JP6648123B2 - 主軸固定装置 - Google Patents

Description

本発明は、風力タービンのナセル中に配設された風力タービン重量部品に関する設置及び修繕作業の実施時に風力タービンに主軸を固定するための主軸固定装置であって、ナセルの底フレームを含めて風力タービンのナセル中の安定な構造部品上の多数の設置区画に分割された、主軸固定装置に関する。

風力タービンのナセルでの設置及び修繕作業の実施時に、例えば、風力タービンのギアボックスの発電機の交換及び修理に伴い、またはその主軸受もしくは風力タービンのナセルに存在する他の重量構造部品の交換に伴い、風力タービンの主軸固定遂行の必要性が存在する場合が多い。上述の構成部品は相互に結合され、ナセルの底フレームに据えつけられているため組立状態では安定している。しかし、タービンの修繕及び修理時に分離する必要が生じたときには、静的な不安定性及び不均衡が生じてタービン構造部品の損傷に繋がりかねないことから、風力タービンの主軸固定が必要である。

特許文献１（ＮＯＲＤＥＸ ＥＮＥＲＧＹ ＧＭＢＨ）は、風力タービンのナセルに配設された重量部品に関する設置及び修繕作業の実施時に風力タービンに主軸を固定するための主軸固定装置であって、ナセルの底フレームを含めて風力タービンナセルに見出される安定な構造部品上の多数の設置区画に分割された、主軸固定装置を開示している。

独国特許出願公開第１０２００６０１３５３９号

これまでは、タービンの停止、即ちタービンに制動を掛けてロータ係止装置でロータを固定して次に実際の固定装置を装着して主軸を確実に保持することが必要であり、その後に風力タービンナセル中の構成部品の修理が可能であった。しかし、主軸固定装置の装着の実施時に風力タービンの運転を停止させなければならないことは、固定装置の設置に時間を費やす間に風力タービンの停止が生成エネルギー（電力）不足の形で動作時損失を少なからず伴い、適当ではない。更に、公知の主軸固定装置は軸形状に関して比較的柔軟性に欠け、実際に存在する軸形状とほぼ完全に同数の異なる固定装置を構築及び装備しなければならず、適当ではない。加えて、ウインチをタービン塔近傍の地表面に配置する自己引上げ型起重機の使用は増加の一途にある。なぜなら、そのような起重機を使用すると、上述の重量のある大型構成部品を取り扱うための大型可搬式起重機の使用が不必要となるため、風力タービン修理のための費用レベルで大きな節約となるからである。しかし、これには、地上型ウインチ付きの自己引上げ型起重機をナセルに据えつけるための設備が必要となる。自己引上げ型ウインチはしかしながら、ナセル上／中もしくは風力タービンブレード上に据えつけられる切欠き滑車等を引上げるための軽量型起重機の更なる存在を必要とし、それにより軽量型起重機の装着用の設備に関する諸要件をももたらすに至る。

特に大型の風力タービンの修理の際には、実際のロータ係止装置による主軸回転の遮断は一方で適当ではない。むしろ、単に主軸を適所に保持して主軸のある程度の回転を許容することが適当である。これは風の範囲外でブレード／ナセルを回動させることにより可能であり、ブレード上の風の影響によってのみ、主軸は極めて低速で回転するかまたは全く回転しない。これにより、当該風力タービンのナセル中での修理作業の遂行が安全性に関して許容可能となる。

したがって、本発明の目的は軸形状に関してより普遍的な適用を提供すると共に、風力タービンの主軸の停止及び固定を要することなくそのような手段を備え得る主軸固定装置を特定することにある。

本発明の更なる目的は、加えて、地上型ウインチ付きの、自己引上げ型起重機の装着用の設備を付与する主軸固定装置を提供することにある。

このことが導入部分で特定した性質の主軸固定装置により可能となることは実現した本発明によるものであり、ここで本発明は、主軸の中心軸線の周囲に実質的に対称に位置する少なくとも３つの半径方向に変位可能な圧力マンドレルを備え、主軸に面する該圧力マンドレルの端部はタップシューを装着し、圧力マンドレルは、タップシューが主軸の表面からある距離を置いて位置するように構成される受動的退却係止可能位置と、タップシューが主軸と係合するように構成される前進係止可能位置との間で変位可能である主軸固定装置により特徴付けられる。

風力タービン上に異なる形状の主軸を固定するための主軸固定装置の使用に関して、かなりの柔軟性がこれにより達成される。何故ならば、圧力マンドレルの可動性の程度及び主軸固定装置の大きさのみがその使用性に対する制約要因となることによるからである。主軸固定装置はこのため、異なる直径の円筒形状の主軸の固定及び円錐形状の主軸の固定のいずれにも使用可能である。本発明による主軸固定装置は多部品構成型であり、風力タービンのロータが運転中であっても、永久的構造部品、好ましくはナセルの底フレーム、に装着され得る。

本発明による主軸固定装置と共に地上型ウインチ付き自己引上げ型起重機を使用可能にするには、風力タービンの脚部近傍の地表面にウインチが配置される自己引上げ型起重機用の設備を装着することを含み得る。

これに対する改良は、地上型ウインチ付き自己引上げ型起重機用の装着用設備の設定と共に風力タービンの主軸固定用の設備の設定を同時に行うことである。これにより、極めて重要な、作業工程及び空間の節約となる。というのは、風力タービンのナセル中の空間はほとんどの場合狭小であり、更に主軸固定装置は、ナセル中の自己引上げ型起重機の装着用設備と同様に、同一の永久構造部品を据えつけ用のナセル中に利用しているからである。

ナセル中の安定な構造部品上に装着された軽量型起重機付き地上型ウインチからのワイヤによる切欠き滑車の引上げを要する自己引上げ型起重機の容易で迅速な設定を確実にするには、主軸固定装置は軽量型起重機の装着用設備を含み得る。

本発明による主軸固定装置を使用して主軸の迅速な固定を確保するには、圧力マンドレルは、受動的位置と能動的位置との選択可能な位置に替えて、受動的位置及び能動的位置にそれぞれタップシューを変位及び保持させるアクチュエータを備え得る。

これにより、受動的位置と、主軸表面に対する押圧される能動的位置との間のタップシューの変位に関して時間が節約される。

本発明による主軸固定装置のより単純な形の実施形態では、圧力マンドレルは、主軸に面する自由端にタップシューを装着したネジボルトを備え得る。ネジボルトは、固定装置の当該区画でネジ穴と共働する。これにより、タップシュー付きの圧力マンドレルは、受動的位置と能動的位置との間でネジボルトを手動回転させることにより変位される。

当該風力タービンの修理の遂行中に主軸回転を許容し、主軸及び主軸固定装置を保護するために、摺動ライニングは主軸表面及びタップシューの相対する側面間に存在し得る。

これにより主軸固定装置による主軸の位置の固定が可能になるが、主軸は摺動ライニングの存在による損傷を受けることなく回転するのを許容される。

摺動ライニングの第1の実施形態では、摺動ライニングは摺動板を装着した主軸に面するタップシュー自由端からなり得、能動的延出位置で主軸と係合する。

更なる実施形態では、本発明による主軸固定装置は、主軸に装着されて主軸と連携して作動する多部品構成型摺動板を備え、多部品構成型摺動板はその主軸への装着状態でタップシューと協同する。

これにより、ブレード上の風の影響により起こり得る主軸の回転の際に、主軸固定装置の圧力マンドレル上のタップシューが多部品構成型摺動板上で直接摺動するのが可能になる。主軸固定装置の圧力マンドレル上のタップシューは、主軸に面するタップシューの相対する側面上の滑斜面ライニングによりまたはよらずに、主軸上の多部品構成型摺動板と協同し得る。

本発明による主軸固定装置の更なる実施形態では、主軸固定装置は、主軸に締結された多部品構成型内輪、及びそれと協同する、タップシューの数に従った湾曲状下位区域からなる多部品構成型外輪であって、多部品構成型内輪に面するタップシューの相対する側面に装着され、圧力マンドレルの能動的前進位置で多部品構成型内輪の外周からある距離を置いて外輪を形成する、多部品構成型外輪、からなる多部品構成型ニードル軸受、ローラ軸受、ボール軸受を備え、適合数のニードルローラ、ローラ、またはボールは内輪と外輪との間に配置され、かつ内輪と外輪との間の位置にニードル、ローラ、またはボールを保持する手段が存在する。

主軸固定装置と主軸との間に実際の一時的な軸受接続部はここに形成され、これを中心として主軸は回転し得る。

制動されて停止した後のロータを風力タービンに固定可能にするには、本発明による主軸固定装置は風力タービンロータ固定用のロータ係止装置を備え得る。

ロータ係止装置の好ましい実施形態では、ロータ係止装置はフランジ部を備え、フランジ部のボルトサークル形状はロータのボルトサークル形状に対応し、このフランジ要素はその端部が主軸と平行にその各側に延在する２つの第1の梁材形状ブラケットの第1の端部に締結される。この梁材形状ブラケットは主軸固定装置に属し、ブラケットの他方の端部は、主軸固定装置に属する他のブラケットの水平方向のボルト接続部に枢着され、このボルト接続部はナセルの底フレームに据えつけられる。

底フレームに締結されたフランジ部のボルトサークル及びロータのボルトサークルの１つ以上の重複する穴を通してそれぞれボルトを導入することによりロータが固定され得ることがここに達成される。

主軸を余儀なく取外すことなく主軸の主軸受の交換を遂行可能にするには、主軸固定装置は更に、ナセルの底フレーム、及びそれに面する第1の梁材形状ブラケットの相対する側面、ならびに最近傍のロータ係止装置の間に少なくとも第２のアクチュエータを備える。当該他のアクチュエータは第1の外側の受動的位置と外側能動的位置との間で移動可能であり、それによりフランジ要素は垂直方向に移動される。

これにより、ナセルから主軸を取外す必要なく主軸の主軸受を交換または修理し得るように、ロータ係止装置中に懸架したその軸受からの主軸引揚げが可能になる。

以下に図面を参照しながら本発明を更に詳細に説明することとする。

ナセルの底フレーム、風力タービンの主軸、及び本発明による主軸固定装置を示す、風力タービンのナセルの部品の斜視図であり、軽量型起重機及び自己引上げ型起重機を搭載している。 本発明による主軸固定装置に属するタップシューを有する圧力マンドレルを示す、図１に示したものと別の角度からのより詳細な斜視図であり、主軸は透視状に示している。 主軸引揚げ用のアクチュエータを示す、図１に示したものと別の角度からのより詳細な斜視図であり、主軸は透視状に示している。 風力タービン用の主軸固定装置の詳細な斜視図であり、タップシュー及び主軸は摺動板を装着している。 風力タービン用の主軸固定装置の詳細な斜視図であり、摺動板は、主軸に締結された多部品構成型内輪、及び内輪に面するタップシューの相対する側面に装着されたタップシューの数の湾曲状下位区域からなり内輪と協同する多部品構成型外輪からなる多部品構成型ニードル軸受／ローラ軸受／ボール軸受により交換されている。

図１には、底フレーム２が、風力タービン（図示せず）のナセル（図示せず）中に認識される。同図中には、タービンの主軸４が、ギアボックス６及びロータ８と共に示されている。同図中には、本発明による主軸固定装置１０が搭載状態で示されており、軽量型起重機１２及び地上型ウインチ（図示せず）付き自己引上げ型起重機１４をそれぞれ支持している。底フレーム２は明確化のために透視状に示している。

主軸固定装置１０は図示の実施形態では、ギアボックス６及びロータ８のいずれにも近傍の底フレーム２に据えつけられ、多部品構成型フレーム１４を備える。この多部品構成型フレーム１４は、これに締結された横断部材１６と共に、ロータ８とギアボックス６との間で主軸４の一部を包囲する。多部品構成型フレーム１４は底フレーム２に据えつけられる。

図２には、図１に認識される部分を、主軸４のロータ側から視た端面図として示す。同図中、ロータ８は明確化のために透視状にした。図２から明らかなように、多部品構成型フレーム１４及び横断部材１６は、主軸２の周囲に対称に配置された合計４つの圧力マンドレル１８を備える。これらの圧力マンドレル１８は、これらを適所に固定するために主軸４に係合されるタップシュー２０を有する。

圧力マンドレル１８は、自由端にタップシュー２０を備えた液圧駆動式ピストンを備え得る。しかし、圧力マンドレル１８は他の方法によっても実施可能であり、タップシュー２０が主軸４と係合する能動的位置と、受動的退却位置との間でこれらを手動で移動させてもよい。

図３から明らかなように、主軸固定装置１０は主軸４の各側に、２本の平行に延在する第1の梁材２２を備える。ロータ８に最も近傍にある第1の梁材２２の第1の端部には、ロータ係止装置がフランジ要素２４の形態で締結され、その穴サークル２６形状はロータ８上の穴サークル２８形状とロータの外周の一部にわたって同様である。ロータ８を係止すると、ロータ８中の穴７及びフランジ要素２４中の穴９は重ね合わされ、次いでこれらの重なり合った穴を通してボルトが挿入され、ボルトはナットにより締結される。その後、ロータ８はフランジ要素２４により固定／係止される。

平行に延在する第1の梁材２２の他方の端部は、ギアボックス６に対して最近傍に存在し、底フレーム２に締結された、ブラケット３２上の、水平方向の軸受ボルト３０に枢支状に据えつけられる。平行に延在する第1の梁材２２は第２の横断部材３４により相互に接続される。そのブラケット上に、地上型ウインチ（図示せず）付きの自己引上げ型起重機１４用の設備２３が認識される。

図３及び図１で明らかなように、アクチュエータ３６は底フレーム２と、平行に延在する第1の梁材２２との間に位置する。アクチュエータ３６の作動により、底フレーム２と、平行に延在する第1の梁材２２との間の距離が変化され、フランジ要素２４は浮遊状態になり、その結果フランジ要素２４およびロータ８ならびにそれにより主軸４が引揚げられる。これにより、主軸４を引上げて地面まで下ろす必要なく主軸用軸受３８を交換し得る結果となるため、主軸用軸受３８の修繕または交換を要するときに時間の大幅な節約となる。

図１に、主軸固定装置１０が軽量型起重機１２装着用の設備４０を如何に備えるのかを更に示す。

図４に、本発明による主軸固定装置の実施形態を示す。この主軸固定装置は、風力タービン主軸４をナセルの適所に固定する際の使用に特に好適である。しかし、この主軸固定装置は、主軸４の回転が可能な場合、圧力マンドレル／タップシュー（１８、２０）の能動的位置で、主軸と係合する。

図４に示すように、滑斜面ライニング４２、４４は、主軸４表面に面するタップシュー２０の相対する側面間に位置する。

滑斜面は、主軸４に面するタップシュー２０の相対する自由端に締結された摺動板４２を含み得る。これらの摺動板４２はそれらの能動的前進位置では、主軸４と係合する。滑斜面は、これらに替えて、主軸４上の装着に際して、主軸４と協同作動する多部品構成型摺動板４４を含み得る。この多部品構成型摺動板４４は、主軸４上のその装着状態で、タップシュー２０と協同する。主軸４上の多部品構成型摺動板４４の存在は、摺動板４２及びタップシュー２０の存在を必ずしも排除するものではないことを申し述べておく。

更なる実施形態では、主軸固定装置１０は、多部品構成型内輪４８に面するタップシュー２０の相対する側面上に装着されたタップシューの数の湾曲状下位区域５２からなる多部品構成型外輪５０であって、圧力マンドレルの前進位置で多部品構成型内輪４８の外周からある距離を置いて外輪５０を形成する、多部品構成型外輪５０と共に、主軸に締結された多部品構成型内輪４８、からなる多部品構成型ニードル軸受／ローラ軸受／ボール軸受４６からななり、適合数のニードルローラ、ローラ、またはボール５４（図示実施形態のローラ５４中）が内輪４８と外輪５０との間に配設され、ニードル／ローラまたはボール５４を内輪４８と外輪５０との間の適所に保持する手段（図示せず）が存在する。

ニードルローラ／ローラ／ボール５４の閉じ込める上記手段は、内輪４８と外輪５０との相対する側面に協同する縁部デリネータからなり得、代替的には、間にニードルローラ／ローラ／ボール５４を閉じ込める保持手段からなり得る。

摺動ライニング４２、４４、代替的には、多部品構成型ニードル軸受、ローラ軸受、ボール軸受４６の存在により、風力タービンの修理中に主軸４が回転して同時にその位置が固定されるのが可能となる。このことは目的、即ちより大型の風力タービンに対して、役立ち得る。

本発明者は、主軸固定装置１０は図面にこれまで図示により開示した以外の実施形態も想定し得ることを認識している。しかし、そのことにより発明態様が変えられることはない。この発明態様は、タップシュー２０を有する調節可能な圧力マンドレル１８を備える所与の型式の主軸固定装置１０を特定して、それにより風力タービン上の主軸４の形状にかかわらず固定装置１０を使用可能ならしめることによりロータ８を適所に固定することなく装着され得ること、更に主軸固定装置を設備４０と組合せてロータ係止装置２４と共に軽量型起重機１２及び地上型ウインチ付き自己引上げ型起重機１４をそれぞれ装着すること、ならびに最後に主軸固定装置１０にアクチュエータ３６を設け、主軸４及び主軸用軸受３８が修理または交換を行うナセル中のその軸受からの十分な引揚げが可能になることからなる。

Claims (12)

1. 風力タービンの重量部品に関する設置及び修繕作業の実施中に風力タービンに主軸（４）を固定するための主軸固定装置（１０）であって、該固定装置（１０）は風力タービンのナセル中の底フレーム（２）を含めた安定な構造部品（２）上に取付けるために多数の装着用区画に分割され、
   前記主軸の中心軸線（１１）の周囲に実質的に対称に位置する少なくとも３つの半径方向に変位可能な圧力マンドレル（１８）を備え、前記主軸（４）に面する該圧力マンドレル（１８）の端部はタップシュー（２０）を装着し、前記圧力マンドレル（１８）は、前記タップシュー（２０）が前記主軸（４）の表面からある距離を置いて位置するように構成される受動的位置と、前記タップシューが前記主軸（４）と係合するように構成される能動的位置との間で変位可能であることを特徴とする、
   主軸固定装置（１０）。
2. 自己引上げ型起重機（１４）装着用の設備を備え、該起重機のウインチは前記風力タービンの脚部近傍の地表面に位置することを特徴とする、請求項１に記載の主軸固定装置。
3. 軽量型起重機（１２）装着用の設備（４０）を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の主軸固定装置（１０）。
4. 前記圧力マンドレル（１８）は、前記タップシュー（２０）を、前記受動的位置と前記能動的位置との間の選択可能な位置に替えて、前記受動的位置及び前記能動的位置にそれぞれ変位及び保持させるアクチュエータを備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の主軸固定装置（１０）。
5. 前記圧力マンドレル（１８）はネジボルトからなり、該ネジボルトの前記主軸に面した相対する自由端はタップシュー（２０）を装着し、前記ネジボルトは前記固定装置（１０）の当該区画中のネジ穴と協同することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の主軸固定装置（１０）。
6. 前記主軸表面及び前記タップシューの相対する側面の間に位置する滑斜面ライニング（４２、４４）により特徴付けられる、請求項１から５のいずれかに記載の主軸固定装置（１０）。
7. 前記滑斜面ライニングは、前記主軸（４）に面する前記タップシュー（２０）の前記相対する自由端が摺動板（４２）を備えるように構成され、該摺動板は能動的位置で前記主軸（４）と係合することを特徴とする、請求項６に記載の主軸固定装置（１０）。
8. 前記主軸（４）と協同して前記主軸（４）に装着するための多部品構成型摺動板を備え、該多部品構成型摺動板は前記主軸（４）上のその装着位置で前記タップシュー（２０）と協同することを特徴とする、請求項６または７に記載の主軸固定装置（１０）。
9. 前記主軸（４）に締結された多部品構成型内輪（４８）、及びそれと協同する、タップシューの数に対応する湾曲状下位区域（５２）からなる多部品構成型外輪（５０）であって、前記内輪（４８）に面する前記タップシュー（２０）の相対する側面に装着され、前記圧力マンドレルの能動的位置で前記多部品構成型内輪（４８）の外周からある距離を置いて前記外輪（５０）を形成する、多部品構成型外輪、からなる多部品構成型ニードル軸受、ローラ軸受、またはボール軸受（４６）を備え、適合数のニードルローラ、ローラ、またはボール（５４）は前記内輪（４８）と前記外輪（５０）との間に配設され、かつ前記内輪（４８）と前記外輪（５０）との間の位置に前記ニードルローラ、ローラ、またはボール（５４）を保持する手段が存在することを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の主軸固定装置（１０）。
10. 前記風力タービンのロータ８の固定用のロータ係止装置（２４）を備えることを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の主軸固定装置（１０）。
11. 前記ロータ係止装置（２４）はフランジ要素からなり、そのボルトサークル形状（２６）は前記ロータのボルトサークル形状（２８）に対応し、前記フランジ要素（２４）は端部で前記主軸と平行にその各側に延在する２つの第1の梁材形状ブラケット（２２）の第1の端部（２１）に締結され、前記梁材形状ブラケット（２２）は主軸固定装置に属し、前記ブラケット（２２）の他方の端部（２３）は水平に方向づけられたボルト接続部（３０）により前記主軸固定装置（１０）に属する他方のブラケット（３９）に枢着され、該ボルト接続部は前記ナセルの前記底フレーム（２）に据えつけられることを特徴とする、請求項１０に記載の主軸固定装置（１０）。
12. 少なくとも１つのアクチュエータ（３６）は前記ナセルの前記底フレーム（２）と前記底フレーム（２）に面する前記第1の梁材形状ブラケット（２２）の隣接側面（２５）との間で前記ロータ係止装置（２４）に最近傍に位置し、前記アクチュエータ（３６）は第1の受動的外側位置と、前記フランジ要素（２４）が垂直方向に変位される能動的外側位置との間で変位可能であることを特徴とする、請求項１１に記載の主軸固定装置（１０）。

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