JPWO2009028092A1 - 管状部材用のフランジ継手 - Google Patents

Abstract

製作工程の短縮化を図り、かつ、製造コストの低減化を図ること。周縁部上端または周縁部下端が、管状部材（７）の下端または上端と接合されて、前記管状部材（７）同士を結合する管状部材用のフランジ継手（８）であって、前記管状部材（７）に接続される側の面で、かつ、前記管状部材（７）との接合面よりも半径方向内側に、断面視略Ｕ字状を呈する溝（１６）が、周方向に沿って設けられている。

Description

本発明は、例えば、風力発電用風車の支柱を構成する管状部材同士を接続（結合：連結）する管状部材用のフランジ継手に関するものである。

風力発電用風車の支柱を構成する管状部材同士を接続する管状部材用のフランジ継手としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
特表２００４−５２５２９３号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された管状部材用のフランジ継手では、溶接継ぎ目を介して管状部材の下端または上端と接続（結合：連結）される管状部分が、削り出し加工によって製作されるようになっている。そのため、製作工程が長期化し、製造コストが高騰化してしまうといった問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、製作工程の短縮化を図ることができ、製造コストの低減化を図ることができる管状部材用のフランジ継手を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る管状部材用のフランジ継手は、周縁部上端または周縁部下端が、管状部材の下端または上端と接合されて、前記管状部材同士を結合する管状部材用のフランジ継手であって、前記管状部材に接続される側の面で、かつ、前記管状部材との接合面よりも半径方向内側に、断面視略Ｕ字状を呈する溝が、周方向に沿って設けられている。

本発明に係る管状部材用のフランジ継手によれば、管状部材に接続される側の面に、比較的容易に加工し得る断面視略Ｕ字状を呈する溝を加工するだけでよいこととなる。すなわち、従来のように、管状部材に接続される側の面の大半を削って、管状部材に接続される管状部分を作製する（加工する）必要がないので、製作工程の短縮化を図ることができて、製造コストの低減化を図ることができる。
また、従来のように、管状部材に接続される側の面の大半を削って板厚を減少させることにより、管状部材に接続される管状部分を作製する（加工する）必要がないので、板厚を略元の厚みのまま維持することができる。
これにより、管状部材とフランジ継手とを溶接する際の熱（溶接熱）がフランジ継手の接合面（当接面）まで伝達されることを防止することができ、接合面が変形する（歪む）ことを防止することができる。
また、接合面が変形する（歪む）ことを防止することができることにより、接合面の変形を修正する面出し加工を不要とすることができ、製作工程の短縮化をさらに図ることができて、製造コストの低減化をさらに図ることが

上記管状部材用のフランジ継手において、前記溝の半径方向内側に位置する底面の曲率半径が、前記溝の半径方向外側に位置する底面の曲率半径よりも小さくなるように形成されているとさらに好適である。

このような管状部材用のフランジ継手によれば、P.C.D.（Pitch Circle
Diameter：ボルト穴の中心点を結んでできた円（ボルト穴ピッチ円）の直径）を大きくすることができるので、フランジ継手の周縁部の浮き上がりを防止することができて、フランジ継手８の接合面（当接面）同士をより密着した状態に保つことができる。

本発明に係る風力発電用風車は、製作工程の短縮化を図ることができて、製造コストの低減化を図ることができるフランジ継手を具備している。

本発明に係る風力発電用風車によれば、風力発電用風車全体の製作工程の短縮化を図ることができて、製造コストの低減化を図ることができる。

本発明によれば、製作工程の短縮化を図ることができ、製造コストの低減化を図ることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るフランジ継手を具備した風力発電用風車を示す側面図である。 図１の要部縦断面図である。 本発明の他の実施形態に係るフランジ継手の要部縦断面図であって、図２と同様の図である。 本発明の別の実施形態に係るフランジ継手の要部縦断面図であって、図２および図３と同様の図である。 本発明のさらに別の実施形態に係るフランジ継手の要部縦断面図であって、図２から図４と同様の図である。 本発明のさらに別の実施形態に係るフランジ継手の要部縦断面図である。

符号の説明

１ 風力発電用風車
７ 管状部材
８ フランジ継手
１６ 溝
１６ａ 溝
２０ フランジ継手
２１ 溝
３０ フランジ継手
３１ 溝

以下、本発明に係る環状部材用のフランジ継手（以下、「フランジ継手」という。）の一実施形態について、図１および図２を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係るフランジ継手を具備した風力発電用風車を示す側面図、図２は図１の要部縦断面図である。

図１に示すように、風力発電用風車１は、基礎Ｂ上に立設される支柱（「タワー」ともいう。）２と、支柱２の上端に設置されるナセル３と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル３に設けられるローターヘッド４とを有している。
ローターヘッド４には、その回転軸線周りに放射状にして複数枚（例えば、３枚）の風車回転翼５が取り付けられている。これにより、ローターヘッド４の回転軸線方向から風車回転翼５に当たった風の力が、ローターヘッド４を回転軸線周りに回転させる動力に変換されるようになっている。

支柱２は、複数個（例えば、３個）のユニット６（図２参照）を上下に連結した構成とされており、各ユニット６は、管状部材７（図２参照）と、フランジ継手８（図２参照）とを有している。また、管状部材７は、円筒形状とされた複数の円筒分割体（図示せず）の端部同士を溶接により接合して組み立てられた構造、または、図２に示すような上方に向けて直径が漸次減少する円錐台形状とされた複数の円錐台分割体（図示せず）の端部同士を溶接により接合して組み立てられた構造とされている。
ナセル３は、支柱２を構成するユニット６のうち、最上部に設けられるユニット６上に設置されており、支柱２の上端に取り付けられるナセル台板（図示せず）と、このナセル台板を上方から覆うカバー９とを有している。

さて、本実施形態に係るフランジ継手８は、平面視環状（ドーナツ状）を呈する板状の部材であり、板厚方向（図２において上下方向）に貫通するボルト穴１０が、周方向に沿って複数個設けられて（形成されて）いる。
また、フランジ継手８の周縁部上端または周縁部下端と、管状部材７の下端または上端とは、半径方向内側に位置する溶接継ぎ目１１および半径方向外側に位置する溶接継ぎ目１２を介して接続（結合：連結）されている。
なお、図２中の符号１３，１４，１５はそれぞれ、フランジ継手８同士を接続（結合：連結）するボルト、ナット、座金である。

さらに、フランジ継手８の上面または下面で、かつ、管状部材７に接続される側の面には、平面視環状（ドーナツ状）、断面視略Ｕ字状を呈する一本の溝（グルーブ：groove）１６が、周方向に沿って設けられて（形成されて）いる。
また、溝１６の外周縁は、管状部材７の内周面の略真下あるいは略真上にくるように形成されている。すなわち、溝１６の外周縁は、フランジ継手８の周縁部に、管状部材７の板厚と略同じ幅を有する、平面視環状（ドーナツ状）の接続面（結合面：接合面）を有するように形成されて（設けられて）いる。
一方、溝１６の内周縁は、フランジ継手８同士を接続する座金１５の外周面の略真下あるいは略真上にくるように形成されている。すなわち、溝１６の内周縁は、座金１５の下面全体または上面全体が、フランジ継手８の上面または下面と当接（密着）するように形成されて（設けられて）いる。

本実施形態に係るフランジ継手８によれば、管状部材７に接続される側の面に、比較的容易に加工し得る平面視環状、断面視略Ｕ字状を呈する溝１６を加工するだけでよいこととなる。すなわち、従来のように、管状部材に接続される側の面の大半を削って、管状部材に接続される管状部分を作製する（加工する）必要がないので、製作工程の短縮化を図ることができて、製造コストの低減化を図ることができる。

また、本実施形態に係るフランジ継手８によれば、従来のように、管状部材に接続される側の面の大半を削って板厚を減少させることにより、管状部材に接続される管状部分を作製する（加工する）必要がないので、板厚を略元の厚みのまま維持することができる。
これにより、管状部材７とフランジ継手８とを溶接する際の熱（溶接熱）がフランジ継手８の接合面（当接面）８ａまで伝達されることを防止することができ、接合面８ａが変形する（歪む）ことを防止することができる。
また、接合面８ａが変形する（歪む）ことを防止することができることにより、接合面８ａの変形を修正する面出し加工を不要とすることができ、製作工程の短縮化をさらに図ることができて、製造コストの低減化をさらに図ることができる。
さらに、板厚を略元の厚みのまま維持することができるので、ボルト１３の内力係数を低下させることができ、ボルト強度をより有利なものとすることができる。

本発明に係るフランジ継手の他の実施形態について、図３を参照しながら説明する。
図３は本実施形態に係るフランジ継手の要部縦断面図であって、図２と同様の図である。
本実施形態に係るフランジ継手２０は、溝１６の代わりに溝２１を備えているという点で上述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

本実施形態に係るフランジ継手２０は、平面視環状（ドーナツ状）を呈する板状の部材であり、板厚方向（図３において上下方向）に貫通するボルト穴１０が、周方向に沿って複数個設けられて（形成されて）いる。
また、フランジ継手２０の周縁部上端または周縁部下端と、管状部材７の下端または上端とは、半径方向内側に位置する溶接継ぎ目１１および半径方向外側に位置する溶接継ぎ目１２を介して接続（結合：連結）されている。

さらに、フランジ継手２０の上面または下面で、かつ、管状部材７に接続される側の面には、平面視環状（ドーナツ状）、断面視略Ｕ字状を呈する一本の溝（グルーブ：groove）２１が、周方向に沿って設けられて（形成されて）いる。
また、溝２１の外周縁は、管状部材７の内周面の略真下あるいは略真上にくるように形成されている。すなわち、溝２１の外周縁は、フランジ継手２０の周縁部に、管状部材７の板厚と略同じ幅を有する、平面視環状（ドーナツ状）の接続面（結合面：接合面）を有するように形成されて（設けられて）いる。
一方、溝２１の内周縁は、上述した実施形態の溝１６の内周面よりも半径方向外側（図３において左側）に位置するように、すなわち、溝２１の半径方向内側に位置する底面の曲率半径が、溝２１の半径方向外側に位置する底面の曲率半径よりも小さくなるように形成されているとともに、フランジ継手２０同士を接続する座金１５の外周面の略真下あるいは略真上にくるように形成されている。また、溝２１の内周縁は、座金１５の下面全体または上面全体が、フランジ継手２０の上面または下面と当接（密着）するように形成されて（設けられて）いる。

本実施形態に係るフランジ継手２０によれば、P.C.D.（Pitch Circle
Diameter：ボルト穴１０の中心点を結んでできた円（ボルト穴ピッチ円）の直径）を大きくすることができるので、フランジ継手８の周縁部の浮き上がりを防止することができて、フランジ継手８の接合面（当接面）８ａ同士をより密着した状態に保つことができる。
なお、溝２１の半径方向内側に位置する底面の曲率半径は、溝２１の半径方向外側に位置する底面の曲率半径よりも小さくなるように設定されており、溝２１の半径方向内側に位置する底面に応力が集中することとなる。しかし、溝２１の半径方向内側に位置する底面には、溝２１の半径方向外側に位置する底面よりも高い圧縮力（締結力：締付力）が加わり、溝２１の半径方向内側に位置する底面の、材料の見かけ上の疲労強度が上がることとなる。そして、溝２１の半径方向内側に位置する底面への応力集中は、見かけ上向上した疲労強度によって相殺される（カバーされる）こととなり、溝２１の半径方向内側に位置する底面に亀裂が発生するのを防止することができる。
その他の作用効果は、上述した実施形態と同じであるので、ここではその説明を省略する。

本発明に係るフランジ継手の別の実施形態について、図４を参照しながら説明する。
図４は本実施形態に係るフランジ継手の要部縦断面図であって、図２および図３と同様の図である。
本実施形態に係るフランジ継手３０は、溝１６，２１の代わりに溝３１を備えているという点で上述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

本実施形態に係るフランジ継手３０は、平面視環状（ドーナツ状）を呈する板状の部材であり、板厚方向（図４において上下方向）に貫通するボルト穴１０が、周方向に沿って複数個設けられて（形成されて）いる。
また、フランジ継手３０の周縁部上端または周縁部下端と、管状部材７の下端または上端とは、半径方向内側に位置する溶接継ぎ目１１および半径方向外側に位置する溶接継ぎ目１２を介して接続（結合：連結）されている。

さらに、フランジ継手３０の上面または下面で、かつ、管状部材７に接続される側の面には、平面視環状（ドーナツ状）、断面視略Ｕ字状を呈する一本の溝（グルーブ：groove）３１が、周方向に沿って設けられて（形成されて）いる。
また、溝３１の外周縁は、管状部材７の内周面の略真下あるいは略真上にくるように形成されている。すなわち、溝３１の外周縁は、フランジ継手３０の周縁部に、管状部材７の板厚と略同じ幅を有する、平面視環状（ドーナツ状）の接続面（結合面：接合面）を有するように形成されて（設けられて）いる。
一方、溝３１の開口端側（管状部材７の側）に位置する内周縁は、溝２１の内周縁と同様、溝１６の内周面よりも半径方向外側（図４において左側）に位置するように形成されているとともに、フランジ継手３０同士を接続する座金１５の外周面の略真下あるいは略真上にくるように形成されている。また、溝３１の開口端側に位置する内周縁は、座金１５の下面全体または上面全体が、フランジ継手３０の上面または下面と当接（密着）するように形成されて（設けられて）いる。そして、溝３１の奥側（底面の側）に位置する内周縁は、溝１６の奥側（底面の側）に位置する内周縁と同様に、すなわち、溝３１の開口端側に位置する内周縁よりも半径方向内側に位置するように形成されている

本実施形態に係るフランジ継手３０の作用効果は、上述した実施形態と同じであるので、ここではその説明を省略する。

また、製作工程の短縮化を図ることができて、製造コストの低減化を図ることができるフランジ継手８，２０，３０を具備した風力発電用風車１によれば、風力発電用風車１全体の製作工程の短縮化を図ることができて、製造コストの低減化を図ることができる。
さらに、フランジ継手８の周縁部の浮き上がりを防止することができて、フランジ継手８の接合面（当接面）８ａ同士をより密着した状態に保つことができるフランジ継手２０，３０を具備した風力発電用風車１によれば、支柱２の信頼性を向上させることができるとともに、風力発電用風車１全体の信頼性を向上させることができる。

なお、上述した実施形態において、フランジ継手３０の上面に形成された（上方に向かって開口する）溝１６，２１，３１内に、シリコンまたはグリース等が充填されているとさらに好適である。
これにより、管状部材７の内壁面を伝わって降りてきた水滴が、溝１６，２１，３１内に溜まるのを防止することができて、溝１６，２１，３１内に錆が発生するのを防止することができる。

また、本発明に係るフランジ継手の側面形状は、図２から図４に示すような円筒形状を呈するものに限定されるものではなく、図５に示すような、円錐台形状を呈するものであってもよい。
これにより、フランジ継手の側面と管状部材７の側面とを略同一平面上に形成させることができ、支柱２の表面全体に出現する凹凸を低減させることができて、支柱２および風力発電用風車１全体の美感を向上させることができる。

さらに、図５に示す溝１６は、その断面視形状が図６に示すような形状、すなわち、フランジ継手８の側面に沿って（に平行となるように）切り込まれた斜めＵ字状を呈する溝１６ａとすることもできる。
このようにしたことによる作用効果は、図２を用いて説明した実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

Claims (3)

1. 周縁部上端または周縁部下端が、管状部材の下端または上端と接合されて、前記管状部材同士を結合する管状部材用のフランジ継手であって、
   前記管状部材に接続される側の面で、かつ、前記管状部材との接合面よりも半径方向内側に、断面視略Ｕ字状を呈する溝が、周方向に沿って設けられていることを特徴とする管状部材用のフランジ継手。
2. 前記溝の半径方向内側に位置する底面の曲率半径が、前記溝の半径方向外側に位置する底面の曲率半径よりも小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の管状部材用のフランジ継手。
3. 請求項１または２に記載の管状部材用のフランジ継手を備えてなることを特徴とする風力発電用風車。

Images