CN100375836C - 用于风能涡轮机的塔 - Google Patents

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Abstract

一种尤其是用于风能涡轮机的塔，包括一第一塔段(18)和一第二塔段(26)，第一塔段具有由混凝土材料制成的壁(20)，第二塔段具有由钢制成的壁(28)。第二塔段(26)的壁(28)包括端部(30)，该端部被埋置在第一塔段(18)的壁(20)的埋置部分(32)中。第二塔段(26)在其被埋端部(30)中包括至少一个锚固元件(38、40、52)，该锚固元件从第二塔段(26)的壁(28)的内表面(42)或外表面(44)径向突起，或者既从内表面(42)又从外表面(44)径向突起，锚固元件(38、40、52)沿着第二塔段(26)的轴向设置。

Description

用于风能涡轮机的塔
技术领域
本发明涉及一种尤其是适用于风能涡轮机的塔。更具体地说，本发明涉及一种复合塔，该复合塔包括一由混凝土材料制成的塔段(tower segment)和至少一个由钢制成的其它塔段。尤其是，本发明涉及混凝土塔段和钢塔段之间的连接。
背景技术
已知一些用于支撑各种元件的塔，这些塔在不同的技术领域中使用。例如，管状的塔被用于支撑风能涡轮机的发动机舱，其中发动机舱可转动地安装在塔的顶部。
为了满足对电力分布网络的再生能源资源利用的日益增长需求，要求现代风能涡轮机增加更大的发电能力。此外，风能涡轮机的转子直径尺寸的增大，也要求增大塔的高度。
到达一定高度，用于风能涡轮机的塔可由管状钢段制成。管状钢段可以是圆柱形的、或圆锥形的，或者采用两种类型的管状塔段的组合。
对于相当高的塔来说，为了能利用钢制的管状塔段，已知的是在塔的基部或下部采用钢筋混凝土制成的管状塔段。基本上有两种已知的设计方案用于将管状钢段连接到管状混凝土段上。
图4中表示出了这种连接的一种可选择的方案。根据这种设计方案，具有预应力元件2的一管状钢筋混凝土段1在其上端与一带有突缘的钢段3相连接，该钢段3也是管状的。在混凝土段1和钢段3之间设置有一间隙4，该间隙需要被密封起来。由于该间隙的尺寸大小可能会产生波动，特别是当塔受到径向荷载时，因此，难以对该间隙进行密封。
图5中(在这个附图中，与图4相同的附图标记用于表示类似的元件)表示出了另一种已知的用于将一管状钢塔段连接到管状混凝土塔段上的设计方案。这种结构的混凝土塔段1包括加强元件5(钢筋)，且没有任何预应力元件。钢塔段3的下部被埋置在混凝土塔段1的混凝土中，并且包括一平的环状锚固元件6，该锚固元件6也埋置在混凝土中。锚固元件6的外边缘近似朝着混凝土塔段1的外表面7延伸。通常会观察到有裂缝9形成，这是由于在这个区域8内具有相当大的张力集中。
本发明的目的是提供一种复合塔，它包括由混凝土制成的塔段和由钢制成的塔段，其中改善了混凝土塔段和钢制塔段之间的连接。
发明内容
根据本发明，提供了一种尤其是用于风能涡轮机的塔，该塔包括：
一具有包括混凝土材料的一壁并且一般呈管状的第一塔段；和
一具有包括钢的一壁并且一般呈管状的第二塔段；
其中，第二塔段的壁包括一轴向端部，该轴向端部被埋置在第一塔段的壁的一埋置部分中；和
其中，第二塔段在其被埋置端部分中包括至少一个锚固元件，该锚固元件从第二塔段的壁的一内表面或一外表面径向突起，或者既从内表面又从外表面径向突起，锚固元件沿着第二塔段的轴向设置。
根据本发明的一个方面，提高了具有混凝土材料的第一塔段(下文中被称作混凝土塔段)中的处理剪切力的能力。这些剪切力由作用于第二塔段或一些塔段(下文中被称作钢塔段)的侧向荷载所产生。根据本发明，剪切力分布于混凝土塔段的埋置部分中，埋置部分用于接收钢塔段的被埋置端部分。在钢塔段的被埋置端部分内设置多个单独的锚固元件，使得这些锚固元件从钢塔段的壁的内表面或外表面径向突起，或者既从内表面又从外表面径向突起。锚固元件被布置成沿着管状的钢塔段的轴向方向彼此相邻。
由于剪切力的分布是从钢塔段至混凝土塔段，于是显著地避免了不希望的张力集中。因此，能够获得的复合塔在相邻的钢塔段和混凝土塔段之间无间隙，也不会发生在混凝土塔段的混凝土壁中形成裂缝的危险。
取代管状或中空形，钢塔段可包括至少一个、更优选的是几个埋置在混凝土塔段的端部或终止于混凝土塔段的钢梁。
在本发明的另一个实施例中，锚固元件包括头栓(headed stud)或者类似于凸缘的周边延伸的环状部分。通常，更优选的是，具有一位于与钢塔段的壁相对的扩大的自由端部分的锚固元件。具体的是，能够使用沿着钢塔段的周边方向的一部分延伸的锚固元件。
能够以各种各样的方法来完成锚固元件与钢塔段的钢壁之间的连接。在一实施例中用螺钉把锚固元件旋拧到钢塔段的壁上。在另一个实施例中，将锚固元件焊接到钢塔段的壁上。关于锚固元件与钢塔段的壁之间连接的一个重要方面是，将锚固元件固定地安装到防止它们之间相对运动的壁上。
根据本发明，一管状的混凝土塔段与一管状的钢塔段之间的这种连接能够被用来加强混凝土塔段，该混凝土塔段可包括轴向延伸至少穿过混凝土塔段的埋置部分的预应力元件。在由钢筋混凝土制成的一塔段(没有预应力元件)中，钢塔段的锚固元件能够从内表面或外表面突起，或者既从内表面又从外表面突起。如果使用一种包括具有预应力元件的预应力混凝土的混凝土塔段，那么，锚固元件就应该从面向预应力元件的钢塔段那一侧突起。由于这种安置，锚固元件与混凝土塔段的预应力部分交互作用，这对于剪切力的分布引入是有利的。
附图说明
下面将参照附图来描述和部分地说明本发明的一些上述以及其它更详细的方面。如同这里所采用的，不同附图中的相同附图标记表示本发明的相同或相等的特征。其中：
图1表示根据本发明装备有一塔的风能涡轮机的侧视图，该塔具有被连接的塔段；
图2是图1中区段II所标记的塔段连接区域的放大剖面图；
图3是图1中区段II的另一实施例；
国4是已知塔段连接区域的一剖面图；
图5是已知塔段连接区域的另一剖面图。
具体实施方式
图1表示出了一风能涡轮机10的一侧视图。风能涡轮机10包括一塔12和一发动机舱14，该发动机舱可转动地设置在塔12的顶部。发动机舱14配备有一围绕一水平轴可转动地安装的转子16。在塔12处安装发动机舱14，同时可围绕着一垂直轴转动。虽然图1中表示出了一具有可围绕一水平轴转动的一转子的风能涡轮机10，但是，本发明并不局限于这种风能涡轮机的设计，而是也能用于具有可围绕一垂直轴转动的一转子的风能涡轮机。
如同从图1所看到的那样，塔12包括几个管状的塔段。具体在这个实施例中，包括混凝土的一壁20的一第一塔段18设置在塔12的基底部分。如这里所示，第一塔段呈管状。此外，第一塔段18配备有设置在地面24里的一基础22。
与第一管状塔段18相邻且相连的是一第二塔段26，该第二塔段具有由钢制成的一壁28。如这里所示，第二塔段呈管状。第二塔段26的壁28的下端部30被埋置在第一塔段18的混凝土壁20的上埋置部分32中。从图2和图3中能够看到更为详细的埋置结构，并将结合图2和图3来作详细说明。
在该实施例中，第二塔段26顶上布置有两个附加塔段34和36，每个塔段都具有由钢制成的壁。这三个由钢制成的塔段26、34和36经由凸缘部分相互连接，这一点对于本领域技术人员来说基本上是已知的。在这个实施例中，虽然第二塔段26大体上呈圆柱形，但是，由钢制成的两个其它管状塔段34、36则呈圆锥形。根据本发明，塔段可以呈圆柱或圆锥形，或者任何其它中空的形状，并且典型地是呈管状。当然，塔段也可以具有诸如正方形、矩形以及类似的其它几何形状。这一点对于本领域普通技术人员来说可以理解，然而，那种管状形状更常用并且对于结构完整性来说更可取。
下面将参照图2对第一塔段18和第二塔段26之间连接的第一实施例作更为详细地说明。在图2中能够看到，第二塔段26的壁28的端部分30被埋置在第一塔段18的壁20的埋置部分32的混凝土中。在壁28的被埋置端部分30中，几个类似的或不同类型的锚固元件38、40从壁28的一内表面42处突起。在这个实施例中，这些锚固元件38、40被焊接到壁28上。然而，如上文所述，也可以采用其它一些方法将锚固元件38、40和壁28进行连接。图2通过虚线表示出了锚固元件也能设置在壁28的一外表面44处。应当注意，锚固元件38、40沿着壁28的轴向方向分布，以便在不同高度范围内设置锚固元件38、40。锚固元件40被构造成头栓，这些头栓具有与壁28相对的扩大的自由端，锚固元件从壁28突起。沿着壁28的周边方向布置几个头栓。以38来表示另一种类型的锚固元件，其代表沿壁28的周边方向延伸的环状部分。作为供替代的选择，锚固元件38也能设计成环的一部分，从而代替封闭的环状部分。
此外，图2中表示出了第一塔段18的壁20包括具有预应力元件46的预应力混凝土，预应力元件46延伸至少穿过壁20的埋置部分32。这些预应力元件46布置成相邻于第二塔段26的壁28的内表面42。由于锚固元件38、40侧面的混凝土壁20的埋置部分32受到内压力和张力，从而改进了塔段18、26的锚固性能和剪切力特性。
图3的剖面图中表示出了塔段18与塔段26之间连接的另一实施例。
图2和图3的实施例之间的一个不同之处在于，根据图3实施例的第一塔段18的壁20通过加强元件50被加强了。图3的第一塔段18的壁20中没有配备预应力元件。
在图3的实施例中，锚固元件38、40、52定位在壁28的内表面42以及外表面44上。图3中还表示出了锚固元件52的另一实施例。锚固元件52设计成焊接或者连接到壁28上的L形凸缘。
根据图2和图3中所示的本发明的实施例，并且如上文所述，作用于塔段18与塔段26之间的剪切力沿着钢塔段18的被埋置端部分布到混凝土壁20中。通过以这种方式分布集中的力和张力，就能够避免第一塔段18的壁20的埋置部分32中的剪切力。根据本发明，将相对薄的钢壁埋置在混凝土壁20内的优点，即防止水平间隙的存在，能在不会产生裂缝的危险情况下使用，这是由于在图中所示的以及在这里所描述的分布的剪切连接原理而使得能够防止在混凝土壁20内的内力集中。
尽管已经参照本发明的一些具体的实施例描述和说明了本发明，但是，本发明并不局限于这些实施例。本领域的技术人员认识到，在未脱离由所附的权利要求限定的本发明的真正范围，可对本发明作出各种变型和改变。因此，本发明应包括那些落入到所附权利要求或其等效方案范围内的所有变型和改变。

Claims (12)

1.一种用于风能涡轮机的塔，包括：
一具有包括混凝土材料的一壁(20)的呈管状的第一塔段(18)；和
一具有包括钢的一壁(28)的呈管状的第二塔段(26)；
其中，第二塔段(26)的壁(28)包括一被埋置在第一塔段(18)的壁(20)的一埋置部分(32)中的端部(30)；和
其中，第二塔段(26)在其被埋置端部(30)中包括至少一个锚固元件(38、40、52)，其从第二塔段(26)的壁(28)的一内表面(42)或一外表面(44)径向突起、或者既从内表面(42)又从外表面(44)径向突起，锚固元件(3 8、40、52)沿着第二塔段(26)的轴向设置。
2.根据权利要求1所述的塔，其中，所述第一塔段(1 8)呈圆柱形或圆锥形。
3.根据权利要求1或2所述的塔，其中，所述第二塔段(26)呈圆柱形或圆锥形，或者包括至少一个梁。
4.根据权利要求1所述的塔，其中，所述锚固元件(40)还具有一与第二塔段(26)的壁(28)相对的扩大的自由端部分。
5.根据权利要求4所述的塔，其中，所述具有扩大自由端部的锚固元件(40)还包括头栓。
6.根据权利要求1所述的塔，其中，所述锚固元件(38)沿着第二塔段(26)的周向相邻地延伸。
7.根据权利要求6所述的塔，其中，所述相邻的锚固元件(38)还包括环状部分。
8.根据权利要求1所述的塔，其中，所述锚固元件(38、40、52)被焊接到第二塔段(26)的壁(28)上。
9.根据权利要求1所述的塔，其中，所述第一塔段(18)的壁(20)至少在其埋置部分(32)中还包括一加强元件(46、50)。
10.根据权利要求9所述的塔，其中，所述第一塔段(18)的壁(20)至少在其埋置端部分中包括预应力混凝土。
11.根据权利要求10所述的塔，其中，所述第一塔段(18)的壁(20)包括轴向延伸至少穿过埋置部分(32)并且被设置成的预应力元件(46)，以便面向第二塔段(26)的被埋置端部分(30)的内表面(42)或外表面(44)。
12.根据权利要求11所述的塔，其中，所述锚固元件(38、40、52)被设置成在第二塔段(26)的壁(28)的被埋置端部分(30)的表面(42、44)处，相邻于第一塔段(18)的预应力元件(46)。
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