(57)【要約】【課題】簡素な装置によってヨーベアリングの交換が可能な風力発電装置等を提供する。【解決手段】ナセル２０と、ナセルを高所に支持するタワー３０と、ナセルの下部に設けられた第１の軸受座及びタワーの上部に設けられた第２の軸受座３１の間に配置されたヨーベアリング４０と、第１、第２の軸受座の外径側に張り出した第１、第２のジャッキ座３２とを有する風力発電装置１を、第１、第２のジャッキ座の間に、ヨーベアリングの径方向への抜き出し及び挿入が可能な隙間を有して配置され、ナセルをジャッキアップ可能なジャッキアップ手段１００と、ナセルに設けられヨーベアリングを吊り下げた状態で移動可能な吊下手段５０とが装着される構成とする。【選択図】図３
2012122342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータによって回転駆動される発電機が設けられるナセルと、
前記ナセルを高所に支持するタワーと、
前記ナセルの下部に設けられた第１の軸受座及び前記タワーの上部に設けられた第２の軸受座の間に配置されたヨーベアリングと、
前記第１の軸受座の外径側に張り出した第１のジャッキ座と、
前記第２の軸受座の外径側に張り出しかつ前記第１のジャッキ座と対向して配置された第２のジャッキ座とを有する風力発電装置であって、
前記第１のジャッキ座と前記第２のジャッキ座との間に、前記ヨーベアリングの径方向への抜き出し及び挿入が可能な隙間を有して配置され、前記ナセルを前記タワーに対してジャッキアップ可能なジャッキアップ手段と、
前記ナセルに設けられ、前記ヨーベアリングを吊り下げた状態で前記抜き出し及び挿入方向に移動可能な吊下手段とが装着されること
を特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記ジャッキアップ手段は前記風力発電装置に着脱可能に装着されること
を特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記第１のジャッキ座と前記第２のジャッキ座との少なくとも一方に、前記ナセルをヨー方向に回転駆動する駆動手段が着脱可能に設けられ、
前記ジャッキアップ手段は、前記駆動手段を取り外した状態における前記駆動手段の取付部に取り付けられること
を特徴とする請求項２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
ロータによって回転駆動される発電機が設けられるナセルと、
前記ナセルを高所に支持するタワーと、
前記ナセルの下部に設けられた第１の軸受座及び前記タワーの上部に設けられた第２の軸受座の間に配置されたヨーベアリングと、
前記第１の軸受座の外径側に張り出した第１のジャッキ座と、
前記第２の軸受座の外径側に張り出しかつ前記第１のジャッキ座と対向して配置された第２のジャッキ座とを有する風力発電装置のヨーベアリング交換方法であって、
前記第１のジャッキ座と前記第２のジャッキ座との間に、前記ヨーベアリングの径方向への抜き出し及び挿入が可能な隙間を有するように、前記ナセルを前記タワーに対してジャッキアップ可能なジャッキアップ手段を装着し、
前記ジャッキアップ手段によって前記ナセルを前記タワーに対してジャッキアップし、
前記ナセルに装着された吊下手段によって前記ヨーベアリングを吊り下げた状態で前記吊下手段を前記抜き出し及び挿入方向に移動させ、前記ヨーベアリングを着脱すること
を特徴とする風力発電装置のヨーベアリング交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置及び風力発電装置のヨーベアリング交換方法に関し、特に簡素な装置によってヨーベアリングの交換が可能なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置は、タワーによって高所に支持されたナセル内に、ロータによって駆動される発電機を配置して構成されている。ナセルとタワーとの間には、ナセルをヨー方向に回転可能に支持するヨーベアリングが設けられている。
このヨーベアリングが万一破損して交換が必要となった場合には、従来は大型のクレーン等を用いてナセルを取り外して一旦地上に降ろし、ヨーベアリングの交換作業を行なっていた。
しかし、この場合、大型クレーンの費用や工事費、またクレーンを配置するための土地の養生費など、ヨーベアリングの部品自体の費用の他に付随するコストが非常に大きくなってしまう。
また、風車タワーの建設後において、周辺の土地は借地契約を解除したり、工事のための造成を現状復帰させたり、公園化するなど、大型重機を入れることを想定していないケースも多く、大型クレーンによる作業は可能な限り避けなければならない。
【０００３】
風力発電装置の風車タワーにおける高所のメンテナンスに関する従来技術として、例えば特許文献１には、ガイドレール上をブレードに沿って昇降するゴンドラを設けて、ゴンドラに作業員が搭乗してブレードのメンテナンスを行なうことが記載されている。
また、特許文献２には、風車タワー上部のエンジン室の構成部品の交換等を行なうため、常設された取付クレーンによって作業用のサービスクレーンを持ち上げて、サービスクレーンを一時的にタワー上部に固定して作業を行なうことが記載されている。
また、特許文献３には、ナセル内を移動するガーダに設けられた常設ウインチによって、風車用設備の交換に使用する往復動ウインチ及び風車用設備を支持する天秤をナセルに引き上げ、ウインチを交換して作業を行なうことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９３４５５号公報
【特許文献２】特表２００４−５１２２４４号公報
【特許文献３】特開２００９−    ２１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ヨーベアリングはその取付位置から、上述したような従来技術を用いても交換することは困難であり、大型クレーン等を用いずにヨーベアリングの交換を可能とする技術が切望されていた。
本発明の課題は、簡素な装置によってヨーベアリングの交換が可能な風力発電装置及び風力発電装置のヨーベアリング交換方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、ロータによって回転駆動される発電機が設けられるナセルと、前記ナセルを高所に支持するタワーと、前記ナセルの下部に設けられた第１の軸受座及び前記タワーの上部に設けられた第２の軸受座の間に配置されたヨーベアリングと、前記第１の軸受座の外径側に張り出した第１のジャッキ座と、前記第２の軸受座の外径側に張り出しかつ前記第１のジャッキ座と対向して配置された第２のジャッキ座とを有する風力発電装置であって、前記第１のジャッキ座と前記第２のジャッキ座との間に、前記ヨーベアリングの径方向への抜き出し及び挿入が可能な隙間を有して配置され、前記ナセルを前記タワーに対してジャッキアップ可能なジャッキアップ手段と、前記ナセルに設けられ、前記ヨーベアリングを吊り下げた状態で前記抜き出し及び挿入方向に移動可能な吊下手段とが装着されることを特徴とする風力発電装置である。
【０００７】
請求項２の発明は、前記ジャッキアップ手段は前記風力発電装置に着脱可能に装着されることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置である。
【０００８】
請求項３の発明は、前記第１のジャッキ座と前記第２のジャッキ座との少なくとも一方に、前記ナセルをヨー方向に回転駆動する駆動手段が着脱可能に設けられ、前記ジャッキアップ手段は、前記駆動手段を取り外した状態における前記駆動手段の取付部に取り付けられることを特徴とする請求項２に記載の風力発電装置である。
【０００９】
請求項４の発明は、ロータによって回転駆動される発電機が設けられるナセルと、前記ナセルを高所に支持するタワーと、前記ナセルの下部に設けられた第１の軸受座及び前記タワーの上部に設けられた第２の軸受座の間に配置されたヨーベアリングと、前記第１の軸受座の外径側に張り出した第１のジャッキ座と、前記第２の軸受座の外径側に張り出しかつ前記第１のジャッキ座と対向して配置された第２のジャッキ座とを有する風力発電装置のヨーベアリング交換方法であって、前記第１のジャッキ座と前記第２のジャッキ座との間に、前記ヨーベアリングの径方向への抜き出し及び挿入が可能な隙間を有するように、前記ナセルを前記タワーに対してジャッキアップ可能なジャッキアップ手段を装着し、前記ジャッキアップ手段によって前記ナセルを前記タワーに対してジャッキアップし、前記ナセルに装着された吊下手段によって前記ヨーベアリングを吊り下げた状態で前記吊下手段を前記抜き出し及び挿入方向に移動させ、前記ヨーベアリングを着脱することを特徴とする風力発電装置のヨーベアリング交換方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）第１、第２のジャッキ座の間に装着したジャッキアップ手段によってナセルをジャッキアップし、ジャッキアップ手段の隙間からヨーベアリングを抜き出し、挿入することによって、ナセルを地上に降ろすことなく、ナセルに取付可能な比較的小型のクレーン、ウインチ等の吊下手段によりヨーベアリングを交換することができる。
（２）ジャッキアップ手段は風力発電装置に着脱可能に装着されることによって、風力発電装置のコスト増加や、通常使用時における重量増加を抑制することができる。
（３）ジャッキアップ手段は、駆動手段を取り外した状態における駆動手段の取付部に取り付けられることによって、ジャッキアップ手段を取り付けるために専用の取付部を設ける必要がなく、風力発電装置の構成が複雑化することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用した風力発電装置の実施例１におけるナセルとタワーとの接続部の模式的断面図であって、通常使用時の状態を示す図である。
【図２】図１のII−II部矢視断面図（ただし、治具を取り付けた状態）である。
【図３】図１の風力発電装置におけるナセルとタワーとの接続部の模式的断面図であって、ヨーベアリング交換時の状態を示す図である。
【図４】本発明を適用した風力発電装置の実施例２におけるナセルとタワーとの接続部の拡大模式的斜視図であって、通常使用時の状態を示す図である。
【図５】図４の風力発電装置におけるヨーベアリング交換時の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、簡素な装置によってヨーベアリングの交換が可能な風力発電装置及び風力発電装置のヨーベアリング交換方法を提供する課題を、ヨーベアリングの軸受座となるタワーの内側フランジの外径側に張り出した外側フランジと、ナセル下面との間に、ジャッキアップ機能を有する治具を配置してナセルをジャッキアップし、ナセルに設けたクレーン等により治具の間隔からヨーベアリングを抜き出して吊下げることによって解決した。
【実施例１】
【００１３】
以下、本発明を適用した風力発電装置及びそのヨーベアリング交換方法の実施例１について説明する。
図１は、風力発電装置のナセルとタワーとの接続部の模式的断面図である。
風力発電装置１は、ロータ１０、ナセル２０、タワー３０、ヨーベアリング４０、クレーン５０等を備えて構成されている。
【００１４】
ロータ１０は、風力を受けて回転する風車であって、ハブ１１、ブレード１２等を備えて構成されている。
ハブ１１は、ロータ１０の中央部に設けられ、図示しないベアリングによって、ほぼ水平に配置された回転軸回りに回転可能に支持されている。
ブレード１２は、風力を受けて回転力を発生する翼部を有し、複数がハブ１１から放射状に延びて配置されている。
【００１５】
ナセル２０は、ロータ１０によって回転駆動される発電機と、制御盤や冷却装置などの補機類とが収容された部分である。
【００１６】
タワー３０は、ナセル２０を高所に支持する支柱である。
タワー３０は、例えば鉛直方向に沿って延びたほぼ円筒状に形成されている。
タワー３０の下端部は、例えば地上、海底、洋上等に設置される浮体等の基部に固定されている。
タワー３０の上端部は、ヨーベアリング４０を介してナセル２０の下端部に接続されている。
【００１７】
タワー３０の上端部には、内側フランジ３１及び外側フランジ３２が形成されている。
内側フランジ３１は、タワー３０の上端部の開口から内径側に張り出して形成されている。
内側フランジ３１は、ヨーベアリング４０を保持する軸受座として機能する。
内側フランジ３１には、ヨーベアリング４０下部の固定転動輪を固定するボルトが挿入されるボルト孔３１ａが周方向に分散して配置されている。
また、ナセル２０の下面部における内側フランジ３１と対向する部分は、ヨーベアリング４０を保持する軸受座として機能する。ナセル２０の下面部には、ヨーベアリング４０上部の回転転動輪が固定される。
【００１８】
外側フランジ３２は、タワー３０の上端部の開口から外径側に張り出して形成されている。
外側フランジ３２、及び、これと対向するナセル２０の下面は、後述するジャッキアップ機能を有する治具１００が取り付けられるジャッキ座として機能する。
外側フランジ３２には、治具１００を固定するボルトが挿入されるボルト孔３２ａが周方向に分散して配置される。
【００１９】
ヨーベアリング４０は、ナセル２０の下面部とタワー３０の内側フランジ３１上面との間に配置され、ナセル２０をタワー３０に対してヨー方向に回動可能に支持する転がり軸受である。
ヨーベアリング４０は、タワー３０に固定される固定転動輪、ナセル２０に固定される回転転動輪、これらの間に配置される転動体などを備えて構成されている。
【００２０】
クレーン５０は、例えばナセル２０の上部に取り付けられ、ヨーベアリング４０を吊り下げて昇降が可能な能力を有する吊下手段である。
クレーン５０は、ナセル２０の上部に、ロータ１０の主軸方向にほぼ沿って配置されたレール上を移動可能に取り付けられている。
尚、クレーン５０は、常設ではなく、必要に応じて設置される設備であってもよい。
【００２１】
次に、上述した風力発電装置１におけるヨーベアリング４０の交換方法について説明する。
ヨーベアリング４０の交換は、ナセル２０の下面部とタワー３０の外側フランジ３２との間に、以下説明するジャッキアップ機能を有する治具１００を挿入して行なう。
【００２２】
図２は、図１のII−II部矢視断面図であって、治具１００を取り付けた状態を示している。
図３は、図１と同じ断面におけるヨーベアリング交換中の状態を示す図である。
治具１００は、例えば、第１治具１０１、第２治具１０２、第３治具１０３を有して構成されている。
第１治具１０１、第２治具１０２、第３治具１０３は、ヨーベアリング４０の中心軸方向（鉛直方向）から見た平面形が、タワー３０と同心のほぼ円弧状に形成され、外側フランジ３２及びこれと対向するナセル２０の下面部との間に挟みこまれ、ボルト、ナット等によって固定される。
【００２３】
第１治具１０１及び第２治具１０２は、タワー３０の中心軸を挟んで配置されている。
第１治具１０１及び第２治具１０２の中心間を結んだ直線は、上方から見たときに、ロータ１０の回転軸方向とほぼ直交するように配置されている。
第３治具１０３は、外側フランジ３２の周上における第１治具１０１と第２治具１０２との中間部であって、ロータ１０側に配置されている。
このとき、第１治具１０１と第２治具１０２との間には、第３治具１０３の反対側から、ヨーベアリング４０の抜き出し及び挿入が可能な隙間が設けられる。
第１治具１０１、第２治具１０２、第３治具１０３は、例えば油圧ジャッキ等のジャッキアップ手段を備え、タワー３０に対してナセル２０をジャッキアップする機能を有する。
【００２４】
風力発電装置１に治具１００（第１治具１０１、第２治具１０２、第３治具１０３）を固定し、ヨーベアリング４０を固定するボルトナット等を緩めた状態で、ナセル２０をタワー３０に対してジャッキアップすると、ヨーベアリング４０はフリーな状態となり、第１治具１０１と第２治具１０２との間からクレーン５０で牽引することによって抜き出すことが可能となる。
そして、図２に破線で示しかつ図３に実線で示す位置までヨーベアリング４０を水平方向に移動させ、その後、クレーン５０からのワイヤの掛け替えを行なってヨーベアリング４０を吊り下げ、下降させる。
【００２５】
次に、交換する新たなヨーベアリング４０をクレーン５０によって吊下げ、ワイヤを巻き上げて上昇させる。
そして、ヨーベアリング４０を図２に破線で示しかつ図３に実線で示す位置まで上昇させた後、ワイヤを掛け替えてヨーベアリング４０を水平移動させ、タワー３０の内側フランジ３１に設置し、固定する。
その後、第１治具１０１、第２治具１０２、第３治具１０３のジャッキアップ手段の油圧を低下させ、ナセル２０を下降させてナセル２０の下面とヨーベアリング４０とを固定する。
そして、第１治具１０１、第２治具１０２、第３治具１０３を取外し、ヨーベアリング４０の交換作業は終了する。
【００２６】
以上説明したように、実施例１によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ナセル２０の下面と外側フランジ３２との間に装着したジャッキアップ手段を有する治具１００によってナセル２０をジャッキアップし、第１治具１０１と第２治具１０２との隙間からヨーベアリング４０を抜き出し、挿入することによって、ナセル２０を地上に降ろすことなく、ナセル２０に搭載された比較的小型のクレーン５０によりヨーベアリング４０を交換することができる。
（２）ジャッキアップ手段を有する治具１００は、風力発電装置１に着脱可能に装着されることによって、風力発電装置１のコスト増加や、通常使用時における重量増加を抑制することができる。
【実施例２】
【００２７】
次に、本発明を適用した風力発電装置及びそのヨーベアリング交換方法の実施例２について説明する。
なお、上述した実施例１と実質的に共通する箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図４、図５は、ナセルとタワーとの接続部における模式的拡大斜視図であって、図４は通常使用時を示し、図５はヨーベアリング交換時（駆動装置と治具との交換時）を示している。
【００２８】
図４に示すように、ナセル２０には、駆動装置取付部２１が設けられている。駆動装置取付部２１は、ヨーベアリング４０の外径側にほぼ水平に突き出した平板状の部材に、駆動装置６０を取り付ける開口２１ａを形成したものである。
駆動装置取付部２１には、ヨーベアリング４０の外周縁部に設けられた歯車４１を駆動してナセル２０を旋回駆動する駆動装置６０が取り付けられる。
このような駆動装置６０は、ヨーベアリング４０の周方向に分散して複数設けられる。
また、駆動装置６０は、上述したヨーベアリング４０の着脱時に干渉する場合があるため、ヨーベアリング４０の着脱時には撤去される。
【００２９】
実施例２においては、実施例１の治具１００に代えて、駆動装置６０を撤去した後の駆動装置取付部２１の開口２１ａに装着される治具１００Ａを用いる。
治具１００Ａは、治具１００と同様に、タワー３０に対してナセル２０をジャッキアップする機能を備えている。
【００３０】
以上説明した実施例２によれば、上述した実施例１の効果と実質的に同様の効果に加えて、治具１００Ａを取り付けるために専用の取付部を設ける必要がなく、風力発電装置の構成を簡素化することができる。
【００３１】
（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）ジャッキアップ機能を有する治具の形状、構造、配置、数量や、そのナセル及びタワーへの取付方法は、上述した実施例の構成に限らず、適宜変更することが可能である。
（２）クレーン等の吊下手段は、風力発電装置の通常使用時においては設けずに、ヨーベアリングの交換時にのみ一時的に設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１    風力発電装置                １０    ロータ
１１    ハブ                        １２    ブレード
２０    ナセル                      ２１    駆動装置取付部
２１ａ  開口                        ３０    タワー
３１    内側フランジ                ３１ａ  ボルト孔
３２    外側フランジ                ３２ａ  ボルト孔
４０    ヨーベアリング              ４１    歯車
５０    クレーン                    ６０    駆動装置
１００    治具                      １００Ａ  治具
１０１    第１治具                  １０２    第２治具
１０３    第３治具
【図１】
2012122342.tif 000003
【図２】
2012122342.tif 000004
【図３】
2012122342.tif 000005
【図４】
2012122342.tif 000006
【図５】
2012122342.tif 000007