WO2012090259A1 - 風力発電用風車の制振装置および風力発電用風車 - Google Patents

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川端　稔
久保　充司
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三菱重工業株式会社
三菱重工鉄構エンジニアリング株式会社
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    • Y02E10/728—Onshore wind turbines

Definitions

  • the present invention relates to a vibration damping device suitable for being applied to a wind turbine for wind power generation.
  • the nacelle is installed at the upper end of the props, the rotor head and wind turbine rotor blades are attached to the nacelle, and the entire wind turbine for wind power generation is completed At this stage, the natural frequency of the column changes (decreases) each time. Therefore, it is preferable that the natural frequency of the vibration damping device can be changed accordingly.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and can be installed in a narrow space in the support column without increasing the weight of the support column, and can change its natural frequency.
  • An object of the present invention is to provide a wind turbine vibration damping device for wind power generation.
  • a wind turbine damping device for wind power generation is a damping device for a wind turbine for wind power generation installed in a column of a wind turbine for wind power generation, and extends along a vertical direction, and An oscillating rod suspended from a beam provided at an upper portion of the support via a first universal joint, a flange portion extending outward in the horizontal direction from an upper end portion of the oscillating rod, and the oscillating rod
  • a pendulum having a weight attached to a moving rod and capable of moving up and down along a vertical direction, and an upper end of the pendulum are attached to the beam via a second universal joint, And a plurality of damping devices to which lower ends thereof are attached via a third universal joint.
  • the wind turbine damping device for wind power generation there is an effect of increasing the attenuation of the primary column vibration, and the effect of suppressing the vibration and amplitude of the primary column accompanying the rotation of the wind turbine rotor by increasing the attenuation.
  • pillar can be avoided and the windmill for wind power generations whose hub height exceeds 100 m can be designed easily.
  • a part of the damping device for example, a damper (attenuator)
  • a damper attenuator
  • the natural frequency of the damping device is changed by moving the weight up and down along the axial direction of the rocking rod.
  • the natural frequency of the damping device is changed by moving the weight up and down along the axial direction of the rocking rod.
  • the beam is a beam that supports a top floor provided at the top of the support column.
  • the vibration damping device since the vibration damping device is installed at a position where the damping effect is most obtained, the vibration damping device can be further reduced in size.
  • a maintenance floor is provided immediately below the top floor and at a position where an operator can access the damping device.
  • the damping device can be maintained easily and quickly, and the maintenance workability can be improved.
  • the wind turbine for wind power generation according to the present invention can be installed in a narrow space in the support column without increasing the weight of the support column, and the vibration suppression of the wind turbine for wind power generation capable of changing its natural frequency Equipment.
  • the wind turbine for wind power generation it is possible to cope with the increase in size of the wind turbine for wind power generation having a hub height exceeding 100 m.
  • the wind turbine vibration damping device for wind power generation according to the present invention, it can be installed in a narrow space in the column without increasing the weight of the column, and its natural frequency can be changed. There is an effect.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an overall configuration of a vibration damping device for a wind turbine for wind power generation according to an embodiment of the present invention. It is a figure which shows typically the whole structure of the damping device of the windmill for wind power generation concerning one Embodiment of this invention, Comprising: It is the figure seen from the front of a support
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 1 is a side view showing an outline of a wind turbine for wind power generation provided with a vibration control device for wind turbine for wind power generation according to an embodiment of the present invention, and is a view seen from the left side of a column.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the inside of a column of a wind turbine for wind power generation provided with a vibration control device for a wind turbine for wind power generation according to the embodiment, viewed from the left side of the column
  • FIG. 3 is a wind power generation according to the present embodiment
  • FIG. 4 is an enlarged view of the main part of FIG. 3, and FIG.
  • FIG. 5 is a vertical beam and a horizontal beam arranged on the lower surface of the top floor, and these beams are attached to these beams. It is a figure for demonstrating the positional relationship of a universal joint, Comprising: The figure which looked at the top floor from upper direction, FIG. 6: is a perspective view which shows typically the whole structure of the damping device of the windmill for wind power generation concerning this embodiment, FIG. 7 schematically shows the overall configuration of the wind turbine damping device for wind power generation according to this embodiment. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 7, and FIG. 9 is an enlarged view of the main part of the coupling device. It is the figure seen from the front.
  • the wind turbine 1 for wind power generation is configured to be rotatable around a substantially horizontal axis line with a column (tower) 3 standing on a foundation 2, a nacelle 4 installed at the upper end of the column 3.
  • the rotor head 5 provided in the nacelle 4 and a plurality of, for example, three wind turbine rotor blades 6 mounted radially around the rotation axis of the rotor head 5 are provided.
  • the wind force applied to the wind turbine rotor blade 6 from the direction of the rotation axis of the rotor head 5 is converted into power for rotating the rotor head 5 around the rotation axis.
  • an anemometer 7 for measuring the peripheral wind speed value At the upper part of the nacelle 4, an anemometer 7 for measuring the peripheral wind speed value, an anemometer 8 for measuring the wind direction, and a lightning rod (not shown) are provided.
  • a generator connected to the rotor head 5 via a coaxial gearbox is installed inside the nacelle 4, although not shown in the figure. In other words, the generator output is obtained from the generator by driving the generator by increasing the rotation of the rotor head 5 with the gearbox.
  • the wind turbine vibration damping device 11 includes, for example, a top floor 12 provided at the uppermost portion in the column 3. It is installed so as to be suspended from the horizontal beam 15 and the vertical beam 16 (see FIGS. 3 to 7) supporting the lower surface 14.
  • the lower surface 14 of the top floor 12 is a ceiling surface of an elevator stop floor (maintenance floor) 13 provided immediately below the top floor 12.
  • Reference numeral 17 in FIG. 2 indicates a portion called “ladder” provided from the bottom to the top of the support 3 along the height direction (longitudinal direction) of the support 3.
  • An elevator (not shown) moves up and down inside.
  • the vibration damping device 11 includes a plurality of (two (two) in the present embodiment) pendulum type TMD (Tuned Mass Damper). 18 is provided.
  • Each pendulum type TMD 18 includes one pendulum 21 and a plurality (four in this embodiment) of oil dampers (attenuators) 22.
  • the pendulum 21 includes a swing rod 23, a flange portion (saddle portion) 24, and a weight 25.
  • the swing rod 23 extends along the height direction of the column 3 (see FIGS. 1 and 2).
  • the flange portion 24 extends radially outward along the circumferential direction from the outer surface (outer peripheral surface) of the upper end portion of the swing rod 23 (a plane orthogonal to the axial direction (longitudinal direction) of the swing rod 23, that is, a horizontal plane.
  • the weight 25 is attached to the oscillating rod 23 and is configured to be movable up and down along the axial direction of the oscillating rod 23, that is, the vertical direction.
  • the weight 25 indicated by a solid line in FIG. 3 has a pendulum length (the distance from the center of the universal joint 31 to the center in the height direction (vertical direction in FIG. 3) of the weight 25) of 3 m. Is shown. Further, the weight 25 indicated by a two-dot chain line (virtual line) in FIG. 3 is a distance from the pendulum length (the center of the universal joint 31 to the center in the height direction of the weight 25 (vertical direction in FIG. 3)). ) Is 7 m.
  • the swing rod 23 constituting one (left) pendulum type TMD 18 is suspended via a (first) universal joint (universal joint) 31 as shown in FIG.
  • the universal joint 31 is orthogonal to the central axis of the support column 3 extending along the height direction of the support column 3, extends along the lateral (left / right) direction (left / right direction in FIG. 5) of the support column 3, and Is attached to the lower surface of the central portion of the cross beam 15 located in the left half (left half in FIG. 5).
  • the swing rod 23 constituting the other (right) pendulum type TMD 18 is suspended through a universal joint 31 as shown in FIG.
  • the universal joint 31 is orthogonal to the central axis of the support column 3 extending along the height direction of the support column 3 and extends along the lateral direction of the support column 3, and the right half of the support column 3 (the right half in FIG. 5). It is attached to the lower surface of the center part of the cross beam 15 located in the center.
  • a vertical beam 16 orthogonal to the central portion of the horizontal beam 15 located in the left half of the column 3 is connected (joined) so as to be continuous with the horizontal beam 15 in a plane including the horizontal beam 15.
  • a vertical beam 16 that is orthogonal to the central portion of the horizontal beam 15 located in the right half of the column 3 is connected (joined) so as to be continuous with the horizontal beam 15 in a plane including the horizontal beam 15.
  • the upper end of the oil damper 22 is attached to the lower surface of the horizontal beam 15 equidistant from the center of the horizontal beam 15 located in the left half of the column 3 in the left-right direction (second) universal joint (universal joint) 32. One is attached to each.
  • One universal joint 32 to which the upper end portion of the oil damper 22 is attached is attached to the lower surface of the lateral beam 15 equidistant from the center of the lateral beam 15 located in the right half of the column 3 in the left-right direction.
  • One universal joint 32 to which the upper end of the oil damper 22 is attached is attached to the lower surface of the vertical beam 16 that is equidistant from the center of the horizontal beam 15 located in the right half of the column 3 in the vertical direction.
  • the flange portion 24 is a (substantially) disk-shaped member that has a circular shape in plan view.
  • the lower end portion of the oil damper 22 is attached to the upper surface of the flange portion 24 located immediately below the universal joint 32 (opposite the universal joint 32) (third) universal joint (universal joint) 33 (FIG. 3, FIG. 4) are attached one by one.
  • the weight 25 includes, for example, a plurality of annular (donut-shaped) weights having the same inner diameter, the same outer diameter, and the same weight along the axial direction of the swing rod 23 ( In this embodiment, 15 sheets are stacked. In this embodiment, the total weight of the weights 25 is set to 3.3 tons. Further, in the present embodiment, when the pendulum length (the distance from the center of the universal joint 31 to the center in the height direction of the weight 25 (vertical direction in FIG. 3)) is 3 m, the vibration control device 11 is unique. The vibration frequency is 0.3 Hz, and the swing width (stroke) of the tip (lower end) of the swing rod 23 is ⁇ 300 mm.
  • the natural frequency of the vibration control device 11 is set to 0.2 Hz
  • the swing width (stroke) of the tip (lower end) of the swing rod 23 is set to ⁇ 200 mm.
  • 3 and 4 is a positioning (drop prevention) mechanism (for example, a pin) that positions the weight 25 and prevents the weight 25 from falling.
  • the connecting device 41 includes a plurality (two in this embodiment) of connecting rods (flat bars) 42, a plurality of connecting rods 42 (each of which is connected to each end of the connecting rod 42 and the outer surface (outer peripheral surface) of the weight 25).
  • four connectors 43 are provided.
  • the connecting rods 42 intersect each other at a predetermined angle (for example, 60 degrees) when the vibration damping device 11 is viewed from below (or above), as shown in FIG.
  • the vibration damping devices 11 are arranged so as to be parallel to each other when viewed from the front (or the rear).
  • a spherical (sliding) bearing 44 is connected to (attached to) each end of the connecting rod 42.
  • each connector 43 includes two upper and lower (a set of) eye plates 45 and 46, bolts (pins) 47, and nuts 48.
  • the eye plates 45 and 46 protrude from the outer surface of the weight 25 so as to sandwich the end of the corresponding connecting rod 42 from above and below.
  • Bolts (pins) 47 are inserted into through holes (not shown) provided in the eye plates 45 and 46 and through holes (not shown) provided in the inner ring (not shown) of the spherical bearing 44.
  • the nut 48 is screwed to the tip (lower end) of the bolt 47.
  • the vibration damping device 11 has an effect of increasing the attenuation of the primary column vibration, and has an effect of suppressing the vibration and amplitude of the column primary accompanying the rotation of the wind turbine rotor by the increase in attenuation. Thereby, the weight increase of the support
  • a part of the vibration damping device 11 (for example, a damper (attenuator)) is not fixed to the inner wall surface of the column 3, it is not necessary to reinforce the inner wall surface of the column 3, and the weight of the column 3 is reduced. An increase can be avoided.
  • the natural frequency of the vibration control device 11 is changed by moving the weight 25 up and down along the axial direction of the swing rod 23. That is, when assembling the wind turbine 1 for wind power generation, when only the support 3 is completed, when the nacelle 4 is installed at the upper end of the support 3, the rotor head 5 and the wind turbine rotor blade 6 are attached to the nacelle 4.
  • the natural frequency of the column 3 is changed each time according to the stage where the entire power generating windmill 1 is completed. Thereby, the wind turbine 1 for wind power generation can be assembled safely and promptly.
  • the other pendulum type TMD 18 connected via the connecting device 41 controls vibration.
  • the other pendulum type TMD 18 connected via the connecting device 41 works as a fail-safe). Thereby, the reliability of the damping device 11 can be improved.
  • the vibration damping device 11 since the vibration damping device 11 according to the present embodiment is suspended from the top floor 12 where the damping effect is most obtained, the vibration damping device 11 can be further reduced in size.
  • the elevator stop floor (maintenance floor) is located at a position where the oil damper 22 can be maintained, that is, an accessible position. ) 13 is provided. Thereby, the oil damper 22 can be maintained easily and quickly, and the maintenance workability can be improved.
  • the wind turbine 1 for wind power generation can be installed in a narrow space in the support column 3 without increasing the weight of the support column 3, and can control its natural frequency.
  • a vibration device 11 is provided. Thereby, it can respond to the enlargement of the windmill for wind power generation whose hub height exceeds 100 m.
  • the vibration damping device 11 including the two pendulum type TMDs 18 is described as a specific example, but the present invention is not limited to this.
  • a single pendulum type TMD 18 may be suspended through a single universal joint 31.
  • the universal joint 31 is attached to the central portion of the vertical beam 16 and to the lower surface of the central portion of the horizontal beam 15.
  • the vertical beam 16 is a beam that is orthogonal to the central axis of the column 3 extending along the height direction of the column 3 and extends along the vertical (front-rear) direction (vertical direction in FIG.
  • the horizontal beam 15 is a beam that is orthogonal to the center axis of the column 3 extending along the height direction of the column 3 and extends along the horizontal (left and right) direction (left and right direction in FIG. 10) of the column 3.
  • FIG. 11 it can also be set as the structure which suspended one pendulum type TMD18 through the three universal joints 31.
  • the first universal joint 31 is attached to the front half of the vertical beam 16 and to the lower surface of the central portion of the horizontal beam 15 orthogonal to the front half of the vertical beam 16.
  • the second of the universal joints 31 is attached to the right half of the horizontal beam 15 and to the lower surface of the central part of the vertical beam 16 orthogonal to the central part of the horizontal beam 15.
  • the third of the universal joint 31 is attached to the left half of the horizontal beam 15 and to the lower surface of the central portion of the vertical beam 16 orthogonal to the central portion of the horizontal beam 15.

Abstract

支柱の重量増加を伴うことなく、支柱内の狭小なスペースに設置することができるとともに、その固有振動数を変化させることができる風力発電用風車の制振装置を提供する。支柱の高さ方向に沿って延びるとともに、前記支柱の上部に設けられた梁１５，１６に、第１のユニバーサルジョイント３１を介して吊り下げられた揺動ロッド２３と、前記揺動ロッド２３の上端部外表面から、周方向に沿って径方向外側に延びるフランジ部２４と、前記揺動ロッド２３に取り付けられ、かつ、前記揺動ロッド２３の軸方向に沿って昇降可能な重錘２５と、を備えた振子２１と、前記梁１５，１６に、第２のユニバーサルジョイント３２を介してその上端部が取り付けられ、前記フランジ部２４に、第３のユニバーサルジョイント３３を介してその下端部が取り付けられる複数本の減衰装置２２と、を備えている。

Description

風力発電用風車の制振装置および風力発電用風車
　本発明は、風力発電用風車に適用されて好適な制振装置に関するものである。
　近年、風力発電用風車は、その発電効率の向上および発電量の増大を図るために大型化し、そのハブ高さ（地面からハブ中心までの高さ）が１００ｍを超えるものが実現に向けて設計されている。
　しかしながら、ハブ高さが１００ｍを超えるものでは、支柱（タワー）の一次固有振動数が、ローターヘッドおよび風車回転翼の回転に伴う共振域と合致し、支柱の疲労荷重が大幅に増加してしまうおそれがある。そのため、支柱の疲労荷重を低減させるために支柱の肉厚を厚くしなければならず、支柱の重量が大幅に増加してしまうといった問題点があった。
　そこで、このような問題点を回避するため、例えば、特許文献１に開示された制振装置を用いて、支柱の一次固有振動数が、ローターヘッドおよび風車回転翼の回転に伴う共振域と合致しても応答を低減することもできる。
特開２００８－３１７３５号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された制振装置を風力発電用風車に適用した場合、ダンパー（減衰装置）の一端が支柱の内壁面に固定されることになる。そのため、当該支柱の内壁面を補強しなければならず、支柱の重量が増加してしまうといった問題点があった。
　また、制振装置を風力発電用風車に適用するにあたっては、美観を損ねるような構造とならないようにするとともに、支柱内の狭小なスペースに設置しなければならないため、制振装置をできるだけ小型化する必要がある。
　さらに、風力発電用風車を組み立てていく際、支柱のみが完成した段階、支柱の上端にナセルが設置された段階、ナセルにローターヘッドおよび風車回転翼が取り付けられ、風力発電用風車の全体が完成した段階で、支柱の固有振動数は、その都度変化していく（小さくなっていく）。そのため、それにあわせて制振装置の固有振動数を変化させることができると好適である。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、支柱の重量増加を伴うことなく、支柱内の狭小なスペースに設置することができるとともに、その固有振動数を変化させることができる風力発電用風車の制振装置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。
　本発明に係る風力発電用風車の制振装置は、風力発電用風車の支柱の内部に格納して設置される風力発電用風車の制振装置であって、鉛直方向に沿って延びるとともに、前記支柱の上部に設けられた梁に、第１のユニバーサルジョイントを介して吊り下げられた揺動ロッドと、前記揺動ロッドの上端部から、水平方向に沿って外側に延びるフランジ部と、前記揺動ロッドに取り付けられ、かつ、鉛直方向に沿って昇降可能な重錘と、を備えた振子と、前記梁に、第２のユニバーサルジョイントを介してその上端部が取り付けられ、前記フランジ部に、第３のユニバーサルジョイントを介してその下端部が取り付けられる複数本の減衰装置と、を備えている。
　本発明に係る風力発電用風車の制振装置によれば、支柱１次振動の減衰を増加させる効果があり、減衰増加により風車回転翼の回転に伴う支柱１次の振動・振幅を抑制する効果がある。これにより、支柱の重量増加を回避することができ、ハブ高さが１００ｍを超える風力発電用風車を容易に設計することができる。
　また、制振装置の一部（例えば、ダンパー（減衰装置））が支柱の内壁面に固定されることはないので、当該支柱の内壁面を補強する必要がなくなり、支柱の重量増加を回避することができる。
　さらにまた、重錘を揺動ロッドの軸方向に沿って昇降させることにより、制振装置の固有振動数が変化することになる。すなわち、風力発電用風車を組み立てていく際、支柱のみが完成した段階、支柱の上端にナセルが設置された段階、ナセルにローターヘッドおよび風車回転翼が取り付けられ、風力発電用風車の全体が完成した段階に応じて、支柱の固有振動数がその都度変化させられることになる。これにより、風力発電用風車を安全、かつ、速やかに組み立てていくことができる。
　上記風力発電用風車の制振装置において、前記振子と前記減衰装置とを備えた振子式ＴＭＤを少なくとも二基備え、隣り合う前記重錘同士が、連結装置を介して互いに連結されているとさらに好適である。
　このような風力発電用風車の制振装置によれば、一方の振子式ＴＭＤを構成する減衰装置の一部または全部が故障した場合（機能しなくなった場合）でも、連結装置を介して連結されたもう一方の振子式ＴＭＤにより制振される（連結装置４１を介して連結されたもう一方の振子式ＴＭＤ１８がフェールセーフとして働く）ことになる。これにより、当該制振装置の信頼性を向上させることができる。
　上記風力発電用風車の制振装置において、前記梁は、前記支柱の最上部に設けられたトップフロアを支持する梁であるとさらに好適である。
　このような風力発電用風車の制振装置によれば、減衰効果が最も得られる位置に設置されることになるので、当該制振装置のさらなる小型化を図ることができる。
　上記風力発電用風車の制振装置において、前記トップフロアの直下で、かつ、作業員が前記減衰装置にアクセス可能な位置に、メンテナンスフロアが設けられているとさらに好適である。
　このような風力発電用風車の制振装置によれば、減衰装置を容易、かつ、迅速にメンテナンスすることができ、メンテナンスの作業性を向上させることができる。
　本発明に係る風力発電用風車は、支柱の重量増加を伴うことなく、支柱内の狭小なスペースに設置することができるとともに、その固有振動数を変化させることができる風力発電用風車の制振装置を具備している。
　本発明に係る風力発電用風車によれば、ハブ高さが１００ｍを超える風力発電用風車の大型化に対応することができる。
　本発明に係る風力発電用風車の制振装置によれば、支柱の重量増加を伴うことなく、支柱内の狭小なスペースに設置することができるとともに、その固有振動数を変化させ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風力発電用風車の制振装置を具備した風力発電用風車の概略を示す側面図であって、支柱の左側方から見た図である。 本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置を具備した風力発電用風車の支柱内の様子を示す断面図であって、支柱の左側方から見た図である。 本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置の構成を示す図である。 図３の要部を拡大して示す図である。 トップフロアの下面に配置された縦梁および横梁、およびこれら梁に取り付けられたユニバーサルジョイントの位置関係を説明するための図であって、トップフロアを上方から見た図である。 本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置の全体構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置の全体構成を模式的に示す図であって、支柱の前方から見た図である。 図７のＡ－Ａ矢視断面図である。 連結装置の要部を拡大して示す図であって、支柱の前方から見た図である。 他の実施形態に係るトップフロアの下面に配置された縦梁および横梁、およびこれら梁に取り付けられたユニバーサルジョイントの位置関係を説明するための図であって、トップフロアを上方から見た図である。 別の実施形態に係るトップフロアの下面に配置された縦梁および横梁、およびこれら梁に取り付けられたユニバーサルジョイントの位置関係を説明するための図であって、トップフロアを上方から見た図である。
　１　風力発電用風車
　３　支柱（タワー）
１１　制振装置（風力発電用風車の制振装置）
１２　トップフロア
１３　エレベータ停止フロア（メンテナンスフロア）
１５　横梁
１６　縦梁
１８　振子式ＴＭＤ
２１　振子
２２　オイルダンパー（減衰装置）
２３　揺動ロッド
２４　フランジ部
２５　重錘
３１　（第１の）ユニバーサルジョイント
３２　（第２の）ユニバーサルジョイント
３３　（第３の）ユニバーサルジョイント
４１　連結装置
　本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置について、図１から図９を参照しながら説明する。
　図１は本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置を具備した風力発電用風車の概略を示す側面図であって、支柱の左側方から見た図、図２は本実施形態に係る風力発電用風車の制振装置を具備した風力発電用風車の支柱内の様子を示す断面図であって、支柱の左側方から見た図、図３は本実施形態に係る風力発電用風車の制振装置の構成を示す図、図４は図３の要部を拡大して示す図、図５はトップフロアの下面に配置された縦梁および横梁、およびこれら梁に取り付けられたユニバーサルジョイントの位置関係を説明するための図であって、トップフロアを上方から見た図、図６は本実施形態に係る風力発電用風車の制振装置の全体構成を模式的に示す斜視図、図７は本実施形態に係る風力発電用風車の制振装置の全体構成を模式的に示す図であって、支柱の前方から見た図、図８は図７のＡ－Ａ矢視断面図、図９は連結装置の要部を拡大して示す図であって、支柱の前方から見た図である。
　図１に示すように、風力発電用風車１は、基礎２上に立設される支柱（タワー）３と、支柱３の上端に設置されるナセル４と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル４に設けられるローターヘッド５と、ローターヘッド５の回転軸線周りに放射状に取り付けられた複数枚、例えば、３枚の風車回転翼６とを備えている。そして、ローターヘッド５の回転軸線方向から風車回転翼６にあたった風の力が、ローターヘッド５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。
　ナセル４の上部には、周辺の風速値を測定する風速計７と、風向を測定する風向計８と、避雷針（図示せず）とが備えられている。
　ナセル４の内部には、いずれも図示を省略しているが、ローターヘッド５と同軸の増速機を介して連結された発電機が設置されている。すなわち、ローターヘッド５の回転を増速機で増速して発電機を駆動することにより、発電機より発電機出力が得られるようになっている。
　図２に示すように、本実施形態に係る風力発電用風車の制振装置（以下、「制振装置」という。）１１は、例えば、支柱３内の最上部に設けられたトップフロア１２の下面１４を支持する横梁１５および縦梁１６（図３から図７参照）から吊り下げられるようにして設置されている。ここで、トップフロア１２の下面１４とは、トップフロア１２の直下に設けられたエレベータ停止フロア（メンテナンスフロア）１３の天井面のことである。
　なお、図２中の符号１７は、支柱３の高さ方向（長手方向）に沿って支柱３の最下部から最上部にわたって設けられた「ラダー」と呼ばれる部分を示しており、このラダー１７の内部には、図示しないエレベータが昇降するようになっている。
　図６、図７に示すように、本実施形態に係る制振装置１１は、複数台（本実施形態では二台（二基））の振子式ＴＭＤ（Tuned Mass Damper：チューンド・マス・ダンパー）１８を備えている。
　各振子式ＴＭＤ１８は、一つの振子２１と、複数本（本実施形態では四本）のオイルダンパー（減衰装置）２２とを備えている。
　図３、図４、図６、図７の少なくともいずれか一図に示すように、振子２１は、揺動ロッド２３と、フランジ部（鍔部）２４と、重錘２５とを備えている。揺動ロッド２３は、支柱３（図１、図２参照）の高さ方向に沿って延びている。フランジ部２４は、揺動ロッド２３の上端部外表面（外周面）から、周方向に沿って径方向外側に延びる（揺動ロッド２３の軸方向（長手方向）と直交する平面、すなわち、水平面に沿って外方に延びている。重錘２５は、揺動ロッド２３に取り付けられ、かつ、揺動ロッド２３の軸方向、すなわち、鉛直方向に沿って昇降可能に構成されている。
　なお、図３中に実線で示す重錘２５は、振子長さ（ユニバーサルジョイント３１の中心から、重錘２５の高さ方向（図３において上下方向）における中心までの距離）を３ｍとした場合を示している。
　また、図３中に二点鎖線（仮想線）で示す重錘２５は、振子長さ（ユニバーサルジョイント３１の中心から、重錘２５の高さ方向（図３において上下方向）における中心までの距離）を７ｍとした場合を示している。
　一方（左方）の振子式ＴＭＤ１８を構成する揺動ロッド２３は、図５に示すように、（第１の）ユニバーサルジョイント（自在継手）３１を介して吊り下げられている。このユニバーサルジョイント３１は、支柱３の高さ方向に沿って延びる支柱３の中心軸線に直交するとともに、支柱３の横（左右）方向（図５において左右方向）に沿って延び、かつ、支柱３の左半分（図５において左半分）に位置する横梁１５の中央部下面に取り付けられている。また、他方（右方）の振子式ＴＭＤ１８を構成する揺動ロッド２３は、図５に示すように、ユニバーサルジョイント３１を介して吊り下げられている。このユニバーサルジョイント３１は、支柱３の高さ方向に沿って延びる支柱３の中心軸線に直交するとともに、支柱３の横方向に沿って延び、かつ、支柱３の右半分（図５において右半分）に位置する横梁１５の中央部下面に取り付けられている。
　支柱３の左半分に位置する横梁１５の中央部には、横梁１５を含む平面内において横梁１５と連続するようにして直交する縦梁１６が接続（接合）されている。また、支柱３の右半分に位置する横梁１５の中央部には、横梁１５を含む平面内において横梁１５と連続するようにして直交する縦梁１６が接続（接合）されている。
　また、支柱３の左半分に位置する横梁１５の中央から左右方向に等距離いった横梁１５の下面には、オイルダンパー２２の上端部が取り付けられる（第２の）ユニバーサルジョイント（自在継手）３２がそれぞれ一つずつ取り付けられている。支柱３の左半分に位置する横梁１５の中央から縦（前後）方向（図５において上下方向）に等距離いった縦梁１６の下面には、オイルダンパー２２の上端部が取り付けられるユニバーサルジョイント３２がそれぞれ一つずつ取り付けられている。支柱３の右半分に位置する横梁１５の中央から左右方向に等距離いった横梁１５の下面には、オイルダンパー２２の上端部が取り付けられるユニバーサルジョイント３２がそれぞれ一つずつ取り付けられている。支柱３の右半分に位置する横梁１５の中央から縦方向に等距離いった縦梁１６の下面には、オイルダンパー２２の上端部が取り付けられるユニバーサルジョイント３２がそれぞれ一つずつ取り付けられている。
　図３、図４、図６、図７に示すように、フランジ部２４は、平面視円形状を呈する（略）円盤状の部材である。ユニバーサルジョイント３２の直下に位置する（ユニバーサルジョイント３２と対向する）フランジ部２４の上面には、オイルダンパー２２の下端部が取り付けられる（第３の）ユニバーサルジョイント（自在継手）３３（図３、図４参照）がそれぞれ一つずつ取り付けられている。
　図３、図４に示すように、重錘２５は、例えば、同じ内径、同じ外径、同じ重さの環状（ドーナツ状）の重りを、揺動ロッド２３の軸方向に沿って複数枚（本実施形態では１５枚）積層したものであり、本実施形態では、重錘２５の総重量は、３．３トンに設定されている。
　また、本実施形態では、振子長さ（ユニバーサルジョイント３１の中心から、重錘２５の高さ方向（図３において上下方向）における中心までの距離）を３ｍとした場合、制振装置１１の固有振動数が０．３Ｈｚ、揺動ロッド２３の先端（下端）の振り幅（ストローク）が±３００ｍｍになる。また、振子長さを７ｍとした場合、制振装置１１の固有振動数が０．２Ｈｚ、揺動ロッド２３の先端（下端）の振り幅（ストローク）が±２００ｍｍになるように設定されている。
　なお、図３、図４中の符号３４は、重錘２５を位置決めし、重錘２５の落下を防止する位置決め（落下防止）機構（例えば、ピン）である。
　図６、図７、図８に示すように、一方の振子式ＴＭＤ１８を構成する重錘２５と、他方の振子式ＴＭＤ１８を構成する重錘２５とは、連結装置４１を介して互いに連結されている。
　連結装置４１は、複数本（本実施形態では二本）の連結棒（フラットバー）４２と、連結棒４２の各端部と重錘２５の外表面（外周面）とを連結する複数個（本実施形態では四個）の連結具４３（図９参照）とを備えている。
　連結棒４２は、図６、図８に示すように、制振装置１１を下方（または上方）から見たときに、互いに所定の角度（例えば、６０度）で交差し、図７に示すように、制振装置１１を前方（または後方）から見たときに、互いに平行になるようにして配置されている。また、連結棒４２の各端部には、球面（滑り）軸受４４が連結されている（取り付けられている）。
　図９に示すように、各連結具４３は、上下二枚（一組）のアイプレート４５，４６と、ボルト（ピン）４７と、ナット４８とを備えている。アイプレート４５，４６は、重錘２５の外表面から対応する連結棒４２の端部を上下から挟み込むようにして突出している。ボルト（ピン）４７は、アイプレート４５，４６に設けられた貫通穴（図示せず）および球面軸受４４の内輪（図示せず）に設けられた貫通穴（図示せず）に挿通される。ナット４８は、ボルト４７の先端（下端）に螺合される。
　本実施形態に係る制振装置１１よれば、支柱１次振動の減衰を増加させる効果があり、減衰増加により風車回転翼の回転に伴う支柱１次の振動・振幅を抑制する効果がある。これにより、支柱３の重量増加を回避することができ、ハブ高さが１００ｍを超える風力発電用風車１を容易に設計することができる。
　また、制振装置１１の一部（例えば、ダンパー（減衰装置））が支柱３の内壁面に固定されることはないので、当該支柱３の内壁面を補強する必要がなくなり、支柱３の重量増加を回避することができる。
　さらに、重錘２５を揺動ロッド２３の軸方向に沿って昇降させることにより、制振装置１１の固有振動数が変化することになる。すなわち、風力発電用風車１を組み立てていく際、支柱３のみが完成した段階、支柱３の上端にナセル４が設置された段階、ナセル４にローターヘッド５および風車回転翼６が取り付けられ、風力発電用風車１の全体が完成した段階に応じて、支柱３の固有振動数がその都度変化させられることになる。これにより、風力発電用風車１を安全、かつ、速やかに組み立てていくことができる。
　さらにまた、一方の振子式ＴＭＤ１８を構成するオイルダンパー２２の一部または全部が故障した場合（機能しなくなった場合）でも、連結装置４１を介して連結されたもう一方の振子式ＴＭＤ１８により制振される（連結装置４１を介して連結されたもう一方の振子式ＴＭＤ１８がフェールセーフとして働く）ことになる。これにより、当該制振装置１１の信頼性を向上させることができる。
　さらにまた、本実施形態に係る制振装置１１は、減衰効果が最も得られるトップフロア１２からつりさげられることになるので、当該制振装置１１のさらなる小型化を図ることができる。
　さらにまた、トップフロア１２の直下で、かつ、作業員が立って手を上に延ばすと、オイルダンパー２２のメンテナンスをすることができる位置、すなわち、アクセス可能な位置に、エレベータ停止フロア（メンテナンスフロア）１３が設けられている。これにより、オイルダンパー２２を容易、かつ、迅速にメンテナンスすることができ、メンテナンスの作業性を向上させることができる。
　一方、本実施形態に係る風力発電用風車１は、支柱３の重量増加を伴うことなく、支柱３内の狭小なスペースに設置することができるとともに、その固有振動数を変化させることができる制振装置１１を具備している。これにより、ハブ高さが１００ｍを超える風力発電用風車の大型化に対応することができる。
　なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更実施可能である。
　例えば、上述した実施形態では、二基の振子式ＴＭＤ１８を備えた制振装置１１を一具体例として挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図１０に示すように、一つのユニバーサルジョイント３１を介して一基の振子式ＴＭＤ１８を吊り下げた構成とすることもできる。この場合、ユニバーサルジョイント３１は、縦梁１６の中央部で、かつ、横梁１５の中央部下面に取り付けられている。縦梁１６は、支柱３の高さ方向に沿って延びる支柱３の中心軸線に直交するとともに、支柱３の縦（前後）方向（図１０において上下方向）に沿って延びる梁である。横梁１５は、支柱３の高さ方向に沿って延びる支柱３の中心軸線に直交するとともに、支柱３の横（左右）方向（図１０において左右方向）に沿って延びる梁である。
　また、図１１に示すように、三つのユニバーサルジョイント３１を介して一基の振子式ＴＭＤ１８を吊り下げた構成とすることもできる。この場合、ユニバーサルジョイント３１の一つ目は、縦梁１６の前半部で、かつ、この縦梁１６の前半部に直交する横梁１５の中央部下面に取り付けられている。
ユニバーサルジョイント３１の二つ目は、横梁１５の右半部で、かつ、この横梁１５の中央部に直交する縦梁１６の中央部下面に取り付けられている。ユニバーサルジョイント３１の三つ目は、横梁１５の左半部で、かつ、この横梁１５の中央部に直交する縦梁１６の中央部下面に取り付けられている。

Claims (5)

  1. 　風力発電用風車の支柱の内部に格納して設置される風力発電用風車の制振装置であって、
    　鉛直方向に沿って延びるとともに、前記支柱の上部に設けられた梁に、第１のユニバーサルジョイントを介して吊り下げられた揺動ロッドと、
    　前記揺動ロッドの上端部から、水平方向に沿って外側に延びるフランジ部と、
    　前記揺動ロッドに取り付けられ、かつ、鉛直方向に沿って昇降可能な重錘と、を備えた振子と、
    　前記梁に、第２のユニバーサルジョイントを介してその上端部が取り付けられ、前記フランジ部に、第３のユニバーサルジョイントを介してその下端部が取り付けられる複数本の減衰装置と、を備えていることを特徴とする風力発電用風車の制振装置。
  2. 　前記振子と前記減衰装置とを備えた振子式ＴＭＤを少なくとも二基備え、
    　隣り合う前記重錘同士が、連結装置を介して互いに連結されていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電用風車の制振装置。
  3. 　前記梁は、前記支柱の最上部に設けられたトップフロアを支持する梁であることを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電用風車の制振装置。
  4. 　前記トップフロアの直下で、かつ、作業員が前記減衰装置にアクセス可能な位置に、メンテナンスフロアが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の風力発電用風車の制振装置。
  5. 　請求項１から４のいずれか一項に記載の風力発電用風車の制振装置を具備していることを特徴とする風力発電用風車。
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