JP2013534590A

JP2013534590A - タワー構造物

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Publication number: JP2013534590A
Application number: JP2013518963A
Authority: JP
Inventors: スティースデールヘンリク
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2013-09-05
Anticipated expiration: 2030-11-04
Also published as: DK2558714T3; WO2012007069A1; JP5738408B2; BR112013000784B1; EP2558714B1; US9249597B2; CN102971526A; BR112013000784A2; EP2558714A1; US20130104489A1

Abstract

特に風車用のタワー構造物は、軸方向に配置された多数の中空で円筒状のタワーセクション（１）を有し、各タワーセクション（１）は、周方向に配置された、交互に位置する多数の第１及び第２のタワーセクションセグメント（２，３）を有する。

Description

本発明は、特に風車用のタワー構造物に関する。

特に風車タワー用のタワー構造物は、直径及び高さに関して大型の構造物である。これにより、陸上及び洋上の用途のための多くの異なるタワー構造物が知られ、これらのタワー構造物は、構造上の設計、すなわち例えば基礎構造物への結合形式、例えば直線的、円錐形又は段状円錐形であってよい基本的形状、それぞれの中空で円筒状の軸方向で位置合わせされたタワーセクションの数及び寸法、結合手段などについて異なる。

特に風力エネルギの分野において、再生可能エネルギに対する関心の高まりは、風車の寸法を増大させており、したがって、それぞれのタワー構造物もより大型化しており、今日では、タワー構造物は、材料の使用及びメイクスパンの両方に関して風車のトータルコストの大きな経済的要因を成している。さらに、寸法が増大すると、それぞれのタワー構造物の構成部材の製造、搬送及び取扱いに関して困難を生じる場合がある。

したがって、本発明の課題は、特に製造、搬送性及び取扱いに関して、改良されたタワー構造物を提供することである。

これは、多数の軸方向に配置された中空の円筒状のタワーセクションを有し、各タワーセクションは、多数の周方向に配置された交互に位置する第１及び第２のタワーセクションセグメントを含む、上述のようなタワー構造物によって達成される。

このタワー構造物は、実質的にタワー構造物の高さ及び基本的形状を形成する多数の軸方向に配置された中空で円筒状のタワーセクションから成る。この場合、多くの形状が考えられ、すなわち、タワー構造物は、例えば実質的に円形の横断面を有してよく、この場合、タワー構造物の直径は、高さが高まるにつれて減少し、その結果円錐形を形成していてよい。さらに、他に、タワー構造物の高さが高まるにつれてテーパした特に多角形の横断面も可能である。

タワーセクションによるタワー構造物の鉛直方向の分割の他に、タワー構造物はさらに周方向で分割されている。なぜならば、各タワーセクションは、多数の周方向に配置された交互に位置する第１及び第２のタワーセクションセグメントを有するからであり、これらの第１及び第２のタワーセクションセグメントは、タワー構造物の基本的な構成部材と見なされてよい。このような形式において、主に高さ及び直径に関するタワー構造物の構造的設計は、基本的に、各タワーセクションの半径方向及び軸方向の寸法を形成する第１及び第２のタワーセクションセグメントの数及び寸法に依存し、したがって、タワーセクションの数に応じて、全体としてのタワー構造物の半径方向及び軸方向の寸法が決定される。

つまり、本発明のタワー構造物は、基本的に第１及び第２のタワーセクションセグメントの数及び寸法によって決定される多くの異なるタワー設計に適したフレキシブルな構造的設計を提供する。なぜならば、タワーセクションを構成する第１及び第２のタワーセクションセグメントの交互の配列、及びそれぞれのタワーセクションの互いに上下の軸方向の配列は、常に同じだからである。

さらに、タワー構造物の基本的な構成部材、すなわち第１及び第２のタワーセクションセグメントは、比較的に容易に製造、搬送されかつ取り扱われる。

各タワーセクションには、周方向で、それぞれの交互に位置する第１及び第２のタワーセクションセグメントの重なり合う部分が設けられており、この場合、重なり合う部分の寸法は、軸方向で増大していることが好ましい。この配置は、それぞれのタワーセクション及びタワー構造物全体の円錐形を生じる。この場合、交互に配置された第１及び第２のタワーセクションセグメントのそれぞれの結合部分の良好な機械的安定性が提供され、この結合部分は、主に、軸方向上方に増大する、それぞれの周方向に提供された重なり合う部分によって形成されている。

この場合、それぞれの重なり合う部分は、結合手段、特にボルト接合部及び／又は溶接接合部によって互いに固定されていてよい。もちろん、第１及び第２のタワーセクションセグメントのそれぞれの周方向で当接する重なり合う部分の適切かつ十分に安定した機械的結合部を提供するその他の結合手段も適用可能である。

第１及び第２のタワーセクションセグメントは矩形であることが好ましい。これは、それぞれの第１及び第２のタワーセクションセグメントの製造、搬送及び取扱いに関する大きな利点につながる。なぜならば、第１及び第２のタワーセクションセグメントは、それぞれの金属プレートから容易に切断され、金属プレートの幅が、第１又は第２のタワーセクションセグメントそれぞれの幅又は長さを決定するからである。同様に、切断コスト及び廃棄材料が減じられる。さらに、矩形は、通常、それぞれの第１及び第２のタワーセクションセグメントの積み重ねやすさと、標準的な搬送コンテナによる搬送とを可能にし、すなわち、極めて特殊な機器は搬送のために不要であり、その結果、搬送コストを減じる。例外的な場合、第１及び第２のタワーセクションセグメントは、台形又はその他の形状を成していてもよい。

発明の別の実施の形態において、タワーセクションの第１及び第２のタワーセクションセグメントは、同じ高さを有するが、異なる幅を有する。これは、第１及び第２のタワーセクションセグメントの幾何学的な相違を意味する。

この場合、第１のタワーセクションセグメントの幅は、各タワーセクション全体に亘って一定であり、第２のタワーセクションセグメントの幅は、各タワーセクション全体に亘って減少していることが好ましい。このような形式において、軸方向上方で位置合わせされるタワーセクションの横断面又は寸法は、タワー構造物の上部に向かって減少しており、その結果、タワーセクション及びタワー構造物全体のテーパした円錐形を生じる。さらに、この特徴は、第１のタワーセクションセグメントの製造に関する肯定的な効果を有する。なぜならば、第１のタワーセクションセグメントの寸法は、タワー構造物全体に亘って基本的に一定であり、すなわち、第１のタワーセクションセグメントは、タワーセクション全体に亘って同じ若しくは均一な寸法を有し、これにより、タワー構造物全体は、本発明のタワー構造物のさらに単純化された製造プロセスにつながるからである。

第１のタワーセクションセグメントは、別の第１のタワーセクションセグメントに軸方向で結合されてよく、第２のタワーセクションセグメントは、別の第２のタワーセクションセグメントに軸方向で結合されてよい。すなわち、本発明のタワー構造物の構造的設計は、周方向で交互に位置する第１及び第２のタワーセクションセグメントと、鉛直方向若しくは軸方向で位置合わせされた第１又は第２のタワーセクションセグメントとから成り、すなわち、第１のタワーセクションセグメントは、軸方向で当接する別の第１のタワーセクションセグメント上に配置され、第２のタワーセクションセグメントは、軸方向で当接する別の第２のタワーセクションセグメント上に配置される。これにより、第１及び第２のタワーセクションセグメントはそれぞれ互いに上下に配置される。

少なくとも１つの第１及び第２のタワーセクションセグメントが、それぞれの軸方向自由端部に配置された、別の第１及び第２のタワーセクションセグメントと結合するための少なくとも１つの結合部分を有する場合、有利である。結合部分は、別の第１又は第２のタワーセクションセグメントそれぞれと軸方向で当接するための安全かつ確実な結合部位を提供する。これは、隣接し合って配置されるタワーセクションの容易な組立てにもつながる。なぜならば、結合部分は、互いに上下のそれぞれの第１及び第２のタワーセクションセグメントの適切な配置に貢献する支持構造として働いてもよいからである。

この場合、少なくとも１つの結合部分が、それぞれの第１及び／又は第２のタワーセクションセグメントのそれぞれの軸方向自由端部に配置されている場合が好ましい。このような形式において、軸方向で隣接し合って配置される第１又は第２のタワーセクションセグメントの結合容易性がさらに高められる。なぜならば、対応する結合部分の係合が可能であるからである。

したがって、少なくとも１つの結合部分は、タワー構造軸線に関してそれぞれの第１及び／又は第２のタワーセクションセグメントの半径方向外側に配置されており、少なくとも１つの結合部分は、タワー構造軸線に関してそれぞれの第１及び／又は第２のタワーセクションセグメントの半径方向内側に配置されていることが好ましい。このような形式において、結合部分は、下流に配置される第１又は第２のタワーセクションセグメントの適切な取付けのための案内手段としても働いてよく、これにより、第１又は第２のタワーセクションセグメントを軸方向で結合する正確な順序を決定する。

隣接する第１又は第２のタワーセクションセグメントの結合部分は、ボルト接合部及び／又は溶接接合部によって結合されてよい。同様に、例外的な場合、隣接する第１又は第２のタワーセクションセグメントの安全かつ確実な機械的接合を提供する別の結合手段も考えられる。

結合部分は、それぞれの第１及び／又は第２のタワーセクションセグメントに予め取り付けられていることができる。つまり、結合部分と、それぞれの第１又は第２のタワーセクションセグメントは、別の第１又は第２のタワーセクションセグメントそれぞれに結合される用意がなされた予め取り付けられた構成部材を提供し、これにより、タワー構造物の建設プロセスを単純化する。結合部分を予め取り付けることは、少数のボルトによって行われてよい。もちろん、結合部分は、それぞれの第１又は第２のタワーセクションセグメントと一体に構成されていてもよい。

結合部分は好適には継目板として構成されている。もちろん、耳、目板、又はその他のあらゆるタイプの板状部材のようなあらゆるタイプの結合部分も考えられる。この場合、継目板の幅は、様々であるか、又は第１及び第２のタワーセクションセグメントのそれぞれの重なり合う部分に適応させられていてよい。

本発明の別の好適な実施の形態において、少なくとも１つの第１及び／又は第２のタワーセクションセグメントは、少なくとも１つの、少なくとも部分的に軸方向に延びた曲がり部を有する。曲がり部は、好適には、容易に製造される小さな角度の曲がり部であり、これにより、それぞれの第１又は第２のタワーセクションセグメントの加工が、特に、複雑な曲げ工具を必要とすることなく、さらに迅速かつ容易に行われる。さらに、曲がり部は、それぞれの第１又は第２のタワーセクションセグメントの積み重ねやすさにも貢献する。

さらに、本発明は、上記タワー構造物を有する風車に関する。したがって、本発明の風車の下側部分、つまり風車タワーには、高い構造の柔軟性と、製造、搬送及び取扱いに関する利点とが提供されている。

本発明の別の利点及び詳細は、発明の好適な実施の形態の以下の詳細な説明及び原理図から導き出すことができる。

タワーセクションの斜視図である。第１及び第２のタワーセクションセグメントの斜視図である。第１のタワーセクションセグメントの平面図である。第２のタワーセクションセグメントの平面図である。第１及び第２のタワーセクションセグメントの重なり合う部分の切り取り図である。第１及び第２のタワーセクションセグメントの重なり合う部分の切り取り図である。第１及び第２のタワーセクションセグメントの重なり合う部分の切り取り図である。第１及び第２のタワーセクションセグメントの正面図である。第２のタワーセクションセグメントの軸方向配置の分解図である。

図１は、風車の明確に示されていないタワー構造物のタワーセクション１の斜視図を示している。中空で円筒状のタワーセクション１は、タワー構造物を建設するために別のタワーセクション１に軸方向で連結されてよく、典型的なタワー構造物は、例えば軸方向で位置合わせされる８つのタワーセクション１を有してよい。これにより、それぞれのタワーセクション１の直径又は横断面に応じて、タワー構造物は、例えば直線的又は円錐形であってよい。

タワーセクション１は、交互の配列で、多数の周方向に配置された第１のタワーセクションセグメント２と第２のタワーセクションセグメント３とから成り、第１のタワーセクションセグメント２は、タワー構造物の鉛直方向軸線に関して、半径方向外側の位置を有し、第２のタワーセクションセグメント３は、半径方向内側の位置を有する。もちろん、第１及び第２のタワーセクションセグメント２，３の逆の配置も可能である。

タワーセクション１には、周方向で、それぞれの交互に位置する矩形の第１及び第２のタワーセクションセグメント２，３の重なり合う部分４が提供されており、重なり合う部分４の寸法は軸方向で増大している（重なり合う部分４の下側部分の幅ｄ₁が重なり合う部分４の上側部分の幅ｄ₂よりも小さいことを示す図５から図７までを参照されたい）。それぞれの重なり合う部分４、ひいては交互に位置する第１及び第２のタワーセクションセグメント２，３の結合は、例えばボルト５によって提供されている。

特に図２〜図４から分かるように、第１及び第２のタワーセクションセグメント２，３は、同じ高さを有するが、幅が異なる。さらに、第１のタワーセクションセグメント２は均一な形状を有し、基本的にタワー構造物全体に亘って同じ寸法を有するのに対し、第２のタワーセクションセグメント３は、より狭くなっており、つまりタワーセクション１ごとに幅が小さくなっている。

図２は、代表的な第１及び第２のタワーセクションセグメント２，３を示しており、第１のタワーセクションセグメント２は前列に配置されており、第２のタワーセクションセグメント３は後列に配置されている。この場合、それぞれがタワー構造物のそれぞれのタワーセクション１のために使用される８対の第１及び第２のタワーセクションセグメント２，３は、左から右へ組み立てられ、その結果、タワー構造物は、軸方向に配置された８つのタワーセクション１から成る。すなわち、多数の左側の第１及び第２のタワーセクションセグメント２，３は、底部タワーセクションにおいて使用され、多数のそれに続く第１及び第２のタワーセクションセグメント２′，３′は、それに続く軸方向のより高いレベルに配置される後続のタワーセクションのために使用される。

好適にはハイクラス鋼グレードから形成された第１及び第２のタワーセクションセグメント２，３の両方は、軸方向に延びた低角度曲がり部６を有する。したがって、第１及び第２のタワーセクションセグメント２，３は、容易に製造され、最小限の加工しか必要としない。なぜならば、第１及び第２のタワーセクションセグメントは、基本的形状を得るために金属板から切断され、さらに、主としてボルトであるそれぞれの結合手段用のボア若しくは孔と、曲がり部６とが提供されるだけでよいからである。

特に図７から分かるように、第１のタワーセクションセグメント２は、軸方向で別の第１のタワーセクションセグメント２に結合され、第２のタワーセクションセグメント３は、軸方向で別の第２のタワーセクション３に結合される。この場合、それぞれの第１及び／又は第２のタワーセクションセグメント２，３の軸方向自由端部は、継目板７の形状の結合部を有する。継目板７は、予め取り付けられた構成部材であってよく、この場合、事前の取付けは、多数の小さなボルト又は同様のものによって行われてよい。上側の継目板７は、タワー構造物の軸線に関してそれぞれの第１及び／又は第２のタワーセクションセグメント２，３の半径方向内側に配置されており、下側の継目板７は、タワー構造物の軸線に関してそれぞれの第１及び／又は第２のタワーセクションセグメント２，３の半径方向外側に配置されている。もちろん、継目板７の逆の配置も可能である。

それぞれの第１及び第２のタワーセクションセグメント２，３の重なり合う部分４の寸法は均一ではなく、軸方向で増大しているので、主に継目板７の幅である寸法は、好適にはそれに適応させられている（図９参照）。つまり、軸方向上側の継目板７は、より小さな幅を有してよく、これにより、それぞれの第１又は第２のタワーセクションセグメント２，３は、継目板７が互いに当接する程度に重なるようにしている。

図９は、それぞれの第２のタワーセクションセグメント３の軸方向配置を分解図で示しており、それぞれの対応する半径方向外側及び内側の継目板７は、軸方向自由端部の領域において第２のタワーセクションセグメント３のそれぞれの外面又は内面に当接する支持体として働く。言い換えれば、継目板７は、第２のタワーセクションセグメント３のそれぞれの軸方向自由端部に部分的に重なり、すなわち係合してよい。安全かつ機械的に安定した結合を提供するために、ボルト（図示せず）が使用される。同じことが、それぞれの第１のタワーセクションセグメント２の軸方向結合にも当てはまる。

第１のタワーセクションセグメント２の例示的な寸法に関して、典型的な幅は約１２５０ｍｍであってよい。第２のタワーセクションセグメント３は、下側のタワーセクション１において約１５００ｍｍの幅を有してよく、例えばそれぞれの後続のタワーセクション１のために約１５０ｍｍだけ幅が減少させられていてよい。第１及び第２のタワーセクションセグメント２，３の高さは、例えば約１２０００ｍｍであってよく、つまり第１及び第２のタワーセクションセグメント２，３は、標準的な搬送コンテナに容易に取り付けられる。本発明のタワーは、底部において約５０００ｍｍ、上部において約２５００ｍｍの直径を有してよい。

Claims

特に風車用のタワー構造物であって、軸方向に配置された多数の中空で円筒状のタワーセクション（１）を有し、各タワーセクション（１）は、周方向に配置された、交互に位置する多数の第１のタワーセクションセグメント及び第２のタワーセクションセグメント（２，３）を有することを特徴とする、タワー構造物。
各タワーセクション（１）には、周方向で、それぞれの交互に位置する第１のタワーセクションセグメント及び第２のタワーセクションセグメント（２，３）の重なり合う部分（４）が設けられており、該重なり合う部分（４）の寸法は、軸方向で増大している、請求項１記載のタワー構造物。
それぞれの重なり合う部分（４）は、結合手段、特にボルト接合部（５）及び／又は溶接接合部によって互いに固定される、請求項２記載のタワー構造物。
前記第１のタワーセクションセグメント及び前記第２のタワーセクションセグメント（２，３）は、矩形である、請求項１から３までのいずれか１項記載のタワー構造物。
１つのタワーセクション（１）の前記第１のタワーセクションセグメント及び前記第２のタワーセクションセグメント（２，３）は、同じ高さを有するが、異なる幅を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載のタワー構造物。
前記第１のタワーセクションセグメント（２）の幅は、各タワーセクション（１）に亘って一定であり、前記第２のタワーセクションセグメント（３）の幅は、各タワーセクション（１）に亘って減少している、請求項１から５までのいずれか１項記載のタワー構造物。
前記第１のタワーセクションセグメント（２）は、軸方向で別の第１のタワーセクションセグメント（２）に結合され、前記第２のタワーセクションセグメント（３）は、軸方向で別の第２のタワーセクションセグメント（３）に結合される、請求項１から６までのいずれか１項記載のタワー構造物。
少なくとも１つの第１のタワーセクションセグメント及び第２のタワーセクションセグメント（２，３）は、それぞれの軸方向自由端部に配置された、別の第１のタワーセクションセグメント及び別の第２のタワーセクションセグメント（２，３）と結合するための少なくとも１つの結合部分を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載のタワー構造物。
前記少なくとも１つの結合部分は、それぞれの第１のタワーセクションセグメント及び／又は第２のタワーセクションセグメント（２，３）のそれぞれの軸方向自由端部に配置されている、請求項８記載のタワー構造物。
前記少なくとも１つの結合部分は、タワー構造物軸線に関してそれぞれの第１のタワーセクションセグメント及び／又は第２のタワーセクションセグメント（２，３）の半径方向外側に配置されており、前記少なくとも１つの結合部分は、タワー構造物軸線に関してそれぞれの第１のタワーセクションセグメント及び／又は第２のタワーセクションセグメント（２，３）の半径方向内側に配置されている、請求項９記載のタワー構造物。
隣接する第１のタワーセクションセグメント又は第２のタワーセクションセグメント（２，３）の前記結合部分は、ボルト接合部及び／又は溶接接合部によって結合される、請求項８から１０までのいずれか１項記載のタワー構造物。
前記結合部分は、それぞれの第１のタワーセクションセグメント及び／又は第２のタワーセクションセグメント（２，３）に予め取り付けられる、請求項８から１１までのいずれか１項記載のタワー構造物。
前記結合部分は、継目板（７）として構成されている、請求項８から１２までのいずれか１項記載のタワー構造物。
少なくとも１つの第１のタワーセクションセグメント及び／又は第２のタワーセクションセグメント（２，３）は、少なくとも１つの、少なくとも部分的に軸方向に延びた曲がり部（６）を有する、請求項１から１３までのいずれか１項記載のタワー構造物。
請求項１から１４までのいずれか１項記載のタワー構造物を有する風車。