CN101852035A - 海上风轮机以及架设风轮机塔架的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海上风轮机(1)，包括：塔架(15)；桩(16)，其形成承载塔架(15)的底座的至少一部分；径向跨度元件(6)，其从塔架(15)和桩(16)向外延伸；以及多个连接元件(12)，它们从经向跨度元件(6)延伸到塔架(15)和桩(16)中的至少一个，多个连接元件(12)被构造成将塔架(15)垂直地对正在桩(16)上。本发明还涉及一种架设风轮机塔架(15)的方法。

Description

海上风轮机以及架设风轮机塔架的方法

技术领域

本发明总体上涉及一种包括桩和塔架的海上风轮机，所述桩形成承载塔架的底座的一部分。本发明还涉及一种架设风轮机塔架的方法。

背景技术

海上风轮机通常包括桩，例如单基桩，其例如通过向下打入到海床中或通过位于海床上的结构保持在位而锚固到海床。该单基桩可能与附属于它的其他机构一起形成用于在其上架设风轮机塔架的底座。

通常，单基桩不会直接连接到塔架，因为在塔架部分和单基桩之间在轴向上会存在一个小的角度差。任何角度差通过在塔架的下端和单基桩的顶端之间采用过渡件被修正。为了垂直地对正塔架而采用这样的过渡件并正确定位该过渡件可能需要相当大的精力以及时间，并且还会有这样的风险：如果该过渡件未被正确地定位，就必须重新假设塔架，因此增加了海上风轮机组装的成本。

发明内容

基于上述内容，本发明的目的是，提供一种可更易于垂直对正地架设的海上风轮机，以及提供一种更易于垂直对正地架设海上风轮机塔架的方法。

根据一个方面，本发明涉及一种海上风轮机，包括：塔架；桩，所述桩形成承载塔架的底座的至少一部分；从所述塔架和桩向外延伸的径向跨度元件；以及多个连接元件，它们从所述径向跨度元件延伸到塔架和桩中的至少一个，且所述多个连接元件构造成将塔架垂直地对正在桩上。

通过径向跨度元件，每个连接元件可以在径向跨度元件的位置与连接元件延伸到塔架上的位置和/或连接元件延伸到桩上的位置之间分别相应地与塔架和/或桩间隔开。这样的间隔有助于支撑塔架而抵抗塔架遭受的水平力、垂直地对正塔架以及将塔架保持在垂直位置上。

通过从所述径向跨度元件延伸到塔架和桩中的至少一个的多个连接元件，塔架可以通过这些连接元件而不是通过一个过渡件被垂直地对正和支撑。因此，连接元件可从径向跨度元件延伸到塔架或桩，或是同时连接到两者，以将塔架对正在桩上。例如，如果径向跨度元件固定到桩上，多个连接元件可仅仅通过从径向跨度元件延伸到塔架就会将塔架对正；如果径向跨度元件固定到塔架上，多个连接元件可仅仅通过从径向跨度元件延伸到桩就会将塔架对正。另一方面，如果连接元件既延伸到塔架又延伸到桩，与将连接元件从塔架和桩间隔开所需的强度相比，径向跨度元件不需更结实。本领域的技术人员可以理解，在本发明的上述方面内的其他设计也是可以的。

而且，连接元件可在水平方向上支撑塔架，即防止风轮机塔架倾斜和从所述桩倒塌下来或者折断，且降低了为了支撑塔架而抵抗水平力例如风力从而对塔架和桩之间的连接所提出的要求。因此，连接可以制造得较弱些，甚至可以简化为通过重力和桩的顶面和塔架的底面之间的摩擦而形成的连接，但经由例如搭接接头、万向接头或凸缘将塔架连接到桩上仍是有利的。

而且，与没有连接元件支撑风轮机塔架而抵抗作用在风轮机上的部分或全部水平力的情况相比，塔架的底部和桩的顶部可以允许具有较小的圆周。因此，只需要较少的材料，塔架的体积和重量也会减少，从而节约了费用。

在本发明的风轮机中，可有利地，允许连接元件中的至少一些为长条形连接元件。因此，所述长条形连接元件可以从径向跨度元件延伸到塔架和/或桩。这样的长条形连接元件可占用较小的空间、较轻以及更易于在例如定位和长度方面进行调节。连接元件因此可以从以下一组类型的连接元件中选择：线、链、绳索、条、杆和支柱或它们的组合。连接元件可以是上述列举类型中的两种或多种的组合，例如，一根通过断续的链互连的条，或连接元件可以仅仅是一种类型的，例如一根线或是纵向对齐或并排布置的多根线。支撑塔架的所有连接元件的类型可以是相似的，或是多种类型的组合，或者它们像这样不同：例如，一些连接元件是一种类型的或多种类型的组合，其他的连接元件是不同类型的或是多种不同类型的组合。特别地，可有利地，允许连接元件中的至少一些是具有从径向跨度元件延伸到塔架的第一部分和从径向跨度元件延伸到桩的第二部分的长条形元件。

不管连接元件是否为不同类型的组合，均可有利地，允许连接元件包括多个相互连接成例如一串线节段的多个可更换的节段。这样的连接元件优点在于，可以在不用更换连接元件的其他节段的情况下单独更换元件的节段。例如，公知的是，从水面之下延伸到水面之上的钢制元件在水面的浪溅区域的元件部分处更容易腐蚀，在该区域，与始终位于水中或空气中的元件部分相比，可能为盐水的水以及空气中的氧更充足。因此，如果元件被分成节段，可以在不用更换其他没有被腐蚀的节段的情况下更换浪溅区域遭到腐蚀的节段。

可有利地，允许连接元件或连接元件中的至少一个可滑动地支撑在径向跨度元件上。这意味着，连接元件不必固定到径向跨度元件上。因此，没有在连接元件或径向跨度元件上设置固定结构的必要，从而，简化了结构。而且，连接元件可以在不必移动径向跨度元件的情况下被拉紧或移动。连接元件可以例如经由径向跨度元件的滑轮支撑在径向跨度元件上，从而允许连接元件可在没有擦刮径向跨度元件的情况下纵向移动。

连接元件不仅可以从径向跨度元件延伸到塔架和桩同时可滑动地支撑在径向跨度元件上，而且仅从径向跨度元件延伸到塔架或桩的连接元件也可设置成可能经由滑轮可滑动地支撑在径向跨度元件上。例如，连接元件例如线或链，可以经由例如径向跨度元件的滑轮在连接元件的两端固定到塔架或桩。因此，例如，成线的形式的连接元件可以在线的一端固定到塔架，向下延伸到径向跨度元件并在那里与滑轮配合，然后向上延伸回到塔架并在那里在其另一端处被固定。线的两端可以在塔架的大致相同的位置处固定，或者它们也可以在塔架的不同位置、例如塔架的不同的垂直位置处固定。类似地，连接元件的两端也可以固定到桩上。

可选地，可有利地，将连接元件或连接元件中的至少一个固定到径向跨度元件。因此，连接元件还可以帮助支撑径向跨度元件、将经向跨度元件保持在位、并可能允许径向跨度元件承载较大重量的例如风轮机的构件或技术工人。将连接元件固定到径向跨度元件还可有助于将连接元件保持在位。因此，风轮机的整体结构可更加坚固。

多个连接元件可以包括从径向跨度元件延伸到塔架的多个上部连接元件和从径向跨度元件延伸到桩的多个下部连接元件。

不管连接元件是否固定或支撑在径向跨度元件上，可有利地，允许连接元件或连接元件中的至少一个从径向跨度元件的周边延伸。因此，径向跨度元件的尺寸和重量可保持为低，同时仍充分地将连接元件从塔架和/或桩的纵向轴线间隔开。就径向跨度元件而言，这能够节约生产和运输成本，也有助于安装。当然，某些情况下，可有利地，允许径向跨度元件径向延伸超出连接元件或连接元件中的至少一个，例如如果径向跨度元件具有例如用于承载技术工人或风轮机的构件的附加作用。

连接元件或连接元件中的至少一个可以设置成调节其尺寸和/或形状来更好地支撑塔架并将塔架调节到垂直位置。如果连接元件的类型例如是能够使用松紧螺钉的线或链，连接元件可以包括例如松紧螺钉，从而允许连接元件被拉紧，以将塔架稳固地保持在位。

为了使得连接元件尽可能高效地支撑塔架，可有利地，使得连接元件在桩和塔架之间的过渡部分处离塔架和桩的中心垂直轴线最远。因此，径向跨度元件可邻近于桩和塔架之间的过渡部分定位。

径向跨度元件可以是允许连接元件从塔架和桩间隔开的任何形状，例如是径向延伸的分离的条，但是也可有利地将径向跨度元件设计成平台形式。这意味着，径向跨度元件可具有在需要时例如在维护期间承载构件或工作人员的附加功能。如果塔架是中空的且设有塔架门，平台还可有助于工作人员接近所述门进入塔架中。

根据另一方面，本发明涉及一种架设海上风轮机的塔架的方法，所述方法包括：提供桩，所述桩形成底座的一部分；将塔架安装到桩上；邻近于桩和塔架之间的过渡部分提供径向跨度元件；将多个连接元件从径向跨度元件延伸到塔架和桩中的至少一个；以及张紧所述多个连接元件，以垂直地对正和支撑塔架。

多个连接元件的延伸可包括：将长条形连接元件从径向跨度元件延伸到塔架和桩。因此，每个连接元件可从径向跨度元件延伸到塔架和桩。

可选地，多个连接元件的延伸可包括：将多个上部连接元件从径向跨度元件延伸到塔架，以及将多个下部连接元件从径向跨度元件延伸到桩。

前面针对本发明的海上风轮机的描述在可适用的部分中也与本发明的方法相关。请参见这些描述。

从下面详细的公开、权利要求以及附图将显见本发明的其他目的、特征和优点。

通常，权利要求中使用的所有术语均应根据它们在本技术领域中的普通含义解释，除非在此明确以其他方式定义。所有的表述“[元件，装置，构件，工具，步骤等]”均应开放地解释为是指所述元件、装置、部件、工具、步骤等中的至少一个，除非另外明确规定。在此公开的任何方法的步骤不必严格按公开的顺序执行，除非明确规定。

附图说明

本发明的上述以及其他目的、特征和优点可以通过下面的内容得到更好的理解，下面的内容结合附图对本发明的优选实施例进行示例性而非限制性地详细说明，其中，相同的附图标记表示相同的部件，附图包括：

图1是本发明的海上风轮机的示意性侧视图。

具体实施方式

图1是将要描述的本发明的海上风轮机1的示意性侧视图。

水下下单基桩部2已被打入海床3中，以将风力涡轮1固定到海床3。在下单基桩部2的顶端安装有上单基桩部4，所述上单基桩部4向上延伸到水面5之上。在上单基桩部4的顶端，可能地在靠近塔架的门(未示出)处，成平台形式的径向跨度元件6被安装到上单基桩部4上。本领域的技术人员可以理解，可以采用任何类型的径向跨度元件6，且平台仅仅是众多可能性中的一种。本领域的技术人员还可以理解，平台6可以通过任何其他方式安装，只要它从单基桩16和塔架15向外延伸即可。平台6环绕上单基桩部4，且被设计成例如在构造和维修风轮机1的过程中能够承载工作人员和风轮机构件。

在上单基桩部4的顶端安装有下塔架部7；在下塔架部7的顶端安装有上塔架部8。在上塔架部8的顶端安装有机舱9，所述机舱可水平旋转。在机舱9的一垂直侧，可旋转地安装有转子，该转子包括轮毂10和转子叶片11。

根据该特定的实施例，多个连接元件12以线的形式从塔架15经由平台6的周边13延伸到下单基桩部2。线12可以从塔架15的任何部分延伸，但是在图1的特定的实施例中，它们从下塔架部7和上塔架部8之间的过渡部分的区域延伸。线12可以固定到平台6的周边13，从而支撑平台6，因此允许平台6能够承载较高的重量，但是可选地，线12可以经由滑轮支撑在平台6的周边13上，以便于拉紧和调节线12。图1中，为了便于理解，仅仅示出了2个连接元件12，但实际上可能会使用40到200个连接元件12，且在所有水平方向上经由平台6便利地围绕塔架15和单基桩16均匀地间隔开以均匀地支撑塔架。连接元件的数目可以例如取决于每个连接元件的强度和塔架的尺寸。尽管图1中的连接元件12是具有在塔架15和平台6之间延伸的第一部分和在平台6和下单基桩部2之间延伸的第二部分的长条形元件，但本领域的技术人员可以理解，其他布置形式也是可以的。例如，可选地，连接元件12可以是从径向跨度元件6延伸到塔架15和桩16中的至少一个的多个连接元件12。

线12可包括多个松紧螺钉14，或是其他便于拉紧和调节连接元件12的装置，由此拉紧线12从而在单基桩16上支撑并垂直地对正塔架15。线12可在固定到平台6之前就已经通过松紧螺钉14被拉紧；或者线12在固定到平台6之后才被拉紧，在这种情况下，可有利地为每根线12提供2个松紧螺钉，一个在平台6之上，一个在平台6之下。

当塔架定位在桩上时，塔架可仅通过将其压到桩上的塔架自重及连接元件被支撑，或者它还可另外经由接头例如搭接接头或凸缘连接到桩。接头可以例如被焊接或螺栓连接。可选地，可以用万向接头来帮助定位，即，在将塔架经由接头连接到桩后通过连接元件垂直地对正塔架，由此塔架可被水平支撑，即仅仅通过连接部件被保持在位。

可以使用任意数目的连接元件来支撑塔架，但是为了在所有水平方向上获得增强的稳定性和均匀的支撑，可便利地采用数目相对较大的连接元件，例如40至200个连接元件，这些连接元件可围绕塔架和桩大致均匀地间隔开，或者可以一些其他方式布置成在所有水平方向上抵抗力地支撑塔架。

如前所述，径向跨度元件可以是允许连接元件从塔架和桩间隔开和离开的任何设计，例如平台或是径向延伸的分离的条。因此，可以注意到径向跨度元件可以被划分成多个分离的部分，或者它也可以形成一体式结构部件。

径向跨度元件可以设置或安装在桩、塔架上或桩和塔架之间，或者它不用安装到塔架或桩中的任何一个上，而是仅仅通过多个连接部件保持在位。

注意到：塔架定位在桩上，但不必与桩直接接触。相反，塔架可以经由例如接头或过渡元件连接到桩。

除了塔架、桩和连接元件以外，本发明的风轮机还可包括：安装到塔架上的机舱，所述机舱例如用于容纳传动箱和发电机；以及安装到机舱上的转子，所述转子包括轮毂和多个转子叶片。

本发明的风轮机的塔架可以被分成多个部分。这对于大塔架来说是有利的，因为这样塔架就可以以多个单独的部分来制造和运输，然后这些部分可以互相安装在一起构成塔架。然而，根据例如塔架的尺寸和要求，也可有利地使塔架作为单个单元存在，而不是被分成多个部分，从而例如简化塔架结构以及避免塔架中可能的不牢固的接头。

如果塔架被分成多个部分，根据风轮机的设计和要求，连接元件可从任一部分或多个部分延伸。因此，连接元件中的一个或多个可从一个塔架部分延伸，而另一个或多个其他连接元件可从另一塔架部分延伸。

本发明的风轮机的桩也可以被分成多个部分，这具有与塔架一样的优点。此外，通过以多个纵向部分操纵桩还可便于将桩固定到海床，这是因为此时在将桩固定到海床时只需要操纵最底下的那个桩部分即可，例如可以将所述桩部分打入海床中或将其固定到位于海床上的其他底座结构。然而，根据桩的大小和要求，也可能便利的是，桩作为单个单元存在而不是被分成多个部分，从而，例如简化桩结构以及避免桩中可能的不牢固的接头。

如果桩被分成多个部分，为了增加稳定性，可有利地允许连接元件或连接元件中的至少一个延伸至较下的桩部分，这是因为经由连接元件作用在桩上的力此时不会张拉较低的桩部分和较高的桩部分之间的接头。然而，根据风轮机的构造，连接元件或连接元件中的至少一个可以延伸到较高的桩部分。

上面主要通过一些实施例对本发明进行了说明。然而，本领域技术人员可以理解，除了上面的实施例外，其他实施例同样包含在由权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (14)

1.一种海上风轮机，包括：

塔架，

桩，所述桩形成承载所述塔架的底座的至少一部分，

径向跨度元件，所述径向跨度元件从所述塔架和所述桩向外延伸，以及

多个连接元件，所述连接元件从所述径向跨度元件延伸到所述塔架和所述桩中的至少一个，且所述多个连接元件被构造成将塔架垂直地对正在所述桩上。

2.根据权利要求1所述的海上风轮机，其特征在于，连接元件中的至少一些是长条形元件，所述长条形元件具有从径向跨度元件延伸到塔架的第一部分、和从径向跨度元件延伸到桩的第二部分。

3.根据前面任一权利要求所述的海上风轮机，其特征在于，所述连接元件从以下的组中选择：线、链、绳索、条、杆和支柱或它们的组合。

4.根据前面任一权利要求所述的海上风轮机，其特征在于，所述连接元件可滑动地支撑在所述径向跨度元件上。

5.根据权利要求4所述的海上风轮机，其特征在于，所述连接元件经由滑轮支撑在所述径向跨度元件上。

6.根据权利要求1-3之一所述的海上风轮机，其特征在于，所述连接元件固定到径向跨度元件。

7.根据前面任一权利要求所述的海上风轮机，其特征在于，所述多个连接元件包括从径向跨度元件延伸到塔架的多个上部连接元件、和从径向跨度元件延伸到所述桩的多个下部连接元件。

8.根据前面任一权利要求所述的海上风轮机，其特征在于，所述连接元件从径向跨度元件的周边延伸。

9.根据前面任一权利要求所述的海上风轮机，其特征在于，多个连接元件中的至少一个包括松紧螺钉。

10.根据前面任一权利要求所述的海上风轮机，其特征在于，径向跨度元件邻近于桩和塔架之间的过渡部分定位。

11.根据前面任一权利要求所述的海上风轮机，其特征在于，径向跨度元件是平台。

12.一种架设海上风轮机的塔架的方法，所述方法包括：

提供桩，所述桩形成底座的一部分；

将塔架安装到桩上；

邻近于桩和塔架之间的过渡部分提供径向跨度元件；

将多个连接元件从径向跨度元件延伸到塔架和桩中的至少一个；以及

张紧所述多个连接元件，以垂直对正和支撑塔架。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，多个连接元件的延伸包括：将长条形连接元件从径向跨度元件延伸到塔架和桩。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，多个连接元件的延伸包括：将多个上部连接元件从径向跨度元件延伸到塔架和将多个下部连接元件从径向跨度元件延伸到桩。

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