CN102216611A - 用来将附件固定在风能设备的塔体内壁上的辅助部件 - Google Patents

Abstract

一种辅助部件，用来将附件(P)固定在风能设备的塔体的金属塔体内壁(T)上，所述辅助部件具有用于焊接在塔体内壁(T)上的第一端侧和与第一端侧相对置的用于固定附件(P)的第二端侧，所述辅助部件可以降低处于所述辅助部件和塔体壁之间的焊接处的负荷，从而可将该连接点归入一个更高的应力集中级，为此规定：所述辅助部件在第一端侧的区域内在横断面上具有一个总的材料厚度，该总的材料厚度相比于在朝向第二端侧的方向推移的横断面上的总的材料厚度是减小的。

Description

用来将附件固定在风能设备的塔体内壁上的辅助部件

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1的前序部分特征所述的辅助部件，其用来将附件固定在风能设备的塔体内壁上。

背景技术

风能设备都是高立的建筑物，其产生电流的组件都安置在一个被设置在该处的机房内的一个高耸的塔体的上端上。不仅由于安置在机器上的组件的高重量负荷，而且还由于其它负荷特别流袭过来的风的风滞压力的负荷之故，所以风能设备的塔体都处于高的负荷之下。这一点在下述情况下显得更加突出：现代风能设备随着其功率越来越高，其设计尺寸越来越大，从而必须建造得越高。

除了一种结构类型，即风能设备的塔体是采用钢筋混凝土构架建造起来的之外，风能设备的塔体往往都是由彼此用螺钉连接起来的或用其它方式连接起来的环状金属部件(典型地为钢部件)所形成的。在塔体的内部，例如为了能够在不同平面中行走或者为了支撑各组件，必须安置一些附件并将之固定在塔体内壁上。从原则上说可以考虑和可以施行的是，在塔体壁上安置孔眼和穿入螺钉、铆钉等以实现上述固定，或者将附件例如在塔体内部大致不同高度上所安置的平台直接地与塔体壁焊接起来。当然，在塔体壁上安置特定的孔口，还有与较大尺寸结构的辅助部件如平台的直接焊接，都会减弱塔体壁上连接点范围的强度，从而在总体上降低塔体的稳定性。为了抵销和补偿上述稳定性的降低，只得将塔体壁相应地增大厚度加以设计，这种做法是不符合希望的，这不仅是因为增大了材料成本，而且因为增加了重量和因此相关的后续费用如运输、设备安装以及基础设施等方面的费用。

出于上述原因，当前例如为了固定塔体内壁的可行走的平台，使用了具有所谓的焊入式套筒形式的特定辅助部件。

根据现有技术的这种连接方式见图1中所示。一种焊入式套筒1是一个基本上呈圆筒状的元件，其具有一个均等直径的中心孔2。中心孔2配有内螺纹3。该焊入式套筒1以一个端侧贴靠在塔体壁T上，并通过焊缝4而与塔体壁T相焊接起来。这种焊接是利用材料引入例如经过一种焊丝予以实现的。在焊入式套筒1的对置于焊缝4的端侧上，可利用螺钉S将一个角件W固定在第一个股部上，在角件的第二个与第一个股部基本上成直角的股部上安置一个附件例如平台P，并且附件以合适的方式例如焊接、螺钉连接、铆接等与角件W相连。

这种结构型式具有的优点在于：特别是高峰负荷(其施加在附件例如平台P上并且从该平台出发经过连接结构而被导入到塔体壁T中)而不是完全施加在塔体壁T上，而是通过角件W的柔性加以减弱和抵消。如此在焊缝4上所产生的塔体壁T的减弱比起下述情况要较小：在此情况下例如将平台P直接地与塔体壁T焊接起来。

这种结构已在实用中证明是可靠的，并且根据DIN允许为了塔体壁的在焊缝4的连接点上的破裂而设定应力集中级(Kerbfallklasse)90。

按较新的发展则已表明：这种设定是难以施行的，特别在一个新的欧洲标准即标准EN 1993-1-9中规定了修改。在该标准中的表8.4中调整了最后一行：在这种连接条件下不再以应力集中级90计算，而是常规地应以应力集中级80计算。然而这带来的后果是：在设计风能设备的塔体时，塔体壁T应相对地在尺寸上设计得较厚一些，借以解决上面所指出的后果和缺点。上述的欧洲标准允许以一个更好的应力集中级进行计算，只要实际上能够证明这样一应力集中级的话。这样一个应力集中级只在下述条件下才能得到证明：与塔体内壁经过相应的辅助部件相连的附件的负荷、特别是高峰负荷的引入可以被更好地拦截，并且该负荷不会被引入到塔体壁中或不被引入到焊缝4的连接部位中。

发明内容

相应地说，本发明的任务是提供一种具有权利要求1的前序中所述特征的辅助部件，这种辅助部件可以实现所述辅助部件和塔体壁之间存在的焊接部位的负荷减小，从而可使该连接点归类在一个更高的应力集中级上。

已经证明：上述任务可以通过一种具有权利要求1中所述的特征的辅助部件加以解决，所述辅助部件用来将附件固定在风能设备的塔体的金属塔体内壁上。这种辅助部件的一些有利的发展均见从属的专利权利要求2至6中所述。最后在权利要求7中提出一种风能设备的经过改进的塔体，在该塔体的内壁上焊接上了至少一个根据本发明的辅助部件。

本发明的基本认识在于：通过根据本发明的辅助部件，柔性地吸收特别是产生的高峰负荷并且阻碍这些高峰负荷引入到与塔体内壁的焊接部位，前提条件是：在辅助部件的待被焊接在塔体内壁上的第一端侧的区域内，所述辅助部件在横断面上所具有的总材料厚度小于在一个朝向第二端侧的方向推移了的横断面中的总材料厚度。

由于总材料厚度的这种减小，使得在与塔体内壁相连接的范围内的辅助部件造成有目的的减弱，这种减弱赋予所述辅助部件一定程度的柔性，使之能吸收或缓冲特定的高峰负荷，从而使这些高峰负荷不被引入到处于辅助部件和塔体内壁之间的焊接部位中。这样，就使得塔体内壁在焊接部位区域内的负荷或焊接部位本身的负荷减小，从而可达到提高乃至改善实际的应力集中级的目的。在相应的设计时，发明人已证明：可以考虑代替按欧洲标准正常要求的应力集中级80进行计算，改用一个应力集中级90为与塔体内壁的焊接部位进行计算。相应地，塔体壁的厚度可设计得较小一些，与之相关联的优点是节省材料，从而可降低制造成本。

在此辅助部件可以具有任一可行的形状，它可以是不同于现有技术中不是构成为套筒状的，而是基本上为实心的或者配有从一端侧或两个端侧出发加设的盲孔。辅助部件的外径可以贯通地保持一致，所述辅助部件也可以圆筒状的；其外直径也可以是变化的，例如具有一个错位。仅仅重要的是：与在第一端侧范围内的横断面中总的材料厚度相比，朝向第二端侧的方向有一个横断面，该横断面具有的总材料厚度大于第一端侧的横断面范围内的总材料厚度。

待固定的附件都可按任意方式固定在辅助部件上。这些附件既可以直接地安装在辅助部件上，也可经过安置在其间的元件如现有技术中所用的角钢而安置在辅助部件上。本身应固定在辅助部件上的那个部分可以用螺钉与所述辅助部件相连，或用焊接或其它方式与之相连。

为了保证与迄今作为标准部件使用的焊入式套筒和其它用于附件安装的连接元件的兼容性，优选将根据本发明的附件尽可能地与已知的焊入式套筒相协调地加以设计。因此，可特别将外部尺寸从第一端侧至第二端侧贯通地保持相同，该辅助部件可以具有一个贯通的纵向孔。该纵向孔有利地在第一端侧的一个区域内配有一个有扩大直径的区段。该扩大的直径特别有利地是在辅助部件的作为从第一端侧至第二端侧的距离测量的总长度的至少三分之一上延伸。通过在第一端侧的区域内的扩大的孔的这一相当长的引导，便获得所希望的附加的柔性以特别可靠地用于缓冲高峰负荷。

在第二端侧上，根据本发明的辅助部件可以有利地具有内螺纹，在此内螺纹中可以引入一个适用于这种连接技术的螺钉。

附图说明

本发明的其它优点和特征均见下面参照附图就一个实施例所作的说明。附图表示：

图1一种辅助部件的结构示意图，所述辅助部件用来将一个附件固定在一种风能设备的塔体的内壁上，配有根据现有技术的焊入式套筒；

图2以一个可与图1相比的示意图表示这样一种结构，其配有根据本发明的一个可行设计的辅助部件；

图3以示意图表示如图2所示的一种根据本发明的辅助部件的壁部，包含尺寸标注及在一个塔体内壁上的固定措施；并且

图4根据本发明的辅助部件在风能设备的塔体内壁上的设置的其它设计可能性。

具体实施方式

文首已就现有技术所讨论的图1表示在塔体上的已知连接方式。图2和3表示对于根据本发明的一种辅助部件的第一实施例，在图4中示出其它可行的变体。

在图2和3中所示根据本发明的一种辅助部件10的第一实施例，基本上是与从现有技术所知的焊入式套筒1相似地加以设计成形的。辅助部件10基本上是设计呈圆筒状的，其具有一个在横断面上优选呈圆形的外部轮廓。它具有沿其长度一致的外部尺寸，以及一个在内部沿辅助部件10的纵向被引导的中心孔。在第一端侧(在该端侧上辅助部件10经过一个焊缝4而与塔体壁T相连，或在尚未安装的状态中该端侧规定用于这种类型的连接)的这一侧，中心孔12在一个区段14中设有扩大部并且在此也具有一个较大的直径。这样，壁部15在这一区段中相对于该区段外部的厚度被减弱了，即其厚度减小了。在一个横断面中的壁部的总厚度也就小于在一个朝向辅助部件10的对置于第一端侧的端部方向推移的区域的横断面中的厚度，中心孔12在此区域中具有较小的直径。

在对置于第一端侧的第二端侧的区域中，中心孔12配有一个内螺纹13，以用于旋入一个亦如现有技术中所用的螺钉S。

焊缝4在外面围绕着辅助部件10的外壁延伸，该焊缝是按照一种传统的焊法利用材料嵌入方式(例如利用焊丝)形成的。

图2中示出根据本发明的辅助部件10，其具有一种可与现有技术相比的结构，配有一个拧接在辅助部件10上的角件W和安置在角件上的平台P。当然，在这里也可选择其它固定方法。重要的是，通过第一端侧区域中辅助部件10的材料的有目的的减弱，在连接结构中就创造了较高的柔性，这种柔性可减小风暴旋涡(Sturmschale)中的刚度突变，从而确保划归到更高的应力集中级。

在图3中以放大示意图仅绘示出根据本发明的辅助部件10的壁部15的一个区段，表明所述辅助部件在一个焊缝4的情况下是如何固定在塔体壁T上的。在图中绘入了作为参数的不同尺寸，辅助部件10的总长度为L，有扩大的中心孔的区段的长度为l。此外还绘入了在有未扩大的中心孔的区域中的壁部厚度D，以及在有扩大的中心孔的区域中减小的壁部厚度d。

在一个实施例中，可用的辅助部件10的总长度例如为35mm，具有扩大中心孔的区段的长度l为15mm。在横断面上呈圆形的辅助部件10的外径为30mm，在与焊缝4相对置的一端的区域内在未扩大的中心孔内配置了一个内螺纹M16。壁部厚度D至此大致为7mm，被减小的壁部厚度d在本实施例中被确定为5mm。

这些标记的尺寸和值当然都可根据使用目的来加以调整。

最后在图4中示出用于根据本发明的辅助部件20、30和40的其它实施例，表示它们是如何经由焊缝4固定在一个塔体内壁T上的，这些焊缝也是利用一种传统的焊法以材料引入方式予以形成的，它们在外面围绕有关辅助部件20、30、40的外壁延伸。所有在这里示出的其它辅助部件20、30和40都有一个安置在背向塔体壁的第二端侧上的、配有内螺纹3的孔。在此内螺纹上可按常规方式旋上螺钉。

此外，所有示出的辅助部件20、30和40都在经由焊缝4固定在塔体壁T上的第一端侧上有一个横断面，其与一个朝向第二端侧的方向推移的比较横断面相比具有较小的总材料厚度，因而在这个区域内具有提高的柔性。在一个辅助部件20的实施例中，是通过减小外径的方法而获得这种材料减薄的，而辅助部件30是与辅助部件10很相似地加以设计的。在辅助部件30中，仅仅在内部的孔是不贯通的。辅助部件40具有一个朝向第一端侧增大的外径，不过在该第一端侧的区域内配有一个显著扩大的中心孔，从而在这里也可获得材料减薄的结果，材料减薄导致柔度的提高。

从原则上说，还可考虑其它实施形式。当然可优选选择辅助部件10的实施形式，特别是因为它的制造容易而且简单。在加工出纵向孔之后，该纵向孔只在第一端侧的这侧上在仅仅一个的加工步骤中加以扩大，典型的做法是按一种切屑过程例如通过钻削或车削予以实现。

改变外径，如辅助部件20和40所要求的，会造成较高的加工费用。

从上面关于一些实施例的说明中也可再一次看出：利用根据本发明辅助部件和与之相关联地能够减小与塔体内壁的连接点的刚度和从而减小特别是冲击负荷或高峰负荷的导入，在塔体壁的设计和确定尺寸方面以及特别在确定壁厚方面有一个很明显的优点，那就是可以节省材料并且也以其它方式在经济上体现出来。

附图标记清单

1   焊入式套筒

2   中心孔

3   内螺纹

4   焊缝

10  辅助部件

12  中心孔

13  内螺纹

14  区段

15  壁部

20  辅助部件

30  辅助部件

40  辅助部件

d   减小的壁厚

D   壁厚

l   配有扩大的中心孔的区段的长度

L   总长度

P   平台

S   螺钉

T   塔体壁

W   角件

Claims (7)

1.辅助部件，其用于将附件(P)固定在风能设备的塔体的金属塔体内壁(T)上，所述辅助部件包含规定用于焊接在塔体内壁(T)上的第一端侧和与第一端侧相对置的、用于固定附件(P)的第二端侧，其特征在于：所述辅助部件在第一端侧的区域内在横断面上具有一个总的材料厚度，该总的材料厚度相比于在朝向第二端侧的方向推移的横断面上的总的材料厚度是减小的。

2.按权利要求1所述的辅助部件，其特征在于：所述辅助部件从第一端侧至第二端侧通贯地具有一致的外部尺寸，并且所述辅助部件具有一个从第一端侧出发沿纵向引入到材料中的孔(12)。

3.按权利要求2所述的辅助部件，其特征在于：所述辅助部件是设计成套筒形的，其设有一个从第一端侧至第二端侧通贯的纵向孔(12)，该纵向孔在第一端侧的区域内具有一个具有扩大直径的区段(14)。

4.按权利要求3所述的辅助部件，其特征在于：纵向孔(12)的具有扩大直径的所述区段(14)在辅助部件(10)的作为从第一端侧至第二端侧的距离测量的总长度(L)的至少三分之一上延伸。

5.按以上权利要求中任一项所述的辅助部件，其特征在于：所述辅助部件在第二端侧具有内螺纹(13)。

6.按以上权利要求中任一项所述的辅助部件，其特征在于：所述辅助部件是圆筒状的。

7.风能设备的具有金属塔体内壁(T)的塔体，其特征在于：按权利要求1至6中任一项所述的至少一个辅助部件(10，20，30，40)以其第一端侧通过焊接固定在塔体内壁(T)上。

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