CN102224341B - 制造风力涡轮机塔架结构的方法 - Google Patents

Abstract

一种制造管状风力涡轮机塔架结构的方法，包括以下步骤：在可移动风力涡轮机塔架结构生产设施处提供多个管状塔架结构子区段；以及将所述多个管状子区段焊接到一起，以形成所述管状风力涡轮机塔架结构。藉此，可实现风力涡轮机塔架结构的合理生产同时利于塔架材料的公路运输。

Description

制造风力涡轮机塔架结构的方法

技术领域

本发明涉及制造用于风力涡轮机的塔架结构的方法以及风力涡轮机塔架结构生产设施。

背景技术

常规地，当构造风力涡轮机时，钢塔架区段在工厂被制造，且每个完成后塔架区段被运输到要装配风力涡轮机的现场。于是，多个塔架结构可组装到彼此的顶部上，以形成风力涡轮机塔架。

对于用于陆基以及近海装配现场的具有更高容量的风力涡轮机的增加需求导致需要具有比当前使用的塔架具有更高结构强度的风力涡轮机塔架。

对于管状风力涡轮机塔架，这种更高结构强度可通过增加塔架的壁厚和/或直径来实现。这使得难以运输塔架区段，尤其是用于风力涡轮机塔架的管状底座区段，因为塔架区段由于增加的壁厚或由于超过基础设施所施加物理限制（例如，在桥下面或隧道中的间隙）的直径往往变得太重。

为了克服该问题，US2006/0272244公开了一种方法，其中可沿着竖直线分流风车的更宽区段，藉此可在长度上平放得到外壳区段，其中负载高度适于运输。随后，US2006/0272244公开了一种该运输问题的解决方案，其显示为尤其合适，尤其在一个或数个风力涡轮机在现场被装配的情形中。

然而，期望的是，具有提供塔架的更合理方法，尤其是当要装配较大数量的风力涡轮机时。

发明内容

鉴于前述，本发明的目标在于解决上述问题中的至少一个或至少部分地减少上述问题。具体地，目标在于提供一种在要装配较大数量的风力涡轮机时提供塔架的更合理方法。

根据本发明的第一方面，提供一种制造风力涡轮机塔架结构的方法，包括以下步骤：在可移动风力涡轮机塔架结构生产设施处提供多个管状塔架结构子区段；以及将所述多个管状子区段焊接到一起，以形成所述风力涡轮机塔架结构。

在本发明的上下文中，术语“风力涡轮机塔架结构”应当被理解为包括可用于支承风力涡轮机的转子和叶片的各种塔架结构，例如整个塔架、用于锚定风力涡轮机的管状支承结构（这种塔架结构常常称为“单桩”）或整个“单件”风力涡轮机塔架。

本发明基于如下认识：通过在不必要任何进一步公路运输的位置提供塔架结构制造设施，可合理实现具有大直径管状塔架结构的风力涡轮机的装配，从而在装配现场提供塔架结构，所述装配现场可以是近海装配现场或陆基装配现场。

藉此，可实现塔架的合理生产，同时至少有利于用于塔架结构的材料的公路运输。

通过将管状子区段焊接到一起，可减少所需的人工劳动力的量，这使得与根据现有技术的现场组装相比能够成本有效地制造塔架结构。

此外，被提供在可移动塔架结构生产设施处的管状子区段可有利地直立在合适车辆（例如，用于公路运输的拖车）上被运输到设施。

“直立”在此应当被理解为，在出现运输时管状子区段的底部面向车辆的拖箱。

一般而言，对于公路运输，可运输的物品尺寸通常受装载车辆的总高度限制（由于隧道等等）。通过运输直立的管状子区段以及通过取决于从工厂到可移动设施的路线属性选择管状子区段的高度，与子区段被平放运输相比，可运输更大直径的子区段。

此外，当所有风力涡轮机塔架结构在具体现场被完成之后，可移动生产设施可再定位到其它现场。可移动生产设施因此提供可定位在需要附加制造能力的地点的柔性制造设施。这可以是十分有利的特征，因为风力涡轮机的位置常常可被政策明确和/或在计划阶段中经受变化。

管状子区段可以是圆柱体或锥形形状。

提供管状子区段的步骤可包括，例如针对每个管状子区段提供钢板；在轧机中轧制所述钢板，以弯曲所述钢板使得所述钢板的两端彼此面向；以及将钢板彼此面向的两端焊接到一起，藉此形成所述管状子区段。

通过在可移动生产设施处制造管状子区段，可有利于将未加工材料任何公路运输到可移动生产设施。具体地，钢材的公路运输需要比管状子区段的公路运输更少的车辆以及更不复杂的路线规划。此外，可形成更高的管状子区段，其可进一步合理化底座部分（以及塔架的其它区段）的生产。

此外，钢材可被选择成具有标准宽度，例如3米，这意味着钢材实际上可通过任何钢材供应商来供应。藉此，可独立于永久塔架结构工厂的存在来生产塔架结构。本发明的本实施例的该特征可极大地改进风力涡轮机塔架结构生产的可用性和效率，尤其用于远离永久塔架结构工厂的装配现场。

此外，焊接多个管状子区段的步骤可包括以下步骤：将第一管状子区段的顶端设置成邻近于第二管状子区段的底端；以及在所述第一和第二管状子区段之间提供圆周焊缝。

还可有利的是在风力涡轮机塔架结构从可移动生产设施移动到装配现场之前将任何安装件配合到风力涡轮机塔架结构中，藉此减少在装配现场所需的工作。为了利于运输完成后风力涡轮机塔架结构，根据本发明的方法还可包括步骤：将塔架结构设置在可移动生产设施可从该设施外部进入的一部分上，以使得能够将塔架结构运输到其装配现场。

根据本发明的第二方面，提供一种可移动风力涡轮机塔架结构生产设施，其包括：用于将多个管状子区段焊接到一起的第一焊接工位，以形成风力涡轮机塔架结构。

第一焊接工位可有利地包括支承结构，用于支承第一和第二管状子区段使得所述第一管状子区段的顶端面向所述第二管状子区段的底端；以及焊接配置，用于提供将第一管状子区段的顶端结合第二管状子区段的底端的圆周焊缝。

此外，可移动风力涡轮机塔架结构生产设施可包括：轧机；第二组焊接工位；和/或用于表面处理的格间。

鉴于在装配现场针对给定安装的具体环境，根据本发明的可移动风力涡轮机塔架结构生产设施可被提供为陆基设施或浮式设施。对于用于近海风力涡轮机或用于接近停泊现场的合适陆基风力涡轮机的装配现场，可优选是浮式可移动风力涡轮机塔架生产设施；而陆基可移动风力涡轮机塔架结构生产设施可能是这种装配现场的选择，该装配现场远离合适停泊现场和/或接近永久塔架结构生产设施。

可移动风力涡轮机塔架结构生产设施可有利地以驳船或自推进船舶的形式被提供，其尤其可适用于处理整个塔架生产，即从钢板到完成后塔架结构，这是由浮式设施能够支承用于这种生产流所需的通常十分沉重轧机的内在能力引起的。

在另一方面，可移动陆基风力涡轮机塔架结构生产设施可有利地包括一个或数个拖车，其可在甚至更大数量的位置装配，与是否存在合适停泊现场无关。

根据上述可移动浮式风力涡轮机塔架结构生产设施的实施例，其可有利地包括工人屋，藉此该设施的定位实际上与附近是否存在任何陆基设施无关。

其它目标、特征和优势从下述详细说明、从所附独立权利要求以及从附图将显而易见。

附图说明

本发明的上述目标、特征和优势以及其它目标、特征和优势通过本发明优选实施例的下述描述性且非限制的详细描述结合附图将被更充分地理解，在附图中相同的附图标记将用于指代相似的元件，在附图中：

图1示意性地描述了示例性近海风力涡轮机现场；

图2示意性地描述了可移动浮式风力涡轮机塔架结构生产设施的实施例；

图3是流程图，示意性地描述了根据本发明的在图2中的设施中制造风力涡轮机塔架结构的方法实施例；

图4示意性地描述了可移动陆基风力涡轮机塔架结构生产设施的实施例；以及

图5是流程图，示意性地描述了根据本发明的在图4中的设施中制造风力涡轮机塔架结构的方法实施例。

具体实施方式

图1示意性地描述了近海风力涡轮机现场100，其包括多个风力涡轮机102。每个风力涡轮机102包括转子104，其配置有一组叶片106。转子设置在风力涡轮机塔架107的顶部上，所述风力涡轮机塔架107位于紧固到海床的基座（未示出）上。基座例如以另一塔架结构（所谓的“单桩”）的形式被提供。在风吹动时，叶片106使得转子104旋转。转子104驱动发电机（设置在壳体108中），藉此产生能量。图2示意性地描述了可移动浮式风力涡轮机塔架结构生产设施200，其在此是具有开放式存放甲板201和生产甲板202的驳船，其中制造设施位于开放式存放甲板201下方。

在此，制造设施包括轧机204、用于形成管状子区段的焊接工位206、用于结合多个管状子区段以形成管状塔架结构的焊接工位208（在当前描述的情形中，用于组装的管状塔架区段在装配现场形成完成的塔架）、以及用于表面处理的格间210。此外，一组吊车212被提供，用于在工位之间运输物品。

虽然在图2中未明确地描述，但是生产设施200还可包括准备件，用于将连接器（例如，凸缘）附连到塔架区段，以使得在装配现场实现最后组装。

通常，这种连接器可在用于结合管状子区段的同一焊接工位208被焊接到塔架区段。

装卸舱口214设置在甲板201中，以使得能够将完成后的塔架区段从生产甲板202移动到甲板201上方的区域。可移动浮式生产设施还可包括工人屋214。

当要在近海风力涡轮机现场（或陆基现场）装配新的风力涡轮机组时，驳船可被牵拉到附近海港，以使得能够进行风力涡轮机塔架至少不适合公路运输的区段的本地制造。

根据本发明制造风力涡轮机塔架结构的方法实施例现将参考图2和3被描述。

首先，在步骤301，钢板216例如通过公路运输被提供给可移动浮式塔架生产设施200。于是，钢板被装载到位于甲板下方的生产设施中。

在步骤302，钢板216被提供给轧机204。轧机204轧制钢板216且生产具有大致360°曲率的轧制钢板218。

然后，轧制钢板218借由一个吊车212移动到焊接工位，在该焊接工位在步骤303，纵向焊缝220被提供，以形成管状子区段。

接着，管状子区段通过一个吊车212移动到另一焊接工位，在此在步骤304，多个管状子区段被焊接到一起以形成如下的管状塔架结构224。这可通过将第一管状子区段222a和第二管状子区段222b端部对端部设置来实现。支承结构226通常配置成允许第一和第二子区段的同步旋转。藉此，可提供圆周焊缝，从而将第一管状子区段222a和第二管状子区段222b焊接到一起。

接下来，附加管状子区段可被添加（一个接一个地）并且焊接到最新附连的管状子区段，直到实现完成的塔架结构为止。在此，九个管状子区段形成塔架结构。然而，要认识到的是，取决于塔架结构的类型和风力涡轮机的属性，形成塔架结构的管状子区段的数量可变化。

随后，完成后管状塔架结构224被移动到表面处理隔间210，在此在步骤305，该完成后管状塔架结构224被喷漆以提供防腐蚀。然而，其它类型的表面处理也是可能的。

于是，完成后塔架结构可移动到在开放式存放甲板201上的区域中，在此在步骤306，任何需要的安装件可被配合到塔架区段内部。这通常可包括扶梯区段、工作平台、灯光和线缆固定件。这类安装件通常被称为“内部构件”。

最后，在步骤307，管状塔架结构可装载到船上，用于运输到近海风力涡轮机现场。

如果完成后风力涡轮机塔架从塔架区段现场组装，那么上部区段可在常规工厂制造，因为这种区段的较小尺寸和较低重量可允许常规公路运输。然而，要认识到的是，上部区段还可在可移动浮式生产设施处被制造。

还要注意的是，完成后塔架可在可移动浮式生产设施200处被制造并且以单件运输到装配现场。该过程对于近海装配现场可能是尤其有利的。

现已经参考图2和3描述了可移动浮式风力涡轮机塔架结构生产设施和适用于该设施的制造方法的示例性实施例，因此现将参考图4和5来描述可移动陆基风力涡轮机塔架结构生产设施和适用的制造方法的示例性实施例。

图4示意性地描述了可移动陆基风力涡轮机塔架结构生产设施400，其包括工作平台401，所述工作平台由两辆拖车402a-b形成，所述拖车已经被运输到在风力涡轮机装配现场附近的位置并且如图4所示端部对端部地设置。如本领域技术人员将理解的，工作平台401可由与图4所述不同地设置的拖车形成，和/或使用被运输到该位置的其它专用材料。

在工作平台401上，焊接工位403和支承结构404a-b被提供，用于结合多个管状子区段405（它们中仅一个在此用附图标记示出）以形成管状塔架结构406（在当前描述的情形中，用于组装以在装配现场形成完成后塔架的管状塔架区段），还提供用于表面处理的格间407。此外，吊车408被提供，用于将物品从用于运输管状子区段404的车辆409移动到生产位置和工作平台401。相同吊车408或者其它吊车（在图4中未示出）可用于将塔架结构405从工作平台401移动到用于表面处理的格间407。

虽然在图4中未明确地描述，但是生产设施400还可包括准备件，用于将连接器（例如，凸缘）附连到塔架区段，以使得在装配现场实现最后组装。

通常，这种连接器可在用于结合管状子区段404的同一焊接工位403被焊接到塔架区段。

如图4示意性地描述，较大直径的管状子区段404直立在拖车409的拖箱上被运输到生产设施位置。藉此，车辆的高度以及长度可适于在制造管状子区段404的工厂与装配现场（更精确地，可移动生产设施400的位置）之间的可用路线。这类运输和可移动生产设施400实现的合理焊接相结合，实现制造用于较大直径风力涡轮机塔架结构的更合理塔架结构。根据本发明当前实施例的可移动生产设施准备件使得这类经济可行的运输在本发明人看来是重要且创新的。

现将参考图4和5来描述根据本发明的制造风力涡轮机塔架结构的方法实施例。

首先，在步骤501，管状子区段404直立在拖车409上被提供给可移动塔架生产设施400。管状子区段405被吊车408移动到工作平台401。

在步骤502，多个管状子区段405被焊接到一起，以形成管状塔架结构406。这可通过将两个管状子区段端部对端部设置并接着用圆周焊缝结合子区段来实现。为此，支承结构404a-b可配置成允许要结合的两个子区段同步旋转。

接下来，附加管状子区段可被添加（一个接一个地）并且焊接到最近附连的管状子区段上，直到实现完成后塔架结构为止。在此，十四个管状子区段405形成塔架区段406。然而，要认识到的是，取决于塔架结构的类型和风力涡轮机的属性，形成塔架结构的管状子区段的数量可变化。

随后，完成后管状塔架结构406移动在表面处理格间407中，在此在步骤503，所述完成后管状塔架结构被喷漆以提供防腐蚀。然而，其它类型的表面处理也是可能的。替代性地，管状子区段405可被部分预喷漆且仅在可移动陆基生产设施400处被最后“补漆”。

最后，在步骤504，任何需要的安装件可被配合到塔架区段内部。这通常可包括扶梯区段、工作平台、灯光和线缆固定件。这类安装件通常被称为“内部构件”。

如果完成后风力涡轮机塔架从塔架区段现场组装，那么可在常规工厂制造上部区段，因为这种区段的较小尺寸和较低重量可允许常规公路运输。然而，要认识到的是，上部区段还可在可移动浮式生产设施400处被制造。

已经在上文参考数个实施例主要描述了本发明。然而，如本领域技术人员容易理解的，除了上述公开实施例以外的其它实施例等价地可能落入由所附权利要求书限定的本发明的范围内。

例如，虽然在本详细说明中描述为驳船的形式，但是可移动浮式风力涡轮机塔架结构生产设施可良好等同地是自推进船舶。此外，完成后塔架结构可从浮式生产设施移动到装配现场或者到可位于沿岸或近海临时存放设施。可在这种临时存放设施执行各种生产步骤，例如将内部安装件配合到塔架结构内部。此外，关于图3描述的步骤可使用合适可移动陆基生产设施来实施，而关于图5描述的步骤可使用合适可移动浮式生产设施来实施。

Claims (15)

1.一种制造管状风力涡轮机塔架结构的方法，包括以下步骤：

在可移动风力涡轮机塔架结构生产设施处提供多个管状塔架结构子区段；

其中，所述提供多个管状塔架结构子区段的步骤包括将管状塔架结构子区段直立在车辆上运输到可移动风力涡轮机塔架结构生产设施，或在可移动风力涡轮机塔架结构生产设施处制造管状塔架结构子区段；以及

将所述多个管状塔架结构子区段焊接到一起，以形成所述管状风力涡轮机塔架结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将多个管状塔架结构子区段焊接到一起的步骤包括下述步骤：

将第一管状子区段的顶端设置成邻近于第二管状子区段的底端；以及

在所述第一和第二管状子区段之间提供圆周焊缝。

3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括步骤：表面处理塔架结构。

4.根据权利要求1或2所述的方法，还包括步骤：将安装件配合到塔架结构中。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述提供多个管状塔架结构子区段的步骤包括，对于每个管状塔架结构子区段：

提供钢板；

在轧机中轧制所述钢板，以弯曲所述钢板使得所述钢板的两端彼此面向；以及

将钢板彼此面向的两端焊接到一起，藉此形成所述管状塔架结构子区段。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述可移动生产设施是可移动浮式生产设施。

7.根据权利要求1或2所述的方法，还包括下述步骤：

将管状塔架结构设置在可移动生产设施可从该设施外部进入的一部分上，以使得能够将管状塔架结构运输到其装配现场。

8.一种可移动风力涡轮机塔架结构生产设施，包括：

第一焊接工位，用于将多个管状子区段焊接到一起以形成风力涡轮机塔架结构；以及

轧机和第二焊接工位，用于形成所述管状子区段。

9.根据权利要求8所述的可移动风力涡轮机塔架结构生产设施，其特征在于，所述第一焊接工位包括：

支承结构，用于支承第一和第二管状子区段使得所述第一管状子区段的顶端面向所述第二管状子区段的底端；以及

焊接配置，用于提供将第一管状子区段的顶端结合第二管状子区段的底端的圆周焊缝。

10.根据权利要求8或9所述的可移动风力涡轮机塔架结构生产设施，其特征在于：

所述轧机用于轧制钢板以弯曲所述钢板，使得所述钢板的两端彼此面向；并且

所述第二焊接工位用于将钢板彼此面向的两端焊接到一起，藉此形成管状子区段。

11.根据权利要求8或9所述的可移动风力涡轮机塔架结构生产设施，还包括：

格间，用于所述塔架结构的表面处理。

12.根据权利要求8或9所述的可移动风力涡轮机塔架结构生产设施，还包括塔架结构移动配置，用于将完成后塔架结构移动到可从可移动风力涡轮机塔架结构生产设施外部进入的位置，以使得能够将塔架结构从可移动风力涡轮机塔架结构生产设施运输到装配现场。

13.根据权利要求8或9所述的可移动风力涡轮机塔架结构生产设施，其特征在于，所述可移动风力涡轮机塔架结构生产设施是浮式可移动风力涡轮机塔架结构生产设施。

14.根据权利要求13所述的可移动风力涡轮机塔架结构生产设施，其特征在于，所述移动配置包括吊车，用于将所述完成后塔架结构从生产甲板提升到开放式存放甲板。

15.根据权利要求8或9所述的可移动风力涡轮机塔架结构生产设施，其特征在于，所述可移动风力涡轮机塔架结构生产设施是陆基可移动风力涡轮机塔架结构生产设施。

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