JP5756358B2 - Flange structure and wind power generator - Google Patents

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Description

本発明は、輸送時における寸法を拡大することなく強度並びに固定対象となる構造体の剛性を向上したフランジ構造、及び、このようなフランジ構造を有する風力発電装置に関するものである。   The present invention relates to a flange structure in which strength and rigidity of a structure to be fixed are improved without enlarging dimensions during transportation, and a wind turbine generator having such a flange structure.

陸上に設置される風力発電装置の風車タワーは、地上から立設されたタワーの上端部に、ロータによって駆動される発電機を収容したナセルを回動可能に取り付けて構成されている。
このような風車タワーの設計においては、例えばタワーを構成する各部材や、タワーと基礎、もしくはナセルを結合するフランジ構造の強度確保が重要となる。
また、風車タワーにおいては、風車プロペラとの共振によるダメージを防止するため、タワー自体の剛性確保が求められ、タワー自体の径も大きくすることが好ましい。 A windmill tower of a wind turbine generator installed on land is configured by rotatably attaching a nacelle containing a generator driven by a rotor to an upper end portion of a tower erected from the ground.
In designing such a wind turbine tower, for example, it is important to ensure the strength of each member constituting the tower and the flange structure that connects the tower and the foundation or the nacelle.
Further, in the wind turbine tower, in order to prevent damage due to resonance with the wind turbine propeller, it is required to ensure the rigidity of the tower itself, and it is preferable to increase the diameter of the tower itself.

このような風車タワーのフランジに関する従来技術として、例えば特許文献１（図２等）には、円筒体の内径側及び外径側に、内フランジ及び外フランジをそれぞれ張り出させたいわゆるＴ型フランジをタワーマウント部に採用したものが記載されている。   For example, Patent Document 1 (FIG. 2 and the like) discloses a so-called T-shaped flange in which an inner flange and an outer flange are projected on the inner diameter side and the outer diameter side of a cylindrical body. Is used for the tower mount.

特開２０１０−３１８６２号公報JP 2010-31862 A

特許文献１に記載されたＴ型フランジは、フランジ部の強度、剛性を向上することは可能であるが、外フランジはタワー本体などの筒状体の外径側に全周にわたって張り出すため、輸送時における寸法が大きくなり、輸送に困難をきたすことが懸念される。
ここで、タワーシェルの外径を小さくすることによって、外フランジの外径が輸送限界以下となるようにすることも考えられるが、この場合、タワーシェルの剛性確保が困難となる。 Although the T-shaped flange described in Patent Document 1 can improve the strength and rigidity of the flange portion, the outer flange projects over the entire outer circumference of the cylindrical body such as the tower body, There is a concern that the dimensions during transportation will be large and that transportation will be difficult.
Here, it is conceivable to reduce the outer diameter of the tower shell so that the outer diameter of the outer flange is less than the transport limit. However, in this case, it is difficult to ensure the rigidity of the tower shell.

上述した問題に鑑み、本発明の課題は、輸送時における寸法を拡大することなく強度並びに固定対象となる構造体の剛性を向上したフランジ構造、及び、このようなフランジ構造を有する風力発電装置を提供することである。   In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a flange structure in which strength and rigidity of a structure to be fixed are improved without enlarging dimensions during transportation, and a wind turbine generator having such a flange structure. Is to provide.

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、発電機と、前記発電機を駆動するロータと、前記発電機を収容するナセルと、ほぼ上下方向に伸びて形成され上端部に前記ナセルが取り付けられるタワーと、実質的に円筒状に形成された筒状体と、前記筒状体の端部から内径側に張り出して形成され、締結部材が挿入される複数の開口が形成された内フランジと、前記筒状体の前記端部から外径側に張り出して形成され、締結部材が挿入される複数の開口が形成された外フランジとを備え、前記タワーの端部又は中間部に配置されるフランジ構造とを備え、前記内フランジは、前記筒状体の実質的に全周にわたって形成され、前記外フランジは、前記筒状体からの張出量を他の部分よりも小さくされかつ前記筒状体の周上における複数個所に分散して形成された小径部を有することを特徴とする風力発電装置である。
これによれば、内フランジのみの場合に対して、曲げを受ける際に最外端で荷重を受け
る締結部材の数が増加し、締結部材及びその周囲のフランジの負担を軽減し、強度を向上
することができる。
また、部分的に両フランジとなることによって、フランジ変形が防止されて、締結部材
に作用するてこ反力が減少し、張力が軽減される。 The present invention solves the above-described problems by the following means.
The invention according to claim 1 includes a generator, a rotor that drives the generator, a nacelle that houses the generator, a tower that is formed to extend substantially in the vertical direction, and to which the nacelle is attached at the upper end. A cylindrical body that is formed in a cylindrical shape, an inner flange that is formed to project from an end of the cylindrical body toward the inner diameter side, and that has a plurality of openings into which fastening members are inserted, and the cylindrical body the formation of said end protrudes radially outwardly, and an outer flange having a plurality of openings are formed in which the fastening member is inserted, and a flange structure that will be disposed at the end or middle portion of the tower The inner flange is formed over substantially the entire circumference of the cylindrical body, and the outer flange has a protruding amount from the cylindrical body that is smaller than that of other portions and on the circumference of the cylindrical body. Small diameter formed in multiple locations in A wind turbine generator and having a.
According to this, the number of fastening members that receive a load at the outermost end when bending is increased compared to the case of only the inner flange, reducing the burden on the fastening members and the surrounding flanges, and improving the strength. can do.
Further, by partially becoming both flanges, flange deformation is prevented, lever reaction force acting on the fastening member is reduced, and tension is reduced.

また、前記フランジ構造は、前記内フランジ及び前記外フランジの厚さをＡ、前記筒状体の表面から前記外フランジの前記開口の縁までの距離をＢ、前記筒状体の板厚をＣとしたときに、Ａ≧１．２×（Ｂ×Ｃ）1/2とすることができる。
これによれば、上式を満たすことでフランジ全体の剛性が一定以上確保され、フランジ部に置いて高応力が発生して強度が低下することを防止し、確実に上述した効果を得ることができる。 In the flange structure, the thickness of the inner flange and the outer flange is A, the distance from the surface of the cylindrical body to the edge of the opening of the outer flange is B, and the plate thickness of the cylindrical body is C. when the to be a a ≧ 1.2 × (B × C ) 1/2.
According to this, by satisfying the above formula, the rigidity of the entire flange is ensured to be a certain level or more, and it is possible to prevent the strength from being lowered due to high stress placed on the flange portion, and to obtain the above-described effects reliably. it can.

請求項２に係る発明は、前記外フランジの前記小径部は、前記筒状体の中心軸回りにおける位相が９０度ずつ離間した４点をそれぞれ含むように少なくとも４箇所配置されることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置である。
これによれば、筒状体を横倒しにして輸送する際の全高方向及び全幅方向への外フラン
ジの張り出しを低減し、輸送の制約などによって定まる許容寸法の範囲内で筒状体の径を
大きくし、剛性確保を容易にすることができる。 The invention according to claim 2 is characterized in that at least four of the small diameter portions of the outer flange are arranged so as to include four points each having a phase around the central axis of the cylindrical body separated by 90 degrees. The wind power generator according to claim 1 .
According to this, the overhang of the outer flange in the full height direction and the full width direction when transporting the tubular body on its side is reduced, and the diameter of the tubular body is increased within the allowable dimension range determined by transportation restrictions. In addition, the rigidity can be easily secured.

請求項３に係る発明は、前記外フランジは、中心軸方向から見て相互に直交する方向に配置された前記筒状体の外周面の第１の接線及び第２の接線の内側に配置されることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の風力発電装置である。
これによれば、筒状体の径を許容寸法の範囲内で最大化することができる。 According to a third aspect of the present invention, the outer flange is disposed inside the first tangent line and the second tangent line of the outer peripheral surface of the cylindrical body disposed in a direction orthogonal to each other when viewed from the central axis direction. It is a wind power generator of any one of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
According to this, the diameter of the cylindrical body can be maximized within the range of allowable dimensions.

また本発明は、発電機と、前記発電機を駆動するロータと、前記発電機を収容するナセルと、ほぼ上下方向に伸びて形成され上端部に前記ナセルが取り付けられるタワーとを備え、前記タワーの端部又は中間部に、フランジ構造を有することを特徴とする風力発電装置とすることができる。 The present invention also includes a generator, a rotor that drives the generator, a nacelle that houses the generator, and a tower that is formed to extend substantially in the vertical direction and to which the nacelle is attached at the upper end. the end or the middle portion may be a wind power generation apparatus characterized by having a flange structure.

以上説明したように、本発明によれば、輸送時における寸法を拡大することなく強度並びに固定対象となる構造体の剛性を向上したフランジ構造、及び、このようなフランジ構造を有する風力発電装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, a flange structure in which strength and rigidity of a structure to be fixed are improved without increasing dimensions during transportation, and a wind turbine generator having such a flange structure. Can be provided.

本発明を適用したフランジ構造を有する風力発電装置の実施例である風車タワーの模式的斜視図である。It is a typical perspective view of the windmill tower which is an Example of the wind power generator which has a flange structure to which this invention is applied. 本発明の実施例におけるフランジ部を上方から見た平面図である。It is the top view which looked at the flange part in the Example of this invention from the upper direction. 実施例のフランジ構造各部の寸法を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the dimension of each part of the flange structure of an Example. 本発明の比較例であるフランジ構造の平面図である。It is a top view of the flange structure which is a comparative example of this invention. 実施例及び比較例のフランジ構造をボルトで締結した状態における曲げモーメント負荷時の応力分布を示す図である。It is a figure which shows the stress distribution at the time of the bending moment load in the state which fastened the flange structure of the Example and the comparative example with the volt | bolt. 実施例及び比較例のフランジ構造における曲げモーメント負荷時のボルトの応力分布を示す図である。It is a figure which shows the stress distribution of the volt | bolt at the time of the bending moment load in the flange structure of an Example and a comparative example. 実施例及び比較例のフランジ構造における曲げモーメント負荷時のフランジの応力分布を示す図である。It is a figure which shows the stress distribution of the flange at the time of the bending moment load in the flange structure of an Example and a comparative example. 実施例及び比較例のフランジ構造における曲げモーメント負荷時のフランジの接触状態を示す図である。It is a figure which shows the contact state of the flange at the time of the bending moment load in the flange structure of an Example and a comparative example. 実施例のフランジ構造における強度向上メカニズムを示す図である。It is a figure which shows the strength improvement mechanism in the flange structure of an Example. 外フランジの効果を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the effect of an outer flange.

本発明は、輸送時における寸法を拡大することなく強度並びに固定対象となる構造体の剛性を向上したフランジ構造、及び、このようなフランジ構造を有する風力発電装置を提供する課題を、筒状体の全周にわたって内フランジを形成するとともに、周上の複数箇所に分散した外フランジを設けることによって解決した。   The present invention aims to provide a flange structure in which strength and rigidity of a structure to be fixed are improved without enlarging dimensions during transportation, and a problem of providing a wind power generator having such a flange structure. This was solved by forming the inner flange over the entire circumference and providing outer flanges dispersed at a plurality of locations on the circumference.

以下、本発明を適用したフランジ構造、及び、風力発電装置の実施例１乃至３について説明する。
実施例１乃至３のフランジ構造は、地上に設置される風力発電装置の風車タワーにおいて、タワーを構成する部材の連結や、タワーと基礎、もしくはナセルの連結に用いられるものである。
図１は、風力発電装置の風車タワーの模式的斜視図である。
図１に示すように、風車タワー１は、ロータ１０、ナセル２０、タワー３０等を有し、フランジ構造４０は、例えばタワー３０の中間部に設けられている。
また、風車タワー１は、タワー３０とナセル２０との連結部に設けられたフランジ構造４０ａ、タワー３０と基礎との連結部に設けられたフランジ構造４０ｂを有する。 Embodiments 1 to 3 of the flange structure and the wind power generator to which the present invention is applied will be described below.
In the wind turbine tower of the wind power generator installed on the ground, the flange structures according to the first to third embodiments are used for connection of members constituting the tower, connection of the tower and the foundation, or the nacelle.
FIG. 1 is a schematic perspective view of a wind turbine tower of a wind power generator.
As shown in FIG. 1, the windmill tower 1 includes a rotor 10, a nacelle 20, a tower 30, and the like, and the flange structure 40 is provided at an intermediate portion of the tower 30, for example.
Moreover, the windmill tower 1 has a flange structure 40a provided at a connection portion between the tower 30 and the nacelle 20, and a flange structure 40b provided at a connection portion between the tower 30 and the foundation.

ロータ１０は、風力によって回転駆動されるとともに、図示しない回転軸を介して発電機を駆動する風車である。
ロータ１０は、回転軸の端部に設けられたハブ１１と、ハブ１１から放射状に突き出して配置された４枚のブレード１２とを備えている。ブレード１２は、回転軸回りの位相が９０°間隔となるようにハブ１１に取り付けられている。
ロータ１０の回転中心軸は、装置の通常運転時にほぼ水平となるように配置されている。 The rotor 10 is a windmill that is rotationally driven by wind power and drives a generator via a rotating shaft (not shown).
The rotor 10 includes a hub 11 provided at an end of the rotating shaft, and four blades 12 arranged so as to protrude radially from the hub 11. The blade 12 is attached to the hub 11 so that the phase around the rotation axis is 90 °.
The rotation center axis of the rotor 10 is arranged to be substantially horizontal during normal operation of the apparatus.

ナセル２０は、ロータ１０によって駆動される図示しない発電機が収容される部分である。
また、ナセル２０内には、潤滑装置、冷却装置、制御盤のほか、必要に応じてロータ１０の回転を減速して発電機に伝達する減速機構が設けられている。
ナセル２０は、例えば、枠状のナセル架台の上に上述した各機器等を搭載し、外側をナセルカバーで覆って構成されている。 The nacelle 20 is a portion in which a generator (not shown) driven by the rotor 10 is accommodated.
In addition to the lubrication device, the cooling device, and the control panel, the nacelle 20 is provided with a speed reduction mechanism that reduces the rotation of the rotor 10 and transmits it to the generator as necessary.
The nacelle 20 is configured, for example, by mounting the above-described devices on a frame-like nacelle frame and covering the outside with a nacelle cover.

タワー３０は、上下方向に延びて形成され、ナセル２０を支持する支柱である。タワー３０の上端部はナセル２０の下部に接続され、下端部は図示しない地盤に設けられた基部に固定されている。
タワー３０は、上方において外径及び内径が窄まったテーパ状の筒状体として形成され、軸方向と直交する平面で切って見た断面形状は、実質的に円形となっている。タワー３０は、高さ方向における中間部を境として上部３１、下部３２に二分割されている。 The tower 30 is a column that extends in the vertical direction and supports the nacelle 20. The upper end portion of the tower 30 is connected to the lower portion of the nacelle 20, and the lower end portion is fixed to a base portion provided on the ground (not shown).
The tower 30 is formed as a tapered cylindrical body having an outer diameter and an inner diameter narrowed upward, and a cross-sectional shape viewed along a plane orthogonal to the axial direction is substantially circular. The tower 30 is divided into an upper part 31 and a lower part 32 with a middle part in the height direction as a boundary.

フランジ構造４０は、タワー３０の上部３１と下部３２との連結に用いられるものである。
フランジ構造４０は、上内フランジ４１、下内フランジ４２、上外フランジ４３、下外フランジ４４を有して構成されている。 The flange structure 40 is used to connect the upper portion 31 and the lower portion 32 of the tower 30.
The flange structure 40 includes an upper inner flange 41, a lower inner flange 42, an upper outer flange 43, and a lower outer flange 44.

図２は、上内フランジ４１及び上外フランジ４３を上方から見た平面図（図１のII−II部矢視断面図）である。
なお、下内フランジ４２及び下外フランジ４４は、実質的に上内フランジ４１及び上外フランジ４３と同様の形状及び寸法を有している。
また、図１に示すフランジ構造４０ａのIIａ−IIａ部矢視断面、フランジ構造４０ｂのIIｂ−IIｂ矢視断面も、実質的にフランジ構造４０のII−II部矢視断面と同様の構成を備えている。 FIG. 2 is a plan view of the upper inner flange 41 and the upper outer flange 43 as viewed from above (a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1).
The lower inner flange 42 and the lower outer flange 44 have substantially the same shape and dimensions as the upper inner flange 41 and the upper outer flange 43.
Moreover, the IIa-IIa part arrow cross section of the flange structure 40a shown in FIG. 1 and the IIb-IIb arrow cross section of the flange structure 40b are also substantially equipped with the structure similar to the II-II part arrow cross section of the flange structure 40. ing.

上内フランジ４１は、上部３１の下端部から内径側に張り出して形成されている。
上内フランジ４１は、タワー３０の中心軸方向と直交する平面に沿って延びた平板状に形成されている。
上内フランジ４１は、上部３１の全周にわたって設けられ、全周にわたって一様の内径を有する。また、上内フランジ４１には、締結用のボルトＢが挿入される開口であるボルト孔４１ａが周方向にほぼ等間隔に分散して１列設けられている。
ボルト孔４１ａは、周上例えば１２０個が設けられている。 The upper inner flange 41 is formed so as to protrude from the lower end portion of the upper portion 31 toward the inner diameter side.
The upper inner flange 41 is formed in a flat plate shape that extends along a plane orthogonal to the central axis direction of the tower 30.
The upper inner flange 41 is provided over the entire circumference of the upper portion 31 and has a uniform inner diameter over the entire circumference. Further, the upper inner flange 41 is provided with one row of bolt holes 41a, which are openings into which the fastening bolts B are inserted, distributed at substantially equal intervals in the circumferential direction.
For example, 120 bolt holes 41a are provided on the circumference.

下内フランジ４２（図５、図７を参照）は、下部３２の上端部から内径側に張り出して形成されている。
下内フランジ４２は、タワー３０の中心軸方向と直交する平面に沿って延びた平板状に形成され、上内フランジ４１と実質的に同様の厚みを有する。
下内フランジ４２は、下部３２の全周にわたって設けられ、全周にわたって一様の内径を有する。
下内フランジ４２は、ボルト４１ａに挿入されたボルトが挿入されるボルト孔４２ａ（図７を参照）が形成されている。 The lower inner flange 42 (see FIGS. 5 and 7) is formed so as to protrude from the upper end portion of the lower portion 32 toward the inner diameter side.
The lower inner flange 42 is formed in a flat plate shape extending along a plane orthogonal to the central axis direction of the tower 30 and has substantially the same thickness as the upper inner flange 41.
The lower inner flange 42 is provided over the entire circumference of the lower portion 32 and has a uniform inner diameter over the entire circumference.
The lower inner flange 42 is formed with a bolt hole 42a (see FIG. 7) into which the bolt inserted into the bolt 41a is inserted.

上外フランジ４３は、上部３１の下端部から外径側に張り出して形成されている。
上外フランジ４３は、タワー３０の中心軸と直交する平面に沿って延びた平板状に形成され、製造時には上内フランジ４１と一体に形成され、実質的に同じ厚みを有する。 The upper / outer flange 43 is formed to protrude from the lower end portion of the upper portion 31 to the outer diameter side.
The upper and outer flanges 43 are formed in a flat plate shape extending along a plane orthogonal to the central axis of the tower 30, are formed integrally with the upper and inner flanges 41 at the time of manufacture, and have substantially the same thickness.

図２に示すように、上外フランジ４３には、周上における等間隔な四箇所に、上部３１の外周面からの張り出し量（突出量）を他の部分よりも小さくした小径部５０が形成されている。
この小径部５０においては、上外フランジ４３の外端縁部は、上部３１の下端部における外周面の接線方向にほぼ沿って直線状にカットされたような形状となっている。
なお、本実施例においては、例えば、上部３１を中心軸方向がほぼ水平となるように横倒しして輸送する状態において、水平方向となる接線、及び、鉛直方向となる接線に沿って、上外フランジ４３がカットされたような形状とすることによって、小径部５０が形成されている。
その結果、上外フランジ４３の突出量が実質的にゼロとなる領域が、水平方向及び鉛直方向における両端部にそれぞれ形成され、その結果、上部３１の輸送時における全高及び全幅は、仮にこのような上外フランジ４３を設けない場合と実質的に同じとなっている。
輸送時に許容される最大高さ、最大幅が例えば４３００ｍｍである場合に、実施例においては、上部３１の外径を許容寸法と同じ４３００ｍｍとすることができ、タワー３０の剛性を確保することができる。また、この場合であっても、上外フランジ４３の外径を例えば４７００ｍｍに設定することが可能である。 As shown in FIG. 2, the upper and outer flanges 43 are formed with small-diameter portions 50 in which the amount of protrusion (projection amount) from the outer peripheral surface of the upper portion 31 is smaller than that of other portions at four equally spaced locations on the circumference. Has been.
In the small diameter portion 50, the outer end edge portion of the upper outer flange 43 has a shape that is linearly cut along the tangential direction of the outer peripheral surface at the lower end portion of the upper portion 31.
In the present embodiment, for example, in a state where the upper portion 31 is transported while being laid down so that the central axis direction is substantially horizontal, along the tangent line that is horizontal and the tangent line that is vertical, The small diameter part 50 is formed by setting it as the shape where the flange 43 was cut.
As a result, regions where the protrusion amount of the upper and outer flanges 43 is substantially zero are formed at both ends in the horizontal direction and the vertical direction, respectively. As a result, the total height and total width of the upper portion 31 during transportation are temporarily This is substantially the same as the case where the upper and outer flanges 43 are not provided.
In the embodiment, when the maximum height and the maximum width allowed during transportation are, for example, 4300 mm, the outer diameter of the upper portion 31 can be 4300 mm, which is the same as the allowable dimension, and the rigidity of the tower 30 can be ensured. it can. Even in this case, the outer diameter of the upper outer flange 43 can be set to 4700 mm, for example.

上外フランジ４３の小径部５０以外の部分は、実質的に一様の外径を有し、締結用のボルトＢが挿入される開口であるボルト孔４３ａが周方向にほぼ等間隔に分散して１列設けられている。
ボルト孔４３ａは、１群（隣接する２つの小径部５０の間）あたり１５個（全周で６０個）が設けられている。 The portions other than the small-diameter portion 50 of the upper and outer flanges 43 have substantially uniform outer diameters, and bolt holes 43a that are openings into which fastening bolts B are inserted are dispersed at substantially equal intervals in the circumferential direction. One row is provided.
The bolt holes 43a are provided with 15 pieces (60 pieces in the entire circumference) per group (between two adjacent small diameter portions 50).

下外フランジ４４（図５、図７を参照）は、下部３２の上端部から外径側に張り出して形成されている。
下外フランジ４４は、タワー３０の中心軸と直交する平面に沿って延びた平板状に形成され、製造時には下内フランジ４２と一体に形成され、実質的に同じ厚みを有する。
下外フランジ４４は、図２に示す上外フランジ４３と実質的に同様の平面形状に形成されている。 The lower outer flange 44 (see FIGS. 5 and 7) is formed to protrude from the upper end portion of the lower portion 32 to the outer diameter side.
The lower outer flange 44 is formed in a flat plate shape extending along a plane orthogonal to the central axis of the tower 30, is integrally formed with the lower inner flange 42 at the time of manufacture, and has substantially the same thickness.
The lower outer flange 44 is formed in a planar shape substantially similar to the upper outer flange 43 shown in FIG.

タワー３０の組立時には、上内フランジ４１の下面と下内フランジ４２の上面、上外フランジ４３の下面と下外フランジ４４の上面がそれぞれ当接するように上部３１と下部３２とを突き合わせ、各ボルト孔にボルトＢを挿入し、ナットで締結することによって固定される。   When the tower 30 is assembled, the upper portion 31 and the lower portion 32 are abutted so that the lower surface of the upper inner flange 41 and the upper surface of the lower inner flange 42, and the lower surface of the upper and outer flange 43 and the upper surface of the lower outer flange 44 abut each other. The bolt B is inserted into the hole and fixed by fastening with a nut.

図３は、実施例のフランジ構造各部の寸法を示す模式的断面図であって、図２のIII−III部矢視断面を示している。
図３に示すように、フランジ厚をＡ、ボルト孔４１ａ、４３ａの穴縁距離（タワー３０の外周面又は内周面から穴縁までの最短距離）をＢ、タワー３０の上部３１、下部３２の外周面部（シェル）厚をＣとして以下説明する。
なお、実施例において、フランジ厚Ａは、１００ｍｍのものを実施例１、７５ｍｍのものを実施例２、５０ｍｍのものを実施例３とした。
また、√ＢＣ＝５０．９である。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing dimensions of each part of the flange structure of the embodiment, and shows a cross-section taken along the line III-III in FIG.
As shown in FIG. 3, the flange thickness is A, the hole edge distance of the bolt holes 41 a and 43 a (the shortest distance from the outer peripheral surface or inner peripheral surface of the tower 30 to the hole edge) is B, the upper portion 31 and the lower portion 32 of the tower 30. The outer peripheral surface portion (shell) thickness of C will be described below as C.
In the examples, the flange thickness A was 100 mm, Example 1, 75 mm was Example 2, and 50 mm was Example 3.
Further, √BC = 50.9.

以下、上述した実施例１乃至３の効果を、以下説明する本発明の比較例と対比して説明する。なお、比較例の説明において、上述した実施例と実質的に共通する部分は、同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図４は、比較例のフランジ構造の平面図であって、実施例における図２に相当する箇所を示すものである。
比較例のフランジ構造１４０は、実施例１のフランジ構造４０における上外フランジ４３及び下外フランジ４４を省略したものである。
上内フランジ４１及び下内フランジ４２の厚みＡは、実施例１と同様に１００ｍｍとなっている。 Hereinafter, the effects of the first to third embodiments will be described in comparison with comparative examples of the present invention described below. In the description of the comparative example, portions that are substantially the same as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and differences are mainly described.
FIG. 4 is a plan view of the flange structure of the comparative example, and shows a portion corresponding to FIG. 2 in the embodiment.
The flange structure 140 of the comparative example is obtained by omitting the upper outer flange 43 and the lower outer flange 44 in the flange structure 40 of the first embodiment.
The thickness A of the upper inner flange 41 and the lower inner flange 42 is 100 mm as in the first embodiment.

以下、実施例１乃至３、及び、比較例のフランジ構造において、ＦＥＭによる曲げモーメントを負荷した際の強度解析結果を示す。
図５は、実施例１乃至３及び比較例のフランジ構造をボルトで締結した状態における曲げモーメント負荷時の応力分布を示す図である。
図中、応力が６００Ｎ／ｍｍ２以上の箇所を破線で囲って示し、８００Ｎ／ｍｍ２以上の箇所に網掛けを付して示す。
図６は、実施例１乃至３及び比較例のフランジ構造における曲げモーメント負荷時のボルトの応力分布を示す図である。
図中、応力が６００Ｎ／ｍｍ２以上の箇所を破線で囲って示し、８００Ｎ／ｍｍ２以上の箇所に網掛けを付して示す。 Hereinafter, in the flange structures of Examples 1 to 3 and the comparative example, results of strength analysis when a bending moment by FEM is applied are shown.
FIG. 5 is a diagram showing a stress distribution at the time of bending moment loading in a state where the flange structures of Examples 1 to 3 and the comparative example are fastened with bolts.
In the figure, stresses shown surrounded by a broken line of 600N / mm 2 or more points are denoted by shaded 800 N / mm 2 or more locations.
FIG. 6 is a diagram showing the stress distribution of the bolt when the bending moment is applied in the flange structures of Examples 1 to 3 and the comparative example.
In the figure, stresses shown surrounded by a broken line of 600N / mm 2 or more points are denoted by shaded 800 N / mm 2 or more locations.

図７は、実施例１乃至３及び比較例のフランジ構造における曲げモーメント負荷時のフランジの応力分布を示す図である。
図中、応力が２４０Ｎ／ｍｍ２以上の箇所を破線で囲って示し、３２０Ｎ／ｍｍ２以上の箇所に網掛けを付して示す。
図８は、実施例１乃至３及び比較例のフランジ構造における曲げモーメント負荷時のフランジの接触状態を示す図である。
図中、スライディング領域を破線で囲って示し、スティッキング領域に網掛けを付して示す。
なお、図８におけるこれ以外の部分は、ニアコンタクト領域となっている。 FIG. 7 is a view showing the stress distribution of the flange when bending moment is applied in the flange structures of Examples 1 to 3 and the comparative example.
In the drawing, a portion where the stress is 240 N / mm 2 or more is indicated by being surrounded by a broken line, and a portion where the stress is 320 N / mm 2 or more is indicated by shading.
FIG. 8 is a view showing a contact state of the flange when a bending moment is applied in the flange structures of Examples 1 to 3 and the comparative example.
In the figure, the sliding area is surrounded by a broken line, and the sticking area is shaded.
Note that the other portions in FIG. 8 are near contact regions.

また、図５乃至８のＦＥＭ解析結果概要を、以下の表１乃至表３に示す。

Figure 0005756358

Figure 0005756358
Figure 0005756358
 In addition, Tables 1 to 3 below show an outline of the FEM analysis results of FIGS.

Figure 0005756358
Figure 0005756358
Figure 0005756358

上述した図５乃至８、表１乃至表３に示すように、外フランジを有する高強度フランジである実施例１乃至３においては、概して比較例以上の強度となったが、フランジ厚Ａ＝５０ｍｍである実施例３においては、フランジで高応力が発生し、強度が低下する場合がある。
このことから、フランジ厚Ａの設定は、以下の式１を満たすように設定することが好ましい。

Figure 0005756358

As shown in FIGS. 5 to 8 and Tables 1 to 3, in Examples 1 to 3, which are high-strength flanges having outer flanges, the strength was generally higher than that of the comparative example, but the flange thickness A = 50 mm. In Example 3 that is, high stress is generated in the flange, and the strength may be reduced.
From this, it is preferable to set the flange thickness A so as to satisfy the following formula 1.
Figure 0005756358

以上説明した実施例１乃至３によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）内フランジのみの場合に対して、図９に示すように、曲げを受ける際に最外端で荷重を受けるボルト数（例えば、図９に破線で囲って示すボルト数）が増加し、ボルト及びその周囲のフランジの負担を軽減し、強度を向上することができる。
例えば、実施例１においては、輸送時の寸法を変えることなく、比較例に対してフランジ部の強度を約４０％向上することができる。
また、図１０（ｂ）に示すように、部分的に両フランジとなることによって、フランジ変形が防止されて、図１０（ａ）に示す片フランジに対してボルトに作用するてこ反力が減少し、ボルト張力が軽減される。
（２）実施例１、２のように、Ａ≧１．２×（Ｂ×Ｃ）1/2とすることによって、フランジ部において高応力が発生して強度が低下することを防止し、確実に上述した効果を得ることができる。
（３）小径部５０をタワー３０の中心軸回りにおける位相を９０度ずつ離間させて配置したことによって、タワー３０を横倒しにして輸送する際の全高方向及び全幅方向への外フランジ４３，４４の張り出しを低減し、輸送の制約などによって定まる許容寸法の範囲内でタワー３０の径を大きくし、剛性確保を容易にすることができる。
（４）外フランジ４３，４４の小径部５０をタワー３０の外周面の接線に沿ってカットした形状とすることによって、タワー３０の外径を許容寸法の範囲内で最大化することができる。 According to the first to third embodiments described above, the following effects can be obtained.
(1) Compared to the case of only the inner flange, as shown in FIG. 9, the number of bolts that receive a load at the outermost end when subjected to bending (for example, the number of bolts surrounded by a broken line in FIG. 9) increases. , The burden on the bolt and the surrounding flange can be reduced, and the strength can be improved.
For example, in Example 1, the strength of the flange portion can be improved by about 40% compared to the comparative example without changing the dimensions during transportation.
Further, as shown in FIG. 10 (b), by partially becoming both flanges, the flange deformation is prevented, and the lever reaction force acting on the bolt against the single flange shown in FIG. 10 (a) is reduced. And bolt tension is reduced.
(2) By setting A ≧ 1.2 × (B × C) 1/2 as in Examples 1 and 2, it is possible to prevent the strength from being reduced due to the occurrence of high stress in the flange portion, and to ensure The effects described above can be obtained.
(3) Since the small-diameter portion 50 is arranged with the phase around the central axis of the tower 30 separated by 90 degrees, the outer flanges 43 and 44 in the full height direction and the full width direction when the tower 30 is transported while being laid down The overhang can be reduced, and the diameter of the tower 30 can be increased within a range of allowable dimensions determined by restrictions on transportation, etc., and the rigidity can be easily ensured.
(4) By making the small diameter part 50 of the outer flanges 43 and 44 into the shape cut along the tangent of the outer peripheral surface of the tower 30, the outer diameter of the tower 30 can be maximized within the range of an allowable dimension.

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）本発明のフランジ構造の適用箇所は上述した各実施例に限定されず、本発明は筒状体の結合に用いられるあらゆるフランジ継手に適用することが可能である。
（２）内フランジ及び外フランジの形状や寸法等は適宜変更することが可能であるが、フランジ部の強度確保が重要である場合は、フランジ厚Ａは上述したようにＡ≧１．２√ＢＣを満たすことが好ましい。 (Modification)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes are possible, and these are also within the technical scope of the present invention.
(1) The application location of the flange structure of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention can be applied to any flange joint used for joining cylindrical bodies.
(2) The shape and dimensions of the inner and outer flanges can be changed as appropriate, but when securing the strength of the flange is important, the flange thickness A is A ≧ 1.2√ as described above. It is preferable to satisfy BC.

１ 風車タワー １０ ロータ
１１ ハブ １２ ブレード
２０ ナセル ３０ タワー
３１ 上部 ３２ 下部
４０ フランジ構造 ４１ 上内フランジ
４１ａ ボルト孔 ４２ 下内フランジ
４２ａ ボルト孔 ４３ 上外フランジ
４３ａ ボルト孔 ４４ 下外フランジ
１４０ フランジ構造（比較例） Ｂ ボルト DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Windmill tower 10 Rotor 11 Hub 12 Blade 20 Nacelle 30 Tower 31 Upper part 32 Lower part 40 Flange structure 41 Upper inner flange 41a Bolt hole 42 Lower inner flange 42a Bolt hole 43 Upper outer flange 43a Bolt hole 44 Lower outer flange 140 Flange structure Example) B bolt

Claims (3)

発電機と、
前記発電機を駆動するロータと、
前記発電機を収容するナセルと、
ほぼ上下方向に伸びて形成され上端部に前記ナセルが取り付けられるタワーと、
実質的に円筒状に形成された筒状体と、前記筒状体の端部から内径側に張り出して形成され、締結部材が挿入される複数の開口が形成された内フランジと、前記筒状体の前記端部から外径側に張り出して形成され、締結部材が挿入される複数の開口が形成された外フランジとを備え、前記タワーの端部又は中間部に配置されるフランジ構造とを備え、
前記内フランジは、前記筒状体の実質的に全周にわたって形成され、
前記外フランジは、前記筒状体からの張出量を他の部分よりも小さくされかつ前記筒状体の周上における複数個所に分散して形成された小径部を有することを特徴とする風力発電装置。 A generator,
A rotor for driving the generator;
A nacelle that houses the generator;
A tower formed extending substantially in the vertical direction and having the nacelle attached to the upper end thereof;
A cylindrical body formed in a substantially cylindrical shape, an inner flange formed to project from an end of the cylindrical body toward the inner diameter side, and a plurality of openings into which fastening members are inserted, and the cylindrical shape is formed from the end portion of the body protruding in the outer diameter side, and an outer flange having a plurality of openings are formed in which the fastening member is inserted, and a flange structure that will be disposed at the end or middle portion of the tower Prepared,
The inner flange is formed over substantially the entire circumference of the cylindrical body,
The outer flange, wind, characterized in that it has a small diameter portion formed by dispersing a plurality of locations in the projecting amount is smaller than the other portion and the tubular body of the circumference on from the tubular body Power generation device . 前記外フランジの前記小径部は、前記筒状体の中心軸回りにおける位相が９０度ずつ離間した４点をそれぞれ含むように少なくとも４箇所配置されることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。 2. The wind power according to claim 1, wherein the small-diameter portion of the outer flange is arranged at least at four places so as to include four points that are 90 degrees apart from each other in phase around the central axis of the cylindrical body. Power generation device . 前記外フランジは、中心軸方向から見て相互に直交する方向に配置された前記筒状体の
外周面の第１の接線及び第２の接線の内側に配置されることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の風力発電装置。 The outer flange is formed of the cylindrical body arranged in directions orthogonal to each other when viewed from the central axis direction.
The wind turbine generator according to claim 1, wherein the wind turbine generator is disposed inside the first tangent line and the second tangent line of the outer peripheral surface .
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