CN103492094A

CN103492094A - 塔的制造方法

Info

Publication number: CN103492094A
Application number: CN201180070480.3A
Authority: CN
Inventors: 杰夫德·尤那尼
Original assignee: Hereby Secret Service Industry Of Crow Facilities Construction Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Hereby Secret Service Industry Of Crow Facilities Construction Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2014-01-01
Also published as: JP2014517771A; EA201391533A1; WO2012146317A1; EP2701859B1; JP5808481B2; US20120273556A1; EP2701859A1; US9168576B2; US20140047696A1

Abstract

本发明发展出一种塔(C)的制造方法，包含：一第一制造阶段，其包含复数个步骤，用以将卷绕在一卷料(A)的一金属板材(B)展开成平面状态；在横向方向上，以可变弯折半径(d)弯折所述平面金属板材(B)；以及将所述弯曲金属板材(B′)卷绕成一圆锥状卷材(A′)；以及制造所述塔的一最终制造阶段，其包含复数个步骤，用以自所述圆锥形卷材(A′)松开所述金属板材(B′)，将所述金属板材(B′)进料到至少一收卷机(8)，以及沿着围绕平行一第一表面(B1)的一中央弯曲轴(T)弯折且卷绕所述收卷机(8)内的所述弯曲金属板材(B′)，以使一预定义初始卷绕半径和其长边(B3)和所述中央弯曲轴(T)之间的角度保持恒定，且所述金属板材的长边(B3)被接合在其本身上方。

Description

塔的制造方法

技术领域

本发明关于一种应用于风力涡轮机塔的制造方法

背景技术

化石燃料的减少和环境污染的增加使得清洁能源资源的需求成为趋势。清洁能源资源是使用时不会排放含碳化合物的资源。其中最被广泛知道且被喜爱的资源之一为风能。

这种能源来源，即所谓的风能，基本上是通过涡轮机转换风的动能转换成可利用的形式而获得(机械涡轮转子)。通过发电机，机械能广泛的被转换成电能。所述涡轮机优选的被设置在垂直于塔的一平面上。

由于风速随着海平面的海拔升高而增加，而随着塔的长度上升而能改善可获得的风力能量总数。然而，由风力所产生机械效应同样的影响携带涡轮机的塔。基于上述原因，提供一个具有坚固耐用结构的塔和使其能够适应操作状况变得非常重要。

不同结构的塔已经被使用于装设涡轮机。其中最常用的塔是网格型塔(lattice-type tower)。在所述网格类型，塔由垂直或接近垂直的轴承构件和支撑构件连结在一起所组成。此种网格结构产生的空气阻力较低，以及具有更轻和坚固塔身的优点。另一方面，由于网格结构提供了一个开放的结构，任何设置于网格结构内装置或设备将因此暴露而受到外部的影响。此外，由于网格结构允许鸟类筑巢于其上，涡轮机的运转通常会导致鸟类死亡。最后，如上文所述，网格结构是开放而受到外部影响的事实使得塔的维护工作变得困难，且延长了维护时间与增加维护风险。

因此，由于上文提到的缺点，封闭结构的涡轮塔成为风力涡轮机中的首选。广泛应用于密闭式塔之一的是圆锥形塔。在圆锥形塔，塔有一个圆形的横截面因而遭受较低的空气阻力。这种圆形的横截面还可以确保作用于塔底部的拉力和压力均匀分布。由于圆锥形塔有一个封闭的结构，因而没有网格塔所遇到的缺点。由于塔横截面的半径随塔增加的长度而减少，所以塔的强度足以应付在较高海拔增加的风速。

圆锥形塔有各种不同形式的制造方式。已知在现有技术中最常用的方法包括，通过切割以适当的方式预定义尺寸的金属板材以及对其弯折和接合，而制造塔结构的侧表面。然而，全部这些操作不能在一个单一的制造现场进行。由于接合作业所制造的塔太大而无法运输，不可避免的需要在安装现场进行此作业。优选的，塔被以水平上部组件和下部基座组件的形式制造，之后再于制造场所组装所述组件。然而，以上述制造方法，几乎一半所使用的金属板材被裁切而废弃。

因而有必要形成一卷筒金属板材，例如:金属板材卷材，在其被裁切之前，以避免材料的浪费和制造的障碍。在专利文件日本第58/70918A号中，连续圆锥形结构的制造技术被揭露，当一卷筒金属板材被弯曲滚压机所滚压后，通过改变金属板材移动方向的指示线和塔基座的法线间之间的夹角，将产生一个圆锥形的形式。然而，在所述制造方法中，这是不可能以较厚的材料制造风力涡轮机。

基于上述原因，本发明的目的是开发一种制造方法，以消除所有上述的缺点。

发明内容

本发明发展出一种塔的制造方法，包含：一第一制造阶段，其包含复数个步骤，用以将卷绕在一卷料的一金属板材展开成平面状态；在横向方向上，以可变弯折半径弯折所述平面金属板材；以及将所述弯曲金属板材卷绕成一圆锥状卷材；以及制造所述塔的一最终制造阶段，其包含复数个步骤，用以自所述圆锥形卷材松开所述金属板材，将所述金属板材进料到至少一收卷机，以及沿着围绕平行一第一表面的一中央弯曲轴弯折且卷绕所述收卷机内的所述弯曲金属板材，以使一预定义初始卷绕半径和其长边和所述中央弯曲轴之间的角度保持恒定，且所述金属板材的长边被接合在其本身上方。

通过所述制造方法的发展，所述塔，特别是圆锥塔，的制造阶段被一分为二，先在工厂进行预制造构成塔的材料。第一阶段之后，通过变成一卷材的所述材料将更容易且以较低的成本的被输送到最后制造的现场，在现场进行最终制造阶段以完成塔的制造过程。因此，既能制造较大尺寸的塔且能降低制造成本。

本发明的目的是发展出一种用于圆锥形塔的制造方法。

本发明的另一目的是发展出一种使用一卷筒金属板材(例如:金属板材卷材)的塔的制造方法。

本发明的又一目的是发展出一种塔的制造方法，将提供实现一连续制造制程。

本发明的再一目的是发展出一种塔的制造方法，防止因运输产生的相关困难。

本发明的再一目的是发展出一种塔的制造方法，将能够制造具有较高机械强度的塔。

本发明的再一目的是发展出一种塔的制造方法，能够将废弃的材料减至最少。

本发明的再一目的是发展出一种价钱低廉的塔的制造方法，使其容易制造、运送和组装。

附图说明

一系统，其中根据本发明发展出使用于一种塔的制造方法，以及根据所述方法制造所述塔的代表性实施例，简要描述如以下附图所示:

图1是一系统的俯视图，根据本发明发展出所述塔的制造方法，其被使用于第一制造阶段。

图2是一系统的俯视图，根据本发明发展出所述塔的制造方法，其被使用于最终制造阶段。

图3是一弯曲金属片的透视图，通过本发明发展出所述塔的制造方法用于一塔中。

图4是通过本发明发展出所述塔的制造方法，其半成品塔的透视图。

所述部件在所述图中各自代表如下:

卷材(coil)A

圆锥形卷材A′

未加工卷筒(web)金属板材B

弯曲卷筒金属板材B′

大面积表面B1

金属板材宽度w

短边B2

长边B3

半径线段d

塔C

卷绕角ɑ

切线K

中央弯曲轴T

放卷(unwinding)单元1

垂直切割和接合单元2

压制单元3

喷砂单元4

垂直弯曲单元5

边缘切割机6

存储器(accumulator)7

收卷(winding)机8

具体实施方式

由于不同于已知技术中塔的制造方法，本发明发展出的所述塔制造方法包括：一第一制造阶段，其中未经处理的一金属板材B的一卷材A被形成平面状，所述平面状金属板材B沿着横向的方向上被弯折，以产生一弯曲金属材B′，并卷绕成一圆锥形卷材A′；以及一最终制造阶段C，其中一圆锥形卷材A′被松开，通过卷绕在一圆锥形螺旋C的形式而产生一塔C。所述第一制造阶段中，其中所述金属板材B被弯折和形成一圆锥形卷材A′优选的被实行于一制造工厂。所述圆锥形卷材A′接着被运到所述塔C将被兴建的现场，并卷绕所述圆锥形卷材于该站点以形成所述塔C。由于以这种方式形成一圆锥形螺旋塔C，其负载均匀地分布在接合所述卷绕金属板材B′的边缘，如此可以增加所述塔的机械强度，即使一塔C制造所使用的金属板材B厚度较低也能具有高的机械强度。.根据所述发展的方法，所述金属板材B在横向方向上被弯折，如在图3所示。随着弯折制程，所述金属板材B被形成为具有一固定或可变半径的一弧形。当所述金属板材B以恒定的半径弯折，一圆柱形管将由弯曲的金属板材B′所产生。通过改变弯折半径，利用所述弯曲金属片B′可以形成一圆锥形结构。通过以适当的半径相对于一个恒定的轴弯折所述卷绕金属板材B′，一圆柱状管和一圆锥形结构的形成作业被实行。在一卷绕半径不同于弯曲金属板材B′的弯曲半径时，这种卷绕作业可以被进行。因此，具有不同的进口宽度的管状和/或圆锥形结构可以被制造。

在所述弯折作业中，当所述金属板材B被卷绕时，通过弯折所述金属板材以使一圆锥形螺旋塔被形成。由于圆锥形螺旋塔的螺旋间距是固定的，通过弯折一金属板材其具有一固定的短边B2以形成一圆锥状螺旋而制造一圆锥状结构，其中所述金属板材B的所述长边B3邻接其本身上方，以使彼此之间没有保留空隙。为了形成一圆锥状螺旋，沿着横向方向弯折所述金属板材B，其优选的弯折等式f如下:

K (t) = \frac{ar \sqrt{4 + a^{2} t^{2} + r^{2} {(2 + a^{2} t^{2})}^{2}}}{{[1 + r^{2} (1 + a^{2} t^{2})]}^{3 / 2}}

其中K(t)代表弯折函数，t代表进行一弯折作业到所述金属板材B的一端部时的一点距离，ɑ代表角频率(angular frequency)，r代表螺旋的半径(所述塔的底部)。在制造一塔C中，由于所述金属板材B的边缘B3被弯折因而靠近其本身上方，角频率ɑ将间接的正比于所述金属板材的宽度w。螺旋半径r又等于所述塔C较低的半径。因此，弯折半径d由上述等式f决定，所述金属板材B在横向方向上弯曲而形成一个锥形螺旋，例如:所述塔C。

图1是一制造带的俯视图，其根据本发明制造方法的第一制造阶段的实施方式。根据本发明发展出第一制造阶段的方法，其可以更包含至少一以下作业：

-标示所述金属板材：在所述卷材A在一放卷单元1被放卷后，展开成平面状的金属板材B，和/或在此方法的另一个步骤后，一标示被设置在所述金属板材B上，优选的设置在其上侧B1。所述标示作业能够用于检查金属板材B在成形时是否为正确的几何位置。

-标示确认：通过至少一标示检测器，实行在所述金属板材B的标示作业优选的被侦测（图中未示出）。因此所述金属板材B的几何位置被检查，且如果有需要，其几何位置通过额外的制造阶段被更正。

-接合作业：由于使用在制造中，所述卷材A卷绕其上的金属板材B数量有限，在制造大型的塔时，必须结合多个卷材A。为了确保制造的连续性，通过一垂直切割和接合单元2，将所述金属板材B在其垂直方向的短边被连续的结合在一起，所述金属板材B的总长度因此增加而产生足够尺寸的金属板材B。

-边缘裁切作业：为了裁除所述金属板材的任何边缘缺陷，在弯折作业后已经出现或发生在所述金属板材B的边缘，通过一边缘裁切单元7，所述金属板材的所述长边B3被线性的裁切(在所述金属板材边缘的切线方向)(请参阅图3和图4)，因此，所述金属板材B的接合点的边缘是平滑的，从而使后续的结合作业可以在没有问题的方式进行。

-焊接熔池制造作业:一焊接作业被广泛的使用在结合一塔的复数个组件及其制造过程。因此，焊接熔池被制造在所述金属板材B的边缘用以焊接的作业。因为上述理由，根据本发明的方法，通过使用一焊接坡口制造单元(图中未示出)，制造所述焊接熔池在所述金属板材B的边缘。

-喷砂作业:一喷砂单元4被使用在去除所述金属板材B上的任何粗糙以增加表面阻值，以及为金属板材的涂漆作业作预备，而使所述金属板材B的至少一较广的表面B1进行喷砂作业。

-涂漆作业:所述金属板材B优选的涂漆而提供保护以防止外部影响。所述金属板材B涂漆作业，保护防止外部影响，特别是防止腐蚀。

-干燥作业：为了缩短油漆施加到金属板材B的干燥时间，优选的至少一个干燥单元（图中未示出）是用来执行干燥操作。干燥操作提供了一个没有问题的涂漆作业，并允许以较高的速率连续制造。

所述弯曲金属板材B′经过所述第一制造阶段，在其被卷绕在圆锥卷材A′周边之前，优选的被卷绕在一存储器7周边。在其卷绕成所述卷材A′之前，所述存储器7允许所述金属板材B′当其在静止状态时进行任何作业。例如，在所述存储器7能够进行人工所述涂漆作业和干燥作业，当所述金属板材B′被卷绕在所述存储器7周围。此外，所述存储器7允许在现场制造以节省空间。

根据本发明开发的在第一制造阶段的方法，所述金属板材B可以被水平（其较宽的表面B1与地面平行）或垂直(其较宽的表面B1垂直于地面)的制造。所述的垂直作业有各种的优点凌驾于所述水平作业之上。其中之一的优点是进行所述焊接作业以结合两金属板材B相较于水平作业更容易实行。在水平和垂直的作业中，最显着的区别是，在制造带上以垂直或水平方向移动所述弯折的金属板材B′在弯折作业后。在这方面，无论垂直或水平作业，均需要在制造现场保留空间以安置所述弯折金属板材B′。然而，当一个垂直制造进行时，在所述弯折作业之后，所述金属板材被以一小角度靠近水平面，使保留给金属板材空间减少。在该倾斜作业中，例如在图1中，金属板材B′可以以各种角度位置相对于地面安置在一个角度存储器7。

在第一制造阶段中，所述金属板材B第一次被弯折且接着被卷绕成为一圆锥形卷材A′之后，其被输送到塔C将被竖立的现场（最后的制造阶段实行的现场）。由于所述弯区金属板材B′被卷绕成一圆锥形卷材形式，此运输作业能够简易且价钱低廉的被进行。

图2是制造带的俯视图，根据本发明的制造方法实行的最终制造阶段。在所述最终制造阶段，优选的于竖立的现场执行，所述圆锥形卷材A′被松开且所述放卷金属板材B′被进料进入收卷机8中。所述金属板材B′被卷绕在所述收卷机8中，以使一圆锥形塔C结构被制造，例如，以使所述金属板材的所述长边B3以边对边的方式被接合在其本身上方。此卷绕作业可以被以一初始卷绕半径进行，不同于所述金属板材B’被卷绕的所述弯折半径。当所述金属板材B被卷绕，所述迭加的长边B3通过于第一制造阶段所形成的焊接熔池焊接而固定。因此，一单片连续金属板材B′被用于制造一塔C。此种类型的塔C的制造由于一连续的金属板材B被使用而是连续性的制造。图4表示通过此作业的一半成品(半卷绕)的塔C。在卷绕所述塔C时，所述金属板材B′的所述长边B3的所述角度ɑ相对于卷绕的轴线（T）间保持恒定，例如:由所述金属板材B′的长边B3切线的任何直线K到所述卷绕的轴线（T）的所述角度ɑ。

在所述卷绕作业中，所述金属板材必须从正确的位置被进料到所述收卷机8以形成一正确卷绕的塔C。由于被卷绕的所述金属板材B′的半径是可变的，特别是卷绕一圆锥形塔，其相对于所述收卷机8的位置可以改变。基于上述原因，根据本发明中一个较佳的实施例中，所述金属板材B进料到所述收卷机′的位置可以在水平和垂直轴上被校正，以及角度，而以正确的方式进行卷绕作业。在本发明的另一实施例中，一塔C可以是一个以上的金属板材B′`，通过从其短边B2端至端的接合和卷绕。尤其当一高塔C将被形成时，卷绕成一圆椎形卷材的金属板材B′数量可能无法满足整座塔C的需求。在这种情况下，在一圆锥形卷材A’的所有金属板材B′被进料到所述收卷机8后，下一个圆锥形卷材A’被取出且其A′上的金属板材B′被放卷，其至少一短边B2被接合到卷绕在收卷机8中成形金属片B′的至少一个短边B2。进行此固定作业优选的使用焊接方式完成。依照所制造塔的尺寸和形状，端对端接合的金属板材B′优选的可以是不同的厚度。

根据本发明发展出的制造方法，一金属板材B制造一塔C的第一成形和调节作业被执行在一制造场所(工厂)，所述金属板材B因而制成一圆锥形卷材A′，如此制造塔C的材料可以被保持在一个非常小的体积，并以这样的形式运送到竖立的现场。接着，所述最终制造阶段通过使用所述圆锥形卷材A’可以容易的被执行在所述现场。因此，现场需求的设备数目和作业可以被减少。此外，由于一连续的金属板材B被以这样的方式弯折和使用，因裁切自所述金属板材B的任何废弃材料因而可以被减少。

Claims

1.一种塔(C)的制造方法，其特征在于：包含：一第一制造阶段，其包含复数个步骤用以：

将卷绕在一卷料(A)的一金属板材(B)展开成一平面状态；

沿着一横向方向，以可变弯折半径(d)弯折所述平面金属板材(B)；以及

将所述弯曲金属板材(B′)卷绕成一圆锥状卷材(A′)；以及一最终制造阶段，其包含复数个步骤用以：

将由所述圆锥形卷材(A′)松开的所述金属板材(B′)进料到至少一收卷机(8)；

沿着围绕平行一第一表面(B1)的一中央弯曲轴(T)弯折且卷绕在所述收卷机(8)内的所述弯曲金属板材(B′)，以使一预定义初始卷绕半径和其长边(B3)和所述中央弯曲轴(T)之间的角度保持恒定，且所述金属板材(B′)的长边(B3)被接合在其本身上方，以制作所述塔(C)。

2.如权利要求1所述塔(C)的制造方法，其特征在于：所述可变弯折半径(d)依照下列等式所计算，

K (t) = \frac{ar \sqrt{4 + a^{2} t^{2} + r^{2} {(2 + a^{2} t^{2})}^{2}}}{{[1 + r^{2} (1 + a^{2} t^{2})]}^{3 / 2}}

其中K(t)代表弯折函数，t代表进行一弯折作业到所述金属板材(B)的一端部时的一点距离，ɑ代表角频率，以及r代表塔(C)底部的半径。

3.如权利要求1所述塔(C)的制造方法，其特征在于：所述第一制造阶段包含下述步骤：结合第一金属板材(B)到另一金属板材(B)，以使其所述短边(B2)沿着所述金属板材(B)的宽(w)彼此端对端的焊接结合。

4.如权利要求1所述塔(C)的制造方法，其特征在于：所述第一制造阶段包含下述步骤：线性的裁切所述金属板材(B)的长边(B3)。

5.如权利要求1所述塔(C)的制造方法，其特征在于：所述第一制造阶段包含下述步骤：在所述金属板材(B)的至少一长边(B3)上产生一焊接熔池。

6.如权利要求1所述塔(C)的制造方法，其特征在于：所述第一制造阶段包含下述步骤：在所述金属板材(B)受到弯折作业后，对所述金属板材(B)进行喷砂。

7.如权利要求6所述塔(C)的制造方法，其特征在于：所述第一制造阶段包含下述步骤：在喷砂作业之后，对所述金属板材(B)进行涂漆。

8.如权利要求1所述塔(C)的制造方法，其特征在于：所述第一制造阶段包含下述步骤：在所述弯曲金属板材(B′)卷绕成所述圆锥状卷材(A′)前，将所述弯曲金属板材(B′)卷绕在一存储器(7)周边。

9.如权利要求1所述塔(C)的制造方法，其特征在于：在所述最终制造阶段将所述金属板材(B′)进料至所述收卷机(8)的步骤中，所述金属板材(B′)相对于所述收卷机(8)的位置根据不同的弯曲半径而改变。

10.如权利要求1所述塔(C)的制造方法，其特征在于：在所述最终制造阶段，其包含下述步骤：接合一金属板材(B′)到另一金属板材(B′)，以使所述金属板材(B′)的所述短边端对端焊接结合。

11.如权利要求10所述塔(C)的制造方法，其特征在于：包含下述步骤:通过端对端焊接结合，以接合复数个不同厚度的金属板材(B′)。