JP7668487B2 - 風力発電用風車のシャフト補修方法及びこれに用いられるシャフト回転装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブレードに連結されたシャフト、及び、シャフトを回転可能に保持する軸受が、中空状のナセル内に収容されている風力発電用風車のシャフト補修方法及びこれに用いられるシャフト回転装置に関するものである。

風力発電用風車では、風力を受けるブレードがシャフトに連結されており、当該シャフトの一部であるジャーナル部が軸受により回転可能に保持されている。この種の風力発電用風車では、シャフトの回転とともにジャーナル部の表面が摩耗するため、必要に応じて補修が行われる。

一方で、溶材を溶融させることにより、溶材に対応する金属を肉盛する加工方法が従来から知られている。例えば、下記特許文献１では、レーザビームを照射して溶材を溶融させ、肉盛層を形成するレーザクラッディングが提案されている。

国際公開第２０１７／１７０８９０号

シャフトの補修は、納期短縮及びコスト削減等の観点から、現場で行うことが好ましい。風力発電用風車では、地上又は洋上における数十メートル以上の高さに設置された中空状のナセル内に、軸受を有する発電機等の各種部品又は装置が収容されている。そのため、シャフトの補修を現場であるナセル内で行うためには、可搬サイズの簡単な設備で補修できることが重要となる。しかしながら、そのようなシャフトを簡単な設備で良好に補修することができるような技術は、従来提案されていない。すなわち、従来、風力発電用風車のナセル内でシャフトを補修することが困難である。

そのため、従来は、補修が必要な部品又は装置をナセル内から搬出して輸送し、補修のための設備が整った整備工場において補修作業を行う必要があった。その結果、補修に長期間を要し、その間は風力発電用風車を運転できないという問題があった。また、発電機等の大型の装置を高所にあるナセル内から搬出する場合には、専用クレーン等を用いた大掛かりな作業が必要となり、補修の費用が高額になるといった問題もあった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、風力発電用風車のナセル内において、シャフトを簡単な設備で良好に補修することができるシャフトの補修方法及びこれに用いられるシャフト回転装置を提供することを目的とする。

（１）本発明に係るシャフト補修方法は、ブレードに連結されたシャフト、及び、前記シャフトを回転可能に保持する軸受が、中空状のナセル内に収容されている風力発電用風車のシャフト補修方法であって、搬入工程と、シャフト分離工程と、ジャーナル部露出工程と、肉盛工程とを備える。前記シャフトには、前記ブレードが連結された第１軸部と、前記軸受により保持され、前記第１軸部に対して着脱可能な第２軸部とが含まれる。前記搬入工程では、前記ナセル内に補修用機材を搬入する。前記シャフト分離工程では、前記第１軸部に対して前記第２軸部を切り離すことにより前記シャフトを分離する。前記ジャーナル部露出工程では、前記第２軸部において前記軸受により保持されているジャーナル部を露出させる。前記肉盛工程では、前記ナセル内に搬入された補修用機材を用いて、前記第１軸部は回転させずに、前記第２軸部のみを回転させながら当該第２軸部における前記ジャーナル部の表面に肉盛層を形成することにより、前記シャフトを補修する。

このような構成によれば、シャフトの第１軸部と第２軸部を分離させ、ブレードが連結された第１軸部は回転させずに、第２軸部を回転させながらジャーナル部の表面に肉盛層を形成することができる。これにより、ナセル内に必要最低限の補修用機材を搬入して補修作業を行うことができるため、高所に設置された風力発電用風車のナセル内において、シャフトを簡単な設備で良好に補修することができる。

（２）前記補修用機材には、前記第２軸部を回転させるための駆動装置が含まれていてもよい。この場合、前記シャフト補修方法は、前記駆動装置を前記第２軸部に連結する駆動装置連結工程をさらに備えてもよい。また、前記肉盛工程では、前記駆動装置により前記第２軸部を回転させながら当該第２軸部における前記ジャーナル部の表面に肉盛層を形成してもよい。

このような構成によれば、駆動装置で第２軸部を回転させながら、ジャーナル部の表面に肉盛層を形成することができる。したがって、シャフトを容易に補修することができる。

（３）前記補修用機材には、前記軸受とは別の仮軸受が含まれていてもよい。この場合、前記シャフト補修方法は、前記第２軸部における前記ジャーナル部以外の部分を直接的又は間接的に前記仮軸受により回転可能に保持させる仮軸受取付工程をさらに備えてもよい。また、前記肉盛工程では、前記仮軸受で保持された前記第２軸部を回転させながら当該第２軸部における前記ジャーナル部の表面に肉盛層を形成してもよい。

このような構成によれば、第２軸部を仮軸受で回転可能に保持することができる。また、ジャーナル部への加工時に生じる第２軸部の振動を抑制することができる。したがって、シャフトを精度よく補修することができる。

（４）前記補修用機材には、前記第２軸部の表面に対して切削処理を施すための切削装置が含まれていてもよい。この場合、前記シャフト補修方法は、前記第２軸部を回転させながら、前記切削装置を用いて前記第２軸部における前記ジャーナル部の表面に切削処理を施すことにより、前記ジャーナル部の表面における摩耗部分を除去する切削工程をさらに備えてもよい。また、前記肉盛工程では、前記切削工程後の前記ジャーナル部の表面に肉盛層を形成してもよい。また、前記肉盛工程後に、前記切削装置を用いて仕上加工が行われてもよい。

このような構成によれば、シャフトの補修前後での第２軸部の径が同様となるように、シャフトを補修することができる。

（５）前記肉盛工程では、溶材を溶射することにより、前記第２軸部における前記ジャーナル部の表面に肉盛層を形成してもよい。

このような構成によれば、第２軸部におけるジャーナル部の表面に対して、溶材に対応した肉盛層を形成することができる。火花の飛散が少ない溶射を用いることにより、シャフトを安全に補修することができる。

（６）前記肉盛工程では、レーザクラッディングにより、前記第２軸部における前記ジャーナル部の表面に肉盛層を形成してもよい。

このような構成によれば、第２軸部におけるジャーナル部の表面に対して、レーザクラッディングにより肉盛層を形成することができる。熱の影響が少ないレーザクラッディングを用いることにより、シャフトを安全に補修することができる。

（７）本発明に係るシャフト回転装置は、前記シャフト補修方法に用いられるシャフト回転装置であって、仮軸受と、支持台と、駆動装置とを備える。前記仮軸受は、前記軸受とは別に設けられ、前記第２軸部を直接的又は間接的に回転可能に保持する。前記支持台は、前記仮軸受を支持する。前記駆動装置は、前記第２軸部を回転させる。

このような構成によれば、シャフトのうちの第２軸部だけを駆動装置で独立して回転させることができる。このような駆動装置としては、小型の装置で十分であるため、風力発電用風車のナセル内において、シャフトを簡単な設備で良好に補修することができる。

（８）前記第２軸部は、前記風力発電用風車に設けられた発電装置の回転子を構成しており、前記支持台は、前記発電装置と連結されてもよい。

このような構成によれば、仮軸受に対する支持台の位置の精度が向上させることができる。また、ジャーナル部への加工時に生じる第２軸部の振動をさらに抑制することができる。すなわち、ジャーナル部への加工の精度を向上させることができる。さらに、ジャーナル部への加工によって生じる加振力で、支持台が振動したり移動するのを防ぐことができる。したがって、シャフトを精度よく補修することができる。

（９）前記シャフト回転装置は、前記発電装置を上方に向かって押し上げるためのジャッキ装置と、前記ジャッキ装置により押し上げられる前記発電装置を下方に向かって押圧した状態で固定する固定具とをさらに備えてもよい。

このような構成によれば、ジャッキ装置及び固定具の互いに逆方向に作用する力によって、ジャーナル部へ加工を施す際の発電装置の揺れが抑制される。したがって、ジャーナル部への加工の精度を向上させることができる。

本発明によれば、風力発電用風車のナセル内において、シャフトを簡単な設備で良好に補修することができる。

第１実施形態の風力発電用風車の一例を示す概略図である。 第１実施形態のシャフトの補修方法の一例を示すフローチャートである。 第１実施形態の仮軸受取付工程を説明するための斜視図である。 第１実施形態の仮軸受取付工程を説明するための断面図である。 第１実施形態の駆動装置連結工程を説明するための概略図である。 第１実施形態の固定工程を説明するための概略図である。 第１実施形態の切削装置の一例を示す斜視図である。 第１実施形態の取付具の後方側の面の一例を示す概略図である。 第１実施形態の層形成装置の一例の一部を示す概略図である。 第１実施形態の層形成装置の他の例の一部を示す概略図である。 第１実施形態の層形成装置のさらに他の例の一部を示す概略図である。 第１実施形態の溶射システムの一例を示すブロック図である。

１．風力発電用風車の概要
図１は、第１実施形態の風力発電用風車１０の一例を示す概略図である。図１に示すように、風力発電用風車１０は、ブレード１２、ナセル１４、シャフト１６、発電装置２０等を備える。発電装置２０は、軸受１８を有している。なお、図１において番号を付するのは省略するが、風力発電用風車１０は、軸受１８と異なる軸受、ブレーキ、増速機及びカップリング等も備える。

図１に示すように、シャフト１６及び発電装置２０等は、中空状のナセル１４内に収容されている。ブレード１２を取り付けたハブ１３は、シャフト１６に連結される。

シャフト１６は、第１軸部１６ａ及び第２軸部１６ｂを含み、これらは、互いに連結される。具体的には、第１軸部１６ａの後方の端部と、第２軸部１６ｂの前方の端部とが互いに連結される。なお、本明細において、前方は、ブレード１２が位置する方向であって、後方は、前方の逆方向を意味する。すなわち、前後方向は、シャフト１６の軸方向と同一の方向である。

また、第１軸部１６ａ及び第２軸部１６ｂについては、互いに分離させることが可能である。すなわち、第２軸部１６ｂは、第１軸部１６ａに対して、連結及び分離（着脱）が可能である。

第１軸部１６ａ及び第２軸部１６ｂが連結している場合、ブレード１２、第１軸部１６ａ、第２軸部１６ｂが一体的に回転する。

軸受１８は発電装置２０の構成部品で、第２軸部１６ｂを回転可能に保持するために設けられる。軸受１８としては、たとえば、汎用のベアリング（転がり軸受等）が用いられている。

発電装置２０は、第２軸部１６ｂの回転を利用して発電するために設けられる。すなわち、シャフト１６のうち、少なくとも第２軸部１６ｂは、発電装置２０の回転子を構成している。

このような、風力発電用風車１０では、ブレード１２が風に晒されることで、シャフト１６が回転し、発電装置２０によって発電される。また、このような場合、シャフト１６の第２軸部１６ｂにおいて、軸受１８に保持されている部分であるジャーナル部２２の表面が摩耗する。ジャーナル部２２の外径は、１００～３００ｍｍであり、たとえば１５０ｍｍである。また、シャフト１６の材質は、炭素鋼（たとえばＳ４５Ｃ）あるいは機械構造用合金鋼材（たとえばＳＣＭ）である。

２．シャフトの補修方法
図２は、第１実施形態のシャフト１６の補修方法の一例を示すフローチャートである。第１実施形態では、シャフト１６を補修する際、準備工程及び加工工程が実施される。準備工程は、ジャーナル部２２へ加工を施す際の準備に関する工程である。加工工程は、ジャーナル部２２へ施す加工に関する工程である。初めに、準備工程について説明する。

準備工程は、搬入工程（ステップＳ１）、シャフト分離工程（ステップＳ２）、ジャーナル部露出工程（ステップＳ３）、仮軸受取付工程（ステップＳ４）、駆動装置連結工程（ステップＳ５）及び固定工程（ステップＳ６）等を含む。

搬入工程（ステップＳ１）は、ナセル１４内に補修用機材を搬入する工程である。補修用機材とは、具体的に、シャフト１６の補修に用いる装置、材料及び道具等を指す。

シャフト分離工程（ステップＳ２）は、シャフト１６の第１軸部１６ａと第２軸部１６ｂとを分離させる工程である。第１軸部１６ａと第２軸部１６ｂは、たとえばカップリングなどで連結されている。シャフト分離工程では、当該固定具による固定状態を解除し、第１軸部１６ａに対して第２軸部１６ｂを切り離すことにより、シャフト１６が分離される。

ジャーナル部露出工程（ステップＳ３）は、ジャーナル部２２を露出させる工程である。すなわち、ジャーナル部露出工程は、軸受１８を取り外す工程でもある。

仮軸受取付工程（ステップＳ４）は、第２軸部１６ｂのジャーナル部２２以外の部分を直接的又は間接的に仮軸受２４で回転可能に保持させる工程である。図３は、第１実施形態の仮軸受取付工程を説明するための斜視図である。図４は、第１実施形態の仮軸受取付工程を説明するための断面図である。また、図３は、発電装置２０の前方側の一例を示し、図４は、第２軸部１６ｂの周辺の一例を示す。

なお、図３及び図４では、軸受１８及び軸受保持箱（図示せず）は、既に取り外されている状態である。また、図４では、取り外されている状態の軸受１８を破線で表している。

仮軸受取付工程が実施されると、軸受１８とは別の仮軸受２４が、軸受１８と同様に、第２軸部１６ｂを直接的又は間接的に回転可能に保持する。仮軸受２４としては、たとえば、汎用のベアリング（転がり軸受等）が用いられる。

図３及び図４に示す例では、仮軸受２４は、継ぎ軸２６を介して、第２軸部１６ｂを保持する。継ぎ軸２６は、第２軸部１６ｂを前後方向に延ばすための部材であって、第２軸部１６ｂと連結される。つまり、第２軸部１６ｂと連結される継ぎ軸２６は、その第２軸部１６ｂと一体的に回転可能とされる。また、図３及び図４では、第２軸部１６ｂと連結される継ぎ軸２６は、仮軸受２４に保持される。このように、本実施形態では、第２軸部１６ｂにおけるジャーナル部２２以外の部分が、継ぎ軸２６を介して間接的に仮軸受２４で保持される。ただし、継ぎ軸２６が省略されることにより、第２軸部１６ｂにおけるジャーナル部２２以外の部分が直接的に仮軸受２４で保持されてもよい。

さらに、仮軸受２４は、仮軸受台２８によって支持される。なお、仮軸受台２８は、仮軸受２４を支持するための台であって、ナセル１４の床に設置されている。

これらのことから、仮軸受取付工程が実施されると、仮軸受２４及び仮軸受台２８によって、ジャーナル部２２への加工時に生じる第２軸部１６ｂの振動が抑制される。すなわち、ジャーナル部２２を加工する際に、加工の精度を向上させることができる。

また、仮軸受取付工程において、仮軸受台２８は、発電装置２０、具体的には、発電装置２０の前方側のフレームと連結されてもよい。図３に示す例では、仮軸受台２８は、後述する取付具５２及び複数の棒状の連結部材３０を介して、発電装置２０の前方側のフレームと連結される。

このように、仮軸受台２８を発電装置２０と連結させる場合、仮軸受２４に対する仮軸受台２８の位置の精度を向上させることができる。

また、この場合、仮軸受台２８が発電装置２０に対して固定されることから、ジャーナル部２２への加工時に生じる第２軸部１６ｂの振動をさらに抑制することができる。すなわち、ジャーナル部２２を加工する際に、加工の精度をさらに向上させることができる。

さらに、この場合、ジャーナル部２２への加工によって生じる加振力で、仮軸受台２８が振動したり移動するのを防ぐことができる。

駆動装置連結工程（ステップＳ５）は、駆動装置３２を第２軸部１６ｂに連結する工程である。図５は、第１実施形態の駆動装置連結工程を説明するための概略図である。また、図５は、発電装置２０の後方側の一例を示す。

駆動装置連結工程が実施されると、駆動装置３２は、駆動装置台３１上に固定され、第２軸部１６ｂと連結される。駆動装置３２は、回転力を第２軸部１６ｂに供給するために設けられる。駆動装置３２としては、たとえば、汎用のモータが用いられる。また、駆動装置３２は、図示しないインバータ装置で可変速駆動が可能とされる。なお、駆動装置台３１は、駆動装置３２を支持する台であって、発電装置２０の後方側のフレームに固定されている。

図５に示す例では、駆動装置３２は、回転力を伝達させるための伝達機構３４を介して、第２軸部１６ｂと連結される。なお、伝達機構３４は、一方で生じる回転力を他方に伝達させるための周知の機構である。

伝達機構３４については、たとえば、スプロケット及びプーリ等の軸と一体的に回転する回転部材が用いられる。また、伝達機構３４には、ベルト及びチェーン等の一方の回転部材の回転を他方の回転部材に伝達させるための部材が用いられる。

これらのことから、駆動装置連結工程が実施されると、駆動装置３２の駆動によって生じる回転力を伝達機構３４を介して第２軸部１６ｂに伝達させ、その第２軸部１６ｂを回転させることが可能となる。

固定工程（ステップＳ６）は、発電装置２０を発電装置台３６から離間させるように押し上げつつ、その押し上げられる発電装置２０を発電装置台３６に向けて押圧した状態で固定する工程である。なお、固定工程（ステップＳ６）は、仮軸受取付工程（ステップＳ４）の前に行われてもよい。図６は、第１実施形態の固定工程を説明するための概略図である。また、図６は、発電装置２０を軸直角方向に見た一例を示す。

図６に示すように、発電装置２０は、防振部材３８を介して、発電装置台３６に固定されている。なお、発電装置台３６は、発電装置２０を支持する台である。防振部材３８は、発電装置２０の動作時に発生する振動を吸収する部材であって、弾性を有するゴム等により形成される。

固定工程が実施されると、ジャッキ装置４０によって、発電装置２０が発電装置台３６から離間させるように押上げられる。ジャッキ装置４０としては、たとえば、ジャッキボルト及び汎用のジャッキ等が用いられる。

このように、発電装置２０が押し上げられると、防振部材３８の撓みがなくなり、ジャーナル部２２への加工時における防振部材３８に起因する発電装置２０の揺れを抑制することができる。

また、固定工程が実施されると、固定具４２によって、発電装置２０が発電装置台３６に向けて押圧され、固定される。固定具４２としては、たとえば、チェーンブロック及び紐等の一方の部材を他方の部材に対して引っ張るための道具などが用いられる。図６に示す例では、固定具４２によって、発電装置２０が発電装置台３６に向かって引っ張られるようにして、すなわち、押圧されるようにして、固定される。

これらのことから、ジャッキ装置４０及び固定具４２の互いに逆方向に作用する力によって、ジャーナル部２２へ加工を施す際の発電装置２０の揺れが抑制される。つまり、固定工程によれば、ジャーナル部２２を加工する際に、加工の精度を向上させることができる。

第１実施形態では、準備工程（ステップＳ１～Ｓ６）が実施されると、ブレード１２が連結される第１軸部１６ａを回転させることなく、第２軸部１６ｂを駆動装置３２で回転させることができる。つまり、仮軸受２４、仮軸受台２８、駆動装置３２、ジャッキ装置４０及び固定具４２等は、第２軸部１６ｂを独立して回転させための装置であるシャフト回転装置に該当する。

なお、準備工程のうち搬入工程（ステップＳ１）は、最初に実施されるが、シャフト分離工程（ステップＳ２）、ジャーナル部露出工程（ステップＳ３）、仮軸受取付工程（ステップＳ４）、駆動装置連結工程（ステップＳ５）及び固定工程（ステップＳ６）等の実施順は特に限定されない。次に加工工程について説明する。

第１実施形態では、準備加工が実施された後に、加工工程が実施される。加工工程は、上述したように、ジャーナル部２２へ施す加工に関する工程であって、切削工程（ステップＳ７）、肉盛工程（ステップＳ８）及び仕上げ加工工程（ステップＳ９）を含む。

切削工程（ステップＳ７）は、第２軸部１６ｂを回転させながら、ジャーナル部２２の表面に切削処理を施すことにより、そのジャーナル部２２の表面における摩耗部分を除去する工程である。

切削工程では、切削装置４４及び取付具５２が用いられる。切削装置４４は、第２軸部１６ｂのジャーナル部２２の表面に対して切削処理を施すための装置である。取付具５２は、切削装置４４を発電装置２０のフレーム枠板２３に取り付けるための部材である。

図７は、第１実施形態の切削装置４４の一例を示す斜視図である。図８は、第１実施形態の取付具５２の後方側の面の一例を示す概略図である。

切削装置４４は、平板４６、送り機構４８及び切削部５０等を備える。平板４６上には、送り機構４８及び切削部５０が設けられる。

送り機構４８は、切削部５０を前後方向及び第２軸部１６ｂの径方向に沿って変位させるための機構である。なお、送り機構４８は、所定の部材の回転等の動作に応じて、他の部材の位置を変位させる周知の機構である。

送り機構４８は、切削部５０を前後方向に変位させるための装置及び切削部５０を第２軸部１６ｂの径方向に沿って変位させるための装置で構成され、さらに、これらの装置は、たとえば、ラックピニオン、モータ及びハンドル等の部材によって構成される。切削部５０は、金属を切削する刃及びその刃を固定する台を含む。

取付具５２は、固定板５２ａ及び取付板５２ｂを備える。固定板５２ａは、切削装置４４を載置して固定するための板である。取付板５２ｂは、固定板５２ａに固定される切削装置４４を発電装置２０のフレーム枠板２３に取り付けるための板である。なお、固定板５２ａは、取付板５２ｂの前方側の面に固定される。

また、図８に示すように、取付板５２ｂの後方側の面には、凸部５６が形成されており、この凸部５６は、発電装置２０のフレーム枠板２３の内周面を形成する内面に沿った形状をしている。

切削工程では、切削装置４４は、取付具５２に固定されたうえで、凸部５６が発電装置２０のフレーム枠板２３の内周面と当接するように、その発電装置２０に取り付けられる。なお、切削装置４４が取付具５２を介して発電装置２０のフレーム枠板２３に取り付ける際、重力により、凸部５６がフレーム枠板２３の内周面に引っかかるように取り付けられ、固定されるのが好ましい。

このような、切削装置４４及び取付具５２によれば、切削装置４４を発電装置２０のフレーム枠板２３付近に配置させ、第２軸部１６ｂを回転させながら、ジャーナル部２２の表面に切削処理を施すことができる。なお、切削装置４４が取付具５２と一体的に構成されてもよい。すなわち、切削装置４４が取付具５２を含んでもよい。

また、第１実施形態では、図７に示すように、平板４６及び固定板５２ａ間の端部に加減板５８を挟み込んだうえで、平板４６が固定板５２ａに固定されてもよい。平板４６及び固定板５２ａ間に加減板５８が挟まれる場合、その加減板５８の厚みに応じて、平板４６及び固定板５２ａ間で角度が調整される。つまり、平板４６及び固定板５２ａの間に加減板５８を挟むことで、第２軸部１６ｂと切削部５０の平行度を調整することができる。なお、加減板５８は、小さく薄い板である。

肉盛工程（ステップＳ８）は、第２軸部１６ｂを回転させながらその第２軸部１６ｂのジャーナル部２２の表面に肉盛層を形成する工程である。シャフト分離工程（ステップＳ２）によりシャフト１６の第１軸部１６ａと第２軸部１６ｂとが分離されているため、肉盛工程では、ブレード１２が連結された第１軸部１６ａを回転させずに、第２軸部１６ｂのみを回転させながら肉盛層を形成することができる。

肉盛工程では、層形成装置８０が用いられる。肉盛工程において、第２軸部１６ｂは駆動装置３２により一定の速度で回転される。また、層形成装置８０は、第２軸部１６ｂの軸方向（前後方向）に沿って一定の速度で移動される。これにより、ジャーナル部２２の表面の広い範囲に均一な肉盛層を形成することができる。層形成装置８０は、たとえば、肉盛溶射に対応する溶射装置である。肉盛溶射とは、ガス式及び電気式等の周知の溶射方式を利用して、金属製の母材に金属の溶材を溶融して噴射することにより肉盛する溶射方法であり、レーザにより溶材を溶融させるレーザクラッディングとは区別される。

ガス式は、可燃性ガスが燃焼する際の熱を利用して溶材を溶射する方法である。電気式は、アーク放電の熱源を利用して溶材を溶射する方法である。

層形成装置８０としては、たとえば、フレーム溶射式に対応する溶射装置が用いられる。なお、層形成装置８０として、フレーム溶射式の溶射装置を用いる場合、層形成装置８０に供給される溶材の形状は、粉末状又は線形状とする。

図９は、第１実施形態の層形成装置８０の一例の一部を示す概略図である。また、図９は、線形状の溶材（線形溶材）８２を用いるフレーム溶射式の層形成装置８０を示す。図９において、層形成装置８０には、線形溶材８２が圧縮空気、燃焼ガス及び酸素とともに供給される。

図９の層形成装置８０では、ノズル８４から噴射される燃焼ガス及び酸素によって燃焼フレーム８６が形成され、その燃焼フレーム８６によって、線形溶材８２が溶融される。さらに、図９の層形成装置８０では、圧縮空気は、ノズル８４からジャーナル部２２の表面にむけて噴射される。

したがって、図９の層形成装置８０において、燃焼フレーム８６によって溶融される線形溶材８２は、ノズル８４からジャーナル部２２の表面にむけて圧縮空気とともに噴射される。このように、線形溶材８２がジャーナル部２２の表面に溶射されると、その線形溶材８２に対応する金属がジャーナル部２２の表面上で肉盛される。

図１０は、第１実施形態の層形成装置８０の他の例の一部を示す概略図である。また、図１０は、粉末状の溶材（粉末溶材）８８を用いるフレーム溶射式の層形成装置８０を示す。図１０において、層形成装置８０には、粉末溶材８８がその粉末溶材８８をノズル９０から噴射させるためのガス（キャリアガス）とともに供給される。また、図１０において、層形成装置８０には、燃焼ガスが酸素とともに供給される。

図１０の層形成装置８０では、ノズル９０から噴射される燃焼ガス及び酸素によって燃焼フレーム９２が形成される。また、図１０の層形成装置８０では、粉末溶材８８がキャリアガスとともに、ノズル９０からジャーナル部２２の表面にむけて、噴射される。

したがって、図１０の層形成装置８０では、ノズル９０からジャーナル部２２の表面にむけて噴射される粉末溶材８８が、燃焼フレーム９２内を通過する際に溶融される。このように、粉末溶材８８がジャーナル部２２の表面に溶射されると、その粉末溶材８８に対応する金属がジャーナル部２２の表面上で肉盛される。

図１１は、第１実施形態の層形成装置８０のさらに他の例の一部を示す概略図である。また、図１１は、レーザクラッディング式の層形成装置８０を示す。

図１１の層形成装置８０では、ノズル９４から、ジャーナル部２２の表面にむけて、粉末溶材９６がキャリアガスとともに噴射される。なお、図１１の層形成装置８０では、粉末溶材９６は、ジャーナル部２２の表面に対して略垂直に噴射される。

また、図１１の層形成装置８０では、複数の方向からジャーナル部２２の表面に向けて、複数のレーザビーム９８が連続的に照射される。各レーザビーム９８は、粉末溶材９６の噴射方向に対して外側から、その噴射方向に徐々に近づくように斜めに照射され、同一の照射位置１００で集光する。なお、照射位置１００は、ジャーナル部２２の表面上、または、表面から離間した位置である。

したがって、図１１の層形成装置８０では、粉末溶材９６が照射位置１００を通過する際に溶融される。このように、粉末溶材９６が溶融されると、その粉末溶材９６に対応する金属がジャーナル部２２の表面上で肉盛される。ただし、レーザがジャーナル部２２の表面に対して略垂直に照射され、複数の方向からジャーナル部２２の表面に向けて粉末溶材９６が噴射されるような構成であってもよい。

加工工程には、切削工程（ステップＳ７）及び肉盛工程（ステップＳ８）以外に、ブラスト工程が含まれていてもよい。ブラスト工程は、切削工程と肉盛工程の間に行われ、ジャーナル部２２の表面に金属粒子又はセラミックス粒子を吹き付けることにより、当該表面の粗くするための工程である。ブラスト工程は、フレーム溶射式及びアーク溶射式の層形成装置８０を用いる場合にのみ実施され、レーザクラッディング式の層形成装置８０を用いる場合には省略されてもよい。

仕上加工工程（ステップＳ９）は、肉盛工程の後に行われ、肉盛層の表面を平滑化するとともに所定の形状寸法に仕上げるための工程である。仕上加工工程では、切削装置４４で肉盛層を切削して仕上げる。なお、切削加工に加え、研磨加工仕上げを行ってもよい。

風力発電用風車１０において、ナセル１４は高所に位置し、そのナセル１４内の空間は狭い。また、肉盛工程における肉盛層の形成は、作業員が層形成装置８０を用いて行う。持ち運びが容易である点及び溶射に伴う火花の飛散が少ない点を考慮すると、第１実施形態では、層形成装置８０として、線形溶材を用いるフレーム溶射式の溶射装置が用いるのが好ましい。

図１２は、第１実施形態の溶射システム１２０の一例を示すブロック図である。なお、図１２に溶射システム１２０は、線形溶材を用いるフレーム溶射式の層形成装置８０に対応する。

図１２に示すように、溶射システム１２０は、空気供給部１２２、酸素貯蔵部１２４、燃焼ガス貯蔵部１２６、流量制御部１２８及び層形成装置８０等を含む。空気供給部１２２、酸素貯蔵部１２４及び燃焼ガス貯蔵部１２６の各々は、流量制御部１２８を介して、層形成装置８０と管で接続される。

空気供給部１２２は、圧縮した空気を供給するために設けられる。空気供給部１２２としては、汎用のコンプレッサーが用いられる。酸素貯蔵部１２４は、酸素を貯蔵するボンベである。燃焼ガス貯蔵部１２６は、燃焼ガスを貯蔵するボンベである。

流量制御部１２８は、圧縮空気、酸素、燃焼ガスの各々の流量を調整するためのコントロールユニットである。つまり、層形成装置８０には、流量が調整された圧縮空気、酸素、燃焼ガスの各々が供給される。また、図１２に示すように、層形成装置８０には、圧縮空気、酸素、燃焼ガスとは別に、溶材が供給される。

このような溶射システム１２０であれば、少なくとも層形成装置８０をナセル１４内に搬入すれば、ジャーナル部２２の表面に対して肉盛層を形成することができる。層形成装置８０は、たとえば、ガン形状の溶射ガンにより構成され、作業員が手で持って容易にナセル１４内に搬入して溶射作業を行うことができる。

第１実施形態では、加工工程が実施されると、ジャーナル部２２の表面が補修される。加工工程において、肉盛工程は、切削工程の後に実施され、肉盛工程の後に仕上加工工程が実施される。つまり、加工工程によれば、シャフト１６の補修前後での第２軸部１６ｂの径が同様となるように、シャフト１６を補修することができる。

また、第１実施形態によれば、風力発電用風車１０のナセル１４内において、シャフト１６を簡単な設備で良好に補修することができる。

１０ 風力発電用風車
１２ ブレード
１４ ナセル
１６ シャフト
１６ａ 第１軸部
１６ｂ 第２軸部
１８ 軸受
２０ 発電装置
２２ ジャーナル部
２４ 仮軸受
２８ 仮軸受支持台
３２ 駆動装置
４０ ジャッキ装置
４２ 固定具
４４ 切削装置

Claims (10)

1. ブレードに連結されたシャフト、及び、前記シャフトを回転可能に保持する軸受が、中空状のナセル内に収容されている風力発電用風車のシャフト補修方法であって、
   前記シャフトには、前記ブレードが連結された第１軸部と、前記軸受により保持され、前記第１軸部に対して着脱可能な第２軸部とが含まれており、
   前記ナセル内に補修用機材を搬入する搬入工程と、
   前記第１軸部に対して前記第２軸部を切り離すことにより前記シャフトを分離するシャフト分離工程と、
   前記第２軸部において前記軸受により保持されているジャーナル部を露出させるジャーナル部露出工程と、
   前記ナセル内に搬入された補修用機材を用いて、前記第１軸部は回転させずに、前記第２軸部のみを回転させながら当該第２軸部における前記ジャーナル部の表面に肉盛層を形成することにより、前記シャフトを補修する肉盛工程とを備えることを特徴とするシャフト補修方法。
2. 前記補修用機材には、前記第２軸部を回転させるための駆動装置が含まれており、
   前記駆動装置を前記第２軸部に連結する駆動装置連結工程をさらに備え、
   前記肉盛工程では、前記駆動装置により前記第２軸部を回転させながら当該第２軸部における前記ジャーナル部の表面に肉盛層を形成することを特徴とする請求項１に記載のシャフト補修方法。
3. 前記補修用機材には、前記軸受とは別の仮軸受が含まれており、
   前記第２軸部における前記ジャーナル部以外の部分を直接的又は間接的に前記仮軸受により回転可能に保持させる仮軸受取付工程をさらに備え、
   前記肉盛工程では、前記仮軸受で保持された前記第２軸部を回転させながら当該第２軸部における前記ジャーナル部の表面に肉盛層を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のシャフト補修方法。
4. 前記補修用機材には、前記第２軸部の表面に対して切削処理を施すための切削装置が含まれており、
   前記第２軸部を回転させながら、前記切削装置を用いて前記第２軸部における前記ジャーナル部の表面に切削処理を施すことにより、前記ジャーナル部の表面における摩耗部分を除去する切削工程をさらに備え、
   前記肉盛工程では、前記切削工程後の前記ジャーナル部の表面に肉盛層を形成することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のシャフト補修方法。
5. 前記肉盛工程では、溶材を溶射することにより、前記第２軸部における前記ジャーナル部の表面に肉盛層を形成することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のシャフト補修方法。
6. 前記肉盛工程では、レーザクラッディングにより、前記第２軸部における前記ジャーナル部の表面に肉盛層を形成することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のシャフト補修方法。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載のシャフト補修方法に用いられるシャフト回転装置であって、
   前記軸受とは別に設けられ、前記第２軸部を直接的又は間接的に回転可能に保持する仮軸受と、
   前記仮軸受を支持する支持台と、
   前記第２軸部を回転させるための駆動装置とを備えることを特徴とするシャフト回転装置。
8. 前記第２軸部は、前記風力発電用風車に設けられた発電装置の回転子を構成しており、
   前記支持台は、前記発電装置と連結されることを特徴とする請求項７に記載のシャフト回転装置。
9. ブレードに連結されたシャフト、及び、前記シャフトを回転可能に保持する軸受が、中空状のナセル内に収容されている風力発電用風車のシャフト補修方法に用いられるシャフト回転装置であって、
   前記シャフトには、前記ブレードが連結された第１軸部と、前記軸受により保持され、前記第１軸部に対して着脱可能な第２軸部とが含まれており、
   前記シャフト補修方法は、
   前記ナセル内に補修用機材を搬入する搬入工程と、
   前記第１軸部に対して前記第２軸部を切り離すことにより前記シャフトを分離するシャフト分離工程と、
   前記第２軸部において前記軸受により保持されているジャーナル部を露出させるジャーナル部露出工程と、
   前記ナセル内に搬入された補修用機材を用いて、前記第１軸部は回転させずに、前記第２軸部のみを回転させながら当該第２軸部における前記ジャーナル部の表面に肉盛層を形成することにより、前記シャフトを補修する肉盛工程とを備え、
   前記シャフト回転装置は、
   前記軸受とは別に設けられ、前記第２軸部を直接的又は間接的に回転可能に保持する仮軸受と、
   前記仮軸受を支持する支持台と、
   前記第２軸部を回転させるための駆動装置とを備え、
   前記第２軸部は、前記風力発電用風車に設けられた発電装置の回転子を構成しており、
   前記支持台は、前記発電装置と連結されることを特徴とするシャフト回転装置。
10. 前記発電装置を上方に向かって押し上げるためのジャッキ装置と、
    前記ジャッキ装置により押し上げられる前記発電装置を下方に向かって押圧した状態で固定する固定具とをさらに備えることを特徴とする請求項８又は９に記載のシャフト回転装置。

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