JPWO2011121781A1 - 風力発電装置 - Google Patents
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Abstract
風力発電装置が、タワーと、タワーの上に搭載されるナセルと、タワーの内部においてナセルから下方に吊り下げられた少なくとも1本のケーブルと、ケーブルを取り囲むようにケーブルに取り付けられた保護管と、タワーに取り付けられ、保護管に対向する位置に保護管を取り囲むように設けられたケーブル振れ止めサポートとを具備する。保護管は、ケーブル振れ止めサポートに対して相対的に移動可能である。
Description
本発明は、風力発電装置に関し、特に、風力発電装置のナセルから吊り下げられるケーブルを保持するためのケーブル保持構造に関する。
風力発電装置の構造における一つの特色は、発電機、ピッチ制御システム、ヨー制御システム等、風力発電装置を構成する主要な機器が地上から離れて設けられることにある。具体的には、タワーの上に方位角方向で旋回可能なナセルが設けられ、そのナセルに、発電機、増速機、ピッチ制御システム、ヨー制御システムが搭載される。
ナセルに搭載された機器と地上に設けられる設備(例えば、構内送電線、SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)等)とを接続するために、タワーの内部にはケーブルが吊り下げられる。吊り下げられるケーブルには、発電機に接続される電力ケーブルと、ナセルに搭載される機器を制御するために使用される制御ケーブルとがある。これらのケーブルを吊り下げて保持するケーブル保持構造の設計を適切に行うことは、風力発電装置の信頼性の向上において重要である。
ケーブル保持構造の困難性の一つは、ナセルの旋回への対応である。ナセルが旋回するとケーブルにねじれが与えられるから、ケーブル保持構造は、このケーブルのねじれを構造的に吸収するように設計することが望ましい。米国特許第6,713,891 B2は、上方に湾曲したプレートを有する固定装置を用いてケーブルに下方への湾曲(downwards curve)を与え、この下方への湾曲によってケーブルのねじれを吸収するケーブル保持構造を開示している。米国特許第6,713,891 B2は、更に、隣接するケーブルの間隔を一定に保持するためのケーブル保持構造についても開示している。
ケーブル保持構造の困難性の他の一つは、風力発電装置を運転するとタワーが大きく揺れ、従って、ケーブルが大きく揺れることである。ケーブルが大きく揺れると、タワー内の構造部材(例えば、ラダー)とケーブルとが接触し、ケーブルが損傷する恐れがある。米国特許出願公開第2009/0206610 A1は、タワー内に、ラダーを覆う第1のケーブルガードと、ケーブルの動きを制限するための筒状の第2のケーブルガードとを備える風力発電装置を開示している。
しかしながら、これらの公知のケーブル保持構造には、ケーブルの損傷の防止の観点からは改良の余地がある。
したがって、本発明の目的は、ケーブルの損傷をより有効に防止できるケーブル保持構造を提供することにある。
本発明の一の観点では、風力発電装置が、タワーと、タワーの上に搭載されるナセルと、タワーの内部においてナセルから下方に吊り下げられた少なくとも1本のケーブルと、ケーブルを取り囲むようにケーブルに取り付けられた保護管と、タワーに取り付けられ、保護管に対向する位置に保護管を取り囲むように設けられたケーブル振れ止めサポートとを具備する。保護管は、ケーブル振れ止めサポートに対して相対的に移動可能である。
少なくとも1本のケーブルが、第1ケーブルと第2ケーブルとを含む場合、当該風力発電装置が、更に、第1ケーブルと第2ケーブルとの間隔を保持するスペーサを含むケーブル間隔保持構造を備えることが好ましい。このケーブル間隔保持構造は、タワーに対して相対的に移動可能であることが好ましい。
保護管によって第1ケーブルと第2ケーブルの間に保たれる間隔と、スペーサ管によって第1ケーブルと第2ケーブルの間に保たれる間隔とが実質的に同一であることが好ましい。
一実施形態では、当該風力発電装置が、更に、ナセルの下部フレームに取り付けられたケーブルガイドと、ケーブルガイドに取り付けられた、ケーブルを支持するケーブル固定クリートとを具備する。ケーブル固定クリートは、ケーブルを包囲するようにケーブルに取り付けられた弾性体スペーサと、弾性体スペーサを挟んで保持する第1部材及び第2部材とを備えており、第1部材及び第2部材が、ケーブルガイドに取り付けられる。
一実施形態では、ケーブル固定クリートが、更に、コイルばねと、ボルトと、ボルトに螺合するナットとを備えている。第1部材は、筒状のスリーブ部を備えている。スリーブ部は、コイルばねが挿入されると共に、底部に第1開口を有する。一方、第2部材は、第2開口を有する。ボルトがコイルばねと第1開口と第2開口とに通された状態で、ボルトとナットとが締め付けられることにより、第1部材と第2部材が結合される。
当該風力発電装置が、更に、ケーブルに、下方への曲げを形成させるケーブルドラムを具備する場合、保護管とケーブル振れ止めサポートとは、下方への曲げとナセルとの間に位置していることが望ましい。
本発明によれば、ケーブルの損傷をより有効に防止できるケーブル保持構造が提供される。
図1は、本発明の一実施形態における風力発電装置1の構成を示す側面図である。風力発電装置1は、基礎6に立設されるタワー2と、タワー2の上端に設置されるナセル3と、ナセル3に対して回転可能に取り付けられたロータヘッド4と、ロータヘッド4に取り付けられる風車翼5とを備えている。ロータヘッド4と風車翼5とにより、風車ロータが構成されている。風力によって風車ロータが回転すると風力発電装置1は電力を発生し、風力発電装置1に接続された電力系統に電力を供給する。
図2は、タワー2の内部構造を示す鳥瞰図である。本実施形態では、2束のケーブル7、8が、ナセル3から吊り下げられている。ケーブル7は、ナセル3の内部に設けられた機器(例えば、ナセル制御盤、発電機等)に制御信号を供給し、又は、当該機器からの制御信号を外部の制御装置(例えば、SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition))に送るために使用される制御系統のケーブルである。一方、ケーブル8は、ナセル3に設けられた発電機と電力系統を接続するための動力系統のケーブルである。ただし、ケーブルの束の数は2に限られない。以下では、タワー2の内部に設けられる構造体と、ケーブル7、8を保持する構造とについて詳細に説明する。
タワー2の内壁には、ラダー11が垂直方向に取り付けられており、更に、上方踊り場12と下方踊り場13とが設けられている。上方踊り場12と下方踊り場13には開口が設けられており、ラダー11は、それらの開口を通過している。作業員は、ラダー11を登って上方踊り場12に到達することができる。
ナセル3の下部フレーム14には作業員が出入りするための開口14aが設けられており、その開口に近接してケーブルガイド15が下部フレーム14の下面に取り付けられている。そのケーブルガイド15にアクセスラダー16が取り付けられている。作業員は、上方踊り場12からアクセスラダー16を登ることで、ナセル3の内部に入ることができる。ケーブルガイド15は、ナセル3の旋回軸がその内部に通るように、且つ、垂直に延伸するように取り付けられている。ケーブル7、8は、ケーブルガイド15の内部を通過すると共に、ケーブルガイド15に取り付けられて吊り下げられている。ケーブル7、8をケーブルガイド15に取り付ける構造については後に詳細に説明する。ケーブル7、8は、ケーブルガイド15から下方に延伸して上方踊り場12に設けられた開口を通過する。
タワー2の内壁の上方踊り場12と下方踊り場13の間の位置に、ケーブルドラム17が取り付けられている。ケーブルガイド15から吊り下げられたケーブル7、8は、ケーブルドラム17の上面に沿って配線され、更に、ケーブルドラム17の下方へと導かれる。ケーブルドラム17は、ケーブルガイド15から吊り下げられるケーブル7、8に下方への曲げ(downward curve)18を与える機能を有している。下方への曲げ18の存在は、ナセル3の旋回時のケーブル7、8のひねりを吸収するために有用である。ナセル3が旋回してケーブル7、8にひねりが与えられても、そのひねりは下方への曲げ18で吸収され、ケーブルドラム17の下方では、ナセル3が旋回してもケーブル7、8は変位しない。これは、地上に設けられた施設へのケーブル7、8の接続を容易にするために有効である。
ケーブル7、8の揺れを制限するために、ケーブルガイド15とケーブルドラム17の間に、ケーブル振れ止め構造20が設けられている。ケーブル振れ止め構造20は、ラダー11に取り付けられている。加えて、ケーブル7、8の間隔を適正に保つために、ケーブル間隔保持構造30がケーブル7、8に取り付けられている。本実施形態では、ケーブル振れ止め構造20とケーブル間隔保持構造30とが、ケーブル7、8の損傷を防止するための主要な働きをしている。なお、図2には、1つのケーブル振れ止め構造20と1つのケーブル間隔保持構造30が図示されているが、2つ以上のケーブル振れ止め構造20と2つ以上のケーブル間隔保持構造30がケーブル7、8に取り付けられてもよい。以下、ケーブル振れ止め構造20とケーブル間隔保持構造30について詳細に説明する。
図3Aは、ケーブル振れ止め構造20の構造を示す側面図であり、図3Bは、上面図である。ケーブル振れ止め構造20は、ラダー11に固定された一対のアーム21と、ケーブル振れ止めサポート22とを備えている。ケーブル振れ止めサポート22は、リング状の形状を有しており、ケーブル7、8は、ケーブル振れ止めサポート22を通過するように吊り下げられる。アーム21とケーブル振れ止めサポート22は、金属材料、例えば、鋼鉄で形成される。ケーブル7、8には、ケーブル振れ止めサポート22に対向する位置に、円筒形の保護管23が取り付けられている。保護管23は、樹脂(典型的には、塩化ビニル)で形成されており、ケーブル7、8は、保護管23の内側に結束バンド24、25によって縛り付けられて固定されている。
図4Aは、ケーブル7、8を保護管23に固定する構造を示す上面図であり、図4Bは、側面図である。図4Aを参照して、保護管23は、半円筒状の2つの部材23a、23bとで構成されている。部材23a、23bのそれぞれには開口が設けられ、部材23a、23bは、その開口に通された結束バンド23cによって連結されている。保護管23が2つの部材に分割可能なことは、保護管23をケーブル7、8に取り付けることを容易にする。ケーブル7には弾性材料で構成された帯、具体的には、ラバーバンド26が巻き付けられており、ラバーバンド26によってケーブル7が束ねられている。更に、保護管23にはケーブル7が固定される位置の近傍に開口が設けられており、結束バンド24は、保護管23の外側から当該開口に通されている。ケーブル7は、結束バンド24によってラバーバンド26の上から保護管23の内側面に縛り付けられている。同様に、ケーブル8にはラバーバンド27が巻き付けられており、ラバーバンド27によってケーブル8が束ねられている。更に、保護管23にはケーブル8が固定される位置の近傍に開口が設けられており、結束バンド25は、保護管23の外側から当該開口に通されている。ケーブル8は、結束バンド25によってラバーバンド27の上から保護管23の内側面に縛り付けられている。
ケーブル振れ止め構造20は、ケーブル振れ止めサポート22によってケーブル7、8の動きを制約し、ケーブル7、8の揺れを低減する。これは、ケーブル7、8がケーブルガイド15に取り付けられている位置におけるケーブル7、8の損傷を低減するために有効である。ただし、ケーブル振れ止め構造20は、ケーブル7、8の揺れをある程度許容するものであり、固定的に保持するものではないことに留意されたい。これは、ナセル3が旋回した場合のケーブル7、8のひねりを許容するためである。ナセル3が旋回すると、ケーブル7、8がひねられる。このとき、ケーブル7、8がケーブル振れ止めサポート22から機械的に分離されているため、ケーブル7、8のひねりが許容される。上述のように、ケーブル7、8のひねりは、ケーブルドラム17によって形成された下方への曲げ18によって吸収される。
ここで保護管23は、ケーブル7、8が揺れたときにケーブル7、8の損傷を防ぐ役割を果たす。本実施形態では、ケーブル7、8が揺れた場合に保護管23がケーブル振れ止めサポート22に接触し、ケーブル7、8はケーブル振れ止めサポート22には接触しない。このため、ケーブル7、8が有効に保護される。
一方、図5Aは、ケーブル間隔保持構造30の構造を示す断面図であり、図5Bは、側面図である。図5Aに図示されているように、ケーブル7には弾性材料で構成された帯、具体的には、ラバーバンド31が巻き付けられており、ラバーバンド31によってケーブル7が束ねられている。同様に、ケーブル8にはラバーバンド32が巻き付けられており、ラバーバンド32によってケーブル8が束ねられている。
ケーブル間隔保持構造30は、スペーサ管33を備えている。スペーサ管33は、ケーブル7、8の間に一定の間隔を保つ役割を果たす。スペーサ管33には、ケーブル7の束が押し当てられる部位の近傍に開口が設けられており、当該開口に通された結束バンド34によってケーブル7の束がスペーサ管33の外側面に縛り付けられている。同様に、スペーサ管33には、ケーブル8の束が押し当てられる部位の近傍にも開口が設けられており、当該開口に通された結束バンド35によってケーブル8の束がスペーサ管33の外側面に縛り付けられている。
ケーブル振れ止め構造20とケーブル間隔保持構造30とは、ケーブル7、8を機械的に結合する一方でケーブル7、8の間隔を一定に保ち、ケーブル7、8相互の接触を防ぐ。ケーブル間隔保持構造30が使用されていることにより、ナセル3が旋回してケーブル7、8にひねりが与えられても、ケーブル7、8の接触が起こりにくい。これは、ナセル3が旋回したときにケーブル7、8の損傷を防ぐために有効である。このような機能のためには、ケーブル振れ止め構造20の保護管23によってケーブル7、8の間に保たれる間隔と、ケーブル間隔保持構造30のスペーサ管33によってケーブル7、8の間に保たれる間隔とが実質的に同一であることが好ましい。
ケーブル7、8をケーブルガイド15に取り付ける構造については、様々な構造が使用され得る。ケーブル7、8を確実に固定する一方で、ケーブル7、8の被覆に過度の力が加わらないことが重要である。以下では、ケーブル7、8をケーブルガイド15に取り付ける好適な構造について詳細に説明する。
図6Aは、図2のA部の構造、特に、ケーブル7、8をケーブルガイド15に取り付ける構造の側面図であり、図6Bは、a−a面から下方を見た図である。図6Bに図示されているように、本実施形態では、ケーブル7、8が、それぞれ、ケーブル固定クリート40、50によってケーブルガイド15に固定されている。
図7A乃至図7Eは、ケーブル7を支持するケーブル固定クリート40の構造を示す図である。図7Aを参照して、ケーブル固定クリート40は、弾性体スペーサ41と、補助板42と、U字型のクリート本体43と、ボルト44と、ナット45とを備えている。弾性体スペーサ41は、ゴムその他の弾性体で形成されている。弾性体スペーサ41には、ケーブル7の束に対応する形状の開口41bが設けられている。加えて、弾性体スペーサ41には割り41cが設けられており、割り41cを開けることにより、ケーブル7の束を開口41bに通すことができる。図7D、図7Eに図示されているように、弾性体スペーサ41は、スペーサ本体41aと、その両側面に設けられた側板部41d、41eとを備えている。側板部41d、41eは、スペーサ本体41aから外側方向に突出しており、クリート本体43は、側板部41d、41eの間においてスペーサ本体41aに当接される。これらの側板部41d、41eは、弾性体スペーサ41がケーブル7の軸方向に変位することを防ぐ役割を有している。
図7B、図7Cに図示されているように、補助板42とクリート本体43とにはボルト44を通す開口が設けられている。ケーブル7の束を開口41bに通した状態でクリート本体43と補助板42とで弾性体スペーサ41を挟み(図7B参照)、更に、クリート本体43と補助板42とケーブルガイド15とがボルト44とナット45で締めつけることにより、ケーブル固定クリート40がケーブルガイド15に取り付けられる。
ナット45としては、いわゆる“ハードロックナット”が使用されることが好適である。ハードロックナットとは、凹部(recess)を有する上ナットと、該凹部に嵌め込まれる突起(protrusion)を有する下ナットとを備えたナットアセンブリである。ハードロックナットは、例えば、米国特許第6,609,867に開示されている。
図7A乃至図7Eに図示されているケーブル固定クリート40は、弾性体スペーサ41でケーブル7を包囲し、更に、その弾性体スペーサ41をクリート本体43と補助板42とで挟むことによってケーブル7を支持する。このような構造のケーブル固定クリート40は、ケーブル7の被覆の損傷を抑制しながら最適な強度でケーブル7を支持することができる。
一方、図8A乃至図8Cは、ケーブル8を支持するケーブル固定クリート50の構造を示す図である。ケーブル固定クリート50は、以下に述べるように、上述のケーブル固定クリート40とは異なる構造を有している。図8Aを参照して、ケーブル固定クリート50は、弾性体スペーサ51と、本体下部52と、本体上部53と、ボルト54と、ナット55と、コイルばね56と、ボルト57と、ナット58と、座金59とを備えている。なお、図8Aには、ボルト54、ナット55、コイルばね56、ボルト57、ナット58、及び座金59がそれぞれ一つずつのみ図示されているが、これらは、いずれも、弾性体スペーサ51を挟んで位置する一対として設けられると理解されなくてはならない。
弾性体スペーサ51には、ケーブル8の束に対応する形状の開口51bが設けられている。加えて、弾性体スペーサ51には割り51cが設けられており、割り51cを開けることにより、ケーブル8の束を開口51bに通すことができる。図8B、図8Cに図示されているように、弾性体スペーサ51は、スペーサ本体51aと、その両側面に設けられた側板部51d、51eとを備えている。側板部51d、51eは、スペーサ本体51aから外側方向に突出しており、本体下部52と本体上部53とは、側板部51d、51eの間においてスペーサ本体51aに当接される。これらの側板部51d、51eは、弾性体スペーサ51がケーブル8の軸方向に変位することを防ぐ役割を有している。
図8Aを再度に参照して、本体下部52と本体上部53とは、コイルばね56とボルト57とナット58とによって締めつけられている。詳細には、本体上部53には、円筒型のスリーブ部53aが設けられており、スリーブ部53aの底部に開口53bが設けられている。加えて、本体下部52には、開口53bに対向する開口52bが設けられている。本体上部53のスリーブ部53aには、コイルばね56が挿入されており、ボルト57は、コイルばね56、開口53b、52bを通るように挿入される。座金59は、ボルト57とコイルばね56の間に設けられる。弾性体スペーサ51でケーブル8を包囲した状態で、ボルト57とナット58とを締め付けることにより、ケーブル8がケーブル固定クリート50に固定される。このとき、コイルばね56のバネ定数とボルト57の締め付けトルクにより、本体下部52と本体上部53とが弾性体スペーサ51を挟み込む力が調節される。
更に、本体下部52には、ボルト54を通す開口52aが設けられている。本体下部52とケーブルガイド15とをボルト54とナット55で締めつけることにより、ケーブル固定クリート50がケーブルガイド15に取り付けられる。ナット55としては、上述のハードロックナットが使用されることが好ましい。
図8A乃至図8Cに図示されているケーブル固定クリート50は、弾性体スペーサ51でケーブル8を包囲し、更に、その弾性体スペーサ51を本体下部52と本体上部53とで挟むことによってケーブル8を支持する。このとき、コイルばね56のバネ定数とボルト57の締め付けトルクにより、本体下部52と本体上部53とが弾性体スペーサ51を挟み込む力が調節される。このような構造のケーブル固定クリート50は、ケーブル8の束が太い場合でも、ケーブル8の被覆の損傷を抑制しながら最適な強度でケーブル8を支持することができる。
図6Aを再度に参照して、ケーブル7、8の上方踊り場12に対向する位置には、ケーブル保護構造60が設けられている。このケーブル保護構造60は、上方踊り場12とケーブル7、8とが接触することを防いでケーブルを保護する役割を果たしている。具体的には、上方踊り場12のケーブル7、8を通過させる開口の縁には、円筒形のケーブル振れ止め筒61が固定されている。ケーブル7、8は、ケーブル振れ止め筒61の内部を通されており、ケーブル振れ止め筒61は、ケーブル7、8の動きを制約しケーブル7、8の揺れを低減する役割も果たす。一方、ケーブル7、8には、ケーブル振れ止め61に対向する位置に保護管62が取り付けられている。ケーブル7、8を保護管62に取り付ける構造は、図4A、図4Bに図示されている構造と同一である。ケーブル7、8が揺れた場合には、保護管62がケーブル振れ止め61に接触し、ケーブル7、8は、ケーブル振れ止め61に直接には接触しない。これにより、ケーブル7、8の揺れが制限されると共に、ケーブル7、8の損傷が防がれている。
以上には、本発明の実施形態が具体的に述べられているが、本発明は、上記の実施形態に限定されない。本発明が、様々な変更がなされて実施され得ることは当業者には自明的であろう。
Claims (7)
- タワーと、
前記タワーの上に搭載されるナセルと、
前記タワーの内部において前記ナセルから下方に吊り下げられた少なくとも1本のケーブルと、
前記ケーブルを取り囲むように前記ケーブルに取り付けられた保護管と、
前記タワーに取り付けられ、前記保護管に対向する位置に前記保護管を取り囲むように設けられたケーブル振れ止めサポート
とを具備し、
前記保護管は、前記ケーブル振れ止めサポートに対して相対的に移動可能である
風力発電装置。 - 請求項1に記載の風力発電装置であって、
前記少なくとも1本のケーブルは、第1ケーブルと第2ケーブルとを含み、
当該風力発電装置が、更に、前記第1ケーブルと前記第2ケーブルとの間隔を保持するスペーサを含むケーブル間隔保持構造を備えた
風力発電装置。 - 請求項2に記載の風力発電装置であって、
前記ケーブル間隔保持構造は、前記タワーに対して相対的に移動可能である
風力発電装置。 - 請求項2に記載の風力発電装置であって、
前記保護管によって前記第1ケーブルと前記第2ケーブルの間に保たれる間隔と、前記スペーサ管によって前記第1ケーブルと前記第2ケーブルの間に保たれる間隔とが実質的に同一である
風力発電装置。 - 請求項1に記載の風力発電装置であって、
更に、
前記ナセルの下部フレームに取り付けられたケーブルガイドと、
前記ケーブルガイドに取り付けられた、前記ケーブルを支持するケーブル固定クリート
とを具備し、
前記ケーブル固定クリートは、
前記ケーブルを包囲するように前記ケーブルに取り付けられた弾性体スペーサと、
前記弾性体スペーサを挟んで保持する第1部材及び第2部材とを備え、
前記第1部材及び前記第2部材が、前記ケーブルガイドに取り付けられた
風力発電装置。 - 請求項5に記載の風力発電装置であって、
前記ケーブル固定クリートは、更に、
コイルばねと、
ボルトと、
前記ボルトに螺合するナット
とを備え、
前記第1部材は、筒状のスリーブ部を備え、
前記スリーブ部は、前記コイルばねが挿入されると共に、底部に第1開口を有し、
前記第2部材は、第2開口を有し、
前記ボルトが前記コイルばねと前記第1開口と前記第2開口とに通された状態で、前記ボルトと前記ナットとが締め付けられることにより、前記第1部材と前記第2部材が結合される
風力発電装置。 - 請求項1に記載の風力発電装置であって、
更に、
前記ケーブルに、下方への曲げを形成させるケーブルドラムを具備し、
前記保護管と前記ケーブル振れ止めサポートとは、前記下方への曲げと前記ナセルとの間に位置している
風力発電装置。
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