JP7480817B2 - 回転体設置方法およびブレードリフトアップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、風力発電機などにおいて、ハブとブレードとを有する回転体をタワー部分の頂部に設置する回転体設置方法、および、タワー部分の頂部においてハブにブレードを取り付ける際に利用されるブレードリフトアップ装置に関する。

タワー部分の頂部に回転体を有する風力発電機の構築方法として、リフトアップ装置を用いた工法が用いられる。リフトアップ装置は、構築中の風力発電機の頂部への資材の運搬などに用いられる。リフトアップ装置は、タワー部分の周囲に設置されたガイドタワーと、ガイドタワーに沿って昇降可能な昇降装置とを有する。こうしたリフトアップ装置を用いた回転体設置方法として、特許文献１には、地上部分において組み立てられた回転体をタワー部分の頂部までリフトアップ装置で運搬して設置する工法が開示されている。

特開２００７－１９２０７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、組立て後の回転体の立て起こし作業に使用されるクレーンに大型のものが必要となるため、風力発電機の周辺に大きな作業ヤードを確保する必要がある。また、タワー部分の頂部にナセルを設置したのちにクレーンを用いてブレードを取り付ける方法もあるが、これにも大型のクレーンが必要となるため、風力発電機の周辺に大きな作業ヤードを確保する必要がある。

上記課題を解決する回転体設置方法は、ブレード取付口が形成されたハブと前記ブレード取付口に取り付けられるブレードとを有する回転体をタワー部分の頂部に設置する回転体設置方法であって、前記ブレードが取り付けられる前に、前記ハブをナセルの先端に取り付けるとともに前記タワー部分の頂部において前記ナセルを所定の角度まで回転させるステップと、前記タワー部分の周囲に設けられたガイドタワーに沿って積載作業位置と取付作業位置との間を上下方向に昇降移動可能に構成され、前記ガイドタワーに対して第１水平方向に進退移動可能なステージと、前記ステージ上を第２水平方向に移動可能に構成され、前記ブレードを支持可能なブレード支持装置と、を備えたブレードリフトアップ装置を設置するステップと、取付対象となる前記ブレード取付口が前記ステージの前記取付作業位置を向くように前記ハブを回転させるステップと、前記ブレードを積載した前記ステージを前記取付作業位置に配置するステップと、前記ステージの前記第１水平方向での進退移動と、前記ブレード支持装置の前記第２水平方向での移動とを用いて、前記取付対象に対する前記ブレードの位置調整を行うステップと、を備える。

本発明によれば、風力発電機の周囲に大きな作業ヤードを確保することなく回転体を設置することができる。

風力発電機の一例を模式的に示す正面図である。 回転体設置方法の一実施形態の手順を示すフローチャートである。 ナセルが取り付けられた状態の一例を模式的に示す斜視図である。 ナセル回転工程が終了した状態を模式的に示す斜視図である。 ブレードリフトアップ装置の一実施形態を模式的に示す斜視図であって、積載作業位置にあるステージにおいてブレードが仮置きされた状態を示す斜視図である。 ハブにブレードが取り付けられる様子の一例を模式的に示す斜視図である。 取付対象となるブレード取付口を変更するためにハブを回転させた様子を模式的に示す斜視図である。

図１～図７を参照して、回転体設置方法およびブレードリフトアップ装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、風力発電機１０は、タワー部分１１、ナセル１３、および、回転体１２を有する。タワー部分１１は、風力発電機１０が設置される基礎の上に設置される。ナセル１３は、タワー部分１１の中心軸を回転中心として回転可能にタワー部分１１の頂部に取り付けられる。ナセル１３の内部には、電動発電機などが収納されている。ナセル１３には、回転体１２が取り付けられる。回転体１２は、ナセル１３の先端に取り付けられるハブ１５とハブ１５に取り付けられるブレード１４とを有する。ハブ１５は、電動発電機の回転軸を回転中心として回転可能に構成されている。ブレード１４は、ハブ１５の回転軸周りに所定の間隔で取り付けられている。

（回転体設置方法）
図２に示すように、回転体１２は、タワー部分１１が構築されたのち、ナセル取付工程（ステップＳ１０１）、ナセル回転工程（ステップＳ１０２）、ブレード取付工程（ステップＳ１０３）を経て設置される。ナセル取付工程（ステップＳ１０１）は、タワー部分１１の構築に用いられたリフトアップ装置を用いて行われる。

（リフトアップ装置）
図３に示すように、リフトアップ装置２０は、ガイドタワー２１とガイドタワー２１に沿って昇降可能な昇降装置２２とを有する。

ガイドタワー２１は、風力発電機１０が設置される基礎の上に設置される。ガイドタワー２１は、風力発電機１０のタワー部分１１を周囲に立設される支柱２３を備える。各支柱２３は、四角柱形状を成すトラス構造により構成される。各支柱２３は、隣接する支柱２３との間に梁２４やトラス梁（図示せず）によって連結される。

昇降装置２２は、昇降フレーム部２５と吊下装置２６とを有する。
昇降フレーム部２５は、一対の上段水平フレーム２７、垂直フレーム２８、および、一対の下段水平フレーム２９を有している。

上段水平フレーム２７は、ガイドタワー２１の外周部に取り付けられている。上段水平フレーム２７は、第１水平方向Ｈ１に沿って延びている。上段水平フレーム２７は、第１水平方向Ｈ１におけるガイドタワー２１の両側へ突出するように設けられている。各上段水平フレーム２７の上面部には、吊下装置２６を移動可能に支持するガイドレール３１が設けられている。

垂直フレーム２８は、各支柱２３に沿うように上段水平フレーム２７から下方に延びている。垂直フレーム２８の一部には、昇降装置２２を昇降させるための昇降機（図示せず）が取り付けられている。垂直フレーム２８の下端部には、下段水平フレーム２９が連結されている。

下段水平フレーム２９は、ガイドタワー２１の外周部に取り付けられている。下段水平フレーム２９は、第１水平方向Ｈ１における一方側に突出するように延びている。下段水平フレーム２９には、重量バランスをとるカウンター装置３２が設置されている。これらの水平フレーム２７，２９と垂直フレーム２８は、各所において、図示されない補強フレームによって補強されている。

吊下装置２６は、門型フレーム３５、連結フレーム３６、および、吊り下げ部３７を有する。門型フレーム３５は、各上段水平フレーム２７に対し、ガイドレール３１に沿って移動可能に取り付けられている。連結フレーム３６は、門型フレーム３５の上部を連結している。吊り下げ部３７は、連結フレーム３６に沿って移動可能に取り付けられている。吊り下げ部３７は、玉掛けのためのフックや吊り替え機構、チェーンブロックなどで構成される。吊下装置２６は、ガイドレール３１に沿って門型フレーム３５を移動させることにより、吊り下げ部３７をタワー部分１１の直上領域へと配置可能に構成されている。

こうした構成のリフトアップ装置２０は、地上部分において各種部材を吊り下げ部３７に吊下させたのちに昇降フレーム部２５を上昇させることで各種部材を上方へと運搬する。そして、ガイドレール３１に沿った吊下装置２６の移動や連結フレーム３６に沿った吊り下げ部３７の移動を利用して、タワー部分１１の構築やタワー部分１１の頂部へのナセル１３の取付が行われる。ナセル１３の正面部分には、ハブ１５が設けられている。本実施形態のハブ１５には、ハブ１５の回転軸周りに３つのブレード取付口４１が等間隔で設けられている。

（ナセル回転工程）
図４に示すように、ナセル回転工程（ステップＳ１０２）では、ナセル１３の正面方向が、第１水平方向Ｈ１に対して角度θだけ傾斜する第２水平方向Ｈ２となるようにナセル１３を回転させる。すなわち、ハブ１５が第２水平方向Ｈ２を向くようにナセル１３を回転させる。第１水平方向Ｈ１と第２水平方向Ｈ２とがなす角度θは、９０度以下である。この第２水平方向Ｈ２の詳細については後述する。

（ブレードリフトアップ装置）
ブレード取付工程（ステップＳ１０３）は、ブレード取付用のリフトアップ装置であるブレードリフトアップ装置を利用して行われる。

図５に示すように、ブレードリフトアップ装置５０は、ガイドタワー２１に沿って昇降可能に構成されている。ブレードリフトアップ装置５０は、昇降フレーム部５１、ステージ５２、および、ブレード支持装置５３を有する。

昇降フレーム部５１は、一対の上段水平フレーム５５、垂直フレーム５６、および、一対の下段水平フレーム５８を有する。
上段水平フレーム５５は、ガイドタワー２１の外周部に取り付けられている。上段水平フレーム５５は、第１水平方向Ｈ１に沿って延びている。上段水平フレーム５５は、第１水平方向Ｈ１における一方側に向かってガイドタワー２１から突出するように設けられている。各上段水平フレーム５５の上面部には、ステージ５２を移動可能に支持するステージガイドレール５７が設けられている。

垂直フレーム５６は、各支柱２３に沿うように設けられている。垂直フレーム５６の一部には、ブレードリフトアップ装置５０を昇降させるための昇降機（図示せず）が取り付けられている。ステージ５２側に位置する垂直フレーム５６は、上段水平フレーム５５から下方に延びている。各垂直フレーム５６の下端部は、下段水平フレーム５８によって連結されている。

下段水平フレーム５８は、第１水平方向Ｈ１におけるステージ５２の反対側の領域まで延びている。下段水平フレーム５８には、重量バランスをとるカウンター装置５９が設置されている。ブレードリフトアップ装置５０においては、カウンター装置５９の上方の領域、換言すれば、ガイドタワー２１に対するステージ５２の反対側が開放領域となっている。上段水平フレーム５５、垂直フレーム５６、および、下段水平フレーム５８は、各所に配設された補強フレーム６０によって補強されている。

ステージ５２は、一対の上段水平フレーム５５に架設されている。ステージ５２は、昇降フレーム部５１の昇降により、地上部分においてブレード１４の積載作業が行われる積載作業位置とタワー部分１１の頂部においてブレード１４の取付作業が行われる取付作業位置との間を昇降移動する。ステージ５２は、ステージガイドレール５７に沿って第１水平方向Ｈ１に移動可能に構成されている。すなわち、ステージ５２は、タワー部分１１に対して第１水平方向に沿って進退移動可能に構成されている。ステージ５２には、第１水平方向Ｈ１における両端部に一対のガイドレール６２が設けられている。

一対のガイドレール６２は、第２水平方向Ｈ２に延びているとともに第２水平方向Ｈ２に直交する第３水平方向Ｈ３において対向するように配置されている。一対のガイドレール６２は、第２水平方向Ｈ２に移動可能にブレード支持装置５３を支持している。すなわち、上述したナセル回転工程では、このブレード支持装置５３の移動方向と平行な方向をハブ１５が向くようにナセル１３を回転させる。

ステージ５２には、一対のガイドレール６２の外側に、一対の仮置き材６５が立設されている。各仮置き材６５は、第２水平方向Ｈ２で対向する一対の規制材６６と一対の規制材６６を連結する連結材６７とを有して上方が開放された形状に形成されている。一対の仮置き材６５には、クレーンなどを用いて、ブレード１４が架設されるように、また、第３水平方向Ｈ３における両側へはみ出すようにブレード１４が仮置きされる。仮置き材６５は、ステージ５２の上面よりもやや高い位置でブレード１４を支持するとともにそのブレード１４の第２水平方向Ｈ２における過度な移動を規制するように形成されている。

ブレード支持装置５３は、枠体７５とブレード支持機７６とを有する。
枠体７５は、一対のガイドレール６２に沿って第２水平方向Ｈ２に移動可能に構成されている。枠体７５は、第２水平方向Ｈ２における移動によってブレード１４の出し入れが可能となるように、第２水平方向Ｈ２における一方の側面および第３水平方向Ｈ３における両側面が開放されている。

枠体７５は、下部フレーム体７７、上部フレーム体７８、および、側部フレーム体７９を有する。
下部フレーム体７７は、一対のガイドレール６２に架設されている。上部フレーム体７８は、下部フレーム体７７に対して上方から対向するように配置されている。上部フレーム体７８には、ブレード支持機７６であるチェーンブロックが設けられている。側部フレーム体７９は、第２水平方向Ｈ２における他方の側面部において、下部フレーム体７７と上部フレーム体７８とを連結している。なお、ブレード支持機７６は、ブレード１４を支持するとともにそのブレード１４を上下方向に移動させることができるものであればよい。例えば、ブレード支持機７６は、下部フレーム体７７に取り付けられてブレード１４を下側から支持する油圧ジャッキなどであってもよい。

なお、ブレード支持装置５３の移動領域のうち、一対の仮置き材６５で囲まれる領域をブレード１４の支持が可能な支持領域、それ以外の領域を退避領域という。また、昇降フレーム部５１やカウンター装置５９は、リフトアップ装置２０の構成部材を流用して構成されてもよい。

こうした構成のブレードリフトアップ装置５０においては、ステージ５２の第１水平方向Ｈ１に沿った進退移動とブレード１４を支持しているブレード支持装置５３の第２水平方向Ｈ２に沿った移動とを組み合わせることによって、ブレード１４の位置調整を行うことができる。

また、ブレードリフトアップ装置５０において、ステージ５２の形状や移動範囲、第２水平方向Ｈ２は、ナセル１３の回転中心からハブ１５までの距離やブレード１４の形状を考慮して設定される。具体的に、それらは、ステージ５２にブレード１４を積載してもブレード支持装置５３の退避領域が確保されるとともに、積載されたブレード１４が上面視において一対の上段水平フレーム５５の間で支持されるように設定される。

（ブレード取付工程）
ブレード取付工程（ステップＳ１０３）においては、まず、取付対象となるブレード取付口４１がステージ５２の取付作業位置を向くようにハブ１５を回転させる（図２参照）。ハブ１５の回転は、ナセル１３に収納された電動モーターなどに電力を供給することにより行われる。

次に、ブレードリフトアップ装置５０を用いて地上部分からタワー部分１１頂部へとブレード１４を運搬する。
図５に示すように、地上部分からブレード１４を運搬する際には、ステージ５２が積載作業位置にあり、かつ、ブレード支持装置５３が退避領域にあるときに、クレーンなどを用いて仮置き材６５にブレード１４を仮置きする。このとき、ブレード１４は、その基端部が取付対象となるブレード取付口４１の下方に位置するように仮置きされる。

次に、ブレード支持装置５３を支持領域へと移動させたのち、ブレード支持機７６でブレード１４を支持する。そして、昇降フレーム部５１を上昇させることにより、タワー部分１１の頂部へとブレード１４を運搬する。

図６に示すように、取付作業位置までステージ５２が移動してタワー部分１１の頂部にブレード１４が運搬されると、第１水平方向Ｈ１におけるステージ５２の進退移動と第２水平方向Ｈ２におけるブレード支持装置５３の移動とを組み合わせてブレード取付口４１に対するブレード１４の基端部の位置調整を行う。そして、ブレード取付口４１にブレード１４の基端部を連結することにより、ハブ１５にブレード１４が取り付けられる。取付対象のブレード取付口４１にブレード１４が取り付けられると、ブレード支持装置５３を退避領域へ移動させたのちステージ５２を積載作業位置まで降下させる。

そして、図７に示すように、ブレード取付口４１の間隔の分だけハブ１５を回転させる。これにより、次の取付対象となるブレード取付口４１がステージ５２の取付作業位置を向くように配置される。このとき、取り付けられたブレード１４がハブ１５の下側を通るようにハブ１５を回転させることが好ましい。

以後、タワー部分１１の頂部へのブレード１４の運搬、ブレード１４の位置調整、ブレード取付口４１へのブレード１４の取付、ハブ１５の回転、これらが繰り返されることにより、ハブ１５に対して全てのブレード１４が取り付けられる。

（作用）
ブレードリフトアップ装置５０においては、ステージ５２の反対側の領域が開放されるように昇降フレーム部５１が構成されているため、取付後のブレード１４と昇降フレーム部５１との干渉が回避される。

本実施形態の効果について説明する。
（１）上述した回転体設置方法によれば、ステージ５２にブレード１４を載置する際に必要となるクレーンが小型のものですむ。そのため、風力発電機１０の周囲に大きな作業ヤードを確保することなく回転体１２を設置することができる。

（２）上述した回転体設置方法においては、ナセル回転工程においてハブ１５が第２水平方向を向くようにナセル１３を回転させた。これにより、取付作業時、第２水平方向におけるブレード１４の位置調整をブレード支持装置５３の移動だけで行うことができる。

（３）ステージ５２上においては、規制材６６によって第２水平方向Ｈ２におけるブレード１４の過度な移動が規制される。これにより、運搬時および取付作業時における安全性を高めることができる。

（４）ブレード支持機７６は、ブレード１４を上下方向に移動可能に支持している。これにより、取付作業時、ステージ５２の上下移動を用いることなくブレード１４を上下移動させることができる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・ステージ５２には、例えばブレード支持装置５３が高い安定性のもとでブレード１４を支持できる場合やブレード支持装置５３に規制材が設けられている場合には、規制材６６が設けられていなくともよい。

・ブレード支持装置５３は、ブレード支持機７６に取り付けた吊り替え装置によりブレード１４を吊り下げる構成であってもよい。こうした構成によれば、ブレードの取付に関する作業性を高めることができる。

・ナセル回転工程では、ハブ１５の向く方向が第２水平方向Ｈ２に近くなるようにナセル１３を回転させればよく、ハブ１５の向く方向と第２水平方向Ｈ２とが異なっていてもよい。

１０…風力発電機、１１…タワー部分、１２…回転体、１３…ナセル、１４…ブレード、１５…ハブ、２０…リフトアップ装置、２１…ガイドタワー、２２…昇降装置、２３…支柱、２４…梁、２５…昇降フレーム部、２６…吊下装置、２７…上段水平フレーム、２８…垂直フレーム、２９…下段水平フレーム、３１…ガイドレール、３２…カウンター装置、３５…門型フレーム、３６…連結フレーム、３７…吊り下げ部、４１…ブレード取付口、５０…ブレードリフトアップ装置、５１…昇降フレーム部、５２…ステージ、５３…ブレード支持装置、５５…上段水平フレーム、５６…垂直フレーム、５７…ステージガイドレール、５８…下段水平フレーム、５９…カウンター装置、６０…補強フレーム、６２…ガイドレール、６５…仮置き材、６６…規制材、６７…連結材、７５…枠体、７６…ブレード支持機、７７…下部フレーム体、７８…上部フレーム体。

Claims (5)

1. ブレード取付口が形成されたハブと前記ブレード取付口に取り付けられるブレードとを有する回転体をタワー部分の頂部に設置する回転体設置方法であって、
   前記ブレードが取り付けられる前に、前記ハブをナセルの先端に取り付けるとともに前記タワー部分の頂部において前記ナセルを所定の角度まで回転させるステップと、
   前記タワー部分の周囲に設けられたガイドタワーに沿って積載作業位置と取付作業位置との間を上下方向に昇降移動可能に構成され、前記ガイドタワーに対して第１水平方向に進退移動可能なステージと、前記ステージ上を前記第１水平方向に斜交する第２水平方向に移動可能に構成され、前記ブレードを支持可能なブレード支持装置と、を備えたブレードリフトアップ装置を設置するステップと、
   取付対象となる前記ブレード取付口が前記ステージの前記取付作業位置を向くように前記ハブを回転させるステップと、
   前記ブレードを積載した前記ステージを前記取付作業位置に配置するステップと、
   前記ステージの前記第１水平方向での進退移動と、前記ブレード支持装置の前記第２水平方向での移動とを用いて、前記取付対象に対する前記ブレードの位置調整を行うステップと、を備える
   回転体設置方法。
2. 前記所定の角度は、前記ハブが前記第２水平方向を向く角度である
   請求項１に記載の回転体設置方法。
3. 前記第２水平方向における前記ブレードの過度な移動を、前記ステージに設けた規制材で規制する
   請求項１または２に記載の回転体設置方法。
4. タワー部分の頂部へブレードをリフトアップするブレードリフトアップ装置であって、
   前記タワー部分の周囲に設けられたガイドタワーに沿って積載作業位置と取付作業位置との間を上下方向に昇降移動可能に構成され、前記ガイドタワーに対して第１水平方向に進退移動可能なステージと、
   前記ステージ上を前記第１水平方向に斜交する第２水平方向に移動可能に構成され、前記ブレードを支持可能なブレード支持装置と、を備える
   ブレードリフトアップ装置。
5. 前記ステージには、前記第２水平方向における前記ブレードの過度な移動を規制する規制材が設けられている
   請求項４に記載のブレードリフトアップ装置。

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