JP5057344B2 - 風力タービンに重量部品を巻き上げるための方法とシステム - Google Patents

Description

本発明は、内部の重量部品の取り扱いを伴う作業、特に交換又は修理のための重量部品の巻き上げ及び巻き下げを伴う風力タービン上での作業を行うための方法及びシステムに関する。
更に、第一の巻き上げ手段が永久的に取り付けられたナセルフレームを含むナセルフレームアセンブリが提供される。

発電機、ギアボックス、変圧器といった、風力タービン内の重量部品は、一般に、陸上及び海上クレーンによって取り扱われる。前記クレーンは大きく嵩張るので、部品を風力タービンのナセルフレームから巻き下げ、またナセルフレームに巻き上げて戻すのに十分に効率的であるとは言えない。こういったクレーンは高価であるので、取り扱うべき複数の部品を有する各風力タービンに利用できるクレーンの数は少ない。その結果、風力タービンが作業する場所にクレーンを運搬することが通常必要となり、クレーンのレンタル費用とは別に追加の運搬費用が生じる。

ナセルフレームにクレーンを設けることによってこういった問題を解決しようとする試みが提案されている。しかしながら、フレームに取り付けられたクレーンは、フレームに固定するのが困難であり、風力タービンの重量部品、例えば発電機の取り扱い時にバランスを保つのが難しい。
風力タービンのナセルフレームにウインチを設ける、特許文献１に記載のような他の解決策も提案されている。前記特許では、ケーブルによって重量部品を風力タービンから巻き下げるため、及び風力タービンへ巻き上げるために、自由に支持されたウインチがナセルフレームのキャリッジ上に設けられる。
この目的で使用されるウインチは、使用時の高荷重に耐えるように非常に重くしなければならず扱いにくいため、資本集約的である。
ＥＰ１５７７５５０号

本発明は、風力タービン上で、該風力タービン上の重量部品の取り扱いを伴う作業を行うための方法を提供する。更に、当該方法の実行に適した巻き上げ手段及びウインチを含むシステムが提供される。本発明による風力タービン用のナセルフレームアセンブリも提供される。
上述したように、本風力タービンは、ナセルフレームと、ナセルフレームに永久的に取り付けられた第一の巻き上げ手段とを備える。該第一の巻き上げ手段は軽量で、１，０００ｋｇ程度の部品を持ち上げることができる。

本発明の方法は、第一の巻き上げ手段によってナセルフレーム上に第二の巻き上げ手段を巻き上げる段階を含む。該第二の巻き上げ手段は、第一の巻き上げ手段よりも強力で、例えば９，０００ｋｇ程度の部品を持ち上げることができる。
本発明の一つの態様によると、第一の巻き上げ手段又は第二の巻き上げ手段、或いは両方は、動力巻き上げ機である。本明細書において動力巻き上げ機とは、部品を巻き上げ及び牽引するための機械的利点を得るために設けられた滑車及びチェーン、ロープ又はワイヤ等のシステムを用いる任意の複数の装置である。動力巻き上げ機は例えば、油圧又は電動チェーンブロック、ワイヤロープホイスト等であってよい。

本発明の方法によると、その後、第二の巻き上げ手段をナセルフレームに取り外し可能に取り付ける段階、次いで第二の巻き上げ手段を用いて重量部品の取り扱いを伴う作業を行う段階、及び第二の巻き上げ手段をナセルフレームから取り外し、それを第一の巻き上げ手段によって巻き下げる段階が行われる。

本発明の一実施態様によると、第二の巻き上げ手段をナセルフレームから取り外す前に、更に別の段階が実行される。この段階は、クレーン手段を巻き上げ、前記クレーン手段を風力タービンのナセルフレームに取り外し可能に取り付けることからなる。特に、クレーン手段は、ナセルフレームの、発電機の風車ブレードが設けられる部分の反対側の、フレーム後方部分に取り付けられる。
当該クレーン手段は、第二の巻き上げ手段と協働するように設けられ、本発明の手順のさらなる段階でウインチを昇降するために使用される。

本明細書においてウインチとは、一又は複数のチェーン、ケーブル又はロープが一重に又は複数回に亘って巻かれた、平らな又は溝付きの巻き上げドラムを有する装置を意味する。本発明は、ケーブルが一重に巻かれた動力溝付きドラムを特に使用する。ウインチは、四輪駆動のバイレイル走行トロリーに取り付けられる。
一部の実施態様において、前記ウインチは、ナセルフレームへの取り付け用の連結構造を備える。一実施態様において、ウインチは、第二の巻き上げ手段によって巻き上げられる。
続いてウインチは、風力タービンのナセルフレームの、特に後方部分に、取り外し可能に取り付けられる。

次いで、本発明の更に別の段階において、ナセルフレーム上に設けられたレイル上に、前記フレームに沿って移動可能にウインチを取り付けることができる。ウインチは、ナセルフレームの下部に形成された一つの開口部のほぼ上に来るまで移動される。次いで、ウインチによって重量部品をそこから降ろし、その後前記ウインチによって新しい部品又は修理済みの部品をナセルフレームへ再び巻き上げて戻すことができる。新しい部品又は修理済みの部品が風力タービンに取り付けられた後、ウインチ、クレーン手段及び第二の巻き上げ手段は分解されてナセルフレームから降ろされる。

本発明は更に、重量部品の取り扱いを伴う風力タービン上での作業を行うためのシステムを提供する。本風力タービンは、ナセルフレーム、前記ナセルフレームに永久的に取り付けられた第一の巻き上げ手段、第一の巻き上げ手段によってナセルフレーム上に巻き上げられる第二の巻き上げ手段、及び第二の巻き上げ手段によってナセルフレームに巻き上げられる、風力タービンの重量部品の取り扱いに適したウインチを備える。
一実施態様において、前記システムの第一及び第二の巻き上げ手段の少なくとも一つは、動力巻き上げ機である。

本発明によると、風力タービン用のナセルフレームアセンブリが更に提供され、前記アセンブリは、ナセルフレーム、及びナセルフレームに永久的に取り付けられた第一の巻き上げ手段を備え、ナセルが風力タービン上に配置されているとき重量部品の取り扱いを伴う作業を行うために、第一の巻き上げ手段によってナセルフレームに巻き上げられて、ナセルフレームに一時的に取り付けられるのに適した第二の巻き上げ手段を更に備えることを特徴とする。
ナセルフレームアセンブリの一実施態様において、前記第一及び第二の巻き上げ手段の少なくとも一つは、動力巻き上げ機である。

本ナセルフレームアセンブリは、ナセルが風力タービンに配置されているとき重量部品の取り扱いを伴う作業を行うために、ナセルフレーム上に巻き上げられて一時的に取り付けられるのに適したウインチを備えることができる。

本発明は、三つの巻き上げ手段、即ち、第一及び第二の動力巻き上げ機及びウインチを利用する。一つの特定の実施例において、第一の巻き上げ手段は、架空電動チェーンブロック、具体的には架空電動シングルチェーンブロックとすることができる。第二の巻き上げ手段はフック電動チェーンブロックであってよく、ウインチは、バイレイル電動ワイヤロープホイスト、バイレイル電動ウインチホイスト、及び走行トロリーウインチホイストから選択された一つであってよい。

こういった、一方が他方より強力な複数の巻き上げ手段を利用することによって、第一の、永久的に取り付けられた巻き上げ手段が不要に大型化することを避けることができる。第一の動力巻き上げ機は、各風力タービンに取り付けられた装置である。本発明の方法によって、重量を抑えた構成要素又はアセンブリを効率的に取り扱い、ナセルへ巻き上げること及びナセルから巻き下げることが可能となる。費用効率的な方法を実現するために、永久的に取り付けられた第一の動力巻き上げ機はウインチを巻き上げる機能を持たず、よって中程度の動力巻き上げ機が使用される。二つの巻き上げ手段しか使用しない場合、第一の動力巻き上げ機は大型となり、その結果、全体としてのアセンブリ及び方法が各風力タービンについて資本集約的となる。動力巻き上げ機及びウインチの費用は、多数の風力タービンで分担することができる。動力巻き上げ機は、低重量で小型なので、全てを一度に巻き上げ、ナセル内部の限られた空間内で無理なく快適に取り扱い、且つ組み立て作業を必要とせずに対応する位置に設置することができる。

本発明による風力タービンの部品を取り扱うためのシステムの特定の一実施態様を、添付図面を参照して単なる非限定的な実施例として以下に説明する。

特定の実施態様の詳細な説明
風力タービン上で、発電機１００、ギアボックス２００又は変圧器（図示せず）等の重量部品の取り扱いを伴う作業を行うためのシステムが、添付図面に示されている。以下に説明するシステムにより行われるこのような取り扱い作業は、例えば、交換又は修理のために部品１００、２００（又は風力タービン内の他の重量部品）を昇降させることとすることができる。

図示したナセルフレーム１は、風力タービン（図示せず）の風車ブレードが設けられている前方部分Ａ、及び前記前方部分Ａの反対側の後方部分Ｂを有する。
ナセルフレーム１は、上部部材又はレイル１ａと、下部部材１ｂとを有する金属構造で形成される。風力タービンの重量部品１００、２００等の少なくとも一部がナセルフレーム１の構造を通過できるように、前記下部部材１ｂに下方開口部２が形成される。

第一の軽量の巻き上げ手段３は、キャリッジ３ａによってナセルフレーム１の上方部分に永久的に取り付けられている。第一の巻き上げ手段３は例えば、前記キャリッジ３ａにおいて横方向に移動させることができる油圧又は電力式動力巻き上げ機であってよい。また、キャリッジ３ａは、ナセルフレーム１の開口部２上にほぼ一直線に並べて配置できるように、ナセルフレーム１の上方部分に沿って縦方向に移動させることができる。第一の動力巻き上げ機３は吊り下げ手段３ｂを備え、１，０００ｋｇ程度の部品を持ち上げることができる。

第二の巻き上げ手段４が更に設けられる。第二の巻き上げ手段４も、例えば、油圧又は電力式動力巻き上げ機、好適にはチェーンブロックであってよい。第二の動力巻き上げ機４は、第一の動力巻き上げ機３よりも強力で、９，０００ｋｇ程度の更に重い部品を持ち上げることができる。第一の動力巻き上げ機３の吊り下げ手段３ｂは、第二の動力巻き上げ機４の巻き上げに適している。第二の動力巻き上げ機４は、風力タービンのナセルフレーム１の後方部分Ｂに取り外し可能に取り付けられる。第二の動力巻き上げ機４は駆動チェーン６ｄを含む。

更に、クレーン手段６がナセルフレーム１の後方部分Ｂに設けられる。クレーン手段６は、一端がナセルフレーム１の前方部分Ａに接続されているテンションワイヤ６ａを有する。テンションワイヤ６ａは、例えばテンションワイヤ６ａの張力を調節するための歯及び歯止め機構のような引っ張り手段６ｂを備える。クレーン手段６は更に、ナセルフレーム１の後方部分に取り付けられたクレーンアーム又はジブ６ｃを含み、これは滑車６ｅ、６ｆ間を走る第二の動力巻き上げ機４のチェーン６ｄを支える。前記チェーン６ｄの一端６ｇはウインチ５を巻き上げるように構成され、もう一方の端部６ｈは第二の動力巻き上げ機４に接続されている。

ウインチ５は、例えば３０，０００ｋｇ程度と可搬重量が更に大きい。該ウインチは、ナセルフレーム１の後方部分Ｂに取り付けられるように構成された連結構造５ａ、及び部品１００、２００を巻き上げるためのワイヤロープリール５ｂを備える。ウインチ５はまた、後述するように、ナセルフレーム１のレイル１ａに沿って移動可能に構成される。

上述したシステムによって風力タービン内の部品１００、２００を取り扱うための方法は以下の通りである。
例えばナセルフレーム１から発電機１００を降ろす場合、本発明の方法によると、第二の動力巻き上げ機４（図２参照）及びクレーン手段６が、地上の作業場から第一の動力巻き上げ機３によって巻き上げられる。第二の動力巻き上げ機４及びクレーン手段６の両方が、ナセルフレーム１の後方部分Ｂに取り付けられる（図４及び５参照）。その際、第二の動力巻き上げ機４はフレーム開口部２を通過し、次いでナセルフレーム１の後方部分Ｂへと移動させられる。

ウインチ５は、該ウインチ５の連結構造５ａの接続アーム５ｃ、５ｄが、ナセルフレーム１構造の後方部分Ｂと対向する（図７参照）まで、第二の動力巻き上げ機４と協働する（図６参照）クレーン手段６によってナセルフレーム１へと巻き上げられる。次いで、ウインチ５の連結構造５ａは、ナセルフレーム１の当該後方部分Ｂに取り外し可能に取り付けられた状態になる。本明細書に記載の本発明による方法の他の実施態様では、ウインチ５は、第二の動力巻き上げ機４によってナセルフレーム１へと直接巻き上げられる。

ウインチ５は、フレームの後方部分Ｂに取り外し可能に取り付けられた後、その連結構造５ａから外され、図８に示したように開口部２とほぼ一直線上に並ぶまで、ナセルフレーム１の後方部分Ｂから前方部分Ａへと上部部材１ａ上を移動させられる。
したがって、三つの巻き上げ手段（第一の動力巻き上げ機３、第二のチェーン動力巻き上げ機４及びウインチ５）が使用され、これらは全て好適には電動であり、且つ順々に動作する。ウインチ５は、ナセルの重量部品（例えば発電機１００）の取り扱いに使用される。請求項に記載の方法では、一つの巻き上げ手段が別の巻き上げ手段によって巻き上げられる。

次いで、図９に示したように、発電機１００は、ウインチ５のワイヤロープ５ｅの一端に連結され、新しい発電機又は修理済みの発電機１００がナセルフレーム１へと再び巻き上げられるように、地上に降ろされる。
新しい発電機又は修理済みの発電機１００が風力タービンに取り付けられた後、ウインチ５、第二の動力巻き上げ機４及びクレーン手段６はナセルフレーム１から取り外され、降ろされる。

上述した取り扱い作業のための方法はまた、例えばギアボックス２００及び変圧器（図示せず）等の、風力タービンの他の重量部品の昇降にも利用することができる。
先に述べたように、取り扱う重量部品１００、２００は開口部を通過するので、取り扱い作業用の全面開放デッキを必要としない。ナセルデッキにウインチの巻き上げケーブルが通過できる小さな中央フリンジが必要とされるだけである。ウインチ５は、ナセルフレームと一体形成されたレイル１ａを通り、デッキ外部に取り付けられる。よって、ウインチ５の移動を可能にするためにデッキ全体を開放する必要がない。

請求の範囲にまとめた本発明の本質を変更しない限り、本明細書に記載の風力タービン及びナセルフレームアセンブリの部品を取り扱うための方法及びシステムに、適宜修正を加えることができる。

本発明の方法によるシステムを用いて修理又は交換される風力タービンの重量部品を内部に有するナセルフレームを示す立面図である。 本発明の方法によるシステムを用いて修理又は交換される風力タービンの重量部品を内部に有するナセルフレームを示す立面図である。 本発明の方法によるシステムを用いて修理又は交換される風力タービンの重量部品を内部に有するナセルフレームを示す立面図である。 本発明の方法によるシステムを用いて修理又は交換される風力タービンの重量部品を内部に有するナセルフレームを示す立面図である。 本発明の方法によるシステムを用いて修理又は交換される風力タービンの重量部品を内部に有するナセルフレームを示す立面図である。 本発明の方法によるシステムを用いて修理又は交換される風力タービンの重量部品を内部に有するナセルフレームを示す立面図である。 本発明の方法によるシステムを用いて修理又は交換される風力タービンの重量部品を内部に有するナセルフレームを示す立面図である。 本発明の方法によるシステムを用いて修理又は交換される風力タービンの重量部品を内部に有するナセルフレームを示す立面図である。 本発明の方法によるシステムを用いて修理又は交換される風力タービンの重量部品を内部に有するナセルフレームを示す立面図である。

Claims (9)

1. ナセルフレーム（１）、及びナセルフレーム（１）に永久的に取り付けられた第一の巻き上げ手段（３）を備えた風力タービン上で重量部品（１００；２００）の取り扱いを伴う作業を行うための方法であって、
   第一の巻き上げ手段（３）よりも強力な第二の巻き上げ手段（４）を、第一の巻き上げ手段（３）によってナセルフレーム（１）上に巻き上げる段階、
   第二の巻き上げ手段（４）をナセルフレーム（１）に取り外し可能に取り付ける段階、
   第二の巻き上げ手段（４）を用いて重量部品（１００；２００）の取り扱いを伴う作業を行う段階、及び
   ウインチ（５）を第二の巻き上げ手段（４）によってナセルフレーム（１）上に巻き上げてナセルフレーム（１）に取り外し可能に取り付ける段階、を含み、
   前記ウインチ（５）を、風力タービンの重量部品（１００；２００）を取り扱うために利用することを特徴とする方法。
2. 第二の巻き上げ手段（４）を、ナセルフレーム（１）から取り外して、第一の巻き上げ手段（３）によって巻き下げる段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
3. クレーン手段（６）を巻き上げて、当該クレーン手段（６）をナセルフレーム（１）に取り外し可能に取り付ける段階を更に含む、請求項１または２に記載の方法。
4. ウインチ（５）を、第二の巻き上げ手段（４）及びクレーン手段（６）を用いて巻き上げる、請求項３に記載の方法。
5. ウインチ（５）を、ナセルフレーム（１）上に設けられたレイル（１ａ）上に、前記フレーム（１）に沿って移動可能に取り付ける、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. ウインチ（５）を、ナセルフレーム（１）への取り付けのための連結構造（５ａ）と共にナセルフレーム（１）上に巻き上げる、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記風力タービンの重量部品（１００；２００）の少なくとも一部がナセルフレーム（１）の構造を通過できるように、前記ナセルフレーム（１）の下部部材に下方開口部（２）が形成される、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. ナセルフレーム（１）、及び前記ナセルフレーム（１）に永久的に取り付けられた第一の巻き上げ手段（３）を備えた風力タービン上で重量部品（１００；２００）の取り扱いを伴う作業を行うためのシステムであって、
   第一の巻き上げ手段（３）によってナセルフレーム（１）に巻き上げられる第二の巻き上げ手段（４）、及び、第二の巻き上げ手段（４）によってナセルフレーム（１）上に巻き上げられ、且つ風力タービンの重量部品（１００；２００）の取り扱いに適したウインチ（５）を備えることを特徴とする、システム。
9. ナセルフレーム（１）、及びナセルフレーム（１）に永久的に取り付けられた第一の巻き上げ手段（３）を備えた風力タービン用ナセルフレームアセンブリであって、
   ナセルフレーム（１）が風力タービン上に配置されているとき、重量部品（１００；２００）の取り扱いを伴う作業を行うために、第一の巻き上げ手段（３）によってナセルフレーム（１）に巻き上げられてナセルフレーム（１）に一時的に取り付けられるのに適した第二の巻き上げ手段（４）、及び
   ナセルフレーム（１）が風力タービン上に配置されているとき、重量部品（１００；２００）の取り扱いを伴う作業を行うために、第二の巻き上げ手段（４）によってナセルフレーム（１）に巻き上げられ、ナセルフレーム（１）に一時的に取り付けられるのに適したウインチ（５）を更に備えることを特徴とする、ナセルフレームアセンブリ。

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