CN102612598A - 用于产生电能的风力发电设备、以及相关塔构造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于产生电能的风力发电设备（1），所述风力发电设备包括：底座（2）；塔（3），沿给定轴线（A1）延伸；安装在所述塔（3）的顶部上的发电机（4）；以及相对于所述发电机（4）转动的叶片组件（5）；所述塔（3）包括由平坦的钢筋混凝土面板（9）制成的部分，所述面板组装成使所述部分具有多边形横截面。

Description

用于产生电能的风力发电设备、以及相关塔构造方法
技术领域
本发明涉及用于产生电能的风力发电设备。
更具体地，本发明涉及一种风力发电设备，其包括：钢筋混凝土底座；塔，沿竖直轴线延伸且包括由面板制成的至少一个部分，所述面板在现场相互组装；安装在所述塔的顶部上的发电机；以及用于驱动所述发电机的叶片组件。
背景技术
用面板构造塔的技术通常用在特别巨大的塔方面，所述特别巨大的塔难以运输和处理。以下列示的文件涉及包括由面板制成的塔的风力发电设备，据本申请人所知，所述文件在这一点上代表了现有技术水平：
文件DE 102007 01 025 A1涉及一种风力发电设备，其包括由弯曲的或角形的钢板制成的截锥或截棱锥形状的塔。
文件DE 20 2006 009 554 U1和EP 1 262 614 A2涉及部分由钢筋混凝土部分由钢制成的风力发电设备塔。
文件EP 1 876 316 A1、JP 2008 101363 A、JP 2009 57713 A、US2007/0294955A1、US 2005/0129504、WO 2008/110309 A2、以及WO2009/056898 A1涉及由钢或钢筋混凝土面板制成的塔。
显然，面板越小就越轻，也就更易于处理和运输，并且可制成为模件或标准化尺寸的，与塔的向上渐缩横截面无关。另一方面，小的面板涉及大量接头，所述接头必须在现场由在相当高的高度处工作的熟练工人完成，并且出于安全原因，必须对所述接头进行周期性的检查。因此，最佳解决方案是使用较大面板以减少接头的数量，但是面板又不能太大或太重，以免难以运输或处理。
在具有特别重的发动机的大功率设备中，当前的实际情况是，构造这样的塔，其中其至少底部部分，即直接搁置在底座上的部分由预制的钢筋混凝土面板制成，其比相应的钢部分轻。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种上述类型的风力发电设备，所述风力发电设备包括易于构造且同时结构坚固的塔。
本发明的另一个目的是提供一种上述类型的风力发电设备，所述风力发电设备包括塔，所述塔至少部分地由组装的面板制成，所述面板易于生产且在需要时其尺寸可容易地改变。
根据本发明，提供了一种用于产生电能的风力发电设备，所述风力发电设备包括：底座；塔，沿给定轴线延伸；安装在所述塔的顶部上的发电机；以及用于驱动所述发电机的叶片组件；所述塔包括由平坦的钢筋混凝土面板制成的至少一个部分，所述面板组装成使所述部分具有多边形横截面。
与使用弯曲的或角形的面板相比较，仅使用平坦的钢筋混凝土面板，可使用振动机制造所述面板，无需复杂的模具；当需要时面板的尺寸可容易地改变；并且由于形状简单，甚至能够在风力发电系统装配现场制造所述面板。
在本发明的优选实施例中，每个面板均为等腰梯形形状的，其高度大于其平均宽度；所述高度至少为所述平均宽度的三倍，优选地为所述平均宽度的六倍。
因此能够生产出较长的面板，以便构造长的塔部分，因而整体加速塔的构造并减少接头的数量。
本发明的又一个目的是提供一种构造风力发电设备塔的简单直接且低成本的方法。
根据本发明，提供了一种构造风力发电设备的塔的方法，其中所述风力发电设备包括：底座；塔，沿给定轴线延伸；安装在所述塔的顶部上的发电机；以及用于驱动所述发电机的叶片组件；所述塔包括由平坦的钢筋混凝土面板制成的至少一个部分，所述面板组装成使所述部分具有多边形横截面；所述方法包括以下步骤：
a）将混凝土倾倒于模具中，所述模具至少部分地形成所述面板的整体部分；
b）制造多个如步骤a）所述的面板；
c）关于轴线布置所述多个面板，以使每个面板与两个面板相邻；
d）连接相邻的面板。
因此更容易地构造塔部分，并且甚至能够完全在现场完成。
在本发明的优选实施例中，模具由振动机的台、侧板、顶板、以及底板限定；侧板、顶板和底板连接至主体且形成面板的整体部分。
因而模具易于制造，重要的是，这些板在面板中执行重要的功能：侧板限定相邻板的侧配合表面和连接部分，并甚至在面板受压之前就赋予面板挠曲强度；并且顶板和底板限定所述面板的顶部和底部配合表面，并用于在主体中均匀地分布压力。
在本发明的优选实施例中，所述方法包括以下步骤：使用铰接至底座的结构将每个面板从基本水平的位置提升到基本竖直的位置并用于容纳所述面板。
与使用起重机提升面板的方法不同，在本发明中通过防止面板震动的结构将面板引导到位置中，从而使得该工作更安全，减少损坏面板的风险，同时更快速地定位面板，从而整体加速塔的构造。
附图说明
下面将参照附图通过实例描述本发明的非限制性实施例。
图1示出了根据本发明的风力发电设备的侧视图，为了清楚起见去除了一些部件；
图2示出了图1细节的平面图，为了清楚起见去除了一些部件；
图3示出了沿图1设备的线III-III截取的截面图，为了清楚起见去除了一些部件；
图4示出了图3截面图的放大比例细节；
图5和图6以两个不同平面示出了图1设备的细节的放大比例截面，为了清楚起见去除了一些部件；
图7示出了根据本发明的方法处于构造期间且布置在振动机上的面板的立体图；
图8和图9示出了根据本发明的方法组装面板的相应步骤中的两个截面。
具体实施方式
图1的附图标记1表示作为整体的用于产生电能的风力发电设备，所述风力发电设备包括：钢筋混凝土底座2；塔3，沿竖直轴线A1延伸；安装在所述塔3的顶部上的发电机4；以及用于驱动所述发电机4且围绕轴线A2旋转的叶片组件5。
发电机4固定至发动机舱6，所述发动机舱6围绕轴线A1相对于塔3旋转；叶片组件5包括三个叶片8和与发电机4的转子（未示出）整体形成的毂7，在图1中仅示出了两个叶片。
在图1实例中，塔3由平坦的钢筋混凝土面板9限定，所述面板9围绕轴线A1均匀地分布且相互连接；并且所述塔3由面板9顶端上的环10限定。这些面板9是相同的并且是等腰梯形的，因而在组装之后塔3向上逐渐变细。
每个面板的高度大于其平均宽度，所述高度至少为所述平均宽度的三倍，在所示的实例中，所述高度为所述平均宽度的十倍。
在所示的实例中，塔3包括十个相同的面板9，因而具有向上逐渐变细的规则十边形。显然，围绕轴线A1呈环状布置的十个面板9的数量决不限制本发明。
在图1实例中，塔由包括面板9和环10的一个部分限定，尽管本发明也扩展到以下实施例（未示出），在所述实施例中，塔由包括面板9和环10的一部分限定，以及由固定至环10的钢部分限定，或者由包括相应面板和相应环的多个钢筋混凝土部分限定。
在这些面板9相互组装之后，每个面板均由容纳于其中且延伸面板9整个高度的缆线11压制。如图5中更清楚地示出的，缆线11锚固至底座2以及环10，并用于预压面板9以使得混凝土能够耐受拉伸/弯曲应力。
底座2包括用于支撑面板9的平台12。如图2所示的，平台12具有顶面13；以及座部14（图5和图6），所述座部14围绕轴线A1在顶面13上延伸并用于容纳面板9。如图1所示的，平台12包括侧面15，在所述侧面15中形成有多个腔16，在所示的实例中，所述多个腔关于轴线A1等距地隔开。如图5和图6中更清楚地示出的，座部14沿孔17与每个腔16连通，在所示的实例中，具有四个孔17，相应的缆线11延伸穿过所述孔。每个缆线11通过与缆线11的底端整体形成且抵靠在其中一个腔16的表面上的端子18锚固至底座2。相似地，每个缆线11通过与缆线11的顶端整体形成且抵靠在环10的表面上的端子18锚固至环10。
如图5所示的，座部14具有漏斗式的侧面19；以及底面20，沿所述底面20在孔17处形成有凹陷部21。在面板9被插入到座部14内部之后，座部14的其余部分填充灰浆（mortar）22，如图5所示。
参照图3，每个面板9包括外面23；内面24；两个侧面25；顶面26（图2中在右侧）；以及底面27（图5）。
参照图4，面板9借助于紧固装置28沿侧面25相互连接，在所示的实例中，紧固装置为螺栓接头。每个面板9包括主体29；侧板30；顶板31（图2）；以及底板32（图5和图6）。主体29由混凝土制成并且包含加强件33和四个管34，在所示的实例中，加强件33为两个金属垫，所述四个管34位于加强件33的两个金属垫之间且用于在面板9内部引导缆线11。主体29限定了外面23和内面24，外面23和内面24是平坦且平行的。并且，沿内面24形成有腔35，所述腔35部分地由侧板30限定，且用于允许紧固装置28的插入和进入，所述紧固装置28插入穿过相邻面板9的侧板30。
侧面25沿侧板30延伸，所述侧板30具有孔以用于紧固装置28连接相邻侧板30，进而连接相邻面板9。侧板30、顶板31以及底板32通过在主体29内部延伸的已知紧固件（未示出）（图5和图6）连接至主体29。与直接相互连接以形成框架的情况相反，侧板30、顶板31以及底板32优选通过主体相互连接。
参照图5和图6，底板32具有位于孔处的突起部36，缆线11穿过所述突起部；并且所述突起部36与相应的凹陷部21接合，以便精确地将面板9定位在座部14中。
加强件33也不是直接连接至侧板30、顶板31以及底板32；并且管34优选连接至顶板31和底板32。
侧板30优选沿整个面板9延伸以加固和增强面板9的挠曲强度。
图7示出了处于构造过程中且布置在振动机37上的面板9，振动机37用于制造混凝土部件且包括振动台38，模具放置在振动台38上，所述模具容纳有通过振动而增稠的水泥。
在图7实例中，模具由台38、侧板30、顶板31以及底板32限定。板30、31和32布置成在台38上形成框架，并且通过优选可调节的倾斜支撑件39相对于台38或多或少保持在倾斜位置中。
加强件33和管34通过支撑件（图7中未示出）保持在位，而本体40定位成与侧板30接触以完成模具。在形成模具之后，并且在加强件（由垫33限定）、管34以及本体40布置在模具中之后，将混凝土倾倒在加强件和管34上，并且部分地倾倒在本体40周围，以形成主体29。
在混凝土凝固之后，面板9就准备好组装至底座2以及组装至其他同样制好的面板9，从而形成塔3。
为了容易地组装和处理面板9（所述面板9极长且经受严酷的弯曲应力），使用细长结构41（图9）形成可附接至面板9的支架，并且细长结构41围绕轴线A3铰接，所述轴线A3平行于座部14的这样的部分，由细长结构41所支撑的面板9插入所述部分中。面板9基本布置在细长结构41上，以使得当细长结构41围绕轴线A3旋转时，面板9借助于提升机（未示出）以及可能还有挽具（harness）42被提升至基本竖直的位置。
换句话说，通过铰接至底座2的细长结构41使面板9从基本水平的位置（图8）旋转至基本竖直的位置（图9）并用于容纳面板9。
脚手架（未示出）可装配在平台12上以便将面板9支撑在基本竖直的位置中，并且是工人能够在不同的高度工作以连接面板9。
如从对本发明优选实施例的详细描述中可明白的，本发明的主要优点在于，大大简化了面板的制造和组装，还能够容易地对面板的尺寸做出改变。
而且，侧板、顶板和底板形成模具的部分，且在完成的面板中执行重要的结构功能。
然而应清楚的是，在不背离所附权利要求的保护范围的前提下，可对文中所述的风力发电设备及方法进行改变。

Claims (16)

1.一种用于产生电能的风力发电设备，所述风力发电设备（1）包括：底座（2）；塔（3），沿给定轴线（A1）延伸；安装在所述塔（3）的顶部上的发电机（4）；以及用于驱动所述发电机（4）的叶片组件（5）；所述塔（3）包括由平坦钢筋混凝土面板（9）制成的至少一个部分，所述面板组装成使得所述部分具有多边形横截面。
2.根据权利要求1所述的风力发电设备，其中，每个面板（9）包括外面（23）、内面（24）、以及两个侧面（25），并且通过所述侧面（25）固定至相邻面板（9）。
3.根据权利要求1所述的风力发电设备，其中，所述塔（3）的所述部分由相同的面板（9）制成。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的风力发电设备，其中，每个面板（9）都是等腰梯形形状的，其高度大于其平均宽度；所述高度至少为所述平均宽度的三倍，且优选地为所述平均宽度的六倍。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的风力发电设备，其中，每个面板（9）包括：钢筋混凝土的主体（29）；以及侧板（30），所述侧板与所述主体（29）整体形成且至少部分地限定所述面板（9）的侧面（25）；所述侧板（30）优选限定所述面板（9）的整个侧面（25）。
6.根据权利要求5所述的风力发电设备，并且所述风力发电设备包括多个紧固装置（28），每个所述紧固装置与两个相邻面板（9）的一对接触的侧板（30）接合。
7.根据权利要求6所述的风力发电设备，其中，每个主体（29）具有邻近于所述侧板（30）的腔（35）；每个腔（35）部分地容纳用于紧固两个相邻的侧板（30）的紧固装置（28）；并且所述腔（35）优选沿所述面板（9）均匀地分布且部分地由所述侧板（30）之一界定。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的风力发电设备，其中，所述底座（2）具有围绕所述轴线（A1）且用于容纳所述面板（9）的多边形座部（14）。
9.根据权利要求6所述的风力发电设备，其中，每个面板（9）包括：钢筋混凝土的主体（29）；以及底板（32），所述底板限定容纳在所述座部（14）中的所述面板（9）的底面（27）。
10.根据权利要求7所述的风力发电设备，其中，所述座部（14）具有用于容纳相应面板（9）的笔直部分；所述座部（14）的所述笔直部分与所述面板（9）的底板（32）具有各自的定位器，所述定位器用于相对于所述底座（2）定位所述面板（9）；并且所述定位器优选包括凹陷部（21）和突起部（36）。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的风力发电设备，其中，每个面板（9）包括：钢筋混凝土的主体（29）；以及顶板（31），所述顶板限定所述面板（9）的顶面（26）。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的风力发电设备，其中，每个面板（9）受缆线（11）的应力，所述缆线在所述底座（2）与所述面板的顶部之间延伸，且锚固至所述底座以及锚固至所述面板（9）的顶部上的环（10）。
13.一种构造风力发电设备（1）的塔（3）的方法，其中，所述风力发电设备（1）包括：底座（2）；塔（3），沿给定轴线（A1）延伸；安装在所述塔（3）的顶部上的发电机（4）；以及用于驱动所述发电机（4）的叶片组件（5）；所述塔（3）包括由平坦钢筋混凝土面板（9）制成的至少一个部分，所述面板组装成使得所述部分具有多边形横截面；并且所述方法包括以下步骤：
a）将混凝土倾倒于模具中，所述模具至少部分地形成所述面板（9）的整体部分；
b）制造多个如步骤a）所述的面板（9）；
c）关于轴线布置所述多个面板（9），以使每个面板（9）与两个面板（9）相邻；
d）连接所述相邻的面板（9）。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述模具由振动机（37）的台（38）、由侧板（30）、由顶板（31）、以及由底板（32）限定；所述侧板（30）、所述顶板（31）和所述底板（32）连接至所述主体（29）且形成所述面板（9）的整体部分。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述模具包括本体（40），所述本体与所述侧板（30）相邻且用于在所述面板（9）中限定腔（35）。
16.根据权利要求13至15中的任一项所述的方法，并且所述方法包括以下步骤：借助于铰接至所述底座（2）的结构（41）将每个面板（9）从基本水平的位置提升到基本竖直的位置并容纳所述面板（9）。
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