CN101558208A - 特别是用于桁架塔的空心型材，用于制造空心型材的方法以及具有至少三个转角杆的桁架塔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空心型材，特别是用于桁架塔，包括一第一型材部件和一第二型材部件，其中空心型材的横截面这样地构造，使得第一型材部件具有两个侧腿，并且第二型材部件这样地设置在第一型材部件的侧腿之间，使得为了构成一个封闭的空心横截面，第二型材部件的其中一个端部边缘与所述第一型材部件的一个侧腿相连，并且第二型材部件的另一个端部边缘与第一型材部件的另一个侧腿相连，而且，第一型材部件的各侧腿的一个部分区段伸出于连接位置，其中，第一型材部件和第二型材部件这样地构造，使得围绕空心型材的横截面的平面重心轴的两个平面惯性矩的比例位于0.9和1.6之间。

Description

特别是用于桁架塔的空心型材，用于制造空心型材的方法 以及具有至少三个转角杆的桁架塔

技术领域

本发明涉及一种特别是用于桁架塔的带有权利要求1的前序部分 所述特征的空心型材，用于制造空心型材的方法以及具有至少三个转 角杆的桁架塔。

背景技术

风能装置的研发如下，即：它的尺寸越来越大。这导致支承吊箱 和转子的塔架的尺寸也必须很大。迄今为止，风能装置的塔架由钢管 或者预应力混凝土制成。但是这具有以下缺点： 一方面，塔架的尺寸 很大，以至于它只能在极为复杂的情况下运输。另一方面，这种塔架 类型由于原料投入高而极其昂贵。

鉴于此，现在也制造具有桁架塔的风能装置，桁架塔在通常情况 下具有三至四个转角杆，这些转角杆通过横柱（对角线）相互连接， 在此转角杆和横柱由一 L型材制造。

其缺点是，只在一定的侧腿长度以下大批量制造L型材。最大的 商业通用的L型材具有最大侧腿长度为260mm。由于预先给定的侧腿 长度和开放的轮廓，L型材的纵弯长度或者抗弯刚度和抗扭刚度也受 到限制。

因此产生这样的问题，即：为了补偿标准L型材的小的纵弯长度 或者抗弯刚度和抗扭刚度，桁架塔在转角杆之间必须包含小间隔的很 多横柱，以便对于风能装置所出现的负载能够具有足够高的承载能力 (下桁架）。横柱通过螺紋连接相互连接。桁架塔在L型材上的应用 需要很多横柱（8000-10000)。相应的，在安装塔架时产生高安装费用。 另一缺点是，螺栓连接必须在安装之后相应地维护，以便及时识别螺 紋连接的松脱。与导线杆架不同，风能装置的塔架由于设置在塔架上的机械吊箱 还承受巨大的动力负荷。就风能装置的桁架塔而言，在上方区域中出 现过高的扭转载荷，以至于在上方区域中主要考虑到扭曲而设计塔架。 在下方的塔架区域中，扭曲只起到很微小的作用，然而为此负载通过弯曲力矩极度增长。为了估算弯曲负荷，在应用用于转角杆的L型材 时，下方的塔架基面构造成很大，因为所出现的负载能够以这种方式 被补偿。在带有高度大于100m的L型材的桁架塔上，基面为例如23 x 23m。特别是当制造用于一风能装置的桁架塔时，空心型材的应用因此 是合理的，因为其相对于标准L型材具有静态优点。但是通常的空心 型材例如挤压成型的圆管和方型材具有如下的缺点，即：它们由于结 构化原因只与高成本联系在一起。在EP 1 442 807 Al以及FR921 439A1中已知的空心型材，它们 由一个第一型材部件和一个第二型材部件组成，其中第一型材部件是 一标准L型材。第二型材部件构造为连接片，并且这样地设置在第一 型材构件中，使得其构成一空心型材，其中连接片的一纵边与一侧腿 焊接，并且连接片的另一纵边与另一侧腿焊接。当然，在应用一个这样的已知的空心型材作为转角杆时，对于一 桁架塔，静态的必要条件明显优于在应用一标准L型材时的情况。尽 管为了制造已知的空心型材所需要的标准L型材的所供使用的尺寸经 常是不足够的，以便能够制造一风能装置的桁架塔，而横柱的数量不 是极大，并且杆因此没有相应的昂贵。或者为了产生空心型材必须应 用特殊机械，它的制造成本极大，以至于空心型材的成本以这种方式 变的很高。由EP 1015347已知用于起重装置的转角杆的空心型材，它们由包 括不同尺寸的多角截面的两个部件组成，其中较小的部件的侧腿的外 部末端贴靠在较大的部件的侧腿上。空心型材的两个部件因此并不固 定地相互连接。这样的空心型材作为用于风能装置的转角杆是不适宜 的，因为其根本不能承受在风能装置运转时产生的力。因此本发明的目的是，提供一种空心型材，其能够作为转角杆被 用在一街架塔中，并且这样地构造，使得该衔架塔相对于现有技术中 已知的桁架塔具有数量明显降低的横柱以及明显减少的下方的塔架基 面。该目的通过一种具有权利要求1特征部分所述特征的空心型材，一种按照权利要求12的用于制造空心型材的方法以及一种按照权利 要求14的桁架塔而实现。按照权利要求1的空心型材具有一第一型材部件和一第二型材部 件，其中空心型材的横截面这样地构造，即第一型材部件具有两个侧腿，并且第二型材部件这样地设置在第一型材部件的两侧腿之间，使 得为了构成一封闭的空心横截面，第二型材部件的其中一个端部边缘 与第一型材部件的一个侧腿相连，并且第二型材部件的另一个端部边 缘与第一型材部件的另一个側腿相连，而且，第一型材部件的相应的侧腿的一个部分区段伸出于连接位置。按照本发明，第一型材部件和第二型材部件这样地构造，即围绕 空心型材的横截面的平面重心轴两个平面惯性矩的比例位于0.9和1.6 之间。平面惯性矩连同弹性模量一起是平的横截面抗弯曲或者抗扭曲的 刚度的尺度。此外平面惯性矩提供了有关杆的倾斜到折弯的说明。就一管材而言，围绕平面重心轴的两个平面惯性矩的比例为1。 已知的是，管材相对于其它空心型材具有更好的静态特性。管材具有 例如较高的抗扭刚度以及较有利的稳定性，特别是具有微小的弯曲扭 曲的倾向。此外提出了，横截面这样地构造，使得在横截面的所有区 域中能够同样好地承受所产生的力和力矩。在应用管材时的缺点是，它不具有合适的可能性，以使多个型材 以简单的方式相互连接或者将它们通过对角线加固，因为它们不具有 用于连接目的的平的表面。在本发明中，管材的优点以有利的方式这样地被接收，使得对于平面惯性矩的比例，值应约为1。然而按照本发明的空心型材相对于 已知的管材具有的优点是，其还具有用于连接目的的平的表面。此外 有利的是，按照本发明的空心型材由两个型材部件组成，因此对于横 截面的形状，可变性与标准型材相比显著改善。申请人指出，应用带有按照本发明的平面惯性矩的比例的空心型 材实现軒架塔的构造，其能够接受在一风能装置运转时在桁架塔中出 现的负载，其中塔架还是细的（相对于小的下方的塔架基面），并且相对于现有技术已知的标准L型材的塔架，横杆的数量明显减少。按照本发明的有利的构造，第一型材部件的两侧腿成在60。和120。 之间的角度设置。在第一型材部件的两侧腿之间的角度的大小可以根 据街架塔的转角杆的数量而选择。因此在三杆式的支架上有利的是， 角度的值为60。。然而，与此相反，在四杆式的支架上有利的是，第 一型材部件以90。的角度构造。本发明的另 一有利构造设定，即第 一型材部件的侧腿通过一 弓形 段相互连接。在第 一型材部件中设置一 弓形段提供了以下优点，即以这样的方 式，能够部分仿制圆管的横截面形状，因此相应地管横截面的正的静 态特性也相应地被接收到按照本发明的空心型材中。在应用按照本发明的空心型材作为一桁架塔的转角杆时，第一型 材部件的弓形段构成桁架塔的外侧边缘。边缘的由于弓形段的圆形构 造提供的优点是，相对于尖的边缘，能够被减少风阻以及因此也能够 减少噪声产生。按照本发明的另一有利构造，就第一型材部件而言，侧腿的厚度 与弓形段的半径的比例为1:3。遵守按照本发明的比例，特别是在通 过弯曲制造第一型材部件时提供了如下优点，即能够减少在弯曲过程 中出现的冶金的应力。按照本发明的其它有利的构造，第二型材部件也具有两个侧腿， 它们以相互成一个在60。和120。之间的角度设置。此外笫二型材部件 的侧腿通过一弓形段相互连接，其中侧腿的厚度与弓形段的半径的比例为1: 3。另一有利的构造设定，即第二型材部件的侧腿的端部边缘以一个 在110°和160。之间的角度向外弯曲。此外本发明涉及一种用于制造按照所述权利要求的空心型材的方 法。按照本发明，第一型材部件由一扁钢制造，其这样地弯曲，使得 第一型材部件具有一弓形段和两个从弓形段延伸出的侧腿。第二型材部件也由扁钢制造，其这样地弯曲，使得第二型材部件具有一弓形段以及两个从弓形段延伸出的侧腿。继而第二型材部件的 侧腿的外端部以一个在110。和160。之间的角度向外弯曲。此外，在第 二型材部件的各侧腿端部边缘上设置以一个在70。和90。之间的角度的 向外指向的斜边。侧腿的向外弯曲以及斜边的设置提供以下优点，即： 使得在两个型材部件之间后来的焊接连接的制造变得容易，并且能够 生成焊缝，该焊缝承受后来在风能装置运转时出现的力。继而第二型材部件这样地设置在第一型材部件中，即斜边的尖端 在第二型材部件的侧腿端部边缘上接触第一型材部件的侧腿的内边缘，并且两个型材部件相互焊接。所述方法的按照本发明的构成规定：第一型材部件的侧腿的外部 末端额外地向外弯曲。这提供了如下优点，即：能够均衡侧腿的在后 来焊接两个型材部件时出现的热变形。此外，本发明涉及用于一个风能装置的桁架塔，其包括至少三个 转角杆，所述转角杆构造为空心型材。按照本发明，空心型材按照权 利要求l-12之一构造。如在开头部分中阐述的，负栽的类型由于扭曲和弯曲力矩在塔架 长度上发生改变。在上部的塔架区域中必须主要考虑扭曲，而在下部 的塔架区域中必须考虑弯曲力矩。为了满足该要求，按照桁架塔的有 利构造，转角杆这样地构造，使得空心型材（IO)的横截面的围绕平 面重心轴（y、 z)的两个平面惯性矩（Iy、 Iz)的比例在塔架的长度 上是不同的。附图说明下面借助于图l和2详细解释本发明。附图中： 图1 示出一个按照本发明的空心型材；图2示出三个按照本发明的空心型材，其中第一型材部件和第 二型材部件这样地构造，使得围绕空心型材的横截面的平面重心轴的 两个平面惯性矩的比例为1、 1.35和1.6。具体实施方式图1示意示出一个按照本发明的空心型材10，它由一第一型材部 件11和一第二型材部件12组成。第一型材部件具有一弓形段13。从 弓形段的末端延伸出侧腿14、 15。第二型材部件12也具有一 弓形段16，从该弓形段延伸出侧腿17、 18。侧腿17、 18的上端部以a角弯曲。在上方的侧腿17、 18的边缘 上各i殳置一个斜边19、 20。图2示意示出三个按照本发明的空心型材，它们各具有平面惯性 矩Iy/Iz的不同的比例。平面惯性矩涉及平面重心轴y和z，其中两个 轴彼此垂直地位于各空心型材的平面重心S上。由于第一型材部件和第二型材部件不同的型材厚度，产生图2的 三个空心型材的不同的比例iy/Iz。这样上方的空心型材的第一型材部件的型材厚度与第二型材部件的型材厚度相比是很厚的。这样的空心 型材具有例如Iy/Iz« 1。这样的比例相应于一个圆管。就中间的空心型材而言，两个型材部件的型材厚度约为相等的。 就空心型材的所建议的形状而言，因此得出比例Iy/Iz« 1. 35。与此相反，就下方的型材部件而言，第一型材部件的型材厚度远 远薄于第二型材部件。就空心型材的这样的构造而言，比例Iy/Iz" 1. 6。

Claims (15)

1.空心型材(10)，特别是用于桁架塔，所述空心型材包括一第一型材部件(11)和一第二型材部件(12)，其中空心型材(10)的横截面这样地构造，使得第一型材部件(11)具有两个侧腿(14、15)，并且第二型材部件(12)这样地设置在第一型材部件(11)的两侧腿(14、15)之间，使得为了构成一个封闭的空心横截面，第二型材部件(12)的其中一个端部边缘与第一型材部件的一个侧腿相连，并且第二型材部件(12)的另一个端部边缘与第一型材部件的另一个侧腿相连，而且，第一型材部件(11)的相应的侧腿(14、15)的一个部分区段伸出于连接位置，其特征在于，第一型材部件和第二型材部件这样地构造，使得围绕空心型材(10)的横截面的平面重心轴(y、z)的两个平面惯性矩(Iy、Iz)的比例位于0.9和1.6之间。

2. 按照上述权利要求所述的空心型材（10)，其特征在于，第一 型材部件（11)的两侧腿（14、 15)成一个在60°和120。之间的角度 设置。

3. 按照上述权利要求之一所述的空心型材（10)，其特征在于， 第一型材部件（11)的两侧腿（14、 15)通过一弓形段（13)相互连。

4. 按照上述权利要求所述的空心型材（10)，其特征在于，就第 一型材（11)而言，侧腿（14、 15)的厚度与弓形段（13)的半径的 比例为1: 3。

5. 按照上述权利要求之一所述的空心型材（10)，其特征在于， 第二型材部件（12)这样地构造，使得在连接位置的区域中，第二型 材部件（12)的端部边缘相对于第一型材部件的侧腿成一个在70°到 110。之间的角度设置。

6. 按照上述权利要求之一所述的空心型材（10)，其特征在于， 第二型材部件（12)具有两个侧腿（17、 18)，它们相互成一个在60。 和120。之间的角度设置。

7. 按照上述权利要求所述的空心型材（10)，其特征在于，第二 型材部件（12)的侧腿（17、 18)通过一弓形段（16)相互连接。

8. 按照上述权利要求所述的空心型材（10)，其特征在于，就第 二型材部件而言，侧腿（17、 18)的厚度与弓形段（16)的半径的比 例为1: 3。

9. 按照权利要求6至8之一所述的空心型材（10),其特征在于， 第二型材部件（12)的两侧腿（17、 18)的端部边缘以一个在110°和 160。之间的角度（cx )向外弯曲。

10. 按照上述权利要求之一所述的空心型材（10)，其特征在于， 空心型材（11、 12)由扁钢制造。

11. 按照上述权利要求之一所述的空心型材（10)，其特征在于， 空心型材（11、 12)相互焊接。

12. 用于制造按照上述权利要求之一所述的空心型材（10)的方 法，其特征在于，-第一型材部件（11)由扁钢制造，所述扁钢这样地弯曲，使得 第一型材部件（11)具有一弓形段（13)和两个从该弓形段（13)延 伸出的侧腿（14、 15)，-第二型材部件（12)由扁钢制造，所述扁钢这样地弯曲，使得 第二型材部件（12)具有一弓形段（16)和两个从该弓形段（16)延 伸出的侧腿(17、 18),画第二型材部件（12)的两侧腿（17、 18)的外端部以一个在110。 和160。之间的角度向外弯曲，-在第二型材部件（12)的侧腿端部边缘上分别以一个在70。和 90。之间的角度设置一个向外指向的斜边（19、 20)，画第二型材部件（12)这样地设置在第一型材部件（11)中，使 得斜边（19、 20)的尖端在第二型材部件（12)的侧腿端部边缘上接 触第一型材部件（11)的侧腿的内边缘，-相互焊接两个型材部件（11、 12)。

13. 按照上述权利要求所述的方法，其特征在于，第一型材部件(11)的侧腿（14、 15)的末端在焊接之前向外弯曲。

14. 桁架塔，包括至少三个用于风能装置的转角杆，所述转角杆 构造为空心型材（IO)，其特征在于，空心型材（10)按照上述权利要 求之一构造。

15. 按照上述权利要求所述的用于风能装置的椅架塔，其特征在 于，转角杆这样地构造，使得围绕空心型材（IO)的横截面的平面重 心轴（y、 z)的两个平面惯性矩（Iy、 Iz)的比例在塔架的长度上是 不同的。