CN102454558B - 具有塔架支承系统的陆上风力涡轮机 - Google Patents

具有塔架支承系统的陆上风力涡轮机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有塔架支承系统的陆上风力涡轮机，具体而言，一种风力涡轮机包括具有任何形式的相关功率发生设备的机舱。机舱安装在塔架的顶上，塔架具有构造成支承在地平面基础上的底座端。塔架支承系统提供了对塔架的支承，且包括轴向延伸的圆周套筒，圆周套筒环绕塔架安装在底座端和机舱之间的位置处。多个支承腿环绕所述套筒设置，各支承腿均具有第一端和相反的脚端，第一端刚性地附接至套筒，脚端构造成安装至地平面基脚。支承腿从套筒以长度且以相对于塔架的纵向轴线的锐角延伸，以便环绕塔架的周界提供设计程度的竖向和横向支承。

Description

具有塔架支承系统的陆上风力涡轮机
技术领域
本发明总体涉及风力涡轮机的领域，且更具体地，涉及用于陆上风力涡轮机塔架的底座支承系统。
背景技术
在兆瓦特范围中的现代陆基(“陆上”)风力涡轮机已经日益变得更强有力且对应地变得更大。支承这些风力涡轮机的功率发生构件的塔架在高度上可远超过60米。例如，GE风能公司提供了2.5MW的风力涡轮机，其具有75米、85米和100米的标准的可供轮毂高度。具有超过100米的轮毂高度的更大的风力涡轮机正变得更常见。
这些大型风力涡轮机的塔架结构可以是巨大的，尤其是在塔架的底座部处，其中，为实现设计的塔架支承标准而需要极大的基底面和重量。就这点而言，塔架对制造、运输和安装正日益变得更昂贵。在许多情况下，较低的塔架部段的尺寸在场所选择和塔架部段至场所的运输中是限制因素。例如，塔架部段不能超过对于铁路运输和卡车运输的当地管辖权的最大尺寸和重量限制。
因此，该行业将从改进的塔架结构中受益，其能够在极大的轮毂高度处支承更大的涡轮机，而没有传统塔架的尺寸、重量和成本问题。
发明内容
本发明的方面和特征将在以下描述中被部分阐述，或可从说明书中显而易见，或可通过实践本发明而获悉。
根据本发明的多个方面，风力涡轮机设有安装在塔架顶上的机舱。机舱构造成具有任何形式的风力涡轮机功率发生构件。塔架具有底座端，其构造成支承在任何形式的合适的地平面基础上。为塔架提供了一种支承系统，其允许减少塔架的较低部段的重量和直径。支承系统包括轴向延伸的圆周套筒，其环绕塔架在底座端和机舱之间的预定位置处安装，例如在从底座测得的塔架高度的大约25％至大约75％之间。多个支承腿具有第一端和相反的脚端，第一端刚性地附接至套筒，脚端构造成安装至任何形式的合适的地平面基脚。支承腿具有长度和相对于塔架的竖直轴线的延伸角，以便环绕塔架周界提供竖直和横向支承。
在一个独特的实施例中，套筒通过涂敷在套筒和塔架之间的一层粘接复合材料被安装至塔架。该复合物可例如是水泥浆、水泥、环氧树脂等等。
支承腿可以是管状部件，其围绕套筒均等地周向隔开，且支承腿的第一端永久地附接至套筒。在一个备选的实施例中，支承腿的第一端机械地紧固至套筒且可从套筒松开。例如，第一端可在相应的阳柱上滑动且附接至阳柱，阳柱附接至套筒。
在一个实施例中，套筒可整体地形成单一的环部件，其在风力涡轮机的竖立期间在塔架的部段上滑动。在一个备选的实施例中，套筒可由多个节段限定，多个节段环绕塔架接合在一起，且各个节段具有永久性或可松开地附接至其上的至少一个支承腿。
支承系统提供了塔架的底座部段的重量和基底面面积的减少。就这点而言，塔架可为管状部件，其从套筒位置至底座端具有大致固定的直径，且从套筒至底座端还可具有大致固定的每单位长度的质量。
在一个特定实施例中，支承腿在尺寸和环绕塔架的周界的延伸角上可变化，以适应环绕塔架的不平坦的地面地形或任何其它因素。
本发明还包括了用于风力涡轮机塔架的支承系统，其具有轴向延伸的圆周套筒，圆周套筒具有设计的尺寸，以便在限定的高度处环绕风力涡轮机塔架装配。多个支承腿具有第一端和相反的脚端，第一端刚性地附接至套筒，脚端构造成安装至地平面基脚。支承腿具有延伸长度和相对于竖直的角度，以便当支承系统构造在风力涡轮机塔架上时提供竖直和横向的支承。
塔架支承系统可具有以上所述特征的任何组合。
参考以下说明和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在该说明书且构成说明书的一部分的附图图示了本发明的实施例，且连同描述被用来解释本发明的原理。
附图说明
针对本领域技术人员的本发明的完整和能够实行的公开(包括它们的最佳模式)在参考附图的说明书中被阐述，在其中：
图1是具有根据本发明的多个方面的塔架支承系统的风力涡轮机的透视图；
图2是塔架支承系统的部分的实施例的透视图。
图3是图2的实施例的透视性构件视图。
图4是沿着在图2中的指示的线所取的塔架支承系统的横截面视图；以及
图5是将支承腿附接至套筒部段的一个实施例的透视图。
零部件列表
10风力涡轮机
12塔架
14机舱
16叶片
18转子轮毂
20底座端
22地平面基础
24塔架支承系统
26套筒
28支承腿
30第一端
32脚端
33凸缘
34地平面基脚
35螺栓孔
36延伸角
37延伸角
38长度
40管状部件
42塔架轴线
44粘接构件
46阳柱
48螺栓孔
50环部件
52套筒节段
54凸缘
56螺栓
58塔架直径
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，它们中的一个或多个示例被图示在附图中。各个示例作为本发明的解释而非本发明的限制。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是在本发明中可做出各种改型和变型，而不脱离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施例的部分而被图示或描述的特征可与另一个实施例一起使用以产生又一个实施例。因而，本发明意图包括落在所附权利要求书和它们的等同物的范围内的此类改型和变型。
图1图示了传统构造的风力涡轮机10。风力涡轮机10包括具有安装在其上的机舱14的塔架12。多个涡轮机叶片16被安装至转子轮毂18，转子轮毂18又连接至主凸缘，主凸缘转动在机舱14内的主转子轴。该风力涡轮机功率发生和控制构件容纳在机舱14内。仅出于图示的目的而提供了图1的视图，以将本发明置于示例性的使用领域中。应该理解的是本发明并不限于任何特定类型的风力涡轮机构造。
图1还图示了根据本发明的多个方面的塔架支承系统24的一个实施例。支承系统24包括轴向延伸的圆周套筒26，其环绕塔架12被安装在塔架的底座端部段20和机舱14之间的预定位置处。套筒26的位置将随着许多变量变化而变化，包括塔架12的总高度、塔架12支承的重量、在具体陆上场所处的塔架12的位置等等。在一个特定的实施例中，套筒26位于如从底座端20的底部测得的塔架12的高度的大约25％至大约75％之间的高度处。例如，套筒26可安装在塔架12上，在大约是塔架高度的大约50％的位置处。
相对于套筒26而构造多个支承腿28，且各个腿28均具有第一端30和相反的脚端32，第一端30刚性地附接至套筒26，脚端32构造成安装至任何形式的合适的地平面基脚34，如在图1中所示。参考图2，各个支承腿28的脚端32可包括任何形式的凸缘33或其它合适的结构，用于紧固地将脚端32安装在基脚34中或基脚34上。例如，凸缘33可包括多个螺栓孔35，用于将凸缘33紧固至预先设置在各个基脚34中的螺栓上。还应该理解的是凸缘33可以以任何预定的角度在脚端32处被限定，取决于基脚34的定向和相应的安装构造。
支承腿28从套筒26以长度38且以相对于塔架的纵向轴线的锐角延伸角36、37延伸，以便环绕塔架12的周界提供竖直和横向支承。应该理解的是腿28的数量、角度36，37和相应腿28的长度38将随着许多因素变化而变化，例如塔架12的高度、由塔架12支承的构件的重量、在风力涡轮机场所处的地形等等。通过计算机建模、经验数据等构造所需的支承系统12完全处于本领域技术人员能力范围内。
在图1的实施例中，套筒26被描绘成单一的环部件50。通过套筒部件26的该具体实施例，在涡轮机场所处在塔架12的竖立期间，环50将可被装配在其中一个塔架部段12上。就这一点而言，环部件50将具有内径，以便轻易地在塔架部段上滑动。
在例如图2和图3中图示的一个备选实施例中，套筒部件26包括多个单独的套筒节段52，它们环绕塔架12接合在一起。如在图2和图3中具体所见，各个节段52均可包括轴向延伸的凸缘54，其环绕塔架12的周界用螺栓56栓接至相邻节段52的凸缘。各个节段52均可包括其中一个支承腿28，该支承腿28具有以预定的延伸角36、37附接至套筒节段52的第一端30。通过该特定的实施例，套筒部件26可在涡轮机场所处竖立塔架后环绕塔架12形成。
具体参考图4，在支承系统24的一个独特的实施例中，使用粘接复合物44来环绕塔架12安装套筒部件26。该复合物44例如可为粘接水泥浆、环氧树脂、水泥等等。该粘接复合物44给系统24提供了大量的优点。该复合物44在套筒26和塔架12之间提供了基本上永久且免维护的安装系统。另外，复合物44具有一定程度的压缩能力和弹性，这将适应在塔架12和具有附接的支承腿28的套筒部件26之间的一定程度的相对移动。此类相对的移动可能发生在例如大风或其它不利的天气状况、地震事件等期间。该弹性的粘接复合物44因而将吸收许多否则将在套筒26和塔架12之间产生的诱发应力。
支承腿28可包括任何形式的结构，包括大梁或横梁状部件、实心部件等等。在该图示的实施例中，支承腿28由管状部件40限定，管状部件40具有以预定的角度36、37附接至套筒26的第一端30。管状部件40可环绕塔架12的周界均等地隔开，如在图4中的实施例中所描绘。在一个备选的实施例中，该管状部件40可环绕塔架12以任何所需的圆周位置和构造隔开，其可取决于涡轮机场所的地形和任何其它数量的因素而变化。因而应该理解的是该支承系统22并不限于任何特定数量的支承腿28或环绕塔架12的腿28的构造。
支承腿28的第一端30可永久地附接至套筒部件26，例如通过焊接或任何其它合适的永久附接工艺，尤其是在图2和图3中所示的实施例中，其中，支承腿28附接至多个相应的套筒节段52。参考图3，因而能够理解的是具有附接的套筒节段52和凸缘33的各个单独的支承腿28可被单独地运输至风力涡轮机场所。在备选的实施例中，套筒节段52和凸缘33可焊接或以其它方式在风力涡轮机场所处附接至管状部件40。
在为图5中的示例而描绘的一个备选实施例中，限定了支承腿28的管状部件40可被机械地紧固至套筒26，且具体地紧固至单独的套筒节段52。在图5的实施例中，套筒节段52包括阳柱46，其以限定的延伸角形成在套筒52上。管状部件40包括在第一端30处的开口端，其滑动到柱46上。管状部件40中的螺栓孔48与柱46中的螺栓孔48对齐，以放置贯穿螺栓，从而相对于套筒节段52紧固管状部件40。应该理解的是柱46构造可以以套筒26的单一的环部件50的实施例而使用。
在图5的实施例中，腿28还可通过使用用来将套筒26附接至塔架12的相同或类似的粘接复合物材料44附接至柱46。例如，材料44可被涂敷成柱46和腿28的内周界之间的层。
由于支承系统24提供了用于塔架12(以及安装在塔架12顶上的所有的构件)的设计程度的横向和竖直支承，塔架12的底座部段不需要如在现有塔架结构中那样宽或重。在为图1和图2中的示例而描绘的具体的实施例中，塔架12从套筒26的位置至底座端20可因而具有相对恒定的直径58。换言之，塔架12不需要如在现有技术塔架结构中那样为了提供相对大的支承基底面而明显地朝向底座端20向外锥形扩张。另外，结合了支承系统24的塔架12不需要具有在其它塔架结构中要求的重量。就这一点而言，塔架可具有从套筒26至底座端20的相对恒定的每单位长度的质量。
参考图1，还应该理解的是在各种支承腿28之间的延伸角36、37以及支承腿28的长度38能够在不同的腿之间改变。在图1中，能够看见最左侧支承腿28具有大于其它支承腿28的延伸角36的延伸角37，以及减少的长度38。角度36、37和长度38的差异部分归因于在基脚34的位置处地形上的升高。因而应该理解的是支承腿28可随塔架12的位置变化而变化，这还允许了将塔架12竖立在斜坡地形上或在丘陵的底部或地形的其它上升处等。利用塔架支承系统24之前不可用的场所可用于竖立风力涡轮机10。
还应该理解的是本发明包括了如上所述的用于风力涡轮机塔架的支承系统24。例如，支承系统24可作为风力涡轮机10的最初生产期间用于组装的工具包提供给风力涡轮机塔架12，或作为对于现有的风力涡轮机的维复、翻新或升级系统。该单独发明的支承系统24可具有以上所述的任何特征。
尽管已经参考具体的示例性实施例及其方法详细公开发明主题，将理解的是本领域技术人员在获得前述理解后，可轻易做出这些实施例的改型、变型和等同物。因此，本公开的范围是示例性而不是限制性的，且如对本领域普通技术人员而言将轻易理解的，主题公开并不排除此类改型、变型和/或本发明主题之外的包括。

Claims (14)

1.一种风力涡轮机(10)，包括：
机舱(14)；
塔架(12)，其具有底座端(20)，所述底座端(20)构造成支承在地平面基础(22)上，所述机舱安装在所述塔架的顶上；
塔架支承系统(24)，所述塔架支承系统还包括：
环绕所述塔架在所述底座端和所述机舱之间的位置处安装的轴向延伸的圆周套筒(26)；
多个支承腿(28)，其具有第一端(30)和相反的脚端(32)，第一端(30)刚性地附接至所述圆周套筒，脚端(32)构造成用于安装至地平面基脚(34)；
所述支承腿从所述圆周套筒以长度且以相对于所述塔架的纵向轴线(42)的锐角延伸角(36,37)延伸，以便环绕所述塔架的周界提供竖直和横向支承；以及
在所述圆周套筒(26)和所述塔架(12)之间的粘接复合材料(44)；
所述塔架(12)是管状部件，并且所述圆周套筒(26)由所述粘接复合材料(44)从所述塔架(12)同心地隔开，而不与所述塔架(12)接合。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机(10)，其特征在于，所述支承腿(28)的所述第一端(30)被机械紧固至所述圆周套筒(26)且可从所述圆周套筒(26)松开。
3.根据权利要求2所述的风力涡轮机(10)，其特征在于，所述圆周套筒(26)还包括阳柱(46)，所述阳柱(46)在相应支承腿(28)的各位置处被附接至所述圆周套筒，所述支承腿可滑动到所述阳柱上。
4.根据权利要求1所述的风力涡轮机(10)，其特征在于，所述圆周套筒(26)包括滑动到所述塔架(12)上的整体形成的环部件(50)。
5.根据权利要求1所述的风力涡轮机(10)，其特征在于，所述圆周套筒(26)包括环绕所述塔架(12)接合在一起的多个节段(52)，各个所述节段均包括从其延伸的至少一个所述支承腿(28)。
6.根据权利要求5所述的风力涡轮机(10)，其特征在于，所述支承腿(28)的所述第一端(30)以预定的锐角延伸角(36,37)永久地附接至相应的所述节段(52)。
7.根据权利要求1所述的风力涡轮机(10)，其特征在于，所述塔架(12)从所述圆周套筒(26)至所述底座端(20)具有大致恒定的直径(58)。
8.根据权利要求7所述的风力涡轮机(10)，其特征在于，所述塔架(12)从圆周套筒(26)至所述底座端(20)具有大致恒定的每单位长度质量。
9.根据权利要求1所述的风力涡轮机(10)，其特征在于，所述锐角延伸角(36,37)在不同的所述支承腿(28)之间变化。
10.一种用于风力涡轮机塔架(12)的支承系统(24)，包括：
轴向延伸的圆周套筒(26)，其具有设计尺寸以在限定高度处环绕风力涡轮机塔架(12)装配；
具有第一端(30)和相反的脚端(32)的多个支承腿(28)，第一端(30)刚性地附接至所述圆周套筒(26)，脚端(32)构造成安装至地平面基脚(34)；以及
所述支承腿以设计长度和相对于竖直的锐角延伸角(36,37)从所述圆周套筒延伸，以便提供环绕风力涡轮机的周界的竖直和横向支承；
在所述圆周套筒(26)和所述塔架(12)之间的粘接复合材料(44)；
所述圆周套筒(26)由所述粘接复合材料(44)从所述塔架(12)同心地隔开，而不与所述塔架(12)接合。
11.根据权利要求10所述的支承系统(24)，其特征在于，所述支承腿(28)包括环绕所述圆周套筒(26)均等地周向间隔开且永久地附接至所述圆周套筒(26)的管状部件。
12.根据权利要求10所述的支承系统(24)，其特征在于，所述支承腿(28)的所述第一端(30)被机械紧固至所述圆周套筒(26)，且可从所述圆周套筒(26)松开。
13.根据权利要求10所述的支承系统(24)，其特征在于，所述圆周套筒(26)包括多个单独的节段(52)，所述多个单独的节段(52)沿着它们相邻的竖直侧被紧固在一起，各所述节段均包括从其延伸的至少一个所述支承腿(28)。
14.根据权利要求13所述的支承系统(24)，其特征在于，所述支承腿(28)的所述第一端(30)以预定的锐角延伸角(36,37)永久地附接至相应的所述节段(52)。
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