型であり、静止状態のタワー3を有し、該タワー3は、タワー下部構造部5上に建てられてタワー下部構造部5により支持される。タワー下部構造部5は、支持のために取り付けられた全部で4つの脚部7を有する。タワー回転クレーン1のこれらの脚部7は、それらの各々の足領域9において荷重分配プレート11a、11bと結合されている。荷重分配プレート11a、11bは、地面領域200上に置かれており、この際、4つの荷重分配プレートのうちの2つの荷重分配プレート11bは、建造すべき風力発電装置100の基礎部101の近くで、地面と(固定的には)結合されないで地面上に置かれており、他の2つの荷重分配プレート11aは、基礎部101と(固定的には)結合されないで基礎部101上に配置されている。
風力発電装置100は、多数のタワーセグメント103を有し、これらのタワーセグメント103は、1個ずつ次々とタワー回転クレーン1により持ち上げられ、下方に位置するタワーセグメント103上へ積み上げられる。風力発電装置100は、中心軸線Sを有し、それに対してタワー回転クレーン1は、中心軸線Sを有する。
タワー回転クレーン1は、所定の高さHにおいて第1スペーシング保持器(Abspannung)13を有し、該第1スペーシング保持器13を用い、タワー回転クレーン1は、風力発電装置100のタワーに(所定間隔で)固定されている。この高さHにおけるタワーセグメント103が既に基礎部101と締付固定されているという事実は、タワー回転クレーン1に追加的な安定性を提供する。
風力発電装置タワーが益々高くなるという傾向に鑑み、本発明により、所定の高さH以上、例えば140mよりも上には、第2スペーシング保持器15がタワー回転クレーン1と風力発電装置100のタワーとの間に装着される。可能性として、ここでは簡素化のために図示されていないが、より高いところに更に伸びていくタワーにおいては、更なるスペーシング保持器を装着することが可能である。
図2には、地面領域200上の荷重分配プレート11のうち、1つの荷重分配プレート11の台架領域が模式的に図示されている。タワー下部構造部5と、該タワー下部構造部5と共に全タワー回転クレーン1は、タワー回転クレーン1の危険のない運転のために垂直に配向されなくてはならない。そのためにタワー回転クレーン1は、レべリング装置(水準化装置)20を有する。レべリング装置20は、好ましくは各荷重分配プレート11a、11bと、タワー下部構造部5の各脚部7のために、シリンダ17、例えば液圧シリンダを有する。シリンダ17は、信号伝送するように、電子的な制御装置25、好ましくはSPS制御装置(プログラマブルコントローラ)と接続されており、該制御装置により駆動制御可能である。更にシリンダ17は、圧力測定検知器21と接続されており、該圧力測定検知器21は、信号伝送するように電子的な制御装置25と接続されている。タワー下部構造部5は、レべリング装置20のために、好ましくは更に傾斜センサ19を有し、該傾斜センサ19は、信号伝送するように電子的な制御装置25と接続されている。
タワー下部構造部5か、又は図示のバリエーションに対して代替的に、直接的にシリンダ17において、好ましくは、シリンダ17により経過したシリンダ行程を検出するための絶対位置検出器(アブソリュートエンコーダ)23が設けられている。これは、例えば光学的な測定検知器としてよい。また絶対位置検出器23は、電子的な制御装置25と信号伝送するように接続されている。
電子的な制御装置25は、表示装置27及び操作要素29と信号伝送するように接続されており、選択的に有線接続か又は無線接続されている。電子的な制御装置25は、検出されたシリンダ17の圧力、及び/又は、検出された傾斜、及び/又は、経過したシリンダ行程に依存し、シリンダ17のための位置調節推奨事項を検出し、これを表示装置27へ伝送する。オペレータは、好ましくは操作要素29を用い、当該推奨事項に従う命令を入力するか、又は手動で異なる命令を入力することができる。選択的に電子的な制御装置25は、好ましくは、法的な規定の枠内で許される限り、配向運転を自律的に実行するように設けられている。
電子的な制御装置25は、好ましくは、タワー回転クレーン1の使用場所における法的な規則に応じ、自律的なレべリングの機能をパスワード入力により使用可能にする又はブロックするようにプログラミングされている制御モジュールを有する。
図3a〜図3cは、本発明の更なる一視点を明確にしている。図3a〜図3bには、上方から、風力発電装置100に対し、特にその基礎部101に対するタワー回転クレーン1の相対的な位置決め状態が図示されている。
基礎部101は、半径Rを有する外周と、半径Rを有する突出部(タワー緊張材(例えばPC鋼撚線)が通過する基礎部突出部:スパー部 Sporn)を有する。
図3bにおいて、タワー回転クレーン1の脚部7は、所定のゼロ位置(ニュートラル位置)に配置されている。このゼロ位置において各々隣接する脚部7は、図示された水平面において、互いに実質的に直角の角度、好ましくは正に直角の角度で拡開されている。荷重分配プレート11aと、それらと共に脚部7は、これらが、基礎部101上で、好ましくはこれらの質量重心をもって共通の円軌道K上に位置するように配置されている。円軌道Kの半径Rは、好ましくは上記の規定(段落29の式)に基づいて求められている。
この位置決めの結果として、タワー回転クレーン1は、タワー回転クレーン1の中心軸線Sから風力発電装置100の中心軸線Sまで測定した間隔Cをとる。
ゼロ位置に基づき、脚部7の足領域の間における直接的な間隔は、各々同じであり、値Eをとる。
図3bによるゼロ位置と比べ、図3aにおけるタワー回転クレーン1は、基礎部101及びタワーが図3bにおけるものよりも小さい直径を有する風力発電装置100において使用される。図3aに示された状態において、脚部7は、ゼロ位置にあるのではなく、所定の角度αだけずらされている。その結果、荷重分配プレート11aにおける脚部7の足領域、及びそれらと共に荷重分配プレート11a自体は、図3bにおけるよりも互いに近くに配置され、間隔Eよりも短い間隔Aをとる。しかし荷重分配プレート11aは、同様に、上記の規定(段落29の式)により求められた、半径Rを有する共通の円軌道K上に配置されている。それにより、そして角度αだけずらして脚部7を交差させたことにより、タワー回転クレーン1と風力発電装置100の間の間隔を、図3aによる状態においても、図3bにおいて設定された間隔と実質的に同じに保つことが可能である。図3aにおいてタワー回転クレーン1の中心軸線Sは、風力発電装置100の中心軸線Sに対して間隔C’を有する。
図3cには、図3bと図3aに比べ、反対の設定状況が図示されている。図3cによる風力発電装置100は、より大きな直径の基礎部101と、それと共にベース(土台部)においてより大きなタワー直径を有する。この際、脚部7と荷重分配プレート11aは、ゼロ位置から、所定の角度βだけ、図3aの場合とは反対の方向へずらされている。それにより脚部7の足領域の間の間隔、及び荷重分配プレート11aの間の間隔は、図3bにおける値Eよりも大きな値Fを有し、それに対し、荷重分配プレート11a及び11bの間、及びこれらの荷重分配プレートと結合されている脚部7の各々の足領域の間の間隔は、より小さく、値Gをとる。角度βが角度αと同じ大きさの場合には、値Gが値Aに対応し、それに対し、値Fは値Bに対応する。
図3cによる実施例においても、荷重分配プレート11aは、好ましくは、それらの質量重心をもって、上記の規定(段落29の式)により求められた半径Rを有する共通の円軌道K上に配置されている。つまりここでは図3cに示されているような比較的大きな基礎部においても、実質的にタワー回転クレーン1と風力発電装置100との間に同じ間隔を設定することが可能とされる。この場合、タワー回転クレーン1の中心軸線Sから風力発電装置100の中心軸線Sの間は、値C”を有する。
本発明によるタワー回転クレーンの使用目的の変動幅の具体的な一例を示すために、図3aにおける風力発電装置100のタワーの構造高さは、ほぼ100mであり、それに対し、図3bにおける風力発電装置100のタワーの高さは、ほぼ125mであり、そして図3cにおける風力発電装置100のタワーの高さは、ほぼ150mであることを想定することができる。間隔C、C’、C”は、各々ほぼ9.5mである。半径Rは、3つの実施例において、ほぼ10.70m(図3a)とほぼ13m(図3c)の間にある。Rのための値は、ほぼ4.70m(図3a)とほぼ8.50m(図3c)の間にある。A〜Gの間隔の値は、ほぼ15m(A、G)とほぼ20.5m(B、F)の間で変動する。
荷重分配プレート11は、例えば、1つごとにほぼ20tの重量を有する。
任意選択的に荷重分配プレートは、示されたサイズオーダのタワー回転クレーンのために、さほど強くない横荷重の場合や比較的強い横荷重の場合などでもまだ十分なバラストを提供するために、例えば、ほぼ10tからほぼ40tまでの範囲内、好ましくはほぼ24.5tの部材重量を有することも可能であろう。
1 タワー回転クレーン
3 タワー
5 タワー下部構造部
7 脚部
9 足領域
11a 荷重分配プレート
11b 荷重分配プレート
13 第1スペーシング保持器
15 第2スペーシング保持器
17 シリンダ
19 傾斜センサ
20 レべリング装置
21 圧力測定検知器
23 絶対位置検出器
25 電子的な制御装置
27 表示装置
29 操作要素
100 風力発電装置
101 基礎部
103 タワーセグメント
200 地面領域

α ゼロ位置からの脚部の調整角(図3a)
β ゼロ位置からの脚部の調整角(図3b)

C’ 中心軸線Sと中心軸線Sの間隔(図3a)
C 中心軸線Sと中心軸線Sの間隔(図3b)
C” 中心軸線Sと中心軸線Sの間隔(図3c)

A、B 脚部の足領域の間の間隔(図3a)
E 脚部の足領域の間の間隔(図3b)
F、G 脚部の足領域の間の間隔(図3c)

K 共通の円軌道

風力発電装置の中心軸線
タワー回転クレーンの中心軸線
所定の高さ
所定の高さ
基礎部の外周の半径
基礎部の突出部の半径
円軌道の半径

Claims (17)

  1. タワー(3)とワー下部構造部(5)とを有し、前記タワー(3)は、前記タワー下部構造部(5)上に建てられて前記タワー下部構造部(5)により支持される、風力発電装置を建造するためのタワー回転クレーン(1)であって、
    前記タワー下部構造部(5)は、前記タワー(3)から前記タワー(3)の軸線に対して斜めに離れていくように延在する3つ以上の脚部(7)、又は4つの脚部(7)を有する支持クロス機構を有し、
    各前記脚部(7)には、基礎部(101)とは結合されていない荷重分配プレート(11a、b)が地面側で固定されており、2つの荷重分配プレート(11a)が、前記基礎部(101)とは結合されずに前記基礎部(101)上に位置決めされており、1つ又は複数の荷重分配プレート、又は2つの荷重分配プレート(11b)が、前記基礎部(101)の近くで地面とは結合されずに地面上に位置決めされており、
    前記荷重分配プレート(11a、b)は、共同で前記タワー(3)のバラストを構成すること
    を特徴とするタワー回転クレーン。
  2. 前記タワー下部構造部(5)は、レべリング装置(20)を有し、前記レべリング装置(20)は、4つの別個に駆動制御可能なシリンダ(17)を有すること
    を特徴とする、請求項1に記載のタワー回転クレーン。
  3. 前記レべリング装置(20)は、前記シリンダ(17)に作用する力を検知するための力測定センサ、及び/又は、前記シリンダ(17)に作用する流体圧を検知するための圧力センサ、及び/又は、傾斜センサ(19)、及び/又は、シリンダ行程を検知するための1つ又は複数の、又は各前記シリンダ(17)のために少なくとも1つのセンサを有すること
    を特徴とする、請求項2に記載のタワー回転クレーン。
  4. 前記レべリング装置(20)は、前記シリンダ(17)を駆動制御するための電子的な制御装置(25)、又はSPS制御装置を有すること
    を特徴とする、請求項2又は3に記載のタワー回転クレーン。
  5. 前記電子的な制御装置(25)は、以下の値、即ち前記タワー(3)の傾斜角、前記シリンダ(17)に作用する力、前記シリンダ(17)に作用する流体圧、前記シリンダ(17)により経過したシリンダ行程のうち、少なくとも1つに依存し、1つの前記シリンダ(17)か、複数の前記シリンダ(17)か、又は全ての前記シリンダ(17)を、前記タワー(3)が垂直に配向されるように駆動制御するように構成されていること
    を特徴とする、請求項4に記載のタワー回転クレーン。
  6. 前記電子的な制御装置(25)は、以下の値、即ち前記タワー(3)の傾斜角、前記シリンダ(17)に作用する力、前記シリンダ(17)に作用する流体圧、前記シリンダ(17)により経過したシリンダ行程のうち、少なくとも1つに依存し、1つ又は複数の前記シリンダ(17)の駆動制御のための推奨事項を検出し、オペレータにより読み取り可能な、前記推奨事項を表わす信号を生成するように構成されていること
    を特徴とする、請求項4又は5に記載のタワー回転クレーン。
  7. 前記レべリング装置(20)は、表示装置(27)を有し、前記表示装置(27)は、以下の値、即ち前記タワー(3)の角度位置、前記シリンダ(17)の負荷、前記レべリング装置(20)の運転形式、故障メッセージ、システム圧、前記支持クロス機構における前記シリンダ(17)のポジション、制御駆動のために推奨される前記シリンダ(17)、制御推奨事項のうち、1つの値か、複数の値か、又は全ての値を表示するように構成されていること
    を特徴とする、請求項2〜6のいずれか一項に記載のタワー回転クレーン。
  8. 前記支持クロス機構の隣接する前記脚部(7)は、所定のゼロ位置において、互いに各々90°の角度で配向されており、1つの前記脚部(7)、複数の前記脚部(7)、又は全ての前記脚部(7)は、これらが所定の調整角だけ前記ゼロ位置から変位可能であるように、関節式として前記支持クロス機構に配設されていること
    を特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載のタワー回転クレーン。
  9. 前記調整角は、前記ゼロ位置の周りで±10°以上の範囲内にあり、5°の間隔で設定可能であること
    を特徴とする、請求項8に記載のタワー回転クレーン。
  10. 第1の高さ(H)ないし追加的に第2の高さ、第3の高さ、更なる高さにおいて、建造すべき前記風力発電装置(100)のタワーに前記タワー回転クレーン(1)を固定するための、少なくとも1つのスペーシング保持器、又は2つのスペーシング保持器、又は3つ以上のスペーシング保持器(13、15)を有し、前記スペーシング保持器は、各々、気圧的に又は液圧的に操作される伸縮可能な1つ又は複数の保持アームを有し、前記保持アームは、自動で又は遠隔操作され、引き込みポジションから繰り出しポジションへ移動可能であり、前記繰り出しポジションにおいて所定の連結器を用いて前記風力発電装置(100)の前記タワーと可逆的に取り外し可能に結合されるように設けられていること
    を特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載のタワー回転クレーン。
  11. 風力発電装置(100)の建造のためのタワー回転クレーン(1)を建てるための方法であって、
    以下のステップを含むこと、即ち、
    − 前記風力発電装置(100)の基礎部(101)を提供するステップ、
    − 2つの荷重分配プレート(11a)を前記基礎部(101)と結合させないで前記基礎部(101)上に位置決めするステップ、
    − 1つ又は複数の荷重分配プレート、又は2つの荷重分配プレート(11b)を前記基礎部(101)の近くで地面と結合させないで地面上に位置決めするステップ、
    記タワー回転クレーン(1)のタワー下部構造部(5)上に建てられて該タワー下部構造部(5)により支持されるタワー(3)と前記荷重分配プレート(11a、b)を、前記タワー(3)から前記タワー(3)の軸線に対して斜めに離れていくように延在する3つ以上の脚部(7)、又は4つの脚部(7)を有する支持クロス機構を用いて結合するステップ、及び、
    − 前記タワー(3)を建てるステップ、但し前記荷重分配プレート(11a、b)は、前記タワー(3)のバラストを構成すること
    を特徴とする方法。
  12. − 前記風力発電装置(100)の基礎部(101)を提供するステップ、
    − 2つの荷重分配プレート(11a)を前記基礎部(101)と結合させないで前記基礎部(101)上に位置決めするステップ、
    − 1つ又は複数の荷重分配プレート、又は2つの荷重分配プレート(11b)を前記基礎部(101)の近くで地面と結合させないで地面上に位置決めするステップ、
    − 3つ以上の脚部(7)、又は4つの脚部(7)を有する支持クロス機構を用いて前記タワー回転クレーン(1)のタワー(3)と前記荷重分配プレート(11a、b)を結合するステップ、
    − 前記タワー(3)を建てるステップ、及び、
    − レべリング装置(20)を用いて前記タワー(3)をレべリングするステップ
    を含むこと
    を特徴とする、請求項11に記載の方法。
  13. 前記レべリングは、以下のステップ、即ち、
    − 前記タワー(3)の傾斜角を検知するステップ、
    − 1つ又は複数のシリンダ(17)に作用する力を検出するステップ、
    − 1つ又は複数のシリンダ(17)に作用する流体圧を検知するステップ、
    − 1つ又は複数のシリンダ(17)のシリンダ行程を検知するステップ、
    − 垂直に前記タワー(3)を配向させるためにそれらの検知された値の1つ又は複数に依存して1つ又は複数のシリンダ(17)を操作するステップ
    のうち、1つのステップ、複数のステップ、又は全てのステップを含むこと
    を特徴とする、請求項12に記載の方法。
  14. 前記レべリングは、以下のステップ、即ち、
    − 以下の値、即ち前記タワー(3)の傾斜角、シリンダ(17)に作用する力、シリンダ(17)に作用する流体圧、シリンダ(17)により経過したシリンダ行程のうち、少なくとも1つに依存し、1つ又は複数のシリンダ(17)を駆動制御するために、電子的な制御装置(25)を用い、表示装置(27)において推奨事項を作成するステップ、
    − 前記推奨事項を表わしオペレータにより読み取り可能な信号を生成するステップ、
    − 以下の値、即ち前記タワー(3)の角度位置、シリンダ(17)の負荷、前記レべリング装置(20)の運転形式、故障メッセージ、システム圧、前記支持クロス機構におけるシリンダ(17)のポジション、駆動制御のために推奨されるシリンダ(17)、制御推奨事項のうち、1つの値、複数の値、又は全ての値を表示するステップ
    のうち、1つのステップ、複数のステップ、又は全てのステップを含むこと
    を特徴とする、請求項12又は13に記載の方法。
  15. − 前記風力発電装置(100)の基礎部(101)を提供するステップ、
    − 1つ又は複数の荷重分配プレート、又は2つの荷重分配プレート(11b)を前記基礎部(101)の近くで地面と結合させないで地面上に位置決めするステップ、及び、
    − 前記基礎部(101)上に位置決めされた前記荷重分配プレート(11a)の質量重心が、風力発電装置タワーの中心軸線と同心に、共通の円軌道(K)上に配置されるように、2つの荷重分配プレート(11a)を前記基礎部(101)と結合させないで前記基礎部(101)上に位置決めするステップ
    を含むこと
    を特徴とする、請求項11〜14のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記共通の円軌道(K)は、以下の式により規定される半径Rを有し、
    Figure 0006438141
    ここで、xは、0.8から1.4までの範囲内にあり、又は0.85から1.15までの範囲内にあり、又は0.9から1.1までの範囲内にあること
    を特徴とする、請求項15に記載の方法。
  17. − 前記脚部(7)の足部が記共通の円軌道(K)上に配置されているように、5°の間隔をもって、+/−10°以上の範囲内で、所定の調整角だけ前記脚部(7)をゼロ位置からずらすステップ
    を含むこと
    を特徴とする、請求項15又は16に記載の方法。
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