JP5872061B2 - 風力発電装置の組立方法、及びそれに用いられるカウンターウェイト - Google Patents
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Description
本発明は、風力発電装置の組立方法、及びそれに用いられるカウンターウェイトに関し、特に、風力発電装置の建設現場でロータハブに風車翼を取り付ける技術に関する。
風力発電装置の建設における主要な工程の一つは、風車ロータのナセルへの取り付けである。風車ロータのナセルへの取り付けは、典型的には、少なくとも一のクレーン(通常は複数のクレーン)で風車ロータを適切な位置まで吊り上げ、風車ロータを吊り上げた状態で風車ロータをナセルに連結することで行われる。例えば、特許文献1(米国特許出願公開2012/0027561 A1)は、複数のクレーンを用いて風車ロータをナセルに取り付ける技術を開示している。
近年の風力発電装置では、出力を増大させるために風車ロータの大型化が進んでいるが、大型の風車ロータの使用は、風力発電装置の建設、特に、風車ロータのナセルへの取り付け工程において様々な問題を引き起こす。まず、大型の風車ロータは、風力発電装置の建設サイトへ輸送することが困難である。更に、風力発電装置の建設サイトにおいて風車ロータを持ち上げ、ナセルに連結する作業が困難になる。このような問題は、特に、作業環境が良好ではない洋上の風力発電装置において深刻である。
このような観点から、大型の風車ロータを搭載する風力発電装置の建設においては、風車ロータの風車翼(wind
turbine blades)をロータハブに取り付けずに輸送し、建設サイトにおいて、ナセルに搭載されたロータハブに風車翼を順次に取り付ける手法を採用することがある。このような手法によれば、風車ロータの輸送の問題を軽減することができる。建設サイトで風車翼をロータハブに取り付ける技術は、例えば、特許文献2−9(国際公開WO 2011/095167 A1、欧州特許出願公開2226502 A1、国際公開WO 2009/128708 A2、欧州特許出願公開2159419 A1、国際公開WO 2008/132226 A1、国際公開WO 2008/061797 A1、国際公開 WO 2006/053554 A2、国際公開WO 03/100249 A1)に開示されている。
turbine blades)をロータハブに取り付けずに輸送し、建設サイトにおいて、ナセルに搭載されたロータハブに風車翼を順次に取り付ける手法を採用することがある。このような手法によれば、風車ロータの輸送の問題を軽減することができる。建設サイトで風車翼をロータハブに取り付ける技術は、例えば、特許文献2−9(国際公開WO 2011/095167 A1、欧州特許出願公開2226502 A1、国際公開WO 2009/128708 A2、欧州特許出願公開2159419 A1、国際公開WO 2008/132226 A1、国際公開WO 2008/061797 A1、国際公開 WO 2006/053554 A2、国際公開WO 03/100249 A1)に開示されている。
ナセルに搭載されたロータハブに風車翼を順次に取り付ける手法の一つの問題は、風車翼をロータハブに順次に取り付けられる工程の途中において、風車翼がロータハブに作用する力にアンバランスが生じ、ロータハブを回転させるトルクが発生することである。このトルクを、以下では、アンバランストルクという。例えば、3本の風車翼を搭載するように設計された風車ロータのロータハブに風車翼を取り付ける場合について考える。この場合、取り付け工程の途中において、1又は2本の風車翼のみがロータハブに連結された状態が起こり得る。1又は2本の風車翼のみがロータハブに連結された状態では、相当な大きさのアンバランストルクがロータハブを回転させるように発生する。
このようなアンバランストルクの発生は、風車翼をロータハブに順次に取り付けられる手順において問題になり得る。詳細には、アンバランストルクが発生すると、風車翼をロータハブに順次に取り付ける手順においてロータハブを所望の角度まで回転させる場合に、アンバランストルクに抗するトルクを発生してロータハブを回転させることが必要になるという問題を生じさせる。これは、大きなトルクをロータハブに作用させる機構を風力発電装置に搭載する必要があることを意味している。しかしながら、特定の構成の風力発電装置では、大きなトルクをロータハブに作用させる機構を風力発電装置に搭載することが困難な場合がある。
特許文献10〜12(日本国特許第4173095号、国際公開WO2003/012291、米国特許第7165941号)は、このようなアンバランストルクを解消する又は低減するための一つの手法として、カウンターウェイトを用いる技術を開示している。特許文献10に開示された技術では、地上において、予め3つのカウンターウェイトがロータハブに取り付けられる。続いて、カウンターウェイトの一つが横位置になるようにロータハブがロックされた後、3つのカウンターウェイトのうちの一つが取り外され、その代わりに、第1の風車翼がロータハブに組み込まれる。続いて、もう一つのカウンターウェイトが横位置になるようにロータハブが回転される。ロータハブがその位置でロックされた後、該カウンターウェイトが取り外され、その代わりに、第2の風車翼がロータハブに取り付けられる。続いて、最後のカウンターウェイトが横位置になるようにロータハブが回転される。ロータハブがその位置でロックされた後、最後のカウンターウェイトが取り外され、その代わりに、第3の風車翼がロータハブに取り付けられる。このような方法によれば、ロータハブに作用する合成トルクを常にゼロにすることができる。
しかしながら、発明者の検討によれば、上記の特許文献10〜12に開示された技術には、改良の余地がある。特に、特許文献10〜12に開示された技術では、3本の風車翼のロータハブの取り付けにおいて3つのカウンターウェイトが用いられるため、作業量が増大するという問題がある。
したがって、本発明の目的は、ロータハブに作用するアンバランストルクを低減し、又は解消しながら、風車翼をロータハブに取り付ける工程における作業量を低減させるための技術を提供することにある。
本発明の一の観点では、風力発電装置の組立方法が、
(a)カウンターウェイトをロータハブの第1フランジに結合するステップと、
(b)第1風車翼をロータハブの第2フランジに結合するステップと、
(c)(a)ステップ及び(b)ステップの後、ロータハブの第3フランジが所望の位置になるようにロータハブを回転させるステップと、
(d)(c)ステップの後、カウンターウェイトの重心位置をロータハブの円周方向に調節するステップと、
(e)カウンターウェイトの重心位置を調節するステップの後、第3フランジに第2風車翼を結合するステップ
とを具備している。(c)ステップにおいてロータハブが回転されるとき、カウンターウェイトの重心位置と第1風車翼の重心位置とは、ロータハブの回転軸に対して互いにほぼ対称な位置にあるように調節される。(d)ステップでは、カウンターウェイトの重心位置と、第1風車翼の重心位置と、第2風車翼の重心位置とが、ロータハブの回転軸からの距離がほぼ同一であり、且つ、ロータハブの周りにほぼ同一の角度間隔に位置するように、カウンターウェイトの重心位置が調節される。
(a)カウンターウェイトをロータハブの第1フランジに結合するステップと、
(b)第1風車翼をロータハブの第2フランジに結合するステップと、
(c)(a)ステップ及び(b)ステップの後、ロータハブの第3フランジが所望の位置になるようにロータハブを回転させるステップと、
(d)(c)ステップの後、カウンターウェイトの重心位置をロータハブの円周方向に調節するステップと、
(e)カウンターウェイトの重心位置を調節するステップの後、第3フランジに第2風車翼を結合するステップ
とを具備している。(c)ステップにおいてロータハブが回転されるとき、カウンターウェイトの重心位置と第1風車翼の重心位置とは、ロータハブの回転軸に対して互いにほぼ対称な位置にあるように調節される。(d)ステップでは、カウンターウェイトの重心位置と、第1風車翼の重心位置と、第2風車翼の重心位置とが、ロータハブの回転軸からの距離がほぼ同一であり、且つ、ロータハブの周りにほぼ同一の角度間隔に位置するように、カウンターウェイトの重心位置が調節される。
一実施形態では、カウンターウェイトは、ロータハブに結合される取付構造を備え、取付構造から特定の長さ方向に延伸する基部と、基部に連結された先端部とを具備している。基部と先端部とは、基部の長さ方向と先端部の長さ方向とが、基部の長さ方向に垂直な方向の回転軸の周りに相対的に回動可能に連結されている。先端部は、先端部の長さ方向に移動可能なおもりを備えている。カウンターウェイトの重心位置をロータハブの円周方向に調節するステップでは、基部の長さ方向と先端部の長さ方向の角度と、先端部の長さ方向におけるおもりの位置が調節される。
第1乃至第3フランジが、ロータハブの回転軸の周りに120°の角度間隔で配置されている場合、(a)ステップでは、カウンターウェイトが、基部の長さ方向と先端部の長さ方向とが180°よりも小さい角度をなす状態でロータハブの第1フランジに連結されることが好ましい。
一実施形態では、該風力発電装置の組立方法が、更に、
(f)(e)ステップの後、カウンターウェイトを第1フランジから取り外すステップと、
(g)(f)ステップの後、第3風車翼を第1フランジに連結するステップ
とを具備する。
(f)(e)ステップの後、カウンターウェイトを第1フランジから取り外すステップと、
(g)(f)ステップの後、第3風車翼を第1フランジに連結するステップ
とを具備する。
上記の風力発電装置の組立方法では、第1風車翼をロータハブの第2フランジに結合する時、第1風車翼は、その翼長方向が略水平方向に向けられた状態で第2フランジに連結され、第2風車翼をロータハブの第3フランジに結合する時、第2風車翼は、その翼長方向が略水平方向に向けられた状態で第3フランジに連結されることが好ましい。
本発明の他の観点では、カウンターウェイトが、風力発電装置のロータハブに結合される取付構造を備え、取付構造から特定の長さ方向に延伸する基部と、基部に連結された先端部とを具備している。基部と先端部とは、基部の長さ方向と先端部の長さ方向とが、長さ方向に垂直な方向の回転軸の周りに相対的に回動可能に連結されている。先端部は、長さ方向に移動可能なおもりを備えている。
該カウンターウェイトは、更に、動力を受けて、基部と先端部の一方を駆動し、基部と先端部とを回動させる回動駆動機構を具備していてもよい。
また、一実施形態では、先端部が、更に、おもりを貫通するネジ部材と、ネジ部材を駆動する駆動機構とを具備していてもよい。この場合、先端部は、おもりの位置をネジを回転させることで移動可能に構成される。
本発明によれば、ロータハブに作用するアンバランストルクを低減し、又は解消しながら、風車翼をロータハブに取り付ける工程における作業量を低減させるための技術が提供される。
以下では、本実施形態の風力発電装置の組立方法の概要を述べる。
本実施形態の風力発電装置の組立方法においては、カウンターウェイトが用いられる。当該カウンターウェイトは、ロータハブに取り付けられた時に、ロータハブの半径方向に重心の位置を移動可能であると共に、ロータハブの円周方向に重心位置が移動可能であるように構成されている。
本実施形態の風力発電装置の組立方法においては、カウンターウェイトが用いられる。当該カウンターウェイトは、ロータハブに取り付けられた時に、ロータハブの半径方向に重心の位置を移動可能であると共に、ロータハブの円周方向に重心位置が移動可能であるように構成されている。
一実施形態では、該カウンターウェイトは、ロータハブに取り付けられる取付構造を備えた基部と、基部と相対的に回動可能に(relatively rotatably)連結された先端部とを備えている。該先端部は、その長さ方向に移動可能な質量要素を備えている。該カウンターウェイトは、基部及び先端部の相対的な回動、及び、先端部における質量要素の移動により、その重心位置が移動可能であるように構成されている。本実施形態では、カウンターウェイトの重心位置の移動により、ロータハブに既に取り付けられた風車翼の数の増加による重心位置の移動に起因して新たに発生するアンバランストルクを低減し、又は、解消する。このような手法によれば、ロータハブに取り付けられるカウンターウェイトの数を低減することができ、風車翼をロータハブに取り付ける工程における作業量を低減させることができる。
以下、本実施形態の風力発電装置の組立方法について詳細に説明する。
図1Aは、本発明の一実施形態の風力発電装置の組立方法が適用される風力発電装置1の構成の例を概略的に示す側面図であり、図1Bは正面図である。風力発電装置1は、基礎7に建てられたタワー2と、タワー2の上に搭載されたナセル3とを備えている。ナセル3には、風車ロータ4が回転可能に搭載されている。風車ロータ4は、ロータハブ5と、ロータハブ5のフランジ5aに取り付けられた風車翼6とを備えている。本実施形態では、フランジ5aが120°の角度間隔でロータハブ5に設けられており、3本の風車翼6が、120°の角度間隔で取り付けられる。図1A、図1Bでは、地上に設けられた基礎7にタワー2が建てられた構成の風力発電装置1が図示されているが、風力発電装置1は、基礎7が海中に設けられた洋上風力発電装置であってもよい。
図2は、ナセル3の内部に搭載された機器の例を示す斜視図である。ナセル3には、主軸21、油圧ポンプ22、油圧モータ23、及び、発電機24が搭載されている。ロータハブ5は主軸21に連結され、主軸21は、油圧ポンプ22の入力軸に連結されている。油圧ポンプ22は、主軸21、即ち、風車ロータ4から供給される回転エネルギーから油圧(hydraulic pressure)を発生し、発生した油圧を油圧モータ23に供給する。油圧モータ23は、それに供給された油圧により、その出力軸に接続された発電機24のロータを駆動する。
図2のような構成の風力発電装置1の一つの問題は、油圧ポンプ22及び油圧モータ23の設計によっては、小さなトルクでしかロータハブ5を駆動することができない場合があることである。発電機24又は他の駆動装置によって油圧モータ23の出力軸を逆に駆動すれば、油圧ポンプ22の入力軸に接続された主軸21、即ち、ロータハブ5を駆動することは、原理的には可能である。しかしながら、油圧ポンプ22及び油圧モータ23の設計によっては、本来の操作とは異なる逆に駆動する操作となるため、ロータハブ5を駆動するトルクに制約が生じ得る。かかる構成の風力発電装置1においてナセル3に搭載されたロータハブ5に風車翼6を順次に取り付ける手法を採用する場合、ロータハブ5が1又は2本の風車翼6を取り付けられた状態になったとき、アンバランストルクに抗してロータハブ5を回転させることができないという問題が生じ得る。同様の問題は、風車ロータのハブが主軸を介して発電機に直結されている、いわゆるダイレクトドライブ型の風力発電装置でも生じ得る。
本実施形態では、カウンターウェイトを用いることにより、アンバランストルクに起因する問題が解消されている。図3A、図3Bは、本実施形態で用いられるカウンターウェイト10の構造の例を示している。図3A、図3Bにおいては、XYZ直交座標系が定義されており、以下では、カウンターウェイト10の構造を、このXYZ直交座標系を用いて説明する。
図3Aは、カウンターウェイト10の構造を示す側面図である。カウンターウェイト10は、基部11と、先端部12とを備えている。基部11は、X軸方向に延伸するように(即ち、基部11の長さ方向がX軸方向であるように)設けられている。基部11は、その一端に、ロータハブ5に取り付け可能な構造である取付構造11aを備えている。本実施形態では、取付構造11aは、ロータハブ5のフランジ5aに螺合可能なボルト11bを備えている。
基部11と先端部12とは、ヒンジ13により、Y軸方向の周りに(即ち、XZ面内において)相対的に回動可能(relatively
rotatably)であるように連結されている。即ち、基部11の長さ方向と、先端部12の長さ方向とは、相対的に回動可能である。この結果、カウンターウェイト10は、基部11の長さ方向と先端部12の長さ方向とが同一方向である状態と、先端部12が基部11に対して折り曲げられた状態(即ち、基部11の長さ方向と先端部12の長さ方向とが180°より小さい角度をなす状態)とをとることができる。
rotatably)であるように連結されている。即ち、基部11の長さ方向と、先端部12の長さ方向とは、相対的に回動可能である。この結果、カウンターウェイト10は、基部11の長さ方向と先端部12の長さ方向とが同一方向である状態と、先端部12が基部11に対して折り曲げられた状態(即ち、基部11の長さ方向と先端部12の長さ方向とが180°より小さい角度をなす状態)とをとることができる。
本実施形態のカウンターウェイト10は、基部11に対して先端部12を回動させるための回動駆動機構として、シリンダー機構14を備えている。シリンダー機構14は、シリンダー14aとシリンダー14aに挿入されたロッド14bとを備えている。シリンダー機構14には電気的動力又は機械的動力(例えば、油圧)が供給されており、シリンダー機構14は、供給された動力によってシリンダー14aからロッド14bを繰り出し、又は、シリンダー14aにロッド14bを引っ込めるように構成されている。シリンダー14aは、基部11に接合されたプレート11cに揺動可能に(swingably)接合されており、ロッド14bは、先端部12に接合されたプレート12aに揺動可能に接合されている。
シリンダー機構14に供給された動力により、ロッド14bがシリンダー14aに引き込まれると、基部11に接合されたプレート11cと、先端部12に接合されたプレート12aとの間の距離が小さくなる。これにより、基部11と先端部12との間の角度が180°よりも小さくなり、カウンターウェイト10が屈曲する。一方、シリンダー機構14に供給された動力により、ロッド14bがシリンダー14aから繰り出されると、基部11に接合されたプレート11cと、先端部12に接合されたプレート12aとの間の距離が大きくなる。これにより、最終的には、基部11と先端部12の間の角度が180°になり、カウンターウェイト10は、基部11と先端部12とが一直線上に配置された状態になる。なお、図3Aにはシリンダー14aが基部11に連結され、ロッド14bが先端部12に連結されている構成が図示されているが、シリンダー14aが先端部12に連結され、ロッド14bが基部11に連結されてもよい。
図3Bは、先端部12の内部構造を示している。先端部12は、その内部に、おもり(質量要素)15と、おもり15を貫通するように設けられたネジ部材16(例えば、ボールねじ)と、ネジ部材16を駆動する駆動機構17とを備えている。駆動機構17がネジ部材16を回転させると、おもり15は、先端部12の長さ方向に移動する。
このような構成のカウンターウェイト10は、基部11と先端部12の間の角度と、先端部12の長さ方向におけるおもり15の位置を調節することで、おもり15の位置をXZ面内で調節可能である。言い換えれば、カウンターウェイト10は、おもり15を移動させることで、その重心位置をXZ面内で調節可能である。このように構成されたカウンターウェイト10は、ロータハブ5に取り付けられた場合に、その重心位置をロータハブ5の半径方向のみならず、円周方向にも調節可能である。
本実施形態の風力発電装置の組立方法では、このようなカウンターウェイト10の特徴を生かし、風車翼6がロータハブ5に取り付けられる工程において、必要な作業量が低減される。より具体的には、単一のカウンターウェイト10しか用いなくても、アンバランストルクを低減させ、又は解消しながら3本の風車翼6を取り付けることができる。以下、本実施形態の風力発電装置の組立方法について、図4A乃至図4Dを参照して説明する。
なお、図4A乃至図4Dは、風上から風力発電装置1を見た図であり、カウンターウェイト10の使用法を概略的に図示されている。図4A乃至図4Dにおいて、垂直方向の1点鎖線(図4Aにおいては符号41)は、鉛直面を示しており、水平方向の1点鎖線(図4Aにおいては符号42)は、水平面を示している。ロータハブ5の回転軸の位置は、これらの1点鎖線の交点として図示されている。以下において、ロータハブ5の回転軸の円周方向の位置が、アジマス角として定義される。ここで、アジマス角は、ロータハブ5からナセル5を見た方向で時計回り方向が正の角度として定義している。具体的には、ロータハブ5の回転軸から上方向の位置が、0°の位置と定義され、上方向から時計回りに90°の方向の位置が90°の位置と定義される。同様に、ロータハブ5の回転軸から下方向の位置が、180°の位置と定義され、下方向から時計回りに90°の方向の位置が270°の位置と定義される。また、カウンターウェイト10の基部11及び先端部12を、それぞれ、線分で示している。また、符号10aは、カウンターウェイト10の重心位置を示している。ここで、カウンターウェイト10の重心位置10aは、おもり15の位置に依存するが、必ずしも、おもり15の位置には一致しないことに留意されたい。
ステップS01:
図4Aに図示されているように、まず、ロータハブ5が、ロックピン5b又は他の固定手段によって特定位置に固定される。この工程では、ロータハブ5は、3つのフランジ5aのうちの一つが90°の位置になるように固定される。後述されるように、風車翼6は、後の工程で、90°の位置でロータハブ5に取り付けられることに留意されたい。この場合、他の2つのフランジ5aは、それぞれ、210°の位置、330°の位置に位置することになる。
図4Aに図示されているように、まず、ロータハブ5が、ロックピン5b又は他の固定手段によって特定位置に固定される。この工程では、ロータハブ5は、3つのフランジ5aのうちの一つが90°の位置になるように固定される。後述されるように、風車翼6は、後の工程で、90°の位置でロータハブ5に取り付けられることに留意されたい。この場合、他の2つのフランジ5aは、それぞれ、210°の位置、330°の位置に位置することになる。
ステップS02:
続いて、カウンターウェイト10が、90°の位置にあるフランジ5aでない2つのフランジ5aの一方に結合される。図4Aでは、カウンターウェイト10が、該2つのフランジ5aのうちの上側の位置にあるフランジ5a(即ち、330°の位置にあるフランジ5a)に結合されている。詳細には、カウンターウェイト10に吊り索31が取り付けられると共に、ロータハブ5に、吊り索32が取り付けられる。吊り索31、32は、吊上げ機構33に連結されており、この吊上げ機構33を吊り索34によって吊り上げることで、カウンターウェイト10を、ロータハブ5との距離を所望の距離に保ちながら吊り上げることができる。上述のように、カウンターウェイト10の基部11には、取付構造11aが設けられており、この取付構造11aにより、基部11がフランジ5aに取り付けられる。ロータハブ5はロックピン5b又は他の固定手段によってロックされているので、カウンターウェイト10がロータハブ5に取り付けられてもロータハブ5は回転しない。
続いて、カウンターウェイト10が、90°の位置にあるフランジ5aでない2つのフランジ5aの一方に結合される。図4Aでは、カウンターウェイト10が、該2つのフランジ5aのうちの上側の位置にあるフランジ5a(即ち、330°の位置にあるフランジ5a)に結合されている。詳細には、カウンターウェイト10に吊り索31が取り付けられると共に、ロータハブ5に、吊り索32が取り付けられる。吊り索31、32は、吊上げ機構33に連結されており、この吊上げ機構33を吊り索34によって吊り上げることで、カウンターウェイト10を、ロータハブ5との距離を所望の距離に保ちながら吊り上げることができる。上述のように、カウンターウェイト10の基部11には、取付構造11aが設けられており、この取付構造11aにより、基部11がフランジ5aに取り付けられる。ロータハブ5はロックピン5b又は他の固定手段によってロックされているので、カウンターウェイト10がロータハブ5に取り付けられてもロータハブ5は回転しない。
このとき、カウンターウェイト10の重心位置が、基部11と先端部12の間の角度、及び、先端部12におけるおもり15の位置により、ロータハブ5の回転軸からほぼ距離Rだけ離れ、且つ、270°の位置にあるようにほぼ調節され、これにより、ロータハブ5が回転可能な程度の小さなアンバランストルクしか生じないことに留意されたい。「ほぼ」(substantially)とは、大型の構造体が使用されるために不可避的に生じる誤差の範囲内であることを意味している。また、距離Rは、風車翼6がロータハブ5に取り付けられたときの風車翼6の重心位置からロータハブ5の回転軸の距離である。上述されているように、カウンターウェイト10が330°の位置(又は210°の位置)にあるフランジ5aに取り付けられているので、カウンターウェイト10の重心位置をロータハブ5の回転軸から距離Rだけ離れ且つ270°の位置にあるように調節するために、カウンターウェイト10は、基部11と先端部12とが屈曲された状態でロータハブ5に取り付けられることに留意されたい。
なお、ステップS02においては、カウンターウェイト10が、270°の位置(又は90°の位置)で一のフランジ5aに取り付けられた後、カウンターウェイト10が取り付けられたフランジ5aが330°の位置(又は210°の)になるようにロータハブ5が回転されてもよい。また、カウンターウェイト10の重心位置の調節(即ち、基部11と先端部12の間の角度、及び、先端部12におけるおもり15の位置の調節)は、カウンターウェイト10がロータハブ5に取り付けられる前に行われてもよいし、カウンターウェイト10がロータハブ5に取り付けられた後に行われてもよい。
ステップS03:
続いて、第1の風車翼6−1が、90°の位置にあるフランジ5aに取り付けられる。風車翼6−1は、その翼長方向が水平方向になるように保持された状態でフランジ5aに取り付けられる。ここで、風車翼6−1の重心位置6−1aと、カウンターウェイト10の重心位置10aが、互いにロータハブ5の回転軸に対して対称の位置にあることに留意されたい。これは、ロータハブ5、風車翼6−1及びカウンターウェイト10で構成される構造体の全体としての重心が、ロータハブ5の回転軸に一致しており、アンバランストルクが発生しないことを意味している。
続いて、第1の風車翼6−1が、90°の位置にあるフランジ5aに取り付けられる。風車翼6−1は、その翼長方向が水平方向になるように保持された状態でフランジ5aに取り付けられる。ここで、風車翼6−1の重心位置6−1aと、カウンターウェイト10の重心位置10aが、互いにロータハブ5の回転軸に対して対称の位置にあることに留意されたい。これは、ロータハブ5、風車翼6−1及びカウンターウェイト10で構成される構造体の全体としての重心が、ロータハブ5の回転軸に一致しており、アンバランストルクが発生しないことを意味している。
なお、ステップS02(カウンターウェイト10のロータハブ5への取り付け)とステップS03(風車翼6−1のロータハブ5への取り付け)は、逆の順序で行われても良い。
ステップS04:
続いて、図4Bに図示されているように、ロックピン5b又は他の固定手段が解除されてロータハブ5が回転される。ステップS04におけるロータハブ5の回転においては、ロータハブ5、風車翼6−1及びカウンターウェイト10で構成される構造体の全体としての重心がロータハブ5の回転軸にほぼ位置しており、ロータハブ5を小さいトルクで回転できることに留意されたい。ロータハブ5は、風車翼6−1及びカウンターウェイト10のいずれもが結合されていないフランジ5aが90°の位置になるまで回転される。
続いて、図4Bに図示されているように、ロックピン5b又は他の固定手段が解除されてロータハブ5が回転される。ステップS04におけるロータハブ5の回転においては、ロータハブ5、風車翼6−1及びカウンターウェイト10で構成される構造体の全体としての重心がロータハブ5の回転軸にほぼ位置しており、ロータハブ5を小さいトルクで回転できることに留意されたい。ロータハブ5は、風車翼6−1及びカウンターウェイト10のいずれもが結合されていないフランジ5aが90°の位置になるまで回転される。
ステップS05:
ロータハブ5が、風車翼6−1及びカウンターウェイト10のいずれもが結合されていないフランジ5aが90°の位置になるまで回転された後、ロータハブ5がロックピン5b又は他の固定手段によりロックされる。この結果、カウンターウェイト10は、210°の位置に移動され、風車翼6−1は、330°の位置に移動されることになる。カウンターウェイト10の重心位置10aは、ロータハブ5の回転軸に対して風車翼6−1の反対の位置、即ち、150°の位置に移動される。
ロータハブ5が、風車翼6−1及びカウンターウェイト10のいずれもが結合されていないフランジ5aが90°の位置になるまで回転された後、ロータハブ5がロックピン5b又は他の固定手段によりロックされる。この結果、カウンターウェイト10は、210°の位置に移動され、風車翼6−1は、330°の位置に移動されることになる。カウンターウェイト10の重心位置10aは、ロータハブ5の回転軸に対して風車翼6−1の反対の位置、即ち、150°の位置に移動される。
ステップS06:
更に、カウンターウェイト10の重心位置10aが、基部11と先端部12の間の角度、及び、先端部12におけるおもり15の位置により、ロータハブ5の回転軸から距離Rだけ離れ、且つ、210°の位置にあるように調節される。より具体的には、先端部12が、基部11と一直線上になるように回動されると共に、おもり15がロータハブ5の回転軸に近づくように移動される。後述されるように、カウンターウェイト10の重心位置10aがロータハブ5の回転軸からほぼ距離Rだけ離れ、且つ、ほぼ210°の位置にあるように調節されるのは、90°の位置にあるフランジ5aにもう一つの風車翼6を結合したときに、アンバランストルクが発生することを防ぐためである。
更に、カウンターウェイト10の重心位置10aが、基部11と先端部12の間の角度、及び、先端部12におけるおもり15の位置により、ロータハブ5の回転軸から距離Rだけ離れ、且つ、210°の位置にあるように調節される。より具体的には、先端部12が、基部11と一直線上になるように回動されると共に、おもり15がロータハブ5の回転軸に近づくように移動される。後述されるように、カウンターウェイト10の重心位置10aがロータハブ5の回転軸からほぼ距離Rだけ離れ、且つ、ほぼ210°の位置にあるように調節されるのは、90°の位置にあるフランジ5aにもう一つの風車翼6を結合したときに、アンバランストルクが発生することを防ぐためである。
ステップS07:
続いて、図4Cに図示されているように、第2の風車翼6−2が、90°の位置にあるフランジ5aに取り付けられる。風車翼6−2は、その翼長方向が水平方向になるように保持された状態でフランジ5aに取り付けられる。風車翼6−2を取り付けた後では、風車翼6−1の重心位置6−1aと、風車翼6−2の重心位置6−2aと、カウンターウェイト10の重心位置10aが、互いにロータハブ5の回転軸に対して120°の角度間隔で位置していることに留意されたい。これは、ロータハブ5、風車翼6−1、6−2及びカウンターウェイト10で構成される構造体の全体としての重心が、ロータハブ5の回転軸に一致しており、ほぼアンバランストルクが発生しないぐらい小さいことを意味している。
続いて、図4Cに図示されているように、第2の風車翼6−2が、90°の位置にあるフランジ5aに取り付けられる。風車翼6−2は、その翼長方向が水平方向になるように保持された状態でフランジ5aに取り付けられる。風車翼6−2を取り付けた後では、風車翼6−1の重心位置6−1aと、風車翼6−2の重心位置6−2aと、カウンターウェイト10の重心位置10aが、互いにロータハブ5の回転軸に対して120°の角度間隔で位置していることに留意されたい。これは、ロータハブ5、風車翼6−1、6−2及びカウンターウェイト10で構成される構造体の全体としての重心が、ロータハブ5の回転軸に一致しており、ほぼアンバランストルクが発生しないぐらい小さいことを意味している。
ステップS08:
続いて、ロックピン5b又は他の固定手段が解除されてロータハブ5が回転される。ステップS08におけるロータハブ5の回転においては、ロータハブ5、風車翼6−1、6−2及びカウンターウェイト10で構成される構造体の全体としての重心がロータハブ5の回転軸にほぼ位置しており、ロータハブ5を小さいトルクで回転できることに留意されたい。ロータハブ5は、カウンターウェイト10が結合されているフランジ5aが90°の位置になるまで回転される。
続いて、ロックピン5b又は他の固定手段が解除されてロータハブ5が回転される。ステップS08におけるロータハブ5の回転においては、ロータハブ5、風車翼6−1、6−2及びカウンターウェイト10で構成される構造体の全体としての重心がロータハブ5の回転軸にほぼ位置しており、ロータハブ5を小さいトルクで回転できることに留意されたい。ロータハブ5は、カウンターウェイト10が結合されているフランジ5aが90°の位置になるまで回転される。
ステップS09:
ロータハブ5が、カウンターウェイト10が結合されているフランジ5aが90°の位置になるまで回転された後、ロータハブ5がロックピン5b又は他の固定手段によりロックされる。この結果、カウンターウェイト10は、90°の位置に移動され、風車翼6−1は、210°の位置に移動され、風車翼6−2は、330°の位置に移動されることになる。
ロータハブ5が、カウンターウェイト10が結合されているフランジ5aが90°の位置になるまで回転された後、ロータハブ5がロックピン5b又は他の固定手段によりロックされる。この結果、カウンターウェイト10は、90°の位置に移動され、風車翼6−1は、210°の位置に移動され、風車翼6−2は、330°の位置に移動されることになる。
ステップS10:
続いて、図4Dに示されているように、カウンターウェイト10がロータハブ5のフランジ5aから取り外される。ロータハブ5はロックピン5b又は他の固定手段によってロックされているので、カウンターウェイト10がロータハブ5から取り外されてもロータハブ5は回転しない。
続いて、図4Dに示されているように、カウンターウェイト10がロータハブ5のフランジ5aから取り外される。ロータハブ5はロックピン5b又は他の固定手段によってロックされているので、カウンターウェイト10がロータハブ5から取り外されてもロータハブ5は回転しない。
ステップS11:
更に、カウンターウェイト10が取り外されたフランジ5aに、第3の風車翼6−3が取り付けられる。風車翼6−3は、その翼長方向が水平方向になるように保持された状態でフランジ5aに取り付けられる。これにより、風車ロータ4の組み立てが完了する。
更に、カウンターウェイト10が取り外されたフランジ5aに、第3の風車翼6−3が取り付けられる。風車翼6−3は、その翼長方向が水平方向になるように保持された状態でフランジ5aに取り付けられる。これにより、風車ロータ4の組み立てが完了する。
ステップS12:
更に、ロックピン5b又は他の固定手段が解除されることにより、風車ロータ4は、稼動可能な状態になる。
更に、ロックピン5b又は他の固定手段が解除されることにより、風車ロータ4は、稼動可能な状態になる。
以上の手順による風力発電装置の組み立て方法では、カウンターウェイト10を用いることによってロータハブ5を回転させる際のアンバランストルクを解消し、小さなトルクでロータハブ5を回転させることができる。例えば、ステップS04におけるロータハブ5の回転では、カウンターウェイト10の重心位置10aを、ロータハブ5の回転軸に対して風車翼6−1の重心位置6−1aの反対の位置に調節することにより、アンバランストルクの発生が防がれている。また、ステップS08におけるロータハブ5の回転では、カウンターウェイト10の重心位置10aと風車翼6−1、6−2の重心位置6−1a、6−2aが、ロータハブ5の回転軸からの距離が同一で、且つ、ロータハブ5の回転軸の円周方向に120°間隔になるように、カウンターウェイト10の重心位置10aを調節することにより、アンバランストルクの発生が防がれている。
このとき、カウンターウェイト10の重心位置10aをロータハブ5の円周方向で切り替えることにより(ステップS06)、ステップS04、S08の両方におけるアンバランストルクの発生の防止を、単一のカウンターウェイト10しか用いずに実現することができる。これは、カウンターウェイトをロータハブに取り付ける工程、及び、取り外す工程に要する作業量を低減することに寄与する。特許文献10に開示されているような3本の風車翼のロータハブの取り付けにおいて3つのカウンターウェイトが用いられる技術と比較すれば、作業量の観点における、本実施形態の風力発電装置の組み立て方法の利点は明白であろう。
なお、以上には、本発明の実施形態が具体的に記述されているが、本発明は、上記の実施形態に限定して解釈してはならない。本発明は、当業者には自明的な様々な変更と共に実施され得る。
例えば、上述の風力発電装置の組み立て方法では、風車翼6が取り付けられるべきフランジ5aが90°の位置にあるようにロータハブ5が回転された後、風車翼6が取り付けられているが、上述の風力発電装置の組み立て方法は、鉛直面41を対称面とする鏡面対称の手順で実行されてもよい。この場合には、風車翼6が取り付けられるべきフランジ5aが270°の位置にあるようにロータハブ5が回転された後、風車翼6が取り付けられることになる。
Claims (8)
- (a)カウンターウェイトをロータハブの第1フランジに結合するステップと、
(b)第1風車翼を前記ロータハブの第2フランジに結合するステップと、
(c)前記(a)ステップ及び前記(b)ステップの後、前記ロータハブの第3フランジが所望の位置になるように前記ロータハブを回転させるステップと、
(d)前記(c)ステップの後、前記カウンターウェイトの重心位置を前記ロータハブの円周方向に調節するステップと、
(e)前記カウンターウェイトの重心位置を調節するステップの後、前記第3フランジに第2風車翼を結合するステップ
とを具備し、
前記(c)ステップにおいて前記ロータハブが回転されるとき、前記カウンターウェイトの前記重心位置と前記第1風車翼の重心位置とは、前記ロータハブの回転軸に対して互いにほぼ対称な位置にあり、
前記(d)ステップでは、前記カウンターウェイトの重心位置と、前記第1風車翼の重心位置と、前記第2風車翼の重心位置とが、前記ロータハブの回転軸からの距離がほぼ同一であり、且つ、前記ロータハブの周りにほぼ同一の角度間隔に位置するように、前記カウンターウェイトの重心位置が調節される
風力発電装置の組立方法。 - 請求項1に記載の風力発電装置の組立方法であって、
前記カウンターウェイトは、
前記ロータハブに結合される取付構造を備え、前記取付構造から特定の長さ方向に延伸する基部と、
前記基部に連結された先端部
とを具備し、
前記基部と前記先端部とは、前記基部の長さ方向と前記先端部の長さ方向とが、前記基部の長さ方向に垂直な方向の回転軸の周りに相対的に回動可能に連結されており、
前記先端部は、前記先端部の長さ方向に移動可能なおもりを備えており、
前記カウンターウェイトの重心位置を前記ロータハブの円周方向に調節するステップでは、前記基部の長さ方向と前記先端部の長さ方向の角度と、前記先端部の前記長さ方向における前記おもりの位置が調節される
風力発電装置の組立方法。 - 請求項2に記載の風力発電装置の組立方法であって、
前記第1乃至第3フランジは、前記ロータハブの回転軸の周りに120°の角度間隔で配置されており、
前記(a)ステップでは、前記カウンターウェイトが、前記基部の長さ方向と前記先端部の長さ方向とが180°よりも小さい角度をなす状態で前記ロータハブの前記第1フランジに連結される
風力発電装置の組立方法。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の風力発電装置の組立方法であって、
更に、
(f)前記(e)ステップの後、前記カウンターウェイトを前記第1フランジから取り外すステップと、
(g)前記(f)ステップの後、第3風車翼を前記第1フランジに連結するステップ
とを具備する
風力発電装置の組立方法。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の風力発電装置の組立方法であって、
前記第1風車翼を前記ロータハブの前記第2フランジに結合する時、前記第1風車翼は、その翼長方向が略水平方向に向けられた状態で前記第2フランジに連結され、
前記第2風車翼を前記ロータハブの第3フランジに結合する時、前記第2風車翼は、その翼長方向が略水平方向に向けられた状態で前記第3フランジに連結される
風力発電装置の組立方法。 - 風力発電装置のロータハブに結合される取付構造を備え、前記取付構造から特定の長さ方向に延伸する基部と、
前記基部に連結された先端部
とを具備し、
前記基部と前記先端部とは、前記基部の長さ方向と前記先端部の長さ方向とが、前記長さ方向に垂直な方向の回転軸の周りに相対的に回動可能に連結されており、
前記先端部は、前記長さ方向に移動可能なおもりを備えている
カウンターウェイト。 - 請求項6に記載のカウンターウェイトであって、
更に、
動力を受けて、前記基部と前記先端部の一方を駆動し、前記基部と前記先端部とを回動させる回動駆動機構
を具備する
カウンターウェイト。 - 請求項6又は7に記載のカウンターウェイトであって、
前記先端部は、更に、
前記おもりを貫通するネジ部材と、
前記ネジ部材を駆動する駆動機構
とを具備し、
前記先端部は、前記おもりの位置を前記ネジ部材を回転させることで移動可能に構成されている
カウンターウェイト。
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