(57)【要約】   本発明は、外側および内側を有し、少なくとも部分的に、予備製作された金属壁部品から構成された風力タービン用タワーであって、各壁部分が、該タワーの外側方向で外側に面した表面、および該タワーの内側方向で内側に面した表面を有する、実質的に四角形部分を含んでなり、該部分が、上縁部、底縁部、第一側方縁部および第二側方縁部を有し、該第一側方縁部が、該第一側方縁部の長さの少なくとも一部に沿って第一フランジを備え、該第二側方縁部が、該第二側方縁部の長さの少なくとも一部に沿って第二フランジを備えている、風力タービン用タワーに関する。
2007520653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービン（１）用タワー（４）であって、タワー（４）が外側（４’）および内側（４”）を有し、前記タワーが、少なくとも部分的に、予備製作された金属壁部品（５）から構成されてなり、各壁部分が、前記タワーの前記外側方向で外側に面した表面（７）および前記タワーの前記内側方向で内側に面した表面（８）を有する実質的に四角形部分（６）を含んでなり、前記部分が、上縁部（９）、底縁部（１０）、第一側方縁部（１１）および第二側方縁部（１２）を有し、前記第一側方縁部（１１）が、前記第一側方縁部（１１）の長さの少なくとも一部に沿って第一フランジ（１３）を備え、前記第二側方縁部（１２）が、前記第二側方縁部（１２）の長さの少なくとも一部に沿って第二フランジ（１４）を備える、タワー（４）。
【請求項２】
前記予備製作された金属壁部品（５）の前記第一フランジ（１３）および前記第二フランジ（１４）が、前記タワーの前記内側（４”）に向かって伸びる、請求項１に記載の風力タービン（１）用タワー（４）。
【請求項３】
前記予備製作された金属壁部品（５）が、ある高さおよびある幅を有し、前記予備製作された金属壁部品（５）の少なくとも２個の高さが、前記底縁部（１０）の幅より約２．５倍大きく、好ましくは５倍以上大きく、より好ましくは１０倍以上大きい、請求項１または２に記載の風力タービン（１）用タワー（４）。
【請求項４】
前記予備製作された金属壁部品（５）の前記第一フランジ（１３）が、隣接する予備製作された金属壁部品（５）の前記第二フランジ（１４）に固定手段（１７）により取り付けられ、好ましくは前記固定手段（１７）が、ナットおよびボルトを含んでなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の風力タービン（１）用タワー（４）。
【請求項５】
前記予備製作された金属壁部品（５）の前記実質的に四角形部分（６）が、好ましくは実質的に長方形であり、前記第一側方縁部（１１）の長さが前記第二側方縁部（１２）の長さにほぼ等しく、前記底縁部（１０）が前記上縁部（９）の長さにほぼ等しいか、または前記予備製作された金属壁部品（５）の前記実質的に四角形部分（６）が、実質的に台形であり、前記第一側方縁部（１１）の長さが前記第二側方縁部（１２）の長さにほぼ等しく、前記底縁部（１０）が前記上縁部（９）よりも長い、請求項１〜５のいずれか一項に記載の風力タービン（１）用タワー（４）。
【請求項６】
前記タワー（４）が、実質的に輪状の、好ましくは実質的に円形の水平断面を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の風力タービン（１）用タワー（４）。
【請求項７】
前記予備製作された金属壁部品（５）の前記実質的に四角形部分（６）が湾曲している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の風力タービン（１）用タワー（４）。
【請求項８】
前記予備製作された金属壁部品（５）の前記四角形部分（６）が実質的に平らであり、好ましくは前記予備製作された金属壁部品（５）の前記実質的に四角形部分（６）が、前記予備製作された金属壁部品（５）の前記底縁部（１０）と前記上縁部（９）との間の方向で少なくとも一個の曲がりを含んでなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の風力タービン（１）用タワー（４）。
【請求項９】
前記第一フランジ（１３）が、追加の第一フランジ（１５）を備える、および／または前記第二フランジ（１４）が、追加の第二フランジ（１６）を備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の風力タービン（１）用タワー（４）。
【請求項１０】
前記第一フランジ（１３）および／または前記第二フランジ（１４）が、前記予備製作された金属壁部品（５）の前記実質的に四角形部分（６）の前記内側に面した表面（８）に向かって少なくとも部分的に折り戻され、前記第一フランジ（１３）および／または前記第二フランジ（１４）の厚さを少なくとも部分的に二倍にする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の風力タービン（１）用タワー（４）。
【請求項１１】
前記予備製作された金属壁部品（５）が、鋼製部品、好ましくは高強度鋼製部品である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の風力タービン（１）用タワー（４）。
【請求項１２】
少なくとも一個の予備製作された金属壁部品（５）の前記第一フランジ（１３）が、隣接する予備製作された金属壁部品（５）の前記第二フランジ（１４）に、固定手段（１７）により、垂直方向でジグザグに取り付けられ、その際、好ましくは、前記隣接して配置された予備製作された金属壁部品（５）の半分以上が垂直方向でジグザグに取り付けられる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の風力タービン（１）用タワー（４）。
【請求項１３】
前記タワーの周囲が、ｎ個の隣接して配置された予備製作された金属壁部品からなり、その際、前記第一フランジ（１３）と前記第二フランジ（１４）との間の角度が３６０／ｎである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の風力タービン（１）用タワー（４）。
【請求項１４】
前記タワーが、剛性付与手段、例えば一個以上の好ましくは実質的に水平な剛性付与リング、を備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の風力タービン（１）用タワー（４）。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の風力タービン（１）用タワー（４）に使用する予備製作された金属壁部品（５）であって、前記予備製作された金属壁部品（５）が、外側に面した表面（７）および内側に面した表面（８）を有する実質的に四角形部分（６）を含んでなり、前記部分（６）が、上縁部（９）、底縁部（１０）、第一側方縁部（１１）および第二側方縁部（１２）を有し、前記第一側方縁部（１１）が、前記第一側方縁部（１１）の長さの少なくとも一部に沿って第一フランジ（１３）を備え、前記第二側方縁部（１２）が、前記第二側方縁部（１２）の長さの少なくとも一部に沿って第二フランジ（１４）を備える、予備製作された金属壁部品（５）。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の風力タービン（１）用タワー（４）の構築方法であって、前記タワー（４）が、少なくとも部分的に、請求項１５に記載の予備製作された金属壁部品（５）から構成される、方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、外側および内側を有し、少なくとも部分的に予備製作された金属壁部品から構成される風力タービン用タワーに関する。本発明は、風力タービン用タワーに使用する予備製作された金属壁部品にも関する。本発明はさらに、外側および内側を有し、少なくとも部分的に予備製作された金属壁部品から構成される風力タービン用タワーの構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力タービン市場における最近の傾向は、風力タービンの出力増加と連係してタワーの高さを高くすることである。風力タービンの大型化は、サイズ、重量および風力タービンのタワーに作用する負荷の増加を意味する。これには、タワーの強度および剛性をより高くする必要があり、その結果、タワーの寸法がより大きくなる。
【０００３】
従来の、２ＭＷ以上の風力タービン用の管状鋼製タワーは、風力タービンに作用する大きな静止および疲労負荷に耐えるために、非常に大きなタワー寸法および／または大きな壁厚を必要とする。これらの大型タワーは、通常、「缶」と呼ばれることが多い、数多くのタワー部分を、金属板から、湾曲した板を一つに溶接することにより、予備加工し、これらの部分をタワーの建設現場に搬送することにより、構築される。これらの部分または缶は、Ｌ形フランジを使用してタワーの基礎に、および相互にボルト止めし、多数の大型ボルトを必要とする。風力タービンの出力増加には、フランジを、平面性に関して高い精度で製造する必要がある。陸上輸送には、タワー部分の直径が主たる制限である。約４．３ｍの直径が、通常、陸橋、等の観点から、ほとんどの場所に輸送できる限界であり、これらの部分の重量も制限を加える。
【０００４】
使用の際、ローター−タービン組立構造によりタワーの上部に加えられる力が、実質的に水平なフランジ接続部および溶接部に作用する負荷、すなわち曲げモーメントを決定する。極限強度は、ボルトの降伏強度および管状金属壁の座屈強度により決定される。疲労強度にとって、溶接部は非常に重要である。使用中、溶接部の品質を検査することは非常に困難である。また、現場における修理も面倒である。
【０００５】
強度とは別に、タワーの動的挙動ももう一つの決定的なファクターである。タービンは、その固有共鳴振動数で作動する場合、ひどい損傷を受けることがある。
【０００６】
金属板の厚さおよび／またはタワーの直径を増加することにより、風力タービンの固有振動数および／または強度および／または剛性が増加することは公知である。しかし、タワー部分のサイズおよび重量による輸送の問題が、この解決策を実行不可能にしている。風力タービン用タワーの剛性を増加するために格子タワーも使用されている。しかし、格子タワーは、非常に多くの（＞２０００）個別部品、膨大な量の保守を必要とし、明らかに魅力の無い解決策と考えられている。その上、そのようなタワーの動的挙動は、大型タワーには不十分である。ロープで支えたタワーも風力タービンに使用されている。これらのタワーは、そのタワーの約半分の高さで鋼製ケーブルにより支持されている。明らかに、これには、ケーブルが風力タービンのローターと接触することがあるので、設計上の問題がある。その上、ケーブル用の基礎およびケーブル自体（直径約１００ｍｍ）のコストが高い。また、ケーブルは高い疲労強度を必要とする。
【０００７】
ハイブリッドタワー、例えば内側と外側の鋼製シェル間にコンクリートを流し込んだタワーも提案されている。問題は、壁を流し込んだ後の、壁の品質を確保することである。予備製作されたコンクリート部品を使用して風力タービン用タワーを構築する場合、コンクリート壁を圧縮力下に保持するための引張手段が必要である。その上、コンクリートタワーは経済的な解決策ではない。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の目的は、大きな剛性を備えた風力タービン用タワーを提供することである。本発明の別の目的は、タワーの上部に高出力発電機を取り付けることができる十分な強度を備えた風力タービン用タワーを提供することである。本発明のさらに別の目的は、非常に大型のタワーおよび／または広い基礎部を備えたタワーでも、上記の輸送上の問題を引き起こさない、風力タービン用タワーを提供することである。
【０００９】
本発明の第一の態様により、これらの目的の一つ以上は、外側および内側を有し、少なくとも部分的に、予備製作された金属壁部品から構成される風力タービン用タワーであって、各壁部分が、該タワーの外側方向で外側に面した表面、および該タワーの内側方向で内側に面した表面を有する、実質的に四角形部分を含んでなり、該部分が、上縁部、底縁部、第一側方縁部および第二側方縁部を有し、該第一側方縁部が、該第一側方縁部の長さの少なくとも一部に沿って第一フランジを備え、該第二側方縁部が、該第二側方縁部の長さの少なくとも一部に沿って第二フランジを備えている、風力タービン用タワーにより達成される。本発明により予備製作された金属壁部品を使用することにより、リブとして作用する予備製作された金属壁部品のフランジが存在するために、構造の剛性が増加する。予備製作された金属壁部品を使用することにより、タワー部分全体を輸送する必要が最早無くなり、従って、輸送の問題が解決される。予備製作された金属壁部品は、通常の輸送手段、例えばトラック、で容易に輸送できる。また、予備製作された部品を使用することにより、基礎部におけるタワーのサイズが、輸送上の制約により最早制限されず、より広い基礎部を使用することができる。基礎部のサイズが最早問題ではないので、より高いタワーを建設することもできる。基礎部をより広くすることにより、基礎部に対する局所的な圧力が下がり、従って、より簡単な基礎部を使用することができる。広い基礎部は、タワーの剛性にも寄与し、それによって、タワーの上部で高出力発電機を使用することができる。本発明の一実施態様では、タワーは、実質的に予備製作された金属壁部品から構成される。この実施態様によるタワーは、負荷を支える部品として予備製作された金属壁部品に依存しており、壁部分がコンクリートを流し込むための型として作用し、固化した後、コンクリートが主要負荷支持材料として作用する、コンクリートタワーとは容易に区別できる。本発明のタワーは、予備製作された金属壁部品の位置で負荷を支える材料としてコンクリートを含まないことに注意すべきである。また、本発明のタワーを、コンクリート基礎部が上方に伸びる基礎部またはベースの上に構築し、そのベースがタワーの下部を形成し、本発明のタワーがタワーの上部を形成することも可能である、ことにも注意すべ
きである。
【００１０】
本発明の一実施態様では、予備製作された金属壁部品の第一フランジおよび第二フランジがタワーの内側に向かって伸びる。これによって、隣接するフランジにより形成されるリブがタワーの内側に位置し、平滑な外側外観を残すタワーを製造することができる。平滑な外側により、タワーに対する風力の影響が低減され、平滑な外側は、視覚的に、より魅力的であると考えられる。
【００１１】
本発明の一実施態様では、予備製作された金属壁部品は、ある高さおよびある幅を有し、予備製作された金属壁部品の少なくとも２個は、高さが底縁部の幅より約２．５倍大きく、好ましくは５倍大きく、より好ましくは１０倍大きい。予備製作された金属壁部品の高さは、タワー中に存在する時の、予備製作された金属壁部品の底縁部と上縁部との間の間隔を意味するものとする。長さ方向は、タワーの高さ方向を意味するものとする。つまり、タワーは、幅よりも高さが著しく大きい予備製作された金属壁部品を含んでなり、従って、予備製作された金属壁部品の実質的に四角形部分の側方縁部が長く、それによって、その側方縁部上に少なくとも部分的に長いフランジを備えることができる。これらの長いフランジにより、タワーの剛性を潜在的に大きくすることができる。
【００１２】
本発明の一実施態様では、予備製作された金属壁部品の第一フランジは、隣接する第二の予備製作された金属壁部品の第二フランジに固定手段により取り付けられる。これでフランジ同士が堅く接続され、それによって、リブの二重厚さのために、補強ポテンシャルを増加することができる。固定手段としては、例えば溶接またはリベットがある。本発明の好ましい実施態様では、固定手段は、ナットおよびボルトを含んでなる。これによって、２個の隣接するパネルの第一および第二フランジを、互いに迅速に固定することができる。ボルトを通す穴は、予備製作された金属壁部品中にすでに存在していてもよいし、隣接するパネル同士を接続する現場でドリル加工により開けることもできる。ナットおよびボルトを使用することにより、例えば予備製作された金属壁部品を構造から取り外すか、または予備製作された金属壁部品を交換するために、接続を一時的に外すことができる。これによって、現場および／または現場から離れた所で検査を容易に行うこともできる。
【００１３】
本発明の一実施態様では、予備製作された金属壁部品の実質的に四角形部分は、好ましくは長方形(orthogonal)であるか、または第一側方縁部の長さが第二側方縁部の長さにほぼ等しく、底縁部が上縁部よりも長い四角形である。実質的に円筒形のタワーを構築する場合には、長方形の予備製作された金属壁部品を使用し、円錐形のタワーを構築する場合には、四角形の予備製作された金属壁部品を使用することになる。円錐形のタワーは、大きな基礎部を有し、タワーの高さが増加するにつれて細くなるタワーを構築することができる。テーパーは、タワーの全高にわたっていてもよいし、タワー長の一部でもよい。後者は、実質的に円筒形のタワーを形成するための予備製作された金属壁部品、および実質的に円錐形のタワーを形成するための予備製作された金属壁部品を使用し、これらのタワー部分を一つに組み合わせることにより、達成することもできる。
【００１４】
折れ曲がった(kinked)、予備製作された金属壁部品を、円錐形にテーパーが付いたタワーの上側レベルまたは風力タービン用のタワー部分に使用し、下側レベルは、実質的に平らな四角形部分を有する予備製作された金属壁部品を使用して製造することができ、これによって、全リングに必要な予備製作された金属壁部品の数を少なくすることができる。特定の上側レベルリングにおける、実質的に四角形部分に１個の曲がりを有する１個の予備製作された金属壁部品は、上側レベルリングのすぐ下にあるリング中で、実質的に平らな四角形部分を有する２個の予備製作された金属壁部品と結合する。曲がった、予備製作された金属壁部品がより多くの曲がりを有する場合、その部品は、対応する数の、実質的に平らな四角形部分を有する予備製作された金属壁部品と結合する。無論、下側レベルにある、曲がった、予備製作された金属壁部品も、上側レベルにある、曲がった、予備製作された金属壁部品と組み合わせることができる。
【００１５】
本発明の一実施態様では、タワーは、実質的に輪状の、好ましくは実質的に円形の水平断面を有する。実質的に輪状の水平断面は、多角形水平断面が、多数の小平面、例えば五角形または六角形によって形成される場合にも得られる。
【００１６】
本発明の一実施態様では、予備製作された金属壁部品の実質的に四角形部分は、予備製作された金属壁部品を配置する位置におけるタワーの半径に対応する半径で湾曲している。これによって、滑らかな曲率を有するタワーを構築することができ、第一および第二フランジがタワーの内側に向かって伸びる場合、タワーの外側は平滑になる。本発明の別の実施態様では、第一の予備製作された金属壁部品の四角形部分は、実質的に平らである。実質的に平らな四角形部分の使用には、四角形部分に場所に依存する曲率を持たせる必要が無く、従って、製造し易いという利点がある。予備製作された金属壁部品を輸送する際にも、より都合が良い。そのような予備製作された金属壁部品を使用すると、タワーの外側が多角形になる。さらに別の実施態様では、実質的に平らで四角形の予備製作された金属壁部品が、予備製作された金属壁部品の底縁部と上縁部との間の方向で少なくとも一個の曲がりを含んでなる。従って、曲がり（または複数の曲がり）は、タワーの高さ方向に伸びる。この曲がり（または複数の曲がり）により、予備製作された金属壁部品の座屈剛性が高くなる。この曲がりは、多角形の小平面数を増加させ、タワーの外側をより平滑にすることもできる。
【００１７】
本発明の一実施態様では、上に説明した風力タービン用タワーで、第一フランジが、第一フランジの長さの少なくとも一部に沿って追加の第一フランジを備える、および／または第二フランジが、第二フランジの長さの少なくとも一部に沿って追加の第二フランジを備える。これは、例えばタワーの剛性をさらに増加させるのに、特に、第一フランジおよび第二フランジの両方が、追加のフランジを備えている場合に有利であり、その際、第一フランジが、それぞれの追加フランジと共に好ましくは実質的にＬ字形を形成する、および／または第二フランジが、それぞれの追加フランジと共に好ましくは実質的にＬ字形を形成する。本願の目的には、第一および／または第二フランジ上のこれらの追加フランジは、そこに物体、例えば階段または内側床、を取り付けるのに使用できる。
【００１８】
本発明の一実施態様では、上記の風力タービン用タワーで、第一および／または第二フランジが、予備製作された金属壁部品の実質的に四角形部分の内側に面した表面に向かって少なくとも部分的に折り戻されており、それによって、フランジの厚さを効果的に二倍にする。このフランジを二重にすることにより、構造の剛性をさらに高められる。当業者には明らかなように、フランジは、２回以上折り戻し、剛性付与効果に寄与することもできよう。
【００１９】
本発明の一実施態様では、予備製作された金属壁部品は、鋼製部品、好ましくは高強度鋼製部品であり、例えば降伏強度が約３５５ＭＰａ以上である。鋼を使用することにより、厚さが小さい予備製作された金属壁部品を使用し、タワーの重量を下げることができる。高強度鋼製の予備製作された金属壁部品を使用することにより、タワーの重量をさらに下げることができる。その結果、タワーの基礎部をより効率的に構築することができる。
【００２０】
本発明の一実施態様では、第一の予備製作された金属壁部品の第一フランジを、隣接する第二の予備製作された金属壁部品の第二フランジに、固定手段により、垂直方向でジグザグに取り付ける。２個の隣接する予備製作された金属壁部品のフランジを長手積み(stretching bond)型接続により取り付けるには、タワーまたはタワー部分の少なくとも最初と最後のリングに、長さが異なった予備製作された金属壁部品を使用する必要がある。このジグザグ接続の応用には、予備製作された金属壁部品をジグザグにせずに接続して形成したリングからタワーを構築する方法に対して、力が構造を通して導かれるという利点があり、上記のリングを接続する水平フランジを通して力を導く必要が無い。ジグザグに接続された予備製作された金属壁部品間の縁部における重なりは、１：２〜１：４、好ましくは約１：３である、つまり隣接する予備製作された金属壁部品のそれぞれの側方縁部の約1/2〜3/4、好ましくは約2/3が重なり合う。
【００２１】
本発明の別の実施態様では、タワーの周囲が、ｎ個の隣接して配置された予備製作された金属壁部品からなり、その際、第一フランジと第二フランジとの間の角度は３６０／ｎである。
【００２２】
本発明の第二の態様では、上記の風力タービン用タワーに使用する予備製作された金属壁部品は、該予備製作された金属壁部品が、外側に面した表面および内側に面した表面を有する実質的に四角形部分を含んでなり、該部分が、上縁部、底縁部、第一側方縁部および第二側方縁部を有し、該第一側方縁部が、該第一側方縁部の長さの少なくとも一部に沿って第一フランジを備え、該第二側方縁部が、該第二側方縁部の長さの少なくとも一部に沿って第二フランジを備えていることを特徴とする。
【００２３】
本発明の第三の態様により、上記風力タービン用タワーの構築方法であって、該タワーが、少なくとも部分的に、上記の予備製作された金属壁部品から構成される、方法を提供する。
【００２４】
本発明のタワーを構築する場合、タワーを構築する現場でタワー部分を持ち上げて積み重ねるための高容量クレーンは必要ない。比較的小型の建設用クレーンで、１回に１個の予備製作された金属壁部品を引き上げるのに十分であるが、ただし、タワー部分全体を予備製作された金属壁部品から建設し、次いでそれを基礎部またはすでに存在するタワー部分の上に持ちあげる場合は別である。その場合には、より強力クレーンが必要である。
【００２５】
本発明のタワーには水平な溶接部が存在しないので、公知の疲労破損源が無く、例えば薄いゲージの金属板を使用することにより、設計上の制限を緩和することができる。第一の予備製作された金属壁部品の底縁部が、該第一の予備製作された金属壁部品の直下にある予備製作された金属壁部品の上縁部に接触する箇所は、密封手段、例えばシーラント、を使用して密封することができる。これは、外部の雰囲気が構造に入るのを阻止し、腐食を防止する。予備製作された金属壁部品の第一フランジが隣接する予備製作された金属壁部品の第二フランジに接続される箇所も、所望により、密封手段、例えばシーラント、を使用して密封することができる。
【００２６】
本発明の一実施態様では、タワーに剛性付与手段、例えば一個以上の、好ましくは実質的に水平の剛性付与リング、を備える。これらの剛性付与手段は、好ましくはタワーの内側に装備し、タワーに加えられる水平力を吸収する。これらの剛性付与手段は、タワーの様々な高さに備えることができる。予備製作された金属壁部品をこのリングに接続し、タワーの剛性を強化する。追加の接続支柱を使用し、予備製作された金属壁部品をリングに接続することができる。剛性付与手段は、内部床によっても形成されるか、または剛性付与手段、例えばタワーの内周に沿った剛性付与リング、が内部床の基礎部を与えることができる。剛性付与手段は、力および負荷をタワーの周囲全体にわたって均等に配分することにも貢献できる。
【００２７】
予備製作された金属壁部品は、例えば公知の技術を使用して熱間圧延した金属から製造することができる。この熱間圧延した金属は、板材料またはコイル巻きした材料でよい。この材料は、所望により平らにした後、所望の寸法および形状に切断し、従来の曲げ技術を使用し、予備製作された金属壁部品の実質的に四角形部分の縁部上にフランジを形成することができる。予備製作された金属壁部品の実質的に四角形部分の所望の曲率または曲がりも、同様に、容易に導入することができる。予備製作された金属壁部品は、タワーに使用する前に、例えば亜鉛および／または有機塗料で被覆し、耐用寿命を引き伸ばし、保守を少なくすることができる。
【００２８】
予備製作された金属壁部品は、他の組込機能、例えばタワー内部に入るためのドアー、も含むことができる。内部構造、例えば階段および床、も容易に設置できる。
【実施例】
【００２９】
ここで、下記の限定しない図面および例により、本発明をさらに説明する。
【００３０】
図１ａは、風力タービン１を図式的に示す図である。風力タービン１は、発電機２、ローター３およびタワー４を含んでなり、タワーの上に発電機とローターの組合せが取り付けられる。タワー４は、タワー４の外側を形成する外側表面およびタワーの内側を形成する内側表面を有する。このタワーは、４つのタワー部分４ａ〜４ｄからなる。この風力タービンは、基礎部１９の上に設置される。
【００３１】
図２ａに、現状技術水準による風力タービン用タワー４を示す。タワー部分４ａ、４ｂ、４ｃおよび４ｄは、積み重ねられている。これらのタワー部分は、現場以外の場所で製造され、水平フランジおよび大型のボルトおよびナットで接続される。これらのフランジは、タワー部分間の太い水平線により図式的に示す。タワー部分は、湾曲した板同士を水平および垂直に溶接することにより、製造される。破線で示すこれらの溶接部、特に水平溶接部、は、疲労破損を引き起こす可能性がある根源であることが分かっている。高さ約８０ｍのタワーには、約４．３ｍのベース、および約２．３ｍの上部直径が一般的に使用される。ベースの寸法は、輸送上の制約により制限される。
【００３２】
図３ａに本発明の風力タービン用タワー４を示すが、そこではジグザグになるように予備製作された金属壁部品が、それぞれ隣接する予備製作された金属壁部品の長さの約半分にわたってジグザグに配置され、図３ｂは、ジグザグに予備製作された金属壁部品が、それぞれ隣接する予備製作された金属壁部品の長さの約３分の１にわたってジグザグに配置されている。タワーのベースは、直径が約６．５ｍであり、タワーの上部は直径が約２．３ｍである。直径６．５ｍのベースは、建設現場に断片で輸送できるので、輸送上の問題は無い。タワーのベース幅を増加させると、タワーの剛性が増加する。これによって、高出力風力タービンを設置するのに十分な剛性を有する高いタワーを構築することもできる。
【００３３】
図４ａは、上記の風力タービン１用タワー４に使用する本発明の予備製作された金属壁部品５の一実施態様を示す。予備製作された金属壁部品５は、壁部分が実質的に四角形の部分６を含んでなり、該部分は、タワーの外側に面した、外側を向いた表面７、およびタワーの内側に面した、内側を向いた表面８を有し、該部分は、上縁部９、底縁部１０、第一側方縁部１１および第二側方縁部１２を有し、その際、第一側方縁部１１は、第一側方縁部１１の長さの少なくとも一部に沿って第一フランジ１３を備え、第二側方縁部１２は、第二側方縁部１２の長さの少なくとも一部に沿って第二フランジ１４を備えている。第一フランジ１３は、第一フランジ１３と実質的にＬ字形を形成する追加の第一フランジ１５備え、第二フランジ１４は、第二フランジ１４と実質的にＬ字形を形成する追加の第二フランジ１６備えている。予備製作された金属壁部品は、寸法通りに描いていない。図４ｂに、断面Ａ−Ａを示す。円錐形タワーまたはタワー部分の下側リングに使用するそのような予備製作された金属壁部品に典型的な寸法は、上縁部９における幅が約０．６０〜１．００ｍ、例えば約０．８６ｍ、底縁部１０における幅が約１．３０〜０．７ｍ、例えば約１．０４ｍ、高さが約１０〜２０メートル、例えば２０メートル、および伸びている第一フランジ１３および第二フランジ１４の高さが０．１０〜０．２０ｍ、例えば約０．１５ｍである。予備製作された金属壁部品の典型的な厚さは、８〜１６ｍｍ、例えば約１２ｍｍである。
【００３４】
図５ａで、風力タービン用タワーの第一リングの断面を図式的に示す。この例におけるタワーの実質的に円形の断面は、１８個の予備製作された金属壁部品５から構成されている。タワーの外側を４’で示し、タワーの内側を４”で示す。本発明のこの実施態様では、各予備製作された金属壁部品の第一フランジを、隣接する予備製作された金属壁部品の第二フランジに、第一および第二フランジ中の穴を通したボルトおよびナットで取り付ける。図５ｂは、予備製作された金属壁部品５を含む第一リングおよびナットおよびボルト１７を示す。
【００３５】
図６に、第一リングの予備製作された金属壁部品をタワーの基礎部１９に、または発電機を取り付ける上部リングに取り付けるのに使用できる、Ｌ字形フランジ１８を図式的に示す。
【００３６】
図７に、剛性付与リングの位置におけるタワー構造の一部を図式的に示す。隣接する、ジグザグに接続される予備製作された金属壁部品は、縁部で１：３に重ねて（すなわち長手積み型接続で）接続し、接続支柱２１を使用して剛性付与リング２０とも接続する。図に示す様に、これらの接続支柱２１は、片側で予備製作された金属壁部品のフランジ１３、１４（図４参照）に、および反対側で剛性付与リング２０にされる。図７では、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤで示す４個の予備製作された金属壁部品を示す。部品Ａの下側縁部と部品Ｂの上側縁部が隣接する。部品Ａの第一側方縁部は、部品Ｃの第二側方縁部に隣接し、それらの隣接するフランジおよび固定手段（図には示していない）により接続される。接続支柱２１が剛性付与リング２０の上および下に伸び、それによって、上側部品Ａの側方縁部を下側部品Ｂの側方縁部に固定して接続することができる。この例における１：３の重なりにより、剛性付与リングの位置またはその近くでは、タワー周囲の約１／３だけが水平継ぎ目を有する。図８の例では、部品ＡとＢの間の水平継ぎ目は剛性付与リング２０の近くに位置する。
【００３７】
本発明の風力タービン用タワーを構築するには、少なくとも個の隣接する予備製作された金属壁部品をそれらの隣接するフランジに沿って取り付けることにより、タワーのリング全体を先ず形成することができる。この第一のリング全体を、実質的に平らで、実質的に水平なタワー用基礎部に接続することができる。無論、第一の予備製作された金属壁部品から出発し、これを基礎部に取り付け、その後で、第二の予備製作された金属壁部品を第一の予備製作された金属壁部品および基礎部に取り付けても、同じ結果が得られる。同様に、先ずリング全体を構築し、続いてそれを、すでに存在するリングの上に持ちあげることにより、または予備製作された金属壁部品を、すでに存在するリングおよび相互に１個ずつ接続することにより、すでに存在するリング上に全リングを構築することもでき、前者の手順には、後者の手順よりも大きな容量のクレーンが必要になる。所望のタワー高さが得られるまで、リングを、すでに存在するリングに加えて行く。
【００３８】
第一の全リングと基礎部との間の接続は、基礎部に接続したフランジを使用して達成することができる。実質的に平らであるか、または曲がりのある四角形部分を有する予備製作された金属壁部品を使用する場合、フランジは、単純なＬ字形フランジでよい。湾曲した四角形部分を有する予備製作された金属壁部品を使用する場合、フランジは、対応する曲率を有するべきである。
【００３９】
本発明の風力タービン用タワーを構築するために、少なくとも２個の予備製作された金属壁部品をそれらの隣接するフランジに沿って垂直に、ジグザグに取り付けることにより、タワーの全リングを先ず形成することができる。つまり、長さが異なった、予備製作された金属壁部品を使用する。図３ａの例では、全長の予備製作された金属壁部品を、その長さの半分の予備製作された金属壁部品と組み合わせるのに対し、図３ｂの例では、全長の予備製作された金属壁部品を、その長さの２／３および１／３の予備製作された金属壁部品と組み合わせる（すなわち１：３の重なり）。無論、図３に示すのと異なった様式で、予備製作された金属壁部品をジグザグに組み合わせることもできる。実施態様も、本発明の一部であると考えられる。第一の全リングが完成し、基礎部に接続した後、実質的に全長の予備製作された金属壁部品を使用してタワーの残りの部分を構築する。最後の全リングでは、長さが異なった予備製作された金属壁部品を使用し、最終リングレベルの上縁部を製造する必要がある。無論、所望によりタワーの別のところでも、全長ではない予備製作された金属壁部品を使用することは可能である。この、予備製作された金属壁部品をジグザグに取り付けることにより、水平な、完全に輪状の、または円形のフランジを導入してタワー部分を接続せずに、タワーに大きな剛性を持たせることができる。
【００４０】
本発明のタワーを構築する場合、ヨーク構造から吊り下げた状態で、タワーの上部を構築することから出発し、上から下に向けてタワーを構築することができ、ヨーク構造は引き上げ手段、例えば油圧ジャッキ、で構築することができる。最初に、好ましくは予備製作された金属壁部品をジグザグに接続することにより、地表からすぐ上の高さでタワーの全リングを完成させ、続いてヨークおよびジャッキを使用してこのリングを引き上げ、続く部品も地表からすぐ上の高さで取り付けることができる。このようにして、タワーの構築中に、非常に高いクレーンを必要とせず、構築を大部分、通常は風力が高空より穏やかである、地表からすぐ上の高さで行うことができる。また、不整列も容易に矯正することができる。この上から下への、または押し上げ方法のもう一つの利点は、テーパーの付いた構造中で剛性付与リングを下から取り付け、同時にそれを使用し、予備製作された金属壁部品を整列させ、所望により不整列を矯正するのに、より実用的であることである。
【００４１】
本発明は、上に記載した実施態様および例に限定されるものではなく、説明および特許権請求するの範囲内のすべての実施態様を包含する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】風力タービンを図式的に示す図である。
【図２】現状技術水準による風力タービン用タワーを図式的に示す図である（寸法通りではない）。
【図３】本発明の風力タービン用タワーを図式的に示す図である（寸法通りではない）。
【図４】本発明の予備製作された金属壁部品を図式的に示す図である（寸法通りではない）。
【図５】風力タービン用タワーの第一リングを図式的に示す断面図、およびボルト止め接続を特に図式的に示す図である。
【図６】Ｌ字形フランジを図式的に示す図である。
【図７】剛性付与リングの位置におけるタワー構造を図式的に示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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