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CN101970776B - 塔架元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于塔架、优选地用于风力发电机的塔架元件，其中具有一外表面和一内表面的多个塔架元件被安装在彼此的顶部，其中该塔架元件的外围由多个在纵向侧设有面向内的法兰的段构成，所述法兰被连接至位于侧向布置的段上的相应的法兰。单独的各所述段被制造为在横向接头处的外表面上带有重叠，并且在所述面向内的法兰处带有对接接头。通过本发明，实现了在生产中以及运输和安装期间的灵活性。对于位于两段之间的外表面上的重叠，可在两段之间沿横向方向进行机械连接。这种两段之间的机械连接会产生更稳定的结构以及实现与在由焊接连接的段中可获得的刚性基本相对应的刚性。

Description

塔架元件
技术领域
本发明涉及用于塔架(tower)、优选地用于风力发电机(windpower plant)的塔架元件，其中一些塔架元件被安装在彼此的顶部，其中该塔架元件具有一外表面和一内表面，其中该塔架元件的外围由多个优选地由钢制成的段(segments)组成，其中这些段在纵向侧设有面向内的法兰，其中这些法兰被连接到位于侧向布置的段上的相应的法兰，由此构成一个用于塔架元件的外壳。
背景技术
众所周知，各种类型的塔架设计被用于尤其是现代风力发电机。这些年来，已应用了不同的变体，例如，网格结构设计(lattice workdesigns)；然而，最近几年中，最优选的特别是制造成管状形状的钢制塔架。这些塔架一般被制造成允许在普通道路上搬运并主要由普通运输工具来运输的长度。当该塔架元件到达架设现场时，塔架一般由三个或更多的塔架段组装而成，在一些情况下构成一个超过100米或者甚至超过150米的组装塔架。
由于没有任何迹象表明用于风力发电机的这种塔架将在未来变小，因此如果没有其他运输方案以及可估计的更昂贵的运输方案将被采用，那么允许经由公路运输的解决方案是必要的。因此，事实是，这些塔架的尺寸在增加，并且在没有把单个塔架元件分成更小的区段(sections)的情况下，对于经由公路网运输具有如此大直径的塔架是不再可能的。
从WO 2004/083633已知一个解决方案，其中塔架元件被纵向分成三个区段。单个的区段在纵向侧(long sides)通过法兰被组装在一起，当被组装完成时构成一个常规的塔架元件。这种塔架元件仍需要许多工作时间以用于轧制和焊接，并且除此之外，运输仍比较麻烦。
同时，从WO 2005/075763已知，以段的形式来制造用于风力发电机的塔架。这些段在其纵向方向上用常规的法兰接头来组装，并可以被制成矩形或锥形。两个邻接段之间的水平接头被构造为没有连接，并且该水平接头仅用合适的密封装置密封。不在水平方向机械连接该接头的原因明显是由于其他现有技术塔架结构中被焊接的塔架元件通常在这些接头中存在低强度的事实。这些接头被暴露在疲劳负荷之下，该疲劳负荷会最终导致水平焊接缝的破裂。在WO 2005/075763描述的解决方案中，单个的段被相对于侧向布置的段以相当于该段的长度的50％至75％之间的偏移来安装。因此，这种情况下的塔架在原理上是由以错缝接合(breaking joint)或粘结(bond)安装的元件构成。
然而，根据这一原理制造的塔架有一些缺陷。首先，为了偏移地安装这些段，必须使这些段具有不同的长度。此外，如果是圆锥形塔架，由于接合面在竖直方向上很大，鉴于塔架元件在随后要被吊起定位在一个或多个已安装的塔架区段上，因此无法组装该塔架元件。然而，这个过程在制造圆柱形塔架时可以更容易被实施，但是仍有很大的困难。
发明目的
本发明的目的是指出一种用于塔架的解决方案，优选的是一种用于风力发电机的塔架，其中该塔架由多个预制的段构成，其中这些段的生产、运输和安装可以用简单的方式来实现，以及其中在这些步骤中有较大程度的灵活性。
发明内容
如上所述，本发明涉及用于塔架、优选地用于风力发电机的塔架元件，其中该塔架元件的外围由多个段组成，这些段在纵向侧设有面向内的法兰，用于安装至侧向布置的段上的相应法兰，其中单独的各段被制成在横向接头处的外表面上具有重叠，以及在面向内的法兰处具有对接接头。
通过这样一种塔架元件，关于单独各段的机械加工形式的生产、表面处理、运输以及安装可以以比采用焊接在一起并在工厂加工完成的塔架元件更简单的方法实施，从而获得显著的优势和灵活性。
与上述最接近的现有技术进行比较，根据本发明的解决方案的显著优势在于：在两个彼此延续布置的段之间的外表面上存在的重叠，在所述重叠中，可以在所述两段之间沿横向方向进行机械连接。所述两段之间的机械接头产生更稳定的结构以及实现与通过焊接连接的段中获得的刚性基本相对应的刚性。段之间沿横向方向没有连接的接头不够刚性，由此明显地导致一个在工作期间会遭受较大偏斜影响的设计。所述机械接头可以被设计为使得允许在所述两段之间有非常小的移动，或者，该接头可以被制作为在接头处提供最优刚性的配合接头。
同样，在面向内的法兰之间沿纵向方向也实施机械连接。位于两个侧向布置的段上的面向内的法兰可以被制成相同的，其中，例如，有两个互相连接的平面法兰，但是所述法兰也可以是不同的，例如，有彼此接合的两个不同的法兰。
在安装所述段的期间，以及在随后的过程中，位于外表面上的重叠中的所述机械接头被缓解(relieved)，其中所述面向内的法兰带有对接接头，在该对接接头处，上部段原则上支撑在下部段的面向内的法兰上。同时获得具有优势的接头和两段之间的重叠，因此也获得简易和可靠的安装，这是因为对于装配工来说容易确认所述段是否处在正确的位置。
在根据本发明的塔架元件的一个优选变体中，位于面向内的法兰上的一个或多个拐角在一个段的至少面向下的边缘上被切口，其中在横向方向上该边缘支撑在先前安装好的段上的面向内的法兰上。因此，实现了所述段的可靠定位和如上所述的重叠。被切口的拐角可以具有一个或多个接触面，使得原则上是这样一个接头，在该接头处，一个段将对应的切口与另一个段的一些面接合。然而，优选的变体是带有这样的切口，其中，位于一个段上的切口中的单个表面与位于另一段上的相应表面接触。
一种根据本发明的用于塔架的塔架元件可以是其中多个段与塔架元件中的其他段和先前安装好的段连接。或者，一个或多个段可以与一个或多个地基段连接。这些地基段可以适合被嵌入在混凝土地基中或安装在一个或其他合适类型的地基上。地基段可以是例如构成塔架元件的最低部分的至少部分的加固件。这可以通过制造这样的地基段来实现，使得这些地基段构成该结构的加固件，在该结构中，材料厚度通过塔架元件段和地基段的彼此重叠——例如，一米、两米、三米或更多——而增加。通过这种方式，可以容易地制成允许用于门——其在塔架的侧面中开口——的加固件。
类似地，位于一个段上的面向上的边缘上的用于塔架元件的段可以带有一个或多个位于面向内的法兰上的被切口的拐角，以用于邻接在例如塔架元件的另一段上或顶部元件上。通过在段的顶部和底部的切口，由此可以构成与两个切口的总高度相对应的一高度的重叠。顶部元件的使用，如所述的，也是一种可能性，并且这种顶部元件原则上可以是多个段，这些段由常规的法兰加工完成以用于待被安装在塔架上的物体或一些物体，例如，用于风力发电机的机舱。
为了提高两个相应段之间的接头强度，位于面向内的法兰上的对接接头可以由侧向布置的段的面向内的法兰重叠。因此，不仅实现安装在彼此上方的两个段之间的重叠，而且实现了两个侧向安装的段之间的面向内的法兰上的重叠。
位于纵向上的段之间的接头和面向内的法兰之间的接头和在横向重叠处的接头可以有利地由螺栓和螺母完全地或部分地组装，但是也可以使用铆钉或螺栓和铆钉的组合。
根据本发明的用于其中塔架元件的外围由多个段制成的塔架的塔架元件可以被组装为使得塔架元件中的所有段的长度基本相等，表明塔架元件大致具有在相同高度处开始和终止的多个段。但是也可以具有长度基本相等的多个段，表明塔架元件大致具有分别在至少两个不同高度处开始和终止的多个段。根据第一变体，实现仅由被切口的拐角构成的重叠，而在第二变体中，存在对应于半个段的长度的重叠。原则上是这样一个接头，在该接头处，这些段被结合在一起。
单独的各段可以在安装至地基段上或先前架设好的塔架元件上之前被组装为已加工完成的塔架元件，但是也可以通过每次一个段来构造。制成该塔架元件的段在外表面上可以是平面的或者带有一个或多个弯曲。因此，塔架元件可以呈现为带有边缘的塔架，该带有边缘的塔架具有对应于段的数量的多个表面，但是也可以呈现为带有较小程度的边缘(less edged)，其中所述段被制成具有例如两个在纵向方向上的弯曲线，由此塔架将呈现出三倍于段的数量的边缘。
面向内的法兰可以有利地被用于紧固每一层的划分段(storeypartitionings)和塔架内可能的内部加固件。此外，面向内的法兰与横向法兰的重叠可以进一步被活套法兰(loose flanges)加强，该活套法兰被共同安装到所述机械接头中。纵向的法兰可以例如通过扁平钢条(flat iron rod)加强，该扁平钢条被夹紧在两个面向内的法兰的两侧上。
由在此描述的多个段构造的塔架的成本的计算显示出：与焊接的塔架相比，使用这种建筑原理在构造大约60米的塔架高度处已更为便宜。此外，在一些情况中，材料厚度可以从48mm减小到16mm，由此明显地可以获得更低的材料价格，而且在生产以及安装期间更容易搬运。如果所述段被制成12米至18米的长度，可以用通常的运输工具来运输它们，长度高达约12米的所述段甚至可通过封闭的标准集装箱(container)来运输，以及较长的所述段通过特殊集装箱来运输。另一个且非常显著的优势是所述段可以通过镀锌来防止腐蚀，因为所述段的尺寸并没有超出它们在镀锌工艺过程中可以被处理的范围。
附图说明
下文参考下列附图对本发明进行描述，其中：
图1示出了由多个段构造的完整塔架；
图2示出了由多个段构造的单个塔架元件；
图3示出了塔架元件顶部的细节；
图4示出了带有门框的地基元件；以及
图5示出了带有法兰的顶部元件。
具体实施方案
在图1中显示了一个完整的塔架1，该塔架例如适合连同现代风力发电机使用。在示出的变体中，塔架1由地基元件2构造，该地基元件被固定至地下的混凝土地基。该地基元件2由多个段组成，并将在图4的绘图下更详细地描述。
一个塔架元件3和另一塔架元件4被安装在地基元件2之上。这两个塔架元件都是根据相同的原理制造，并且原则上仅有的差别是两个塔架元件不具有相同的直径，即塔架元件4的底部直径相应于塔架元件3的顶部直径，使得这两个塔架元件配合在一起。一个顶部元件5被安装在塔架元件4的顶部，该顶部元件5带有一用于安装例如偏航环(yawing ring)或其他物体的法兰6。
在图2中可以看出，塔架元件3由九个相同的段7组成。如图中所示，单独的各段7被制造带有两条纵向弯曲线8，由此塔架元件3呈现出18个边缘。然而，很明显根据本发明构造的塔架1可以设有没有纵向弯曲线8或带有多于两条纵向弯曲线8的段7在塔架元件3的顶部9和底部10，显示的多个孔11用于紧固邻接的元件。在塔架元件3的内侧可见纵向的面向内的法兰12。
图3中是图2中塔架元件3的顶部9的放大图，同样可见带有三排孔11的单独各段7，所述孔11用于紧固塔架元件4或顶部元件5。此外，显示的面向内的法兰12也带有用于连接侧向布置的段7的孔13。在面向内的法兰12的顶部，可以看到位于法兰12上的拐角14和15被切口。由此，两个接触面16和17在面向内的法兰12的端部示出。这些接触面16和17被布置为使得通过支撑安装在接触面17上的塔架段7实现与侧向布置的段的面向内的法兰12的重叠。单独的各塔架段7在底部10形成有相应的被切口的拐角。
图4中示出了一个地基元件2，该地基元件2由9个段组成，其中8个段18是相同的，第9个段19包括一门框20。该门框20构成一个加固件，该加固件补偿了(outbalance)在当作为塔架的封闭管状型面(profile)被切割一开口时引起的低强度。在将被安装在地基元件2上的塔架段3中存在一个相应的门开口，并且在这个区域设置了双材料厚度，以在塔架中获得期望的刚度。用于将塔架安装至常规混凝土地基或类似物的法兰22被设置在地基元件的底座21处。
最后，在图5中示出了一个顶部元件5，该顶部元件5具有位于上边缘的常规法兰6以及相应于地基元件和塔架元件3、4的位于塔架的纵向方向上的带边缘的段。类似于其他元件3和4，该顶部元件5设有面向内的法兰12，所述常规法兰6被安装至该法兰12并且该常规法兰6也支撑在该法兰12之上。因此，实际上，法兰6和旨在用于其的负载不仅沿着塔架的外围传递这一负载，而且在面向内的法兰12上传递这一负载，由此所述法兰12起到位于元件2、3、4和5内侧的支柱(column)的作用。

Claims (11)

1.一种用于塔架(1)的塔架元件(3，4)，其中多个塔架元件(3，4)适于被安装在彼此的顶部，其中该塔架元件(3，4)具有一外表面和一内表面，其中该塔架元件(3，4)的外围由多个段(7)组成，其中这些段(7)在纵向侧设有面向内的法兰(12)，其中这些法兰(12)被连接至位于侧向布置的段(7)上的相应的法兰(12)，由此构成了一个用于塔架(1)的外壳，其特征在于：单独的各所述段(7)被制造为在横向接头处的外表面上重叠，并在面向内的法兰(12)处带有对接接头。
2.根据权利要求1所述的用于塔架(1)的塔架元件(3，4)，其中所述塔架元件(3，4)的外围由多个段(7)构成，其特征在于：位于面向内的法兰(12)上的一个或多个拐角(14，15)在一个段(7)的至少面向下的边缘处被切口，其中在横向方向上，该边缘适于支撑在之前安装好的段(7)的面向内的法兰(12)上。
3.根据权利要求2所述的用于塔架(1)的塔架元件(3，4)，其中所述塔架元件(3，4)的外围由多个段(7)构成，其特征在于：所述之前安装好的段(7)是塔架元件(3，4)中的一个段(7)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的用于塔架(1)的塔架元件(3，4)，其中所述塔架元件(3，4)的外围由多个段(7)构成，其特征在于：位于所述面向内的法兰(12)上的一个或多个拐角(14，15)在用于与例如塔架元件(3，4)中的另一段(7)或顶部元件(5)对接的段(7)的面向上的边缘(16，17)上被切口。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的用于塔架(1)的塔架元件(3，4)，其中所述塔架元件(3，4)的外围由多个段(7)构成，其特征在于：位于所述面向内的法兰(12)上的对接接头与侧向布置的段(7)的面向内的法兰(12)重叠。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的用于塔架(1)的塔架元件(3，4)，其中所述塔架元件(3，4)的外围由多个段(7)构成，其特征在于：所述多个段(7)在纵向且面向内的法兰(12)处以及在所述横向重叠处通过螺栓和螺母被整体地或局部地连接。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的用于塔架(1)的塔架元件(3，4)，其中所述塔架元件(3，4)的外围由多个段(7)构成，其特征在于：所述塔架元件(3，4)中的所有段(7)的长度基本相等，表明塔架元件(3，4)大致具有在相同高度处开始和终止的多个段(7)。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的用于塔架(1)的塔架元件(3，4)，其中所述塔架元件(3，4)的外围由多个段(7)构成，其特征在于：所述塔架元件(3，4)中的所有段(7)的长度基本相等，表明塔架元件(3，4)大致具有分别在至少两个不同高度处开始和终止的多个段(7)。
9.根据权利要求1所述的用于塔架(1)的塔架元件(3，4)，其特征在于，该塔架元件(3，4)用于风力发电机。
10.根据权利要求1所述的用于塔架(1)的塔架元件(3，4)，其特征在于，该多个段(7)由钢制成。
11.一种塔架(1)，其由地基元件(2)构造，该地基元件被固定至地下的混凝土地基；一个根据权利要求2所述的塔架元件(3)和另一个根据权利要求2所述的塔架元件(4)被安装在地基元件(2)上；一个顶部元件(5)被安装在塔架元件(4)的顶部，该顶部元件(5)带有一法兰(6)。
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