(57)【要約】  本発明は、タワーの振動特性に影響を与えるために、振動体（１２）とタワー壁（４）との間の相対運動に影響を及ぼすために、振動体（１２）と風力タービン（１００）のタワーのタワー壁（４）との間を締結するように設計された結合要素（３２）に関し、結合要素（３２）を介して振動体（１２）とタワー壁（４）との間に機械的結合を生成するために、振動体（１２）に固定するための第１締結部と、タワー壁（４）に固定するための第２締結部とを備え、第１および第２の移動方向におけるばね機能を互いに等しくするために、その結合は、振動体（１２）とタワー壁（４）の間の相対運動を可能にし、その相対移動は、第１および第２締結部が互いに向かって移動する場合の第１の移動方向と、第１および第２締結部が互いから離れる場合の第２の移動方向とを有し、結合要素（３２）は、第１および第２締結部間の弾性力のある弾性結合のためのバネ手段を有し、弾性力のある弾性結合は、バネ機能によって表され、バネ手段は、バネ機能が第１および第２の移動方向に対して実質的に同一であるように形成され、さらに、または代替として、バネ手段は、バネ手段の第１の移動方向における動きが、第１バネ部の圧縮および第２バネ部の伸長をもたらすように形成され、バネ手段における第２の移動方向における動きが、第１バネ部の伸長および第２バネ部の圧縮をもたらすように形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タワーの振動特性に影響を与えるために、振動体（１２）とタワー壁（４）との間の相対移動に影響を及ぼすために、前記振動体（１２）と風力タービン（１００）のタワーの前記タワー壁（４）との間を締結するように設計された結合要素（３２）であって、
前記結合要素（３２）を介して前記振動体（１２）と前記タワー壁（４）との間に機械的結合を生成するために、
前記振動体（１２）に固定するための第１締結部と、
前記タワー壁（４）に固定するための第２締結部と、
を備え、
第１および第２の移動方向におけるバネ関数を互いに等しくするために、
その結合は、前記振動体（１２）と前記タワー壁（４）の間の前記相対移動を可能にし、
その相対移動は、前記第１および前記第２締結部が互いに向かって移動する場合の前記第１の移動方向と、前記第１および前記第２締結部が互いから離れる場合の前記第２の移動方向とを有し、
前記結合要素（３２）は、前記第１および前記第２締結部間の弾性力のある弾性結合のためのバネ手段を有し、
前記弾性力のある弾性結合は、前記バネ関数によって表され、
前記バネ手段は、前記バネ関数が前記第１および前記第２の移動方向に対して実質的に同一であるように形成され、さらに、または代替として、
前記バネ手段は、前記バネ手段における前記第１の移動方向における動きが、第１バネ部の圧縮および第２バネ部の伸長をもたらすとともに、
前記バネ手段における前記第２の移動方向における動きが、前記第１バネ部の伸長および前記第２バネ部の圧縮をもたらすように形成されている、
結合要素（３２）。
【請求項２】
前記結合要素（３２）は、バネダンパー要素として形成され、
前記第１および前記第２締結部の間の減衰作用と結合するための減衰部（６４）を有し、前記減衰作用を持つ前記結合は、減衰関数によって表され、
前記減衰関数は、前記第１および前記第２の移動方向に対して略等しい、
請求項１に記載の結合要素（３２）。
【請求項３】
前記バネ関数は、線形であって、さらに、または代替的に、
前記減衰関数は、線形である、
請求項１または２に記載の結合要素（３２）。
【請求項４】
前記結合要素は、
互いに固定接続された第１および第２アンカー部（４１，４２）と、
前記第１および前記第２アンカー部（４１，４２）の間に配置され、前記第１および前記第２アンカー部（４１，４２）に対して移動可能な中央部（３８）と、を有し、
前記第１または前記第２アンカー部（４１，４２）は、前記第２締結部に固定接続され、
前記相対移動が前記第１および前記第２アンカー部（４１，４２）の間の前記中央部（３８）の運動に対応するように、前記中央部（３８）は、前記第１締結部に固定接続されている、
請求項１から３のいずれか１つに記載の結合要素（３２）。
【請求項５】
バネ手段として、
第１バネが、前記中央部（３８）と前記第１アンカー部（４１)との間に設けられ、
第２バネが、前記中央部（３８）と前記第２アンカー部（４２)との間に設けられ、前記第１バネは、前記第１バネ部を形成し、前記第２バネは、前記第２バネ部を形成し、両方のバネ（６１，６２）は、好ましくは同一である、
請求項４に記載の結合要素（３２）。
【請求項６】
前記第１および前記第２バネ（６１，６２）は、前記結合要素の移動中に、２つのバネのいずれも弛緩状態に達する、またはオーバーシュートしないように、プレストレスが掛けられている、
請求項５に記載の結合要素（３２）。
【請求項７】
前記第１および前記第２アンカー部（４１，４２）の間の空間は、前記プレストレスを調整するために調整される、
請求項１から６のいずれか１つに記載の結合要素（３２）。
【請求項８】
タワー中心軸（２４）と、タワー壁（４）と、タワー（１０２）の振動に影響を与えるための振動装置とを備えた風力タービン（１００）のタワー（１０２）であって、
前記振動装置は、
前記タワー壁（４）から間隔をあけるように、前記タワー（１０２）内で吊り下げられた振動体（１２）と、
前記振動体（１２）と前記タワー壁（４）との間に締結され、前記振動体（１２）と前記タワー壁（４）との間の相対移動に影響を与える少なくとも１つの結合要素と、
を有し、
前記振動体（１２）は、垂直な本体中心軸（２６）に沿って中空になるように形成されている、
タワー（１０２）。
【請求項９】
前期振動装置（１２）は、実質的に中空の円錐台または中空円筒として形成され、付加的には、サービス要員が、タワーはしご（５２）に沿って前記タワー（１０２）内を昇降し、そうすることで、開口部の領域で前記振動体を通過することができるように、前記タワー壁の内側に配置された前記タワーはしご（５２）のためのスペースを提供するために、ケーシングに垂直開口部（５０）を有する、
請求項８に記載のタワー（１０２）。
【請求項１０】
前記振動体（１２）は、前記中心軸（２６）を取り囲み、壁厚を有する振動体壁を有し、前記振動体（１２）が前記中心軸（２６）に重心を有するように、周方向において前記壁厚が変化するとともに、前記中心軸（２６）は、前記振動体（１２）の幾何学的中心に対応し、および／または前記振動体（１２）の静止状態で、前記タワー中心軸（２４）と一致する、
請求項８または９に記載のタワー（１０２）。
【請求項１１】
前記振動体（１２）は、平均壁間隔で中央に前記タワー壁（４）から間隔を空けて吊り下げられ、前記壁の間隔は、それぞれの領域のタワー内径の４分の１よりも小さく、特に、各場合において、前記タワー内径の８分の１よりも小さい、
請求項８から１０のいずれか１つに記載のタワー（１０２）。
【請求項１２】
前記振動体（１２）は、締結部、特に、タワートップフランジ（６）の振り子ロッド（１０）によって吊り下げられており、好ましくは、前記振動体が並進運動または傾きのない運動に制限されるように、３つ、４つまたはそれ以上の前記振り子ロッド（１０）が提供され、前記振り子ロッドは、全ての水平方向の動きが可能になるように、好ましくは両側に球面ジョイントヘッドまたはカルダンサスペンションを装備している、
請求項８から１１のいずれか１つに記載のタワー（１０２）。
【請求項１３】
前記振動体（１２）は、水以上の密度、特に、水の少なくとも２倍の密度を有する材料から製造され、特に、コンクリートが材料として使用され、特に、前記振動体は、実質的に鉄筋コンクリートから製造されている、
請求項８から１２のいずれか１つに記載のタワー（１０２）。
【請求項１４】
複数の前記結合要素（３２）は、前記振動体（１２）と前記タワー壁（４）との間に配置され、前記振動体（１２）の周りの円周方向において分布されており、いずれの場合も、前記振動体（１２）と前記タワー壁（４）の間に機械的結合を生成するために、前記振動体（１２）と前記タワーの壁（４）に固定されており、前記結合は、前記振動体（１２）と前記タワー壁（４）との間における水平方向の相対移動を可能にする、
請求項８から１３のいずれか１つに記載のタワー（１０２）。
【請求項１５】
結合要素（３２）として、請求項１から７のいずれかに記載の結合要素（３２）の各場合に使用され、特に、偶数個、特に、６個の結合要素が提供されることが提案される、
請求項８から１４のいずれか１つに記載のタワー（１０２）。
【請求項１６】
複数の前記結合要素（３２）または前記結合要素のいくつかは、前記振動体（１２）の上方、さらに、または代替として、下方に配置されている、
請求項８から１５のいずれか１つに記載のタワー（１０２）。
【請求項１７】
前記振動体（１２）は、重心を有し、前記振動体は、その重心が、前記タワー（１０２）の上半分、特に、上３／５に位置するような前記タワー（１０２）内の高さで吊り下げられており、さらに、または代替として、タワートップフランジ（６）上またはその近傍に配置された締結部に吊り下げられている、
請求項８から１６のいずれか１つに記載のタワー（１０２）。
【請求項１８】
タワー（１０２）の振動に影響を与える目的で風力タービン（１００）のタワー（１０２）で使用するために設計された振動装置であって、
タワー壁（４）から離間するように前記タワー（１０２）に吊り下げることができる振動体（１２）と、前記振動体（１２）と前記タワー壁（４）の間の相対移動に影響を与えるために、前記振動体（１２）と前記タワー壁（４）との間を固定するための少なくとも１つの結合要素（３２）とを有し、
前記振動体（１２）は、垂直中心軸（２６）に沿って中空になるように形成され、さらにまたは代替的に、
それぞれの前記結合要素（３２）は、バネ関数を有し、前記バネ関数は、第１の移動方向と、前記第１の移動方向と反対の第２の移動方向とにおいて、実質的に同一である、
振動装置。
【請求項１９】
請求項８から１７のいずれか１つに記載のタワー（１０２）内での使用のために設計されており、さらに、または代替的に、
請求項１から７のいずれか１つに記載の少なくとも１つの前記結合要素（３２）として使用される、
請求項１８に記載の振動装置。
【請求項２０】
タワー振動または風力タービン（１００）のタワー（１０２）の固有振動数に影響を及ぼす方法であって、前記タワー（１０２）は、複数の結合要素（１０２）を備えた振動装置を有し、
前記タワーの固有振動数または前記タワーの振動振幅を検出するステップと、
所望の吸収体の固有振動数または所望の最大タワー振動振幅を事前に定義するステップと、
前記結合要素を前記吸収体の固有振動数に設定するか、前記タワーの振動振幅が所望の最大タワー振動振幅を下回るように設定するステップと、
必要に応じて、前記ステップが繰り返されるステップと、
を備えた方法。
【請求項２１】
請求項１から７のいずれか１つに記載の結合要素（３２）を備えた振動装置、
請求項８から１７のいずれか１つに記載のタワー（１０２）、および、
請求項１８または１９に記載の振動装置、
を含むリストから選択される少なくとも１つの装置とともに使用される、
請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
空気力学的ロータ（１０６）を持つナセル（１０４）と、タワー中心軸（２４）を持つタワー（１０２）と、タワー壁（４）と、前記タワー（１０２）の振動に影響を与えるための振動装置とを備えた風力タービン（１００）であって、
前記振動装置は、請求項１から７のいずれか１つに記載の結合要素（３２）を有し、
前記タワー（１０２）は、請求項８から１７のいずれか１つに記載されているように設計されており、
請求項１８または１９に記載のように、前記振動装置が形成され、
前記風力タービン（１００）は、請求項２０または２１に記載の方法を実行するように設計された制御装置を備えている、
を含むリストから選択される特徴の少なくとも１つによって特徴づけられる、
風力タービン（１００）。
【請求項２３】
請求項１８または１９に記載の前記振動装置の振動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、このようにしてタワーの振動特性に影響を与えるために、振動体とタワー壁の間の相対的な動きに影響を与えるために、振動体と風力タービンのタワーのタワー壁との間を固定するための結合要素に関する。本発明はさらに、タワーの振動に影響を及ぼすための振動装置を有する風力タービンのタワーに関する。本発明はさらに、タワーの振動に影響を与えるために風力タービンのタワーで使用するように設計された振動装置に関する。本発明はさらに、タワーの振動に影響を及ぼす方法に関する。本発明はさらに風力タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力タービンは一般的に知られており、現代の風力タービンは、ナセルが配置された風力タービンタワーを有している。ナセルは、風から電気エネルギーを得るために、ロータブレードを備えたロータを有している。特に運転中、風は前記ロータブレードに作用するが、部分的にナセルとタワーにも作用し、風は風力タービン、特に、風力タービンのタワーの振動にもつながり得る。ロータの回転は、タワーの振動につながる可能性がある。最悪の場合、タワーの固有振動数に応じて、特定のロータ回転速度で共振状態が発生する可能性がある。理論的に最悪の場合、これは共振の大惨事につながる可能性がある。
【０００３】
このような振動の問題は、対応するタワー構造によって対処できる。１つの可能性は、タワーを非常に頑丈または堅固に構築し、実質的に大きな振動を全くまたは全く発生させないことである。しかしながら、そのような構造は、一般的に非常に高い出費、特に材料に関する出費に関連している。
他のより現代的なアプローチは、共鳴周波数が、そのような共鳴周波数を誘発するか、またはそのような共鳴周波数に対応できる回転速度が生じる風力タービンの動作点と一致しないようなタワー構造を提案する。そのような解決策は、一般に設置コントローラを用いて調整され、特に、設置コントローラは、例えば、風力タービンの起動中に、可能な限り迅速に回転速度で共振点を通過するように制御を実装する。
【０００４】
しかし、そのようなタワーの建設も、支出の増加を伴う可能性がある。さらに、このような解決策は、風力タービンの動作範囲を制限する。
風力タービンのタワーに吸収システムを装備するための解決策も基本的に提案されており、吸収システムはそのようなタワーの振動を減衰するように設計されている。しかしながら、そのような吸収システムは扱いにくく、しばしば洗練されておらず、さらにタワー内部で非常に邪魔になる可能性がある。特に、タワーの中央に吊り下げられた振り子ダンパーは、特に、中央のケーブルガイドやそこに配置された他の要素と衝突する可能性がある。一般に、振動体に導入される水によって実現され得る大きな振動質量の導入のために、一般に、必要な構造的空間は存在しない場合がある。振り子の動きは、好ましくない動き成分を示す場合もある。
【０００５】
同様に、ナセル内で、対応するパイプシステムにより、液体減衰システムが振動減衰を達成することを目的とする解決策がすでに提案されている。ここで、液体、特に、水は、振動運動に対抗できるように、特にポンプで移動することができる。このようなシステムも非常に複雑であり、ここでは、タワーの振動に対抗する力がナセルからタワーに伝達されなければならない、つまり方位軸受けに負荷を生じさせるという問題もある。
【０００６】
さらに、独国特許出願公開第１０ ２０１２ ２２２ １９１号明細書は、そこで使用される振り子システムの懸架軸の方向に走る振り子バネ要素が使用される振動吸収モジュールを開示している。
本願の優先権主張出願について、ドイツ特許商標庁は、以下の先行技術文献をサーチした：独国特許出願公開第１９８ ５６ ５００号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１２ ２２２ １９１号明細書。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０ ２０１２ ２２２ １９１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１９８ ５６ ５００号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明によって対処される問題は、上記の問題の少なくとも１つに対処することである。特に、風力タービンのタワーの振動問題を簡単な方法で、特に構造に関して簡単な方法で、特に受動的な方法で相殺することを意図した解決策を提案することが求められている。少なくとも、以前から知られている解決策に関連する代替案を提案することが求められている。
【０００９】
本発明によれば、請求項１による結合要素が提案されている。そのような結合要素は、振動体と風力タービンのタワーのタワー壁との間を固定するように設計されている。前記結合要素は、振動体とタワー壁との間の相対移動に影響を与えることを意図している。これを、タワーの振動特性がこのように影響される程度に実現することが求められている。したがって、結合要素およびそれに対応して前記結合要素が１つの部分によって固定される振動体も、タワーの振動を含む振動特性に影響を与えることができるように、すなわち特にかなり影響を与えるように、寸法が決められる。
【００１０】
この目的のために、結合要素は、第１および第２締結部を有している。第１締結部は、振動体に固定され、第２締結部は、タワー壁に固定される。このように、機械的結合は、結合要素を介して、振動体とタワー壁との間で形成される。したがって、この位置で振動体がタワー壁に対して振動する場合、つまり、タワー壁と振動体との間の相対移動がそこで発生する場合、前記相対移動は、第１および第２締結部の間で対応するように発生する。
【００１１】
ここで、基本的には、１つのタワーと１つの振動体に対して、そのような複数の結合要素、例えば、６つ以上の結合要素が１つの例として挙げられる。
したがって、結合は、振動体とタワー壁との間の相対移動を可能にし、前記相対移動は、第１および第２の移動方向を有する。第１の移動方向の場合、第１および第２締結部は互いに向かって移動し、一方、第２の移動方向の場合、第１および第２締結部は、互いに離れるように移動する。第１および第２の移動方向の定義も基本的に逆にすることができる。いずれにせよ、これらの２つの移動方向は、互いに反対の方向を向いていると理解される。これらが互いに横方向に向けられているわけではない。
【００１２】
さらに、第１および第２締結部の間の弾性力のある弾性結合を実現し、したがって結合要素が設置されたときに、タワー壁と振動体との間の弾性力のある弾性結合を実現するバネ手段が設けられる。弾性力のある弾性結合は、バネ関数によって説明される。バネ手段は、バネ手段の第１の動きが第１バネ部の圧縮と第２バネ部の伸長をもたらすように設計されている。さらに、バネ手段は、バネ手段の第２の動きが第１バネ部の伸長および第２バネ部の圧縮をもたらすように設計されている。したがって、２つのバネ部が設けられ、そのうちの一方は常に圧縮され、他方は伸長される。移動方向が逆の場合、この関数も逆になるため、圧縮されたバネ部が再び伸び、伸びたバネ部が圧縮される。
【００１３】
前記２つのバネ部によるこの機能性は、この場合、第１および第２の移動方向に対するバネ関数が可能な限り互いに等しくなるように構成される。
特に、したがって、１つの移動方向がバネを伸ばし、逆移動方向が前記バネを圧縮する場合のバネ変形が改善され、その結果、方向依存性および撓み振幅依存性の両方のバネ関数が一般に実現できる。したがって、前記２つのバネ部の提案は、前記バネ関数の均一性、したがって、タワー壁と振動体との間の使用における前記結合要素の機械的結合の均一性を実現する。
【００１４】
したがって、バネ関数が両方の移動方向で実質的に等しくなることが求められている。また、バネ関数が第１および第２の移動方向に対して実質的に等しいことが他の何らかの方法で達成される場合、本発明による概念に適合する。
結合要素は、好ましくは、バネ減衰要素として形成され、バネ手段とは別に、第１および第２締結部の間の減衰作用で結合するための減衰部を有する。前記減衰作用を伴う結合は、減衰関数によって説明することができる。この目的のために、減衰関数は、第１および第２の移動方向に対して実質的に等しいことが提案されている。したがって、第１および第２の移動が等しく、すなわち対称的に影響されるように、減衰についても均一性を達成することができる。
【００１５】
好ましくは、バネ関数が両方の移動方向で実質的に等しいだけでなく、実質的に線形でもある場合である。したがって、バネ手段全体のバネ力、すなわち第１および第２バネ部のバネ力の合計は、大きさに関して、中央位置または静止位置からのたわみに実質的に比例する。
また、減衰関数が第１および第２の移動方向で実質的に等しいだけでなく、実質的に線形である場合も好ましい。したがって、減衰部の移動に対抗する減衰力は、大きさに関して、第１および第２締結部の間の相対移動の速度、すなわち振動体とタワーの壁との間の相対移動の速度に実質的に比例する。
【００１６】
このように、特に、バネ関数と減衰関数の両方が線形の場合には、タワーダイナミクスの振動または風力タービン全体の運動ダイナミクスの減衰、特に、不変の減衰定数による減衰を達成することが可能である。
バネ関数の線形特性は、特に、両方のバネ部のプレストレスによって達成され得る。結合要素、特に、バネ手段が、停止部に到達しない場合には、所定の設計行程に対してのみ線形バネ関数を実現することは自明である。したがって、バネ関数は、所定の設計移動に対して実質的に線形であることが提案されている。
【００１７】
減衰関数については、特に、対称設計によって直線性と対称性とを実現できる。
一実施形態では、結合要素は、互いに固定的に接続された第１および第２アンカー部を有することが提案されている。さらに、第１および第２アンカー部の間には、前記２つのアンカー部に対して移動可能な中央部が配置されている。ここで、第１または第２アンカー部は、第２固定部に固定接続され、中央部は第１固定部に固定接続される。したがって、中央部は、２つのアンカー部の間を移動でき、したがって、２つのアンカー部の間で、したがってタワー壁に対して振動体とともに移動できる。したがって、振動体とタワー壁との間の相対的な動きは、アンカー部間の中央部の動きに対応する。
【００１８】
このように、特に、簡単な方法で、バネ手段を２つのバネ部に均一に分割することも可能である。
好ましくは、ここで、バネ手段は、中央部と第１アンカー部との間に第１バネを有し、中央部と第２アンカー部との間に第２バネを有する。ここで、第１バネは第１バネ部を形成し、第２バネは第２バネ部を形成する。両方のバネが同一であることが望ましい。バネは、例えば、つる巻きバネとして形成されてもよい。
【００１９】
結合要素の移動中に２つのバネのいずれも弛緩状態に到達またはオーバーシュートしないことを達成するために、第１および第２バネにプレストレスをかけることが好ましい。特に、２つのバネは、中央部と第１アンカー部との間、および中央部と第２アンカー部との間にそれぞれ締め付けられてもよい。前記プレストレスは、好ましくは、前記第１バネがそれ以上圧縮されない停止までの第１バネの圧縮の場合でさえ、第２バネがまだ応力下にある、すなわち、まだプレストレスがかかっているような強さである。同様に、逆に、具体的には、第２バネが完全に圧縮されたとき、つまり停止に達したときに、第１バネにまだストレスがかかっているため、まだプレストレスがかかっていることも当てはまる。ここで、状況は、２つのバネの１つが停止位置まで圧縮され、通常の動作範囲ではなくなったことに関するものである。換言すれば、結合要素は、記載された最大圧縮に達しない場合の使用を意図している。
【００２０】
第１アンカー部と第２アンカー部との間の間隔は、好ましくは、プレストレスを調整するために調整可能である。
好ましくは、この目的のために、アクチュエータによって作動される調整手段が設けられており、オンライン調整も可能である。したがって、必要に応じて、タワーの振動特性の最小限の変化に対応することが可能である。これは、風力タービンの他の要素の変化によっても引き起こされる可能性がある。
【００２１】
別の実施形態では、減衰部は、中央部と第１アンカー部との間、または中央部と第２アンカー部との間に固定されることが提案されている。ここで、特に、両移動方向に対称な減衰機能、および線形減衰機能でさえ、この場合には、互いに相対移動する２つの部分の間に配置される単一の減衰部によって実現できることが認識されている。あるいは、中央部と２つのアンカー部とのそれぞれとの間に、１つの減衰部が設けられてもよく、この減衰部は特に同一であるか、少なくとも同じ特性を有する。このようにして、減衰が両方の移動方向で等しくなることが保証される。
【００２２】
本発明によれば、風力タービンのタワーも提案されている。そのようなタワーは、タワーの中心軸と、タワーが実質的に構築されるタワー壁を有する。さらに、タワーの振動に影響を及ぼすための振動装置が提供される。振動装置は、タワー壁から離間するようにタワーに吊り下げられた振動体を有する。したがって、前記振動体はタワー内部に懸架されており、基本的にタワー壁に対して様々な方向に振動することもできる。振動体は、基本的に、懸架以外の何らかの方法で、例えば、タワーの中心軸に垂直な平面内の任意の方向への実質的な移動を可能にするベアリング構成によって、タワー内に配置されてもよい。
【００２３】
ここで、振動体は、タワーに対して移動できるように十分なスペースが残るように、タワー壁から離れるように吊り下げられるか、他の方法で取り付けられる。
さらに、振動体とタワー壁との間の相対的な移動に影響を与えるために、振動体とタワー壁との間に結合要素が固定されている。複数の結合要素、特に、４つ、６つまたは８つの結合要素が提供されることが好ましい。特に、前記結合要素は、構造的に同一であって、振動体の周囲に均一に分布している。特に、６つの結合要素の使用は、振動体の周囲にわたって良好な均一な分布を作成すると同時に、材料に関して過剰な支出を伴わず、６つの結合要素が特に好ましい。
【００２４】
さらに、振動体が垂直中心軸に沿って中空になるように形成されるようになっている。特に、前記振動体は、タワーの中心軸に沿って中空になるように形成されている。この中空の形態により、振動体は、例えば、人員または機器のエレベータなどのタワー内の装置を妨害しないことが達成される。したがって、振動体は、風力タービンの人員用エレベータが振動体を通って垂直方向および中央に延びることができるように十分なスペースが残るように、中空形状であることが好ましい。
【００２５】
また、非常に大きな質量を外部のシェルに収容できることも認識されている。したがって、大きな質量を有し、それにもかかわらず他の必要な装置のためにタワー内に十分なスペースを残す振動体を実現することが可能である。
振動体は、好ましくは、実質的に中空の円錐台または中空の円筒として形成される。このようにして、振動体の大きな質量を、単純で均一な方法で前記中空の円錐台または中空円筒に収容することが可能である。基本的に、中空円筒が提案されているが、タワーの円錐形状に適合させるためにシェルの対応する円錐形状も提案され、そのため、前述の中空円錐台がこの目的のために提案される。
【００２６】
必要に応じて、上記タイプの中空の円錐台は、サービス担当者がタワーのこのタワーはしごに沿って昇降できるように、タワー壁の内側に配置されたタワーはしごのためのスペースを提供するために、ケーシングに垂直開口を備えており、そうすることで、開口部の領域で振動体を通過させることができる。
例えば、中空円筒または中空円錐台は、全周の３６０度に対して約６０度の範囲の開口部を有してもよい。ある程度大きい範囲または小さい範囲も考えられ、開口部は、３０度から９０度のサイズの範囲で提供されることが好ましい。
【００２７】
特に、開口部の値が６０度の場合には、円周上に均一に分布するように、６つの結合要素を配置することも可能である。９０度の値は、４つの結合要素を備えた変形形態に対して特に好ましく提案される。特にタワー直径が大きい場合は、３０度の値が提案される。それでも、サービス要員が、そこに配置されたはしごを登るときに、その開口部の領域で振動体を通過させることは依然として可能である。３６０度の周囲に関する角度範囲に関する開口の定義により、いずれの場合でも、小さな中央空洞のみの場合でも十分なスペースを提供できる十分な開口を提供することが可能である。偶数個の結合要素が提案されていることが好ましく、結合要素は振動体の周囲に均一に分布している。開口部の最小値として１０度が提案されている。
【００２８】
一実施形態では、振動体は、中心軸を開口で囲むケーシングを有することが提案されている。ここでは、前記包囲ケーシングの壁厚が円周方向に変化するように準備されている。壁の厚さは、振動体が、開口部にもかかわらず中心軸に重心を持つように変化する。中心軸は垂直に向けられ、この場合、振動体の幾何学的中心にある。特に、前記中心軸は、振動体の外側輪郭に対する中心軸である。さらにまたは代替的に、前記中心軸は、振動体およびタワーの静止状態で、タワー中心軸に対応する。
【００２９】
特に、同時減衰のために、タワーの振動に影響を与えるには、振動体の重心は、静止状態ではタワーの中心軸にある。振動体のシェルに設けられた開口部により、壁の厚さが円周方向に均一である場合、重心が変位する。これは、振動体の壁厚の提案された変動によって補償することができる。振動体の壁厚に対応して均一に分散された変動により、重心は、開口部にかかわらず、タワーの中心軸または振動体の中心軸に配置することができる。このようにして、例えば、追加のバランスウェイトの提供を回避することも可能である。
【００３０】
振動体は、好ましくは、平均の壁間隔でタワー壁から中心に離間するように吊り下げられ、壁間隔は、それぞれの領域のタワー内径の１／４よりも小さい。特に、前記壁間隔は、各場合において、前記タワー内径の１／８よりも小さい。このようにして、前記振動体はタワー壁に非常に近く、それ自体が比較的大きな直径を有することが達成される。このようにして、振動体が、その振動特性の観点からタワーに著しく影響を与えることができるように、対応して大きな体積、したがって対応して大きな有意な質量を有することも可能である。前記位置におけるタワー内径の１／４未満、または好ましくは１／８未満である前記間隔は、振動体とタワー壁との間の相対移動のために十分なスペースを依然として残している。間隔は、タワー内径の１／２０よりも大きいことが好ましい。これにより、振動体とタワー壁との間のスペースが小さくなりすぎないように選択される。
【００３１】
振動体は、好ましくは、その直径の少なくとも半分、好ましくは少なくともその直径の値に対応し、好ましくはその直径の少なくとも２倍である高さを有する。このようにして、振動体に非常に高い質量を提供することが全体的に可能である。それにも関わらず、これらの解決策は全て、例えば、ケーブルガイドや、必要に応じて、エレベータ等のために、タワー内部スペースを十分に活用できる。
【００３２】
一実施形態では、振動体は、固定部、特に、タワートップフランジの振り子ロッドによって吊り下げられることが提案されている。４つ以上の振り子ロッドが提案されることが好ましい。特に、偶数個の振り子ロッドが提案される。振り子ロッドを使用することにより、振動体が実質的に並進運動または傾きのない運動に制限されるようにすることが求められている。ここで、振り子ロッドは、好ましくは、両側に球形ジョイントヘッド、すなわちボールジョイント、またはカルダンサスペンションで形成される。このようにして、振り子の動きがすべての水平方向で可能になる。ここでは、振り子ロッドの関節が振り子の動きの方向に影響を及ぼさないことが意図されている。振り子ロッドは、振動体が高い限り少なくともほぼ同じ長さであることが好ましい。このようにして、特に、振り子の動きに重要な垂直成分がないか、またはまったくないことが達成される。振り子ロッドは、静止状態における振動体とタワー壁との間隔のそれぞれとして、好ましくはそれぞれ少なくとも３倍、特に少なくとも５倍、好ましくは少なくとも７倍の長さである。
【００３３】
特に、複数の振り子ロッド上における振動体のサスペンションの性質により、振動体のたわみの後、重量力が復元力を生じさせ、最終的に少なくとも、ここでは、振動体を静止位置に戻すのに役立つ。同様に、復元バネの使用を回避または削減することができる。
振動体は、水よりも高い密度を有する材料から製造されることが好ましい。少なくとも、全体的に水よりも密度が高く、特に、密度は水の少なくとも２倍であることが提案されている。このための好ましい材料として、コンクリートが提案されている。特に、振動体は、実質的にコンクリート、好ましくは、鉄筋コンクリートから製造される。ただし、この目的のために、コンクリートで満たされた受体を提供することもできる。特に、この場合、鉄筋コンクリートを使用せずに、コンクリートのみを使用または導入することができる。剛性と強度、およびサスペンションまたはサスペンションポイントの提供は、これらの受け部によって実現される。
【００３４】
コンクリートと一緒に受体を使用することの利点は、まだ固まっていない液体コンクリートがポンプで汲み上げられることであり、したがって、振動体を空の受け体として建てられたタワーに設置し、その後、所望のコンクリートを汲み上げることが可能である。
しかしながら、一実施形態では、振動体は、事前に作成された要素、特に、事前に作成されたコンクリート部品として提供される。
【００３５】
タワーは、好ましくは、複数の結合要素が振動体とタワー壁との間に配置され、振動体の周りの円周方向に分布することを特徴とする。前記結合要素のそれぞれは、振動体およびタワー壁に固定されている。このようにして、振動体とタワー壁との間で機械的結合が実現され、その結合は、振動体とタワー壁との間の水平方向における相対移動を可能にするが、それに影響を与える。
【００３６】
これにより、そのサスペンションを含む振動体は、結合要素とともに、タワーの振動に影響を与える振動装置を形成する。前記振動装置は、この場合、好ましくは、発生する振動を低減する、または最適な場合には除去することさえできる吸収システムとして形成される。前記振動装置、特に吸収システムは、振動体および結合要素の選択を通じて、タワーの予想振動、特に周波数に合わせて設定または再調整される。これに影響を与えるために、それに応じて、振動体の質量、結合要素のバネ剛性、各結合要素の減衰部の減衰特性、特に、減衰定数、および結合要素の数、結合要素の位置、振り子ロッドの長さを設定または選択することができる。
【００３７】
上記の結合要素の少なくとも１つの実施形態による結合要素が使用されることが好ましい。したがって、結合要素に関して説明した利点を、風力タービンタワーの振動の変動または減衰または吸収のために、ここで対応して使用することが可能である。
結合要素は、好ましくは、振動体の上には位置され、さらにまたは代替として、振動体の下に配置される。この方法では、特に、振動体とタワー壁との間に存在する中間空間の範囲よりもはるかに大きい範囲を有する結合要素で使用することも可能である。ここで、各結合要素の中央部が振動体の上縁または下縁に固定されることが特に好ましいが、２つのアンカー部の一方はタワー壁に、残りのアンカー部は固定されるタワーの内部空間、特に、振動体の内部空洞の上の領域にも自由に突出する。ここでは、タワーの内部領域をさまざまな技術機器に使用するため、特に電線、特にケーブルハーネスをその中に導くために、全体の構造、つまり結合要素を備えたタワーに設置された振動体は、それでもタワー内部に十分なスペースを残す。
【００３８】
振動体は、好ましくは重心を有し、振動体は、重心がタワーの上半分、特に上部３／５に位置するようなタワーの高さに吊り下げられる。さらにまたは代替として、振動体は、タワートップフランジ上に配置された、またはタワートップフランジに配置された固定部または複数の固定部に吊り下げられている。タワートップフランジの近くの配置も考えられるが、これは、おそらくタワートップフランジに直接ではなく、タワートップフランジのすぐ近くで締結が実現されることを意味すると理解されるべきである。例えば、最後のタワーセグメントでは、締結部は、その上に中間リングを備え、後者にタワートップフランジを備えた、取り囲む締結フランジとして提供されてもよい。しかしながら、タワートップフランジへの固定部の固定が提案されることが好ましい。
【００３９】
第１に、振動体の重心の前記垂直位置は、第１の固有振動数が大きなたわみを有する位置に提供され、したがって固有モードはそこで大きなたわみを示す。ここでは、タワーの曲げ振動中に異なる固有モードが発生する可能性もある。
振動装置は、好ましくは、その固有振動数に関してタワーの振動を減衰するように設計されている。上記のように、対応する設計は、振動体の質量、結合要素のバネ機能、結合要素の減衰機能、結合要素の数、振り子ロッドの長さ、および振動体の重心の垂直位置も用いて設定される。
【００４０】
さらに、タワーの振動に影響を与える目的で、風力タービンのタワーで使用するように設計された振動装置が提案されている。前記振動装置は、タワー壁から離間するようにタワー内に吊り下げることができる振動体を有しており、前記振動装置は、振動体とタワー壁の間の相対的な移動に影響を与えるために、振動体とタワー壁との間を固定するための少なくとも１つの結合要素を有している。この目的のために、振動体は、垂直中心軸に沿って中空になるように形成され、さらにまたは代替的に、各結合要素はバネ機能を有し、バネ機能は、互いに反対の方向を向いた第１および第２の移動方向に対して実質的に同一であることが提案される。特に、振動体の周囲に、好ましくは振動体の上および／または振動体の下に均一に分布する、少なくとも４つ、特に、正確に４つまたはちょうど６つまたは正確に８つの結合要素を提供することが可能である。
【００４１】
前記振動装置は、この点に関して上述した実施形態によるタワーで使用するように設計されることが好ましい。特に、振動装置は、振動装置に関連するタワーの実施形態の説明に関連して説明された少なくとも１つの特徴を有する。
さらにまたは代替として、振動装置は、結合要素に関する少なくとも１つの上述の実施形態に従って説明されたように、少なくとも１つの結合要素を有する。また、タワーの振動、または風力タービンのタワーのタワー固有振動数に影響を与える方法も提案されており、前記タワーは、複数の結合要素を備えた振動装置を備えている。前記方法は、タワーの固有振動数を検出し、次に所望の吸収体周波数を事前定義し、その後、結合要素を吸収体周波数に設定することを提案する。検出、事前定義、および設定のこれらのステップは、特性を改善するために繰り返されることが好ましい。
【００４２】
または、タワーの振動振幅が検出され、所望の最大タワー振動振幅が事前定義され、結合要素は、タワーの振動振幅が所望の最大タワー振動振幅を下回るように設定される。ここで、振動振幅を低減するために、減衰機能の変化も特に考慮される。この場合も、検出、事前定義、設定の手順を繰り返すことができる。特に、タワーの固有振動数またはタワーの振動振幅を連続的に検出し、これに依存する方法で、さらなるステップが必要かどうかに関して決定を下すことが提案されている。特に、また、望ましい吸収体の固有振動数や新しい望ましい最大タワー振動振幅を事前に定義することなく、したがって、再調整とも呼ばれる結合要素を再度設定することも考慮されている。ただし、結合要素の設定を再調整するだけでなく、所望の吸収器の固有振動数および／または所望の最大タワー振動振幅を再調整する、つまりこれらの設定値を変更することも考慮される。
【００４３】
結合要素の上記実施形態による結合要素を備えた振動装置、タワーの上記実施形態によるタワー、および上記実施形態による振動装置を有する風力タービンも提案される。振動装置の実施形態、およびさらにまたは代替的に、一実施形態によれば、タワー振動に影響を与える目的で上記の方法を実行するように設計された制御装置を有する。
また、タワーの振動に影響を与える方法は、結合要素に関して上述した実施形態による振動装置および結合要素とともに使用されること、前記方法は、タワーに関する上述の実施形態によるタワーとともに使用されること、および前記方法は、振動装置に関する上記の実施形態による振動装置と共に、さらにまたは代替的に使用されること、も提案されている。したがって、それぞれ記載された実施形態の利点を、提案された方法および提案された風力タービンに利用することが可能である。
【００４４】
その結果、特に、簡単かつ同時に効率的な方法で、風力タービンのタワーの振動または風力タワー全体の振動を変化させる解決策が提案されており、これは特にタワーで顕著である。その変化は、周波数特性または振幅に関連する場合がある。ここで、前記解決策は、特に受動的解決策として構成され、これは、振動特性に関するタワーまたは風力タービンの少なくとも１つの特性に影響を与えることができる。この方法では、特に、振動特性に関してタワーまたは風力タービンのシステム特性の変化を達成することが可能である。ここでは、その解決策は効率的であって、特に、タワー内部も過度に遮られないように構成されている。調整可能性も提供することができ、それにより、特に、振動の影響をその場で設定および適合させることも可能である。
【００４５】
本発明は、例示的な実施形態に基づいて、添付の図面を参照して、例として以下で詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】風力タービンの斜視図。
【図２】風力タービンタワーの詳細を示す断面図。
【図３】図２をさらに詳細にした図。
【図４】図２をさらに詳細にした図。
【図５】図２に示すタワー詳細の水平断面を示す図。
【図６】結合要素を示す横断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図１は、タワー１０２とナセル１０４とを有する風力タービン１００を示す。ハブの一部である、３つのロータブレード１０８を有するロータ１０６とスピナ１１０とは、ナセル１０４に設けられている。ロータ１０６は、運転時に、風によって回転運動するように設定され、それにより、ナセル１０４内の発電機を駆動する。
図２は、高さにわたって性質および厚さが異なっていてもよいタワー壁４を備えたタワー部２を示している。タワー部２は、タワートップフランジ６によって閉じられている。タワートップフランジ６は、取り囲んでいるフランジとして形成され、特に、ナセルを回転可能に取り付けるための方位軸受を保持するために設けられている。
【００４８】
タワートップフランジ６に取り付けられているのは、サスペンション固定部８であって、振動体１２は、振り子ロッド１０に吊り下げられている。この目的のために、同様に、振り子ロッド１０は、振動体固定具１４によって振動体１２に旋回可能に固定される。
よって、振り子ロッド１０は、振動体１２のサスペンションとして機能する。サスペンション固定部８は、この場合、タワートップフランジ固定部とも呼ばれる。
【００４９】
よって、振動体１２は、比較的長い振り子ロッド１０によって、実質的に全ての方向における水平面内で振動することができる。さまざまな方向における縦振動とは別に、循環運動、つまり複数の縦振動の重ね合わせも考慮される。
振動体１２は、振動体キャビティ１８を囲む振動体シェル１６によって実質的に形成される。振動体シェル１６は、図２および他のいくつかの図に示されるように、容器充填物２２を備えた振動体容器２０として形成されてもよい。
【００５０】
図２には、タワーの中心軸２４も示されており、これは、タワー、したがってタワー部２の中心軸を形成する。ここで、タワー中心軸は、振動体１２の垂直中心軸を形成する本体中心軸２６と一致する。
振動体１２は、結合要素３２によって、タワー壁４に下縁２８および上縁３０で結合される。上縁部３０の領域における結合の詳細は図３に示され、下縁部２８の領域における結合の詳細は図４に示されている。
【００５１】
各結合要素３２のタワー壁４への固定は、結合要素３２が上端３０に固定されている場合、タワー隔壁３４への固定によって実現される。前記タイプのタワー隔壁３４は、基本的に、風力タービンのタワー内で、作業を行うことができる、または休憩を取ることができるプラットフォームを作成するために使用される。そのようなタワー隔壁３４はまた、ナセル１０４からタワー内に何かが落下することを防止する。タワー隔壁は、タワー壁４に円周方向に均一に固定されており、この場合、タワーの補剛リングまたは補剛表面も形成することができる。結合要素３２をタワー隔壁３４に固定することにより、タワー壁への点状の力の導入を回避することができる。代わりに、力がタワー隔壁３４に導入され、これにより、前記力を円周方向に均一にタワー部２のタワー壁４に伝達することができる。
【００５２】
下縁２８の領域では、結合要素３２は、補強リング３６によってタワー壁４に固定されている。補強リング３６によるタワー壁４への前記接続はまた、それぞれの結合要素３２を介してタワー壁４に力が点状に導入されることを防止する。振動体１２がタワー部２に対して振動する場合には、したがって、タワー隔壁３４と補強リング３６に対しても振動する。振動体１２は、タワー隔壁３４の下に位置するため、振り子ロッド１０は、タワー隔壁３４を通る対応する開口部を通って導かれる。
【００５３】
図３は、図３に１つだけ示されている結合要素３２による振動体１２のタワー壁４への結合を拡大詳細で示している。図６の詳細図は、中央部３８によって、振動体１２またはその振動体ケーシング１６の上縁３０に固定されている。
中央部３８は、第１アンカー部４１および第２アンカー部４２の間において、弾性力のある弾性形態で配置されている。第１および第２アンカー部４１，４２は、互いに堅く接続されている。第１アンカー部４１は、固定アングルブラケット４４によってタワー隔壁３４に固定されている。
【００５４】
タワー壁４に対する振動体１２の振動運動の場合、したがって、振動体１２から中央部３８を介して結合要素３２への力の導入が行われ、結合要素３２は、これを第１アンカー部４１に弾性力を持って弾性的に伝達し、これを介して、および固定アングルブラケット４４を介して、タワー隔壁３４、よってタワー壁４に伝達する。したがって、振動体１２は、タワー壁４に弾性力を持って弾性的に結合される。
【００５５】
さらに、また、図３には、タワー隔壁３４、特に、内部空洞、具体的には振動体１２の振動体空洞１８を通って導くことができるケーブルハーネス４６が示されている。この目的のために、タワー隔壁３４には、ケーブルハーネス４６がケーブルガイド４８を通って導かれる開口部を設けることができる。
下縁２８の領域の構造は、図４に示されており、上縁３０の領域の構造に非常に類似している。下縁２８の領域においても、振動体１２は結合要素３２の中央部３８に結合されている。結合要素３２は、第１アンカー部４１を介して、および固定アングルブラケット４４を介して補強リング３６に結合されている。補強リング３６は、座屈抵抗器と呼ばれることもある。
【００５６】
振動体１２はまた、その底面にケーブルガイド４９を有してもよい。
図５の平面図は、特に、振動体１２の形状を示している。それは、垂直開口部５０を備えた実質的に円筒形の形状を有する。前記垂直開口部５０は、タワーはしご５２の領域に空間を作り出すのに役立つ。したがって、振動体１２は、その比較的大きな外径により、大きな容積、したがって大きな質量を有することができる。それにもかかわらず、タワーの内部空間はそれでも使用可能なままであり、特に、タワーはしご５２を介した上昇はそれにより妨げられない。
【００５７】
開口部５０にもかかわらず、振動体１２の重心を実現するために、振動体１２の壁厚は、タワーはしご５２の領域において、タワーはしご５２を避けた領域よりもわずかに厚く形成されてもよい。説明の目的で、タワーはしご５２に近い領域５４とタワーはしご５２から離れた領域５６とが示されている。したがって、質量補償は、タワーはしごに近い領域５４に、特に、大きな壁厚を設けることにより実現される。一方、タワーはしごから離れた領域５６では、可能な限り薄い壁厚が提供される。
【００５８】
図６は、横断面図で、結合要素３２をさらに詳細に示している。第１および第２アンカー部４１，４２は、テンションロッド５８によって互いに固定接続されている。中央部３８は、２つのアンカー部４１および４２に対して移動することができる。この目的のために、テンションロッド５８はまた、そのような動きのために中央部３８のためのガイドを形成してもよい。さらに、各アンカー部は、エンドプレートと呼ばれることもあり、中央部３８は中央プレートと呼ばれることもある。
【００５９】
中央部３８と第１アンカー部４１との間には、第１バネ部を形成する第１バネ６１が配置されている。中央部３８と第２アンカー部４２との間には、第２バネ部を形成する第２バネ６２が配置されている。
前記２つのバネ６１，６２はともに、結合要素３２の共通のバネ手段を形成する。２つのバネ６１，６２は、実質的に同一であって、２つのバネ６１，６２は、予め応力がかけられている。したがって、図６は、結合要素３２の静止位置を示している。２つのバネ６１，６２は、つる巻きバネとして形成され、それぞれ第１または第２アンカー部４１，４２および中央部３８の受容部に受容される。
【００６０】
２つのバネ６１，６２がプレストレスされているという記述は、図６に示す位置においてすでに圧縮されていることを意味する。したがって、両方のバネ６１，６２は、それぞれ中央部３８上の第１および第２アンカー部４１，４２から、またはその逆に、それぞれの場合に既に力を及ぼしている。ただし、この２つの力は、示されている静止位置では互いに相殺される。このプレストレスにより、テンションロッド５８に沿った中央部３８の動きは、撓みとバネ力との間に実質的に線形の関係を経験する。一方向、例えば、第１アンカー部４１に向かって移動した結果、第１バネ６１のバネ力は増加するが、第２バネ６２のバネ力は減少する。中央部３８が反対方向に示されている静止位置から移動する場合、同じ効果が生じる。ここで、第２バネ６２によって付与される力は増加し、第１バネ６１によって付与される力は減少する。中央部３８、ひいては振動体１２に対する合力は、２つのバネ６１，６２のばね力の差から生じる。したがって、力の関係は、両方のたわみ方向で等しくなる。
【００６１】
さらに、減衰ピストン６８が移動する減衰シリンダ６６を実質的に有する減衰部６４が設けられている。減衰ピストン６８は、抵抗プランジャ７０を有し、減衰シリンダ６６内の流体が前記抵抗プランジャ７０を通過しなければならないという事実により、減衰シリンダ６６内の動きは制動される。この場合、減衰作用、すなわち移動速度依存抵抗は、減衰ピストン６８の移動方向、したがって抵抗プランジャ７０の移動方向とは実質的に独立している。
【００６２】
減衰ピストン６８、したがって抵抗プランジャ７０の結合は、中央部３８に固定され、したがって中央部３８の移動中に、中央部３８とともに移動する被覆管７２を介して実現され、このプロセスでは、同時に減衰ピストン６８も駆動する。中央部３８のガイダンスについては、さらに、テンションロッド５８上の中央部３８を案内するガイドシリンダ７４が設けられている。
【００６３】
結合要素は、振動体１２とタワー壁４との間、したがって中央部３８と第１アンカー部４１との間の移動振幅が、その静止位置において、第１アンカー部４１と中央部３８との間の間隔の最大で半分になるように、設計されていることも分かる。したがって、２つのバネ６１，６２は、それらの最大たわみ限界まで動かされないことも達成され、これにより、提供された移動範囲に対して、移動範囲で直線性を達成することは実質的に可能である。
【００６４】
さらに、図６は、結合要素３２の取り付けを示し、したがって、結合要素３２は、その中央部３８によって振動体１２の上側に固定されている。そのアンカー部４１によって、前記結合要素は、ジョイントヘッド４３を介して、振動が減衰されるタワーのタワー壁４に固定される。この場合、タワーの振動運動は、タワー壁４と振動体１２との間の相対移動をもたらし、したがって、アンカー部４１と中央部３８との間の相対運動をもたらす。振動体１２の小さな垂直運動も生じ得るが、これは、ジョイントヘッド４３によって可能にされ得る。
【００６５】
明確にするために、類似するが場合によっては同一ではない要素に対して同じ参照指定が使用されていることが指摘されている。これは、全ての図の説明に適用される。このように、タワーの固有振動数に影響を与えるか、少なくとも減衰させることができ、新しいタワーを設計する際の自由度が高まる解決策が作成および提案されている。振動ダンパーが不要な限り、新しいタワーの設計では、共振の損傷を避けるために、タワーの曲げ振動の固有振動数が施設の運転からの励起振動数と一致しないか、それに近いことを保証することが特に必要である。
【００６６】
振動ダンパーを備えたタワーの設計では、吸収体が調整される固有振動数の位置を考慮する必要がないため、設計プロセスの自由度が向上する。
中空シリンダとして設計され、吸収体とも呼ばれる振動体は、ケーブルをタワーの中央に通すことを許容する。可能な限り最大の吸収体質量半径を使用することにより、構造空間は、体積に関して最適に、または少なくとも非常に効果的に利用され、したがって、大きな質量を振動体に収容することが可能である。バネダンパー要素の星形の配置、すなわち結合要素の星形の配置は、全方向性、つまり、実質的に方向に依存しない振動ダンパー、つまり結合要素の動作を許可する。
【００６７】
議論された振り子ロッド上の振動体の吊り下げは、同様に、事実上、全方向の動作を可能にし、振動体、すなわち吸収体の傾きのない動きを強制する。動作方向の独立性は、振動ダンパーの数、つまり結合要素の数とともに増加する。
【図１】
2020516814.tif 000003
【図２】
2020516814.tif 000004
【図３】
2020516814.tif 000005
【図４】
2020516814.tif 000006
【図５】
2020516814.tif 000007
【図６】
2020516814.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月9日(2019.10.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タワーの振動特性に影響を与えるために、振動体（１２）とタワー壁（４）との間の相対移動に影響を及ぼすために、前記振動体（１２）と風力タービン（１００）のタワーの前記タワー壁（４）との間を締結するように設計された結合要素（３２）であって、
前記結合要素（３２）を介して前記振動体（１２）と前記タワー壁（４）との間に機械的結合を生成するために、
前記振動体（１２）に固定するための第１締結部と、
前記タワー壁（４）に固定するための第２締結部と、
を備え、
第１および第２の移動方向におけるバネ関数を互いに等しくするために、
その結合は、前記振動体（１２）と前記タワー壁（４）の間の前記相対移動を可能にし、
その相対移動は、前記第１および前記第２締結部が互いに向かって移動する場合の前記第１の移動方向と、前記第１および前記第２締結部が互いから離れる場合の前記第２の移動方向とを有し、
前記結合要素（３２）は、前記第１および前記第２締結部間の弾性力のある弾性結合のためのバネ手段を有し、
前記弾性力のある弾性結合は、前記バネ関数によって表され、
前記バネ手段は、前記バネ関数が前記第１および前記第２の移動方向に対して実質的に同一であるように形成され、さらに、または代替として、
前記バネ手段は、前記バネ手段における前記第１の移動方向における動きが、第１バネ部の圧縮および第２バネ部の伸長をもたらすとともに、
前記バネ手段における前記第２の移動方向における動きが、前記第１バネ部の伸長および前記第２バネ部の圧縮をもたらすように形成されている、
結合要素（３２）。
【請求項２】
前記結合要素（３２）は、バネダンパー要素として形成され、
前記第１および前記第２締結部の間の減衰作用と結合するための減衰部（６４）を有し、前記減衰作用を持つ前記結合は、減衰関数によって表され、
前記減衰関数は、前記第１および前記第２の移動方向に対して略等しい、
請求項１に記載の結合要素（３２）。
【請求項３】
前記バネ関数は、線形であって、さらに、または代替的に、
前記減衰関数は、線形である、
請求項１または２に記載の結合要素（３２）。
【請求項４】
前記結合要素は、
互いに固定接続された第１および第２アンカー部（４１，４２）と、
前記第１および前記第２アンカー部（４１，４２）の間に配置され、前記第１および前記第２アンカー部（４１，４２）に対して移動可能な中央部（３８）と、を有し、
前記第１または前記第２アンカー部（４１，４２）は、前記第２締結部に固定接続され、
前記相対移動が前記第１および前記第２アンカー部（４１，４２）の間の前記中央部（３８）の運動に対応するように、前記中央部（３８）は、前記第１締結部に固定接続されている、
請求項１から３のいずれか１つに記載の結合要素（３２）。
【請求項５】
バネ手段として、
第１バネが、前記中央部（３８）と前記第１アンカー部（４１)との間に設けられ、
第２バネが、前記中央部（３８）と前記第２アンカー部（４２)との間に設けられ、前記第１バネは、前記第１バネ部を形成し、前記第２バネは、前記第２バネ部を形成する、
請求項４に記載の結合要素（３２）。
【請求項６】
前記第１および前記第２バネ（６１，６２）は、前記結合要素の移動中に、２つのバネのいずれも弛緩状態に達する、またはオーバーシュートしないように、プレストレスが掛けられている、
請求項５に記載の結合要素（３２）。
【請求項７】
前記第１および前記第２アンカー部（４１，４２）の間の空間は、前記プレストレスを調整するために調整される、
請求項６に記載の結合要素（３２）。
【請求項８】
タワー中心軸（２４）と、タワー壁（４）と、タワー（１０２）の振動に影響を与えるための振動装置とを備えた風力タービン（１００）のタワー（１０２）であって、
前記振動装置は、
前記タワー壁（４）から間隔をあけるように、前記タワー（１０２）内で吊り下げられた振動体（１２）と、
前記振動体（１２）と前記タワー壁（４）との間に締結され、前記振動体（１２）と前記タワー壁（４）との間の相対移動に影響を与える少なくとも１つの結合要素と、
を有し、
前記振動体（１２）は、垂直な本体中心軸（２６）に沿って中空になるように形成されている、
タワー（１０２）。
【請求項９】
前期振動装置（１２）は、実質的に中空の円錐台または中空円筒として形成され、付加的には、サービス要員が、タワーはしご（５２）に沿って前記タワー（１０２）内を昇降し、そうすることで、開口部の領域で前記振動体を通過することができるように、前記タワー壁の内側に配置された前記タワーはしご（５２）のためのスペースを提供するために、ケーシングに垂直開口部（５０）を有する、
請求項８に記載のタワー（１０２）。
【請求項１０】
前記振動体（１２）は、前記中心軸（２６）を取り囲み、壁厚を有する振動体壁を有し、前記振動体（１２）が前記中心軸（２６）に重心を有するように、周方向において前記壁厚が変化するとともに、前記中心軸（２６）は、前記振動体（１２）の幾何学的中心に対応し、および／または前記振動体（１２）の静止状態で、前記タワー中心軸（２４）と一致する、
請求項８または９に記載のタワー（１０２）。
【請求項１１】
前記振動体（１２）は、平均壁間隔で中央に前記タワー壁（４）から間隔を空けて吊り下げられ、前記壁の間隔は、それぞれの領域のタワー内径の４分の１よりも小さい、
請求項８から１０のいずれか１つに記載のタワー（１０２）。
【請求項１２】
前記振動体（１２）は、締結部の振り子ロッド（１０）によって吊り下げられている、
請求項８から１１のいずれか１つに記載のタワー（１０２）。
【請求項１３】
前記振動体（１２）は、水以上の密度を有する材料から製造されている、
請求項８から１２のいずれか１つに記載のタワー（１０２）。
【請求項１４】
複数の前記結合要素（３２）は、前記振動体（１２）と前記タワー壁（４）との間に配置され、前記振動体（１２）の周りの円周方向において分布されており、いずれの場合も、前記振動体（１２）と前記タワー壁（４）の間に機械的結合を生成するために、前記振動体（１２）と前記タワーの壁（４）に固定されており、前記結合は、前記振動体（１２）と前記タワー壁（４）との間における水平方向の相対移動を可能にする、
請求項８から１３のいずれか１つに記載のタワー（１０２）。
【請求項１５】
結合要素（３２）として、請求項１から７のいずれかに記載の結合要素（３２）の各場合に使用される、
請求項８から１４のいずれか１つに記載のタワー（１０２）。
【請求項１６】
複数の前記結合要素（３２）または前記結合要素のいくつかは、前記振動体（１２）の上方、さらに、または代替として、下方に配置されている、
請求項８から１５のいずれか１つに記載のタワー（１０２）。
【請求項１７】
前記振動体（１２）は、重心を有し、前記振動体は、その重心が、前記タワー（１０２）の上半分に位置するような前記タワー（１０２）内の高さで吊り下げられており、さらに、または代替として、タワートップフランジ（６）上またはその近傍に配置された締結部に吊り下げられている、
請求項８から１６のいずれか１つに記載のタワー（１０２）。
【請求項１８】
タワー（１０２）の振動に影響を与える目的で風力タービン（１００）のタワー（１０２）で使用するために設計された振動装置であって、
タワー壁（４）から離間するように前記タワー（１０２）に吊り下げることができる振動体（１２）と、前記振動体（１２）と前記タワー壁（４）の間の相対移動に影響を与えるために、前記振動体（１２）と前記タワー壁（４）との間を固定するための少なくとも１つの結合要素（３２）とを有し、
前記振動体（１２）は、垂直中心軸（２６）に沿って中空になるように形成され、さらにまたは代替的に、
それぞれの前記結合要素（３２）は、バネ関数を有し、前記バネ関数は、第１の移動方向と、前記第１の移動方向と反対の第２の移動方向とにおいて、実質的に同一である、
振動装置。
【請求項１９】
請求項８から１７のいずれか１つに記載のタワー（１０２）内での使用のために設計されており、さらに、または代替的に、
請求項１から７のいずれか１つに記載の少なくとも１つの前記結合要素（３２）として使用される、
請求項１８に記載の振動装置。
【請求項２０】
タワー振動または風力タービン（１００）のタワー（１０２）の固有振動数に影響を及ぼす方法であって、前記タワー（１０２）は、複数の結合要素（３２）を備えた振動装置を有し、
前記タワーの固有振動数または前記タワーの振動振幅を検出するステップと、
所望の吸収体の固有振動数または所望の最大タワー振動振幅を事前に定義するステップと、
前記結合要素を前記吸収体の固有振動数に設定するか、前記タワーの振動振幅が所望の最大タワー振動振幅を下回るように設定するステップと、
必要に応じて、前記ステップが繰り返されるステップと、
を備えた方法。
【請求項２１】
請求項１から７のいずれか１つに記載の結合要素（３２）を備えた振動装置、
請求項８から１７のいずれか１つに記載のタワー（１０２）、および、
請求項１８または１９に記載の振動装置、
を含むリストから選択される少なくとも１つの装置とともに使用される、
請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
空気力学的ロータ（１０６）を持つナセル（１０４）と、タワー中心軸（２４）を持つタワー（１０２）と、タワー壁（４）と、前記タワー（１０２）の振動に影響を与えるための振動装置とを備えた風力タービン（１００）であって、
前記振動装置は、請求項１から７のいずれか１つに記載の結合要素（３２）を有し、
前記タワー（１０２）は、請求項８から１７のいずれか１つに記載されているように設計されており、
請求項１８または１９に記載のように、前記振動装置が形成され、
前記風力タービン（１００）は、請求項２０または２１に記載の方法を実行するように設計された制御装置を備えている、
を含むリストから選択される特徴の少なくとも１つによって特徴づけられる、
風力タービン（１００）。
【請求項２３】
請求項１８または１９に記載の前記振動装置の振動体。
【請求項２４】
両方のバネ（６１，６２）は、同一である、
請求項５に記載の結合要素（３２）。
【請求項２５】
前記壁の間隔は、各場合において、前記タワー内径の８分の１よりも小さい、
請求項１１に記載のタワー（１０２）。
【請求項２６】
前記振動体（１２）は、タワートップフランジ（６）上の前記振り子ロッド（１０）によって吊り下げられている、
請求項１２に記載のタワー（１０２）。
【請求項２７】
前記振動体が並進運動または傾きのない運動に制限されるように、３つ、４つまたはそれ以上の前記振り子ロッド（１０）が提供される、
請求項１２に記載のタワー（１０２）。
【請求項２８】
前記振り子ロッドは、全ての水平方向の動きが可能になるように、両側に球面ジョイントヘッドまたはカルダンサスペンションを装備している、
請求項１２に記載のタワー（１０２）。
【請求項２９】
前記振動体（１２）は、水の少なくとも２倍の密度を有する材料から製造される、
請求項１３に記載のタワー（１０２）。
【請求項３０】
前記振動体（１２）は、コンクリートが材料として使用される、
請求項１３に記載のタワー（１０２）。
【請求項３１】
前記振動体（１２）は、実質的に鉄筋コンクリートから製造されている、
請求項１３に記載のタワー（１０２）。
【請求項３２】
結合要素（３２）として、偶数個の結合要素が提供される、
請求項１５に記載のタワー（１０２）。
【請求項３３】
結合要素（３２）として、６個の結合要素が提供される、
請求項１５に記載のタワー（１０２）。
【請求項３４】
前記重心は、前記タワー（１０２）の上３／５に位置する、
請求項１７に記載のタワー（１０２）。
【国際調査報告】
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