JP2012525538A

JP2012525538A - 洋上の風車の設置

Info

Publication number: JP2012525538A
Application number: JP2012508417A
Authority: JP
Inventors: ファン・ノード、コルネリス・ピーテル・アールトドリアヌス; ボーンストッペル、ハレウィーン・ヨヘム
Original assignee: SBM Schiedam BV
Current assignee: SBM Schiedam BV
Priority date: 2009-05-01
Filing date: 2010-04-29
Publication date: 2012-10-22
Also published as: US20120195768A1; WO2010126369A1; CN102459869A; CA2760799A1; EP2425126A1

Abstract

本発明は、２つのロータブレードをハブ及びナセルのプレアセンブリに装着する工程と、フレームの上部に設置クレーンによってナセル、ハブ及び２つのブレードのアセンブリを持ち上げ、上向きフランジを備えた第３のロータブレードが垂直な位置に保持される工程と、第３のロータブレードが、ハブ、ナセル及び２つのブレードのアセンブリに装着されるように、フレームに支えられているアセンブリのハブに向かって第３のロータブレードを操作する工程と、前もって設置された風車の基礎タワーの上部にナセル、ハブ及び３つのブレードの完成した風車のアセンブリを持ち上げる工程とを具備する、装着位置に風車を装着する方法に関する。

Description

本発明は、特別なフレームの使用により高い高度への、風車の部品の、特に、ブレードの、安全かつ制御された洋上の設置の方法に関する。本発明はまた、フレームの特別な設計の態様と、設置方法を可能にするために必要とされるハンドリングツールとに関する。

本発明は、底部を固定された風車及び浮体式の風車を含むタイプの洋上の風車の設置方法に関する。

洋上の風車の設置は、多くの場合、個々の部品のアセンブリを設置することによって行われる。これら部品は、通常、クレーンによって持ち上げられ、
１つの垂直タワー又はいくつかのタワーセクションと、
発電機及びギヤボックスを収容しているナセルと、
発電機又はギヤボックスのシャフトに接続された、複数のブレードを保持するハブと、
通常３つであるブレードと、
からなる。

風車は、陸上に設置されるが、比較的最近では、海で洋上に設置される。国際特許出願公開ＷＯ０２４８５４７及びＷＯ０３０９３５８４に説明されるように、風車の洋上の設置のための安定した作業プラットフォームを提供するために、しばしばジャックアップ式の艀又はジャックアップ式の船体が使用され、これは、さらに、プラットフォーム又はジャックアップと呼ばれる。これらジャックアップには、海底に沈められることができる複数の垂直脚が設けられることができる。そして、プラットフォームは、これら脚に沿って水から出て引き上げられることができる。いくつかの領域では、他の位置への引き上げ又は搬送が、潮流のような所定の周期でのみ可能である。設置サイクルがこれら周期内にとどまることが重要であり、これは、高いレベルの設置効率を必要とする。ジャックアップは、一般的に、海底に設置される基礎に風車の部品を設置するために、クレーンで取り付けられる。基礎は、水面より上に部分的に延びている。

国際特許出願公開ＷＯ０２４８５４７及びＷＯ２００４０７０１１９に開示されるように、一般的な設置順序は、基礎に１つのタワー又は複数のタワーセクションを持ち上げるようになっている。

英国特許第２４０７１１４号及び米国特許７１１２０１０号のような、他の選択肢もまた提案され、これらには、ナセルが個別に取り付けられ、続いて、ハブに既に固定された全てのブレードが取り付けられることを開示している。この場合には、ブレードを備えたハブは、プラットフォームデッキに水平に位置し、水平面で設置される必要があるので、ハブのアセンブリ及びブレードは、回転される必要がある。

他の特許出願ＵＳ２００７／２６６５３８では、洋上の持ち上げを最小にするために、ナセルと、ハブと、３つのブレードのうちの２つが、洋上で組み立てられ、これは、「ウサギの耳」の外形として参照されることができ、所定の場所に搬送される。ハブ及び２つの上向きブレードを備えたナセルを有するこのアセンブリは、所定の位置に持ち上げられ、最終的な持ち上げが、第３のブレードのために使用され、第３のブレードは、ハブにボルト締めされる。

本出願人によって出願された他の特許出願公開ＷＯ２００９０４１８１２には、ウサギの耳の外形の２つのブレードが持ち上げられ、タワーの上部に完成したタービンを設置する前に、第３のブレードが、クレーンでハブ及びウサギの耳のアセンブリに組み立てられる方法が開示されている。この方法は効果的であるが、陸上で組み立てられたウサギの耳は、十分なデッキスペースを必要とし、クレーンでの第３のブレードの装着は、ブレードを配置し逆さまにするためにかなりの操縦動作を必要とする。

脚に与えられる変化する波（variable wave）及びジャックアップ式のシステムの可撓性により、ジャックアップ状態でのプラットフォームは、水平面にわずかに動く。クレーンの可撓性及び局所的な風況と組み合わせられたこの動きは、地面に固定された（earth-fixed）基礎に対して持ち上げられた部品、又は地面に固定された基礎に既に設置された他の部品のかなり水平な動きを引き起こしうる。動き及び風により、最後のブレード（通常、第３のブレード）の設置が、困難である可能性があり、既に設置された部品に対する脆弱なブレードの起こりうる衝撃が、ブレードへのかなりのダメージを引き起こしうることが経験によりわかってきている。英国特許第２４０７１１４号及び米国特許第７１１２０１０号に開示されているような設置は、緩く脆弱なブレ―ドの設置を避けるが、従って、ハブ及びブレードのアセンブリを回転させる必要があり、これは、アセンブリの大きな寸法及びブレードの脆弱性により、特に、風のある環境状況で複雑である。

例えば、国際特許出願公開ＷＯ０２４８５４７に開示されているような、他の解決策がある。これによれば、タワー、ナセル、ハブ及びブレードのアセンブリの設置が、例えば、ジャックアップによって、又は、浮体式のクレーン船体による持ち上げで行われ、後者は、通常、所定の時間で１つのタービンの搬送及び持ち上げを可能にする。しかし、この解決策は、大きくコストがかかるリフト設備を必要とし、設置場所への完成したタービンの搬送のための複雑なロジスティクスを含み、浮体動作の場合には、限られた好天の期間でのみ行われ、現在利用可能な設置設備と共に、短時間でかなり多くのタービンを設置するために経済的に実現可能であることが予期されない。

特に、洋上の、風車を設置するための既知の手順は、将来的に設置される必要がある風車の数、サイズ又は電力の予期される成長の観点からもまた、改良の余地があることを示している。洋上の風車の設置方法は、本発明により、比較的短い設置サイクルをもたらすように最適化される。

本発明の目的は、装着位置に風車を装着する方法を提供することである。本方法は、
１つ又は複数のブレードハンドリングツール（blade handling tool）によって、ハブ及びナセルのプレアセンブリ（pre-assembly）に２つのロータブレードを同時に、又は順番に装着する工程と、
フレームの上部に設置クレーンによってナセル、ハブ及び２つのブレードのアセンブリを持ち上げる工程であって、上向きフランジを備えた第３のロータブレードが垂直な位置に保持される、持ち上げる工程と、
前記第３のロータブレードが前記ハブ、ナセル及び２つのブレードのアセンブリに装着されるように、前記フレームに支えられている前記アセンブリの前記ハブに向かって前記第３のロータブレードを操作する工程と、
前もって設置された風車の基礎タワーの上部にナセル、ハブ及び３つのブレードの完成された風車のアセンブリを持ち上げる工程とを具備する。

また、本発明の目的は、垂直な位置でブレードにブレード保持フレームを設けることである。フレームは、設置船体の搬送中、このような位置で複数のブレードを保持するのに適している。

本発明はまた、ロータブレードがナセル及びハブのアセンブリに係合されるように、必要な自由度で、（下向きフランジを備えた）垂直に与えられたロータブレードを保持し、かつ操作するハンドリングツール、及び、ロータブレードがナセル、ハブ及びいくつかのブレードのアセンブリに係合されるように、必要な自由度で、（上向きフランジを備えた）垂直なロータブレードを保持し、かつ操作するハンドリングツールを提供する。

本発明はまた、ブレードなしで前もって組み立てされた（pre-assembled）ナセル及びハブが、船体の中心線にほぼ配置され、（下向きフランジを備えた）ブレードを備えたブレード保持フレームが、船体の両側に直立して配置され、これにより、ブレードなしで前もって組み立てされたナセル及びハブは、フレームの間の中央に立っている。

本発明によれば、提案された方法及びシステムは、風車の部品の洋上の設置の継続時間を改良し、同様に、洋上の設置の間、風車の部品のより安全でより制御された設置を与える。さらに、操縦運動の数が減少するのに伴って、既知の設置方法と比較して連続して持ち上げ、より少ないクレーン動作に伴って、同時に、プラットフォームデッキで洋上の風車の部品を組み立て、提案された解決策は、陸上及び海上のロジスティクスのために高いレベルの汎用性を備え、コスト効率がよく、洋上の風車の時間効率のよい設置方法を提供する。

ブレード及びハンドリングツールを保持するために使用されるフレームは、複数の風車のブレードを保持し操縦するのに適しており、これにより、風車設置船体が、各タービン設置順序のさらなるブレードの操縦又は配置の必要なく、１つの行程で複数の風車のための構成要素を運搬することを可能にする。

ブレードを垂直に保持するために使用されるフレーム（上向きフランジ）は、ブレード及びそのハンドリングツールをモニタし、かつ制御するために、ブレードの全ての関連する領域への作業員のアクセスを与えるように、また、ナセル、ハブ及び２つのブレードのアセンブリに第３のブレードを係合させるように、外部係合されている。

本発明は、添付図面を参照して、例示的な実施の形態に関連して以下にさらに説明される。

図１は、ブレードなしで前もって組み立てられたナセル及びハブの正面図である。図２は、本発明の一実施の形態に係る設置船体デッキの配置を示し、同様の機能性を備えた代わりの配置が可能である。図３は、下向きフランジを備えたブレード保持フレームに積載された１つのブレードのデッキへの陸上からの持ち上げを示している。図４は、上向きフランジを備えたブレード保持フレームに積載された１つのブレードのデッキへの陸上からの持ち上げを示している。図５は、ブレードハンドリングツールの使用による、本発明に係るハブ及びナセルのプレアセンブリに２つのロータブレードの装着の工程を示している。図６は、ブレードハンドリングツールの使用による、本発明に係るハブ及びナセルのプレアセンブリに２つのロータブレードの装着の工程を示している。図７は、ブレードハンドリングツールの使用による、本発明に係るハブ及びナセルのプレアセンブリに２つのロータブレードの装着の工程を示している。図８は、本発明に係るナセル、ハブ及び２つのブレードのアセンブリの持ち上げを示している。図９は、本発明に係るナセル、ハブ及び２つのブレードのアセンブリの持ち上げを示している。図１０は、本発明に係るナセル、ハブ及び２つのブレードのアセンブリの持ち上げを示している。図１１は、ブレードハンドリングツールの使用により第３のロータブレードがハブ、ナセル及び２つのブレードに装着されることを可能にする、第３のブレード保持フレームに支えられているアセンブリのハブに向かった第３のロータブレードの操作を示している。図１２は、ブレードハンドリングツールの使用により第３のロータブレードがハブ、ナセル及び２つのブレードに装着されることを可能にする、第３のブレード保持フレームに支えられているアセンブリのハブに向かった第３のロータブレードの操作を示している。図１３は、ブレードハンドリングツールの使用により第３のロータブレードがハブ、ナセル及び２つのブレードに装着されることを可能にする、第３のブレード保持フレームに支えられているアセンブリのハブに向かった第３のロータブレードの操作を示している。図１４は、ナセル、ハブ及び前もって設置された風車基礎タワーの上部の３つのブレードの完成した風車アセンブリの持ち上げを示している。図１５は、ブレードハンドリングツールのリーチ内で操縦位置で新しいブレードを回転させることができる代わりの回転ラック形状のブレード保持フレームを示している。図１６は、図１５のハンドリングツールの上面図である。図１７は、図１５並びに図１６に示されるような同様の回転ラックタイプのブレードフレームを使用したハブ、ナセル及び２つのブレードのアセンブリへの第３のロータブレードの装着を示している。

回転ラック（carrousel）タイプ又はさまざまなタイプであるブレード保持フレームに保持されることができるブレードの総数は、各設置作業の特定のロジスティクス及び設置条件に応じて、図面に示されるような３つとは異なることができることが言及されなければならない。

図２に示されるように、本発明によれば、デッキのレイアウトは、現在の洋上の風車の設置方法で知られた代表的な配置とは異なっている。図１に示されるようなブレードなしで前もって組み立てられたナセル及びハブは、ウサギの耳の位置で既に回転されたハブと前もって組み立てられる。２つの別個の硬質フレーム１０中の下向きフランジ（flange pointing downwards）９を備え、直立して配置された２つのブレードが、フレームの中央で所定の位置に立っているナセル６に対して船体１の両側に置かれている。最後のブレードは、異なる高さで作業員にアクセス可能である第３の硬質フレーム１２中の上向きフランジ（flange pointing upwards）１５を備え、直立して配置されている。船体は、４つの脚２を備えたジャックアップ式の船体である。

下向きフランジ９を備えたブレードは、ウサギの耳の外形でハブに最初に設置されるブレードであるので、これらの位置は、本発明に係る設置のキーとなる態様である。また、ブレードハンドリングツール１１を含む下向きフランジを備えた垂直ブレード９を備えた２つのブレード保持フレーム１０は、風車設置船体１の両側に整列される必要がある。

上向きフランジ１５を備えたブレードは、本発明に係る後の段階で設置されるさらなるブレードである。

船体１のデッキに設置されたクレーン３が、ジャックアップ式の船体１上の所定の位置にこれら構成要素を配置するために使用される。図３は、ブレード保持フレーム１０に積載された下向きフランジ９を備えた１つのブレードの、陸上１６からジャックアップ式の船体１のデッキへの持ち上げを示している。また、図４は、ブレード保持フレーム１２に積載された上向きフランジ１５を備えた１つのブレードの、陸上１６からジャックアップ式の船体１のデッキへの持ち上げを示している。フレーム１０、１２は、１組のブレード９、１５と共に陸上に予め積載されている。好ましくは、これらフレーム１０、１２は、同じフレームであるか、製造業者から陸上のアセンブリの場所又は波止場にブレードを搬送するために使用されるのと同じフレームを利用する。

図５ないし図７は、本発明に係る、ハブ７及びナセル６のプレアセンブリへの２つのロータブレード９の装着のさまざまな工程を示している。船体１が設置場所に着くと、この船体は引き上げられる。設置船体１が引き上げられた後、ウサギの耳の外形の２つの上側のブレード９がハブ７に組み立てられる。２つのブレードは、直立した搬送位置からウサギの耳の外形へと、ハンドリングツール１１（図示されない）によって６０度回動され、フランジがハブに向けられる。ブレード保持フレーム１０は、ブレードを６０度回動させ、かつブレード位置をブレードのフランジがハブ７の上側の孔と整列されているブレード位置に操作することが可能な内部の、又は外部のハンドリングツール１１を有する。ブレードハンドリングツールは、２つのブレードを同時に操作することができ、ハブ７にブレード９を挿入することが可能であり、また、ブレード９は、ハブ７に装着されて、ウサギの耳の外形を形成する。

図８ないし図１０に示されるように、ブレード９がハブに装着されたとき、ブレードハンドリングツール１１は、ブレード９を解放し、ブレード９に垂直に持ち上げられる明らかな出口を与える。

既に述べられたように、デッキ上のブレード９の位置は、キーとなる態様であり、実際には、ナセルアセンブリ６、７が、下向きフランジを備えたブレード９を含む２つのフレーム１０と整列されたプラットフォームの中心線のところで、又は中心線の近くで所定の長手方向の位置に位置されているので、述べられた操作は、両ブレード９に対して同時に行われることができる。

代わって、前もって組み立てられたウサギの耳（ナセル、ハブ及び２つのブレード）は、波止場からプラットフォームデッキに積載されることができる。しかし、これは、デッキスペースをあまり効率的でなくし、船体の周囲の外部に立っているブレードにより、航行に影響を及ぼしうる。さらに、ウサギの耳のアセンブリの搬送の積載物は、構成要素の完全性に悪影響を及ぼしうる。

本方法に係る設置方法の他の効果は、ハブ７への２つの第１のブレード９の装着中にメインクレーン３が必要でないので、垂直タワー５の設置中にこの操作を予定することが可能であるということである。従って、船体１が引き上げられると、垂直タワー５の設置が始まる。

メインクレーン３が垂直タワー５を設置するのを終えた後、メインクレーンは、組み立てられたウサギの耳を持ち上げることができ（図１０）、第３のブレード１５を含む第３のフレーム１２の上部にこのウサギの耳を配置することができる（図１１）。

図１１ないし図１３は、第３のロータブレード１５がハブ、ナセル及び２つのブレードのアセンブリに装着されるように、第３のブレード保持フレーム１２に支えられているアセンブリのハブ７への第３のロータブレード１５の操作を示している。

第３のフレーム１２の上部には、支持体、ガイド及びバンパ１４が係合されており、これにより、ウサギの耳のアセンブリがフレーム１２により支持され、全ての動きが全て抑制される。第３のブレード保持フレーム１２は、内部の、又は外部のブレードハンドリングツール１３を有し、これらハンドリングツールは、必要な自由度でウサギの耳のアセンブリにブレードを配置することが可能である。上向きフランジを備えた第３のブレード１５は、タービンのアセンブリを完成させるために、ハンドリングツール１３によってハブ７中に挿入されることができる（図１２）。

上の順序は、１つのタービンの設置の方法及び設置ツールを説明している。複数のタービンの構成要素が、例えば、複数のブレードを保持しているフレーム１０、１２によって、同様に操縦され与えられることができる。代わって、図１５ないし図１７に示されるように、回転ラックの形状のフレームの使用と共に、ブレードは、回転ラックを回転させることによって操縦位置に置かれることができ、これにより、ブレードは、必要な位置で新しいブレードを回転させる。回転ラックの中央及び回転部分は、船体のデッキに永久的に装着されることができ、一方、ブレード９、１５及びフレーム１０、１２は、これらの回転部分に持ち上げられる。代わって、回転部分及びブレードを含む完全な回転ラック１７、１８は、デッキに持ち上げられることができる。このような回転ラックは、任意の数のブレードに装備されることができる。

フレーム１２の上部に、及び他の必要な高さに、安全な作業デッキ（図示されない）があり、これにより、作業員は、ブレードの正確な操縦を制御しモニタするように、最後のブレードの挿入に接近する。最後のブレード１５がハブ７に装着された後、ブレード１５は、制御された状態で解放されることができる。

図１３に示されるように、完成したタービンアセンブリが支持体１４から持ち上げられ、第３のブレード１５は、フレームの（部分的な）ｕ形状によりフレーム１２を水平に、かつ垂直に出ることができる。第３のブレード１５の動きは、作業員によってモニタされ制御されることができ、例えば、フレーム１２へのアセンブリの直接的な接触を防ぐために、フレームのさまざまな高さで作業デッキに線を設ける。

図１４は、前もって設置された風車の基礎タワー５の上部に最後に設置されたブレードを含む完成したタービンの持ち上げを示している。

提案された設置方法は、全ての部分が、設置中、フレーム１０、１２に完全に、又はフレーム１０、１２及びプラットフォームデッキ８に対して固定されるので、ブレードの安全かつ制御された設置を確実にする。また、作業員は、動きのモニタリング及び制御のための設置作業に接近することができるので、制御されていない相対的な動き及び十分に制御されていない衝突のリスクがない。

図は、３つのブレードがハブに設置される状況のみを示しているが、これは、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明は、他の数のブレードに使用されることができることが理解されるべきである。

先の開示に照らして当業者に自明であるように、本発明の意図又は範囲から逸脱することなく、本発明の実施においてさまざまな変更並びに修正が可能である。従って、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって規定される事項に従って解釈される。

Claims

２つのロータブレードをハブ及びナセルのプレアセンブリに装着する工程と、
フレームの上部に設置クレーンによってナセル、ハブ及び２つのブレードのアセンブリを持ち上げる工程であって、上向きフランジを備えた第３のロータブレードが垂直な位置に保持される、持ち上げる工程と、
前記第３のロータブレードが、前記ハブ、ナセル及び２つのブレードのアセンブリに装着されるように、前記フレームに支えられている前記アセンブリの前記ハブに向かって前記第３のロータブレードを操作する工程と、
前もって設置された風車の基礎タワーの上部にナセル、ハブ及び３つのブレードの完成した風車のアセンブリを持ち上げる工程とを具備する、装着位置に風車を装着する方法。
前記２つのロータブレードは、設置船体のデッキに前記ハブ、ナセル及び２つのブレードのアセンブリを形成するように、前記ハブに接続されている請求項１の方法。
前記ハブ、ナセル及び２つのブレードのアセンブリを形成するように前記ハブに装着され、下向きフランジを備えた前記２つのロータブレードの各々のブレードが、個々のフレームで搬送される請求項１又は２の方法。
前記ブレード及びハンドリングツールを保持するために使用される前記フレームは、複数の風車のための前記ブレードを保持し処理するのに適している請求項１ないし３のいずれか１の方法。
前記上向きフランジを備えた、設置される前記第３のブレードは、個々のフレームで搬送される請求項１ないし４のいずれか１の方法。
前記ブレードは、回転ラック形状の１つ又は複数のフレームによって搬送かつ操作され、前記フレームは、ブレードハンドリングツールによる操作の準備ができており、かつ前記ハブに装着されているブレード操縦位置で前記ブレードを回転させる請求項１ないし５のいずれか１の方法。
少なくとも１つのさらなるブレードが、前記第３のブレードが設置されるのと同じようにして、前記ハブ、ナセル及び３つのブレードのアセンブリに設置される請求項１ないし６のいずれか１の方法。
設置船体への搬送中、このような位置に複数のブレードを保持するのに適していることを特徴とする、垂直な位置にブレードを保持するためのブレード保持フレーム。
前記複数のブレードは、それぞれ、下向きフランジを有する請求項８のブレード保持フレーム。
各ブレードが、１つ又は複数のブレードで充填された１つ又は複数のブレードが設置船体に持ち上げられる前に、陸上で、少なくとも１つのフレームに積載されている請求項８又は９のブレード保持フレーム。
前記複数のブレードは、それぞれ、上向きフランジを有する請求項８のブレード保持フレーム。
前記フレームは、前記フレームに対して必要とされるあらゆる自由度で前記フレームを支持し、かつ抑制するために、ナセル、ハブ及び複数のブレードのアセンブリによって形成された積載物を保持することが可能である請求項１１のブレード保持フレーム。
１つのフレームに積載されたブレードは、前記ブレードが前記アセンブリに装着されるように、前記ナセル、ハブ及び複数のブレードのアセンブリの前記ハブに向かってハンドリングツールによって操作されることができる請求項１１又は１２のブレード保持フレーム。
ブレード保持フレームに、又はブレード保持フレームの近くに作業員用のアクセス経路が設けられている請求項８ないし１３のいずれか１のブレード保持フレーム。
ロータブレードがナセル及びハブのアセンブリに係合されるように、必要な自由度で、垂直なロータブレードの下向きフランジを保持し、かつ操作するためのハンドリングツール。
ロータブレードがナセル、ハブ及びいくつかのブレードのアセンブリに係合されるように、必要な自由度で、上向きフランジを備えた垂直なロータブレードを保持し、かつ操作するためのハンドリングツール。
ハンドリングツールは、ブレード保持フレームの一部である請求項１５又は１６のハンドリングツール。
少なくとも１つの、ブレードなしで前もって組み立てられたナセル及びハブが、船体の中心線に、又は中心線の近くに配置され、下向きフランジを備えたブレードを備えたブレード保持フレームが、船体の両側に直立して配置され、前記少なくとも１つの、ブレードなしで前もって組み立てられたナセル及びハブが、前記フレームの間の中央に立っていることを特徴とするデッキレイアウトを備えた設置船体。
少なくとも１つの、ブレードなしで前もって組み立てられたナセル及びハブが、デッキに任意の位置で配置され、下向きフランジを備え直立に配置されたブレードを備えたブレード保持フレームの間の中央に向けられている請求項１８のデッキレイアウトを備えた設置船体。
複数の風車の構成要素が、各タービンの設置順序に対するさらなるブレード操縦の必要なく、１つの行程で搬送される請求項１８又は１９の設置船体。