JP6945534B2 - マルチローター風力タービンの荷重支持構造体 - Google Patents

Description

本発明は、マルチローター風力タービンの荷重支持構造体に関する。荷重支持構造体は、マルチローター風力タービンの２つ以上のエネルギー発生ユニットを支持するとともに、マルチローター風力タービンのタワー構造体に接続されるように構成される。更に、本発明は、係る荷重支持構造体を備えるマルチローター風力タービンに関する。更に、本発明は、係るマルチローター風力タービンを組み立てる方法に関する。

通常、風力タービンは、１つ以上のエネルギー発生ユニットを備え、各エネルギー発生ユニットは、１つ以上の風力タービンブレードを支持するハブを備える。風が風力タービンブレードに作用することにより、ハブを回転させる。ハブの回転運動は、ギア機構を介して、又はいわゆるダイレクトドライブ型の風力タービンの場合には直接、発電機に伝達される。発電機において、電気エネルギーが発生し、この電気エネルギーは、電力網に供給することができる。

一部の風力タービンでは、１つの非常に大型の、ひいては大重量のエネルギー発生ユニットを風力タービンに設ける必要なく、風力タービンによって生成される総電力を増加させるために、２つ以上のエネルギー発生ユニットが設けられる。このような風力タービンは、「マルチローター風力タービン」と呼ばれることがある。

マルチローター風力タービンにおいて、エネルギー発生ユニットは、タワー構造体に接続された荷重支持構造体によって支持される場合がある。したがって、エネルギー発生ユニットのうちの少なくともいくつかは、タワー構造体に直接取り付けられておらず、重心が、タワー構造体によって規定される長手軸に対してずれている場合がある。風が、このように取り付けられたエネルギー発生ユニットに作用する場合、スラスト力が発生し、このスラスト力によって、荷重支持構造体に荷重が加わり、場合によっては荷重支持構造体とタワー構造体との間の接続点においても荷重が加わる。

特許文献１は、タワーを備えるマルチローター風力タービンであって、タワーの頂部に、横梁構造体がヨー軸受及び旋回接続部を用いて取り付けられる、マルチローター風力タービンを開示している。横梁構造体は、末端部に取り付けられる２つ以上の電気発生タービンローターを支持する。横梁は、中央カラムに取り付けられるステーによって支持することができる。

特許文献２は、基礎と、タワーと、タワー上のローターを伴う少なくとも１つのナセルとを備える風力タービンを開示している。タワーは、タワーに取り付けられる内側部分と外側部分とを有する軸受を備える。２つのアームは、外側軸受部分に、互いに反対側で旋回可能に取り付けられ、これらのアームは、ナセルを支持する。これらのアームは、アーム及びタワーに取り付けられるワイヤによって旋回動作することができる。

英国特許第２４４３８８６号明細書 独国特許第１０２０１２０２００５２号明細書

本発明の実施の形態の目的は、エネルギー発生ユニットに作用する重力から発生する荷重及びエネルギー発生ユニットのスラストから発生する荷重に対処することができる、マルチローター風力タービンの荷重支持構造体を提供することである。

第１の態様によれば、本発明は、マルチローター風力タービンの荷重支持構造体であって、この荷重支持構造体は、マルチローター風力タービンの２つ以上のエネルギー発生ユニットを支持するとともに、マルチローター風力タービンのタワー構造体に接続されるように構成され、この荷重支持構造体は、
第１の荷重支持機構及び第２の荷重支持機構であって、各荷重支持機構は、少なくとも１つのエネルギー発生ユニットを支持するように構成され、各荷重支持機構は、一次構造体（primary structure：主構造体）及び少なくとも２つの二次構造体（secondary structures：副構造体）を備え、二次構造体は、一次構造体の両側で、荷重支持機構によって支持されるエネルギー発生ユニットと、タワー構造体における取付け点との間に延在する、第１の荷重支持機構及び第２の荷重支持機構、
を備え、エネルギー発生ユニットに作用する重力によって、一次構造体における押圧力及び二次構造体における引張力が生じ、それにより、二次構造体に予荷重が付与される、荷重支持構造体を提供する。

したがって、本発明は、マルチローター風力タービンの荷重支持構造体、すなわち、２つ以上のエネルギー発生ユニットを備える風力タービンの荷重支持構造体に関する。荷重支持構造体は、２つ以上のエネルギー発生ユニットを支持するとともに、マルチローター風力タービンのタワー構造体に接続されるように構成される。したがって、荷重支持構造体は、２つ以上のエネルギー発生ユニットとタワー構造体との間の接続部を形成し、エネルギー発生ユニットの支持に関連する荷重に対処することができる。

これに関して、「エネルギー発生ユニット」という用語は、風のエネルギーを電気エネルギーに実際に変換する風力タービンの部分を意味するように解釈されるものとする。したがって、各エネルギー発生ユニットは、通常、１組の風力タービンブレードを支持するローターと、発電機とを備える。エネルギー発生ユニットは、ローターと発電機とを相互接続するギア機構を更に備えることができる。発電機と、場合によってはギア機構とは、ナセルの内部に配置することができる。

これに関して、「タワー構造体」という用語は、マルチローター風力タービンのエネルギー発生ユニットを、少なくとも部分的に１つ以上の荷重支持構造体を介して支持するように構成される、実質的に鉛直な構造体を意味するように解釈されるものとする。１つ以上のエネルギー発生ユニットがタワー構造体に直接取り付けられることは排除されない。

荷重支持構造体は、第１の荷重支持機構及び第２の荷重支持機構を備える。各荷重支持機構は、少なくとも１つのエネルギー発生ユニットを支持するように構成される。したがって、各荷重支持機構は、それぞれのエネルギー発生ユニット（複数の場合もある）の支持に関連する荷重に対処するように構成される。更に、荷重支持機構は、有利には、タワー構造体に対する力及び荷重の均衡をとるために、タワー構造体の両側に配置することができる。

各荷重支持機構は、一次構造体及び少なくとも２つの二次構造体を備える。二次構造体は、一次構造体の両側で、荷重支持機構によって支持されるエネルギー発生ユニットと、タワー構造体における取付け点との間に延在する。したがって、タワー構造体の長手軸と、一次構造体によって規定される軸と、２つの二次構造体によって規定される軸とは、１つの平面に配置されない。一次構造体によって規定される軸と、２つの二次構造体によって規定される軸とは、同じ平面に配置されず、したがって、三次元構造を画定することが好ましい。

この設計の結果として、重力がエネルギー発生ユニットに作用する場合に、一次構造体における押圧力及び二次構造体における引張力が生じる。この結果、エネルギー発生ユニットに作用する重力によって、二次構造体に予荷重が付与される。二次構造体に予荷重が付与されることにより、これらの構造体が、エネルギー発生ユニットのスラストから発生する荷重に対処できることが確実にされる。特に、二次構造体は、一次構造体の両側に延在するので、スラスト荷重が１つの方向に作用すると、第１の二次構造体における引張力が増大するとともに第２の二次構造体における引張力が減少し、スラスト荷重がその反対方向に作用すると、第１の二次構造体における引張力が減少するとともに第２の二次構造体における引張力が増大する。しかしながら、スラスト荷重によって引張力が減少した場合でも、二次構造体における予荷重により、二次構造体のそれぞれに一定の引張力が維持されることが確実にされる。これらの２つの互いに反対の方向は、例えば、風上方向及びその反対方向とすることができる。

エネルギー発生ユニットは、例えば、タワー構造体から最も遠位に構成される、それぞれの荷重支持機構の末端部に配置することができる。

実質的に水平な平面において、二次構造体のそれぞれと一次構造体とによって規定される角度は、同一とすることができる。この場合、エネルギー発生ユニットに作用する重力によってこれらの二次構造体に付与される予荷重は、実質的に同一である。これにより、荷重支持構造体が、風上方向及びその反対方向において、実質的に同一の大きさのスラスト荷重に対処することが可能になる。

代替として、実質的に水平な平面において、一方の二次構造体と一次構造体とによって規定される角度と、他方の二次構造体と一次構造体とによって規定される角度とは、異なっていてもよい。これにより、荷重支持構造体が、一方の方向において、その反対の方向よりも大きいスラスト荷重に対処することが可能になる。例えば、風上方向に沿うスラスト荷重が、その反対方向に沿うスラスト荷重よりも大きいことが予想される場合がある。この場合、二次構造体と一次構造体との間の角度は、荷重支持構造体が、風上方向に沿って、その反対方向よりも大きいスラスト荷重に対処することができるように有利に選択することができる。

荷重支持構造体は、一方のエネルギー発生ユニットの風力タービンブレードと、他方の一次構造体及び二次構造体並びにタワー構造体との間の衝突が回避されるように有利に設計することができる。例えば、一次構造体は、タワー構造体から僅かに前方に、すなわち風上に向かって延出しており、したがって、風力タービンブレードを、タワー構造体の前方に位置決めすることができる。これにより、一次構造体の両側に延在する二次構造体を、風力タービンブレードの位置の背後の位置において、タワー構造体に取り付けることも可能になる。

単一のタワー構造体に、上述した種類の荷重支持構造体を２つ以上取り付けることができることは排除されない。この場合、荷重支持構造体は、有利には、タワー構造体の長さに沿って上下に並べて配置することができる。

各一次構造体は、１つ以上の圧縮バーの形態とすることができる。圧縮バーは、押圧力を受けることに適したものである。圧縮バーは、例えば、管、ロッド、Ｉ型ビームのようなビーム等の形態とすることができる。

各二次構造体は、１つ以上の引張部材の形態とすることができる。引張部材は、引張力を受けることに適したものである。引張部材は、例えば、バー若しくはカーボンファイバー構造体の形態、又は、ワイヤ、ロープ等の可撓性部材の形態とすることができる。

各一次構造体は、第１の端部と第２の端部との間に延在することができ、第１の端部は、タワー構造体に配置されるか又はこのタワー構造体に近接して配置されるフレキシャ部材に取り付けられ、少なくとも１つのエネルギー発生ユニットは、第２の端部に配置されるか又はこの第２の端部に近接して配置される。

この実施の形態によれば、エネルギー発生ユニットのうちの少なくとも１つは、各一次構造体の末端部に配置される。各一次構造体の反対側の末端部は、タワー構造体における位置又はタワー構造体に近接する位置において、フレキシャ部材に取り付けられる。これに関して、「フレキシャ部材」という用語は、一次構造体が取り付けられ、取り付けられた一次構造体が、少なくとも１つの方向に沿った動作を行うことを可能にする部材を意味するように解釈されるものとする。フレキシャ部材は、そのフレキシャ部材に取り付けられた一次構造体が、２つ以上の方向に沿った動作を行うことを可能にすることが好ましい。したがって、フレキシャ部材は、そのフレキシャ部材に取り付けられた２つの一次構造体が、互いに対して制限された動作を行うことを可能にする。これにより、荷重支持構造体がスラスト荷重に対処する能力が更に改善される。

フレキシャ部材は、球面継手であるか又は球面継手を含むことができる。代替として、フレキシャ部材は、僅かに撓むことができるフレックスピン若しくは管若しくはロッドであるか、又は、そのようなフレックスピン若しくは管若しくはロッドを含むことができ、したがって、そのフレキシャ部材に取り付けられた一次構造体の制限された動作を可能にする。

タワー構造体は、長手軸を規定することができ、一次構造体のそれぞれは、タワー構造体によって規定される長手軸に対して鋭角に配される方向に沿って、タワー構造体から離れるように延在することができる。通常、タワー構造体によって規定される長手軸は、実質的に鉛直な方向に延在する。したがって、この実施の形態によれば、一次構造体は、水平ではない方向に沿って、タワー構造体から離れるように延在する。むしろ、各一次構造体は、斜め上方向又は斜め下方向に、タワー構造体から離れるように延在する。一次構造体は、斜め上方向に延在することが好ましい。

タワー構造体によって規定される長手軸と、一次構造体によって規定される方向との間に規定される角度は、荷重支持構造体の設計パラメーターとして使用することができる。
上記角度が減少すると、一次構造体及び二次構造体における引張力及び押圧力が増大し、したがって、二次構造体の予荷重が増大する。同様に、上記角度が増大すると、引張力及び押圧力が減少し、したがって、二次構造体における予荷重が減少する。これに応じて、上記角度は、望ましい予荷重が得られるように選択することができる。

二次構造体のそれぞれは、タワー構造体によって規定される長手軸に実質的に垂直に配される方向に沿って、タワー構造体から離れるように更に延在することができる。したがって、この実施の形態によれば、二次構造体は、実質的に水平な方向に沿って、タワー構造体から離れるように延在する。

提示される荷重支持機構の二次構造体は、実質的に水平な平面に配される方向に沿って延在し、荷重支持機構の一次構造体は、上記水平な平面に配されない方向に沿って延在することが好ましい。したがって、提示される荷重支持機構の一次構造体と二次構造体とは、上述したように、三次元構造を画定する。

１つの実施の形態によれば、荷重支持機構のうちの少なくとも一方に関して、第１の二次構造体によって規定される方向と、第２の二次構造体によって規定される方向とは、１つの平面に広がり、第１の二次構造体によって規定される方向は、平面に投影される、一次構造体によって規定される方向に対する第１の角度を規定し、第２の二次構造体によって規定される方向は、平面に投影される、一次構造体によって規定される方向に対する第２の角度を規定する。第１の二次構造体と第２の二次構造体とは、互いに平行でない方向に延在することが好ましい。

第１の角度は、第２の角度と等しくてもよい。上述したように、これにより、荷重支持構造体が、風上方向及びその反対方向に沿って実質的に等しい大きさのスラスト荷重に対処することが可能になる。

代替として、第１の角度と第２の角度とは、異なっていてもよく、その場合、荷重支持構造体は、１つの方向、例えば風上方向に沿って、その反対方向よりも大きいスラスト荷重に対処することができる。これについては、既に上述している。

二次構造体は、長さを調整可能とすることができる。これにより、二次構造体の微調整が可能になる。例えば、二次構造体がワイヤ、ロープ等の可撓性部材の形態であるとき、二次構造体の長さは、二次構造体に加えられる引張力によって、荷重支持構造体の使用時に増大する場合がある。この場合、重力がエネルギー発生ユニットに作用する際に、望ましい予荷重が二次構造体に付与されることを確実にするために、二次構造体の長さを時折減少させることが望ましい場合がある。更に、提示される二次構造体の長さは、二次構造体が、風力タービンの導入又は組立て時の或る長さと、風力タービンの作動時の別の長さとを有するように調整することができる。

代替として、二次構造体は、重力がエネルギー発生ユニットに作用する際に、望ましい予荷重が二次構造体に付与されることを確実にするように、十分な可撓性を有して設計することができる。又は、これを確実にするために、二次構造体に可動ジョイントを導入してもよい。

各荷重支持機構は、ヨー機構を介してタワー構造体に取り付けることができる。この実施の形態によれば、荷重支持構造体は、タワー構造体に対してヨー運動を行うことが可能になっており、したがって、エネルギー発生ユニットのローターを風上に向けることができる。

荷重支持機構のうちの２つは、タワー構造体の片側で互いに接続することができる。この実施の形態によれば、荷重支持構造体は、タワー構造体の片側でタワー構造体を「通過する」。したがって、２つの荷重支持機構間の距離は非常に短く、そのため、２つの荷重支持機構間で伝達される力が移動する距離も短い。これにより、荷重支持構造体がスラスト荷重に対処する能力が更に改善される。

少なくとも１つのエネルギー発生ユニットは、このエネルギー発生ユニットの質量中心が、このエネルギー発生ユニットと荷重支持機構との間の取付け点と実質的に一致するように、荷重支持機構に取り付けることができ、更に、取付け点は、エネルギー発生ユニットから荷重支持機構へのスラスト荷重の伝達点でもある。

この実施の形態によれば、エネルギー発生ユニットに作用する重力は、エネルギー発生ユニットが荷重支持構造体に取り付けられる位置と実質的に一致する作用点、すなわち、荷重支持構造体がエネルギー発生ユニットを支持する点と実質的に一致する作用点を有する。したがって、エネルギー発生ユニットに作用する重力によるエネルギー発生ユニットの傾動は、最小限に抑えられるか又は更には排除される。この結果、荷重支持構造体にねじり振動が加わるリスクが大幅に低減するとともに、発生し得る荷重支持構造体のねじり振動の大きさが最小限に抑えられる。

更に、エネルギー発生ユニットの荷重支持構造体への取付け点は、エネルギー発生ユニットから荷重支持構造体へのスラスト荷重の伝達点でもある。したがって、荷重支持構造体がスラスト荷重に対処する能力が更に改善される。

第２の態様によれば、本発明は、少なくとも１つの本発明の第１の態様に係る荷重支持構造体が接続されたタワー構造体を備える、マルチローター風力タービンを提供する。したがって、上記の見解は、ここでも等しく当てはまる。

第３の態様によれば、本発明は、タワー構造体と、少なくとも１つの本発明の第１の態様に係る荷重支持構造体とを備えるマルチローター風力タービンを組み立てる方法であって、
タワー構造体を直立させるステップと、
荷重支持構造体をタワー構造体のベースに配置するステップであって、第１の荷重支持機構及び第２の荷重支持機構が、タワー構造体の両側でタワー構造体から離れるように延在し、第１の荷重支持機構及び第２の荷重支持機構には、少なくとも１つのエネルギー発生ユニットの少なくとも一部がそれぞれ取り付けられる、ステップと、
荷重支持機構のそれぞれの二次構造体のそれぞれを、タワー構造体に取り付けるステップと、
第１の荷重支持機構の質量中心と第２の荷重支持機構の質量中心とが、タワー構造体の中心線からタワー構造体の半径の０％〜１５０％の距離を置いてタワー構造体を通過する線によって相互接続されるまで、二次構造体のうちの少なくともいくつかの長さを調整するステップと、
荷重支持構造体を、タワー構造体に沿って作動高さまで吊り上げるステップと、
を含む、方法を提供する。

本発明の第３の態様に係る方法では、最初に、タワー構造体を組み立てる。次に、第１の荷重支持機構及び第２の荷重支持機構を伴う荷重支持構造体、すなわち、本発明の第１の態様に関して上述した種類の荷重支持構造体を、タワー構造体のベースに配置する。第１の荷重支持機構及び第２の荷重支持機構が、タワー構造体の両側でタワー構造体から離れるように延在するように、荷重支持構造体を位置決めする。

第１の荷重支持機構及び第２の荷重支持機構には、少なくとも１つのエネルギー発生ユニットの少なくとも一部がそれぞれ取り付けられる。これにより、更に後述するように、荷重支持機構の全重量が大幅に増大する。例えば、各荷重支持機構には、ナセルと、一式の風力タービンブレードを支持するローターとを備える、完全なエネルギー発生ユニットを取り付けることができる。代替として、エネルギー発生ユニットの一部のみを、例えば、ナセルのみ、ナセル及びローターのみ、又は、ナセル、ローター及び風力タービンブレードのうちのいくつかのみを、各荷重支持機構に取り付けてもよい。

次に、荷重支持機構のそれぞれの二次構造体のそれぞれを、タワー構造体に取り付ける。したがって、各二次構造体に関して言えば、一方の端部を、タワー構造体の取付け点に取り付け、別の端部を、エネルギー発生ユニットに近接する位置において、対応する一次構造体に取り付ける。

次に、第１の荷重支持機構の質量中心と第２の荷重支持機構の質量中心とが、タワー構造体の中心線からタワー構造体の半径の０％〜１５０％の距離、例えば半径の０％〜１２５％の距離、例えば半径の０％〜１００％の距離、例えば半径の０％〜５０％の距離を置いてタワー構造体を通過する線によって相互接続されるまで、二次構造体のうちの少なくともいくつかの長さを調整する。上記線は、タワー構造体の半径の０％〜１００％の距離を置いてタワー構造体を通過する場合、タワー構造体と実際に交差する。

荷重支持機構のそれぞれは、一次構造体と、二次構造体と、荷重支持機構によって支持されるエネルギー発生ユニット又はエネルギー発生ユニットの一部との合計質量に基づき、質量中心を規定する。エネルギー発生ユニットによる合計質量への寄与率は、一次構造体及び二次構造体による寄与率をはるかに上回る。したがって、エネルギー発生ユニット又はエネルギー発生ユニットの一部の位置は、荷重支持機構の質量中心の位置に大きな影響を与える。

二次構造体は、対応する一次構造体の一部とタワー構造体とを相互接続しているので、二次構造体の長さが調整されると、一次構造体のタワー構造体に対する向きも調整される。エネルギー発生ユニットは、一次構造体に取り付けられているので、この調整により、エネルギー発生ユニットのタワー構造体に対する位置が移動する。これに応じて、荷重支持機構の質量中心の位置も、タワー構造体に対して移動する。

荷重支持機構の質量中心は、荷重支持機構の質量中心を相互接続する線が、タワー構造体と交差するか、又は、例えばタワー構造体の中心線からタワー構造体の半径の０％〜１５０％の距離内で、タワー構造体に接近してタワー構造体を通過する位置まで移動されることが有利である。なぜなら、そうすることにより、荷重支持構造体は、タワー構造体に対して均衡がとれ、タワー構造体に沿って均衡がとれた状態で吊り上げることができるからである。したがって、荷重支持機構のこの位置は、風力タービンの組立て時、特に、荷重支持機構をタワー構造体に沿って作動高さまで吊り上げる際に好適である。

こうして、最後に、荷重支持構造体を、タワー構造体に沿って作動高さまで吊り上げる。

方法は、荷重支持構造体が作動高さまで吊り上げられた場合に、第１の荷重支持機構の質量中心と第２の荷重支持機構の質量中心とを相互接続する線が、タワー構造体と交差しなくなるまで、二次構造体のうちの少なくともいくつかの長さを再調整するステップを更に含むことができる。

この実施の形態によれば、荷重支持構造体が作動高さに到達し、したがって、吊上げが完了したら、質量中心を相互接続する線がタワー構造体と交差しなくなるまで、二次構造体のうちの少なくともいくつかの長さを再度調整する。これにより、荷重支持機構の質量中心は、タワーの同じ側に配されることになる。これにより、ローター及び風力タービンブレードが、一次構造体、二次構造体及びタワー構造体から十分離れた位置に位置決めされ、したがって、作動時の衝突のリスクが最小限に抑えられる。そのため、この位置は、風力タービンの通常作動時に好適である。したがって、この実施の形態によれば、二次構造体は、風力タービンの組立て時、特に荷重支持構造体の吊上げ時の「導入位置」と、風力タービンの組立て完了時の「作動位置」とに調整される。

二次構造体のうちの少なくともいくつかの長さを調整するステップは、荷重支持機構のそれぞれの第１の二次構造体の長さを増大させること、及び／又は、荷重支持機構のそれぞれの第２の二次構造体の長さを減少させることを含むことができる。提示される荷重支持機構の二次構造体は、一次構造体の両側に延在するので、一方の二次構造体の長さを増大させるとともに他方の二次構造体の長さを減少させると、一次構造体が移動し、したがって、エネルギー発生ユニット及び質量中心の位置が同じ方向に移動する。

二次構造体のうちの少なくともいくつかの長さを調整するステップにより、第１の荷重支持機構の質量中心と、第２の荷重支持機構の質量中心とが、互いに平行な方向に移動することができる。この実施の形態によれば、第１の荷重支持機構の二次構造体の長さの調整は、第２の荷重支持機構の二次構造体の長さの調整と協調される。例えば、荷重支持機構の質量中心が、タワー構造体の同じ側に配されている場合、二次構造体の長さは、それらの質量中心が互いに平行な方向に沿ってタワー構造体に向かって移動するように、調整することができる。

二次構造体のうちの少なくともいくつかの長さを調整するステップにより、第１の荷重支持機構の質量中心と、第２の荷重支持機構の質量中心とが、水平成分及び下向き成分を有する方向に移動することができる。この実施の形態によれば、荷重支持機構の質量中心は、水平に、例えばタワー構造体に向かう方向に下方へ移動する。そうすることにより、リフト点を、荷重支持機構の質量中心の上方に実現することができる。これにより、均衡が更に改善される。

荷重支持構造体を吊り上げるステップは、ジャッキ機構を使用して行うことができる。この実施の形態によれば、荷重支持構造体を作動高さまで吊り上げるために、外部クレーンは必要とされない。更に、通常は、ジャッキ機構がタワー構造体に取り付けられ、したがって、荷重支持機構とジャッキ機構との接点は、荷重支持機構の質量中心を相互接続する線において又はこの線の近くに配置される。

第４の態様によれば、本発明は、本発明の第１の態様に係る荷重支持構造体を操作する方法であって、
荷重支持構造体をヨー機構に隣接して配置するステップであって、第１の荷重支持機構及び第２の荷重支持機構は、ヨー機構の両側でヨー機構から離れるように延在し、第１の荷重支持機構及び第２の荷重支持機構には、少なくとも１つのエネルギー発生ユニットの少なくとも一部がそれぞれ取り付けられる、ステップと、
荷重支持機構のそれぞれの二次構造体のそれぞれをヨー機構に取り付けるステップと、
第１の荷重支持機構の質量中心と、第２の荷重支持機構の質量中心とが、ヨー機構の中心線からヨー機構の半径の０％〜１５０％の距離を置いてヨー機構を通過する線によって相互接続されるまで、二次構造体のうちの少なくともいくつかの長さを調整するステップと、
を含む、方法を提供する。

本発明の第４の態様に係る方法は、本発明の第３の態様に係る方法に非常に類似しているため、ここでは詳細に記載しない。しかしながら、本発明の第４の態様に係る方法では、荷重支持機構の二次構造体は、ヨー機構に取り付けられ、タワー構造体に接続されることは排除されないものの必ずしもタワー構造体に接続されない。これにより、例えば、荷重支持機構を風力タービンの稼働現場まで搬送するために、荷重支持構造体及びヨー機構を別々に取り扱うことが可能になる。

荷重支持機構の質量中心は、質量中心を相互接続する線がヨー機構と交差するか又はヨー機構に接近して通過するように配置されるので、荷重支持構造体は、ヨー機構を持ち上げることにより、安定かつ均衡がとれた状態で持ち上げることができる。

方法は、ヨー機構及び荷重支持構造体を、タワー構造体に沿って作動高さまで吊り上げるステップを更に含むことができる。この実施の形態によれば、荷重支持構造体は、ヨー機構を持ち上げることにより、タワー構造体における作動高さまで更に吊り上げられる。

以下、本発明を、添付図面を参照して更に詳細に記載する。

本発明の一実施形態に係る２つの荷重支持構造体を備えるマルチローター風力タービンの正面図である。 図１のマルチローター風力タービンの側面図である。 図１及び図２のマルチローター風力タービンの上面図である。 図１〜図３のマルチローター風力タービンの詳細図である。 図１〜図３のマルチローター風力タービンの詳細図である。 図１〜図３のマルチローター風力タービンの詳細図である。 図１〜図３のマルチローター風力タービンの詳細図である。 通常作動時の本発明の一実施形態に係る荷重支持構造体を或る角度から示す図である。 通常作動時の本発明の一実施形態に係る荷重支持構造体を或る角度から示す図である。 通常作動時の本発明の一実施形態に係る荷重支持構造体を或る角度から示す図である。 マルチローター風力タービンの組立て時の図８〜図１０の荷重支持構造体を或る角度から示す図である。 マルチローター風力タービンの組立て時の図８〜図１０の荷重支持構造体を或る角度から示す図である。 マルチローター風力タービンの組立て時の図８〜図１０の荷重支持構造体を或る角度から示す図である。 マルチローター風力タービンの組立て時の図８〜図１０の荷重支持構造体を或る角度から示す図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る２つの荷重支持構造体３を支持するタワー構造体２を備えるマルチローター風力タービン１の正面図である。荷重支持構造体３は、タワー構造体２の長さに沿って、上下に並べて配置される。

各荷重支持構造体３は、図１の観察角度から見て、タワー構造体２の両側でタワー構造体２から離れるように延在する、２つの荷重支持機構４を備える。各荷重支持機構４は、エネルギー発生ユニット５を支持し、各エネルギー発生ユニット５は、ナセル６と、３つの風力タービンブレード８を支持するローター７とを備える。

各荷重支持機構４は、管の形態の一次構造体９と、ダブルワイヤの形態の２つの二次構造体１０とを備える。図１では、各荷重支持機構４の二次構造体１０のうちの一方のみが見えている。

一次構造体９は、タワー構造体２によって規定される実質的に鉛直な長手軸に対して鋭角をなす方向に沿って、タワー構造体２から離れるように延在する。したがって、一次構造体９は、斜め上方向に沿って、タワー構造体２から離れるように延在する。

二次構造体１０は、タワー構造体２によって規定される実質的に鉛直な長手軸に実質的に垂直な方向に沿って、タワー構造体２から離れるように延在する。したがって、二次構造体１０は、実質的に水平な方向に沿って、タワー構造体２から離れるように延在する。これに応じて、提示される荷重支持機構４の一次構造体９が延在する方向と、荷重支持機構４の二次構造体１０が延在する平面との間に、角度が規定される。

二次構造体１０は、ヨー機構１１を介してタワー構造体２に取り付けられており、ローター７を風上に向けるために、荷重支持構造体３全体が、タワー構造体２に対してヨー運動を行うことが可能である。

一次構造体９は、フレキシャ部材に接続されている。フレキシャ部材は、図１の観察方向に従うと、タワー構造体２の背後に配置されているため、図１では見えていない。フレキシャ部材は、一次構造体９がフレキシャ部材に対して動作することを可能にするように構成され、したがって、一次構造体９の小さな動きをタワー構造体２に伝達することなく吸収することができる。フレキシャ部材は、図４及び図５を参照しながら更に詳細に後述する。

したがって、提示される荷重支持構造体３の一次構造体９及び荷重支持構造体３の二次構造体１０は、タワー構造体２の長さに沿った別々の位置において、タワー構造体２に取り付けられる。

エネルギー発生ユニット５に重力が作用すると、一次構造体９と二次構造体１０との相対位置により、一次構造体９における押圧力及び二次構造体１０における引張力が生じる。したがって、エネルギー発生ユニット５に作用する重力によって、二次構造体１０に予荷重が付与される。

マルチローター風力タービン１の作動時、スラスト力が、風上方向又はその反対方向において、エネルギー発生ユニット５に作用する。これが起こると、荷重支持機構４のそれぞれの二次構造体１０のうちの一方における引張力が減少し、他方の二次構造体１０における引張力が増大する。しかしながら、エネルギー発生ユニット５に作用する重力によって二次構造体１０に付与される予荷重は、引張力が減少した二次構造体１０が緊張したままとなることを確実にするように十分大きいものである。したがって、荷重支持構造体１は、マルチローター風力タービン１の作動時に加えられるスラスト力に対処することができる。

図２は、図１のマルチローター風力タービン１の側面図である。図２において、一次構造体９は、タワー構造体２の背後の位置からタワー構造体２の前方の位置まで延在し、したがって、エネルギー発生ユニット５のローター７を、タワー構造体２の前方で風上に向けて位置決めすることを見て取ることができる。

更に、各荷重支持機構４の二次構造体１０のうちの一方は、タワー構造体２の背後の取付け点からエネルギー発生ユニット５の位置まで延在することを見て取ることができる。これについては、図３を参照しながら更に詳細に後述する。

図３は、図１及び図２のマルチローター風力タービン１の上面図である。図３において、各荷重支持機構４は、２つの二次構造体１０を備え、二次構造体１０は、一次構造体９の両側で、エネルギー発生ユニット５の位置からタワー構造体２におけるそれぞれの取付け点まで延在することを見て取ることができる。このことと、図１を参照しながら上述したように一次構造体９が斜め上方向に延在することとを組み合わせた結果として、各荷重支持機構４の一次構造体９と二次構造体１０とが三次元構造体を形成し、エネルギー発生ユニット５に作用する重力によって、適切な予荷重が二次構造体１０に付与されることが確実になる。

各荷重支持機構４に関して、二次構造体１０のうちの一方は、スペーサー機構１２上に配される取付け点を介してタワー構造体２に取り付けられ、その際、取付け点は、タワー構造体２の背後でタワー構造体２から距離を置いて配される。他方の二次構造体１０は、タワー構造体２の前方でタワー構造体２に接近して配置される取付け点において、タワー構造体２に取り付けられる。図２を参照しながら上述したように、一次構造体９は、タワー構造体２の背後の位置からタワー構造体２の前方の位置まで延在する。これにより、エネルギー発生ユニット５のそれぞれのローター７を、タワー構造体２の前方かつ一次構造体９及び双方の二次構造体１０の前方に配置することが可能になる。それにより、風力タービンブレード８は、これらの構造体から離して維持され、衝突のリスクが最小限に抑えられる。

図４は、図１〜図３のマルチローター風力タービン１の詳細図を示しており、荷重支持構造体３のタワー構造体２への取付けを示している。各荷重支持機構４の二次構造体１０のうちの一方は、スペーサー機構１２に取り付けられることを見て取ることができる。スペーサー機構１２は、ひいてはヨー機構１１の可動部に取り付けられる。各荷重支持機構４の他方の二次構造体１０は、ヨー機構１１の可動部に直接取り付けられる。

各荷重支持機構４の一次構造体９は、一次構造体９がフレキシャ部材１３に対して動作を行うことを可能にするように構成されるフレキシャ部材１３に接続される。一次構造体９は、一次構造体９とヨー機構１１とを相互接続するブラケットシステム１４に更に接続される。ブラケットシステム１４は、荷重支持構造体３全体をヨー機構１１によってタワー構造体２に対して回動させることを可能にするために、ブラケットシステム１４に必要とされる剛性及び安定性を提供する、複数のビームを備える。

図５は、フレキシャ部材１３を更に詳細に示している。各一次構造体９は、可撓性のカップリング１５を介してフレキシャ部材１３に接続されており、一次構造体９は、フレキシャ部材１３に対して動作を行うことが可能である。したがって、フレキシャ部材１３に接続された２つの一次構造体９は、互いに対して固定されていない。これにより、荷重支持構造体３がスラスト荷重に対処する能力が改善される。

図６は、図１〜図３のマルチローター風力タービン１の詳細図を示しており、荷重支持機構４のうちの一方を斜視図で示している。二次構造体１０は、エネルギー発生ユニット５に近接する位置において一次構造体９に取り付けられ、これらの二次構造体１０は、互いに平行でない方向に沿って、タワー構造体２に向かって延在することを見て取ることができる。また、一次構造体９と二次構造体１０とが三次元構造を画定すること、すなわち、一次構造体９と二次構造体１０とは、１つの平面に含まれない方向に沿って延在することが、図６から明らかである。

図７は、エネルギー発生ユニット５における二次構造体１０の接続部を更に詳細に示している。

図８は、本発明の一実施形態に係る荷重支持構造体３の正面図である。図８の荷重支持構造体３は、図１〜図７に示されている荷重支持構造体３と非常に類似しており、したがって、ここでは詳細に記載しない。

図１〜図７を参照して上述したように、荷重支持構造体３は、一次構造体９及び２つの二次構造体１０をそれぞれ備える、２つの荷重支持機構４を備える。更に、各荷重支持機構４は、ナセル６と、３つの風力タービンブレード８を支持するローター７とを備えるエネルギー発生ユニット５を支持する。

荷重支持機構４のそれぞれは、一次構造体９と、二次構造体１０と、荷重支持機構４によって支持されるエネルギー発生ユニット５との合計質量に基づき、質量中心を規定する。エネルギー発生ユニット５による合計質量への寄与率は、一次構造体９及び二次構造体１０による寄与率をはるかに上回る。したがって、エネルギー発生ユニット５の位置は、荷重支持機構４の質量中心の位置に大きな影響を与える。

二次構造体１０の長さは、調整可能であり、一次構造体９及び二次構造体１０の向きは、二次構造体１０の長さを調整することによって調整することができる。図１〜図７を参照しながら上述したように、エネルギー発生ユニット５は、一次構造体９に取り付けられるので、二次構造体１０の長さが調整されると、エネルギー発生ユニット５の位置も調整される。これに応じて、荷重支持機構４の質量中心の位置も調整される。

図８において、二次構造体１０は、エネルギー発生ユニット５を、作動位置に、すなわち、風力タービンの通常作動時に好適な位置に位置決めする長さにそれぞれ調整されている。これについては、図９及び図１０を参照しながら更に後述する。

図９は、図８の荷重支持構造体３の上面図である。一次構造体９は、図２及び図３を参照しながら上述したように、荷重支持構造体２が取り付けられるタワー構造体２の背後の位置から、タワー構造体２の前方の位置まで延在し、したがって、各エネルギー発生ユニット５のローター７を、タワー構造体２の前方かつ対応する荷重支持機構４の一次構造体９及び二次構造体１０の前方に位置決めすることを見て取ることができる。したがって、風力タービンブレード８は、これらの構造体から離して維持され、通常作動時の衝突のリスクが最小限に抑えられる。したがって、この位置は、マルチローター風力タービンの通常作動時の使用に好適である。

図９の荷重支持構造体３のエネルギー発生ユニット５の位置により、２つの荷重支持機構４の質量中心は、タワー構造体２の前方に配置される。そのため、荷重支持機構のうちの一方の荷重支持機構の質量中心と他方の荷重支持機構４の質量中心とを相互接続する仮想線は、タワー構造体２の前方を通過し、したがって、タワー構造体２に交差しない。このことは、風力タービンの組立て時、特に、タワー構造体２に沿った荷重支持構造体３の吊上げ時には都合が悪い。なぜなら、荷重支持構造体とタワー構造体との均衡がとれなくなるからである。したがって、エネルギー発生ユニット５のこの位置は、風力タービンの導入又は組立て時にはあまり好適でない。

図１０は、図８及び図９の荷重支持構造体３の側面図である。一次構造体９は、タワー構造体２の背後の位置からタワー構造体２の前方の位置まで延在し、エネルギー発生ユニット５のローター７を、タワー構造体２、一次構造体９及び二次構造体１０から離して位置決めすることを明確に見て取ることができる。

図１１〜図１４は、図８〜図１０の荷重支持構造体３を様々な角度から示している。図１１は、図８の図に対応する正面図であり、図１２は、図９の図に対応する上面図であり、図１３は、図１０の図に対応する側面図であり、図１４は、斜視図である。

図１１〜図１４では、明確のために、エネルギー発生ユニットが省略されていることに留意されたい。省略されているが、エネルギー発生ユニットは、実際には存在することが理解される。

図１１〜図１４に示されている状況では、図８〜図１０に示されている上述の状況と比較して、二次構造体１０の長さが調整されている。より具体的には、各荷重支持機構４の第１の二次構造体１０ａの長さが増大し、各荷重支持機構４の第２の二次構造体１０ｂの長さが減少している。結果として、一次構造体９のそれぞれの向きが変化している。これを説明するために、図１１〜図１４には、図８〜図１０の一次構造体９及び二次構造体１０の位置も示されており、これらの位置の参照符号は、「プライム」記号で標識されている。

図１１〜図１４において、二次構造体１０の長さを調整することで、各一次構造体９の一端部が、図８〜図１０に示されている位置と比較して下方かつ後方に移動された位置に配置されることを見て取ることができる。これに応じて、荷重支持機構４の質量中心も相応に移動されている。

結果として、図１２に示されているように、荷重支持機構４の質量中心は、質量中心を相互接続する仮想線１６がタワー構造体２に交差する位置に移動されている。また、図８〜図１０に示されている状況では、対応する線がタワー構造体２の前方を通過することが、図１２から明らかである。

図１１〜図１４の荷重支持機構４の質量中心の位置は、風力タービンの組立て時、特に、荷重支持構造体３をタワー構造体２に沿って作動高さまで吊り上げる際に非常に好適である。荷重支持機構４の質量中心を相互接続する仮想線１６は、タワー構造体に交差するので、荷重支持構造体は、タワー構造体に対して均衡がとれており、したがって、吊上げプロセスをより安定に実行することができる。

Claims (16)

1. マルチローター風力タービン（１）の荷重支持構造体（３）であって、該荷重支持構造体（３）は、前記マルチローター風力タービン（１）の２つ以上のエネルギー発生ユニット（５）を支持するとともに、前記マルチローター風力タービン（１）のタワー構造体（２）に接続されるように構成され、該荷重支持構造体（３）は、
   第１の荷重支持機構（４）及び第２の荷重支持機構（４）を備え、
   各荷重支持機構（４）は、少なくとも１つのエネルギー発生ユニット（５）を支持するように構成され、
   各荷重支持機構（４）は、一次構造体（９）及び少なくとも２つの二次構造体（１０）を備え、
   前記二次構造体（１０）は、前記一次構造体（９）の両側で、前記荷重支持機構（４）によって支持されるエネルギー発生ユニット（５）と、前記タワー構造体（２）における取付け点との間に延在し、
   前記エネルギー発生ユニット（５）に作用する重力によって、前記一次構造体（９）における押圧力及び前記二次構造体（１０）における引張力が生じ、前記二次構造体（１０）に予荷重が付与され、
   前記一次構造体（９）は、前記タワー構造体（２）の背後の位置から前記タワー構造体（２）の前方の位置まで延在し、前記エネルギー発生ユニット（５）のローター（７）が、前記タワー構造体（２）の前方で位置決めされる、荷重支持構造体。
2. 請求項１に記載の荷重支持構造体（３）であって、各一次構造体（９）は、１つ以上の圧縮バーの形態である、荷重支持構造体。
3. 請求項１又は２に記載の荷重支持構造体（３）であって、各二次構造体（１０）は、１つ以上の引張部材の形態である、荷重支持構造体。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の荷重支持構造体（３）であって、各一次構造体（９）は、第１の端部と第２の端部との間に延在し、前記第１の端部は、前記タワー構造体（２）に配置されるか又は該タワー構造体（２）に近接して配置されるフレキシャ部材（１３）に取り付けられ、少なくとも１つのエネルギー発生ユニット（５）は、前記第２の端部に配置されるか又は該第２の端部に近接して配置される、荷重支持構造体。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の荷重支持構造体（３）であって、前記タワー構造体（２）は、長手軸を規定し、前記一次構造体（９）のそれぞれは、前記タワー構造体（２）によって規定される前記長手軸に対して鋭角に配される方向に沿って、前記タワー構造体（２）から離れるように延在する、荷重支持構造体。
6. 請求項５に記載の荷重支持構造体（３）であって、前記荷重支持機構（４）のうちの少なくとも一方に関して、第１の二次構造体（１０）によって規定される方向及び第２の二次構造体（１０）によって規定される方向は、１つの平面に広がり、前記第１の二次構造体（１０）によって規定される前記方向は、前記平面に投影され、前記一次構造体（９）によって規定される前記方向に対する第１の角度を規定し、前記第２の二次構造体（１０）によって規定される前記方向は、前記平面に投影され、前記一次構造体（９）によって規定される前記方向に対する第２の角度を規定する、荷重支持構造体。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の荷重支持構造体（３）であって、前記二次構造体（１０）は、長さが調整可能である、荷重支持構造体。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の荷重支持構造体（３）であって、前記荷重支持機構（４）のうちの２つは、前記タワー構造体（２）の片側で互いに接続される、荷重支持構造体。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の荷重支持構造体（３）であって、少なくとも１つのエネルギー発生ユニット（５）は、該エネルギー発生ユニット（５）の質量中心が、該エネルギー発生ユニット（５）と前記荷重支持機構（４）との間の取付け点と実質的に一致するように、荷重支持機構（４）に取り付けられ、更に、前記取付け点は、前記エネルギー発生ユニット（５）から前記荷重支持機構（４）へのスラスト荷重の伝達点でもある、荷重支持構造体。
10. マルチローター風力タービン（１）であって、少なくとも１つの請求項１〜９のいずれか１項に記載の荷重支持構造体（３）が接続されたタワー構造体（２）を備える、マルチローター風力タービン。
11. タワー構造体（２）と、少なくとも１つの請求項１〜９のいずれか１項に記載の荷重支持構造体（３）とを備えるマルチローター風力タービン（１）を組み立てる方法であって、
    前記タワー構造体（２）を直立させるステップと、
    第１の荷重支持機構（４）及び第２の荷重支持機構（４）が、前記タワー構造体（２）の両側で前記タワー構造体（２）から離れるように延在し、前記第１の荷重支持機構（４）及び前記第２の荷重支持機構（４）には、少なくとも１つのエネルギー発生ユニット（５）の少なくとも一部がそれぞれ取り付けられる、荷重支持構造体（３）を前記タワー構造体（２）のベースに配置するステップと、
    前記荷重支持機構（４）のそれぞれの前記二次構造体（１０）のそれぞれを、前記タワー構造体（２）に取り付けるステップと、
    前記第１の荷重支持機構（４）の質量中心と前記第２の荷重支持機構（４）の質量中心とが、前記タワー構造体（２）の中心線から前記タワー構造体（２）の半径の０％〜１５０％の距離を置いて前記タワー構造体（２）を通過する仮想線（１６）によって相互接続されるまで、前記二次構造体（１０）のうちの少なくともいくつかの長さを調整するステップと、
    前記荷重支持構造体（３）を、前記タワー構造体（２）に沿って作動高さまで吊り上げるステップと、
    を含む、方法。
12. 前記荷重支持構造体（３）が前記作動高さまで吊り上げられた際に、前記第１の荷重支持機構（４）の前記質量中心と前記第２の荷重支持機構（４）の前記質量中心とを相互接続する前記仮想線（１６）が、前記タワー構造体（２）と交差しなくなるまで、前記二次構造体（１０）のうちの少なくともいくつかの長さを再調整するステップを更に含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記二次構造体（１０）のうちの少なくともいくつかの長さを調整するステップは、前記荷重支持機構（４）のそれぞれの第１の二次構造体（１０ａ）の長さを増大させること、及び／又は、前記荷重支持機構（４）のそれぞれの第２の二次構造体（１０ｂ）の長さを減少させることを含む、請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記二次構造体（１０）のうちの少なくともいくつかの長さを調整するステップにより、前記第１の荷重支持機構（４）の前記質量中心と、前記第２の荷重支持機構（４）の前記質量中心とが、互いに平行な方向に移動する、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記二次構造体（１０）のうちの少なくともいくつかの長さを調整するステップにより、前記第１の荷重支持機構（４）の前記質量中心と、前記第２の荷重支持機構（４）の前記質量中心とが、水平成分及び下向き成分を有する方向に移動する、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の荷重支持構造体（３）を操作する方法であって、
    第１の荷重支持機構（４）及び第２の荷重支持機構（４）は、ヨー機構（１１）の両側で前記ヨー機構（１１）から離れるように延在し、前記第１の荷重支持機構（４）及び前記第２の荷重支持機構（４）には、少なくとも１つのエネルギー発生ユニット（５）の少なくとも一部がそれぞれ取り付けられる、前記荷重支持構造体（３）を前記ヨー機構（１１）に隣接して配置するステップと、
    前記荷重支持機構（４）のそれぞれの前記二次構造体（１０）のそれぞれを前記ヨー機構（１１）に取り付けるステップと、
    前記第１の荷重支持機構（４）の質量中心と、前記第２の荷重支持機構（４）の質量中心とが、前記ヨー機構（１１）の中心線から前記ヨー機構（１１）の半径の０％〜１５０％の距離を置いて前記ヨー機構（１１）を通過する仮想線（１６）によって相互接続されるまで、前記二次構造体（１０）のうちの少なくともいくつかの長さを調整するステップと、
    を含む、方法。

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