CN101737273A - 塔架、风力发电机组以及在塔架内设置平台的方法 - Google Patents

Abstract

本发明设计一种风力发电机组的塔架，包括：一个或更多个管状塔架段(4)以及设置在塔架内的至少一个平台(16，16’)，所述塔架段具有外套壁(6)和在其下端及上端的向内凸缘(9，10)，所述平台用于接近塔架内部以及机舱以便进行维护和修理。塔架还包括支撑结构，所述结构包括至少三个细长的拉伸载荷承载元件(14，14’)，每个所述拉伸载荷承载元件在其上端安装到塔架段的上凸缘(10)以及在其下端安装到塔架段的下凸缘(9)，并且支撑悬挂在塔架内的一个或更多个平台(16，16’)。本发明还涉及一种用于在塔架内设置平台的方法。

Description

塔架、风力发电机组以及在塔架内设置平台的方法

技术领域

本发明大体涉及一种风力发电机组的塔架，该塔架包括一个或更多个管状塔架段以及设置在塔架内的至少一个平台，所述塔架段具有外套壁(jacket wall)和在其下端及上端的向内凸缘，所述平台便于接近塔架内部以及机舱从而进行维护和修理。

本发明还涉及一种包括这种塔架的风力发电机组以及一种用于在风力发电机组的塔架内设置平台和梯子的方法。

背景技术

上面提到的那种塔架通常应用在风力发电机组中，以将机舱支撑在地面或者在离岸型风力发电机组情况下水表面上方的期望高度，机舱包括由风轮叶片驱动的发电机。塔架包括一个或更多个钢制管状塔架段，塔架段具有周向套壁。塔架段通常具有圆形横截面，但是诸如椭圆形的其它横截面形状也是可行的。此外，塔架可以选择性地为圆柱形或者稍微平截的圆锥形。每个塔架段在下端和上端形成有向内的凸缘。在塔架由两个或多个塔架段组成的情况下，塔架段借助于穿过凸缘的螺栓连接首尾相连地相互连接。而且，塔架借助于穿过下塔架段下端的凸缘的螺栓连接被安装到地基上，并且机舱借助于穿过上塔架段上端的凸缘的螺栓连接被安装到塔架上。

在塔架的下部，穿过套壁设置有门并且在塔架内设置有支撑结构以及接近设备，诸如平台和梯子，从而允许接近塔架内部以便对塔架内以及塔架顶部机舱内的设备进行维护和修理。

在现有技术中，公知的是通过螺栓连接和/或焊接将塔架内的平台固定到套壁。例如，通过将托架焊接到平台倚靠的内侧套壁。梯子随后紧固到平台。这种技术方案的一个缺点是当平台通过螺栓连接和/或焊接方式安装时套壁会变弱，这必须增加套壁的材料厚度并且由此会增加成本。另一个缺点是在塔架内安装平台和梯子的方法不够灵活，从这个意义上讲，今后进行可能的调整或重新定位将非常困难。这种刚性安装也会通过不利载荷影响塔架。

EP 1933029公开了一种在风力发电机组的塔架内安装平台和梯子的方法。该方法涉及梁的使用，梁被紧固到每个塔架段的上凸缘以及下凸缘。诸如平台和梯子的支撑结构又安装到梁上。梁通过螺栓连接或焊接以刚性方式安装到上凸缘上。然而，与下凸缘的连接允许梁在纵向方向相对于凸缘移动，而梁在与其纵向方向垂直的方向上被固定地保持，从而允许梁由于变化的温度以及由风力载荷导致的塔架偏斜而移动，但是确保水平方向的稳定。然而，使用在每个塔架段的上下凸缘之间延伸的梁是一种在塔架内部安装设备的相当昂贵的方案，并且由于设备通过螺栓连接或焊接的方式安装到梁上，因此不能如所期望的那样灵活，并且一旦任何设备要被调整或重新定位，必须在梁上钻出新的孔或者进行新的焊接，这样既耗时又复杂。

本领域还公知的是通过来自塔架段上凸缘的杆安装上平台，从而使得平台从上凸缘悬挂。梯子随后从平台悬挂并且通过金属丝或类似物被稳定，所述金属丝通过磁体被附着到套壁内侧。这种方案的优点在于它不会使套壁弱化。然而，在塔架段内设置设备的可供选择的方案极为有限。尤其是希望在同一塔架段内设置几个平台时。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种风力发电机组的塔架，平台和其它设备能够以节约成本且极为灵活的方式设置在塔架内而不会使塔架结构弱化。至少该目的通过根据权利要求1的塔架而实现。

本发明还涉及一种在风力发电机组塔架内设置平台的方法以及一种包括这种塔架的风力发电机组，它们具有与如上所述相同的目的。该目的是通过根据权利要求12的方法以及根据权利要求15的风力发电机组而实现。

由此，本发明的根本在于通过在塔架内设置拉伸载荷承载元件而实现上述目的，每个所述拉伸载荷承载元件在其上端安装到塔架段的上凸缘以及在其下端安装到塔架段的下凸缘。至少一个平台通过任意适当方式安装到拉伸载荷承载元件上并且定位在塔架内所需高度。拉伸载荷承载元件的数目必须至少三个，由此使平台平衡。然而，可使用更多数目的拉伸负载承载元件，例如四个到二十个之间。

在这个整体思路之内，本发明能够以多种不同方式改变。例如，拉伸载荷承载元件可以多种不同方式设计并且由不同材料制成。由此，拉伸载荷承载元件可形成为金属丝或链，即高柔韧性元件。还可以使用不同材料的绳索，优选是合成材料，例如碳纤维，从而防止有机分解，有机分解在使用有机材料时是一种风险。还可以使用由金属与合成材料的混合物所构成的绳索或丝。然而，在本发明范围之内还可使用金属杆，金属杆不象金属丝、链以及绳索那样具有高度柔韧性，但是金属丝、链以及绳索仅适合承载拉伸载荷而不能够承载任何程度的压缩载荷。使用柔韧性拉伸载荷承载元件的一个优点在于：例如将元件引导穿过狭窄通道诸如在风力发电机组塔架底部的门开口时，它们能够被容易地操控。通过使用仅适合承载拉伸载荷的元件，与使用还适合承载压缩载荷的元件相比，可使用具有相当小的横截面积的元件。结果使得支撑结构的材料用量更少、成本更低以及空间要求更小。

用于将设备连接到拉伸载荷承载元件的连接装置能够以多种不同方式形成。当使用丝、绳索以及杆时，连接装置优选形成为通过摩擦锁定的夹紧连接，而当使用链时，可使用与一个或更多个链环相接合的连接装置。

拉伸载荷承载元件的设置可以多种不同方式设计。通常地，拉伸载荷承载元件优选借助于穿过塔架段的上凸缘及下凸缘中的孔的螺栓或类似物被安装。还优选的是，每个拉伸载荷承载元件通过上凸缘与下凸缘之间的合适预加应力被拉紧。由此，拉伸载荷承载元件上悬挂的平台和其它设备也将会在水平方向上获得一定稳定性。然而，在随后描述及显示的实施例中，优选绕着各个平台外围在平台与塔架套壁内部之间设置合适数目的缓冲件或类似物，所述缓冲件或类似物吸收由于平台横向移动所引起的冲击。由于变化的温度和负载，平台应当能够在塔架内稍微地向上及向下移动，因此所述缓冲件不会永久地承靠着套壁。

此外，当在同一塔架段内设置两个或更多个平台时，来自于平台的载荷能够以不同方式分布到拉伸载荷承载元件。例如，所有拉伸载荷承载元件可共同地承载所有平台。然而，还可以使不同的拉伸载荷承载元件承载不同的平台，例如上平台由三个或更多个拉伸载荷承载元件承载，下平台由另外的三个或更多个拉伸载荷承载元件承载，附加下平台由附加的三个或更多个拉伸载荷承载元件承载，等等。

当在塔架内设置梯子时，优选地是这些梯子悬挂在平台上。然而，应当知道的是，还可以使梯子悬挂在拉伸载荷承载元件上、直接地悬挂在凸缘上，或者所有这三种连接模式的组合。在以下描述及显示的实施例中，梯子通过横向拉伸载荷承载元件在水平方向被稳定，该横向拉伸载荷承载元件在垂直地延伸于上凸缘与下凸缘之间的拉伸载荷承载元件中的两个之间水平地或对角地延伸。

尽管本发明此后针对由两个平截的圆锥形塔架段组装而成的陆基风力发电机组而进行描述和显示，但应当理解的是，本发明还可应用于其它类型的风力发电机组，例如具有圆柱形塔架段并且包括任意数目的塔架段(例如同样可以仅有一个塔架段)的离岸风力发电机组。本发明还提供良好机会来将其它类型设备(例如灯和电缆)安装到拉伸载荷承载元件上。

本发明的其它目的、特征和优点将从接下来的详细公开、权利要求书以及附图中体现出来。

通常地，权利要求中使用的所有术语应当根据它们在该技术领域的通常意义来解释，除非在此以其它方式明确地限定。凡涉及到用一个/该/所述限定“元件、装置、部件、方式、步骤等”都被开放地解释为指的是至少一个所述“元件、装置、部件、方式、步骤等”的情况，除非以其它方式明确地表明。这里公开的任何方法的步骤不需要按照公开的确切顺序执行，除非明确地表明。

附图说明

通过接下来参考附图对本发明优选实施例的示意性及非限制性的详细描述，本发明的上述及另外的目的、特征及优点将会更好地被理解，附图中相同的附图标记用于相同的元件，其中：

图1示意性地显示了示例性风力发电机组；

图2示意性地显示了经过塔架段的纵向截面；以及

图3示意性地显示了根据图2的纵向截面，其具有平台以及梯子的不同设置。

具体实施方式

首先参照图1，显示了风力发电机组的示例，该风力发电机组包括塔架1、在塔架顶部的机舱2以及风轮叶片3。在该实施例中，塔架由两个单独的塔架段组装而成，更具体地是由下塔架段4和上塔架段5组装而成，下塔架段和上塔架段通过螺栓连接首尾相连地相互连接。此外，塔架段具有平截圆锥形状，其中，下塔架段比上塔架段具有稍微更大的圆锥度。

每个塔架段是管状的并且具有周向套壁6，如图2和3所示，其最好由钢制成。为了允许接近塔架内部以便对塔架以及机舱2进行维护和修理，在下塔架段4的下部设置了具有可关闭门7的门开口。

下面参照图2描述根据本发明设置的下塔架段4的示例内部。应当注意的是，图2和3所示的塔架段为了简单起见都是圆柱形的而不是如图1实施例中平截的圆锥形。然而，本发明同样可应用于具有平截圆锥形的塔架段。

根据图2和3的纵向截面图都是具有门7的下塔架段，该门7设置在下部左侧。套壁6最靠近门的区域具有增加的壁厚8，以便补偿由门开口所导致的塔架段的弱化。在塔架段的下端和上端分别设置有向内的下凸缘9和上凸缘10。塔架段在其下端借助于穿过下凸缘9的螺栓连接12被连接到地基11上。它在上端借助于穿过下塔架段4的上凸缘10和上塔架段5的下凸缘13的螺栓连接18被连接到上塔架段5，附图中显示了该上塔架段5的一部分。

根据发明，塔架段设置有三个或更多个拉伸载荷承载元件14，14’，附图中仅显示出两个。更具体地，每个拉伸载荷承载元件在一端连接到上凸缘10并且在另一端连接到下凸缘9。与凸缘的连接可通过在拉伸载荷承载元件14，14’的每个端部的外螺纹轴15而实现，所述外螺纹轴15被旋入每个凸缘上的内螺纹孔中。

在图2所示实施例中，三个平台16，16’，16”被设置在塔架段内，并且每个平台都悬挂在每个拉伸载荷承载元件14，14’上。在所公开实施例中，平台与拉伸载荷承载元件之间的连接实现成使得拉伸载荷承载元件穿过平台中的孔、以及拉伸载荷承载元件14，14’周围的锁定元件17通过摩擦作用相对于拉伸载荷承载元件锁定平台。最下面的平台16定位成与门7的下边缘处于相同高度。中间平台16’被设置成恰好高于门，以保护穿过门接近的人员避开从上方平台可能掉落的物体。上平台16”设置成在上、下塔架段4，5之间连接处下方短距离处，从而允许人员以距离连接处合适距离站立并且当将上塔架段5安装到下塔架段4上时拉动螺栓连接18。

在每个拉伸载荷承载元件14，14’的下端设置有绷紧螺栓19，从而使得每个拉伸载荷承载元件能够在下凸缘9与上凸缘10之间被预加应力。由此，拉伸载荷承载元件14，14’以及从它们悬挂的设备在一定程度上在水平方向被稳定。为了进一步防止平台16，16’，16”的水平移动，它们至少在绕着平台周边分布的三个不同位置在平台与套壁6内表面之间的区域设置有缓冲元件20。

随后参照图3，其中以纵截面图显示了塔架段4，该塔架段4与图2中显示的塔架段相同，除了图3中仅设置有两个平台16，16”，另外还设有梯子21。梯子被安装到上平台和下平台上，并且能够紧邻套壁6或者相对于平台在更加处于中心的位置任意地定位。这些位置都需要在上平台上形成足够尺寸的开口(未示出)以允许人员穿过。

为了在水平方向上稳定梯子21，两个另外的横向拉伸载荷承载元件22，22’在两个垂直拉伸载荷承载元件14，14’之间对角地延伸并且连接到梯子21上。应当理解的是，这种横向拉伸载荷承载元件可以任意数目设置并且能够具有相对于垂直方向的任意角度，由此甚至可以是严格水平的。

已经参照几个实施例对本发明进行了描述。然而，对于本领域技术人员容易理解的是，除了上面公开之外的其它实施例同样落入权利要求限定的本发明范围之内。

Claims (15)

1.一种风力发电机组的塔架，包括：一个或更多个管状塔架段和设置在塔架内的至少一个平台，所述塔架段具有套壁和在其下端及上端的向内凸缘，其中，所述塔架还包括支撑结构，所述支撑结构包括至少三个细长的拉伸载荷承载元件，每个所述拉伸载荷承载元件在上端安装到所述塔架段的上凸缘并且在下端安装到所述塔架段的下凸缘，并且支撑悬挂在所述塔架内的一个或更多个平台。

2.如权利要求1所述的塔架，其特征在于，所述拉伸载荷承载元件通过上凸缘与下凸缘之间的张力被预加应力。

3.如权利要求1或2所述的塔架，其特征在于，所述拉伸载荷承载元件借助于螺栓连接被安装到凸缘上。

4.如前述任一权利要求所述的塔架，其特征在于，所述拉伸载荷承载元件是柔韧性的。

5.如前述任一权利要求所述的塔架，其特征在于，两个或更多个平台被设置在所述塔架段内。

6.如权利要求5所述的塔架，其特征在于，所有拉伸载荷承载元件共同地支撑所述塔架段内的所有平台。

7.如权利要求5所述的塔架，其特征在于，不同的拉伸载荷承载元件支撑不同的平台。

8.如前述任一权利要求所述的塔架，其特征在于，所述一个或更多个平台借助于摩擦连接被安装到所述拉伸载荷承载元件上。

9.如前述任一权利要求所述的塔架，其特征在于，在所述平台与所述套壁的内表面之间设置有缓冲件。

10.如前述任一权利要求所述的塔架，其特征在于，所述一个或更多个平台通过所述拉伸载荷承载元件被悬挂，同时至少一个梯子被安装到所述平台上。

11.如前述任一权利要求所述的塔架，其特征在于，所述至少一个梯子通过横向拉伸载荷承载元件在水平方向被稳定，所述横向拉伸载荷承载元件从梯子延伸到垂直地设置在上凸缘与下凸缘之间的所述拉伸载荷承载元件。

12.一种在风力发电机组的塔架内设置平台和梯子的方法，所述塔架包括一个或更多个管状塔架段，所述塔架段具有套壁和在其下端及上端的向内凸缘，所述凸缘用于将塔架段彼此相互连接、以及用于将机舱安装到塔架上端，所述方法包括如下步骤：

将至少三个拉伸载荷承载元件的上端安装到所述塔架段的上凸缘上；

将所述至少三个拉伸载荷承载元件的下端安装到所述塔架段的下凸缘；

在所述拉伸载荷承载元件上悬挂至少一个平台。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

通过上凸缘与下凸缘之间的张力使所述拉伸载荷承载元件被预加应力。

14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

借助于横向拉伸载荷承载元件使至少一个梯子在水平方向稳定，所述横向拉伸载荷承载元件从所述梯子延伸到垂直地设置在上凸缘与下凸缘之间的所述拉伸载荷承载元件。

15.一种风力发电机组，包括如权利要求1到11任一所述的塔架。

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