JPWO2011077546A1 - モノポール式タワー及びモノポール式タワーを備える風力発電装置 - Google Patents

Abstract

タワーシェルより外側へ張り出しているベースプレートをなくすことにより、タワーシェルの外形寸法が最大径となるタワー支持構造のモノポール式タワーを提供する。基礎Ｂ上に立設されるモノポール式タワーにおいて、タワー２の下端部側は、タワーシェル２１の外径以下となる範囲にタワー側連結部材を備え、基礎Ｂに設けた基礎側連結部材を備える空間にて、基礎側連結部材とタワー側連結部材とが、溶接または、添接板を利用したボルトまたは、リベットにより連結される。

Description

本発明は、モノポール式タワー及びモノポール式タワー（支柱）を備えた風力発電装置に関する。

風力発電装置は、風車翼を備えたロータヘッドが風力を受けて回転し、この回転を増速機により増速するなどして駆動される発電機により発電する装置である。
上述したロータヘッドは、風車用タワー（以下、「タワー」と呼ぶ）上に設置されてヨー旋回可能なナセルの端部に取り付けられ、略水平な横方向の回転軸線周りに回転可能となるように支持されている。

一般的に、上述した風車用のタワーは、円筒形状のシェルを用いた鋼製モノポール式を採用する場合が多く、タワーシェルの下端部に設けたベースプレートを鉄筋コンクリートの基礎にアンカーボルトで固定する構造となっている。

図１１及び図１２は従来のタワー支持構造を示しており、タワー２の下端部には、タワーシェル２１の内外両面から水平方向に突出するフランジ状のベースプレート２２が設けられている。このベースプレート２２は、基礎Ｂに下端部側を埋め込んで設けた多数のアンカーボルト１０を介して、タワー２を基礎Ｂに連結して固定するための部材である。図示の構成例では、円筒形状としたタワーシェル２１の外周側及び内周側において、同心円上に２列のアンカーボルト１０が配列され、ベースプレート２２のボルト穴２２ａを貫通した各アンカーボルト１０の上端部側にナット１１を螺合させて固定する。なお、図中の符号１２は、基礎Ｂのコンクリート上に形成されたグラウトの層である。

また、鉄骨柱と鉄骨梁の仕口構造においては、梁の僅かな移動で固着ブラケットとのクリアランスが容易に得られ、調整のための微妙なクレーン操作や補助用重機等を必要としないものが提案されている。この仕口構造では、鉄骨柱の固着ブラケットと鉄骨梁の双方を、建入れ側に開いた形で切断し、添接板を当接して高力ボルトで締結して仕口を構成している。（たとえば、特許文献１参照）
特開平７−２０７８３３号公報

ところで、上述した従来のタワー支持構造は、アンカーボルト１０をタワーシェル２１より外側配置とした方が作用効果がよいため、ベースフランジはタワーシェル２１の外側へ張り出すことが多い。さらに、円筒形状とした鋼製のシェル部材が主たる強度部材となるので、タワーシェル２１の外径は大きくした方が断面効率がよいため、鋼製のモノポール式タワーは、重量低減を図れる範囲において、できるだけシェルの外径を大きくすることが望まれる。

一方、タワー２の外形寸法は、輸送時等の制約条件を満たす必要がある。上述したモノポールの場合、タワー２を高さ方向に複数のセクションに分割して製作し輸送するが、基部のタワーセクションについては、タワーシェル２１にベースプレート２２を溶接して一体化した状態で輸送を行う。このため、タワーシェル２１より外側へ張り出したベースプレート２２の外径がタワー２の最大外径となるため、タワーシェル２１の外径を制約条件まで大きくすることは困難となっている。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、タワーシェルより外側へ張り出しているベースプレートをなくすことにより、タワーシェルの外形寸法が最大径となるタワー支持構造にした風力発電装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の請求項１に係るモノポール式タワーは、基礎上に立設されるモノポール式タワーにおいて、前記タワーの下端部側は、タワーシェルの外径以下となる範囲にタワー側連結部材を備え、前記基礎に設けた基礎側連結部材を備える空間にて、前記基礎側連結部材と前記タワー側連結部材とが、溶接または、添接板を利用したボルトまたは、リベットにより連結されることを特徴とするものである。

請求項１に記載のモノポール式タワーによれば、タワーの下端部側が、タワーシェルの外径以下となる範囲にタワー側連結部材を備え、基礎に設けた基礎側連結部材を備える空間にて、基礎側連結部材とタワー側連結部材とが、溶接または、添接板を利用したボルトまたは、リベットにより連結されるので、たとえばベースプレートのようにタワーシェルの外径より大きくなる部材がなくなり、従って、タワーシェルの外径を制約条件まで大きくして断面効率を向上させることができる。すなわち、タワー外径寸法については、タワーシェルの外径を最大径とすることができる。

請求項１に記載のモノポール式タワーにおいて、前記タワーの下端部側は、タワーシェル及び内筒よりなる二重管構造部を備えるとともに、前記基礎の内部まで延長した前記内筒と前記タワー側連結部材とを前記空間へ挿入することが好ましい。

本発明の請求項３に係るモノポール式タワーは、鉄筋コンクリート製の基礎上に立設されるモノポール式タワーにおいて、前記タワーの下端部側に、前記タワー内部の下端部近傍に設置したダイヤフラムと、該ダイヤフラムの下面に結合されてタワーシェルの内部を前記基礎内部まで下方へ延びる内筒と、該内筒の下端部に取り付けられて前記タワーシェルの外径と略同径にした底板と、前記タワーシェルの内面、前記ダイヤフラムの下面、前記内筒の外面、前記底板の上面に結合されて前記内筒の外周面からタワーシェルの外径以下となる範囲に放射状に配設されたタワー側ブラケットと、前記タワーシェルの下端部と前記内筒の外周面及び前記タワー側ブラケットとを連結するリングダイヤフラムとを具備してなる基礎結合部を形成し、前記基礎の中央部に、前記基礎結合部を挿入するための基礎空間部と、基礎に固定されて前記タワー側ブラケットと取り合うよう前記タワー側ブラケットの延長線上に配置されて前記基礎空間部に露出する基礎側ブラケットとを具備してなるタワー結合空間部を形成し、前記基礎結合部を前記タワー結合空間部に挿入し、前記基礎結合部側の連結部材と前記基礎側ブラケットとの間を、添接板を介して連結、または、溶接により連結することを特徴とするものである。

請求項３に記載のモノポール式タワーによれば、タワーの下端部側に、タワー内部の下端部近傍に設置したダイヤフラムと、該ダイヤフラムの下面に結合されてタワーシェルの内部を基礎内部まで下方へ延びる内筒と、該内筒の下端部に取り付けられてタワーシェルの外径と略同径にした底板と、タワーシェルの内面、ダイヤフラムの下面、内筒の外面、底板の上面に結合されて内筒の外周面からタワーシェルの外径以下となる範囲に放射状に配設されたタワー側ブラケットと、タワーシェルの下端部と内筒の外周面及びタワー側ブラケットとを連結するリングダイヤフラムとを具備してなる基礎結合部を形成し、基礎の中央部に、基礎結合部を挿入するための基礎空間部と、基礎に固定されてタワー側ブラケットと取り合うようタワー側ブラケットの延長線上に配置されて基礎空間部に露出する基礎側ブラケットとを具備してなるタワー結合空間部を形成し、基礎結合部をタワー結合空間部に挿入し、基礎結合部側の連結部材と基礎側ブラケットとの間を、添接板を介して連結、または、溶接により連結するので、たとえばベースプレートのようにタワーシェルの外径より大きくなる部材がなくなり、従って、タワーシェルの外径を制約条件まで大きくして断面効率を向上させることができる。すなわち、タワー外径寸法については、タワーシェルの外径を最大径とすることができる。

請求項３に記載のモノポール式タワーにおいては、前記基礎側ブラケットを上下にフランジ部を設けたＩ形断面とし、前記タワー側ブラケット及び前記基礎側ブラケットの縦壁どうしに加えて、前記リングダイヤフラム及び前記底板と前記フランジ部との間を前記添接板及び前記ボルトナットを用いて連結することが好ましく、これにより、タワーと基礎との連結強度をより一層向上させることができる。

上記の発明において、前記タワーの下端部近傍に設置した前記ダイヤフラムは、前記タワーシェルに設けられるドア開口部の下側近傍であることが好ましく、これにより、タワーの内部への入口部に設ける床をダイヤフラムで兼用することができる。

上記の発明において、前記内筒は、大径側の上端部が前記タワーシェルに結合される円錐台形状であることが好ましく、これにより、タワーシェルから内筒への応力伝達がスムーズになり、従って、タワーから基礎への応力伝達もスムーズになる。

上記の発明においては、前記タワー結合空間部に、前記基礎結合部側の連結部部材と前記基礎側ブラケットとを連結後、コンクリートを充填することが好ましい。

本発明の請求項８に係る風力発電装置は、請求項１または３に記載のモノポール式タワーを備えることを特徴とするものである。

このような風力発電装置によれば、請求項１または３に記載のモノポール式タワーを備えているので、タワー外径寸法については、タワーシェルの外径を最大径とすることができる。

上述した本発明のモノポール式タワー及び風力発電装置によれば、タワーシェルの外径をタワーの最大径とすることができるので、換言すれば、ベースプレートのようにタワーシェルの外側へ突出する部材が不要になるので、タワーシェルの外径を最大限に大きくして断面効率を向上させるとともに、輸送等の制約条件の範囲内においてできるだけ大きな外径とするタワー支持構造が可能になる。すなわち、モノポール形のタワーを備えた風力発電装置は、本発明のタワー支持構造を採用することにより、タワーシェルの外形寸法を最大径とすることができる。

この結果、風力発電装置の大型化とともに高くなり、しかも荷重条件も厳しくなるタワーについては、輸送限界等の制約条件を満足すること及び必要な強度を確保することの両立を容易にしたタワー支持構造の風力発電装置となる。
また、ブラケットや添接板等に安価なロール鋼板を使用でき、しかも、高価なベースフランジやアンカーボルトが不要になるので、風力発電装置の低コスト化が可能となる。さらに、アンカーボルトを使用しないため、増し締め等のメンテナンスも不要になる。

本発明に係る風力発電装置の第１の実施形態として、タワーと基礎との連結部構造を示す要部断面図である。 図１Ａに示すタワーのＩ−Ｉ断面底面図である。 図１Ａに示すタワー及び基礎について、連結前の状態を示す要部断面図である。 図１ＡのＡ−Ａ断面図である。 図１ＡのＢ−Ｂ断面図である。 図１ＡのＣ部拡大図である。 図１ＡのＤ部拡大図である。 図１Ａ及び図２のＥ−Ｅ矢視図である。 本発明のタワー構造を備えた風力発電装置の概要を示す側面図である。 図１Ａに示した風力発電装置の連結部構造について、変形例を示す要部断面図である。 図７のＦ−Ｆ断面図である。 本発明に係る風力発電装置の第２の実施形態として、タワーと基礎との連結部構造を示す要部断面図である。 図９のＧ−Ｇ断面図である。 風力発電装置におけるタワーと基礎との連結部について、従来構造例を示す要部の外観図である。 図１１のＨ−Ｈ断面拡大図である。

１ 風力発電装置
２ 風車用タワー
３ ナセル
４ ロータヘッド
５ 風車翼
６ ドア開口部
１０ アンカーボルト
１１ ナット
１２ モルタル
２１ タワーシェル
２２ ベースプレート
２３ 貫通孔
３０，３０Ａ，３０Ｂ 基礎結合部
３１ ダイヤフラム
３２，３２Ａ 内筒
３３ 底板
３４ リングダイヤフラム
３５，３５Ａ タワー側ブラケット
５０ タワー結合空間部
５１ 基礎側ブラケット
５１ａ 基礎側ブラケットの上側フランジ
５１ｂ 基礎側ブラケットの下側フランジ
５２ 基礎空間部
６０ 添接板
７０ ボルトナット
Ｂ 基礎

以下、本発明に係る風力発電装置のタワー支持構造について、その一実施形態を図面に基づいて説明する。
図６に示すアップウインド型の風力発電装置１は、基礎Ｂ上に立設される風車用タワー（以下では「タワー」と呼ぶ）２と、タワー２の上端に設置されるナセル３と、略水平な横方向の回転軸線周りに回転可能に支持されてナセル３の一端に設けられるロータヘッド４とを有している。
ロータヘッド４には、その回転軸線周りに放射状にして複数枚（たとえば３枚）の風車翼５が取り付けられている。これにより、ロータヘッド４の回転軸線方向から風車翼５に当たった風の力が、ロータヘッド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。
また、ナセル３の外周面適所（たとえば上部等）には、周辺の風速値を測定する風速計や、風向を測定する風向計等が設置されている。

すなわち、風力発電装置１は、風車翼５に風力を受けて略水平な回転軸線周りに回転するロータヘッド４がナセル３の内部に設置された発電機（不図示）を駆動して発電するとともに、ナセル３が鉄筋コンクリート製の基礎Ｂ上に立設されたタワー２の上端部に設置されて、ヨー旋回可能に支持されている。この場合、タワー２は鋼製のモノポール式とされ、高さ方向に複数に分割したそれぞれのタワーセクションの端部に設けたフランジ（不図示）を接続することにより、必要な長さ（高さ）を確保した円筒タワーとなる。

＜第１の実施形態＞
以下、上述したタワー２を基礎Ｂに立設するタワー支持構造について、図１Ａ〜図６を参照して説明する。
図示のタワー支持構造では、タワー２の下端部側に基礎結合部３０が形成されている。この基礎結合部３０は、タワー２を立設するため、基礎Ｂの中央部に予め形成されているコンクリート未充填のタワー結合空間部５０内に挿入される。

タワー結合空間部５０内に挿入された基礎結合部３０は、後述する基礎結合部３０側の連結部材と、タワー結合空間部５０内に連結部材として設けた基礎側ブラケット５１との間が、添接板６０及びボルトナット７０を用いて連結される。この後、タワー結合空間部５０の空間部にコンクリートを充填し、コンクリートが固化することによりタワー２の設置は完成する。

上述した基礎結合部３０は、タワー２の内部において下端部近傍となる位置に設置したダイヤフラム３１と、ダイヤフラム３１の下面に結合されてタワーシェル２１の内部を基礎Ｂの内部まで下方へ延びる内筒３２と、内筒３２の下端部に取り付けられてタワーシェル２１の外径と同径にした底板３３と、タワーシェル２１の下端部と内筒３２の外周面とを連結するリングダイヤフラム３４と、ダイヤフラム３１の下面、タワーシェル２１の内面、内筒３２の外面、リングダイヤフラム３４の円周方向分割面及び底板３３の上面に結合されて内筒３２の外周面から放射状に配設された複数のタワー側ブラケット３５と、を具備して構成される。

ダイヤフラム３１は、タワー２の内径と同径にした円形の板材である。このダイヤフラム３１は、タワー２の内部空間を上下に分割するように、タワーシェル２１の内壁に溶接して取り付けられている。
また、このダイヤフラム３１は、タワー２の下端部近傍となる位置において、タワーシェル２１に設けられたドア開口部６よりも若干低い位置に、すなわちタワーシェル２１に設けられるドア開口部６の下側近傍に取り付けられており、タワー２の内部床材としても使用される。
なお、ドア開口部６は、建設時やメンテナンス時等に作業者がタワー２の内部へ出入りするために設けられたものであり、開閉可能なドアが取り付けられている。

内筒３２は、タワーシェル２１の内部空間に配設された同心の円筒部材であり、円筒上端がダイヤフラム３１の下面に溶接されている。内筒３２の下端部は、タワーシェル２１の下端部より下方へ長くなっており、その下端部は所定の設置位置で基礎Ｂの内部に入り込むようになっている。
底板３３は、内筒３２の下端部に溶接して取り付けられた円形または多角形の板材である。この底板３３は、タワーシェル２１の外径と略同径であり、コンクリート充填・固化後には、上述したタワー結合空間部５０内に形成されるコンクリート設置面上に支持される。また、この底板３３は、上述した基礎結合部３０側の連結部材としても使用される。

リングダイヤフラム３４は、タワーシェル２１の下端部と内筒３２の外周面、タワー側ブラケット３５の側面とを連結する環状の板状部材である。このリングダイヤフラム３４はタワー側ブラケット３５の位置で周方向に、すなわち円弧状に分割されており、内周端が内筒３２の外周面に溶接され、外周端がタワーシェル２１の下端部に溶接され、周方向の分割面がタワー側ブラケット３５の側面に溶接されている。

タワー側ブラケット３５は、内筒３２の外面、タワーシェル２１の内面、ダイヤフラム３１の底面及び底板３３の上面に溶接された矩形状の板状部材であり、内筒３２の外周面から複数がタワーシェル２１の外周までの径で放射状に配設されている。図示の構成例では、８枚のタワー側ブラケット３５が、内筒３２の外周面から円周方向へ４５度のピッチで放射状に取り付けられている。このタワー側ブラケット３５は、上述した基礎結合部３０側の主要な連結部材として使用される部材である。
なお、タワー側ブラケット３５の数については、諸条件に応じて適宜変更可能であり、従って、上述した８枚に限定されることはない。

上述したタワー結合空間部５０は、基礎Ｂの中央部に形成されている。タワー結合空間部５０は、コンクリートを未充填として基礎空間部５２を形成したものであり、この基礎空間部５２には、基礎Ｂと一体化した基礎側ブラケット５１が露出して設けられている。図示の基礎側ブラケット５１は、たとえば図５に示すように、上下にフランジ部５１ａ，５１ｂを設けたＩ形断面の部材が採用されている。

この場合の基礎側ブラケット５１は、タワー側ブラケット３５と取り合うようタワー側ブラケット３５の延長線上に配置されている。すなわち、放射状に配設された８枚のタワー側ブラケット３５と所定のタワー設置位置で取り合うように、円周方向へ４５度のピッチで放射状に取り付けられている。この結果、所定のタワー設置位置では、タワー側ブラケット３５及び基礎側ブラケット５１が、放射状の同一直線上に存在することとなる。

タワー２を基礎Ｂに設置して固定する際には、基礎結合部３０をタワー結合空間部５０に挿入し、基礎結合部３０側の連結部材となるタワー側ブラケット３５、底板３３及びリングダイヤフラム３４と、基礎側ブラケット５１との間を添接板６０及びボルトナット７０を用いて連結する。
添接板６０は、基礎結合部３０側の連結部材及びタワー結合空間部５０側の連結部材にまたがって配設される板状部材であり、両部材を両面から挟み込むようにして両側に配設される。そして、連結部材及びその両面に配設された添接板６０を貫通する多数のボルトナット７０を用い、各ボルトナット７０が３枚の部材をとも締めすることにより、基礎結合部３０及びタワー結合空間部５０の連結部材どうしが強固に連結されるようになっている。
なお、基礎結合部３０側の連結部材となるタワー側ブラケット３５、底板３３及びリングダイヤフラム３４と基礎側ブラケット５１との連結は、上記要領においてボルトナットに高力ボルトナットを使用し、摩擦接合とする構成、リベットを使用する構成、また、添接板及びボルトナットを使用せず、溶接する構成を適宜選択することができる。

図４Ａは、図１ＡのＣ部を拡大した図であり、基礎側ブラケット５１の上部に設けたフランジ部５１ａとタワー側のリングダイヤフラム３４とが上下２枚の添接板６０により挟持され、３枚の板状部材が多数のボルトナット７０によりとも締めされている。なお、タワーシェル２１には、タワー２の内外に添接板６０を通すため、貫通孔２３が設けられている。
また、図４Ｂは、図１ＡのＤ部を拡大した図であり、基礎側ブラケット５１の下部に設けたフランジ部５１ｂとタワー側の底板３３とが上下２枚の添接板６０により挟持され、３枚の板状部材が多数のボルトナット７０によりとも締めされている。

また、図５は図２のＥ−Ｅ断面図であり、Ｉ形断面の基礎側ブラケット５１に設けた上下のフランジ部５１ａ，５１ｂが、縦壁部どうしを連結した両側において、添接材６０及びボルトナット７０により水平方向のリングダイヤフラム３４または底板３３と連結されている。この場合、縦壁部どうしの連結部は、上下方向に配置されたタワー側ブラケット３５と基礎側ブラケット５１とを添接材６０及びボルトナット７０により連結した部分である。

このように、基礎側ブラケット５１に上下のフランジ部５１ａ，５１ｂを設けたＩ形断面とすれば、タワー側ブラケット３５及び基礎側ブラケット５１の縦壁どうしに加えて、リングダイヤフラム３４及び底板３５とフランジ部５１ａ，５１ｂとの間を添接板６０及びボルトナット７０により連結することが可能になる。この結果、基礎結合部３０と基礎Ｂとの間は、鉛直方向及び水平方向の両方向が強固に連結されるため、タワー２と基礎Ｂとの連結強度をより一層向上させることができる。

上述したようにして、基礎連結部３０側の連結部材とタワー結合空間部５０の基礎側ブラケット５１とを連結した後には、タワー結合空間部５０にコンクリートが充填される。そして、タワー結合空間部５０内のコンクリートが固化することにより、タワー２を基礎Ｂに立設させるタワー支持構造が完成する。なお、タワー２を基礎Ｂに立設させる場合、基礎連結部３０が設けられた最下段のタワーセクションを基礎Ｂに立設した後、上部のタワーセクションを順番に接続して必要高さを有するモノポール式のタワー２を完成させればよい。

このように構成されたタワー支持構造は、従来構造で最も外径の大きいベースプレート２２が不要となるので、タワーシェル２１の外径より大きくなる部材はない。従って、タワー２の設計をする際には、タワーシェル２１の外径が輸送限界等の制約を満たすように設定できるので、タワーシェル２１の外径を制約条件まで大きくして断面効率を向上させることができる。すなわち、タワー２の外径寸法については、タワーシェル２１の外径を最大径とすることができる。但し、タワーシェル２１とリングダイヤフラム３４との溶接施工性向上のため、リングダイヤフラム３４の外径をタワーシェル２１の外径より若干大きくすることも考えられる。

また、上述したタワー２の下端部は、ダイヤフラム３１より下方の領域でタワーシェル２１及び内筒３２の二重管構造となる。このため、タワー２の根元となる下端部側の強度が増し、二重構造部によりタワーシェル２１の板厚を低減することができる。
さらに、ダイヤフラム３１をドア開口部６の下側近傍とすることにより、ダイヤフラム３１をタワー２の内部床材として兼用することができる。

ところで、上述した実施形態では、タワーシェル２１に貫通孔２３を設けることにより、リングダイヤフラム３４とフランジ部５１ａとの連結がタワーシェル２１の内外にわたる添接板６０により行われているが、たとえば図７及び図８に示す変形例のように、貫通孔２３を設けず、リングダイヤフラム３４とフランジ部５１ａを下側の添接板だけで連結する構造を採用してもよい。
このような基礎結合部３０Ａを有するタワー支持構造は、フランジ部５１ａの連結強度を若干非効率にすることになるが、その分施工に要する工数や材料費を低減できるというメリットもあるので、タワー２の高さやナセル３等の荷重条件等に応じて適宜選択すればよい。

＜第２の実施形態＞
次に、上述したタワー２を基礎Ｂに立設するタワー支持構造について、第２の実施形態を図９及び図１０に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、上述した実施形態の円筒形状の内筒３２に代えて、大径側の上端部がタワーシェル２１に結合される円錐台形状の内筒３２Ａを採用した基礎結合部３０Ｂとなる。すなわち、本実施形態の内筒３２Ａは、大径の上端部がタワーシェル２１の内壁に直接溶接され、小径の下端部が底板３３に溶接された構造となっている。

このため、タワーシェル２１から内筒３２Ａへの応力伝達は、ダイヤフラム３１を介して伝達される円筒形状とは異なり、直接伝達されるためスムーズになり、従って、タワー２から基礎Ｂへの応力伝達もスムーズになる。

このように、上述した本発明の実施形態によれば、タワー２の下端部側には、同心のタワーシェル２１及び円筒形状の内筒３２（または円錐台形状の内筒３２Ａ）よりなる二重管構造の基礎結合部３０，３０Ａ，３０Ｂが設けられている。
この二重管構造部においては、内筒３２，３２Ａを基礎Ｂの内部まで延長することにより、内筒３２，３２Ａがタワーシェル２１より下方へ長くなっている。そして、タワー２を基礎Ｂに立設する際には、内筒３２，３２Ａの延長部と、タワーシェル２１の外径以下となる範囲に設けたタワー側連結部材（タワー側ブラケット３５，リングダイヤフラム３４，底板３３）とが、基礎Ｂに予め設けたコンクリート未充填空間のタワー結合空間部５０へ挿入される。

このタワー結合空間部５０は、鉄筋コンクリート製の基礎Ｂにおいて、タワー２の下端部を挿入して設置するため、中央部付近に設けられた空間である。すなわち、この場合の基礎Ｂは、タワー結合空間部５０を残した周囲に鉄筋が組まれ、さらに、鉄筋間に充填したコンクリートが固化した状態となっている。

また、タワー結合空間部５０には、基礎Ｂに一体化されてコンクリートに保持された基礎側ブラケット（基礎側連結部材）５１が設けられている。この基礎側ブラケット５１は、たとえば上下の両端部にフランジ部５１ａ，５１ｂを備えた略Ｉ形断面の鋼板部材である。
内筒３２，３２Ａの延長部及びタワー側連結部材（タワー側ブラケット３５，リングダイヤフラム３４，底板３３）がタワー結合空間部５０へ挿入された後には、基礎側ブラケット５１とタワー側連結部材との間を添接板６０及びボルトナット７０を用いて連結される。この後、コンクリート未充填空間のタワー結合空間部５０にコンクリートを充填して固化させると、基礎Ｂに対するタワー２の立設は完了する。

従って、ベースプレート２２のようにタワーシェル２１の外径より大きくなる部材はなく、タワーシェル２１の外径を制約条件まで大きくして断面効率を向上させることができる。すなわち、タワー２の外径寸法については、タワーシェル２１の外径を最大径とすることができる。

上述した実施形態の風力発電装置によれば、タワーシェル２１の外径をタワー２の最大径とすることができるので、タワーシェル２１の外径を最大限に大きくして断面効率を向上させるとともに、重量低減を図れる範囲内においてできるだけ大きな外径とするタワー支持構造が可能になる。すなわち、モノポール形のタワー２を備えた風力発電装置１は、上述した実施形態のタワー支持構造を採用することにより、タワーシェル２１の外形寸法を最大径とすることができる。

この結果、風力発電装置１の大型化とともに高くなり、しかも荷重条件も厳しくなるタワー２については、輸送限界等の制約条件を満足すること及び必要な強度を確保することの両立が容易になり、しかも、タワー２の板厚を薄くして重量低減も可能なタワー支持構造の風力発電装置となる。
また、ブラケット３５，５１や添接板６０等に安価なロール鋼板を使用でき、しかも、高価なベースフランジ２２やアンカーボルト１０及びナット１１が不要になるので、風力発電装置１の低コスト化が可能となる。
さらに、アンカーボルト１０を使用しないため、増し締め等のメンテナンスも不要になる。

また、タワーシェル２１の外径が大きくなると、タワーセクション間を連結する取合のフランジ径も大きくなるので、フランジ連結用のボルトサイズや数量の低減が可能になる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、たとえばアップウインド型及びダウンウインド型のいずれにも適用可能であるなど、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の請求項１に係るモノポール式タワーは、管構造部、及び、前記内筒の外周面から前記タワーシェルの外径以下となる範囲に放射状に配設されたタワー側ブラケットを備え、前記基礎に固定されて前記タワー側ブランケットと取り合う基礎側ブラケットが、前記タワー側ブラケットの前記内筒の半径方向外側に、溶接または、添接板を利用したボルトまたは、リベットにより連結されることを特徴とするものである。

請求項１に記載のモノポール式タワーによれば、管構造部、及び、前記内筒の外周面から前記タワーシェルの外径以下となる範囲に放射状に配設されたタワー側ブラケットを備え、前記基礎に固定されて前記タワー側ブランケットと取り合う基礎側ブラケットが、前記タワー側ブラケットの前記内筒の半径方向外側に、溶接または、添接板を利用したボルトまたは、リベットにより連結されるので、たとえばベースプレートのようにタワーシェルの外径より大きくなる部材がなくなり、従って、タワーシェルの外径を制約条件まで大きくして断面効率を向上させることができる。すなわち、タワー外径寸法については、タワーシェルの外径を最大径とすることができる。換言すれば、内筒の半径方向内側と外側とで取り合うように設けられたブラケット同士を連結する構造を用いることにより、タワーシェルの外径が最大径となる特殊な円筒形状タワーを適切に基礎に固定することができる。

本発明の請求項２に係るモノポール式タワーは、鉄筋コンクリート製の基礎上に立設されるモノポール式タワーにおいて、前記タワーの下端部側に、前記タワー内部の下端部近傍に設置したダイヤフラムと、該ダイヤフラムの下面に結合されてタワーシェルの内部を前記基礎内部まで下方へ延びる内筒と、該内筒の下端部に取り付けられて前記タワーシェルの外径と略同径にした底板と、前記タワーシェルの内面、前記ダイヤフラムの下面、前記内筒の外面、前記底板の上面に結合されて前記内筒の外周面からタワーシェルの外径以下となる範囲に放射状に配設されたタワー側ブラケットと、前記タワーシェルの下端部と前記内筒の外周面及び前記タワー側ブラケットとを連結するリングダイヤフラムとを具備してなる基礎結合部を形成し、前記基礎の中央部に、前記基礎結合部を挿入するための基礎空間部と、基礎に固定されて前記タワー側ブラケットと取り合うよう前記タワー側ブラケットの延長線上に配置されて前記基礎空間部に露出する基礎側ブラケットとを具備してなるタワー結合空間部を形成し、前記基礎結合部を前記タワー結合空間部に挿入し、前記基礎結合部側の連結部材と前記基礎側ブラケットとの間を、添接板を介して連結、または、溶接により連結することを特徴とするものである。

請求項２に記載のモノポール式タワーによれば、タワーの下端部側に、タワー内部の下端部近傍に設置したダイヤフラムと、該ダイヤフラムの下面に結合されてタワーシェルの内部を基礎内部まで下方へ延びる内筒と、該内筒の下端部に取り付けられてタワーシェルの外径と略同径にした底板と、タワーシェルの内面、ダイヤフラムの下面、内筒の外面、底板の上面に結合されて内筒の外周面からタワーシェルの外径以下となる範囲に放射状に配設されたタワー側ブラケットと、タワーシェルの下端部と内筒の外周面及びタワー側ブラケットとを連結するリングダイヤフラムとを具備してなる基礎結合部を形成し、基礎の中央部に、基礎結合部を挿入するための基礎空間部と、基礎に固定されてタワー側ブラケットと取り合うようタワー側ブラケットの延長線上に配置されて基礎空間部に露出する基礎側ブラケットとを具備してなるタワー結合空間部を形成し、基礎結合部をタワー結合空間部に挿入し、基礎結合部側の連結部材と基礎側ブラケットとの間を、添接板を介して連結、または、溶接により連結するので、たとえばベースプレートのようにタワーシェルの外径より大きくなる部材がなくなり、従って、タワーシェルの外径を制約条件まで大きくして断面効率を向上させることができる。すなわち、タワー外径寸法については、タワーシェルの外径を最大径とすることができる。

請求項２に記載のモノポール式タワーにおいては、前記基礎側ブラケットを上下にフランジ部を設けたＩ形断面とし、前記タワー側ブラケット及び前記基礎側ブラケットの縦壁どうしに加えて、前記リングダイヤフラム及び前記底板と前記フランジ部との間を前記添接板及び前記ボルトナットを用いて連結することが好ましく、これにより、タワーと基礎との連結強度をより一層向上させることができる。

本発明の請求項７に係る風力発電装置は、請求項１または２に記載のモノポール式タワーを備えることを特徴とするものである。

このような風力発電装置によれば、請求項１または２に記載のモノポール式タワーを備えているので、タワー外径寸法については、タワーシェルの外径を最大径とすることができる。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
参考例となるモノポール式タワーは、管構造部、及び、前記内筒の外周面から前記タワーシェルの外径以下となる範囲に放射状に配設されたタワー側ブラケットを備え、前記基礎に固定されて前記タワー側ブランケットと取り合う基礎側ブラケットが、前記タワー側ブラケットの前記内筒の半径方向外側に、溶接または、添接板を利用したボルトまたは、リベットにより連結されることを特徴とするものである。

参考例のモノポール式タワーによれば、管構造部、及び、前記内筒の外周面から前記タワーシェルの外径以下となる範囲に放射状に配設されたタワー側ブラケットを備え、前記基礎に固定されて前記タワー側ブランケットと取り合う基礎側ブラケットが、前記タワー側ブラケットの前記内筒の半径方向外側に、溶接または、添接板を利用したボルトまたは、リベットにより連結されるので、たとえばベースプレートのようにタワーシェルの外径より大きくなる部材がなくなり、従って、タワーシェルの外径を制約条件まで大きくして断面効率を向上させることができる。すなわち、タワー外径寸法については、タワーシェルの外径を最大径とすることができる。換言すれば、内筒の半径方向内側と外側とで取り合うように設けられたブラケット同士を連結する構造を用いることにより、タワーシェルの外径が最大径となる特殊な円筒形状タワーを適切に基礎に固定することができる。

本発明の請求項１に係るモノポール式タワーは、鉄筋コンクリート製の基礎上に立設されるモノポール式タワーにおいて、前記タワーの下端部側に、前記タワー内部の下端部近傍に設置したダイヤフラムと、該ダイヤフラムの下面に結合されてタワーシェルの内部を前記基礎内部まで下方へ延びる内筒と、該内筒の下端部に取り付けられて前記タワーシェルの外径と略同径にした底板と、前記タワーシェルの内面、前記ダイヤフラムの下面、前記内筒の外面、前記底板の上面に結合されて前記内筒の外周面からタワーシェルの外径以下となる範囲に放射状に配設されたタワー側ブラケットと、前記タワーシェルの下端部と前記内筒の外周面及び前記タワー側ブラケットとを連結するリングダイヤフラムとを具備してなる基礎結合部を形成し、前記基礎の中央部に、前記基礎結合部を挿入するための基礎空間部と、基礎に固定されて前記タワー側ブラケットと取り合うよう前記タワー側ブラケットの延長線上に配置されて前記基礎空間部に露出する基礎側ブラケットとを具備してなるタワー結合空間部を形成し、前記基礎結合部を前記タワー結合空間部に挿入し、前記基礎結合部側の連結部材と前記基礎側ブラケットとの間を、添接板を介して連結、または、溶接により連結することを特徴とするものである。

請求項１に記載のモノポール式タワーによれば、タワーの下端部側に、タワー内部の下端部近傍に設置したダイヤフラムと、該ダイヤフラムの下面に結合されてタワーシェルの内部を基礎内部まで下方へ延びる内筒と、該内筒の下端部に取り付けられてタワーシェルの外径と略同径にした底板と、タワーシェルの内面、ダイヤフラムの下面、内筒の外面、底板の上面に結合されて内筒の外周面からタワーシェルの外径以下となる範囲に放射状に配設されたタワー側ブラケットと、タワーシェルの下端部と内筒の外周面及びタワー側ブラケットとを連結するリングダイヤフラムとを具備してなる基礎結合部を形成し、基礎の中央部に、基礎結合部を挿入するための基礎空間部と、基礎に固定されてタワー側ブラケットと取り合うようタワー側ブラケットの延長線上に配置されて基礎空間部に露出する基礎側ブラケットとを具備してなるタワー結合空間部を形成し、基礎結合部をタワー結合空間部に挿入し、基礎結合部側の連結部材と基礎側ブラケットとの間を、添接板を介して連結、または、溶接により連結するので、たとえばベースプレートのようにタワーシェルの外径より大きくなる部材がなくなり、従って、タワーシェルの外径を制約条件まで大きくして断面効率を向上させることができる。すなわち、タワー外径寸法については、タワーシェルの外径を最大径とすることができる。

請求項１に記載のモノポール式タワーにおいては、前記基礎側ブラケットを上下にフランジ部を設けたＩ形断面とし、前記タワー側ブラケット及び前記基礎側ブラケットの縦壁どうしに加えて、前記リングダイヤフラム及び前記底板と前記フランジ部との間を前記添接板及び前記ボルトナットを用いて連結することが好ましく、これにより、タワーと基礎との連結強度をより一層向上させることができる。

本発明の請求項６に係る風力発電装置は、請求項１に記載のモノポール式タワーを備えることを特徴とするものである。

このような風力発電装置によれば、請求項１に記載のモノポール式タワーを備えているので、タワー外径寸法については、タワーシェルの外径を最大径とすることができる。

Claims (8)

1. 基礎上に立設されるモノポール式タワーにおいて、
   前記タワーの下端部側は、タワーシェルの外径以下となる範囲にタワー側連結部材を備え、前記基礎に設けた基礎側連結部材を備える空間にて、前記基礎側連結部材と前記タワー側連結部材とが、溶接または、添接板を利用したボルトまたは、リベットにより連結されることを特徴とするモノポール式タワー。
2. 前記タワーの下端部側は、タワーシェル及び内筒よりなる二重管構造部を備えるとともに、前記基礎の内部まで延長した前記内筒と前記タワー側連結部材とを前記空間へ挿入することを特徴とする請求項１に記載のモノポール式タワー。
3. 鉄筋コンクリート製の基礎上に立設されるモノポール式タワーにおいて、
   前記タワーの下端部側に、前記タワー内部の下端部近傍に設置したダイヤフラムと、該ダイヤフラムの下面に結合されてタワーシェルの内部を前記基礎内部まで下方へ延びる内筒と、該内筒の下端部に取り付けられて前記タワーシェルの外径と略同径にした底板と、前記タワーシェルの内面、前記ダイヤフラムの下面、前記内筒の外面、前記底板の上面に結合されて前記内筒の外周面からタワーシェルの外径以下となる範囲に放射状に配設されたタワー側ブラケットと、前記タワーシェルの下端部と前記内筒の外周面及び前記タワー側ブラケットとを連結するリングダイヤフラムとを具備してなる基礎結合部を形成し、
   前記基礎の中央部に、前記基礎結合部を挿入するための基礎空間部と、基礎に固定されて前記タワー側ブラケットと取り合うよう前記タワー側ブラケットの延長線上に配置されて前記基礎空間部に露出する基礎側ブラケットとを具備してなるタワー結合空間部を形成し、
   前記基礎結合部を前記タワー結合空間部に挿入し、前記基礎結合部側の連結部材と前記基礎側ブラケットとの間を、添接板を介して連結、または、溶接により連結することを特徴とするモノポール式タワー。
4. 前記基礎側ブラケットを上下にフランジ部を設けたＩ形断面とし、前記タワー側ブラケット及び前記基礎側ブラケットの縦壁どうしに加えて、前記リングダイヤフラム及び前記底板と前記フランジ部との間を、前記添接板を介して連結、または、溶接により連結したことを特徴とする請求項３に記載のモノポール式タワー。
5. 前記タワーシェルの下端部は、前記タワーシェルに設けられるドア開口部の下側近傍であることを特徴とする請求項３に記載のモノポール式タワー。
6. 前記内筒は、大径側の上端部が前記タワーシェルに結合される円錐台形状であることを特徴とする請求項３に記載のモノポール式タワー。
7. 前記基礎結合部側の連結部部材と前記基礎側ブラケットとを連結後、前記タワー結合空間部にコンクリートを充填することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のモノポール式タワー。
8. 請求項１または３に記載のモノポール式タワーを備える風力発電装置。
   

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