(57)【要約】  少なくとも１つのタービン２と、少なくとも１つのロータブレード２．２を備えたハブ２．１と、を備える流体力発電プラントにおいて、プレテンション力を導入するためのタイロッド７が、前記ロータブレード２．２の内部又は外部に、特に前記ロータブレード２．２を前記ハブ２．１に接続する部位に設けられていることを特徴とする流体力発電プラント１。
2016504532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのタービン（２）と、
少なくとも１つのロータブレード（２．２）を備えたハブ（２．１）と、
を備える流体力発電プラントにおいて、
プレテンション力を導入するためのタイロッド（７）が、前記ロータブレード（２．２）の内部又は外部に、特に前記ロータブレード（２．２）を前記ハブ（２．１）に接続する部位に設けられていることを特徴とする流体力発電プラント（１）。
【請求項２】
請求項１記載の流体力発電プラント（１）において、前記タイロッド（７）は、前記ロータブレード（２．２）に取り付けた状態においてプレテンションを導入されていることを特徴とする流体力発電プラント（１）。
【請求項３】
請求項１又は２記載の流体力発電プラント（１）において、前記タイロッド（７）は、複数の繊維、ケーブル、棒、又は管の形で存在していることをことを特徴とする流体力発電プラント（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の‘おいて書き部’に規定される流体力発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体力発電プラントは既知のものである。流体力発電プラントは、水流又は海流、特に潮流からの発電のためにロータ形の水タービン（水車）を有した自立装置として構成可能である。また、このような流体力発電プラントは、沿岸又は沖合の風力プラントとして構成するすることも可能である。
【０００３】
このような流体力発電プラントは、通常は完全に水中に設置される設備であって、該流体力発電プラントの少なくとも１つのタービンは、その運転中、完全に水面下にある。該タービンは基礎構造により支持されている。通常、この基礎構造は重力基礎、あるいは、トライポッドといった鋼製構造から成る基礎である。このような基礎構造は通常、前記タービンに向って複数のポストを設置するという方法によって構成されている。これらポストの断面は円形とは限らず、楕円形あるいは直線状の断面のものも考えられる。本発明は、このような流体力発電プラント全般に関連する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記基礎構造は、流体力発電プラントに向かう流れによって発生する力及びトルクを吸収する。基礎構造は、前記力及びトルクを周辺地盤、例えば水域 (water body) の地盤に伝達する。
【０００５】
基礎構造は、例えば前記水域の前記地盤上の基礎に接続された複数の支持柱を備える構成とすることができる。この支持柱は通常、テーパーを形成して前記タービンに向かって可能な限り細くなるよう配置されている。流れ抵抗として作用する支持柱のこのテーパー断面によって、流れの影響は低減される。これはこのような流体力発電プラントの効率にとって良い影響を与える。しかしながら、タービンへの接続部におけるこのような支持柱の細い構造は、特にその底部において強度面での限界点を有すという欠点をもたらす。支持柱の期待される運転寿命の最大値に対応する、支持柱の材料引張りの最大負荷あるいは動荷重のための限界値が、上記限界点に達するおそれがある。従って、支持柱の断面をさらに減少させることはもはや現実的でない。
【０００６】
従って本発明は、上述した従来の欠点を回避する流体力発電プラントを提供することを目的とする。流体力発電プラントの稼働中に生ずる引張力を低減するための、とりわけほっそりとした基礎構造が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的は、本願の独立請求項に記載された特徴を備えた流体力発電プラントによって実現される。本発明の有利なかつ特に好適な実施形態は各引用請求項に記載されている。
【０００８】
本発明による流体力発電プラントは少なくとも１つのタービンと、該少なくとも１つのタービンを支持する基礎構造とを有する。該基礎構造は少なくとも１つの支持柱を有し、支持柱は、水底における基礎又は構造体に接続されている。本発明によれば、支持柱の前記基礎への接続領域にプレテンション力を付加する目的で、前記支持柱の内部又は外部にはタイロッドが配設されている。
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、本発明による流体力発電プラントは、少なくとも１つのタービンと、少なくとも１つのロータブレードを有したハブとを備えている。本発明によれば、前記タイロッドは、前記ロータブレードの内部、特に前記ロータブレードの前記ハブへの接合領域に配設され、該ロータブレード内部又は外部にプレテンション力を付与する。タイロッドを備えたロータブレードと、タイロッドを備えた支持柱との組合せも考えられる。
【００１０】
前記タイロッドは、好ましくは、前記支持柱又は前記ロータブレードが装着された状態でプレテンションを付与されている。
【００１１】
前記タイロッドは専ら引張り力を伝達するもので、圧縮や曲げは伝達しない。その結果、基礎構造に生じた引張り力は、タイロッドを介してのみ前記基礎又はロータのハブに導入される。その他の力及びトルク、特に圧縮力及びせん断力は、前記タイロッドを取り囲む前記支持柱の材料によって前記基礎に、また、前記ロータブレードの材料によって前記ハブに伝達される。前記基礎及び支持柱は、その全体又は一部をコンクリート製又は鋼製とすることができる。前記タイロッドは好ましくは鋼製のもので、特にプレストレス鋼から成る。
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、前記タイロッドは、繊維、ケーブル、あるいはチューブの形態をとり得る。繊維の場合は、レイドファブリック (laid fabrics)、ニットウエア、メリヤス生地 (knitted fabrics)、又は織物の形態となり得、ロッドとしては、例えばネジのような線条を有した頑強な棒が考えられる。
【００１３】
タイロッドの引張弾性率は、前記支持柱の、あるいは前記タイロッドが埋設される前記ロータブレードの材料の複数倍とすることが出来、特に５〜１０倍、好ましくは５〜２０倍である。
【００１４】
以下、本発明を添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１ａ】海流発電プラントの正面図である。
【図１ｂ】水中発電プラントのさらなる実施形態を示す図である。
【図２】本発明による流体力発電プラントの基礎構造の好ましい実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１ａは、流体力発電プラント１を、周囲媒体の本流方向における正面から示したものである。周囲媒体はこの場合、水である。該流体力発電プラント１は、前記本流内にあって本流を横切るように配置された図示しない複数の前記流体力発電プラントを有した流体力発電プラントプラントファームの一部でも有り得る。
【００１７】
図１ａに示す前記流体力発電プラント１はタービン２を備える。タービン２はこの場合、ハブ２．１及び３つのロータブレード２．２を有したロータの形態として構成されている。前記ロータブレード２．２は３つに限られず、これよりも多くても少なくてもよい。前記ハブ２．１及び前記ロータブレード２．２は、互いに捩じれを生じないように構成されている。前記タービン２は、前記媒体の運動エネルギーをタービン２の回転エネルギーに変換するたために、図示しないドライブトレーンに接続可能とされている。そのため前記ハブ２．１は、前記ドライブトレーン内で、図示しないジェネレータを駆動すべく該ジェネレータに接続することができる。この場合タービン２は、基礎構造３に接続されている。基礎構造３はこの場合、単一の支持柱３．１を備え、該支持柱３．１は図示しない基礎によって前記水域の底部に接続されている。本実施形態においては、前記支持柱３．１は、その全長にわたって円筒形に構成されている。しかしこれは必須ではなく、支持柱３．１の断面形状は円形でなくともよい。特に、長円形、楕円形、あるいは流線形とすることが考えられる。また、該支持柱３．１の断面は、前記水域の底部５から前記タービン２に向かうテーパーとすることも可能である。
【００１８】
図１ｂは、流体力発電プラントの他の実施形態を示した斜視図である。この実施形態のもは、３つのタービン２を有し、各タービンはハブ２．１及び３つのロータブレード２．２を備えている。これら３つタービンのそれぞれは、この場合横ビームとして構成された横断支持構造６に支持されている。この横ビームに替えて、他の接続構成とすること、特に、対角に筋交いされた接続、又は格子又はマトリックスの形態とされたブレースとすることも考えられる。この場合、前記横断支持構造６は、その両端部を基礎構造３によってそれぞれ支持されている。各基礎構造３は支持柱３．１を有している。前記基礎構造３、前記タービン２、及び前記横断支持構造６が、ここでの流体力発電プラント１を構成する。図１ａを参照して既に説明したように、図１ｂに示した如き複数の流体力発電プラント１を、前記媒体の流れの主方向に縦横に配置することができる。前記タービン２は、図示しないジェネレータを個々に又は集約的に駆動することができる。
【００１９】
各タービン２は前記横断支持構造６に対して回動可能であり、各々は他のものとは独立している。前記横ビーム６もまた、採り得る何れかの方法で、あるいはさらに前記基礎構造の長手軸線に沿って、すなわち前記水域の水面あるいは前記底部５に向けて、移動可能に構成することができる。
【００２０】
図２は、図１ａ及び図１ｂのものにおいて適用可能な前記基礎構造３の一実施形態を極めて概略的に示したものである。前記支持柱３．１はこの図２における左側に描かれている。この支持柱は、前記水域の前記水底５（図１ａ及び図１ｂ）に固定された基礎４内に埋め込まれている。図中矢印で示すように、媒体の前記タービン回りの流れによってもたらされる前記タービン２の反力は、前記基礎構造３を介して前記基礎４に伝達される。この反力は、引張り、圧縮、スラスト、捩じれ、及び／又は、曲げといった力、並びに、それらに起因したトルクである。
【００２１】
上記の力及びトルクが引き起こす引張りを無視できない重大な位置の１つは、前記支持柱３．１から前記基礎４へ移行する部位である。前記支持柱３．１の材料の引張りが、前記柱の期待される稼働寿命のための最大値を超えるおそれがある。
【００２２】
これを回避するため本発明では、特に該支持柱３．１の基部から前記基礎４へ移行する部位に複数のタイロッド７が導入されている。これらタイロッド７は、図２においては右側に拡大して、矢印にて模式的に描いている。
【００２３】
前記タイロッドは、この場合、２つのアンカー構造７．１及び７．２との間にプレテンションを導入されている。アンカー構造７．１，７．２はこの場合プレートとして構成されている。これら２つのアンカープレート７．１，７．２は、この場合、互いに対向配置されている。前記タービン２の方に近くかつ前記基礎４よりも上方に位置した上部アンカープレート７．１は、前記支持柱３．１に接続されているか、該柱に鋳込まれている。対向する底部アンカープレート７．２は、前記基礎４の部分に導入されており、かつ、前記支持柱３．１の底部端に接続すること、あるいは前記柱に鋳込むことも可能である。前記アンカープレート７．１及び７．２の間に前記支持柱３．１の材料を設けることも可能であるが、これは必須ではない。タイロッドは、両アンカープレート７．１，７．２間でプレテンションを与えられている。これらタイロッドは、この場合、自身の長手軸線が前記支持柱３の長手軸線と平行となるように、従って、前記タービン２の回転軸又は前記ハブ２．１に対しては垂直となるよう又は角度を成すように、延在している。アンカープレートの使用は、本発明にとって必須ではない。タイロッド７にプレテンションを付与するのには、その他の手段も考えられる。
【００２４】
前記基礎構造３を構成する前記支持柱３．１及び前記基礎４は、例えば鋳造等により一体化した形態とすることもでき、その場合、前記タイロッドは前記支持柱３．１及び前記基礎４の双方に埋設されるものとなる。
【００２５】
本発明によって前記基礎構造へプレテンションを導入することによって、前記支持柱３．１から前記基礎４への移行領域における材料の引張りは相当程度低減する。プレテンションをその他の作用荷重に重ねることで、当該部位の材料引張りを低減することができ、よって基礎構造の寿命を延ばすことができる。
【００２６】
別の方法として、前記タイロッド７を前記基礎構造４内に、特にその全長にわたって設けることもできる。その場合でも、上記の各実施形態に関して説明した上述の工夫は同様に適用可能である。
【００２７】
あるいは、そのようなタイロッド７を、前記タービン２の前記ロータブレード２．２及び／又は前記ハブ２．１内に埋設することも考えられる。そのようなタイロッドは、好ましくは前記ロータブレード２．２の長手軸線と平行に設置され、かつプレテンション導入される。その様子は、図１ａに示した前記ロータブレード２．２の１つに、２つの矢印で象徴的に表してある。その場合も、上記の各実施形態に関して説明した上述の工夫は同様に適用可能である。上記説明した実施形態のいくつかを組み合わせることもできる。特に、このような流れ装置、すなわち流体力発電プラントは、前記ロータブレード及び前記基礎構造、とりわけロータブレードと前記支持柱との双方にタイロッドを装備することが出来る。
【００２８】
本発明は、完全水没形の流体力発電プラント、従ってタービンに適用することが出来る。本発明はまた、沖合風力タービンにも適用できる。この場合の沖合風力タービンは、海底上に設置された基礎を備え、当該基礎が１つあるいは複数の柱を備え、かつそれらタービンが海面上に位置してなる構成のものである。
【符号の説明】
【００２９】
１  流体力発電プラント
２  タービン
２．１  ハブ
２．２  ロータブレード
３  基礎構造
３．１  支持柱
４  基礎
５  水底
６  横断支持構造
７  タイロッド
７．１  アンカープレート
７．２  アンカープレート
【図１ａ】
2016504532.tif 000003
【図１ｂ】
2016504532.tif 000004
【図２】
2016504532.tif 000005
【国際調査報告】
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2016504532.tif 000007
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