JP7116863B2 - 吊り下げられた荷重物を回転させるアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、吊り下げられた荷重物を制御された安全な方式で操作するアセンブリに関する。特に、本発明は、風力タービン関連コンポーネントを、洋上の環境において制御された安全な方式で略鉛直軸の周りに回転させるアセンブリに関する。

風力タービンの設置の分野では、大型かつ重量の大きな風力タービン関連コンポーネント、例えば、風力タービンタワー全体、風力タービンタワーセクション、ナセル、ローターブレード、コンテナー又は他の風力タービン関連荷重物を、制御された安全な方式で操作できることが特に重要である。また、洋上での設置に関して、例えば風力タービンタワー全体が洋上基礎に配置される場合、そのような大型かつ重量の大きな風力タービンコンポーネントを正確に位置決めできることが特に重要である。

従来、吊り下げられた風力タービンタワーは、洋上基礎において作業する訓練された人員によって所定位置に移動される。洋上基礎に人員が配置されることには、明らかにリスクが存在する。また、吊り下げられた風力タービンタワーがその長手軸の周りに回転される場合、設置員は、風力タービンタワーが吊り下げられているクレーンのフックの回転特性に依拠して、通例は風力タービンタワーに取り付けられた１組のタグライン、フック、又はフックとタワーとの間に配置されたリフトヨークを用いて手動で、風力タービンタワーを回転させなければならない。

例えば、９０メートルの高さの風力タービンタワーを手動で回転させることは、特に洋上の環境では、非常に困難かつ危険な操作であることが明らかである。

吊り下げられた荷重物の略鉛直軸の周りでの回転を制御された安全な方式で可能にする機構を提供することを、本発明の実施形態の目的とみなすことができる。

上記の目的は、第１の態様において、吊り下げられた荷重物を略鉛直軸の周りに回転させるアセンブリであって、
１）回転されることになる吊り下げられた荷重物と固定関係にあるように構成された内側リムと、
２）外側リムであって、吊り下げられた荷重物の回転時に、内側リム及び外側リムが互いに対して回転運動を行うように構成されるように内側リムに係合する、外側リムと、
３）内側リムと外側リムとの間の相対回転運動を実行する駆動ユニットと、
を備える、アセンブリを提供することによって達成される。

本発明のアセンブリは、例えば、リフトヨークに取り付けられるように構成されたツールとすることもできるし、本発明のアセンブリは、例えば荷重物に接続されることによって、回転されることになる荷重物の一部を形成することもでき、したがってヨークから離して配置することもできる。本発明のアセンブリを用いて、風力タービンタワー全体、風力タービンタワーセクション、ナセル、ローターブレード又はコンテナー等の風力タービン関連荷重物を回転させることができる。本発明のアセンブリは、洋上での設置に関して、特に風力タービンタワー全体を洋上基礎に配置する場合に、特に有用である。

本発明のアセンブリは、荷重物の重量を支持することは意図されていない。むしろ、アセンブリは、吊り下げられた荷重物を、鉛直軸の周りに制御された安全な方式で回転させることができるように促進するものであり、このことは、例えば洋上での設置に関して特に重要である。

吊り下げられた荷重物をその周りに回転させることになる鉛直軸は、荷重物自体の中心軸、例えば長手軸と一致することができる。したがって、風力タービンタワー又は風力タービンタワーセクションは、クレーンから吊り下げられている間に長手軸の周りに回転することができる。

アセンブリの内側リムは、輪状部材の形態をとることができ、一方、外側リムは、輪状部材の一部分の形態、例えば輪状部材全体の約半分の形態をとることができる。

吊り下げられた荷重物の制御された安全な回転を促進するために、外側リムは、１つ以上の調整可能な固定点を備えることができる。これらの１つ以上の固定点は、手動又は自動のいずれかで調整可能であり、接線方向、径方向及び／又は鉛直方向に調整することができるという点で、調整可能とすることができる。本発明のアセンブリは、アセンブリの外部の１つ以上の定点（fixed points）に対する外側リムの回転を制限する固定機構を更に備えることができる。固定機構は、１つ以上の固定点に及びアセンブリの外部の１つ以上の定点に取り付けられた１つ以上のタグラインを介して、略一定の張力を１つ以上の調整可能な固定点に付与するように構成することができる。したがって、１つ以上の調整可能な固定点は、荷重物を吊り上げるように構成されたリフトヨークのタグラインシステムを取り付けるように構成することができる。

吊り下げられた荷重物の制御された安全な回転を確実にするために、駆動ベルト等のベルト部材を、内側リムに取り付けるとともに内側リムの周囲に配することができる。ベルト部材は、内側リムの外周面の周囲のガイドトラックに配置することができる。駆動ユニットは、内側リムと外側リムとの間の相対回転運動を実行するために、上記ベルト部材と係合するように構成することができる。

代替的な実施形態において、内側リムは、ベルト部材の代わりに歯付き面を有することができる。この実施形態において、駆動ユニットは、内側リムと外側リムとの間の相対回転運動を実行するために、例えばギアを用いて、上記歯付き面と係合するように構成することができる。歯付き面は、内側リムの外周面の周囲に設けることができる。内側リムにおける歯付き面は、内側リムと外側リムとの間の連続的な回転運動を可能にし、したがって３６０度を超える荷重物の回転を可能にする点で、有利な実施形態である。

駆動ユニットは、外側リムに堅固に取り付けることができ、駆動ユニットは、内側リムと外側リムとの間の相対回転運動を実行するように、電動モーター、空圧システム又は油圧システムを備えることができる。

内側リムと外側リムとの間の回転運動を容易かつ制御された方式で実行するためには、内側リムと外側リムとの間の摩擦量を最小限に抑えるべきである。これに従い、複数の位置合わせホイールが、外側リムを内側リムに対して正確に位置決めするように設けられる。複数の位置合わせホイールのうち、１つ以上の位置合わせホイールを、内側リムの外面に沿うように構成することができ、１つ以上の他の位置合わせホイールを、内側リムの内面に沿うように構成することができる。また、１つ以上の他の位置合わせホイールを、内側リムの上面及び下面に沿うように構成することができる。複数の位置合わせホイールは、外側リムに取り付けられるそれぞれのホイール軸の周りに回転するように構成することができる。

本発明のアセンブリは、駆動ユニットの重量を相殺する（outbalancing）カウンターウェイトを更に備えることができる。カウンターウェイトは、内側リムに可動方式で作動的に接続される可動ウェイトとすることができる。アセンブリは、内側リムと外側リムとの間の回転運動時に、例えば可動ウェイトを移動させることによって、駆動ユニットの重量を自動的に相殺する制御機構を更に備えることができる。

アセンブリの使用を容易にするために、設置員及び／又は保守点検員のためのプラットフォームを設けることができる。このプラットフォームは、アセンブリの内側リムに取り付けることができる。

本発明のアセンブリは、アセンブリをリフトヨークに取り付けるように適合された１つ以上のブラケットを更に備えることができる。このリフトヨークは、風力タービンタワー全体、風力タービンタワーセクション、ナセル、ローターブレード、コンテナー又は他の風力タービン関連荷重物等の風力タービン関連荷重物を吊り上げるように構成することができる。

第２の態様において、本発明は、第１の態様に係るアセンブリを備える風力タービン関連荷重物に関する。上述したように、風力タービン関連荷重物は、風力タービンタワー全体、風力タービンタワーセクション、ナセル、ローターブレード又はコンテナーを含むことができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明を更に詳細に説明する。

風力タービンタワーを吊り上げるリフトヨークを示す図である。 リフトヨークに取り付けられた本発明のアセンブリを示す図である。 本発明のアセンブリを示す図である。 リフトヨーク及びタグラインシステムに取り付けられた本発明のアセンブリの上面図である。 内側リムの様々な回転位置を示す図である。 アセンブリの内側リムを示す図である。 アセンブリの外側リムの一実施形態を示す図である。 外側リムの一実施形態の拡大図である。 アセンブリのベルトに基づく実施形態の拡大図である。 アセンブリのベルトに基づく実施形態のための駆動ユニットである電動モーターを示す図である。

本発明は、様々な変更形態及び代替形態が可能であるが、特定の実施形態を例として図面に示すとともに本明細書において詳細に記載する。しかしながら、本発明は、開示される特定の形態に限定されることは意図されていないことが理解されるものとする。むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の趣旨及び範囲内にある全ての変更形態、均等物及び代替形態を包含する。

最も広い態様において、本発明は、吊り下げられた荷重物の略鉛直軸の周りでの回転を円滑化するアセンブリに関する。本発明のアセンブリは、リフトヨークに吊り下げられた重量の大きな荷重物に関して特に好適である。そのような重量の大きな荷重物は、風力タービンタワー全体、風力タービンタワーセクション、ナセル、ローターブレード又はコンテナー等の風力タービン関連コンポーネントを含むことができる。本発明のアセンブリは、洋上での風力タービンの設置に関して特に有用である。

図１は、例えば、風力タービンタワー１０１全体を吊り上げるリフトヨーク１０４を示している。風力タービンタワーに堅固に取り付けられたリフトヨーク１０４は、２つのベルト１０２、１０３に吊り下げられており、これらのベルト１０２、１０３は、クレーンの回転可能に装着されたフック（図示せず）と係合するように構成されている。風力タービンタワー１０１がそれ自体の長手軸の周りに回転される場合、クレーンフックの回転特性に依拠して、風力タービンタワーに取り付けられた１組のタグライン、フック、又はフックとタワーとの間に配置されたリフトヨークを用いて手動で、風力タービンタワーを回転させなければならない。

図２において、本発明のアセンブリは、風力タービンタワー全体、風力タービンタワーセクション、ナセル、ローターブレード又はコンテナー等の風力タービン関連荷重物を吊り上げるリフトヨーク２０３に取り付けられている。吊り上げられている荷重物の重量は、アセンブリではなく専らリフトヨーク２０３によって支持されている。以下に記載の図に関してより詳細に開示されるように、本発明のアセンブリは、輪の形態をとる内側リム２０１と、輪の一部分の形態をとる外側リム２０２とを備える。内側リム２０１及び外側リム２０２は、互いに対して回転運動を行うように構成されている。このようにして、内側リム２０１とリフトヨーク２０３とリフトヨーク２０３に結合された荷重物（図１の参照符号１０１）とが、内側リム２０１と外側リム２０２との間の回転運動によって鉛直軸の周りに回転自在である一方で、外側リム２０２を空間に固定することができる。少なくとも１つのタグラインを固定点２０６、２０７のそれぞれに取り付けるとともに、これらのタグラインをアセンブリの外部の定点に取り付けることによって、外側リム２０２を空間に固定することができる。タグラインは、略一定の張力を固定点２０６、２０７に付与することが好ましい。駆動ユニット２０４が、内側リム２０１と外側リム２０２との間の回転運動を実行するように設けられる。駆動ユニット２０４は、内側リム２０１と外側リム２０２との間の回転運動を実行するために、電動モーター、空圧システム又は油圧システムを備えることができる。カウンターウェイト２０５は、駆動ユニットの重量を相殺するように設けられる。図２に見て取れるように、カウンターウェイト２０５は、内側リム２０１に作動的に接続されている。駆動ユニット２０４が外側リム２０２に取り付けられ、内側リム２０１が外側リム２０２に対して回転可能に装着されるとき、内側リム２０１が外側リム２０２に対して回転する際に駆動ユニット２０４の重量を自動的に相殺する制御システムを設けることができる。

ここで、図３を参照すると、本発明のアセンブリが示されている。既に述べたように、アセンブリは、互いに対して回転可能に装着された内側リム３０１及び外側リム３０２を備える。内側リム３０１は、内側リム３０１を形成するように接続される複数のセグメントによって構成することができる。フレーム構造物３１１は、内側リム３０１を安定に保持する。また、アセンブリを例えばリフトヨークに堅固に接続できるように促進するために、複数のブラケット３０７～３１０が内側リム３０１に取り付けられる（図２を参照）。外側リム３０２は、より詳細に後述するが、既に述べたように、２つの固定点３０５、３０６と、駆動ユニット３０３とを備える。カウンターウェイト３０４は、内側リム３０１に作動的に接続されており、内側リム３０１が外側リム３０２に対して回転する際に駆動ユニット３０３の重量を自動的に相殺する制御システムを設けることができる。内側リムと外側リムとの間の鉛直方向の位置合わせを確実にする追加の位置合わせホイール８０９の一部が見えている。位置合わせホイール９１３が、内側リムの内面に沿うように配置され、それにより、動作時の内側リムと外側リムとの間の回転接続を強化する。位置合わせホイールのこの配置は、回転時にタグラインが外側リムを内側リムから引き離すことができないように促進する点で有利である。

図４は、本発明のアセンブリの機能を上面斜視図において示している。ここでも、内側リム４０６及び外側リム４０５が示されている。内側リム４０６は、好適なブラケットを介してリフトヨーク４０７に堅固に取り付けられる。また、リフトヨーク４０７は、吊り下げられることになる荷重物（図示せず）に堅固に取り付けられる。外側リム４０５のそれぞれの固定点４０３、４０４に取り付けられたタグライン４０１、４０２を介して、外側リム４０５の回転が防止される。タグライン４０１、４０２は、アセンブリの外部の定点にも取り付けられ、それにより、外側リム４０５の回転が防止される。タグライン４０１、４０２は、略一定の張力を外側リム４０５の固定点４０３、４０４に付与するように構成されたウィンチ（図示せず）に取り付けることもできる。外側リム４０５の回転が防止されているので、内側リム４０６と、ひいてはリフトヨーク４０７に吊り下げられている荷重物とを、駆動ユニット４０８を用いて制御可能な方式で回転させることができる。ウィンチ（図示せず）は、タグラインの張力が既定の閾値を超えないように張力リミッターを伴って構成することができる。このような場合、ウィンチは、張力を低下させるように動作し、その場合、固定点４０３、４０４は、移動することができる。

タグラインは、固定点から、荷重物に対して略接線方向に外側リムから離れるように延在することが好ましい（図４に示す）。なぜなら、これにより、使用時に内側リムと外側リムとの間の良好な回転接続及びタグラインから外側リムへの張力の良好な伝達が維持されるように促進されるからである。

図５には、回転が防止されている外側リム５０２に対する内側リム５０１の回転が示されている。図５ａは、非回転位置又は中心位置における内側リム５０１を示している。図５ｂにおいて、内側リム５０３は、反時計回り方向における最端位置まで回転されている。外側リム５０４は回転されていない。図５ｃにおいて、内側リム５０５は、時計回り方向における上記の反対の最端位置まで回転されている。外側リム５０６は、回転されていない。図５に示されているアセンブリでは、駆動ベルト（図示せず）が内側リムに取り付けられている。外側リムに取り付けられた駆動ユニットがこのベルトと係合し、それにより、内側リムと外側リムとの間の回転運動が確立される。駆動ベルトが内側リムにおける歯付き面に置き換えられる場合、最端位置を制限することなく、内側リムと外側リムとの間の連続的な回転運動をもたらすことができる。

図６は、本発明のアセンブリの内側リム６０１を示している。上述したように、内側リム６０１は、複数のセグメント、例えば、図６に示されているような４つのセグメントによって組み立てることができる。内側リム６０１の安定性は、フレーム構造物６０３によってもたらされる。駆動ベルト（図示せず）を収容するリセス又はトラック６０２が、内側リムの外面に設けられる。代替的な実施形態において、内側リムの外面は、例えば、駆動ユニットの回転ギアと係合するように適合された歯付き面とすることができる。

図７ａは、外側リムの一部の上面図を示している。複数の回転可能に装着されたホイール７０２及びスペーサー７０３が、外側リムの下部プレート７０１に作動的に接続されているのが見て取れる。上部プレート（図示せず）は、回転可能に装着されたホイール７０２及びスペーサー７０３の上に装着される。回転可能に装着されたホイール７０２は、内側リムが外側リムに対して回転運動可能であることを確実にするように構成されている。駆動ベルト（図示せず）と係合する追加の回転可能に装着されたホイール７０６、７０７が、駆動ユニットが取り付けられるように適合された領域７０８の近くに設けられる。湾曲セクションのそれぞれの端部には、固定点７０４、７０５が設けられる。上述したように、略一定の張力を付与するタグラインが、それぞれの固定点７０４、７０５に取り付けられるように意図される。

図７ｂは、外側リムを別の視点から示している。ここでも、下部プレート７０９と、回転可能に装着されたホイール７１０と、スペーサー７１１と、固定点７１２、７１３とが示されている。駆動ベルト（図示せず）と係合する追加の回転可能に装着されたホイール７１４、７１５も示されている。下部プレート７０９と同様の上部プレートは、外側リムの実施態様のより良い図を提供するために省略されている。

図８ａは、外側リムの一端部の拡大図を示している。ここでも、下部プレート８０１と、回転可能に装着されたホイール８０２と、スペーサー８０３と、旋回可能に装着された固定点８０４とが示されている。上部プレートは省略されている。図８ａに示されている実施形態において、固定点８０４は、装着軸の周りに旋回させることができる。代替的な実施形態において、固定点８０４は、接線方向、径方向及び／又は鉛直方向に調整可能である。鉛直方向とは、ここでは、固定点８０４がその周りに旋回する軸に対して平行な方向と理解される。上述したように、回転可能に装着されたホイール８０２は、内側リム（図示せず）との回転関係を確実にする。図８ｂは、外側リムの末端部の更なる拡大図を示している。したがって、図８ｂは、回転可能に装着されたホイール８０７と、下部プレート８０５と上部プレート８０６との間に挟まれている、旋回可能に装着された固定点８１０とを示している。内側リム（図示せず）との回転関係を確実にするように、１組の追加の位置合わせホイール８０８、８０９が設けられる。

図９ａにおいて、内側リム９０２及び外側リム９０１の一部が示されている。内側リムと外側リムとの間の回転運動は、内側リムに取り付けられる駆動ベルト９０３を介してもたらされる（図９ｂを参照）。図９ａは、複数の回転可能に装着されたホイール９０７及び追加のガイドホイール９０５、９０６も示している。外側リム９０１の追加のガイドホイール９０５、９０６は、駆動ベルト９０３を、例えば電動モーター（図示せず）によって駆動される駆動ホイール９０４まで適切にガイドするように設けられる。したがって、電動モーター（図示せず）が動作すると、駆動ホイール９０４が回転して、それにより、内側リム９０２及び外側リム９０１が互いに対して制御された回転運動を行う。この回転運動時、位置合わせホイール９１３は、内側リムの内面に沿い、したがって、内側リムと外側リムとの間の回転接続を強化する。図９ｂは、内側リム９０８への駆動ベルト９０９、９１０の固定を示している。図９ｂに示されているように、駆動ベルトのそれぞれの端部９０９、９１０は、内側リム９０８にボルト留めされるそれぞれの締結ブロック９１１、９１２によって、内側リム９０８に取り付けられる。

図１０は、電動モーター１００１、駆動ホイール１００２、内側リム１００３及び外側リム１００４の側面斜視図を示している。内側リムと外側リムとの間の回転運動をもたらすのに用いられる駆動ベルトは、図示されていない。電動モーターは、好適なギア比を有するギアシステム１００５を介して駆動ホイールに接続することができる。複数の回転可能に装着されたホイール１００６、追加のガイドホイール１００７及び複数のスペーサー１００８が、外側リムの下部プレート１００９と上部プレート１０１０との間に示されている。

Claims (15)

1. 吊り下げられた荷重物を略鉛直軸の周りに回転させるアセンブリであって、
   １）回転されることになる前記吊り下げられた荷重物と固定関係にあるように構成された内側リムと、
   ２）外側リムであって、前記吊り下げられた荷重物の回転時に、該外側リムが前記吊り下げられた荷重物の重量を支持することなく、前記内側リム及び該外側リムが互いに対して回転運動を行うように構成されるように前記内側リムに係合する、外側リムと、
   ３）前記内側リムと前記外側リムとの間の前記相対回転運動を実行する駆動ユニットと、
   を備える、アセンブリ。
2. 前記内側リムは、輪状部材の形態をとり、前記外側リムは、輪状部材の一部分の形態、例えば輪状部材全体の約半分の形態をとる、請求項１に記載のアセンブリ。
3. 使用時に、前記荷重物の重量を支持しないように構成されている、請求項１又は２に記載のアセンブリ。
4. 前記アセンブリの外部の１つ以上の定点に対する前記外側リムの回転を制限する固定機構であって、略一定の張力を前記１つ以上の調整可能な固定点に付与するように構成されている、固定機構を更に備える、請求項３に記載のアセンブリ。
5. 前記１つ以上の調整可能な固定点は、前記荷重物を吊り上げるように構成されたリフトヨークのタグラインシステムを取り付けるように構成されている、請求項４に記載のアセンブリ。
6. ベルト部材が、前記内側リムに取り付けられるとともに該内側リムの周囲に配され、前記駆動ユニットは、前記内側リムと前記外側リムとの間の前記相対回転運動を実行するために、前記ベルト部材と係合するように構成されている、請求項１～５のいずれか１項に記載のアセンブリ。
7. 前記内側リムは、歯付き面を有し、前記駆動ユニットは、前記内側リムと前記外側リムとの間の前記相対回転運動を実行するために、前記歯付き面と係合するように構成されている、請求項１～６のいずれか１項に記載のアセンブリ。
8. 前記駆動ユニットは、前記外側リムに堅固に取り付けられ、前記駆動ユニットは、前記内側リムと前記外側リムとの間の前記相対回転運動を実行するように、電動モーター、空圧システム又は油圧システムを備える、請求項１～７のいずれか１項に記載のアセンブリ。
9. 複数の位置合わせホイールが、前記外側リムを前記内側リムに対して正確に位置決めするように設けられる、請求項１～８のいずれか１項に記載のアセンブリ。
10. １つ以上の位置合わせホイールが、前記内側リムの外面に沿うように配置され、１つ以上の他の位置合わせホイールが、前記内側リムの内面に沿うように配置される、請求項９に記載のアセンブリ。
11. 前記複数の位置合わせホイールは、前記外側リムに取り付けられるそれぞれのホイール軸の周りに回転するように構成されている、請求項９又は１０に記載のアセンブリ。
12. 前記駆動ユニットの重量を相殺するカウンターウェイトを更に備える、請求項１～１１のいずれか１項に記載のアセンブリ。
13. 設置員のためのプラットフォームを更に備える、請求項１～１２のいずれか１項に記載のアセンブリ。
14. 風力タービン関連荷重物を吊り上げるために、前記アセンブリをリフトヨークに取り付けるように適合された１つ以上のブラケットを更に備える、請求項１～１３のいずれか１項に記載のアセンブリ。
15. 請求項１～１３のいずれか１項に記載のアセンブリを備える風力タービンタワー又は風力タービンタワーセクション。

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