JP6617907B2 - Floating offshore wind power generator - Google Patents
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Description
本発明は、洋上に浮遊した状態で設置される浮体式の風力発電装置に関する。 The present invention relates to a floating wind power generator installed in a floating state on the ocean.
人家から離れた洋上では騒音公害を心配する必要がなく、また、平均して陸上よりも大きな風力が得られる等の利点が多いため、洋上風力発電が注目されている。 Offshore wind power is attracting attention because there is no need to worry about noise pollution offshore, away from people's homes, and there are many advantages such as the ability to obtain larger wind power on average than onshore.
洋上風力発電装置では、海底に基礎を建設する着床式の形態と、係留状態で水面に浮遊させる浮体式の形態とが知られている。 In offshore wind power generation systems, there are known a landing-type form in which a foundation is constructed on the seabed and a floating-type form in which the foundation is suspended on the water surface in a moored state.
このうち、着床式については、現状では、水深３０ｍ程度が建設上の限界となっているため、設置場所が浅い海に限られる。 Of these, for the landing type, the water depth of about 30 m is currently a construction limit, so the installation location is limited to the shallow sea.
これに対して、浮体式については、安定した係留が可能であれば、水深による制約が殆どない。このため、遠浅の少ない海域には浮体式が適している。 On the other hand, there is almost no restriction due to the water depth for the floating type as long as stable mooring is possible. For this reason, the floating body type is suitable for sea areas with little depth.
ここで、従来の浮体式の洋上風力発電装置（以下、単に「風力発電装置」と呼ぶ。）の例を図８に示す。図８の風力発電装置１００では、風車１０１を用いた発電システムを支える基体部１０２が複数の浮体１０３、１０４によって水上に浮上配置されている。この風力発電装置１００では、支柱１０５に回動可能に配置され、風車１０１が取り付けられているナセル部１０６を風の方向に対応して回動させることにより発電効率の向上が図られている。このような風力発電装置１００については特許文献１に記載がある。 Here, an example of a conventional floating offshore wind power generator (hereinafter simply referred to as “wind power generator”) is shown in FIG. In the wind power generator 100 of FIG. 8, a base body 102 that supports a power generation system using a windmill 101 is floated and arranged on the water by a plurality of floating bodies 103 and 104. In this wind power generator 100, the power generation efficiency is improved by rotating the nacelle portion 106, which is rotatably disposed on the support column 105 and attached with the windmill 101, in accordance with the direction of the wind. Such a wind power generator 100 is described in Patent Document 1.
ところで、大型の風力発電装置は受風位置を高い位置に設定することができるので、上空の強い風を安定的に受けることができ、発電効率が高い。これに対して小型の風力発電装置では、受風位置が低くなるので、上空の安定した強い風を受けることができないことに加えて、受風面積が小さくなる分だけ発電効率が低下する。このため、浮体式の小型の風力発電装置においては、風況に応じて素早く風向に追従させることにより可動効率を上げる必要がある。 By the way, since the large wind power generator can set the wind receiving position to a high position, it can stably receive strong winds in the sky and has high power generation efficiency. On the other hand, in a small wind power generator, since the wind receiving position is lowered, in addition to being unable to receive a stable and strong wind in the sky, the power generation efficiency is reduced by the amount of the wind receiving area. For this reason, in a small floating wind power generator of a floating body type, it is necessary to increase the movable efficiency by quickly following the wind direction according to the wind conditions.
しかし、大型の装置のようなメリットの得られない小型の装置に対して、大型の装置と同様の複雑な回転機構を採用するとコスト面で不利となる。 However, if a complicated rotating mechanism similar to that of a large-sized device is adopted for a small-sized device such as a large-sized device that cannot obtain the merit, it is disadvantageous in terms of cost.
そこで、本発明は、簡易な構成による風向の追従性の高い洋上風力発電装置を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the offshore wind power generator with a high followability of a wind direction by simple structure.
上記目的を達成するために、本発明の浮体式洋上風力発電装置は、
水深方向に延び、下方側が係留索によって水底と連結される係留管と、
前記係留管の海上側に前記係留管とカバー体の傾斜の中心となる調心ベアリングを介して連結され、相対回動可能に水平方向に延びる第１アームと、
前記第１アームの回動端と連結された浮体と、
前記浮体に立設された支柱と、
前記支柱に支えられた風車と、
前記浮体上に設置された発電装置と、
前記浮体から延び、前記係留管の海中側を、偏心可能となるように緩衝材を介して遊貫状態で保持する前記第１アームと前記係留管が作る平面内に設けられた第２アームと、
を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the floating offshore wind power generator of the present invention comprises:
A mooring pipe extending in the depth direction and having a lower side connected to the bottom of the water by a mooring line;
A first arm that is connected to the sea side of the mooring pipe via a centering bearing that is the center of inclination of the mooring pipe and the cover body, and extends in a horizontal direction so as to be relatively rotatable;
A floating body connected to the rotating end of the first arm;
A column erected on the floating body;
A windmill supported by the support;
A power generator installed on the floating body;
A first arm extending from the floating body and holding the underwater side of the mooring pipe in a loose state via a buffering material so as to be eccentric; and a second arm provided in a plane formed by the mooring pipe; ,
It is provided with.
また、本発明の浮体式洋上風力発電装置は、上記構成に加えて、前記緩衝材は、中央に前記係留管の下方側を遊貫状態で保持可能な貫通孔が形成されたゴム板であることを特徴とする。 Further, in the floating offshore wind power generator according to the present invention, in addition to the above configuration, the cushioning material is a rubber plate in which a through hole capable of holding the lower side of the mooring pipe in a loose state is formed in the center. It is characterized by that.
また、本発明の浮体式洋上風力発電装置は、上記構成に加えて、前記係留索は、前記係留管の下方から拡径方向に延び、かつ、周方向に均等に複数設けられた連結杆に連結されていることを特徴とする。 In addition to the above-described structure, the floating offshore wind power generator according to the present invention includes a mooring line that extends in a diameter-expanding direction from a lower side of the mooring pipe and is provided with a plurality of connecting rods that are equally provided in the circumferential direction. It is connected.
以上のように、本発明の浮体式洋上風力発電装置によれば、第１アームと係留管とが調心ベアリングを介して連結されているので、係留管は、調心ベアリングを中心として浮体に対して揺動可能となる。また、係留管は、浮体から延びる第２アームによって遊貫状態で偏心可能に保持されているので、浮体に対して揺動を伴って相対回動可能となる。 As described above, according to the floating offshore wind power generator of the present invention, the first arm and the mooring pipe are connected via the aligning bearing. On the other hand, it can swing. Further, the mooring tube is held eccentrically in a loose state by the second arm extending from the floating body, so that it can rotate relative to the floating body with swinging.
また、本発明の浮体式洋上風力発電装置によれば、上記効果に加えて、第２アームがゴム板を介して係留管の下方側を遊貫保持するので、簡易な構成によって偏心作用及び緩衝作用が可能となる。 Further, according to the floating offshore wind power generator of the present invention, in addition to the above effect, the second arm loosely holds the lower side of the mooring pipe through the rubber plate, so that the eccentric action and the buffer can be achieved with a simple configuration. The action becomes possible.
また、本発明の浮体式洋上風力発電装置によれば、上記効果に加えて、係留管の下方から拡径方向に延びる連結杆に係留索が連結されるので、係留管が係留索に対して捩じれた場合であっても、係留索に働く張力が連結杆を元の位置に回動させる力として作用する。これにより、係留管の回転位置を一定の範囲に安定させ、係留索の大きな捩じれを防止できる。 Moreover, according to the floating offshore wind power generator of the present invention, in addition to the above effects, the mooring line is connected to the connecting rod extending in the diameter-expanding direction from the lower side of the mooring pipe. Even when it is twisted, the tension acting on the mooring line acts as a force for rotating the connecting rod to its original position. Thereby, the rotational position of the mooring pipe can be stabilized within a certain range, and the large twisting of the mooring line can be prevented.
以下、本発明の実施の形態に係る浮体式洋上風力発電装置（以下、単に風力発電装置と呼ぶ。）について図を用いて説明する。 Hereinafter, a floating offshore wind power generator (hereinafter simply referred to as a wind power generator) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明の実施の形態に係る風力発電装置１の全体斜視図である。本実施の形態に係る風力発電装置１は、円筒形状の本体２ａの下方に本体２ａより径が小さい円筒形状の下方体２ｂが形成された浮体２を有している。下方体２ｂは、本体２ａより縦方向（深さ方向）の長さが長く、また重量も重く構成されている。このようにすることで、本体２ａの波に対する復元力を大きくしている。この浮体２の上には支柱３が立設されている。 FIG. 1 is an overall perspective view of a wind turbine generator 1 according to an embodiment of the present invention. The wind turbine generator 1 according to the present embodiment includes a floating body 2 in which a cylindrical lower body 2b having a diameter smaller than that of the main body 2a is formed below the cylindrical main body 2a. The lower body 2b is configured to be longer in the vertical direction (depth direction) than the main body 2a and heavier in weight. By doing in this way, the restoring force with respect to the wave of the main body 2a is enlarged. A support column 3 is erected on the floating body 2.
支柱３の上端にはナセル５が設けられ、このナセル５には回転軸４ａを水平方向に向けた風車４が取り付けられている。また、支柱３の下端には、発電装置６が備えられている。このように、本実施の形態に係る風力発電装置１では、発電装置６をナセル５ではなく浮体２部分に搭載することにより浮体２の安定性の向上を図っている。 A nacelle 5 is provided at the upper end of the column 3, and a wind turbine 4 having a rotating shaft 4 a oriented in the horizontal direction is attached to the nacelle 5. A power generation device 6 is provided at the lower end of the column 3. Thus, in the wind turbine generator 1 according to the present embodiment, the stability of the floating body 2 is improved by mounting the power generator 6 on the floating body 2 instead of the nacelle 5.
また、発電装置６を浮体２に設けたことで、発電装置６のメンテナンスが容易に行える。ナセル５内に発電装置６を設けると、波で揺れる支柱３上のナセル５まで登ってメンテナンスを行うこととなり、メンテナンスが容易でなくなる。この浮体２を水面に設置した際の水面の大凡の位置は、浮体２の大径部分の側面に点線で示されている。 Further, since the power generation device 6 is provided on the floating body 2, the power generation device 6 can be easily maintained. When the power generation device 6 is provided in the nacelle 5, the maintenance is performed by climbing to the nacelle 5 on the support column 3 that is swayed by the wave, and the maintenance becomes difficult. The approximate position of the water surface when the floating body 2 is installed on the water surface is indicated by a dotted line on the side surface of the large-diameter portion of the floating body 2.
上記の浮体２の近傍には、水深方向に延びる係留管７が並設されている。係留管７と浮体２とは上下２箇所で繋がっている。このうち、上方の連結構造には、浮体２の本体２ａから水平方向に延びる保持アーム（第１アーム）１６を有している。保持アーム１６は、上面視をした時に、風車４が取付けられた風車４の回転軸４ａと同じ軸上に浮体２に固定して設けられている。言い換えると、浮体２の保持アーム１６の取り付け方向１６ａと、風車４の回転軸４ａは、上面視したときに一致する。 A mooring pipe 7 extending in the water depth direction is juxtaposed in the vicinity of the floating body 2. The mooring tube 7 and the floating body 2 are connected to each other at two locations, upper and lower. Among these, the upper connection structure has a holding arm (first arm) 16 extending in the horizontal direction from the main body 2 a of the floating body 2. The holding arm 16 is fixed to the floating body 2 on the same axis as the rotating shaft 4a of the windmill 4 to which the windmill 4 is attached when viewed from above. In other words, the attaching direction 16a of the holding arm 16 of the floating body 2 and the rotating shaft 4a of the windmill 4 coincide when viewed from above.
この保持アーム１６は、係留管７に対して回転機構部８を介して相対回転可能に連結されている。保持アーム（第１アーム）１６が係留管７で繋がっている箇所は、水面より上である。回転機構部８は機械部品であるので、海中よりも海上にある方が劣化の程度が小さいからである。第１アーム１６は係留管７の海上側にあるといってもよい。 The holding arm 16 is connected to the mooring tube 7 via the rotation mechanism 8 so as to be relatively rotatable. The location where the holding arm (first arm) 16 is connected by the mooring pipe 7 is above the water surface. This is because the rotation mechanism unit 8 is a mechanical part, and therefore the degree of deterioration is smaller when it is at sea than at sea. The first arm 16 may be said to be on the sea side of the mooring pipe 7.
また、係留管７の下方側の連結構造では、浮体２の下方体２ｂの下端から係留管７へ向かって緩衝保持アーム２８（第２アーム）が延びている。この緩衝保持アーム２８は、緩衝材を介して係留管７の下方側を遊貫状態で保持している。緩衝保持アーム２８と係留管７との接続点は海中にある。第２アーム２８は海中側にあるといってもよい。 In the connection structure on the lower side of the mooring tube 7, the buffer holding arm 28 (second arm) extends from the lower end of the lower body 2 b of the floating body 2 toward the mooring tube 7. The buffer holding arm 28 holds the lower side of the mooring pipe 7 in a loose state via a buffer material. The connection point between the buffer holding arm 28 and the mooring pipe 7 is in the sea. It may be said that the second arm 28 is on the underwater side.
また、緩衝保持アーム２８の浮体２への取り付け方向２８ａは、保持アーム１６の取り付け方向１６ａと同じ方向である。したがって、風車４の回転軸４ａと保持アーム１６の取り付け方向１６ａと、緩衝保持アーム２８の取り付け方向２８ａは同じ平面内にある。また、保持アーム１６と緩衝保持アーム２８は、係留管７の回転軸９と同じ平面内にある。つまり、緩衝保持アーム２８は保持アーム１６と係留管７が作る平面内にある。 The mounting direction 28 a of the buffer holding arm 28 to the floating body 2 is the same direction as the mounting direction 16 a of the holding arm 16. Therefore, the rotating shaft 4a of the windmill 4 and the attaching direction 16a of the holding arm 16 and the attaching direction 28a of the buffer holding arm 28 are in the same plane. Further, the holding arm 16 and the buffer holding arm 28 are in the same plane as the rotating shaft 9 of the mooring tube 7. That is, the buffer holding arm 28 is in a plane formed by the holding arm 16 and the mooring tube 7.
係留管７の下端には、連結アーム３４が固定的に設けられている。そして連結アーム３４は、係留索３６によって海底に固定される。ここでは、連結アーム３４は３本の場合を示したが、１本以上であれば本数に限定はされない。 A connecting arm 34 is fixedly provided at the lower end of the mooring pipe 7. The connecting arm 34 is fixed to the seabed by a mooring line 36. Here, the case where there are three connection arms 34 is shown, but the number of connection arms 34 is not limited as long as it is one or more.
このように浮体２は、係留管７との間で、保持アーム１６と緩衝保持アーム２８とで支持されているので、浮体２は、係留管７の中心に一点鎖線で示した回転軸９の周りに相対的に旋回可能となる（旋回方向は図１中に水平面内に延びる湾曲した矢印で示されている。）。また、浮体２は保持アーム１６および緩衝保持アーム２８の回動端に連結されているといっても良い。 Thus, since the floating body 2 is supported by the holding arm 16 and the buffer holding arm 28 between the mooring tube 7, the floating body 2 has the rotating shaft 9 indicated by a one-dot chain line at the center of the mooring tube 7. It is possible to swivel around (the swiveling direction is indicated by a curved arrow extending in a horizontal plane in FIG. 1). Further, it may be said that the floating body 2 is connected to the rotation ends of the holding arm 16 and the buffer holding arm 28.
風力発電装置１は、浮体２上の風車４が回転すると、図示しないシャフトなどの伝達手段によって、浮体２上の発電装置６に回転力を伝える。これによって発電装置６は発電する。発電装置６で発電された電力は、保持アーム１６中に配されたケーブルを伝って、スリップリング１３に伝わる。電力は、スリップリング１３から係留管７中に配設したケーブルに伝わり、海中に配設された埋設ケーブル（図示していない）に伝えられる。このようにして、浮体式洋上風力発電装置１は電力を送信する。 When the wind turbine 4 on the floating body 2 rotates, the wind power generator 1 transmits the rotational force to the power generating apparatus 6 on the floating body 2 by a transmission means such as a shaft (not shown). As a result, the power generation device 6 generates power. The electric power generated by the power generation device 6 is transmitted to the slip ring 13 through a cable arranged in the holding arm 16. The electric power is transmitted from the slip ring 13 to a cable disposed in the mooring pipe 7, and is transmitted to an embedded cable (not shown) disposed in the sea. In this way, the floating offshore wind turbine generator 1 transmits power.
次に、浮体式洋上風力発電装置１の望ましい動作を簡単に説明する。図２は、浮体式洋上風力発電装置１を上方から見た図を示す。係留管７、浮体２、風車４、連結アーム３４および係留索３６は図２（ａ）の関係にあったとする。 Next, a desirable operation of the floating offshore wind power generator 1 will be briefly described. FIG. 2 shows a view of the floating offshore wind power generator 1 as viewed from above. Assume that the mooring pipe 7, the floating body 2, the windmill 4, the connecting arm 34, and the mooring line 36 are in the relationship shown in FIG.
図２（ｂ）を参照して、風Ｗが吹いたとする。浮体２上の風車４は風を受けるため、風車４が固定された浮体２は、係留管７の周囲で旋回する力Ｆｒが生じる。風車４の回転軸は、係留管７と浮体２を接続している保持アーム１６（緩衝保持アーム２８）と同じ軸上に設けられているからである。結果、ナセル５が風上を向くまで浮体２が係留管７の周囲を旋回する。このようにして、風車４は常に風の方向を向いて回転し、発電を行うことができる。 Suppose that the wind W blew with reference to FIG.2 (b). Since the windmill 4 on the floating body 2 receives wind, the floating body 2 to which the windmill 4 is fixed generates a force Fr that turns around the mooring pipe 7. This is because the rotation axis of the windmill 4 is provided on the same axis as the holding arm 16 (buffer holding arm 28) connecting the mooring pipe 7 and the floating body 2. As a result, the floating body 2 turns around the mooring pipe 7 until the nacelle 5 faces the windward. In this way, the windmill 4 can always rotate in the direction of the wind to generate electricity.
ここで問題になるのは、係留管７と浮体２との間の回動時の摩擦係数である。この摩擦係数が大きいと、浮体２は係留管７の周囲を旋回することができず、図２（ａ）の状態のままとなってしまう。つまり、風車４を常に風に向けることができない。 The problem here is the coefficient of friction during rotation between the mooring tube 7 and the floating body 2. When this coefficient of friction is large, the floating body 2 cannot turn around the mooring tube 7 and remains in the state shown in FIG. That is, the windmill 4 cannot always be directed to the wind.
係留管７と浮体２との回転摩擦係数の原因としては、次のようなことが考えられる。係留管７と浮体２は互いに波によって揺動している。そのため、係留管７に対する浮体２の傾きは常に変化する。すると、図１の回転機構部８の部分で摩擦係数が高くなり、係留管７の周囲をスムーズに浮体２が回転できなくなる。そこで本発明に係る風力発電装置１は、係留管７と浮体２との傾きが変化しても互いに回動可能になるような係留管７と浮体２の連結構造を有している。 As a cause of the rotational friction coefficient between the mooring tube 7 and the floating body 2, the following may be considered. The mooring tube 7 and the floating body 2 are swung by waves. Therefore, the inclination of the floating body 2 with respect to the mooring pipe 7 always changes. Then, the friction coefficient becomes high at the portion of the rotation mechanism portion 8 in FIG. 1, and the floating body 2 cannot smoothly rotate around the mooring pipe 7. Therefore, the wind turbine generator 1 according to the present invention has a connection structure of the mooring tube 7 and the floating body 2 that can be rotated relative to each other even if the inclination of the mooring tube 7 and the floating body 2 changes.
この連結構造は、係留管７との間の連結構造体である保持アーム１６の回転機構部８と、緩衝保持アーム２８の緩衝機構部２０に設けられている。 This connection structure is provided in the rotation mechanism portion 8 of the holding arm 16 and the buffer mechanism portion 20 of the buffer holding arm 28, which are connection structures between the mooring pipe 7.
図３を用いて回転機構部８の詳細な構成について説明する。図３には、図１の丸で囲んだ部分Ｘについての一部破断した拡大図が示されている。なお、ここでは、説明の便宜のため、保持アーム１６に付随する細かな支持部材については図示を省略し、保持アーム１６と係留管７との関係が明確になるように表わしている。また、係留管７の内部の配線等の構造も図示を省略している。 A detailed configuration of the rotation mechanism unit 8 will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a partially broken enlarged view of a circled portion X in FIG. Here, for convenience of explanation, a detailed support member attached to the holding arm 16 is not shown, and the relationship between the holding arm 16 and the mooring tube 7 is shown to be clear. Also, the structure of the wiring and the like inside the mooring tube 7 is not shown.
保持アーム１６はカバー体１０の側面に接合されている。このカバー体１０の上面には、ベアリング載置台１７にスラストベアリング１２が設けられていてもよい。スリップリング１３の重量を支えるのに有効だからである。 The holding arm 16 is joined to the side surface of the cover body 10. A thrust bearing 12 may be provided on the bearing mounting table 17 on the upper surface of the cover body 10. This is because it is effective in supporting the weight of the slip ring 13.
スラストベアリング１２は、係留管７とカバー体１０の上面（ベアリング載置台１７）と間の軸方向の摩擦を低減するので好ましい。上側の軌道盤１２ａはフランジブッシュ１１（図４参照）を介して係留管７の側面に固定されている。また、下側の保持器１２ｂはベアリング載置台１７に接合されたドーナツ状の枠板１７ａの枠内に載置されている。スラストベアリング１２が、このように構成されているので、係留管７は保持アーム１６に繋がる浮体２（図１を参照）に対して回転自在となっている。 The thrust bearing 12 is preferable because it reduces friction in the axial direction between the mooring tube 7 and the upper surface of the cover body 10 (bearing mounting table 17). The upper washer 12a is fixed to the side surface of the mooring pipe 7 via a flange bush 11 (see FIG. 4). The lower cage 12 b is placed in a frame of a donut-shaped frame plate 17 a joined to the bearing mounting table 17. Since the thrust bearing 12 is configured in this manner, the mooring tube 7 is rotatable with respect to the floating body 2 (see FIG. 1) connected to the holding arm 16.
ベアリング載置台１７の下面側には、ベアリング固定枠１８がボルトにより固定されている。このベアリング固定枠１８は上枠１８ａと下枠１８ｂとが接合されて構成されている。調心ベアリング１４は、これら上枠１８ａと下枠１８ｂとの間に固定されている。 A bearing fixing frame 18 is fixed to the lower surface side of the bearing mounting table 17 with bolts. The bearing fixing frame 18 is configured by joining an upper frame 18a and a lower frame 18b. The aligning bearing 14 is fixed between the upper frame 18a and the lower frame 18b.
調心ベアリング１４の外輪１４ａはベアリング固定枠１８の上枠１８ａと下枠１８ｂとの間に挟持され、内輪１４ｂは係留管７の側面に固定されている。このように構成されているので、係留管７と保持アーム１６（浮体２）が相対的に揺動した場合（相対的に傾斜した場合）であっても、係留管７と保持アーム１６（浮体２）の回転を妨げることなく、調心ベアリング１４を中心に傾くことができる。 The outer ring 14 a of the aligning bearing 14 is sandwiched between the upper frame 18 a and the lower frame 18 b of the bearing fixing frame 18, and the inner ring 14 b is fixed to the side surface of the mooring pipe 7. Since it is configured in this way, the mooring tube 7 and the holding arm 16 (floating body) even when the mooring tube 7 and the holding arm 16 (floating body 2) are relatively swung (relatively inclined). The centering bearing 14 can be tilted around without disturbing the rotation of 2).
ここで、図４に、回転機構部８を含む構造の中央縦断面図を拡大して示す。係留管７の上端には、浮体２の発電装置６から送られてきた電力を係留管７内の配線等に送るためのスリップリング１３が設けられている（図１を併せて参照）。図４では、係留管７が調心ベアリング１４を中心に下端側が揺動した状態が示されている。 Here, FIG. 4 shows an enlarged central longitudinal sectional view of the structure including the rotation mechanism portion 8. At the upper end of the mooring pipe 7, a slip ring 13 is provided for sending electric power sent from the power generator 6 of the floating body 2 to the wiring in the mooring pipe 7 (see also FIG. 1). FIG. 4 shows a state where the lower end side of the mooring pipe 7 is swung around the aligning bearing 14.
保持アーム１６（図３参照）と固定されたカバー体１０の中心線を二点鎖線５４で示すと共に、傾斜した係留管７の中心位置を一点鎖線５２で示している。つまり、２点鎖線５４は、カバー体１０（保持アーム１６）の傾きを表し、１点鎖線５２は図１で示した係留管７の回転軸９を表す。２点鎖線５４と１点鎖線５２のなす角５０が、係留管７とカバー体１０（これと結合した保持アーム１６および浮体２）とのなす傾きとなる。 The center line of the holding arm 16 (see FIG. 3) and the fixed cover body 10 is indicated by a two-dot chain line 54, and the center position of the inclined mooring pipe 7 is indicated by a one-dot chain line 52. That is, the two-dot chain line 54 represents the inclination of the cover body 10 (holding arm 16), and the one-dot chain line 52 represents the rotating shaft 9 of the mooring tube 7 shown in FIG. An angle 50 formed by the two-dot chain line 54 and the one-dot chain line 52 is an inclination formed by the mooring tube 7 and the cover body 10 (the holding arm 16 and the floating body 2 coupled thereto).
この傾き５０は、調心ベアリング１４を中心として傾く。したがって、浮体２と係留管７が波によって揺動しても、調心ベアリング１４によって、浮体２は係留管７の周囲を回動することができる。 This inclination 50 is inclined about the aligning bearing 14. Therefore, even if the floating body 2 and the mooring pipe 7 are swung by waves, the floating body 2 can be rotated around the mooring pipe 7 by the aligning bearing 14.
なお、カバー体１０と係留管７の傾きは相対的なものなので、カバー体１０は水平（二点鎖線５４は垂直）になっている。また、図４で符号Ｂの部分より上は、係留管７が傾いていない場合を示し、符号Ｂの部分より下は、係留管７が傾いている場合を示している。傾きがよく理解できるように、符合Ｂの部分を連続して記載している。したがって、係留管７が符号Ｂの部分で曲がっているわけではない。 In addition, since the inclination of the cover body 10 and the mooring pipe 7 is relative, the cover body 10 is horizontal (the two-dot chain line 54 is vertical). Further, in FIG. 4, the case where the mooring pipe 7 is not inclined is shown above the portion indicated by the symbol B, and the case where the mooring tube 7 is inclined is shown below the portion where the symbol B is. In order to understand the inclination well, the portion of the symbol B is described continuously. Therefore, the mooring tube 7 is not bent at the portion B.
図３に戻って、スリップリング１３の下端は係留管７の上端に対してゴム管１９によって接続されている。このため、上述のように、係留管７が調心ベアリング１４を中心に揺動した場合であっても、上端の動きはゴム管１９の変形により吸収され、スリップリング１３との接続関係を良好に保つことが可能である。 Returning to FIG. 3, the lower end of the slip ring 13 is connected to the upper end of the mooring tube 7 by a rubber tube 19. For this reason, as described above, even when the mooring tube 7 swings around the aligning bearing 14, the movement of the upper end is absorbed by the deformation of the rubber tube 19, and the connection relationship with the slip ring 13 is good. It is possible to keep on.
続いて、図５に浮体２と係留管７の海中での接続部である緩衝機構部２０の詳細な構成を示す。図５には、図１において係留管７の下方側（海中）にて二点鎖線で囲んだ部分Ｙについて、一部破断した拡大図が示されている。 Next, FIG. 5 shows a detailed configuration of the buffer mechanism 20 which is a connection portion of the floating body 2 and the mooring pipe 7 in the sea. FIG. 5 shows an enlarged view in which the portion Y surrounded by the two-dot chain line on the lower side (underwater) of the mooring tube 7 in FIG. 1 is partially broken.
緩衝機構部２０は筒状のカバー体２２と、このカバー体２２の上方を塞ぐように配置されたゴム板２４（緩衝材）とから構成されている。カバー体２２の側面には図１に示したように、浮体２の下端から延びる緩衝保持アーム２８が接合されている。ゴム板２４の中央には、係留管７が遊貫状態で配置可能な穴が貫通して形成されている。係留管７とゴム板２４との間にはフランジブッシュ２６が介在しており、係留管７とゴム板２４との摺動摩擦を低減する構成となっている。 The buffer mechanism 20 includes a cylindrical cover body 22 and a rubber plate 24 (buffer material) arranged so as to close the upper portion of the cover body 22. A buffer holding arm 28 extending from the lower end of the floating body 2 is joined to the side surface of the cover body 22 as shown in FIG. In the center of the rubber plate 24, a hole is formed through which the mooring tube 7 can be placed in a loose state. A flange bush 26 is interposed between the mooring tube 7 and the rubber plate 24, and the sliding friction between the mooring tube 7 and the rubber plate 24 is reduced.
つまり、フランジブッシュ２６によって緩衝保持アーム２８（浮体２）は、係留管７の周囲を回動することができる。また、緩衝保持アーム２８と係留管７が傾いたとしても、ゴム板２４（緩衝材）が変形し、傾斜した状態を保持する。その結果、緩衝保持アーム２８（浮体２）と係留管７が傾きを持っても、互いに回動可能となる。 That is, the buffer holding arm 28 (floating body 2) can be rotated around the mooring pipe 7 by the flange bush 26. Further, even if the buffer holding arm 28 and the mooring pipe 7 are inclined, the rubber plate 24 (buffer material) is deformed to hold the inclined state. As a result, even if the buffer holding arm 28 (floating body 2) and the mooring pipe 7 are inclined, they can be rotated with respect to each other.
以上のように浮体２と係留管７との間の連結構造体である保持アーム１６の回転機構部８と、緩衝保持アーム２８の緩衝機構部２０は、浮体２から見て係留管７が傾斜したとしても、回転摩擦係数を低く維持することができる。 As described above, the rotation mechanism portion 8 of the holding arm 16 and the buffer mechanism portion 20 of the buffer holding arm 28, which are connecting structures between the floating body 2 and the mooring tube 7, are inclined with respect to the floating body 2. Even so, the rotational friction coefficient can be kept low.
図６には、浮体２と係留管７の関係を示す。なお、浮体２上の支柱３等の構造物は省略している。風力発電装置１（図１を参照）は、風車４が風にあおられたり、係留管７の下方が係留索３６により引張られたり、波で浮体２と係留管７が揺動する、係留管７と浮体２は互いに傾く。図６では浮体２だけが傾いたように示す。１点鎖線５２は、係留管７の回転軸９（図１参照）と平行な線を表す。２点差線５４は、浮体２の中心軸を表す。 FIG. 6 shows the relationship between the floating body 2 and the mooring pipe 7. In addition, structures, such as the support | pillar 3 on the floating body 2, are abbreviate | omitted. The wind turbine generator 1 (see FIG. 1) is a mooring tube in which the windmill 4 is winded, the lower portion of the mooring tube 7 is pulled by the mooring cable 36, or the floating body 2 and the mooring tube 7 are swung by waves. 7 and the floating body 2 are inclined to each other. In FIG. 6, only the floating body 2 is shown tilted. A one-dot chain line 52 represents a line parallel to the rotation axis 9 (see FIG. 1) of the mooring tube 7. A two-point difference line 54 represents the central axis of the floating body 2.
係留管７の下方で浮体２と接続する緩衝保持アーム２８は、この傾きをゴム板２４の変形によって保持する。したがって、浮体２に対して係留管７は調心ベアリング１４を中心に傾く。しかし、調心ベアリング１４とフランジブッシュ２６によって、浮体２と係留管７が傾いても、互いに回動することができる。言い換えると、浮体２は係留管７との間の角度が変化しても（揺動しても）、係留管７の周囲を旋回することができる。 The buffer holding arm 28 connected to the floating body 2 below the mooring pipe 7 holds this inclination by deformation of the rubber plate 24. Therefore, the mooring tube 7 is inclined with respect to the floating body 2 around the aligning bearing 14. However, even if the floating body 2 and the mooring pipe 7 are inclined by the aligning bearing 14 and the flange bush 26, they can be rotated with respect to each other. In other words, the floating body 2 can swivel around the mooring tube 7 even if the angle with the mooring tube 7 changes (swings).
図５を再び参照して、係留管７の下端には連結部３０が取り付けられている。連結部３０の中央には、係留管７の下端を受ける軸端受部３２が設けられている。そして、軸端受部３２の下方位置から係留管７の拡径方向へ拡がるように３本の連結アーム３４が延びている。これら連結アーム３４は互いに１２０度の角度を設けて配置されている。また、連結アーム３４の先端下方には、係留索３６が連結されている。これら係留索３６は、一端が水底に固定される。 Referring to FIG. 5 again, a connecting portion 30 is attached to the lower end of the mooring pipe 7. A shaft end receiving portion 32 that receives the lower end of the mooring pipe 7 is provided at the center of the connecting portion 30. Then, the three connecting arms 34 extend from the lower position of the shaft end receiving portion 32 so as to expand in the diameter increasing direction of the mooring tube 7. These connecting arms 34 are arranged at an angle of 120 degrees with respect to each other. A mooring line 36 is connected to the lower end of the connecting arm 34. One end of these mooring lines 36 is fixed to the bottom of the water.
次に係留索３６と係留管７や浮体２の関係について説明する。図２で述べたように、浮体式洋上風力発電装置１が常に風車４を風の方向に向けることができるためには、浮体２が係留管７の周囲を旋回できることが必要である。しかし、係留管７と浮体２との間の回転摩擦係数が大きいと、浮体２は係留管７の周囲を旋回することができない。一方、係留管７と浮体２との間の回転摩擦係数はゼロにはできない。 Next, the relationship between the mooring line 36 and the mooring pipe 7 or the floating body 2 will be described. As described in FIG. 2, in order for the floating offshore wind turbine generator 1 to always point the windmill 4 in the direction of the wind, it is necessary that the floating body 2 can turn around the mooring pipe 7. However, if the rotational friction coefficient between the mooring tube 7 and the floating body 2 is large, the floating body 2 cannot turn around the mooring tube 7. On the other hand, the rotational friction coefficient between the mooring tube 7 and the floating body 2 cannot be made zero.
図７には、図２同様に浮体式洋上風力発電装置１の上面視の図を示す。図７（ａ）は、風Ｗに向いて風車４が向いている状態を示している。図７（ｂ）を参照して、風向きがＷ１に変わったとする。浮体２は風車４が風から受ける力によって、風の方に向こうとする。つまり、係留管７に対して浮体２が回転しようとする力Ｆｒが生じる。その結果、連結アーム３４と係留索３６のなす角度が変わる。 FIG. 7 is a top view of the floating offshore wind power generator 1 as in FIG. FIG. 7A shows a state where the windmill 4 faces the wind W. Referring to FIG. 7B, assume that the wind direction is changed to W1. The floating body 2 tends to go to the wind by the force that the windmill 4 receives from the wind. That is, the force Fr that the floating body 2 tries to rotate with respect to the mooring tube 7 is generated. As a result, the angle formed by the connecting arm 34 and the mooring line 36 changes.
係留索３６は、重さのある紐状体（鎖）であるので、連結アーム３４と海底の固定点との間で懸垂曲線を描いている。図７（ａ）では、連結アーム３４と係留索３６のなす角度は１８０°であり、係留索３６と係留管７はつりあった状態にある。つまり、この時に係留索３６が描く懸垂曲線が図７(ａ)の拘束条件での係留索３６の最小エネルギー状態であるといえる。 Since the mooring line 36 is a heavy string-like body (chain), a hanging curve is drawn between the connecting arm 34 and a fixed point on the seabed. In FIG. 7A, the angle formed by the connecting arm 34 and the mooring line 36 is 180 °, and the mooring line 36 and the mooring pipe 7 are in a suspended state. In other words, the suspension curve drawn by the mooring line 36 at this time can be said to be the minimum energy state of the mooring line 36 under the constraint condition of FIG.
一方、図７（ｂ）のように、浮体２と係留管７との角度が変化せずに、係留管７が浮体２によって回転されると、係留索３６は全体として持上げられ、上面視では伸びたようになる。係留索３６は、重力によって、最小エネルギー状態に戻ろうとするため、係留索３６には復元力Ｆｔが生じる。上面視では、あたかも係留索３６が縮もうとする力に見える。 On the other hand, as shown in FIG. 7B, when the mooring pipe 7 is rotated by the floating body 2 without changing the angle between the floating body 2 and the mooring pipe 7, the mooring line 36 is lifted as a whole. It seems to have grown. Since the mooring line 36 tries to return to the minimum energy state by gravity, the mooring line 36 has a restoring force Ft. When viewed from above, it appears as if the mooring line 36 is about to contract.
浮体２と係留管７の間には回転摩擦係数が存在する。係留索３６の復元力Ｆｔがこの回転摩擦係数より大きければ、浮体２は係留管７の周囲で旋回し、風車４は風向Ｗ１を向く（図７（ｃ）参照）。 A rotational friction coefficient exists between the floating body 2 and the mooring pipe 7. If the restoring force Ft of the mooring line 36 is larger than this rotational friction coefficient, the floating body 2 turns around the mooring pipe 7, and the windmill 4 faces the wind direction W1 (see FIG. 7C).
回転摩擦係数が大きいと、係留管７と浮体２は固定された状態となり、係留索３６による復元力Ｆｔと、浮体２が係留管７の周囲に回転しようとする力Ｆｒがつりあった状態で浮体２は止まる（図７（ｄ）参照）。 When the rotational friction coefficient is large, the mooring tube 7 and the floating body 2 are fixed, and the floating body is in a state where the restoring force Ft by the mooring line 36 and the force Fr that the floating body 2 tries to rotate around the mooring tube 7 are balanced. 2 stops (see FIG. 7D).
つまり、浮体式洋上風力発電装置１の風車４を常に風に向かせるためには、係留管７と浮体２との間の回転摩擦係数を小さくすると共に、係留索３６の復元力Ｆｔを大きくすることも効果がある。 In other words, in order to keep the wind turbine 4 of the floating offshore wind power generator 1 facing the wind, the rotational friction coefficient between the mooring pipe 7 and the floating body 2 is reduced and the restoring force Ft of the mooring line 36 is increased. It is also effective.
係留索３６の復元力Ｆｔを大きくするには、係留索３６の単位長さ当たりの重量を上げる、本数を増やす。吊り合い時の張力を大きくするといった方策を採用することができる。 In order to increase the restoring force Ft of the mooring line 36, the weight per unit length of the mooring line 36 is increased and the number is increased. Measures such as increasing the tension during suspension can be adopted.
以上のように、本実施の形態に係る風力発電装置１は、係留管７のような長尺部材を用いることにより顕著となる撓みを緩衝機構部２０で緩衝すると共に、回転機構部８に傾動可能な調心ベアリング１４を用いることにより浮体２の係留管７の周囲を旋回する回転動作を妨げることなく風向追従機能を安定した状態に維持することを可能とする。 As described above, the wind turbine generator 1 according to the present embodiment cushions the deflection that becomes prominent by using a long member such as the mooring pipe 7 with the buffer mechanism unit 20 and tilts to the rotation mechanism unit 8. By using a possible aligning bearing 14, it is possible to maintain the wind direction tracking function in a stable state without hindering the rotational motion of turning around the mooring pipe 7 of the floating body 2.
なお、上記の実施の形態では、回転機構部８に調心ベアリング１４とスラストベアリング１２とを組み合わせた構成を例として示した。しかし、少なくとも調心ベアリング１４を設けていれば、係留管７は揺動可能となるので、スラストベアリング１２は必須の構成ではない。また、調心ベアリング１４の代わりにスラスト自動調心ベアリング等を用いても構わない。さらに、スラストベアリング１２の代わりにアキシャル荷重に対して摩擦を低減することができれば、樹脂ベアリングであっても構わない。 In the above embodiment, a configuration in which the rotating mechanism unit 8 is combined with the aligning bearing 14 and the thrust bearing 12 is shown as an example. However, if at least the aligning bearing 14 is provided, the mooring tube 7 can swing, so the thrust bearing 12 is not an essential configuration. Further, instead of the aligning bearing 14, a thrust self-aligning bearing or the like may be used. Furthermore, instead of the thrust bearing 12, a resin bearing may be used as long as friction can be reduced with respect to an axial load.
上記の実施の形態では、係留管７の下端から拡径方向へ延びる連結アーム３４は、周方向に互いに１２０度の角度を設けて３本設けられた構成を例として示した。しかし、複数本設けられていれば、２本でも４本以上でも構わない。少なくとも２本設けられていると、係留索３６は開いた状態で保持することができるので、それぞれの係留索３６から連結アーム３４に働く回転力成分を大きく設定することが可能である。 In the above-described embodiment, a configuration in which three connection arms 34 extending in the diameter increasing direction from the lower end of the mooring pipe 7 are provided at an angle of 120 degrees in the circumferential direction is shown as an example. However, two or four or more may be provided as long as a plurality of them are provided. If at least two are provided, the mooring lines 36 can be held in an open state, so that the rotational force component acting on the connecting arm 34 from each mooring line 36 can be set large.
また、上記の実施の形態では、係留索３６を連結する連結部３０を、拡径方向へ延びる棒状部材（連結アーム３４）で構成する例を示した。しかし、係留管７から拡径方向へ離間した位置に係留索３６を連結することができる形状であれば、板状部材でも構わない。 Moreover, in said embodiment, the example which comprises the connection part 30 which connects the mooring rope 36 with the rod-shaped member (connection arm 34) extended in a diameter expansion direction was shown. However, a plate-like member may be used as long as the mooring line 36 can be connected to a position spaced apart from the mooring pipe 7 in the diameter increasing direction.
また、上記の実施の形態では、連結アーム３４は、係留管７の拡径方向において同一水平面上に配置される構成を例として示した。しかし、これら複数の連結アーム３４は異なる水平面上に設けられていても構わない。 Moreover, in said embodiment, the connection arm 34 showed as an example the structure arrange | positioned on the same horizontal surface in the diameter expansion direction of the mooring pipe 7. FIG. However, the plurality of connecting arms 34 may be provided on different horizontal planes.
また、上記の実施の形態では、緩衝機構部２０の緩衝材としてゴム板２４が用いられた構成を例として示した。しかし、係留管７を遊貫状態で保持できると共に、緩衝機能を有する構成であれば、スプリング等を緩衝材として用いても構わない。 Further, in the above-described embodiment, the configuration in which the rubber plate 24 is used as the buffer material of the buffer mechanism unit 20 is shown as an example. However, as long as the mooring tube 7 can be held in a loose state and has a buffer function, a spring or the like may be used as the buffer material.
また、上記の実施の形態では、緩衝保持アーム２８が浮体２の下端から延びている構成を例として示した。しかし、緩衝機構部２０が係留管７の下端側を保持できる構成であれば、浮体２側には下端以外の位置に連結されていても構わない。 In the above embodiment, the buffer holding arm 28 extends from the lower end of the floating body 2 as an example. However, as long as the buffer mechanism 20 can hold the lower end side of the mooring pipe 7, the floating body 2 side may be connected to a position other than the lower end.
本発明は、洋上風力発電に好適に利用できる。 The present invention can be suitably used for offshore wind power generation.
１ 浮体式洋上風力発電装置
２ 浮体
３ 支柱
４ 風車
５ ナセル
６ 発電装置
７ 係留管
８ 回転機構部
９ 回転軸
１０ カバー体
１１ フランジブッシュ
１２ スラストベアリング
１２ａ 軌道盤
１２ｂ 保持器
１３ スリップリング
１４ 調心ベアリング
１４ａ 外輪
１４ｂ 内輪
１６ 保持アーム（第１アーム）
１７ ベアリング載置台
１７ａ 枠板
１８ ベアリング固定枠
１８ａ 上枠
１８ｂ 下枠
１９ ゴム管
２０ 緩衝機構部
２２ カバー体
２４ ゴム板（緩衝材）
２６ フランジブッシュ
２８ 緩衝保持アーム（第２アーム）
３０ 連結部
３２ 軸端受部
３４ 連結アーム（連結杆）
３６ 係留索
１００ 風力発電装置
１０１ 風車
１０２ 基体部
１０３、１０４ 浮体
１０５ 支柱
１０６ ナセル部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Floating type offshore wind power generator 2 Floating body 3 Prop 4 Windmill 5 Nacelle 6 Power generator 7 Mooring pipe 8 Rotating mechanism part 9 Rotating shaft 10 Cover body 11 Flange bush 12 Thrust bearing 12a Bearing disc 12b Cage 13 Slip ring 14 Aligning bearing 14a Outer ring 14b Inner ring 16 Holding arm (first arm)
17 Bearing mounting base 17a Frame plate 18 Bearing fixed frame 18a Upper frame 18b Lower frame 19 Rubber tube 20 Buffer mechanism 22 Cover body 24 Rubber plate (buffer material)
26 Flange bush 28 Buffer holding arm (second arm)
30 connecting portion 32 shaft end receiving portion 34 connecting arm (connecting rod)
36 Mooring line 100 Wind power generator 101 Windmill 102 Base part 103, 104 Floating body 105 Post 106 Nacelle part
Claims (3)
前記係留管の海上側に前記係留管とカバー体の傾斜の中心となる調心ベアリングを介して連結され、相対回動可能に水平方向に延びる第１アームと、
前記第１アームの回動端と連結された浮体と、
前記浮体に立設された支柱と、
前記支柱に支えられた風車と、
前記浮体上に設置された発電装置と、
前記浮体から延び、前記係留管の海中側を、偏心可能となるように緩衝材を介して遊貫状態で保持する前記第１アームと前記係留管が作る平面内に設けられた第２アームと、
を備えたことを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。 A mooring pipe extending in the depth direction and having a lower side connected to the bottom of the water by a mooring line;
A first arm that is connected to the sea side of the mooring pipe via a centering bearing that is the center of inclination of the mooring pipe and the cover body, and extends in a horizontal direction so as to be relatively rotatable;
A floating body connected to the rotating end of the first arm;
A column erected on the floating body;
A windmill supported by the support;
A power generator installed on the floating body;
A first arm extending from the floating body and holding the underwater side of the mooring pipe in a loose state via a buffering material so as to be eccentric; and a second arm provided in a plane formed by the mooring pipe; ,
A floating offshore wind turbine generator characterized by comprising:
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