CN100469997C - 用于风能设备的塔柱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于风能设备的塔柱，它包括一个安装在塔柱上的机器吊舱和一个可绕一条基本上水平的轴线旋转地安装在机器吊舱上的转子，转子具有至少一个转子叶片，塔柱包括一个设计为管状的上部塔段，它在一个过渡区域内与一个设计为格构塔柱的下部塔段连接，其中，格构塔柱具有至少三根角杆，在这里，上部塔段构成整个塔柱的至少六分之一，下部塔段在过渡区域下方的横截面大于上部塔段的横截面；并且，过渡区域设计为使得下部塔段的横截面力流优化地与上部塔段的横截面相匹配。

Description

用于风能设备的塔柱
技术领域
本发明涉及一种用于风能设备的塔柱。
背景技术
当代的风能设备主要由管式塔柱尤其钢管塔柱构成，因为这种称为壳式结构的结构形式是最简单和最经济的塔柱结构。对于转子直径超过70m和塔高超过80m以及功率大于1.5兆瓦的大型风能设备，在塔柱下部区域内所需要的塔柱直径是一个决定性的技术极限。直径超过4.3m难以运输，因为往往桥下通过净空高度不允许更大的尺寸。此外，塔柱的总长度和质量要求分成多个塔柱分段，它们分别借助环形凸缘连接装置用螺钉互相连接。这些巨大的环形凸缘连接装置对于非常大的风能设备(3-5MW)用的塔柱而言，除了后勤运输问题外还意味着昂贵的成本因素。
因此，基于运输困难越来越多地使用混凝土塔柱，它们或在风能设备的建立地点制造，或由一些小的部分组成，这些部分互相粘结和夹紧。然而这两种塔柱类型制造成本比钢管塔柱高得多。由于此原因还建造一些被分类为钢管/混凝土混合式塔柱，其中塔柱上部尽可能设计为钢管塔柱，而只有对于运输而言直径过大的下部塔柱用混凝土制造。然而，在此结构形式中，从钢塔柱到混凝土塔柱的过渡业已表明在技术上复杂和成本很高。
此外有一些作为电杆众所周知的格构塔柱，它们已经使用于高达114m和功率为2MW的大型风能设备。但除了无困难地运输的优点外，这些塔柱存在决定性的缺点，即，它们比类似的钢管或混凝土塔柱有大得多的水平尺寸，这往往提出在转子叶片顶端与塔柱之间所需要的间距(叶片自由通道)的问题。若转子叶片遇风暴冲击时严重弯曲，则存在对于整个建筑物非常危险的接触塔柱的危险。
另一方面格构塔柱较大的水平尺寸可实现总体上更有效地使用材料。这一由格构结构众所周知的优点允许较小的总质量并因而较低的购置费。然而这一经济性优点通常被20年使用寿命期间实施的格构塔柱的维护费用所抵消。例如，对于风能设备受高动力负荷的塔柱，它们的螺钉连接装置必须周期性地检查，在大高度的格构塔柱中这是一项危险、费时和只有非常适应高空作业的专业人员才能完成的要付出巨大体力的工作。
由DE-PS 736 454和DE 198 02 210 A1已知，塔柱可以有塔柱上段和塔柱下段，其中塔柱下段设计为格构塔柱和塔柱上段设计为管状。
但是在这种情况下带来的问题是从壳式结构(管式塔柱)向格构结构(格构塔柱)的过渡，因为这在技术上是非常苛求的。因此在现有的风能设备的格构塔柱中，通常只是直接在机器吊舱下面使用一个比较短的管状构件，即所谓的“罐(Topf)”，它允许实现向设有环形凸缘的机器吊舱的过渡。在那里所述的过渡通常这样实施，即，将格构塔柱的通常四根角杆借助夹板连接装置用螺钉直接固定在罐的外面。这种设计方案是可行的，因为直接在吊舱下面的塔柱只受较小的弯曲负荷。因此在这种情况下主要只须传递水平的(对塔柱起横向力作用的)转子推力。更靠下的地方，在那里塔柱尤其受从转子推力通过塔柱长度的力臂作用的弯矩负荷，这种结构便不再可能经济地实现。
发明内容
因此本发明的目的在于构想出一种用于大型风能设备的塔柱结构，它能克服现有技术中的尤其在运输可行性、经济性、维护和转子叶片自由通道等方面的缺点。
根据本发明，提出一种用于风能设备的塔柱，该风能设备包括一个安装在塔柱上的机器吊舱和一个可绕一条基本上水平的轴线旋转地安装在机器吊舱上的转子，转子具有至少一个转子叶片，塔柱包括一个设计为管状的上部塔段，它在一个过渡区域内与一个设计为格构塔柱的下部塔段连接，其中，格构塔柱具有至少三根角杆，上部塔段构成整个塔柱的至少六分之一，下部塔段在过渡区域下方的横截面大于上部塔段的横截面；其特征为：过渡区域由一个过渡段构成，它具有一个可以与下部塔段连接的下部区域和一个可以与上部塔段连接的上部区域，使得下部塔段的横截面力流优化地与上部塔段的横截面相匹配。
按本发明的塔柱，与由现有技术已知的一样，包括一个管状的上部塔段和一个下部塔段，后者设计为具有至少三根角杆的格构塔柱。这两个塔段在一个过渡区域内互相连接，在这里，在过渡区域内上部塔段的尺寸设计为比在过渡区域内下部塔段的尺寸小得多。
按本发明规定，上部塔段构成整个塔柱的至少六分之一。这样带来的优点是，在塔柱的上部区域内可以使用有利的标准设计。
此外，在上部塔段内产生的扭转负荷基于较小的横截面比下部塔段内大得多。因为管状塔柱有高的抗扭刚度，因此可以比例如通过格构塔柱更好地承受所出现的扭力。
如上面已说明的那样，从下部塔段到上部塔段的过渡存在疑难问题。其原因是，力流必须从上部塔段的管子横截面进一步导向下部塔段的三根或例如四根角杆。最简单的方案例如是一块板，上和下部塔段都固定在这块板上。但是这种板的缺点是它必须有很大的尺寸，以便能够承受所产生的负荷，由此要付出昂贵的费用。
虽然本发明也规定，下部塔段在过渡区域下方的横截面大于上部塔段的横截面，但在这里将过渡区域设计为使下部塔段的横截面实现力流优化地与上部塔段的横截面相匹配。因此本发明提供的优点是设置了一个过渡区域，它设计为使力流从上部塔段到下部塔段最佳地导引，为此整个过渡区域不必设计为有过度的尺寸。
本发明上述特征的协同作用导致一种最佳设计的塔柱。按本发明的塔柱在其上部区域有一标准塔柱。在下部塔段内，它例如基于其尺寸不再能设计为管状塔柱，因为它因此不再能运输，所以按本发明的塔柱它有一种格构式结构。此外，对于在海上建立的风能设备采用格构塔柱段有突出的优点，即它提供给波浪负荷一个比管状塔柱小的作用面。有利地匹配的过渡区域导致一种格构塔柱段，它的角杆和斜撑有较小的壁厚，从而有利地减小塔柱的质量和与之相联地降低塔柱的成本，就整个风能设备而言塔柱占相当大的成本因素。
每根角杆相对于塔柱的垂直轴可有一斜度，它可以选择为使角杆想象的延长线与其纵轴线在一想象的交点处相交。有利的是将本发明的塔柱设计为使角杆想象的交点处于过渡区域上方的一个区域内，这一区域可以从吊舱出发经塔柱长度的三分之一向上或向下延伸，因为如此使角杆基本上只受法向力和没有弯曲负荷。
格构塔柱通常在角杆之间有斜撑，用于附加地承受产生的力。通过将所述的交点布置在风能设备的上部区域内，达到使力流主要通过角杆进行，以及经斜撑导引的力流很小。以此方式将斜撑内产生的负荷有利地降到最低程度，由此可以将斜撑的尺寸设计得较小，亦即斜撑的壁厚可以选择得较小，由此又有利地减小了在脚架接头处的焊缝体积(降低成本)。
按本发明的一项有利的设计，过渡区域设计为使下部塔段的横截面收缩到上部塔段的横截面，以及特别有利地在一个相当于至少小于二分之一管状塔柱直径的长度上进行。
按本发明另一些有利的设计，过渡区域由一过渡段构成，它设计为使它在下部区域内的水平尺寸比上部区域内的此尺寸大得多。由此形成的在塔柱外轮廓内的明显折拐实际上与传统的结构设计规则相矛盾，因为尤其在壳式结构的情况下任何类型的折拐均导致过高的应力，它们削弱承力结构。但采取在本发明中列举的措施，可以排除两个折拐点存在的无可争辨的缺点或完全避免折拐点，以便能充分利用按本发明这种混合式结构的优点。
在现有技术中，在壳式结构中的此类折拐只在很小的风能设备中看到，在这些设备中应力优化还不起什么作用。在那里不是应力优化而是加工技术是最重要的，这种加工技术可以将两种不利的可在市场上得到的管径以简单的方式互相连接在一起。对于此类小型电机(功率在300KW以下)，将有时甚至存在的短的管状塔柱借助强锥形的过渡段安置在由一些有较大直径的管组成的下部上。
在当代功率大于1兆瓦的风能设备中，按现有技术只具有轻微折拐(最大5-8°)的管状塔柱才是经济的，在这里，折拐原则上处于机器吊舱下面离它比较近的地方。这种例如由EP 0821161已知的称为“双锥形管状塔柱”的结构形式，原则上允许在与机器吊舱的连接部位有一大的固定凸缘，以及还用于使构件的自振频率与要求相适应。
按本发明另一项有利的设计，特别有利的是，将上部塔段与下部塔段之间的过渡设计为(必要时直接)在一个水平面的下方，此水平面由转子叶片垂直向下竖立时的转子叶尖确定。采取此措施可以用简单的方式避免在现有技术中存在的全部缺点。
在上部塔段内通过设计为管状塔柱满足对细长的结构方式的要求和未达到经济性，但具有天气保护的(wettergeschütztem)登高和工作区的简单的可维修性，对于大的高度是决定性的优点。一旦管状塔柱遇到其运输限制，在下部塔柱内在叶尖平面的下方使用格构塔柱。具有其非常大的水平尺寸的格构塔柱可以大大节省材料并因而可以达到更高的经济性。下部塔柱的维护问题不那么具有决定性意义，因为可以使用现有技术中的升降机，它们可以简单和尤其安全和舒适的方式使维修人员进入下部塔柱区内。
格构塔柱的另一个缺点，即在冬季当沿格构结构巨大的表面覆冰时必须考虑积冰造成的巨大的附加质量，在这里被大大减轻了，因为这些附加质量现在只还作用在静态和动态均不那么关键的下部塔柱部分上。
由于所列举的原因有利的是，过渡区域设计在离转子轴一定距离处，这一距离等于转子半径的1.0-1.6倍，尤其1.0-1.3倍。
为了能实现过渡段的可运输性，特别有利的是将过渡段的上部区域设计为，使过渡段在风能设备装配时可以在建造地点优选地借助可拆式连接装置与上部塔段连接。
同样特别有利的是将过渡段的下部区域设计为，使过渡段可借助于优选地可拆式连接装置与格构塔柱的每根角杆连接。
此外应有利的是，除了角杆外还将一些斜撑用螺钉与过渡段的下部区域连接在一起。
与管状塔柱的凸缘连接，如在钢管/混凝土混合式塔柱中的经验所证明的那样，是特别关键的内容。
因此本发明一种特别有利的实施形式规定，在过渡段上部区域与上部塔段之间的可拆式连接装置，包括一个在过渡段上作为连接点优选地在里面的两列螺钉凸缘和一个与之相配装在上部塔段上的T形凸缘。
此外，配备这些具有大尺寸的两列凸缘的连接点带来的优点是，凸缘同时还作为抗压屈加固件用于在外轮廓的折拐点产生的力的转向。因此由于压屈的危险引起的应力升高大部分被以有效的方式降低。
过渡段的下部区域有利地设计为它有用于与格构塔柱角杆的夹板连接装置的连接点。
因为下部格构塔柱受上部管状塔柱巨大的附加质量的负荷，所以特别有利的是，将格构塔柱的角杆设计为空心型材，以防止因管状塔柱的重量造成屈曲。
此外，特别有利地将过渡段设计为，使过渡段的结构高度遵照允许的运输高度。基于受桥下通过时净空高度的限制，最大可能的运输高度在德国通常为4.3m，在选择的距离上也还可以运输5.5m高的货物。
若是很大的风能设备(例如3-5MW功率)由于其尺寸过渡段作为整体不可能运输时，本发明的一项设计特别有利地规定将过渡段制成至少两个优选地可以在连接点互相连接的分段。所述的连接可例如有利地通过螺钉凸缘或夹板连接装置进行，但若连接点处于负荷低的区域内时将分段在施工现场焊接起来也可以是一种非常经济的方案。
在这方面过渡段特别有利地可通过垂直接合面分成至少两个分段。分成数量上与格构塔柱角杆的数量对应的一致的分段，出自于加工技术的原因认为是特别经济的。
本发明另一项有利的设计规定，过渡段沿至少一个水平接合面分开。
当然，对于特别巨大的风能设备也可以将两种剖分的可能性互相结合起来。
为了尽可能充分利用最大允许的运输高度，本发明的一项有利的设计规定将过渡段或过渡段的分段设计为，它可借助于安装在存在的或专门为此设置的连接点上的转接件作为锅炉桥(Kesselbrücke)输送。
在这方面取决于过渡段或过渡段分段的尺寸和重量，也可以规定在一个锅炉桥内运输多个直接或间接地(借助转接件)互相连接的过渡段或分段。这提供了例如这种可能性，将一个结构高度过高的分成两部分的过渡段的分段在(半)环形凸缘处互相用螺钉连接起来，然后平躺着在遵守允许的运输高度的情况下作为锅炉桥进行运输。
特别有效地按本发明的一种实施形式可将过渡段设计为有一个壁和构成壳式结构。
尤其有突出优点的是，过渡段的基本形状大体相应于一个强锥形管，锥形管的壁相对于中心线的平均斜角大于管状塔柱下部区域的壁的斜角和/或格构塔柱角杆上部区域的斜角。
在这里，平均斜角定义为在垂直线(或中心线)与一条想象的从过渡段上部区域内最大水平尺寸到下部区域内最大水平尺寸的连线之间的夹角。
为了在力流方面特别有利地实现在过渡段内塔柱水平尺寸按本发明的强烈扩展，过渡段的壁相对于中心线的平均斜角至少为15°，优选地大于25°。
当锥形管作为过渡段的基本形状时，可以设想任意管横截面，亦即三边形、四边形、多边形(例如16边)或圆形横截面。此外，本发明尤其包括那些其横截面形状沿长度改变的锥形管。
在这方面一项特别有利的设计规定，过渡段的横截面从上部区域内基本上圆的横截面连续过渡为在下部区域内的一种基本上多边形优选地三边或四边形横截面。基本上圆形在这里也可以理解为多边形，例如16边形。
若与管状塔柱的连接通过一环形凸缘进行，则借助此环形凸缘可以补偿从例如16边形的过渡段向圆形管状塔柱的过渡。
若管状塔柱的至少下部也设计为多边形，则也可以没有困难地借助夹板连接装置实施连接。当过渡段的侧面相对于管状塔柱的壁斜度不同时，在这种情况下必要时还可设抗压屈加固件。
为了节省材料和减轻重量特别有利的是，过渡段的壁设至少一个凹口。通过恰当设计凹口，尤其可以与没有凹口的方案相比改善力流。这尤其适用于拱门状的凹口，它们从角杆向角杆延伸。
通过在拱门状凹口的边缘处设曲拱状或门框状加固件，达到进一步优化力流的目的。
为了增大过渡段的刚度，有利的是在过渡段下部区域内在格构塔柱的角杆之间设计水平的支架，它们将相邻的角杆和/或(对角)对置的角杆互相连接。
这些水平支架可以与过渡段连接成一体，或特别有利地也可以借助夹板连接装置固定在过渡段与角杆之间。
同样为了增大过渡段的刚度，本发明的一项有利的设计规定，在一种有至少四根角杆的实施形式中设计有肋，它们加强(对角)对置的角杆的连线。
按一种特别有利的实施形式，过渡段设计为铸件。
铸件所具有的造型自由度允许将其成形为通过平缓修圆的过渡避免在焊接的钢结构方案中折拐点内的应力增高。
若过渡段的壁在垂直剖面内观察是凸弯的，则可获得一种对力流特别恰当的设计，因为由此可以实现从上部区域内的凸缘到下部区域内的角杆的一种特别柔和的过渡。
尤其是，将在过渡段下部区域内的连接点斜度特别有利地设计为，使之与格构塔柱角杆上部区域的斜度相同。
即使是具有垂直接合面的多部分组成的过渡段，铸造结构也是特别有利的，因为这样一来可将例如四个一致的铸件组合成一个过渡段(批量生产效应)。用于铸造方案优选的铸件材料例如是钢铸件或球墨铸铁，例如GGG40.3。
若建造小批量按本发明的塔柱，则过渡段设计为焊接结构是特别有利的，因为取消了铸造结构高的模具制造费。
因为在传统的塔柱中向混凝土基础的过渡经常同样设计为通过T形凸缘，所以本发明的一项有利的进一步发展规定，借助按本发明的混合式设计方案提供一种模件式塔柱建造系列，其中，已存在的管状塔柱(例如用于1.5至2MW机组的80m塔柱)借助按本发明的过渡段安装在不同的例如30、50和70m高的按格构塔柱结构形式的下部上，为的是根据建造地点达到塔柱总高度为110、130和150m。以此方式在迄今不经济的内陆建造地点也能开发出这种经济的风能利用装置。
按本发明另一项有利的设计，设计为格构塔柱的下部塔段有多个互相叠置的节，其中每一节包括一些角杆和至少一个在角杆之间对角延伸的斜撑。
按本发明另一项有利的设计规定，对角延伸的斜撑的斜度在所有的节内设计为相同的，基于斜撑相同的斜度，在脚架与斜撑之间的连接点因而设计为相同的。这种设计带来的优点是，为了连接角杆与斜撑可以采用一致的节点。以此方式可有利地优化塔柱的建造。迄今角杆和斜撑在组合时互相配合并然后麻烦地焊接。
与焊接节点相比，铸造节点可以设计得紧凑得多并因而更加经济。焊接节点出自于强度的原因通常设计为使焊缝不相交。这往往要求节点延伸到管过渡区域内，在铸造的设计方案中这是不需要的。在节点之间角杆和对角斜撑为了进一步改善经济性均可优选地采用标准的管型材，例如管道结构。连接可以例如借助螺钉凸缘或焊接实现。
使用一致的节点带来的优点是，这些节点可以预制，以及角杆和斜撑仅必须在组装塔柱时装入以及焊接或用螺钉固定在节点内。这意味着在建造格构塔柱时大大减少工作量。此外，通过批量效应可以在生产一致的节点时达到显著降低成本的目的。
尤其对于有格构塔柱的海上设备，必须在其中为了铺设用于连接电网的电缆设附加的管。在海上设备中，这提供附加的波浪作用面，由此在格构塔柱上作用附加的负荷。因此按本发明的一项有利的设计规定，用于风能设备与电网连接的电缆铺设在格构塔柱段的角杆内，由此达到减小波浪负荷。按本发明的另一项有利的设计，有角杆的内部铺设电缆护管，电缆在电缆护管内延伸。电缆护管有利地设计为塑料管，以及在塔柱架设并锚固在海底后可以方便地穿入电缆。
根据本发明，还提出一种模件式塔柱系统，该塔柱系统具有一个按照本发明所述的用于风能设备的塔柱，包括一个基本上管状的上部塔段以及不同的设计为格构塔柱的下部塔段，其特征为：塔柱的总高度可通过格构塔柱不同的结构高度设计为可变的。
本发明的其他特征、方面和优点部分通过以下的说明公开以及部分通过此说明提出建议或在实际使用本发明时得出。充分详细地说明本发明的两种实施形式。当然也可以不离开本发明的范围采用其他实施形式和作出改变。因此下面的详细说明不能认为有限制的意义，尤其也可以任意互换两种实施形式的一些细节。
附图说明
借助下面的图应能详细说明本发明。
其中：
图1按现有技术的风能设备；
图2按本发明的塔柱设计总图；
图3按本发明的过渡段一种实施形式详图；
图4按本发明的过渡段另一种实施形式详图；
图5图4所示过渡段壁的展开图。
具体实施方式
图1表示按现有技术的风能设备，其中作为支承用的塔柱10重叠显示了两种塔柱方案，即管状塔柱10A和格构塔柱10B。塔柱10支承一个可绕垂直的塔柱轴线旋转地固定的机器吊舱(Maschinengondel)30，在该机器吊舱上可绕一条基本上水平的轴线旋转地支承一个包括至少一个带有叶尖23的转子叶片22的转子20。图中表示一种三个叶片的转子的设计，其中，转子叶尖23在下部位置时的水平面用一条虚线25表示。
除转子支承装置外，机器吊舱30通常包含一台发电机，必要时一个传动装置、一个风向跟踪系统、各种电气部件以及其他辅助系统。为了视图清晰起见没有表示这些构件。
管状塔柱10A由于运输的原因有多个凸缘连接装置12A。这些凸缘连接装置按现有技术设计为单侧，通常为向内指的环形凸缘。只有最下部的作为与基础18A的过渡的凸缘，才按现有技术设计为T形凸缘(两列向内和向外指的凸缘)。
在设计为格构塔柱10B的方案中，与机器吊舱环形凸缘的过渡通常通过一比较短的称为罐的过渡段14B实现。格构塔座停放在通常为每根角杆11B单独设计的基础18B上。
通过这些重叠地显示的塔柱方案：管状塔柱10A和格构塔柱10B，在转子叶尖的平面25内非常清楚地说明，叶尖到塔柱的距离(叶片自由通道)在格构塔柱10B的情况下比在管状塔柱10A的情况下小得多并因而更加关键。
图2表示采用按本发明的塔柱设计的风能设备总图。如在图1中那样，20表示转子以及30表示机器吊舱。塔柱40在下段41内由格构塔柱42组成，在图示的设计方案中它配备四根角杆43和多个对角斜撑44，以及在上段46内由一个基本上管状的管状塔柱47组成。
格构塔柱42与管状塔柱47的连接在一个过渡区域内进行，它设计为能实现格构塔柱横截面力流最佳地与管状塔柱相匹配。在这里，力流最佳地匹配指的是一种结构设计，它或通过连续的几何变化在上部塔段与下部塔段不同的横截面形状之间创造一种柔和的几何过渡并因而避免在过渡区域内的应力峰值，和/或通过恰当的肋和/或斜撑将过渡区域内存在的应力峰值导入连接结构中。力流恰当地过渡的先决条件是，过渡区域在架设好的状态时的垂直长度至少是下部管状塔柱直径的半径长度，和/或使用一些承力构件(薄壳、肋、斜撑)，它们基本上将下部格构塔柱的角杆与上部管状塔柱的壁连接起来。
在图示的实施例中过渡区域设计为，直接在转子叶尖23的水平面25下方设一过渡段50，它的水平尺寸在下部区域70内比在上部区域60内大得多(超过50％)。
上部塔段46在下部区域内相对于垂直线有一个(小的)管壁斜角，它用α表示。类似地，在下部塔段41内的格构塔柱42角杆43上部区域的斜角用β表示。
对于最佳的格构塔柱段，角杆43的斜角选择为使角杆43在想象地延长角杆43时(图2中用虚线表示)在一个假想的交点VS相遇。在图示的实施例中，假想的交点的位置设在一个区域内，这一区域从吊舱出发看向下延伸塔柱长度的三分之一。取决于在此维度的负荷情况下横向力与弯矩的组合，最佳的假想交点也可以位于吊舱的上方。
定义为垂直线与从上部区域60最大水平尺寸到下部区域70最大水平尺寸的一条想象的线之间夹角的过渡段50的平均斜角用γ表示。
在图示的本发明特别有利的实施形式中，γ比下部塔段41的斜角β和上部塔段的斜角α都大得多。
但也可以设想，各角杆是弯曲的并因而有不同的斜度，因此在这里也可以类似于过渡段定义一个角杆的平均斜角。
图3表示按本发明具有设计为多部分组成的铸造结构过渡段的塔柱一种可能的实施方案详图。在对称线右边表示侧视图，左边表示(垂直)剖面图。下部塔段由局部表示的格构塔柱42构成，它基本上由四根角杆43和一些对角斜撑44组成。上部塔段由局部表示的有其壁48的管状塔柱47构成。
过渡段50按本发明的结构型式设计为包括壁52和拱门状凹口53的薄壳式铸造结构。过渡段在上部区域60通过凸缘连接装置61与管状塔柱47连接，以及在下部区域70通过四个夹板连接装置71与格构塔柱42的角杆43连接。
在过渡段50的上部区域60，壁52连续过渡到一个环形的、两列式螺钉凸缘64内。管状塔柱47的壁48与一T形凸缘62焊接，T形凸缘通过内部螺钉圈66和外部螺钉圈68与过渡段50的凸缘64通过螺钉连接。内部螺钉装置66设计为在钢结构内常见的贯穿螺钉装置，外部螺钉装置68在图示的例子中设计为盲孔螺钉装置，因为以此方式可以实现壁52特别有利于力流的壁厚分布。当然，过渡段50的壁52也可以再向外引出一些，由此外部螺钉装置68也可以设计为贯穿螺钉装置，不过过渡段50因此略重并因而较贵。
在下部区域70内，壁52在四个连接点72向角杆43过渡。所述的连接设计为通过外夹板76和内夹板78的夹板连接装置71，夹板76和78借助许多螺钉与连接点72和角杆43连接起来。因为连接点72的斜度与角杆41上部区域的斜度相同，所以可以采用平板作为连接夹板76、78。
为了减少零件的数量，本发明另一种实施形式采用角杆43直接与过渡段50的连接点72用螺钉连接。不过在这种实施形式中，对于从角杆43到过渡段50的壁52内的力流不那么有利。
为了增强过渡段50的下部区域70，在四根角杆43之间固定水平支架45。这些支架可以按选择将相邻的角杆43或对置的角杆43并因而将格构塔柱42的对角线互相连接起来。必要时也可以共同利用这两种可能性，以便能实现一种特别强劲并因而有利的结构。
为了简化的原因没有表示对角斜撑44以及水平支架45在夹板连接装置71上的连接。但这种连接在现有技术中在连接多部分组成的角杆时是充分已知的。
当管状塔柱47的T形凸缘62的外径为4.3m时，图示的过渡段50的运输高度同样约为4.3m和下部运输宽度约为7m。因为这些尺寸只能受限制地运输，所以本发明的一种优选的实施形式规定将过渡段50设计为多部分组成的。为此，过渡段50通过一个垂直的接合面分成一个左分段57和一个右分段58。这些分段57、58通过螺钉凸缘56互相用螺钉连接在一起。与螺钉凸缘56不同，按本发明另一项有利的进一步发展采用夹板连接装置来连接过渡段50的分段57、58。
通过所述的剖分减小了运输尺寸，当两个分段57、58平躺着运输时运输高度约为3.5m和宽度为4.3m，由此在德国内部可以没有问题地运输。
本发明的一项特别有利的设计还规定对称于中心线将过渡段一分为四，所以或可以达到更小的运输尺寸，或还可以顺利地运输更大的过渡段。对于很大的过渡段，按本发明规定将过渡段附加地沿一个水平面剖分。
所表示的过渡段作为铸造结构的设计带来的优点是，壁52可以没有困难地设计成变化的壁厚，由此可以非常有效地利用材料。高负荷的区域，例如与环形凸缘64凸弯的过渡区域或与格构塔柱42的角杆43设计为夹板连接装置71的连接点72，可以设计为比负荷较小的区域有较大的壁厚。同样，拱门状凹口54的边界可设有例如设计为曲拱状的加固件。此外，铸造结构可以从过渡段50的上部区域60内圆形横截面向过渡段50的下部区域70内在本例中四边形横截面实现一种对于力流最佳的平滑过渡。
按本发明的塔柱设计尤其在海上应用时有利的是，合理地利用在过渡区域内存在的空间，例如在那里安置电气工作装置(变流器、开关装置、变压器)、备件库(必要时包括小型车间)或用于维护人员的临时宿舍或接待室。为此，存在的承力结构可以通过附加的壁补充成一个封闭的腔室，它当然配备有需要进口和(紧急)出口、可能的窗户和空调系统。在过渡段内安装电气工作装置时，按本发明的一种特别有利的实施形式规定，这些工作装置已经在工厂组装并测试，以及此过渡段与内部配件一起作为一个所谓的功能模块进行运输和安装。
图4表示过渡段作为焊接结构的按本发明的另一种实施方案的详图。在图4的下部表示从上面看过渡段50的俯视图，以及上部表示沿剖切线A-B通过过渡段的垂直剖面。
因为基本结构非常类似于在图3中表示并已详细说明的设计，所以主要只详细介绍不同点。
过渡段50的壁52由厚度恒定的金属薄板构成，它在上部区域压折以及在下部区域70去棱角以便与角杆43的几何形状相配。定义为在垂直线与一条从上部区域60内最大水平尺寸到下部区域70内最大水平尺寸的想象的线之间的夹角的过渡段50的平均斜角γ，比格构塔柱42的角杆43的斜角大得多，而且当然比管状塔柱的斜角大，因为此管状塔柱在图示的实施例中设计为圆柱形。
采用圆柱形管状塔柱可以成本较低地制造，以及当取消管状塔柱增加刚度的扩展时，只有将格构塔柱设计为非常强劲并因而整个结构仍能设计为有足够的刚性才可以实现。尤其在方位支承(吊舱可旋转地装在塔柱上)选择得特别大时建议使用圆柱形管状塔柱，因为这时没有扩展也能实施管状塔柱一种刚性足够大的设计形式。
为了简化焊接结构的设计，在过渡段50的下部区域70内的连接点72有一个与角杆43的斜度不同的斜度。因此所述的连接借助尺寸设计得足够厚的弯曲的夹板76进行，它必须承受力流的转向。弯曲的夹板可由厚的和必要时焊接的钢板构成，但按本发明的一项进一步发展规定，夹板也可以设计为铸件。
因为力转向使夹板连接装置向里(朝塔柱轴线)变形，所以在每两根彼此对置的角杆43之间对角地设大尺寸的水平支架45。(出自于简化的原因在图4的下部只用虚线表示了一个这种支架45)。采用这种结构方式可以可靠地控制力流的转向，以及得到一种非常经济的但比铸造结构略重的结构。
与在铸造结构中一样，本发明的一项有利的进一步发展规定设拱门状凹口53的加固件，它特别有利地设计为焊接板条55(如同门框那样)的形式。设计为焊接结构的优点是在小批量的情况下有利于降低生产成本和在施工现场(
Figure C200480024318D0021111254QIETU
)简化检验方法。
图5表示图4所示按本发明的过渡段的壁展开图。这种结构上非常有利的造型可以非常简单的方式通过整块钢板或优选地在具有四根角杆的格构塔柱的图示的情况下烧开为四块(通过虚线暗示)的钢板制成。一块或多块钢板为此压折成锥形，在与角杆的过渡区域内有利地附加去棱角，以保证更好地过渡到角杆。若没有足够大的轧机可供使用，也可以在去上部凸缘的过渡区域内通过许多小的弯折制成基本上圆的形状。

Claims (37)

1.用于风能设备的塔柱(40)，该风能设备包括一个安装在塔柱(40)上的机器吊舱(30)和一个可绕一条基本上水平的轴线旋转地安装在机器吊舱上的转子(20)，转子具有至少一个转子叶片(22)，塔柱(40)包括一个设计为管状的上部塔段(46)，它在一个过渡区域内与一个设计为格构塔柱(42)的下部塔段(41)连接，其中，格构塔柱(42)具有至少三根角杆(43)，上部塔段(46)构成整个塔柱的至少六分之一，下部塔段(41)在过渡区域下方的横截面大于上部塔段(46)的横截面；其特征为：过渡区域由一个过渡段(50)构成，它具有一个可以与下部塔段(41)连接的下部区域(70)和一个可以与上部塔段(46)连接的上部区域(60)，使得下部塔段的横截面力流优化地与上部塔段的横截面相匹配。
2.按照权利要求1所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡区域的垂直尺寸至少是上部塔段在过渡区域内或直接与过渡区域邻接的直径的一半。
3.按照权利要求1所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡区域向上从下部塔段(41)的横截面收缩到上部塔段(46)的横截面。
4.按照权利要求3所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡段的下部区域(70)设计为，使得其水平的最大尺寸比上部区域(60)的水平尺寸大至少30％。
5.按照权利要求4所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡段的下部区域(70)设计为，使得其水平的最大尺寸比上部区域(60)的水平尺寸大50％以上。
6.按照权利要求1至5之一所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：塔柱(40)设计为将过渡段(50)布置在水平面(25)下方，水平面由转子叶片(22)垂直向下竖立时的叶尖(23)确定。
7.按照权利要求1至5之一所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡段(50)的上部区域(60)设计为，使得过渡段(50)可借助一个可拆式连接装置(61)与上部塔段(46)连接。
8.按照权利要求1至5之一所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡段(50)的下部区域(70)设计为，使得过渡段(50)可借助一个可拆式连接装置(71)与格构塔柱(42)的每根角杆(43)连接。
9.按照权利要求7所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：在过渡段(50)的上部区域(60)与上部塔段(46)之间的可拆式连接装置(61)具有一个作为连接点安装在过渡段(50)上的两列式螺钉凸缘(64)和一个安装在上部塔段(46)上的T形凸缘(62)。
10.按照权利要求1至5之一所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡段(50)的下部区域(70)具有用于与格构塔柱(42)的角杆(43)连接的夹板连接装置(71)的连接点(72)。
11.按照权利要求1至5之一所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡段(50)的结构高度受桥下通过时净空高度的限制，并且在2m与6m之间。
12.按照权利要求11所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡段(50)的结构高度受桥下通过时净空高度的限制，并且在4m与5.5m之间。
13.按照权利要求1至5之一所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡段(50)由至少两个在连接点(56)可拆式互相连接的分段(57、58)构成。
14.按照权利要求13所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡段(50)具有至少一个垂直接合面。
15.按照权利要求13所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡段(50)具有至少一个水平接合面。
16.按照权利要求13所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡段(50)或过渡段(50)的一个分段(57、58)设计为，它可借助于安装在已有的连接点(56、64、72)或专门为此设置的连接点上的转接件作为锅炉桥进行输送。
17.按照权利要求13所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡段(50)或过渡段(50)的各分段(57、58)设计为，可以在一个锅炉桥内实施输送多个直接或间接地互相连接的过渡段(50)或分段(57、58)。
18.按照权利要求1至5之一所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡段(50)具有一个壁(52)和设计为壳式结构。
19.按照权利要求18所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡段(50)的基本形状大体相应于一个锥形管，其中，锥形管的壁(52)相对于中心线的平均斜角(γ)大于管状塔柱(47)的下部区域的壁(48)的斜角(α)和/或大于格构塔柱(42)的角杆(43)的上部区域的斜角(β)。
20.按照权利要求19所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡段(50)的壁(52)相对于中心线的平均斜角(γ)至少为15°。
21.按照权利要求20所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡段(50)的壁(52)相对于中心线的平均斜角(γ)大于25°。
22.按照权利要求1至5之一所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡段(50)从上部区域(60)内的一种基本上圆的横截面连续过渡为在下部区域(70)内的一种多边形的横截面。
23.按照权利要求22所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：多边形的横截面为三边形或四边形的横截面。
24.按照权利要求18所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡段(50)的壁(52)设有至少一个凹口(53)。
25.按照权利要求24所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：所述至少一个凹口(53)是拱门状的，并且此拱门状的凹口(53)从角杆(43)延伸到角杆(43)。
26.按照权利要求25所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：所述至少一个拱门状凹口设有曲拱状或门框状加固件(55)。
27.按照权利要求1至5之一所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：在过渡段(50)的下部区域(70)内，在格构塔柱(42)的各角杆(43)之间设计有水平的支架(45)，它们将相邻的角杆(43)和/或对置的角杆(43)互相连接。
28.按照权利要求1至5之一所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：格构塔柱(42)具有至少四根角杆(43)并且过渡段(50)具有肋，它们加强对置角杆(43)的连线。
29.按照权利要求1至5之一所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡段(50)设计为铸件。
30.按照权利要求18所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡段(50)的壁(52)在垂直剖面内是凸弯的。
31.按照权利要求10所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：在过渡段(50)的下部区域(70)内的连接点(72)的斜度与格构塔柱(42)的角杆(43)的上部区域的斜度相等。
32.按照权利要求1至5之一所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：过渡段(50)设计为焊接结构。
33.按照权利要求1所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：设计为格构塔柱(42)的下部塔段(41)具有多个叠置的节并且每一节包括角杆(43)和至少一个在角杆之间对角延伸的斜撑(44)。
34.按照权利要求33所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：对角延伸的斜撑的斜度在所有的节内设计为相同的。
35.按照权利要求1所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：用于将风能设备连接到电网上的电缆铺设在设计为空心型材的角杆(43)内。
36.按照权利要求35所述的用于风能设备的塔柱(40)，其特征为：在角杆(43)内部铺设电缆护管，电缆在电缆护管内延伸。
37.模件式塔柱系统，该塔柱系统具有一个按照权利要求1至36之一所述的用于风能设备的塔柱，包括一个基本上管状的上部塔段以及不同的设计为格构塔柱的下部塔段，其特征为：塔柱的总高度可通过格构塔柱不同的结构高度设计为可变的。
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