JP7288044B2 - 工具チェーン、並びに変速機及び発電機の内部部品を同心円状に固定するとともに交換する方法 - Google Patents

Description

本発明は、包括的には、風力タービンに関し、より詳細には、風力タービンの変速機及び発電機の部品に選択的に係合し、その結果、変速機及び発電機の内部部品を、これらの部材の部品の位置を固定しながらも取り外し及び交換を行うことができる工具チェーンと、改良した態様で風力タービンのそのような部品を交換する方法とに関する。

風力タービンは、再生可能資源を用いて、化石燃料を燃焼させることなく、電気エネルギーを生成するために使用される。一般に、風力タービンは、風からの運動エネルギーを電力に変換する。従来の風力タービン設備は、基礎と、基礎によって支持されるタワーと、タワーの頂部に位置するエネルギー発生ユニットとを含む。エネルギー発生ユニットは、通常、発電機、変速機、及び主ハウジング等の、いくつかの機械部品及び電気部品を収容する１つ以上のナセルを備え、風力タービンは、ナセルから延在する主シャフトを通してナセル内の部品に動作可能に連結されたローターも備える。単一ローター風力タービン及びマルチローター風力タービン（複数のナセルを有する）が既知であるが、効率良くするために、以下の記載では主に単一ローター設計を参照する。ローターは、さらに、中央ハブと、中央ハブから延在するとともに、風と相互作用してローターを回転させるように構成された複数のブレードとを備える。ローターは主シャフト上で支持され、主シャフトは、ナセル内部に収容された発電機に直接的又は間接的に動作可能に連結される。結果として、風によりブレードが回転すると、発電機によって電気エネルギーが生まれる。ここ数十年で風力発電は大幅な成長を見せており、多くの風力タービン設備が陸上及び洋上の双方に配置されている。

上述したように、ナセルは、タワーの上端部で動作して風及びローター又はブレードからの運動エネルギーを電気エネルギーに変換する、いくつかの風力タービン部品を収容する。こうした部品の多くは、使用中に様々な速度で回転し、それゆえ、経時的に部品は耐用年数の終わりに至ることで交換が必要になる場合がある。ナセル内の部品は地上からタワーの高さ分だけ離れているため、発電機、変速機等の部品を取り外し及び交換するプロセス及びロジスティクスは複雑である。さらに、エネルギー発生ユニットのそのような部品に対する作業又は交換が困難であることに加えて、多くの場合、ナセル内には余剰空間があまり存在しない。従来のシステム及び方法の多くでは、１つ以上の内部部品の修理又は交換が必要になった場合は毎回、発電機全体をナセルから取り外し、大型の外部クレーンによって移動させなければならない。そのような外部クレーンを賃借り及び使用する必要をなくすことが望ましい。

したがって、風力タービン製造者、取り付け人及び操作者は、近年の風力タービン設計のナセル及びエネルギー発生ユニット内に位置する部品のメンテナンス及び修理を行う選択肢の改善を模索している。

これらの目的及び他の目的のために、本発明の態様は、風力タービンの内部変速機及び発電機の部品を同心円状に固定するとともに部品を交換する工具チェーンに関する。工具チェーンは、風力タービンの変速機から発電機を完全に分離する必要なく、軸受カセット等の変速機及び発電機の内部部品を有利に取り外すことができる。したがって、ナセルの搭載クレーンを使用することで、エネルギー発生ユニットの部品の定期メンテナンス又は修理を完了するために大型の外部クレーンを使用する必要なく、修理又は交換のために内部部品をタワーの下に移動させることができる。工具チェーン及び関連する使用方法は、本明細書により詳細に後述するいくつかの技術的効果及び利点を提供する。

一例示的な実施の形態において、工具チェーンは、風力タービンの発電機及び変速機から内部部品を取り外すように構成される。工具チェーンは、互いに取り外し可能に連結される遠位管部及び近位管部を有する管を備える。管は、変速機内で又は外部で終端するように発電機を通って延在するように構成された縦の長さを規定する。工具チェーンは、遠位管部に位置するとともに、風力タービンの発電機又は変速機の内部部品に対して遠位管部の位置を固定するように動作可能な少なくとも１つのクランプ部材も備える。工具チェーンは、近位管部と少なくとも１つのクランプ部材との間で管に沿って並進する摺動工具を更に備える。摺動工具は、発電機及び変速機の内部部品に取り外し可能に固定され、内部部品を管に沿って発電機及び変速機から出るように動かすように構成される。

一例示的な実施の形態において、工具チェーンは、近位管部の一部を収納し支持するように構成された端部支持体も備え、端部支持体は、風力タービンのナセルの中かつ発電機の外に取り付けられるように構成される。近位管部は、遠位管部から分離されたときに端部支持体に対して可動であり、発電機と近位管部との間に隙間が開く。この隙間は、摺動工具に固定された内部部品を風力タービンから取り外すための間隔をもたらす。

一例示的な実施の形態において、工具チェーンは、発電機に連結されるとともに、遠位管部と近位管部との取り外し可能な連結部に隣接して遠位管部に取り外し可能に連結されるように構成される支持アームも備える。支持アームは、近位管部及び端部支持体から分離されたときに遠位管部を支持する。このために、支持アームは、一端にフックと、反対側の端部にスイベルジョイントとを備え、フックは遠位管部に取り外し可能に連結される。スイベルジョイントは、支持アーム及びフックが遠位管部に対して接離する旋回運動を可能にするように発電機に連結される。フックは、遠位管部及び近位管部を接続又は分離するときに加わるトルク力に耐えるように構成される。例えば、遠位管部及び近位管部は、これらの部材を互いに取り外し可能に連結する円錐ネジを備え、フックは、このネジ留め接続を行う際に加わるトルクに耐える。

一例示的な実施の形態において、風力タービンの変速機は、発電機に回転エネルギーを伝達する第１の出力軸及び第２の出力軸を備える。このような実施の形態では、少なくとも１つのクランプ部材は複数のクランプ部材を含み、複数のクランプ部材が第１の出力軸及び第２の出力軸に対して遠位管部の位置を固定したとき、複数のクランプ部材のうちの少なくとも１つは、第１の出力軸に係合し、複数のクランプ部材のうちの少なくとも１つは、第２の出力軸に係合する。クランプ部材のそれぞれは、径方向の外方に拡張することによって作動し、第１の出力軸及び第２の出力軸に係止して摩擦係合する同心円状に拡張するクランプ部材である。第２の出力軸は、変速機の発電機への接続部に隣接して位置する軸受カセットに取り外し可能に連結することができ、複数のクランプ部材は、工具チェーンの摺動工具が発電機から軸受カセットを取り外すのに使用されたとき、第１の出力軸及び第２の出力軸の位置を同心円状に固定した状態を維持する。

一例示的な実施の形態において、端部支持体は、近位管部の一部を収納する管レセプタクルと、近位管部が遠位管部から分離されたとき、管レセプタクル及び近位管部の旋回運動を制限することを可能にするように構成されたフレーム部材とを備える。旋回運動を制限することにより、発電機又は変速機の取り外される内部部品を工具チェーン及び風力タービンのナセルから取り外すことが容易になる。摺動工具は、工具チェーンを使用して取り外される内部部品に取り外し可能に接続するボルト締結具を収納するように構成された開口を有する円柱フランジ部材である。

別の実施の形態において、修理又は交換のために風力タービンの発電機及び変速機から内部部品を分解及び取り外す方法は、変速機内で又は外部で終端するように発電機の内部に工具チェーンを挿入することを含む。工具チェーンを挿入すると、工具チェーンの管は、変速機から発電機へ回転エネルギーを伝達する変速機の第１の出力軸内に位置する遠位管部から、発電機の外部で延在するように構成された近位管部へ延在する。本方法は、遠位管部に位置する少なくとも１つのクランプ部材を作動し、変速機の第１の出力軸に対して工具チェーンの位置を固定することも含む。工具チェーンの摺動工具は、管の長さに沿って近位管部の位置から発電機の内部に進入し、摺動工具は発電機又は変速機の内部部品に連結される。その後、摺動工具は、内部部品とともに、管に沿って近位管部上に、発電機の内部から出るように動かされる。

一例示的な実施の形態において、近位管部は、発電機及び変速機の外部に位置する端部支持体を通って延在し、本方法は、近位管部から遠位管部を分離及び切離すると、発電機と近位管部との間に隙間が開くことを更に含む。この隙間は、ナセルの搭載クレーンを使用すること等によって、発電機又は変速機の内部部品を工具チェーン及び風力タービンから取り外すための間隔をもたらす。

一例示的な実施の形態において、本方法は、内部部品を工具チェーンから取り外すことができるように、摺動工具と内部部品とを連結解除することも含む。その後、遠位管部と近位管部とを再接続して工具チェーンが再組み付けされ、発電機及び変速機の更なる内部部品の取り外しのために工具チェーンが準備される。例えば、上記の方法ステップのうちの多くを繰り返して、修理又は交換を必要とする更なる内部部品を取り外すことができ、これは、変速機に関連する軸受カセットを含むことができる。本明細書に記載したステップ及び部材は、当該技術分野において必要になり得るように、異なる型の風力タービンにおいて所望の技術的効果を実現するために、異なる組み合わせで再構成及び組み合わせを行うことができる。

本明細書中に援用されるとともに本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の１つ以上の実施形態を示し、上記に示した本発明の概説及び下記に挙げる詳細な記載とともに、本発明を説明する機能を果たす。

工具チェーンが完全に組み付けられた状態の、本発明の１つの実施形態に係る工具チェーンの斜視図である。 図１の工具チェーンを用いていくつかの内部部品を分解する前の、第１の構成で示した変速機及び発電機を備える、風力タービンのエネルギー発生ユニットの斜視部分断面図である。 本発明の１つの実施形態に係る、図２のエネルギー発生ユニットの斜視図であり、分解プロセスの１つのステップにおいて、エンドキャップが発電機から取り外されている。 図３のエネルギー発生ユニットの斜視図であり、分解プロセスの更なるステップにおいて、図１の工具チェーンは、変速機の第１の出力軸及び第２の出力軸並びに発電機と係合するように移動する。 図４のエネルギー発生ユニットの斜視図であり、分解プロセスの更なるステップにおいて、工具チェーンの支持アームは、遠位管部からフック解除され、工具チェーンの管から離れるように旋回する。 図５のエネルギー発生ユニットの斜視図であり、分解プロセスの更なるステップにおいて、工具チェーンの摺動工具は、駆動フランジに接続するように管に沿って動く。 図６のエネルギー発生ユニットの斜視図であり、分解プロセスの更なるステップにおいて、摺動工具及び駆動フランジは、発電機から引き抜かれ工具チェーンの端部支持体の隣に移る。 図７のエネルギー発生ユニットの斜視図であり、分解プロセスの更なるステップにおいて、工具チェーンの支持アームは、管を支持するために、遠位管部との係合状態に戻るように旋回する。 図８のエネルギー発生ユニットの斜視図であり、分解プロセスの更なるステップにおいて、工具チェーンの近位管部は、遠位管部から分離され、端部支持体を通って動かされると、駆動フランジの解除のための隙間が開く。 図９のエネルギー発生ユニットの斜視図であり、分解プロセスの更なるステップにおいて、駆動フランジは摺動工具から分離されるため、駆動フランジを風力タービンのナセルから取り外すことができる。 図１０のエネルギー発生ユニットの斜視図であり、分解プロセスの更なるステップにおいて、近位管部は端部支持体を逆戻りし、遠位管部と接続して工具チェーンを再組み付けする。 図１１のエネルギー発生ユニットの斜視図であり、分解プロセスの更なるステップにおいて、支持アームは、遠位管部からフック解除され、工具チェーンの管から離れるように旋回する。 図１２のエネルギー発生ユニットの斜視図であり、分解プロセスの更なるステップにおいて、摺動工具は、発電機の軸受カセットに接続するように管に沿って動く。 図１３のエネルギー発生ユニットの斜視図であり、分解プロセスの更なるステップにおいて、摺動工具及び軸受カセットは、発電機から引き抜かれ端部支持体の隣に移る。 図１４のエネルギー発生ユニットの斜視図であり、分解プロセスの更なるステップにおいて、工具チェーンの支持アームは、管を支持するために、遠位管部との係合状態に戻るように旋回し、工具チェーンの近位管部は、遠位管部から分離され、端部支持体を通って動かされると、軸受カセットの解除のための隙間が開く。 図１５のエネルギー発生ユニットの斜視図であり、分解プロセスの更なるステップにおいて、軸受カセットは摺動工具から分離されるため、軸受カセットを風力タービンのナセルから取り外すことができる。 図１６のエネルギー発生ユニットの斜視図であり、分解プロセスの更なるステップにおいて、近位管部は端部支持体を逆戻りし、遠位管部と接続して工具チェーンを再組み付けする。

図１～図１７を参照すると、本発明の一実施形態によると、風力タービンの内部発電機及び変速機部品を同心円状に固定するとともに交換する方法と一緒に、工具チェーン１０が提示されている。工具チェーン１０は、有利には、風力タービンのナセル内に収容されたエネルギー発生ユニットの部材のいくつかの内部部品の分解を可能にする。そうした内部部品は、ナセルの内部クレーンによって風力タービンのタワーの底部まで移動させてから、新たな又は修理した部品と交換することができる。結果として、この種のメンテナンスを行うために発電機及び変速機組立体の全体をナセルから取り外す必要がなく、このようなメンテナンスに大型の外部クレーンは不要である。工具チェーン１０及び関連する方法（複数の場合もある）のこれらの利点及び他の利点については、図面を参照してより詳細に後述する。

当該技術分野において理解されるように、（工具チェーン１０が機能する）風力タービンは、タワーと、タワーの頂点に配置されるナセルと、ナセル内部に収容された発電機１２に動作可能に連結されるローターとを備える。発電機１２に加えて、ナセルは、発電機１２に隣接した変速機１４を含む、風力エネルギーを電気エネルギーに変換するのに必要な種々の部品と、風力タービンの動作、制御、及び性能最適化に必要な様々な部品とを収容する。このために、発電機１２及び変速機１４は、風力タービンのエネルギー発生ユニットの一部を規定する。タワーは、ナセルと、ローターと、ナセル内部に収容される風力タービンの他の部品とによって呈される荷重を支持するとともに、場合に応じて、ナセル及びローターを地上又は海抜の高さまで高めるように機能する。この例では単一のローター及びナセルを記載したが、他の実施形態では、マルチローター設計を含む風力タービンにも工具チェーン１０を使用することができることが理解される。

ここで更に図１を参照すると、工具チェーン１０の１つの実施形態が完全に組み付けられた状態で示されている。工具チェーン１０は、後述するように、使用時に風力タービンのエネルギー発生ユニットの部品内に延在するように構成された縦の長さに沿って延在する管３０を備える。管３０は、この実施形態では、円錐ネジによって互いに取り外し可能に連結された遠位管部３２及び近位管部３４によって規定される。この実施形態では、遠位管部３２及び近位管部３４のそれぞれが単一の部材又は部片として示したが、他の実施形態では、本発明の範囲から逸脱することなく、これらの管部分のうちの一方又は双方を複数の小区分に分割することができ、このような実施形態では、依然として円錐ネジを使用してこうした小区分を接続する可能性が高いことが理解される。円錐ネジ係合により、上記部分間の接合部に十分な硬度及び曲げ耐性がもたらされる。これは、工具チェーン１０の使用時に管３０の長さに沿って大型の重い部品が移動するため有益である。遠位管部３２は、風力タービン内の１つ以上の出力軸に選択的に係合するように構成された３つの同心円状に拡張するクランプ部材３６を備える。クランプ部材３６は、遠位管部３２の近位管部３４への接続部とは略反対側の端部に配置される。工具チェーン１０は、近位管部３４との接続部に隣接して位置する遠位管部３２の端部に係合することができるフック４０を含む支持アーム３８も備える。支持アーム３８は、フック４０が遠位管部３２に係合した場合、管３０から径方向の外方に突出する。支持アーム３８の反対側の端部は、１つの例では、発電機１２のハウジングに係合するように構成されたスイベルジョイント４２を備える。更に記載するように、遠位管部３２は、エネルギー発生ユニットの内部部品を取り外す位置に工具チェーン１０を配置するように構成され、支持アーム３８は、工具チェーン１０の残りが分離されたときに、管３０及び出力軸（複数の場合もある）に十分な支持をもたらすように構成される。

工具チェーン１０の近位管部３４は、遠位管部３２との接続部から、クランプ部材３６とは反対側の縦の長さの端部に位置する端部支持体４４へと延在する。端部支持体４４は、近位管部３４の一部を摺動可能に収納する管レセプタクル４６と、ナセルのフレームワークにボルト留め又は別様に固定されて、この端部に沿って工具チェーン１０を支持するように構成されたフレーム部材４８とを備える。工具チェーン１０は、図１に示す初期位置において端部支持体４４に隣接して位置するように示した摺動工具５０も備える。本発明の他の実施形態では、クランプ部材３６における係合部から延在する片持ち位置に摺動工具５０を支持するのに十分な降伏強度及び硬度を管３０が規定する場合、端部支持体４４を省略してもよいことが理解される。この実施形態の摺動工具５０は、風力タービンのエネルギー発生ユニット内の取り外される又は交換される部品に摺動工具５０をボルト接続することを可能にするように構成された様々な開口５２を有する円柱フランジのような部材の形態を取る。摺動工具５０は、管３０の長さに沿って並進するサイズである。この実施形態における工具チェーン１０の部品のそれぞれは、鋼材料から形成されるが、本発明の範囲から逸脱することなく、他の構造材料を使用してもよい。工具チェーン１０の部材のこの配置は、本発明に係る１つの実施形態に過ぎず、工具チェーン１０が分解する風力タービン部品の設計の変化に基づいて実施形態を変更することができ、このような実施形態の使用については、より詳細に記載する。

図２を参照すると、風力タービンのエネルギー発生ユニットが、内部部品の取り外し及び交換プロセスが始まる前の状態を、部分断面図で示されている。エネルギー発生ユニットは発電機１２及び変速機１４を含み、発電機１２及び変速機１４は、上述のように、ローター及びブレードからの回転入力を受け取る。発電機１２の内部部品は、更に詳細に示されている一方、変速機１４は、大半が「ブラックボックス」な断面に示されている。この風力タービンでは、変速機１４は、第１の出力軸６０及び第２の出力軸６２を備え、第１の出力軸６０は、変速機１４の遊星歯車組立体の中央ピニオンを規定し、第２の出力軸６２は、同様の／隣接した組立体の遊星歯車を規定する（例えば、出力軸６０、６２は変速機１４の２つの異なる段の一部である）。このように、第２の出力軸６２は、エネルギー発生ユニットの他の部品から係脱されたときに自らを支持するように設計されていないことが理解される。本発明の工具チェーン１０は、内部部品の取り外し及び交換プロセスを行う際にこの問題に対処するように構成される。

第２の出力軸６２は、図２に示すように、変速機１４と発電機１２との間の接合部に位置する軸受カセット６４に取り外し可能に係合する。第２の出力軸６２及び軸受カセット６４は、回転速度（変速機１４が増加する）が風力タービン内で最大であり、周囲の風からの入力回転から最大量の電気エネルギーを取得する場所を規定する。したがって、軸受カセット６４は、エネルギー発生ユニットにおいて、疲労限度に達し修理又は交換を必要とする最初の部品のうちの１つであることが多々ある。しかしながら、軸受カセット６４を変速機１４と発電機１２との間の接点に隣接して位置決めすると、従来の方法及びシステムに従って通常行われるように、発電機１２全体を変速機１４全体から分離することなく軸受カセット６４を取り外すことが困難になる。上述した工具チェーン１０は、有利には、エネルギー発生ユニットの完全な分解を行うことなく軸受カセット６４にアクセスするように、発電機１２及び／又は変速機１４の内部部品のうちのいくつかを分解することを可能にする。

引き続き図２を参照すると、発電機１２のいくつかの内部部品が更に詳細に示されている。発電機１２は、通常動作中に内部部品へのアクセスを遮断するように構成されたエンドキャップ６８を有する主ハウジング６６を備える。エンドキャップ６８の中央部は、内方に突出し、発電機１２のブレーキディスク７０内に着座することができる。ブレーキディスク７０は、発電機１２のローター部品と相互作用し、ローター部品は、駆動フランジ７２を使用して第２の出力軸６２に動作可能に連結される。駆動フランジ７２は、図示の実施形態では略円錐形状である。ブレーキディスク７０とは反対側の駆動フランジ７２の端部には、軸受カセット６４がある。このように、軸受カセット６４にアクセスするためには、他の内部部品（ブレーキディスク７０、駆動フランジ７２等）のうちの１つ以上を、軸受カセット６４の前に取り外さなければならない。以下、このようなプロセスの１つの例を、図３～図１７を参照して記載する。

図３では、風力タービンのエネルギー発生ユニットの内部部品を交換するプロセスは、この図の矢印で示すように、発電機１２の主ハウジング６６からエンドキャップ６８を取り外すことを含む。エンドキャップ６８は、一時的に保管するためにナセルの他の部分に移すことができ、又は、ナセル内の余裕がなく、このように保管することができない場合、ナセルの搭載クレーンが、この部品をタワーの底部に降ろすことができる。エンドキャップ６８を取り外すと、ブレーキディスク７０、駆動フランジ７２、及びこれらの部材の間で延在するローター部品（参照符号なし）を含む、発電機１２の駆動部品が顕になる。エンドキャップ６８を取り外すと、発電機１２に工具チェーン１０の取り付け及び使用のための準備ができた状態である。

この点に関して、その後、図４に示すように、工具チェーン１０は、発電機１２の内部に挿入される。工具チェーン１０は、完全に組み付けられた形態であるため、工具チェーン１０が図４の右側の矢印の方向に挿入される場合、管３０は、発電機１２の外部の端部支持体４４から、第１の出力軸６０及び第２の出力軸６２（それぞれ変速機１４内にある）内の位置まで延在する。この位置で、同心円状に拡張するクランプ部材３６のうち２つは、第１の出力軸６０内に位置し、一方、同心円状に拡張するクランプ部材３６のうち３つ目は、第２の出力軸６２内に位置する。これらのクランプ部材３６は、図４の十字矢印が示すように、外方に拡張して第１の出力軸６０及び第２の出力軸６２に係止して摩擦係合するように作動される。１つの例では、クランプ部材３６は、旋盤のコレットのように機能するように作動されるが、他の実施形態では、これらの部材を同心円状に拡張する他の機構及び作動システムも設けることができる。したがって、管３０及び工具チェーン１０の位置は、変速機１４及び発電機１２に対して固定され、発電機１２は、プロセスの更なるステップ中に発電機１２を支持する位置に第２の出力軸６２も固定する。クランプ部材３６は、有利には、第２の出力軸６２を支持し、その位置を保持するために、発電機１２内の内部部品が加える曲げ力に対処し、これを伝達するように構成される。

図４に示すように、工具チェーン１０の支持アーム３８は、スイベルジョイント４２において、発電機１２の主ハウジング６６に接続される。支持アーム３８のフック４０は、この位置において、遠位管部３２に係合される。端部支持体４４は、通常、工具チェーン１０の残りを支持するためにナセルに取り付けられ、これにより、その縦の長さの両端における支持又は接続がもたらされる。工具チェーン１０が図示のように挿入及び取り付けされた後、エネルギー発生ユニットの内部部品の取り外し及び交換プロセスを継続することができる。

続いて図５を参照すると、支持アーム３８はその後、管３０から分離され、この図の矢印が示すように、スイベルジョイント４２において管３０から離れるように旋回する。このために、フック４０は、遠位管部３２に係合した係止位置と非係止位置又は開放位置との間にフック４０を迅速に移動させる解除機構を備える。支持アーム３８又はフック４０は、発電機１２の主ハウジング６６に一時的に係合し、本発明のプロセスの後続ステップ中に図５に示す位置で支持アーム３８を保持することができる。前述のように、第１の出力軸６０及び第２の出力軸６２の位置は、工具チェーン１０の管３０のクランプ部材３６によって支持されると、管３０は、その長さに沿って概ね妨げられないため、摺動工具５０は発電機１２内に進入することができる。

摺動工具５０のそのような移動は、図６の矢印が示している。この点に関して、摺動工具５０は、管３０に沿って、端部支持体４４から、発電機１２に固定されるとともに取り外される第１の内部部品へ並進又は摺動し、第１の内部部品は、図示の例では、第２の出力軸６２と発電機１２の相フランジ又は同様のローター部品との間で回転エネルギーを伝える駆動フランジ７２である。例えば、複数のボルト又は他の締結具が、駆動フランジ７２及び摺動工具５０の開口５２に連結されて、これらの部材を一緒に接続する。必要に応じて、駆動フランジ７２は、通常は相互作用する発電機１２の他の内部部品からも分離することができ、このとき、摺動工具５０は駆動フランジ７２の取り外しの準備ができている。

その後、駆動フランジ７２は、図７の移動矢印が示すように、摺動工具５０の摺動運動によって管３０に沿って発電機１２から出て端部支持体４４に向かって移動される。この例では、駆動フランジ７２（その後は軸受カセット６４）は、発電機１２のローター部品及びブレーキディスク７０を通過するのに十分小さいサイズであることが示されている。ただし、発電機１２の代替的な設計では、これらの又は他の部材は、本明細書に記載した内部部品のこのような取り外しを阻害する場合があり、摺動工具５０は、本発明の範囲から逸脱することなく、そうした設計においてもこれらの更なる部品を取り外すように構成することができる。この例示的な実施形態での目標は、工具チェーン１０によってエネルギー発生ユニットの内部部品を最小限の数だけ取り外して、軸受カセット６４にアクセスし、これを交換することであるのは変わらない。図７に示す位置で、駆動フランジ７２は、プロセスの更なるステップ中にナセルの搭載クレーンによって保管位置まで及び／又はタワーの底部まで輸送される準備ができている。

次に、図８に示すように、支持アーム３８は、この図の矢印に沿って戻るように旋回し、その結果、フック４０は、遠位管部３２において管３０に係止して係合する。フック４０は、近位管部３４が回転して遠位管部３２との間の円錐ネジ係合を係脱するときに加わるトルクに対抗して遠位管部３２を保持するように特に構成される。プロセスの続きは、支持アーム３８が図８の位置に来ると、近位管部３４を遠位管部３２から係脱し、その結果、管レセプタクル４６を通して近位管部３４を引き出すことができることである。

管レセプタクル４６を通して近位管部３４を移動させること又は引き出すことは、図９の矢印が示している。この図から分かるように、この段階で、フック４０及び支持アーム３８は、拡張するクランプ部材３６が第１の出力軸６０及び第２の出力軸６２に係合する場所とは反対側の端部において第２の出力軸６２を支持する。近位管部３４の移動により、工具チェーン１０の摺動工具５０と発電機１２との間に隙間が開き、この隙間は、駆動フランジ７２の移動及び取り外しを可能にするのに十分なサイズである。結果として、ナセルのクレーンは、駆動フランジ７２との係合がプロセスの前段階で影響を受けていない場合、駆動フランジ７２のこの位置に固定される。

図１０を参照すると、プロセスの続きは、（開口５２にある）摺動工具５０を駆動フランジ７２に固定するボルト又は他の締結具を取り外すことで、駆動フランジ７２を解除して、図１０の矢印が示すように、ナセルのクレーンによって下方に隙間を通り、保管位置又は風力タービンのタワーの底部まで移動させることである。駆動フランジ７２のこの移動を支援するために、端部支持体４４のフレーム部材４８は、図１０の最も右側の矢印が示すように、僅かに折る又は旋回して、摺動工具５０及び駆動フランジ７２を下方に傾け、近位管部３４の反対側の端部を上方に傾けることができる。このようなプロセスバージョンでは、次いで、駆動フランジ７２を発電機１２及びナセルから取り外した後に、フレーム部材４８を元の位置に戻すことができる。

また、駆動フランジ７２を取り外した後、近位管部３４は、図１１の矢印の方向に、遠位管部３２に向けて戻される。その後、遠位管部３２及び近位管部３４は、円錐ネジを使用して再係合され、支持アーム３８のフック４０は、ネジ山の係合中に加わるいかなるトルクにも耐えるため、遠位管部３２と第１の出力軸６０及び第２の出力軸６２とのクランプ係合にトルクは影響を与えない。このように工具チェーン１０は再び組み付けられ、上述したステップのうちの多くを繰り返して、発電機１２及び変速機１４の更なる内部部品を取り外す準備ができている。

このために、図１２～図１７に示すように、発電機１２から軸受カセット６４を取り外すプロセスが継続する。図１２を最初に参照すると、支持アーム３８は、フック４０において管３０から（解除機構を使用して）係脱され、この図の矢印が示すように、スイベルジョイント４２を中心に旋回し、移動方向から出て発電機１２に入る。その後、摺動工具５０は、自由に発電機１２の内部に進入する。

次に、摺動工具５０は、図１３の矢印が示すように、管３０の縦の長さに沿って摺動し、軸受カセット６４に係合する。ここでも同様に、摺動工具５０の開口５２を通って延在するボルト又は同様の締結具を使用して、摺動工具５０を軸受カセット６４（取り外される部品）に固定することができる。軸受カセット６４は、必要に応じて、相互作用する発電機１２及び／又は変速機１４内の他の内部部品からも分離され、これにより、軸受カセット６４を工具チェーン１０による取り外しのために解除する。

図１４を参照すると、その後、摺動工具５０は管３０に沿って移動し、軸受カセット６４を変速機１４から離れるとともに発電機１２から出て、端部支持体４４に隣接した位置へ移動させる（図１４の矢印を参照）。上述したように、図示の実施形態の軸受カセット６４は、発電機１２のローター部品及びブレーキディスク７０を嵌通するサイズであるが、軸受カセット６４のサイズが大きい代替的な設計では、そうした他の内部部品も、軸受カセット６４を取り外す前に、駆動フランジ７２及び軸受カセット６４について本明細書において記載したのと同様の一連のステップを使用して、工具チェーン１０によって取り外すことができる。図１４に示す位置で、軸受カセット６４は、取り外し及び交換のために準備ができており、それゆえ、この部品を風力タービンのタワーの底部等まで更に移動させるためにナセルの搭載クレーンに固定することができる。

図１５に示すように、プロセスの次のステップは、スイベルジョイント４２を中心に支持アーム３８を旋回して遠位管部３２に再び係合させ、これらの部材をフック４０と一緒に固定することを含む。遠位管部３２及び近位管部３４はその後、円錐ネジにおいて係脱されるため、近位管部３４を図１５の矢印の方向に移動させて、端部支持体４４において管レセプタクル４６を通して引き出すことができる。図１５から分かるように、これにより、同様に管３０の部分間に隙間が開き、軸受カセット６４をナセルから出す移動が可能になる。

図１６では、プロセスの続きは、（開口５２にある）摺動工具５０を軸受カセット６４に固定するボルト又は他の締結具を取り外すことで、軸受カセット６４を解除して、図１６の矢印が示すように、ナセルのクレーンによって下方に隙間を通り、風力タービンのタワーの底部まで移動させることである。軸受カセット６４のこの移動を支援するために、端部支持体４４のフレーム部材４８は、図１６の最も右側の矢印が示すように、僅かに折る又は旋回して、摺動工具５０及び軸受カセット６４を下方に傾け、近位管部３４の反対側の端部を上方に傾けることができる。次いで、軸受カセット６４を発電機１２及びナセルから取り外した後に、フレーム部材４８を元の位置に戻すことができる。

図１７に示すように、プロセスの続きは、近位管部３４をこの図の矢印の方向に、遠位管部３２に向けて戻すことである。その後、遠位管部３２及び近位管部３４は、円錐ネジを使用して再係合され、支持アーム３８のフック４０は、ネジ山の係合中に加わるいかなるトルクにも耐える。このように工具チェーン１０は再び組み付けられ、上述したステップのうちの多くを繰り返して、発電機１２及び変速機１４の更なる内部部品を取り外す準備ができている、又は、そうしたステップを逆順に完了して内部部品を再組み付けする（例えば、新たな又は修理した軸受カセット６４を発電機１２内に設置する）準備ができている。

したがって、上述した実施形態における工具チェーン１０及びプロセスは、風力タービンのエネルギー発生ユニットの内部部品（例えば、変速機１４の第１の出力軸６０及び第２の出力軸６２）の位置を同心円状に固定することと、また、発電機１２及び変速機１４内の内部部品の取り外し及び交換を行うこととが可能である。内部部品のこのような取り外し及び交換は、有利には、変速機１４から発電機１２を完全に分解することなく、また、大型の外部クレーン等を使用する必要なく行うことができる。上述したプロセスのステップを任意の回数繰り返し、摺動工具５０を使用して任意の内部部品を取り外すことができるが、摺動工具５０は、通常、軸受カセット６４の動作寿命が風力タービンの他の部品と比較して比較的短いことに鑑み、軸受カセット６４を解除及び交換するのに使用される可能性が最も高い。したがって、本発明の工具チェーン１０及び関連プロセスは、風力タービンのナセル内に収容された近年の設計によるエネルギー発生ユニットのメンテナンス及び修理を改善し、このようなメンテナンスはよりコスト能率が良く実施が容易になる。したがって、このようなメンテナンスについて風力タービンのダウンタイムを最小限にすることができ、これは、風力タービンの操作者によって望ましい。

本発明に係る工具チェーン１０の更なる使用も可能である。例えば、発電機１２を取り外した代替的な状況では、工具チェーン１０を使用して、変速機１４の部品を同心円状に固定し、取り外す／交換することができる。１つのそのような状況は、発電機１２内でオイル漏れが発生し、発電機１２全体の再組み立てが必要になった状況である。こうした状況では、通常、発電機１２は、全体のユニットとして変速機１４から分解されてから、再組み立てのために外部クレーンによって下方に移動される。変速機１４から軸受カセット６４又は別の内部部品を取り外すことが望ましい場合、上述したものと略同様の方法で工具チェーン１０を使用して、出力軸６０、６２の位置を同心円状に固定してから軸受カセット６４を取り外すことができる。工具チェーン１０のこの使用及び他の使用も、風力タービンの分野において既知の分解手順に優る利点を提供することが理解される。

本発明を種々の好ましい実施形態の記載によって例示し、これらの実施形態をいくらか詳細に記載したが、添付の特許請求の範囲の範囲をこうした詳細に制限又はいかなる形でも限定することは、本出願人の意図ではない。当業者には、更なる利点及び変更形態が容易に明らかとなるであろう。したがって、本発明の種々の特徴は、ユーザーのニーズ及び選好に応じて、単独で又は任意の組合せで使用することができる。

Claims (22)

1. 風力タービンの発電機（１２）及び変速機（１４）から内部部品を取り外すように構成された工具チェーン（１０）であって、
   互いに取り外し可能に連結された遠位管部（３２）及び近位管部（３４）を含む管（３０）であって、前記発電機（１２）を通って延在するように構成された縦の長さを規定する、管（３０）と、
   前記遠位管部（３２）に位置するとともに、前記風力タービンの前記発電機（１２）又は前記変速機（１４）の内部部品に対して前記遠位管部（３２）の位置を固定するように操作可能な少なくとも１つのクランプ部材（３６）と、
   前記近位管部（３４）と前記少なくとも１つのクランプ部材（３６）との間で前記管に沿って並進するように構成された摺動工具（５０）であって、該摺動工具（５０）は、前記発電機（１２）及び前記変速機（１４）の内部部品に取り外し可能に固定され、該内部部品を前記管（３０）に沿って前記発電機（１２）及び前記変速機（１４）から出るように動かすように構成される、摺動工具（５０）と、
   を特徴とする、工具チェーン。
2. 請求項１に記載の工具チェーン（１０）であって、
   前記近位管部（３４）の一部を収納し支持するように構成された端部支持体（４４）であって、該端部支持体（４４）は、前記風力タービンのナセルの中かつ前記発電機（１２）の外に取り付けられるように構成される、端部支持体（４４）を更に特徴とし、
   前記近位管部（３４）は、前記遠位管部（３２）から分離されたときに前記端部支持体（４４）に対して可動であり、その結果、前記発電機（１２）と前記近位管部（３４）との間に隙間が開き、該隙間は、前記摺動工具（５０）に固定された内部部品を取り外すための間隔をもたらす、工具チェーン。
3. 請求項２に記載の工具チェーン（１０）であって、
   前記発電機（１２）に連結されるとともに、前記遠位管部（３２）と前記近位管部（３４）との取り外し可能な連結部に隣接して前記遠位管部（３２）に取り外し可能に連結されるように構成される支持アーム（３８）であって、該支持アーム（３８）は、前記近位管部（３４）及び前記端部支持体（４４）から分離されたときに前記遠位管部（３２）を支持する、支持アーム（３８）を更に特徴とする、工具チェーン。
4. 請求項３に記載の工具チェーン（１０）であって、前記支持アーム（３８）は、一端にフック（４０）と、反対側の端部にスイベルジョイント（４２）とを備え、前記フック（４０）は、前記遠位管部（３２）に取り外し可能に連結され、前記スイベルジョイント（４２）は、前記支持アーム（３８）及び前記フック（４０）が前記遠位管部（３２）に対して接離する旋回運動を可能にするように前記発電機（１２）に連結されることを特徴とする、工具チェーン。
5. 請求項４に記載の工具チェーン（１０）であって、前記フック（４０）は、前記遠位管部（３２）及び前記近位管部（３４）を接続又は分離するときに加わるトルク力に耐えるように構成されることを特徴とする、工具チェーン。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の工具チェーン（１０）であって、前記遠位管部（３２）及び前記近位管部（３４）は、これらの部材を互いに取り外し可能に連結する円錐ネジを備えることを特徴とする、工具チェーン。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の工具チェーン（１０）であって、前記変速機（１４）は、前記発電機（１２）に回転エネルギーを伝達する第１の出力軸（６０）及び第２の出力軸（６２）を備え、前記少なくとも１つのクランプ部材（３６）は複数のクランプ部材（３６）を含み、該複数のクランプ部材（３６）が前記第１の出力軸（６０）及び前記第２の出力軸（６２）に対して前記遠位管部（３２）の位置を固定したとき、該複数のクランプ部材（３６）のうちの少なくとも１つは、前記第１の出力軸（６０）に係合し、該複数のクランプ部材（３６）のうちの少なくとも１つは、前記第２の出力軸（６２）に係合することを特徴とする、工具チェーン。
8. 請求項７に記載の工具チェーン（１０）であって、前記複数のクランプ部材（３６）のそれぞれは、径方向の外方に拡張することによって作動し、前記第１の出力軸（６０）及び前記第２の出力軸（６２）に係止して摩擦係合する、同心円状に拡張するクランプ部材（３６）であることを特徴とする、工具チェーン。
9. 請求項７又は８に記載の工具チェーン（１０）であって、前記第２の出力軸（６２）は、前記変速機（１４）と前記発電機（１２）との接続部に隣接して位置する軸受カセット（６４）に取り外し可能に連結され、前記複数のクランプ部材（３６）は、前記摺動工具（５０）が前記発電機（１２）から前記軸受カセット（６４）を取り外すのに使用されたとき、前記第１の出力軸（６０）の位置を同心円状に固定した状態を維持することを特徴とする、工具チェーン。
10. 請求項２～９のいずれか１項に記載の工具チェーン（１０）であって、前記近位管部（３４）の一部を収納する管レセプタクル（４６）を更に備え、前記近位管部（３４）が前記遠位管部（３２）から分離されたとき、前記管レセプタクル（４６）及び前記近位管部（３４）の旋回運動を制限することを可能にするように構成されたフレーム部材（４８）とを更に備えることを特徴とする、工具チェーン。
11. 請求項１～１０のいずれか１項に記載の工具チェーン（１０）であって、前記摺動工具（５０）は、該工具チェーン（１０）を使用して取り外される、前記発電機（１２）及び前記変速機（１４）の内部部品に取り外し可能に接続するボルト締結具を収納するように構成された開口（５２）を有する円柱フランジ部材であることを特徴とする、工具チェーン。
12. 修理又は交換のために風力タービンの発電機（１２）及び変速機（１４）から内部部品を分解及び取り外す方法であって、
    （ａ）前記発電機（１２）の内部に工具チェーン（１０）を挿入し、その結果、前記工具チェーン（１０）の管（３０）は、前記変速機（１４）から前記発電機（１２）へ回転エネルギーを伝達する前記変速機（１４）の第１の出力軸内に位置する遠位管部（３２）から、前記発電機（１２）の外部で延在するように構成された近位管部（３４）へ延在することと、
    （ｂ）前記遠位管部（３２）に位置する少なくとも１つのクランプ部材（３６）を作動し、前記変速機（１４）の前記第１の出力軸（６０）に対して前記工具チェーン（１０）の位置を固定することと、
    （ｃ）前記工具チェーン（１０）の摺動工具（５０）を、前記管（３０）の長さに沿って前記近位管部（３４）の位置から前記発電機（１２）の前記内部に動かすことと、
    （ｄ）前記摺動工具（５０）を前記発電機（１２）又は前記変速機（１４）の内部部品に連結することと、
    （ｅ）前記摺動工具（５０）と、該摺動工具（５０）に連結された前記内部部品とを、前記管（３０）に沿って、前記近位管部（３４）上に、前記発電機（１２）の前記内部から出るように動かすことと、
    を特徴とする、方法。
13. 前記近位管部（３４）は、前記発電機（１２）の外部に位置するとともに、前記風力タービンのナセルの内部に取り付けられるように構成された端部支持体（４４）を通って延在し、前記方法は、
    （ｆ）前記近位管部（３４）から前記遠位管部（３２）を分離及び切離し、前記発電機（１２）と前記近位管部（３４）との間に隙間を空けることを更に特徴とし、前記隙間は、前記発電機（１２）の前記内部部品を前記工具チェーン（１０）及び前記風力タービンから取り外すための間隔をもたらす、請求項１２に記載の方法。
14. （ｇ）前記内部部品を前記工具チェーン（１０）から取り外すことができるように、前記摺動工具（５０）と前記内部部品とを連結解除することと、
    （ｈ）前記遠位管部（３２）と前記近位管部（３４）とを再接続して前記工具チェーン（１０）を再組み付けし、前記発電機（１２）及び前記変速機（１４）の更なる内部部品の取り外しのために前記工具チェーン（１０）を準備することと、
    を更に特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 前記（ｃ）～（ｈ）に記載の工程を繰り返して、前記発電機（１２）及び前記変速機（１４）の更なる内部部品を前記風力タービンから取り外すこと、
    を更に特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 前記変速機（１４）は、前記第１の出力軸（６０）からの回転エネルギーを前記発電機（１２）へ伝達する第２の出力軸（６２）も備え、前記少なくとも１つのクランプ部材（３６）は、複数のクランプ部材（３６）を含み、ステップ（ｂ）は、
    前記複数のクランプ部材（３６）のうちの少なくとも１つを前記第１の出力軸（６０）に係合することと、
    前記複数のクランプ部材（３６）のうちの少なくとも１つを前記第２の出力軸（６２）に係合することで、前記第１の出力軸（６０）及び前記第２の出力軸（６２）のそれぞれに対して前記遠位管部（３２）の位置を固定することと、
    を更に含むことを特徴とする、請求項１２～１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記第２の出力軸（６２）は、前記変速機（１４）と前記発電機（１２）との接続部に隣接して位置する軸受カセット（６４）に取り外し可能に連結され、前記複数のクランプ部材（３６）は、前記摺動工具（５０）が前記発電機（１２）から前記軸受カセット（６４）を取り外すのに使用されたとき、前記第１の出力軸（６０）の位置を同心円状に固定した状態を維持することを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
18. 前記少なくとも１つのクランプ部材（３６）は、同心円状に拡張するクランプ部材であり、該少なくとも１つのクランプ部材（３６）を作動することは、前記同心円状に拡張するクランプ部材（３６）を径方向の外方に拡張して、少なくとも前記第１の出力軸（６０）と係止した摩擦係合することを更に含むことを特徴とする、請求項１２～１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記近位管部（３４）が前記遠位管部（３２）から分離されたときに、前記工具チェーン（１０）が有する管レセプタクル（４６）及び前記近位管部（３４）を旋回運動させることで、前記工具チェーン（１０）から前記内部部品の取り外しを容易にするフレーム部材（４８）とを更に備えることを特徴とする、請求項１３～１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記工具チェーン（１０）は、前記発電機（１２）に連結された支持アーム（３８）も備え、前記方法は、
    前記遠位管部（３２）及び前記近位管部（３４）の取り外し可能な連結部に隣接して前記支持アーム（３８）を前記遠位管部（３２）に取り外し可能に連結し、その結果、前記支持アーム（３８）は、前記近位管部（３４）から分離されたときに前記遠位管部（３２）を支持することを更に特徴とする、請求項１２～１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 前記遠位管部（３２）及び前記近位管部（３４）が互いに接続されたときに、前記発電機（１２）に連結されたスイベルジョイント（４２）を中心にして、前記支持アーム（３８）を前記遠位管部（３２）からの係合を解除するように、かつ、前記摺動工具（５０）の移動経路を出るように旋回することを更に特徴とする、請求項２０に記載の方法。
22. 前記遠位管部（３２）及び前記近位管部（３４）は、これらの部材を取り外し可能に接続及び分離する円錐ネジを備えることを特徴とする、請求項１２～２１のいずれか１項に記載の方法。

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