JP5200098B2

JP5200098B2 - 風力発電装置

Info

Publication number: JP5200098B2
Application number: JP2010507163A
Authority: JP
Inventors: 智裕沼尻; 義弘藤岡; 敦史今長
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: US8215912B2; KR20130026501A; CN102753820A; US20110293425A1; JPWO2011099132A1; CA2696973C; AU2010201363A1; CA2696973A1; WO2011099132A1; BRPI1000006A2; EP2535576A1

Description

本発明は、風車翼のピッチ角度を可変とするピッチ制御機構を備えた風力発電装置に係り、特に、風車翼の翼旋回輪軸受に用いられる潤滑油の給脂及び排脂系統（構造）を改善した風力発電装置に関する。

風力発電装置は、風車翼を備えたロータヘッドが風力を受けて回転し、この回転を増速機により増速するなどして駆動される発電機により発電する装置である。
上述したロータヘッドは、風車用タワー（以下、「タワー」と呼ぶ）上に設置されてヨー旋回可能なナセルの端部に取り付けられ、略水平な横方向の回転軸線周りに回転可能となるように支持されている。

通常の風力発電装置は、風速に応じて風車翼のピッチ角を変化させるピッチ制御装置を備えている。このピッチ制御装置は、風速に応じて各風車翼を最適なピッチ角に設定し、ロータヘッドの回転速度を制御するための装置である。
上述したピッチ制御装置により風車翼のピッチ角を調整可能とするため、風車翼をロータヘッドに対して回動可能に支持する翼旋回輪軸受が用いられている。この翼旋回輪軸受には、内輪と外輪との間に転動体（ボールベアリングやローラ等）を配設した転がり軸受が採用されている。

上述した翼旋回輪軸受には、軸受摺動部の潤滑を行う潤滑油（グリース）が供給されている。潤滑油の供給にはロータヘッド内に設置された自動給脂装置が使用され、劣化した潤滑油は給脂により押し出され、排脂としてロータヘッド内のリザーバタンクへ回収されるようになっている。
また、下記の特許文献１には、制御装置により給脂ポンプを制御させてノズルからグリースを吐出させることにより、自動かつ非接触で給脂する風車の自動給脂が記載されている。

特開２００６−３３６５４８号公報

ところで、上述した従来の風力発電装置においては、翼旋回輪軸受の潤滑に使用する潤滑油を自動給脂装置により供給しているが、劣化した使用後の潤滑油（排脂）については、翼旋回輪軸受から押し出すようにして、ロータヘッド内のリザーバタンク内に回収するだけである。すなわち、従来の風力発電装置は、潤滑油供給用として自動給脂装置のポンプを備えているが、リザーバタンクに排脂を強制的に回収するための手段は特になく、従って、排脂の全量を確実に回収することは困難であった。

リザーバタンクに回収されなかった潤滑油は、翼旋回輪軸受のオイルシールから外部へ漏れることも考えられるため、風車翼の翼旋回輪軸受に用いられる潤滑油の給脂及び排脂系統においては、排脂の回収を確実に行うことが求められている。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、風車翼の翼旋回輪軸受に用いられている潤滑油の給脂及び排脂系統を改善し、排脂を確実に回収できるようにした風力発電装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の風力発電装置は、風車翼に風力を受けて回転するロータヘッドがナセルの内部に設置された発電機を駆動して発電し、前記ナセルが基礎上に立設されたタワーの上端部に設置されるとともに、前記風車翼と前記ロータヘッドとの間に設置された翼旋回輪軸受を介して前記風車翼のピッチ角を調整可能とするピッチ制御機構を備えている風力発電装置において、前記ロータヘッドの内部に給排脂装置を設け、該給排脂装置が、給脂タンク内の潤滑油をポンプで圧送して前記翼旋回輪軸受に供給する給脂装置と、前記翼旋回輪軸受から排脂を強制的に吸引して回収する排脂装置とを備え、前記排脂装置は、前記翼旋回輪軸受から潤滑油を吸引して回収するバキュームポンプと、回収した排脂を貯蔵する、気体部分を備えたリザーバタンクと、前記翼旋回輪軸受から前記バキュームポンプを介して前記リザーバタンクまで接続する排脂流路とを具備し、前記リザーバタンクは、前記ロータヘッドの回転軸中心近傍に配置され、前記バキュームポンプは、前記リザーバタンクの前記気体部分に位置されていることを特徴とするものである。

このような風力発電装置によれば、ロータヘッドの内部に給排脂装置を設け、該給排脂装置が、給脂タンク内の潤滑油をポンプで圧送して翼旋回輪軸受に供給する給脂装置と、翼旋回輪軸受から排脂を強制的に吸引して回収する排脂装置とを備え、排脂装置は、翼旋回輪軸受から潤滑油を吸引して回収するバキュームポンプと、回収した排脂を貯蔵する、気体部分を備えたリザーバタンクと、翼旋回輪軸受からバキュームポンプを介してリザーバタンクまで接続する排脂流路とを具備し、リザーバタンクは、ロータヘッドの回転軸中心近傍に配置され、バキュームポンプは、リザーバタンクの気体部分に位置されているので、翼旋回輪軸受に給脂装置から新しい潤滑油を自動的に供給するとともに、翼旋回輪軸受から使用済みの劣化した潤滑油を自動的に回収することが可能になる。すなわち、風力を受けて回転しているロータヘッド内において、新しい潤滑油をポンプで圧送して翼旋回輪軸受まで確実に供給するとともに、劣化した使用済みの潤滑油を強制的に吸引して翼旋回輪軸受から確実に回収することができる。また、リザーバタンクがロータヘッドの回転軸中心近傍に配置され、かつ、バキュームポンプがリザーバタンクの気体部分に位置されることとしたので、リザーバタンクの気体部分にスムーズに排脂することができる。

また、上記の発明において、前記給排脂装置は、前記給脂装置と前記排脂装置とが同期して運転されることが好ましく、これにより、潤滑油の供給及び排脂の回収をスムーズに行うことができる。

また、上記の発明において、風力発電装置は、タイマーを更に備え、前記タイマーが設定時間を超えた場合、前記給排脂装置が運転されることとしてもよい。
また、上記の発明において、風力発電装置は、前記ロータヘッドの累積回転数が所定値を超えた場合、前記給排脂装置が運転されることとしてもよい。
このようにすることで、高所で回転するロータヘッドまで作業員が行かなくても翼旋回軸受に対する給脂及び排脂を自動的に行うことができる。

上述した本発明の風力発電装置によれば、風力を受けて回転しているロータヘッドの内部に給排脂装置を設けたことにより、新しい潤滑油をポンプで圧送して翼旋回輪軸受まで確実に供給するとともに、劣化した使用済みの潤滑油を強制的に吸引して翼旋回輪軸受からリザーバタンクへ確実に回収できるようになる。この結果、風車翼のピッチ角を調整可能に支持している翼旋回輪軸受は、潤滑油の給脂及び排脂系統が改善されて排脂の回収も確実に行われるようになり、従って、排脂が翼旋回輪軸受のオイルシールから外部へ漏出することを防止または抑制できる。

本発明に係る風力発電装置の一実施形態として、翼旋回輪軸受用潤滑油の給排脂装置を示すロータヘッドの断面図である。図１の給排脂装置について、給脂及び排脂の系統例を示す系統図である。風力発電装置の概要を示す側面図である。

以下、本発明に係る風力発電装置について、その一実施形態を図面に基づいて説明する。
図３に示す風力発電装置１は、基礎Ｂ上に立設される風車用タワー（以下では「タワー」と呼ぶ）２と、タワー２の上端に設置されるナセル３と、略水平な横方向の回転軸線周りに回転可能に支持されてナセル３の前端部側に設けられるロータヘッド４とを有している。

ロータヘッド４には、その回転軸線周りに放射状にして複数枚（たとえば３枚）の風車翼５が取り付けられている。これにより、ロータヘッド４の回転軸線方向から風車翼５に当たった風の力が、ロータヘッド４を回転軸線周りに回転させる動力に変換されるようになっている。
ナセル３の外周面適所（たとえば上部等）には、周辺の風速値を測定する風速計や、風向を測定する風向計等が設置されている。

すなわち、風力発電装置１は、風車翼５に風力を受けて略水平な回転軸線周りに回転するロータヘッド４がナセル３の内部に設置された発電機（不図示）を駆動して発電するとともに、ナセル３が基礎Ｂ上に立設されたタワー２の上端部に設置されてヨー旋回可能となっている。
なお、図示のタワー２は鋼製のモノポール式とされ、複数に分割したタワーセクションのフランジ（不図示）を接続することにより、必要な長さ（高さ）を確保した円筒タワーとなる。

また、上述した風力発電装置１は、たとえば図１に示すように、風車翼５とロータヘッド４との間に設置された翼旋回輪軸受１０を介して、風車翼５のピッチ角を調整可能としたピッチ制御機構（装置）を備えている。このピッチ制御機構は、自然現象である風の状況に応じて、すなわち、常に変動している風速に応じて各風車翼５のピッチ角を適宜調整し、ピッチ角を最適値に設定してロータヘッド４の回転速度を制御するための装置である。
上述したピッチ制御装置は、図示しない油圧機構等を駆動源にして、風車翼５を所望の方向に回動させてピッチ角を調整するものである。このため、風車翼５は、ロータヘッド４に対し翼旋回輪軸受１０を介して回動自在に支持されている。

翼旋回輪軸受１０には、外輪１１と内輪１２との間にボールベアリングやローラ等の転動体１３を挟持した構成の転がり軸受が採用されている。
図示の構成例では、外輪１１がロータヘッド４側に固定され、内輪１２に連結された風車翼５が外輪１１及びロータヘッド４に対して回動可能となっている。また、内輪１２及び風車翼５のスムーズな回動を維持するため、たとえば転動体１３の外周面及びその接触面である外輪１１及び内輪１２の摺動面等には、潤滑油としてグリースが供給されている。このグリースは、図示しないシール構造により所定の領域から漏出しないようにシールされている。

さて、上述した翼旋回輪軸受１０の潤滑を行うため、すなわち、翼旋回輪軸受１０に対する潤滑油の供給（給脂）及び排脂の回収（排脂）を行うため、ロータヘッド４の内部に給排脂装置２０を設けてある。この場合の排脂は、翼旋回輪軸受１０の潤滑に使用されて劣化した潤滑油を意味しており、最終的に廃棄処分されるものである。

本実施形態の給排脂装置２０は、図１及び図２に示すように、後述する給脂装置３０及び排脂装置４０を備えている。
給脂装置３０は、給脂タンク３１内の潤滑油を給脂ポンプ３２で圧送して翼旋回輪軸受１０へ自動的に供給する装置である。給脂ポンプ３２は、給脂出口配管３３を介して分配器３４と連結され、さらに、分配器３４から分岐している複数の給脂配管３５を介して翼旋回輪軸受１０の給脂箇所に連結されている。
図示の構成例では、ロータヘッド４に３枚の風車翼５が取り付けられており、さらに、各風車翼５の翼旋回輪軸受１０に対して給脂箇所が４箇所ずつ設けられているので、合計１２本の給脂配管３５が分配器３４から分岐して設けられているが、これに限定されるものではない。

排脂装置４０は、翼旋回輪軸受１０から排脂を強制的に吸引して回収する装置である。この排脂装置４０は、翼旋回輪軸受１０から潤滑油を吸引して回収するバキュームポンプ４１と、回収した排脂を貯蔵するリザーバタンク４２と、各翼旋回輪軸受１０からバキュームポンプ４１を介してリザーバタンク４２まで接続する排脂流路を形成する排脂配管４３とを具備している。
図示の構成例では、各風車翼５の翼旋回輪軸受１０に対して排脂箇所が４箇所ずつ設けられているので、合計１２本の排脂配管４３をまとめて１台のバキュームポンプ４１に接続しているが、これに限定されるものではない。

バキュームポンプ４１で吸引した排脂は、１本のリザーバタンク４２に回収されるが、このリザーバタンク４２は、ロータヘッド４の回転軸中心ＣＬ近傍に配置されている。
なお、上述した給脂ポンプ３２及びバキュームポンプ４１は電動ポンプを使用することが望ましく、風力発電装置１が接続する電力系統から電力の供給を受けてもよいし、風力発電装置１で発電した電力の一部を使用して駆動してもよいし、あるいは、専用の太陽電池システム等を設置して駆動用の電力を得てもよい。

このように構成された風力発電装置１は、ロータヘッド４の内部に給排脂装置２０を設け、給脂タンク３１内の潤滑油を給脂ポンプ３２で圧送して翼旋回輪軸受１０に供給し、バキュームポンプ４１が翼旋回輪軸受１０から排脂を強制的に吸引してリザーバタンク４２に回収するので、翼旋回輪軸受１０に給脂装置３０から新しい潤滑油を自動的に供給するとともに、翼旋回輪軸受１０から排脂を自動的に回収することができる。
従って、風力を受けて回転するロータヘッド４内に給排脂装置２０を設置しても、新しい潤滑油を給脂ポンプ３１で圧送して翼旋回輪軸受１０まで確実に供給し、かつ、劣化した使用済みの潤滑油（排脂）をバキュームポンプ４１で強制的に吸引し、翼旋回輪軸受１０からリザーバタンク４２まで確実に回収することができる。

特に、排脂を回収するリザーバタンク４２は、ロータヘッド４が回転する回転軸中心ＣＬの近傍に配置されているので、ロータヘッド４が回転しても常にバキュームポンプ４１を気体部分に位置させることができる。このため、排脂の回収は、各風車翼５の翼旋回輪軸受１０から略均等に行われ、全体としてより確実な排脂回収が可能になる。
なお、上述した排脂装置４０の設置場所は回転するロータヘッド４内であるから、たとえばオイルパンのような簡易な回収装置では、回転に伴って上下が常に逆転するため、確実な排脂回収は困難である。

また、上述した給排脂装置２０は、給脂装置３０と排脂装置４０とが同期して運転されることにより、潤滑油の供給及び排脂の回収をスムーズに行うことができる。すなわち、給脂ポンプ３２の圧送及びバキュームポンプ４１の吸引は、両ポンプの同時運転により互いに妨げられるようなことはなく、従って、両ポンプの同時運転は、潤滑油及び排脂に同方向の流れを形成するので、相乗効果によるスムーズな給脂及び排脂が可能となる。

上述した給排脂装置２０の運転は、たとえばタイマーが設定時間を超えた場合、あるいは、ロータヘッド４の累積回転数が所定値を超えた場合等に所定時間実施されるものであり、高所で回転するロータヘッド４まで作業員が行かなくても翼旋回輪軸受１０に対する給脂及び排脂を自動的に行うことができる。

このように、本実施形態の風力発電装置１によれば、風力を受けて回転しているロータヘッド４の内部に給排脂装置２０を設けたので、新しい潤滑油を給脂ポンプ３２で圧送して翼旋回輪軸受１０まで確実に供給（給脂）するとともに、劣化した使用済みの潤滑油を強制的に吸引して翼旋回輪軸受１０からリザーバタンク４２へ確実に回収する排脂が可能となる。
この結果、風車翼５のピッチ角を調整可能に支持している翼旋回輪軸受１０は、潤滑油の給脂及び排脂系統が改善されて排脂の回収も確実に実施可能となる。従って、風力発電装置１においては、翼旋回輪軸受１０のオイルシールから排脂が外部へ漏出することを防止または抑制できる。

すなわち、翼旋回輪軸受１０で使用する潤滑油の排脂を確実に回収でき、翼旋回輪軸受１０のオイルシールから漏出する潤滑油も減少するので、たとえばロータヘッド４の回転により排脂が風力発電装置１の周囲へ飛散するような問題を解消することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

１風力発電装置
２風車用タワー
３ナセル
４ロータヘッド
５風車翼
１０翼旋回輪軸受
２０給排脂装置
３０給脂装置
３１給脂タンク
３２給脂ポンプ
４０排脂装置
４１バキュームポンプ
４２リザーバタンク
４３排脂配管（排脂流路）

Claims

風車翼に風力を受けて回転するロータヘッドがナセルの内部に設置された発電機を駆動して発電し、前記ナセルが基礎上に立設されたタワーの上端部に設置されるとともに、前記風車翼と前記ロータヘッドとの間に設置された翼旋回輪軸受を介して前記風車翼のピッチ角を調整可能とするピッチ制御機構を備えている風力発電装置において、
前記ロータヘッドの内部に給排脂装置を設け、該給排脂装置が、給脂タンク内の潤滑油をポンプで圧送して前記翼旋回輪軸受に供給する給脂装置と、前記翼旋回輪軸受から排脂を強制的に吸引して回収する排脂装置とを備え、
前記排脂装置は、前記翼旋回輪軸受から潤滑油を吸引して回収するバキュームポンプと、回収した排脂を貯蔵する、気体部分を備えたリザーバタンクと、前記翼旋回輪軸受から前記バキュームポンプを介して前記リザーバタンクまで接続する排脂流路とを具備し、
前記リザーバタンクは、前記ロータヘッドの回転軸中心近傍に配置され、
前記バキュームポンプは、前記リザーバタンクの前記気体部分に位置されている風力発電装置。
前記給排脂装置は、前記給脂装置と前記排脂装置とが同期して運転される請求項１に記載の風力発電装置。
タイマーを更に備え、
前記タイマーが設定時間を超えた場合、前記給排脂装置が運転される請求項１または２に記載の風力発電装置。
前記ロータヘッドの累積回転数が所定値を超えた場合、前記給排脂装置が運転される請求項１または２に記載の風力発電装置。