JP6469529B2

JP6469529B2 - 風力発電装置

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Publication number: JP6469529B2
Application number: JP2015113883A
Authority: JP
Inventors: 主鉉柳; 育男飛永; 上野　裕司; 裕司上野; 貴志杉山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2015-06-04
Filing date: 2015-06-04
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2035-06-04
Also published as: JP2017002729A

Description

本発明は、風力発電装置に係り、特に、ナセル内の潤滑油の漏洩に対応可能なタワー内部構造を有する風力発電装置に関する。

近年、地球温暖化防止のため自然エネルギーを利用した発電システムが注目を浴びており、中でも風力発電装置については幅広く普及されている。
ここで、風力発電装置を構成するナセル及び当該ナセルを支持するタワー構造について、例えば、特許文献１に記載される構成が提案されている。特許文献１では、風力発電装置の１つ又は複数のピッチ駆動部を制御するため設けられた電気モジュールを風力発電装置のロータハブに固定し、上記ロータハブが実質的に水平なロータ軸を中心に回転するモジュール支持体をナセル内に配する。ナセルは、アジマスベアリングを介してタワーに回動可能に接続され、タワーの上部領域に保守時に作業員が侵入可能に、中間プラットフォームを備える。ここで、ナセルとタワーとの移行領域でもある中間プラットフォームは、タワーよりナセルへ空気が達しないか、或いは少量の空気のみが通流可能に気密性を維持することが可能な構成となっている。

特表２０１３／５４５０１７号公報

風力発電装置のナセル内には、動力伝達部の潤滑用に潤滑油を貯留するオイルタンクが設置される。しかしながら特許文献１では、ナセル内からタワー側へと漏洩する潤滑油にについて何ら考慮されていない。すなわち、特許文献１では、中間プラットフォームが、ナセル内の気密性を確保する構造であるものの、空気に比し比重が大となる潤滑油に対する強度を維持することが困難となる。換言すれば、気密性を実現するためのシール部材が破損し、潤滑油が漏れ出す可能性がある。

そこで本発明は、簡易な構造でプラットフォームを支持すると共に、ナセル内からの潤滑油の漏洩に対応でき、信頼性を向上し得る風力発電装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る風力発電装置は、風を受けて回転するブレードと、前記ブレードの回転エネルギーを用いて発電する発電機と、前記ブレードの回転エネルギーを前記発電機に伝達する動力伝達部と、前記動力伝達部へ潤滑油を供給するため、潤滑油を貯留するオイルタンクと、前記動力伝達部の少なくとも一部、前記発電機及び前記オイルタンクを収容するナセルと、前記ナセルを回動可能に支持するタワーと、前記タワー内部に配置され、前記タワーの内壁面に対して、外周部の少なくとも一部が溶接により固定されるプラットフォームと、を備え、前記プラットフォームは、前記発電機による発電電力を送電するケーブルを挿通するためのケーブル用開口部を有し、前記ケーブル用開口部の周囲に前記プラットフォームの上面から前記ナセル側へ向かい立設する円筒状のケーブル用開口部隔壁を備えると共に、前記プラットフォームの外周部から内側へと延在する昇降機の通過を可能とする昇降機用開口部と、前記プラットフォームの外周部から内側へと延在する梯子の設置を可能とする梯子用開口部と、前記プラットフォームの外周部から内側へと延在し、前記プラットフォームの上面から前記ナセル側へ向かい立設する一対の隔壁と、当該一対の隔壁の内側端部と接続され前記ナセル側へ向かい立設する隔壁から構成され、前記昇降機用開口部を囲むよう配される昇降機用開口部隔壁と、前記プラットフォームの外周部から内側へと延在し、前記プラットフォームの上面から前記ナセル側へ向かい立設する一対の隔壁と、当該一対の隔壁の内側端部と接続され前記ナセル側へ向かい立設する隔壁から構成され、前記梯子用開口部を囲むよう配される梯子用開口部隔壁と、潤滑油を排出するため前記プラットフォームの厚さ方向に貫通する排出ポートと、を備え、前記排出ポートは、前記昇降機用開口部又は前記梯子用開口部の近傍に配され、前記プラットフォームの上面は、前記排出ポートへ向かい緩やかな傾斜を有する。
本発明に係る他の風力発電装置は、風を受けて回転するブレードと、前記ブレードの回転エネルギーを用いて発電する発電機と、前記ブレードの回転エネルギーを前記発電機に伝達する動力伝達部と、前記動力伝達部へ潤滑油を供給するため、潤滑油を貯留するオイルタンクと、前記動力伝達部の少なくとも一部、前記発電機及び前記オイルタンクを収容するナセルと、前記ナセルを回動可能に支持するタワーと、前記タワー内部に配置され、前記タワーの内壁面に対して、外周部の少なくとも一部が溶接により固定されるプラットフォームと、を備え、前記プラットフォームの外周部が全周にわたり、前記タワーの内壁面に溶接固定され、前記プラットフォームは、前記発電機による発電電力を送電するケーブルを挿通するためのケーブル用開口部を有し、前記ケーブル用開口部の周囲に前記プラットフォームの上面から前記ナセル側へ向かい立設する円筒状のケーブル用開口部隔壁と、前記プラットフォームの外周部から所定の間隔にて内側に形成され昇降機の通過を可能とする昇降機用開口部と、前記プラットフォームの外周部から所定の間隔にて内側に形成され梯子の設置を可能とする梯子用開口部と、前記昇降機用開口部の周囲に配され、前記プラットフォームの上面から前記ナセル側へ立設する四面の隔壁から構成される昇降機用開口部隔壁と、前記梯子用開口部の周囲に配され、前記プラットフォームの上面から前記ナセル側へ立設する四面の隔壁から構成される梯子用開口部隔壁と、潤滑油を排出するため前記プラットフォームの厚さ方向に貫通する排出ポートと、を備え、前記排出ポートは、前記昇降機用開口部又は前記梯子用開口部の近傍に配され、前記プラットフォームの上面は、前記排出ポートへ向かい緩やかな傾斜を有する。

本発明によれば、簡易な構造でプラットフォームを支持すると共に、ナセル内からの潤滑油の漏洩に対応でき、信頼性を向上し得る風力発電装置を提供することが可能になる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例に係る風力発電装置の概略全体構成図である。図１に示すタワー内に配される機器の状態の説明図である。図１に示すタワーの縦断面図である。図３に示すタワーを構成するトップセクションの部分拡大図である。図３に示すタワーを構成するトップセクションの横断面図である。図５におけるＢ−Ｂ断面矢視図である。図３に示すトップセクションの縦断面図である。図３に示すトップセクションの保管状態を示す図である。比較例のトップセクションの部分拡大図である。本発明の他の実施例に係るトップセクションの横断面図である。

本明細書では、本発明の実施形態に係る風力発電装置として、ダウンウィンド型の風力発電装置を例に説明するが、アップウィンド型の風力発電装置においても同様に適用できる。また、本発明の実施形態に係る風力発電装置は、洋上、山岳部及び平野部の何れの場所にも設置できるものである。
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。尚、下記はあくまでも実施例であって、本発明の実施態様を限定することを意図する趣旨ではない。

図１に本発明の一実施例に係る風力発電装置の概略全体構成図を示す。図１では、ナセル３内に配される各機器を点線にて示している。図１に示すように、風力発電装置１は、風を受けて回転するブレード５、ブレード５を支持するハブ４、ナセル３、及びナセル３を回動可能に支持するタワー２を備える。ナセル３内に、ハブ４に接続されハブ４と共に回転する主軸３１、主軸３１に連結されるシュリンクディスク３２、シュリンクディスク３２を介して主軸３１に接続され回転速度を増速する増速機３３、及びカップリング３８を介して増速機３３により増速された回転速度で回転子を回転させて発電運転する発電機３４を備えている。ブレード５の回転エネルギーを発電機３４に伝達する部位は、動力伝達部と呼ばれ、本実施例では、主軸３１、シュリンクディスク３２、増速機３３及びカップリング３８が動力伝達部に含まれる。そして、増速機３３及び発電機３４は、メインフレーム３５上に保持されている。また、メインフレーム３５上には、動力伝達部の潤滑用に潤滑油を貯留するオイルタンク３７が設置されている。
また、ナセル３内には、ナセル隔壁３０よりも風上側にラジエータ３６が配されている。図１に示す風力発電装置１は、一例として５ＭＷ級の風力発電装置を示している。これに対し、例えば、２ＭＷ級の風力発電装置では、ラジエータ３６は、ナセル３の上面に設けられた外気導入口（図示せず）とナセル内空気排出口（図示せず）との間に配される。また、オイルタンク３７に貯留される潤滑油の重量は、２ＭＷ級では数百ｋｇ、５ＭＷ級では数千ｋｇに及ぶ。

図２は、図１に示すタワーの縦断面図である。図２に示すように、タワー２内の底部（下部）に、電力の周波数を変換する電力変換器、電流の開閉を行うスイッチング用の開閉器、及び変圧器等から構成される電力モジュール６、及び複数の電気盤類７が配置されている。
図３に図１に示すタワー２の縦断面図を示す。図３に示すように、タワー２は、地中に埋設される円筒状のアンカーセクション２ｃ、アンカーセクション２ｃの上方に配される円筒状の複数の中間セクション２ｂ、及びナセル３とベアリング（図示せず）を介して接続される円筒状のトップセクション２ａから構成される。図３では、２つの中間セクション２ｂを示しているが、中間セクション２ｂの数はこれに限られるものではない。トップセクション２ａの上端部及び下端部に、内側へと延在する円環状のフランジが形成されている。同様に、中間セクション２ｂの上端部及び下端部に、内側へと延在する円環状のフランジが形成され、アンカーセクション２ｃの上端部に内側へと延在する円環状のフランジが形成されている。
アンカーセクション２ｃの上端部のフランジと、この上端部のフランジと対向する中間セクション２ｂの下端部のフランジは、フランジの周方向に相互に離間し配される複数のボルトにて締結され、緊合されている。また、中間セクション２ｂの上端部のフランジと、この上端部のフランジと対向する他の中間セクション２ｂの下端部のフランジは、フランジの周方向に相互に離間し配される複数のボルトにて締結され、緊合されている。同様に、トップセクション２ａの下端部のフランジと、この下端部のフランジと対向する中間セクション２ｂの上端部のフランジは、複数のボルトにて締結され、緊合されている。トップセクション２ａの上端部のフランジは、図示しないナセル３側とベアリングを介して締結される。

図３に示すように、中間セクション２ｂには、上端部のフランジよりも下方に所定の距離だけ離間し中間セクションプラットフォーム１１ｂが設けられている。トップセクション２ａには、上端部のフランジよりも下方に所定の距離だけ離間し一のトップセクションプラットフォーム１１ａ（以下、上部トップセクションプラットフォーム１１ａと称す）が設けられ、下端部のフランジよりも上方に所定の距離だけ離間し他のトップセクションプラットフォーム１１ａ（以下、下部トップセクションプラットフォーム１１ａと称す）が設けられている。すなわち、トップセクション２ａには、上下方向に所定の間隔にて相互に離間し２つのトップセクションプラットフォーム１１ａが配されている。なお、トップセクション２a内の構造については後述する。

図５に、図３に示すタワーを構成するトップセクション２ａの横断面図を示す。図５では、上部トップセクションプラットフォーム１１ａより上方であって、且つ、トップセクション２ａの上端部のフランジより下方における横断面図を示している。上部トップセクションプラットフォーム１１ａは、略中央部に、発電機３４からの発電電力を電力モジュール６（図２）へ送電するケーブル１０を挿通するため、ケーブル用開口部１３が形成されている。また、上部トップセクションプラットフォーム１１ａには、タワー２の高さ方向に作業員を輸送するためのエレベータ等の昇降機の通過を可能とする昇降機用開口部１４、及び作業員自身の力により昇降するための梯子が設置される梯子用開口部１５が形成されている。図５に示すように、これら昇降機用開口部１４及び梯子用開口部１５が形成された領域を除き、上部トップセクションプラットフォーム１１ａの外周部（周縁部）は、トップセクション２ａの内壁面に溶接にて固定されている。すなわち、上部トップセクションプラットフォーム１１ａの外周部（周縁部）の少なくとも一部は、溶接部１２により気密にトップセクション２ａの内壁面に対して固定されている。
ここで、トップセクション２ａを含むタワー２は、例えば、ＳＭ４９０、ＳＭ５２０、又はＳＭ４９０Ｙ等の圧延鋼材で形成され、トップセクションプラットフォーム１１ａ及び中間セクションプラットフォーム１１ｂは、例えば、ＳＭ４００、ｑ３４５或いはｑ２３５等の鋼材にて形成される。また、上部トップセクションプラットフォーム１１ａの外周部（周縁部）の一部とトップセクション２ａの内壁面とは、フィレット溶接等の隅肉溶接にて固定される。なお、溶接固定は、フィレット溶接等の隅肉溶接が望ましいが、これに替えて、部分溶け込み溶接或いは、Ｋ開先による完全溶け込み溶接によって溶接固定しても良い。

図５に示すように、上部トップセクションプラットフォーム１１ａは、ケーブル用開口部１３の外周部に沿って、トップセクションプラットフォーム１１ａの上面より上方（ナセル３側）へ立設する円筒状のケーブル用開口部隔壁１６を有する。すなわち、ケーブル用開口部１３の周囲は、ケーブル用開口部隔壁１６にて囲まれている。また、上部トップセクションプラットフォーム１１ａは、上部トップセクションプラットフォーム１１ａの外周部（トップセクション２ａの内壁面）から内側へと直線状に延在し、且つ、上部トップセクションプラットフォーム１１ａの上面より上方（ナセル３側）へ立設する一対の昇降機用開口部隔壁１７ｂ，１７ｃと、一対の昇降機用隔壁１７ｂ及び１７ｃの内側端面と接続され上部トップセクションプラットフォーム１１ａの上面より上方（ナセル３側）へ立設する昇降機用開口部隔壁１７ａを備える。すなわち、昇降機用開口部１４の周囲は、横断面略コ字状の昇降機用開口部隔壁１７ａ〜１７ｃにて囲まれている。更に、上部トップセクションプラットフォーム１１ａは、上部トップセクションプラットフォーム１１ａの外周部（トップセクション２ａの内壁面）から内側へと直線状に延在し、且つ、上部トップセクションプラットフォーム１１ａの上面より上方（ナセル３側）へ立設する一対の梯子用開口部隔壁１８ｂ，１８ｃと、一対の梯子用開口部隔壁１８ｂ及び１８ｃの内側端面と接続され上部トップセクションプラットフォーム１１ａの上面より上方（ナセル３側）へ立設する梯子用開口部隔壁１８ａを有する。すなわち、梯子用開口部１５の周囲は、横断面略コ字状の梯子用開口部隔壁１８ａ〜１８ｃにて囲まれている。図５では、これら昇降機用開口部１４及び梯子用開口部１５が、ケーブル用開口部１３を挟み対向する位置に配する、すなわち、ケーブル用開口部１３を中心に点対称に、これら昇降機用開口部１４及び梯子用開口部１５を配する例を示している。しかし、これら昇降機用開口部１４及び梯子用開口部１５の配置関係は図５に示す例に限られない。例えば、昇降機用開口部１４の周囲に配される昇降機用開口部隔壁１７aの上部トップセクションプラットフォーム１１aの面内における中心とケーブル用開口部１３の中心とを結ぶ線分、及び、梯子用開口部１５の周囲に配される梯子用開口部隔壁１８aの上部トップセクションプラットフォーム１１aの面内における中心とケーブル用開口部１３の中心とを結ぶ線分とが、所定の角度を有するよう、昇降機用開口部１４及び梯子用開口部１５を配しても良い。この場合、上記２つの線分がなす角度によっては、昇降機用開口部１４及び梯子用開口部１５が最も近接する位置における上部トップセクションププラットフォーム１１aの面積は極小となる。従って、上部トップセクションプラットフォーム１１aの荷重強度、すなわち、想定される上部トップセクションプラットフォーム１１aにて同時に作業し得る作業員の人数及び、仮に、上述のオイルタンク３７（図１）に貯留される潤滑油が上部トップセクションプラットフォーム１１a内にナセル３より漏洩した場合の潤滑油の重量を考慮し、上記２つの線分がなす角度を設定すれば良い。

図４に、図３に示すトップセクション２ａの部分拡大図を示す。図４は、図５のＡ−Ａ断面矢視図である。図４に示すように、上部トップセクションプラットフォーム１１aは、仮に、オイルタンク３７より上部トップセクションプラットフォーム１１aに潤滑油が漏洩した場合において、当該潤滑油を上部トップセクションプラットフォーム１１a外へ、すなわち、タワー２（図１）外へ排出するための排出ポート２０を備える。排出ポート２０の先端部は、キャップ２１により通常時閉塞状態とされ、潤滑油を排出する場合のみキャップ２１が取り外され、上部トップセクションプラットフォーム１１ａに侵入した潤滑油はタワー２外へと排出される。なお、排出ポート２０の設置位置は、昇降機用開口部１４及び／又は梯子用開口部１５の付近に配することが望ましい。このように排出ポート２０を配すれば、作業員による潤滑油の排出作業が直ちに実行できる。
また、図４に示すように、ケーブル用開口部隔壁１６及び昇降機用開口部隔壁１７aは、共に、上部トップセクションプラットフォーム１１aの上面より上方（ナセル３側）へ立設する高さ（Ｈ）を有する。ここで、高さＨは、上部トップセクションプラットフォーム１１ａの水平面内における面積から、ケーブル用開口部１３、昇降機用開口部１４及び梯子用開口部１５の水平面内における面積を減じた差分面積（Ｓｂ）と、オイルタンク３７（図１）に貯留される潤滑油の容量（Ｖｏｉｌ）に基づき算出し設定される。すなわち、上記潤滑油の容量（Ｖｏｉｌ）を上記差分面積（Ｓｂ）にて除した値以上に、高さ（Ｈ）を設定すれば良い。なお、梯子用開口部隔壁１８ａ〜１８ｃの高さ（Ｈ）も、ケーブル用開口部隔壁１６及び昇降機用開口部隔壁１７ａ〜１７ｃの高さと同様である。
このように、上部トップセクションプラットフォーム１１ａに形成された各開口部、すなわち、ケーブル用開口部１３、昇降機用開口部１４及び梯子用開口部１５の周囲を囲むケーブル用開口部隔壁１６、昇降機用開口部隔壁１７ａ〜１７ｃ、及び梯子用開口部隔壁１８ａ〜１８ｃの高さ（Ｈ）が設定されることにより、仮に、オイルタンク３７に貯留される潤滑油の全てが、ナセル３より上部トップセクションプラットフォーム１１ａへ漏洩した場合であっても、当該潤滑油が上記各隔壁を越流し、各開口部からタワー２内の下方へ流出することを防止できる。換言すれば、上部トップセクションプラットフォーム１１ａの外周部（周縁部）の少なくとも一部が、トップセクション２ａの内壁面に対し溶接部１２により溶接固定されることにより、例え、オイルタンク３７に貯留される潤滑油の全量が上部トップセクションプラットフォーム１１ａに漏洩したとしても、上部トップセクションプラットフォーム１１ａがトップセクション２ａの内壁面から脱落することなく、漏洩した潤滑油を蓄えるオイルパンとして機能する。

なお、本実施例では、上述のように、全ての隔壁の高さ（Ｈ）を同一としたがこれに限られるものではない。例えば、ケーブル用開口部隔壁１６、昇降機用開口部隔壁１７ａ〜１７ｃ及び梯子用開口部隔壁１８ａ〜１８ｃの全てがそれぞれ異なる高さを有する構成、或いは少なくとも１つの隔壁の高さが他の隔壁の高さと異なる構成としても良い。この場合において、最も低い高さの隔壁が、上記潤滑油の容量（Ｖｏｉｌ）を上記差分面積（Ｓｂ）にて除した値以上に設定すれば、同様の効果が得られる。
また、上部トップセクションプットフォーム１１ａの上面を、排出ポート２０へ向かい緩やかな傾斜を有する構成としても良い。このような構成とすることで、仮に、潤滑油が上部トップセクションプラットフォーム１１ａに漏洩した場合に、キャップ２１を取り外すことで、潤滑油は効果的に排出ポート２０へ誘導される。また、上部トップセクションプラットフォーム１１ａの上面に、例えば、排出ポート２０より放射状に延伸する複数のグルーブ（溝）を形成する構成としても良く、この場合において、排出ポート２０から放射状に端部へと向かうグルーブの深さを端部側ほど浅く形成することにより、更に、漏洩した潤滑油を排出ポート２０へと誘導する効果が向上する。なお、グルーブを形成する場合には、グルーブの本数、溝幅及び／又は溝の深さを、上部トップセクションプラットフォーム１１ａの荷重強度を考慮して設定することが望ましい。

図６は、図５におけるＢ−Ｂ断面矢視図である。図６において、幅Ｗは昇降機用開口部１４の長手方向の開口幅である。図６に示すように、昇降機用開口部１４の周囲を囲む３面の昇降機用開口部隔壁１７ａ〜１７ｃの上部端面に、昇降機用開口部１４を覆い、開閉可能なハッチ１９が設けられている。ハッチ１９は、上部トップセクションプラットフォーム１１ａへ作業員及び/又は資材等を含む工具を輸送するため、エレベータ等の昇降機を稼働させる場合以外は閉状態とされる。上述の通り潤滑油を貯留するオイルタンク３７は、図１に示すように、ナセル３内でメインフレーム３５上に配されている。そして、発電運転時において、ブレード５の回転に伴い回転する主軸３１を含み、シュリンクディスク３２、増速機３３及びカップリング３８から構成される動力伝達部へオイルタンク３７より潤滑油が供給され、動力伝達部を保護している。
一方、ナセル３とタワー２との間は、ヨー回転（回動）を可能とするため、また、ケーブル１０を挿通するため、開口している。何らかの要因によりオイルタンク３７からの潤滑油が漏洩、或いは、潤滑油が供給される動力伝達部より潤滑油が漏れ出た場合、ナセル３及びタワー２（トップセクション２ａ）との間に形成される上記開口より、トップセクション２ａ内の上部トップセクションプラットフォーム１１ａへ侵入する潤滑油は、円筒状のトップセクション２ａ（タワー２）の内壁面寄りから侵入する可能性がある。このような場合においても、保守作業等のため昇降機が稼働される場合以外は、ハッチ１９が閉じた状態に維持されている。これにより、昇降機用開口部１４を介して上部トップセクションプラットフォーム１１ａから下方へ潤滑油が侵入することを防止できる。
なお、図６では、昇降機用開口部隔壁１７ａ〜１７ｃに、昇降機用開口部１４を覆うようハッチ１９を設ける構成を示すが、同様に、梯子用開口部隔壁１８ａ〜１８ｃに、梯子用開口部１５を覆うようハッチ１９が設けられている。

ここで、トップセクション２ａの内部構造について説明する。図７は、図３に示すトップセクション２ａの縦断面図である。上部トップセクションプラットフォーム１１ａには、ケーブル１０を挿通するためのケーブル用開口部１３と干渉せぬよう、上部トップセクションプラットフォーム１１ａの上面より上方（ナセル３側）へ立設するナセルアクセスリング８が設けられている。ナセルアクセスリング８は、例えは、円環状の複数のステップを所定の間隔にて離間し上方へと配され構成される。ナセルアクセルリング８を構成する円環状の各ステップの内径は、上述のケーブル用開口部隔壁１６の外径よりも大きい。ナセル３（図１）内の保守作業時において、作業員は上部トップセクションプラットフォーム１１ａ内の所望の位置より（所望の方向から）ナセルアクセスリング８を構成する複数の円環状のステップを、その外側より上りナセル３内に侵入し、ナセル３内に配される各種機器の保守作業を行う。上述の通り、上部トップセクションプラットフォーム１１ａの外周部（外縁部）は、トップセクション２ａの内壁面に対し溶接部１２により強固に固定されている。なお、ナセルアクセスリング８を構成する複数のステップは、必ずしも円環状に限らず、例えば、楕円形状、矩形等の任意多角形状、或いは、隅部が切り欠かれた矩形状であっても良い。

また、図７に示すように、上部トップセクションプラットフォーム１１ａと下部トップセクションプラットフォーム１１ａの間であって、上部トップセクションプラットフォーム１１ａ側に、高さ方向に多段に設置されるケーブルガイド９を備える。各ケーブルガイド９は、略中央部に円環状の部材を備え、これら円環状部材の開口部は、上部トップセクションプラットフォーム１１ａに形成されたケーブル用開口部１３の投影面上に位置付けられている。ナセル３内に配される発電機３４に一端が接続されるケーブル１０は、ナセル３側より垂下され、上部トップセクションプラットフォーム１１ａに形成されたケーブル用開口部１３及び多段に設置されたケーブルガイド９の円環状部材の開口部を通過する。最下段のケーブルガイド９を通過後のケーブル１０は、下部トップセクションプラットフォーム１１ａより上方であって、トップセクション２ａの内壁面に一端が固定される支持部材に取り付けられた滑車に巻き掛けられ、トップセクション２ａの水平面内において略中央部から内壁面側へと引き回される。上記滑車を通過後のケーブル１０は、下部トップセクションプラットフォーム１１ａに形成された図示しないケーブル用開口部を通過し、トップセクション２ａの直下に位置する中間セクション２ｂ側へと向かう。ここで、ケーブルガイド８は、例えば、ＳＭ４００又はＳＳ４００等の鋼材にて形成される。また、下部トップセクションプラットフォーム１１ａも、上部トップセクションプットフォーム１１ａと同様に、溶接部１２によりトップセクション２ａの内壁面に強固に固定されている。

次に、トップセクション２ａの保管状態について説明する。上述のように、トップセクション２ａ、複数の中間セクション２ｂ及びアンカーセクション２ｃより構成されるタワー２は、その設営又は建設前に、セクション毎に製造され、所定の期間保管状態に置かれる。図８に、図３に示すトップセクション２ａの保管状態を示す。図８の左図は、横置きされたトップセクション２ａの縦断面図であり、この縦断面図中、図面に向かって右側の端部に形成されたフランジ（上端部のフランジ）が、上述のナセル３とベアリングを介してナセル３が回動可能（ヨー回転可能）に接続される。また、図８の右図は、トップセクション２ａのうち、ナセル３とベアリングを介して接続されるフランジ（上端部のフランジ）が形成された側の正面図である。図８の左図及び右図に示すように、トップセクション２ａは治具２３により支持され横置きにて保管される。図８の右図に示すように、トップセクション２ａの上端部のフランジは、同一円周上に相互に所定の間隔にて離間し配される複数のボルト締結用穴２２を備える。このトップセクション２ａの上端部のフランジに形成される複数のボルト締結用穴２２は、ナセル３とベアリングを介して接続される部材であり、ナセル３のヨー回転を可能とするものであることから、ボルト締結用穴２２の寸法精度は、公差が±数ｍｍと高い寸法精度が要求される。一方、左図に示すように、長手方向両端部にて治具２３にて支持され横置きされるトップセクション２ａの長さ（設営時においては高さ）は、例えば、４ｍ〜５ｍであり、重力の作用及び自重によりトップセクション２ａには、鉛直方向の応力（図８中の白抜き矢印）が作用する。仮に、この鉛直方向の応力によりトップセクション２aが撓むと、この撓んだ形状にトップセクション２aが変形する、所謂、置き崩れが生じる。トップセクション２aに置き崩れが生じると、風力発電装置１の建設時において、トップセクション２aの上端部のフランジに形成されたボルト締結用穴２２は、上述の高い寸法精度を満たすことが不可能となる。
しかし、本実施例ではトップセクション２ａの内壁面に対し溶接部１２により強固に固定される上部トップセクションプラットフォーム１１ａ及び下部トップセクションプラットフォーム１１ａにより、トップセクション２aの強度が向上され、上記鉛直方向の応力に抗することが可能となる。これにより、本実施例のトップセクション２aの構成によれば、置き崩れを防止する効果を奏することができる。

図９は、比較例のトップセクションの縦断面図であり、部分拡大図である。比較例のトップセクション２aは、上部トップセクションプラットフォーム１１aとトップセクション２aの内壁面との間にゴムシール部材２４を配し、気密性を確保する構造を備える。ここで、何らかの要因によりオイルタンク３７からの潤滑油が漏洩、或いは、潤滑油が供給される動力伝達部より潤滑油が漏れ出た場合、ナセル３及びタワー２（トップセクション２ａ）との間に形成される上記開口より、トップセクション２ａ内の上部トップセクションプラットフォーム１１ａへ潤滑油が侵入する。上述の通り、オイルタンク３７内に貯留される潤滑油の重量は、５ＭＷ級の風力発電装置で数千ｋｇ，２ＭＷ級の風力発電装置の場合でも数百ｋｇに及ぶ。従って、比較例の上部トップセクションプラットフォーム１１ａ、ひいては、気密性を確保するために配されるゴムシール部材２４には、最大で、数百ｋｇ又は数千ｋｇの荷重が付加されることになり、到底この荷重に対する強度を維持することは望めず、ゴムシール部材が破損し、上部トップセクションプラットフォーム１１ａの下方へと、タワー内を潤滑油が流下する事態が生じ得る。
これに対し、本実施例では、上部トップセクションプラットフォーム１１ａの外周部（周縁部）の一部とトップセクション２ａの内壁面とは、溶接部１２にて強固に固定される構造であるため、潤滑油がタワー内部に更に侵入することを防止することができ、信頼性を高めることが可能になる。

本実施例では、上部トップセクションプラットフォーム１１ａとトップセクション２ａの内壁面との間を溶接固定することで、気密性が保持される。よって、上述の比較例におけるようなゴム或いはシリコン等のシール部材等の副部材が不要になると共に、高い気密性を実現することが可能になる。また、強固な固定が可能になることから、上述の様に、上部トップセクションプラットフォーム１１ａが潤滑油の受け皿、すなわち、オイルパンとして機能する場合であってもより確実に、潤滑油の重量に耐えられる。
更に、本実施例では、上部トップセクションプラットフォーム１１ａに設けられた各開口部、すなわち、ケーブル用開口部１３、昇降機用開口部１４及び梯子用開口部１５の周囲は、それぞれ上方（ナセル３側）へ立設するケーブル用開口部隔壁１３、昇降機用開口部隔壁１７ａ〜１７ｃ及び梯子用開口部隔壁１８ａ〜１８ｃにより囲まれている。よって、漏洩した潤滑油が、これら隔壁を越流し各開口部から流出することを確実に防止できると共に、潤滑油の受け皿（オイルパン）として使用することが可能である。

なお、上部トップセクションプラットフォーム１１ａは、タワー２の内部に配される電力変換器、開閉器、及び変圧器等から構成される電力モジュール６よりも上の領域に配置されることが好ましい。このような配置とすることで、電力モジュール６を構成する各機器が、漏洩した潤滑油により腐食することを確実に防止できる。また、本実施例では、トップセクション２ａ内に配される上部トップセクションプラットフォーム１１ａ及び下部トップセクションプラットフォーム１１ａを、トップセクション２ａの内壁面に溶接部１２により強固に固定する構成とした。しかし、これに限られることなく、例えば、更に、複数の中間セクション２ｂに配される中間プラットフォーム１１ｂの外周部（周縁部）の少なくとも一部を、溶接部１２により中間セクション２ｂの内壁面に強固に固定する構成としても良い。
また、逆に、本実施例では、トップセクション２ａ内に配される２つのプラットフォームである、上部トップセクションプラットフォーム１１ａ及び下部トップセクションプラットフォーム１１ａの双方を、トップセクション２ａの内壁面に対し溶接部１２により強固に固定する構成としたが、上部トップセクションプラットフォーム１１ａのみを、溶接部１２にてトップセクション２ａの内壁面に強固に固定する構成としても良い。すなわち、上部トップセクションプラットフォーム１１ａ、下部トップセクションプラットフォーム１１ａ、及び複数の中間プラットフォーム１１ｂのうち、最もナセル３に近い位置に配されるプラットフォームの外周部（周縁部）の少なくとも一部を溶接部１２によりタワー２の内壁面に強固に固定する構成としても良い。このような配置とすることで、潤滑油の拡散を最も効率的に防止することが可能となり、且つ、タワー２を構成する複数のセクション、すなわち、トップセクション２ａ及び複数の中間セクション２ｂの製造工程の短縮化も可能となる。

以上の通り、本実施例によれば、簡易な構造でプラットフォームを支持すると共に、ナセル内からの潤滑油の漏洩に対応でき、信頼性を向上し得る風力発電装置を実現することが可能となる。
具体的には、本実施例によれば、仮に、ナセル内に配される潤滑油を貯留するオイルタンク或いは、オイルタンクより潤滑油が供給される動力伝達部より、何らかの要因により潤滑油がタワー内に漏洩した場合であっても、外周部（周縁部）の少なくとも一部がタワー内壁面に溶接部により強固に固定されるプラットフォームにて、漏洩した潤滑油のタワー内下方への流下を好適に防止することが可能となる。

図１０は、本発明の他の実施例に係るトップセクション２ａ’の横断面図である。本実施例では、上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’の外周部を全周にわたりトップセクション２ａ’の内壁面に対し溶接固定する構成とした点が実施例１と異なる。その他の構成は実施例１と同様であり、以下では実施例１と重複する説明を省略する。なお、図１０において、実施例１と同一の構成要素に同一の符号を付している。

図１０は、図３に示すタワー２を構成するトップセクション２ａ’の横断面図であり、上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’より上方（ナセル３側）であって、且つ、トップセクション２ａ’の上端部のフランジより下方における横断面図を示している。上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’は、略中央部に、発電機３４（図１）からの発電電力を電力モジュール６（図２）へ送電するケーブル１０を挿通するため、ケーブル用開口部１３を備える。また、上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’には、タワー２の高さ方向に、作業員及び／又は資材を含む工具を輸送するためのエレベータ等の昇降機の通過を可能とする昇降機用開口部１４が、上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’の外周部、すなわち、トップセクション２ａ’の内壁面に対し溶接固定される溶接部１２に接することなく内側に形成されている。また、同様に、トップセクション２ａ’の内壁面に対し溶接固定される上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’の溶接部１２に接することなく、内側に梯子用開口部１５が形成されている。ここで、昇降機用開口部１４及び梯子用開口部１５の形成位置は、上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’の荷重強度を考慮し、昇降機用開口部１４及び梯子用開口部１５のうち、最も上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’の外周部に近接する隅部と溶接部１２との間隔が設定される。また、同様に、上記荷重強度を考慮し、昇降機用開口部１４及び梯子用開口部１５のうち、最もケーブル用開口部１３に近接する縁部が設定される。

また、上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’は、ケーブル用開口部１３の周囲を囲み、上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’の上面から上方（ナセル３側）へ立設する円筒状のケーブル用開口部隔壁１６を有する。また、上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’は、昇降機用開口部１４の周囲であって、ケーブル用開口部１３と対向する側に、上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’の上面から上方へ立設する昇降機用開口部隔壁１７ａ、昇降機用開口部隔壁１７ａに対向し上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’の外周側に配される昇降機用開口部隔壁１７ｄ、昇降機用開口部隔壁１７ａ及び１７ｄの水平面内における両端部を接続する一対の昇降機用開口部隔壁１７ｂ及び１７ｃを備える。昇降機用開口部隔壁１７ａ〜１７ｄの横断面は、略ロ字状をなす。
更に、上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’は、梯子用開口部１５の周囲であって、ケーブル用開口部１３と対向する側に、上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’の上面から上方へ立設する梯子用開口部隔壁１８ａ、梯子用開口部隔壁１８ａに対向し上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’の外周側に配される梯子用開口部隔壁１８ｄ、梯子用開口部隔壁１８ａ及び１８ｄの水平面内における両端部を接続する一対の梯子用開口部隔壁１８ｂ及び１８ｃを備える。梯子用開口部隔壁１８ａ〜１８ｄの横断面は、略ロ字状をなしている。なお、図示しないが、実施例１と同様に、昇降機用開口部隔壁１７ａ〜１７ｄ及び梯子用開口部隔壁１８ａ〜１８ｄの上部端面に、それぞれ、昇降機用開口部１４及び梯子用開口部１５を覆い、開閉可能なハッチが設けられている。

本実施例では、上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’の外周部を全周にわたり、トップセクション２ａ’の内壁面に対し溶接部１２により強固に固定される構造であるため、実施例１の構成に比べ、更に、上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’とトップセクション２ａ’の内壁面との接合強度を向上することができる。特に、本実施例では、上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’の外周部が、全周にわたり溶接固定されるものであるため、溶接部１２において特定箇所に応力が集中することを防ぐことも可能となる。
本実施例では、図１０に示すように、実施例１と比較し、昇降機用開口部１４及び梯子用開口部１５を、上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’の面内において内側に形成する構成としている。そのため、上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’の水平面内における面積から、ケーブル用開口部１３、昇降機用開口部１４及び梯子用開口部１５の水平面内における面積を減じた差分面積（Ｓｂ）は、実施例１の構成と比較し小さくなる。よって、本実施例におけるケーブル用開口部隔壁１６、昇降機用開口部隔壁１７ａ〜１７ｄ及び梯子用開口部隔壁１８ａ〜１８ｄの高さは、実施例１と比較し高く設定される。これにより、仮に、オイルタンク３７（図１）或いは動力伝達部から潤滑油が漏洩した場合であっても、漏洩した潤滑油が各開口部隔壁を越流し、タワーの下方へと流下することを防止できる。

なお、本実施例では、トップセクション２ａ’内に配される上部トップセクションプラットフォーム１１ａ’の外周部を全周にわたり、トップセクション２ａ’の内壁面に溶接部１２により強固に固定する構成とした。しかしこれに限られず、図示しないトップセクション２ａ’内に配される下部トップセクションプラットフォームも同様に、その外周面を全周にわたりトップセクション２ａ’の内壁面に溶接固定する構成としても良い。
また、図示しない中間セクションに配されるプラットフォームの外周部を全周にわたり、中間セクションの内壁面に溶接固定する構成としても良い。

以上の通り、本実施例によれば、実施例１の効果に加え、更に、プラットフォームとタワー内壁面との接合強度を向上することが可能となる
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１・・・風力発電装置
２・・・タワー
２ａ，２ａ’・・・トップセクション
２ｂ・・・中間セクション
２ｃ・・・アンカーセクション
３・・・ナセル
４・・・ハブ
５・・・ブレード
６・・・電力モジュール
７・・・電気盤類
８・・・ナセルアクセスリング
９・・・ケーブルガイド
１０・・・ケーブル
１１ａ，１１ａ’・・・トップセクションプラットフォーム
１１ｂ・・・中間セクションプラットフォーム
１２・・・溶接部
１３・・・ケーブル用開口部
１４・・・昇降機用開口部
１５・・・梯子用開口部
１６・・・ケーブル用開口部隔壁
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ・・・昇降機用開口部隔壁
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ・・・梯子用開口部隔壁
１９・・・ハッチ
２０・・・排出ポート
２１・・・キャップ
２２・・・ボルト締結用穴
２３・・・治具
２４・・・ゴムシール部材
３０・・・ナセル隔壁
３１・・・主軸
３２・・・シュリンクディスク
３３・・・増速機
３４・・・発電機
３５・・・メインフレーム
３６・・・ラジエータ
３７・・・オイルタンク
３８・・・カップリング

Claims

風を受けて回転するブレードと、
前記ブレードの回転エネルギーを用いて発電する発電機と、
前記ブレードの回転エネルギーを前記発電機に伝達する動力伝達部と、
前記動力伝達部へ潤滑油を供給するため、潤滑油を貯留するオイルタンクと、
前記動力伝達部の少なくとも一部、前記発電機及び前記オイルタンクを収容するナセルと、
前記ナセルを回動可能に支持するタワーと、
前記タワー内部に配置され、前記タワーの内壁面に対して、外周部の少なくとも一部が溶接により固定されるプラットフォームと、
を備え、
前記プラットフォームは、
前記発電機による発電電力を送電するケーブルを挿通するためのケーブル用開口部を有し、前記ケーブル用開口部の周囲に前記プラットフォームの上面から前記ナセル側へ向かい立設する円筒状のケーブル用開口部隔壁を備えると共に、前記プラットフォームの外周部から内側へと延在する昇降機の通過を可能とする昇降機用開口部と、前記プラットフォームの外周部から内側へと延在する梯子の設置を可能とする梯子用開口部と、
前記プラットフォームの外周部から内側へと延在し、前記プラットフォームの上面から前記ナセル側へ向かい立設する一対の隔壁と、当該一対の隔壁の内側端部と接続され前記ナセル側へ向かい立設する隔壁から構成され、前記昇降機用開口部を囲むよう配される昇降機用開口部隔壁と、
前記プラットフォームの外周部から内側へと延在し、前記プラットフォームの上面から前記ナセル側へ向かい立設する一対の隔壁と、当該一対の隔壁の内側端部と接続され前記ナセル側へ向かい立設する隔壁から構成され、前記梯子用開口部を囲むよう配される梯子用開口部隔壁と、
潤滑油を排出するため前記プラットフォームの厚さ方向に貫通する排出ポートと、を備え、前記排出ポートは、前記昇降機用開口部又は前記梯子用開口部の近傍に配され、前記プラットフォームの上面は、前記排出ポートへ向かい緩やかな傾斜を有することを特徴とする風力発電装置。
風を受けて回転するブレードと、
前記ブレードの回転エネルギーを用いて発電する発電機と、
前記ブレードの回転エネルギーを前記発電機に伝達する動力伝達部と、
前記動力伝達部へ潤滑油を供給するため、潤滑油を貯留するオイルタンクと、
前記動力伝達部の少なくとも一部、前記発電機及び前記オイルタンクを収容するナセルと、
前記ナセルを回動可能に支持するタワーと、
前記タワー内部に配置され、前記タワーの内壁面に対して、外周部の少なくとも一部が溶接により固定されるプラットフォームと、
を備え、
前記プラットフォームの外周部が全周にわたり、前記タワーの内壁面に溶接固定され、
前記プラットフォームは、
前記発電機による発電電力を送電するケーブルを挿通するためのケーブル用開口部を有し、前記ケーブル用開口部の周囲に前記プラットフォームの上面から前記ナセル側へ向かい立設する円筒状のケーブル用開口部隔壁と、
前記プラットフォームの外周部から所定の間隔にて内側に形成され昇降機の通過を可能とする昇降機用開口部と、前記プラットフォームの外周部から所定の間隔にて内側に形成され梯子の設置を可能とする梯子用開口部と、
前記昇降機用開口部の周囲に配され、前記プラットフォームの上面から前記ナセル側へ立設する四面の隔壁から構成される昇降機用開口部隔壁と、
前記梯子用開口部の周囲に配され、前記プラットフォームの上面から前記ナセル側へ立設する四面の隔壁から構成される梯子用開口部隔壁と、
潤滑油を排出するため前記プラットフォームの厚さ方向に貫通する排出ポートと、を備え、前記排出ポートは、前記昇降機用開口部又は前記梯子用開口部の近傍に配され、前記プラットフォームの上面は、前記排出ポートへ向かい緩やかな傾斜を有することを特徴とする風力発電装置。
請求項１又は請求項２に記載の風力発電装置において、
前記タワーは、高さ方向に複数のセクションに分割され、
前記各セクションは上端部及び下端部にフランジを有し、前記各セクションはその直上に配されるセクションと相互に当接するフランジを介して締結され、
前記各セクションのうち、最上部に配され前記ナセルを回転可能に支持するトップセクション内に配されるプラットフォームは、前記トップセクションの内壁面と少なくとも外周部の一部が溶接固定されることを特徴とする風力発電装置。
請求項３に記載の風力発電装置において、
前記タワーは、前記トップセクションの下方に配される複数の中間セクションから構成され、前記各中間セクション内に配される中間プラットフォームを備え、
電力変換器、開閉器及び／又は変圧器を含む電力モジュールは、前記タワー内の下方に配され、一端が前記発電機に接続されるケーブルと接続されることを特徴とする風力発電装置。
請求項１又は請求項２に記載の風力発電装置において、
前記タワーは、高さ方向に複数のセクションに分割され、
前記各セクションは上端部及び下端部にフランジを有し、前記各セクションはその直上に配されるセクションと相互に当接するフランジを介して締結され、
前記各セクションのうち、最上部に配され前記ナセルを回転可能に支持するトップセクション内に配されるプラットフォームは、前記トップセクションの内壁面と全周にわたり溶接固定されることを特徴とする風力発電装置。
請求項５に記載の風力発電装置において、
前記タワーは、前記トップセクションの下方に配される複数の中間セクションから構成され、前記各中間セクション内に配される中間プラットフォームを備え、
電力変換器、開閉器及び／又は変圧器を含む電力モジュールは、前記タワー内の下方に配され、一端が前記発電機に接続されるケーブルと接続されることを特徴とする風力発電装置。
請求項１又は請求項２に記載の風力発電装置において、
前記ケーブル用開口部隔壁、前記昇降機用開口部隔壁及び前記梯子用開口部隔壁の高さは、前記プラットフォームの水平面内における面積から、前記ケーブル用開口部及び前記昇降機用開口部並びに前記梯子用開口部の水平面内における面積を減じた差分面積と、前記オイルタンクに貯留される潤滑油の容量に基づき設定されることを特徴とする風力発電装置。
請求項７に記載の風力発電装置において、
前記ケーブル用開口部隔壁及び前記昇降機用開口部隔壁並びに前記梯子用開口部隔壁の高さは、前記潤滑油の容量を前記差分面積にて除した値以上であることを特徴とする風力発電装置。
請求項１又は請求項２に記載の風力発電装置において、
前記昇降機用開口部隔壁の上端部に配され、前記昇降機用開口部を覆い開閉可能なハッチと、
前記梯子用開口部隔壁の上端部に配され、前記梯子用開口部を覆い開閉可能なハッチと、
を備えることを特徴とする風力発電装置。
請求項３又は請求項５に記載の風力発電装置において、
前記プラットフォームは、
前記トップセクションの上端部のフランジよりも下方に所定の距離離間し配される上部トップセクションプラットフォームと、
前記トップセクションの下端部よりも上方に所定の距離離間し配される下部トップセクションプラットフォームと、
を有することを特徴とする風力発電装置。