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CN108026899B - 用于风力发电机的塔 - Google Patents

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CN108026899B CN201680054107.1A CN201680054107A CN108026899B CN 108026899 B CN108026899 B CN 108026899B CN 201680054107 A CN201680054107 A CN 201680054107A CN 108026899 B CN108026899 B CN 108026899B
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Abstract

本发明此外涉及一种用于风力发电机的塔，具有上部塔区段(2)和下部塔区段(4，4′)，其中，上部塔区段(2)包括管塔(6)，其中，下部塔区段(4，4′)包括格形支架(8，8′)。允许改进的人体工学和操作安全并且实现力学优化的结构的目的这样实现，使下部塔区段(4，4′)包括居中布置在格形支架(8，8′)内部的中间管(10，10′)，并且中间管(10，10′)至少区段地具有比上部塔区段的管塔的至少局部更小的直径。

Description

用于风力发电机的塔
技术领域
本发明涉及一种用于风力发电机的塔，具有上部塔区段和下部塔区段，其中，上部塔区段包括管塔，其中，下部塔区段包括格形支架。本发明还涉及一种风力发电机。
背景技术
特别是对于风力发电机或风能发电机，特别是在陆地范围内，趋势是越来越高的轮毂高度(风力发电机转子的轮毂相对于地面所处的高度)。在此期间，超过100米的高度是期望的。由此可以利用更高和更稳定的风速，并且由此改进风力发电机特别是在弱风区中的效率。
较高的塔在具有更大和功率更强的发电机或转子的同时也会导致塔段的壁厚和直径必须变大，从而满足由此产生的更高的结构力学的要求，如刚性，抗弯强度和疲劳性能。
然而由此带来的物流和运输技术方面的问题是，如果单独的塔段的尺寸由于更高的塔而变大，则由于例如桥梁通过高度的限制使得相应的塔段的运输无法实现。
因此，在开头所述的现有技术中提出了这种风能发电机塔。例如，WO 2005/021897A1描述了一种塔，具有上部管形塔区段和下部构造为格子形塔的塔区段。
然而已经显示出，这种结构在人体工学和操作安全方面产生明显的缺点，因为特别是塔的各个部件的可接触性可能受到下部塔区段的格子形构造严重的影响。此外还显示出，在这种混合构造方式下格形支架的结构可能会昂贵，因为其必须承受大力并且相应地设计。这会导致高开支和高成本。
发明内容
在此背景下，本发明的目的在于，给出一种风力发电机塔和风力发电机，其一方面允许改进的人体工学和操作安全，并且另一方面实现力学优化的结构。
该目的在一种风力发电机塔中根据本发明的第一教导这样实现，使下部塔区段包括居中布置在格形支架内部的中间管，其中，中间管至少区段地具有比上部塔区段的管塔的至少局部更小的直径。
通过使下部塔区段包括格形支架，可以首先实现超过100米的轮毂高度。然而同时，格形支架内部具有中间管，其至少区段地具有比上部塔区段的管塔的至少局部更小的直径。由此实现了通常的管塔的优点，即通过该中间管实现了特别是风力发电机的更简单的可接触性。其中，通过更小的直径却有针对性地避免了一般通常的管塔的缺点，即对于这样的塔高度，在下部区域中的管塔段的直径通常使运输变难。还注意到，仅仅一根至少区段地具有比管塔的至少局部更小的直径的中间管，就足够满足必要的人体工学并且同时优化塔中的力传递。结果是，本发明集合了格子形结构和管塔在下部塔区段中的优点，却不必承受相应的缺点。
下部塔区段的中间管优选基本上在其整个长度上具有比管塔的至少局部更小的直径，例如比管塔的至少下部或者也比整个管塔更小的直径。
下部塔区段的中间管优选布置在上部塔区段的管塔的延长线上。中间管和管塔的纵轴优选彼此重叠。
该塔优选为高于100米的轮毂高度而设计。在这样的高度上，根据本发明的塔的特性，也就是改进的人体工学和改进的力传递是特别有利的。
具有管塔的上部塔区段优选不具有环绕管塔的格形支架。已经显示出的是，在上部塔区段中，无需额外的环绕管塔的格子形结构就能实现足够的稳定性。
中间管特别构造为空心结构。中间管优选以板材构造方式构造。这允许了最优的配合和相对于例如铸造件低成本并且轻量化的构造方式。其中，中间管的单独的部件可以特别地彼此焊接。
根据本发明的塔的一种实施方式，塔还具有在上部和下部塔区段之间的中间零件，并且上部塔区段的管塔和下部塔区段的中间管优选通过中间零件彼此相连。通过设计中间零件，还可以实现上部塔区段，特别是上部塔区段的管塔，和下部塔区段，特别是下部塔区段的中间管之间的优化的并且适合负载的过渡。中间零件可以首先用作由管塔和中间管的连接。同时，中间零件也可以用作格形支架在上部塔区段的管塔上的连接。结果是，中间零件因此也可以用作中间管在格形支架上的连接。因此，中间零件优选具有用于管塔、中间管和格形支架的连接区域。中间零件特别作为一种中央节点。
可以想到的是，中间零件或其一部分与管塔、中间管和/或中间零件一体地构造。但是，中间零件优选构造为单独的部件，其与其他元件相连，特别是焊接和/或拧紧。
中间零件也优选以板材构造方式构造。如已经解释的，这一方面允许灵活的制造，并且相对于例如铸造件低成本并且轻量化的构造方式。各个板件则可以通过焊接与中间零件彼此相连。
根据本发明的塔的另一实施方式，下部塔区段的中间管在其下部末端与塔的基座相连，并且在其上部末端与中间零件相连。在此，以特别简单的方式实现了，中间管可以有利于更好的力传递并且有利于减轻格形支架的负担。此外，可以通过中间管简化从地面到上部塔区段人员的可接触性。
根据本发明的塔的另一实施方式，下部塔区段的中间管构造为用于承载上部塔区段的力，特别是承载扭转力。如已经解释的，由此可以实现优化的力传递或优化的负载分配，因为中间管承担了结构性的承载部分，并且特别是减轻了格形支架，特别是其角杆的负担。中间管能够承受的力和高度可以尤其通过壁厚和直径设定。
根据本发明的塔的另一实施方式，下部塔区段的格形支架具有至少三个，优选正好三个角杆。已经显示出，通过具有特别是三个角杆的格形支架的构造可以借助标准配置在高稳定性的同时实现简单并且可扩展的结构。格形支架的底面或横截面在三个角杆时形成相应的三角形面。但是，格形支架也可以通过更多的角杆构造，例如可以具有四个或五个角杆。底面或横截面则为相应的多边形。角杆的数量可以尤其根据轮毂高度，功率和塔承载的重量确定。
角杆由例如单独的角杆段由例如管形空心件组成。例如，多个空心件可以构成一个角杆。各个空心件可以在其端部区域中例如借助螺栓彼此相连。角杆之间优选连接有横杆和/或对角杆，其使相邻的角杆彼此相连。
根据本发明的塔的另一实施方式，中间管的直径至少区段地为最少1米，优选最少1.5米，和/或最大4米，优选最大3.5米，特别优选最大1.8米。
如果选定较小的中间管直径(例如1.5米至1.8米)，则可以满足对人体工学和操作安全的最低要求。相反，如果选定较大的直径(例如1.8米至3.5米)，则中间管可以特别有效地承载力(特别是扭转力)并且减轻格形支架的负担。此外可能的是，中间管可以容纳更大的组件，例如变压器单元。
根据本发明的塔的另一实施方式，下部塔区段构造为不具有格形支架和中间管之间的承载连接。这尤其适用于格形支架的角杆和中间管之间的连接。也就是说，要么在一侧的中间管与另一侧的格形支架(或者其角杆)之间完全不具有连接，要么完全没有承载连接。也就是说，在后者的情况下，可以具有例如非承载的梁或者连接桥。这可以进一步改善塔的人员可接触性。
根据本发明的塔的另一实施方式，下部塔区段在中间管中或中间管上包括进入装置，特别是电梯，梯子和/或安装平台，和/或电气组件，特别是导线和/或电气部件。中间管可以特别用作这种装置或组件的安放处或放置处。以此方式，可以在下部塔区段中方便地不依赖于塔的构造形式地，特别是在具有格子形结构时也，实现简单并且可靠的人员的可接触性和/或相应组件的可靠的安放。
根据本发明的塔的另一实施方式，中间管包括一个或多个开口，其中，特别是至少开口的一部分通过非承载连接与格形支架，特别是格形支架的角杆相连。通过设计开口进一步改进塔的人体工学和操作安全，因为人员可以为了安装或服务作业通过中间管到达特定高度，并且随后通过开口离开中间管，从而到达塔的其他区域。例如，在中间管中地面附近具有第一开口。其他开口可以例如彼此间隔地布置在预定的高度上。在相应的开口的高度上还可以在中间管和/或格形支架上至少部分地设置安装篮。
根据本发明的塔的另一实施方式，在过渡区域中连续地和/或阶梯形式地完成由上部塔区段的管塔到下部塔区段的中间管的直径的过渡。
过渡区域可以例如由中间管构成。其中，过渡区域优选位于中间管的上部末端。然而还能想到的是，过渡区域至少部分地由中间零件构成。但是，中间零件优选基本上具有上部塔区段的管塔的直径。
例如，中间管在上部末端具有基本恒定的直径，从而使过渡以阶梯形式进行。例如，中间管在上部末端具有锥状的区段，该锥状的区段向着上部塔区段的方向具有连续扩大的直径。其中，直径例如扩大到管塔或中间零件的直径。
根据本发明的塔的另一实施方式，下部塔区段具有最小60米的高度，优选最小80米，和/或最高140米的高度。下部塔区段的优选的高度范围是例如80米至100米。但是，为了实现大约200米的高轮毂高度，下部塔区段的高度的优选范围也可设计为120米至140米。根据位置和技术也可实现更高的高度。已经显示出，对于在该高度范围的格子形塔，所述的具有中间管的结构在提升人体工学和操作安全方面是有利的，并且能够减轻格形支架的负担。
根据本发明的塔的另一实施方式，下部塔区段的格形支架具有格子形元件，其至少部分通过连接元件，特别是螺栓，优选HV-螺栓或销子，优选铆钉彼此相连。但是，还能想到其他用于产生形状配合的连接的连接元件的应用。这种格子形元件例如是角杆，横杆和/或对角杆。通过使用HV-螺栓，也就是高强度、可按计划预紧的螺栓连接，可以避免特别是需要单独验证的夹紧连接(例如闭合锁销)。由此实现了，为中间管在安装期间以及在随后的检查期间提供了更好的可接触性的可能。
根据本发明的塔的另一实施方式，中间管至少区段地螺旋焊接和/或纵向焊接。通过螺旋焊接的管可以以几乎连续的流程进行经济的制造。对于纵向焊接的管则尤其可以加工更大的壁厚和直径，并且实现高稳定性。
根据本发明的塔的另一实施方式，上部塔区段的管塔以横向的构造方式构造。由于管塔起始于上部塔区段，并且不必从地面起延伸至塔的整个高度，因此管塔可以具有相应小的直径并且各个管塔段可以以横向的构造方式设计，而不影响运输。横向的构造方式可以尤其理解为，塔由横向于塔走向(纵向)延伸的元件构造。
根据本发明的另一教导，开头所述的目的也通过具有根据本发明的塔的风力发电机实现。风力发电机尤其包括固定在塔上的机电室(也称作吊舱)和具有转子叶片的转子。为此，上部塔区段的管塔可以在上部末端具有合适的固定区域。
关于风力发电机的其他实施方式和优点参见根据本发明的塔的说明。
附图说明
接下来根据实施例结合附图详细阐释本发明。其中，
图1a示出了根据本发明的塔的第一实施例的纵截面图；
图1b示出了图1a所示实施例的横截面图；
图2a-c示出了过渡区域的不同实施例；
图3a示出了根据本发明的塔的另一实施例的局部透视图；以及
图3b,c示出了图3a所示放大的局部剖视图。
具体实施方式
图1a示出了根据本发明的塔的第一实施例的纵截面图，而图1b示出了图1a所示实施例的横截面图。
塔1是具有吊舱和转子(未示出)的风力发电机的一部分。塔1具有上部塔区段2和下部塔区段4。上部塔区段2包括管塔6。下部塔区段4包括格形支架8和中间管10，中间管10居中布置在格形支架8内部。中间管10通常具有比上部塔区段2的管塔6更小的直径。塔1还包括中间零件12，格形支架8、中间管10和管塔6通过中间零件彼此相连。中间管10在其下部末端与塔1的基座(未示出)相连，并且在其上部末端与中间零件12相连。
下部塔区段4的中间管10由于壁厚和直径构造用于承载上部塔区段2的力。由此中间管10减轻格形支架8的负担。此外，中间管在这种情况下作为梯子的安放处。
下部塔区段4的格形支架8此处具有三个角杆，图1a示出了其中两个角杆14。格形支架还具有横杆和/或对角杆16，其布置在角杆14之间。其中，下部塔区段14构造为不具有格形支架8和中间管10之间的承载连接。
图2a-c示出了由中间管10到中间零件12的过渡区域的不同变种。图2a示出了图1a中所示的仅阶梯形的过渡，图2b示出了阶梯形和连续形组合的过渡，以及图2c最后示出了无阶梯的连续形过渡。对于(局部)连续形过渡(图2b,c)，中间管10在其上部末端具有扩大的直径。
图3a示出了根据本发明的塔的另一实施例的局部透视图。结构基本上符合根据图1进行的描述。此处不同之处在于，图3a中以局部方式示出的塔1′的中间管10′具有多个开口18′，其中开口局部地通过非承载的连接桥20′与格形支架8′相连，并且此处尤其与格形支架8′的角杆14′相连。此外，既在中间管10′上也在角杆14′上设计有安装平台22′。
图3b示出了中间管10′的下部区域中的开口18′的放大(半透视)图。可以看到的是，在中间管10′中可以安放梯子24′和电气组件，例如服务电梯26′。
图3c还示出了在角杆14′上的安装平台22′的放大视图。可以看到的是，可以使用HV-螺栓连接，从而使格形支架8′的各个连杆16′与角杆14′相连。由于中间管10′和连接桥20′，可以在良好的人体工学和操作安全的情况下实现连接区域。

Claims (25)

1.一种用于风力发电机的塔，具有
-上部塔区段(2)和
-下部塔区段(4，4′)，
其中，所述上部塔区段(2)包括管塔(6)，
其中，所述下部塔区段(4，4′)包括格形支架(8，8′)，
其中，所述下部塔区段(4，4′)包括居中布置在所述格形支架(8，8′)内部的中间管(10，10′)，并且
其中，并且所述中间管(10，10′)至少区段地具有比所述上部塔区段的管塔的至少局部更小的直径，
其中，所述下部塔区段(4，4′)的所述中间管(10，10′)构造为用于承载所述上部塔区段(2)的力，
其中，所述下部塔区段(4，4′)构造为不具有所述格形支架(8，8′)和所述中间管(10，10′)之间的承载连接。
2.根据权利要求1所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述用于风力发电机的塔(1，1′)还具有在上部塔区段(2)和下部塔区段(4，4′)之间的中间零件(12)，并且所述上部塔区段(2)的所述管塔(6)和所述下部塔区段(4，4′)的所述中间管(10，10′)通过所述中间零件(12)彼此相连。
3.根据权利要求2所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述下部塔区段(4，4′)的所述中间管(10，10′)在其下部末端与所述用于风力发电机的塔(1，1′)的基座相连，并且在其上部末端与所述中间零件(12)相连。
4.根据权利要求1所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述下部塔区段(4，4′)的所述格形支架(8，8′)具有至少三个角杆(14，14′)。
5.根据权利要求4所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述下部塔区段(4，4′)的所述格形支架(8，8′)具有正好三个角杆(14，14′)。
6.根据权利要求1所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述中间管(10，10′)的直径至少区段地为最少1米。
7.根据权利要求1所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述中间管(10，10′)的直径至少区段地为最大4米。
8.根据权利要求1所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述中间管(10，10′)的直径至少区段地为最少1.5米。
9.根据权利要求1所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述中间管(10，10′)的直径至少区段地为最大3.5米。
10.根据权利要求1所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述中间管(10，10′)的直径至少区段地为最大1.8米。
11.根据权利要求1所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述下部塔区段(4，4′)在所述中间管(10，10′)中或所述中间管上包括进入装置，梯子(24′)和/或安装平台(18′)，和/或电气组件(26′)。
12.根据权利要求11所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述进入装置是电梯，所述电气组件(26′)是导线和/或电气部件。
13.根据权利要求1所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述中间管(10，10′)包括一个或多个开口(18′)，其中，至少所述开口(18′)的一部分通过非承载连接(20′)与所述格形支架(8，8′)相连。
14.根据权利要求4所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述中间管(10，10′)包括一个或多个开口(18′)，其中，至少所述开口(18′)的一部分通过非承载连接(20′)与所述格形支架(8，8′)的所述角杆(14，14′)相连。
15.根据权利要求1所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，在过渡区域中连续地和/或以阶梯形式地完成由所述上部塔区段(2)的所述管塔(6)到所述下部塔区段(4，4′)的所述中间管(10，10′)的直径的过渡。
16.根据权利要求1所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述下部塔区段(4，4′)具有最小60米的高度。
17.根据权利要求1所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述下部塔区段(4，4′)具有最高140米的高度。
18.根据权利要求1所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述下部塔区段(4，4′)具有最小80米的高度。
19.根据权利要求1所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述下部塔区段(4，4′)的所述格形支架(8，8′)具有格子形元件(14，14′，16，16′)，所述格子形元件至少部分通过连接元件彼此相连。
20.根据权利要求1所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述下部塔区段(4，4′)的所述格形支架(8，8′)具有格子形元件(14，14′，16，16′)，所述格子形元件至少部分通过螺栓彼此相连。
21.根据权利要求1所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述下部塔区段(4，4′)的所述格形支架(8，8′)具有格子形元件(14，14′，16，16′)，所述格子形元件至少部分通过HV-螺栓或销子彼此相连。
22.根据权利要求1所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述下部塔区段(4，4′)的所述格形支架(8，8′)具有格子形元件(14，14′，16，16′)，所述格子形元件至少部分通过铆钉彼此相连。
23.根据权利要求1所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述中间管(10，10′)至少区段地螺旋焊接和/或纵向焊接。
24.根据权利要求1所述的用于风力发电机的塔，
其特征在于，所述上部塔区段(2)的所述管塔(6)以横向的构造方式构造。
25.一种具有根据权利要求1至24中任意一项所述的用于风力发电机的塔的风力发电机。
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