CN103807117A - 用于风力涡轮机的塔架组装系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种塔架组装系统，组装风力涡轮机塔架及其风力涡轮机的方法。可以将三个或多个导向装置安装至下塔架部分上端和/或上塔架部分下端的安装法兰。导向装置包括接触面，用于与相对塔架部分上的相配合的接触面接触。导向装置包括安装法兰，用于利用紧固工具将该装置安装至塔架部分的安装法兰上。这使导向装置能抓住并引导自由悬挂的塔架部分至固定的塔架部分上的正确位置。与现有的组装方法相比，这使组装时间减少将近50%。导向装置使得工人们能引导自由悬挂塔架部分从地面移动至其位置。

Description

用于风力涡轮机的塔架组装系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种用于风力涡轮机的塔架组装系统，其中该系统包括：

-第一塔架部分具有第一上端，该第一上端连接至与其背离的第一下端，其中，该第一下端包括具有多个第一孔的第一法兰，这些第一孔设为容纳紧固工具，该紧固工具用来安装至第二塔架部分，并且该第一法兰包括第一接触面，用于与第二塔架部分上的第二接触面接触；

-该第二塔架部分具有第二上端，其连接至与其背离的第二下端，其中，该第二上端包括该第二接触面和第二法兰，该第二法兰具有多个第二孔，这些第二孔设为容纳紧固工具。

本发明还涉及一种组装风力涡轮机塔架的方法，其中该方法包括以下步骤：

-相对于具有第二上端的第二塔架部分以至少轴向方向升高具有第一下端的第一塔架部分，使第一下端位于第二上端之上；

-相对于第二塔架部分以轴向方向大致对准第一塔架部分，使第一下端大致位于第二上端之上；

-相对于第二塔架部分以轴向方向降低第一塔架部分，直至第一下端上的第一接触面与第二上端上的第二接触面开始形成接触；

-引导第一塔架部分至其在第二塔架部分的位置，其中第一塔架部分的第一下端停靠在第二塔架部分的第二上端之上。

本发明还涉及一种风力涡轮机，包括：

-风力涡轮机塔架，包括两个或多个连接在一起的塔架部分，其中最顶端塔架的部分构成风力涡轮机塔架的顶部；

-机舱设置于该风力涡轮机塔架的顶部；

-转子轮毂可转动地安装至该机舱；

-一块或多块风力涡轮机叶片安装至该转子轮毂，其中风力涡轮机叶片构成转子平面，

背景技术

如今，岸上或离岸使用的大型风力涡轮机体积如此庞大和沉重，以至于制造和组装都需要分部分进行。现有的风力涡轮机通常包括：高度至少为50米的风力涡轮机塔架，连接至风力涡轮机塔架顶部的机舱，其内设有发电机，转子轮毂通过转子轴连接至发电机，并且两块或三块风力涡轮机叶片连接至该转子轮毂。这些部件通常分开制造并运送至安装地点或按单元预先组装。随后在安装地点，利用一台或多台起重机将这些部件或预先组装的单元升高至适当位置并且进行组装。

风力涡轮机塔架通常由若干个塔架部分构成，这样便于操作及运输至安装地点。风力涡轮机的单个部件通常利用一台大型起重机和一台小型起重机来进行组装。大型起重机连接至一塔架部分的上部，而小型起重机连接至该塔架部分的下部。随后两台起重机一起工作将在后塔架部分放置于在先塔架部分之上。随后当在后塔架部分降下时，工人们引导在后塔架部分，使得其准确地落于在先塔架部分之上。为了将在后塔架部分引导至其正确位置，工人们必须位于在先塔架部分内部的顶端。当在后塔架部分降下时，为了将其移动至适当位置，工人们要推动并拉动这个又大又重的结构。这常常意味着他们必须把他们的身体或胳膊放在两个塔架部分的接触面之间，因此只要在后塔架部分自由悬挂在空中就会使工人们处于危险之中。当在后塔架部分能够自由移动直至其牢牢位于在先塔架部分上时，它可能会刮掉在先塔架部分的接触面上的密封材料。这还意味着组装过程不能在风速高于10米/秒的条件下进行。

公开号为WO2012/075607A1的PCT国际申请公开了一种风力涡轮机塔架的组装方法，该方法利用从两个塔架部分延伸出导向缆线的系统解决了这一问题。在将在后塔架部分升高至在先塔架部分之上的适当位置之前，将两条导向缆线穿过在后塔架部分内的顶部法兰和底部法兰，并穿过在先塔架部分内的顶部法兰。这些导向缆线固定至自由端处的止动元件以及位于起重机吊杆上的滑轮，以确保当使用位于地面上的绞车将这些导向缆线拉紧时，在后塔架部分与在先塔架部分垂直对准。这使得，当将在后塔架部分升高并降落于在先塔架部分顶端上的适当位置时，工人们可以位于风力涡轮机塔架之外。

导向缆线的系统使组装过程变得复杂并且增加了组装时间，因为导向缆线首先要穿过两个塔架部分内的法兰内各孔。这也增加了导向缆线在组装过程的最初阶段出现缠绕的风险，以及如果导向缆线穿过在各自法兰内同样的朝向相反的孔，这也增加了两个塔架部分不能对准的风险。在将新的塔架部分或机舱升高并降落于在后塔架部分顶端适当位置之前，这些导向缆线首先必须从该结构中解开并移除。这增加的步骤延长了整体组装时间，并且如果导向缆线的自由端意外地从该结构中掉出，会使地面上的工人们处于潜在的危险之中。

公开号为GB2483677A的英国专利申请公开了一种导向系统，用于在组装过程中引导风力涡轮机叶片至转子轮毂上位置。该导向系统包括大致为L形的导向件，安装至转子轮毂的变桨距轴承。该导向件设为与位于风力涡轮机叶片内表面上的窝状元件接合，该窝状元件邻近面朝转子轮毂的螺栓。导向件设于变桨距轴承内环的外表面上，而风力涡轮机叶片螺栓联接至该变桨距轴承的中间环。由于这种塔架部分的安装界面具有非常不同的结构，因此这种结构不适合于组装两个塔架部分。塔架部分的安装法兰仅包括单排孔，用于安装两个相邻塔架部分，而不包括用于导向件的第二排孔。塔架部分的安装法兰从内表面向里延伸，从而阻止导向件与窝状元件接合。

发明目的

本发明的目的是提供一种导向装置，在风力涡轮机塔架组装期间可增加工人们的安全性。

本发明的目的是提供一种导向装置，以一种简单的方式引导塔架部分放置至另一塔架部分之上的适当位置。

本发明的目的是提供一种导向装置减少组装时间。

本发明的目的是提供一种导向装置，使得风力涡轮机塔架能在更高的风速下进行组装。

发明内容

本发明的目的通过一种用于风力涡轮机的塔架组装系统来实现的，其中：

-至少一个导向装置设为连接至塔架部分两个端中的一个端，其中导向装置包括导向件，其连接至安装装置，该安装装置设为安装至塔架部分的法兰，该安装装置包括第三接触面，用于与塔架部分的法兰上的第四接触面接触，背离塔架部分的法兰的接触面，并且其中导向件具有第三端，当导向装置安装至塔架部分的法兰时，该第三端从塔架部分的端部延伸出。

利用连接至下塔架部分和/或上塔架部分的安装法兰的若干个机械导向装置，这使得风力涡轮机塔架的塔架部分被引导至其位置。当上塔架部分在起重机作用下降落时，安装至下塔架部分的导向件抓住上塔架部分，并引导该上塔架部分，使其准确落在下塔架部分的上端之上。该导向装置也可以安装在上塔架部分上。安装装置允许塔架部分内部的工人以简单快速的方式安装导向装置。导向装置的尺寸允许工人在最近组装的塔架部分内部卸下并重新放置该导向装置，无需离开塔架部分，使导向件连接至下一塔架部分。导向部分可安装至地面上的塔架部分的各个端，使得下一塔架部分被直接升高至其位置，无需先重新放置该导向装置。与现有的组装方法相比，这使得总组装时间减少近50%。由于工人不需要站在下塔架部分内部，以便引导上塔架部分至其位置，因此这也增加了工人们的安全性。在将上塔架部分引导至其位置之后，工人们可以进入风力涡轮机塔架，并使用紧固工具，如螺栓和螺母，将两个塔架部分紧固安装。当上塔架部分被引导至其位置时，工人们可以处于下塔架部分内的安全位置，随后只要上塔架部分落在其正确位置，工人们就可以安装紧固工具。这就减少了组装时间。

可以用三个或多个导向装置来更准确地引导上塔架部分至其适当位置。这些导向装置可以沿塔架部分端部的边缘平均分布并安装。这使得它们更好地与其它塔架部分接合并以轴向方向对准两个塔架部分。

根据一种实施方式，该导向件具有第四端，该第四端连接至第三端，并背离该第三端，其中，第四端包括具有第三接触面的板，该第三接触面用于在安装时与塔架部分的内表面接触。

这使得导向件构成以单一板或网格布置的棒或管形式的负载传递结构。该板可能包括一个或多个开口，这节约了材料也减轻了重量。当两个塔架部分相对彼此移动时，导向件使得来自相对的塔架部分的负载被传递至所安装的塔架部分的结构上。这减少了两个塔架部分彼此相撞从而毁坏各个塔架部分上端和下端的风险。该导向件可以由钢、铁、铝、或具有高强度特性的其他材料或复合物制成。

根据一种实施方式，第三端包括第六接触面，用于与另一塔架部分的第七接触面接触，其中第六接触面呈凸面，在安装时面向另一塔架部分。

当安装时，由于第三端相对于塔架部分的内表面偏移，这使得导向件能够抓住另一塔架部分内侧的区域增加。为代替将导向装置安装至塔架部分内部的安装法兰上，可以将该导向装置固定至塔架部分的外侧，例如采用固定装置如夹紧件或类似物。这使得导向件抓住另一塔架部分的外侧。向外延伸的导向件的外形可以是凸形元件或包括凸面，其中在安装时内切圆的半径朝向塔架部分中心纵轴。这就得到了导向件更理想的外形，使得自由悬挂的塔架部分下端的运动被限定为相对于固定的塔架部分的上端呈大致轴向运动。这种外形防止了，当下端与上端开始形成接触时，位于上端接触面上的密封材料被刮掉或者延伸得过宽。

根据一种实施方式，第三端包括第六接触面，用于与另一塔架部分的第七接触面接触，其中第六接触面呈凹面，在安装时面向另一塔架部分。

导向件可替代地制成凹面元件或者包括凹面，其中在安装时内切圆的半径背离塔架部分中心纵轴。这种导向件的外形使得，当自由悬挂的塔架部分沿着导向装置移动时，由于风或振动造成的摆动或横向运动得到抑制。

导向件可以是倒S型元件或者包括倒S型表面，其中凹部位于导向件的顶部，随后转变成凸部。或者该导向件或其接触面可平行于其所连接的塔架部分的中心纵轴延伸。或者导向件或其接触面可相对于其所连接的塔架部分中心纵轴呈一斜角，如0°至45°。这就意味着，在导向装置与其他塔架部分接合之前，自由悬挂的塔架部分不需要与固定的塔架部分精确对准。

根据一种实施方式，第三端从塔架部分的第一或第二接触面延伸出20厘米至60厘米的距离。

这使得，导向装置自下塔架部分上端20厘米至60厘米的距离处抓住或接合另一塔架部分，优选地是30厘米至35厘米。这意味着在降落过程最终状态期间，横向运动可被控制。导向装置控制自由悬挂的塔架部分的横向运动，使其正确地对准固定的塔架部分。

根据一种实施方式，安装装置是从导向件延伸出的第三法兰，其中该第三法兰包括至少一个第三孔，设为容纳第二紧固工具，该第二紧固工具用于安装至塔架部分的法兰。

安装法兰在两端之间的预设位置连接至导向件。导向装置的安装法兰可以与下塔架部分的安装法兰上的下侧和/或上塔架部分的安装法兰上的上侧开始形成接触。这使得，导向装置在组装后被移除，并重新用于组装下一塔架部分，从而允许工人们仅使用一组导向装置来组装整个风力涡轮机塔架。

塔架部分上的安装法兰可包括一个或两个次级孔，用于安装导向装置。这使得，在移除导向装置之前，利用初级孔将上塔架部分牢牢固定至下塔架部分。次级孔的直径可以小于或等于初级孔的直径。导向装置的法兰可以安装至一个或两个次级孔，该一个或两个次级孔位于下塔架部分的凸缘上两个相邻初级孔之间。可以采用紧固工具，如螺栓和螺母、螺钉、铆钉或其他适合的紧固工具，将导向装置安装至塔架部分。次级孔可包括孔内设有外螺纹或内螺纹，设为与螺钉或螺栓上的配合螺纹接合。另外，导向装置可以采用焊接、粘黏或其他适合的紧固技术牢牢连接至塔架部分。

根据一种实施方式，将第二导向件连接至第三法兰，并在安装时相对于塔架部分以轴向方向延伸，其中，第二导向件穿过塔架部分法兰内的孔延伸。

可以将销形式的第二导向件连接至导向装置的安装法兰。设置导向装置的位置，使得该销穿过塔架部分安装法兰内的一个初级孔或另一次级孔延伸。这使导向装置也能控制自由悬挂的塔架部分的径向运动。该销引导塔架部分，使得安装法兰内的初级孔与相对的塔架部分的安装法兰内相配合的孔对准。这就确保了初级孔的正确对准，使得两个塔架部分能利用紧固工具，如螺栓和螺母、螺钉、铆钉或其他适合的紧固工具，来安装在一起。该销可以包括具有圆锥形表面的头部或自由端，用于引导相应的孔至其位置。

导向装置上的安装法兰的长度小于两个相邻初级孔之间的长度，使得安装凸缘至少不会部分阻挡初级孔。安装法兰可包括一个或多个开口，朝向塔架部分的内表面或相邻初级孔。这就使得导向装置被安装至两个初级孔之间。这也使得在移除导向装置之前，可将所有紧固工具安装至初级孔。可替代的是，如果销穿过一个初级孔延伸，则安装法兰可以安装至该初级孔两旁的任意一个次级孔。在移除导向装置以及将紧固工具安装至该初级孔之前，可将紧固工具安装至其他初级孔。

当两个塔架部分彼此定位时，将一个或多个导向装置安装至上塔架部分的下端，其中导向装置面对着安装至下塔架部分的上端的导向装置。两个塔架部分上的导向装置可以具有相同的结构和/或以同样的方式安装至法兰。第二导向件可以位于所有导向装置之上或仅位于它们中的一个或多个之上。当两组导向装置开始相互形成接触时，自由悬挂的塔架部分下端的运动可以被限制为相对于固定的塔架部分的上端大致轴向运动。在两个导向装置上彼此相对的导向件彼此相对偏移。这使得自由悬挂的塔架部分能够相对于固定的塔架部分以径向方向运动，从而使初级孔彼此正确对准。如果导向装置以相同或大致相同的位置安装在塔架部分上，这会使两个塔架部分以相同方向定向，从而使塔架部分内部的任何结构（梯子、电缆导向装置、或其他）都彼此对准。

根据一种实施方式，第三端包括圆锥形元件，其在安装时相对于塔架部分以轴向方向延伸，其中导向件穿过塔架部分的法兰内的孔延伸。

导向件可以是导向销的形状，其延伸穿过一个塔架部分的安装法兰内的一个初级孔或次级孔。该销可以包括具有圆锥形表面的头部或自由端，用于引导相应的孔至适当位置。该销可以在另一端连接至安装法兰，该安装法兰设为安装至塔架部分的安装法兰。另一塔架部分的相配合的初级孔或次级孔沿着该销被引导直至两个塔架部分的下端和上端开始相互接触。导向装置随后被移除，并且重新设置在另一位置。导向销和导向件可以一起使用，将上塔架部分引导至下塔架部分顶端上的正确位置。

当导向装置被安装至塔架部分的法兰时，导向销的安装法兰可连接至第二导向件，该第二导向件具有从塔架部分端部延伸出的一端。第二导向件的一端与另一导向件的相应端可以具有相同的结构或不同的结构。这使得，第二导向件可通过将其与另一导向装置形成接触，用于控制自由悬挂的塔架部分的径向运动，使得自由悬挂的塔架部分的运动被限定为大致轴向运动。

导向销和/或第二导向件可从塔架部分的上或下表面延伸出10厘米至40厘米的距离，优选为20厘米至30厘米。接触面设置为相对于导向销的纵轴呈一斜角，例如0°至45°。导向销和/或第二导向件可由与导向件相同的材料制成。

本发明的目的也通过一种风力涡轮机塔架的组装方法来实现，其中：

-当第一塔架部分相对于第二塔架部分以至少横向方向运动时，该第一塔架部分与连接至第二塔架部分的至少一个导向装置在位于第二上端之上的第二位置形成接触，以及

-其中导向装置引导第一塔架部分从第二位置移动至另一位置，在该另一位置第一下端停靠在第二上端上。

这使得该塔架部分利用若干个连接至下塔架部分和/或上塔架部分的安装法兰的机械导向装置对准。当自由悬挂的上塔架部分被降低时，其由导向装置抓住并引导至正确位置。导向装置的结构允许一名工人在塔架部分内部简单地安装导向装置。在组装完成后，工人可以拆卸并将导向装置重新放置在新组装的塔架部分，无需离开风力涡轮机塔架将导向装置连接至下一个塔架部分。这些导向装置可以在塔架部分升高之前预先安装至塔架部分。与现有的组装方法相比，这样使得总组装时间减少了约50%。由于工人们不需要从固定的塔架部分内部推动或拉动自由悬挂的塔架部分至适当位置，因此工人们的安全得到保证。工人们利用两条或多条连接至上塔架部分的缆线引导上塔架部分从地面移动至其位置，并且仅需要在两个塔架部分彼此开始形成接触时进入风力涡轮机塔架。工人们也可以站在下塔架部分内部的安全位置，当下端停靠在上端时，他们将紧固工具安装至安装法兰上。

根据一种实施方式，当第一塔架部分相对于第二塔架部分以至少径向方向移动时，两个塔架部分之一的一端至少与连接至另一塔架部分的第二导向装置在第三位置开始形成接触，该第三位置位于第二上端之上。

一个或多个导向销，优选为至少三个，可用于引导两个塔架部分的安装法兰内的孔至适当位置。通过沿着导向销上的圆锥形接触面引导相对塔架部分上的接触面，自由悬挂的塔架部分上的初级孔可以与固定的塔架部分上相配合的孔对准。可替代地，导向装置上的销可以用于与安装法兰上的初级孔对准。一个或多个导向件，优选为至少三个，可以安装至同一塔架部分或相对的塔架部分，用于控制自由悬挂的塔架部分的横向运动。这使得工人可以快速简单地将自由悬挂的塔架部分引导至正确位置，而不必站在下塔架部分内部。

根据一种实施方式，当第一下端沿着至少一个导向装置移动时，第一塔架部分相对于第二塔架部分的最大运动是持续减少的。

导向装置上的接触面可相对于安装时塔架部分的中心纵轴呈一斜角设置，例如在0°至45°之间。导向件或其接触面可替代地呈凸形和/或凹形。导向装置上的接触面在安装时可以平行于塔架部分的中心纵轴设置。通过设置最佳的导向装置外形，使得当自由悬挂的塔架部分被降下时，其径向和横向运动以及摆动都得到控制。这就阻止了在下降过程中两个塔架部分彼此相撞，并为两个塔架部分之间提供了适当的密封。

自由悬挂的塔架部分相对于固定的塔架部分的最大横向运动为10厘米或更少，优选地为5厘米或更少，甚至是3厘米或更少。最大横向运动可在距离下塔架部分的上端10厘米或更少处，优选地为5厘米或更少处，在导向装置的接触面和另一塔架部分的接触面之间测得。

根据一种实施方式，风力涡轮机塔架的组装可以在平均风速高达15米/秒下进行。

使用机械导向装置引导自由悬挂的塔架部分至固定的塔架部分之上的适当位置，使得组装过程可以在平均风速高达15米/秒甚至更高的风速下进行。而现有的组装方法仅允许组装过程在平均风速高达10米/秒的情况下运行，尤其是在离岸安装地点。

本发明的目的是通过一种风力涡轮机来实现的，其中该风力涡轮机塔架根据上文所定义的方法或塔架组装系统来组装。

根据本发明的组装方法，使用导向装置安装岸上或离岸型风力涡轮机很有优势。这也减少了安装成本。

附图说明

本发明仅通过实施例并参照附图进行描述，其中：

图1示出了一种带有风力涡轮机塔架的风力涡轮机的示范性实施例，该塔架具有多个塔架部分；

图2示出了图1中所示的塔架部分的示范性实施例；

图3示出了两个塔架部分紧固连接在一起的截面图；

图4示出了根据本发明的导向装置的第一种示范性实施例；

图5示出了导向装置的第二种示范性实施例；

图6示出了图2所示的塔架部分上端的第二种示范性实施例；

图7示出了导向装置的第三种示范性实施例；

图8示出了图2所示的塔架部分上端的第三种示范性实施例；

图9示出了导向装置的第四种示范性实施例；

图10示出了图2所示的塔架部分上端的第四种示范性实施例；

图11示出了导向装置的第五种示范性实施例；

图12示出了图2所示的塔架部分上端的第五种示范性实施例；以及

图13示出了根据本发明组装风力涡轮机塔架的示范性方法。

在下文中，将逐一描述附图，并且图中可见的不同部件和位置在各附图中将以相同的附图标记来表示。在特定附图中并非所示出的所有部件和位置都必须与该附图一起描述。

具体实施方式

图1示出了一种风力涡轮机1的示范性实施例，其具有风力涡轮机塔架2和机舱3，该机舱3安装在风力涡轮机塔架2的顶部。该风力涡轮机塔架2包括两个或多个安装在彼此顶部的塔架部分4、5、6、7。可转动的转子轮毂8通过转子轴（图未示出）安装至机舱3上。两块或多块风力涡轮机叶片9通过从转子轮毂8的中心向外延伸的轴安装至转子轮毂8上。从而使这些风力涡轮机叶片9形成一个转动平面。风力涡轮机塔架2安装在基座10上，该基座10从地平面11向上方延伸。

风力涡轮机叶片9包括安装至转子轮毂8上的叶根12。风力涡轮机叶片9还包括设于叶片9自由端的尖端13。风力涡轮机叶片9沿叶片长度方向具有气动外形。

图2示出了构成风力涡轮机塔架2的其中一个塔架部分4、5、6、7的示范性实施例。每个塔架部分4、5、6、7具有连接至下端15的上端14，该下端15背离第一上端14。下端15包括从塔架部分4、5、6、7的内表面17延伸出的法兰16。该法兰16包括内接触面18和外接触面19。法兰16上设有若干个初级孔20，用于将下塔架部分4、5、6、7固定安装至该塔架部分4、5、6、7上。上端14包括从内表面17延伸出的法兰21。该法兰21包括内接触面22和外接触面23。法兰21上设有若干个初级孔24，用于将上塔架部分4、5、6、7固定安装至该塔架部分4、5、6、7上。

塔架部分4、5、6、7可以由金属如铁、钢、玻璃或有机纤维加固塑料或复合物或其他合适的材料或复合材料制成。塔架部分4、5、6、7可以包括一些圆柱形、正方形或椭圆形部件，这些部件连接在一起构成塔架部分4、5、6、7。每个部件可采用已知的紧固技术焊接、熔合、粘接或安装在一起。可替代地是，该塔架部分4、5、6、7也可以由单个部件构成。

图3示出了上塔架部分5与下塔架部分4固定连接在一起的截面图。法兰16、21构成塔架部分4、5的一部分，或者采用已知的紧固技术焊接、熔合、粘接或安装至塔架部分4、5的端部。初级孔20、24贯穿法兰16、21并连通每个接触面18、19、22、23的开口。在法兰16、21中设置了至少五十个初级孔。

初级孔20、24设置为容纳螺栓25和螺母26式的紧固工具。螺栓25可以包括外螺纹或内螺纹25a，用于与螺母26内相配合的内螺纹或外螺纹（图未示出）接合。螺栓25在螺纹25a的另一端包括头部25b，设置该头部25b的形状，使安装工具如扳手能与该头部接合，并通过施加外力使螺栓25相对于螺母26转动。螺母26具有与螺栓头部25b相同的结构。螺栓25可以是M48螺栓或M68螺栓或介于两者之间任意尺寸的螺栓，螺母则具有相配合的尺寸。螺栓25和螺母26可由高强度材料如铁、钢或钛制成。

当上塔架部分5的下端与下塔架部分4的上端对准时，外接触面19朝向外接触面23。在接触面23上可以放置O形环或黏性材料的密封件（图未示出）。当塔架部分5的下端停靠在塔架部分4的上端时，密封件将两个接触面之间的区域密封，从而阻止水、湿气、尘埃或类似物进入风力涡轮机塔架2。

图4示出了连接至塔架部分4的上端14的导向装置27的第一种示范性实施例。附加地或可选地，该导向装置27可连接至一个或多个塔架部分4、5、6、7的上端14和/或下端15。导向装置27可包括导向件28，其具有连接至第二端30的第一端29，其中该第二端背离第一端29。该导向件28可以设置成载荷传递结构，该结构可由单块板构成。该载荷传递结构28可设置为将来源于上塔架部分5的载荷传递至下塔架部分4的结构中。该导向件28可由钢、铁、铝或具有高强度特性的其他材料或复合物制成。

第一端29从法兰21的下接触面22延伸出并朝向塔架部分4的内腔。第一端29可包括连接至导向件28的法兰30。该法兰30具有接触面31，在安装时用于与下塔架部分4的内表面17接触。

法兰式安装装置32可在两个端部29、30之间通过中间件连接至导向件28。法兰32可从导向件28延伸出并在安装时朝向内表面17。该法兰32包括接触面33，在安装时用于与法兰21的内接触面22接触。该法兰32可包括一个或多个次级孔（图未示出），用于容纳螺钉或螺栓式的紧固工具34，该紧固工具设为安装至法兰21。该法兰21可包括一个或多个相配合的次级孔35用于容纳紧固工具34，优选地在中间件的其中一边设一个孔。

第二端30可从法兰21的上接触面23延伸出并背离下塔架部分4。第二端30呈凸形，其接触面36用于与上塔架部分5的接触面37接触。该接触面36朝向法兰21并构成内切圆，在安装时该内切圆的半径背离下塔架部分4的中心纵轴。当上塔架部分5的下端15到达下塔架部分4的上端14之上的第一位置时，第二端30的形状可设置为抓住并接合上塔架部分5的法兰16。第二端30从上接触面23延伸出20厘米至60厘米的距离，该距离确定了第一位置。这使得，当下端15沿着接触面36移动时，导向件28实质上可限定上塔架部分5的运动为大致横向运动。

螺栓34可包括外螺纹34a，设置为与次级孔35内设的相配合内螺纹匹配，反之亦然。螺栓34包括螺栓头部34b，设置该头部34b的形状，从而使安装工具可与该头部34b接合，并通过施加外力使螺栓34相对于法兰32转动。螺栓34可以是M10螺栓或M30螺栓或介于两者之间任意尺寸的螺栓。螺栓34可由高强度材料如铁、钢或钛制成。

图5示出了不同于导向装置27的导向装置38的第二种示范性实施例，其导向件28具有不同形状的第二端30’。第二端30’呈凹形，其具有接触面36’用于与上塔架部分5的接触面37接触。该接触面36’朝向法兰21并构成内切圆，在安装时该内切圆的半径朝向下塔架部分4的中心纵轴。这使得，当下端15沿着接触面36’移动时，导向件28实质上可抑制上塔架部分5的摆动或横向运动。

图6示出了其中一个塔架部分4、5、6、7的上端14的第二种示范性实施例。法兰21可设为环形，其中外边缘可连接至其余塔架部分4、5、6、7。如图6所示，初级孔24沿塔架部分4、5、6、7的法兰21平均分布。优选地，法兰21中设置了至少三十个初级孔24，其中下端15上的法兰16可以包括同等数量的初级孔20。

在法兰21上两个相邻孔24a、24b之间可设置次级孔35，从而使导向装置27、38位于在两个相邻孔24a、24b之间。在两个相邻孔24a、24b之间可设置至少一个次级孔35用于容纳紧固工具34。这使得导向装置27、38连接至法兰21，从而使下端15和上端14可利用紧固工具25、26相互紧固安装，而在安装最后的紧固工具25、26之前无需移除导向装置27、38。为了准确地将上塔架部分5引导至其位置，在法兰21内设置三个或更多个孔35a、35b、35c用于将三个或多个导向装置27、38连接至法兰21。导向装置27可以沿塔架部分4的法兰21平均分布。

图7示出了不同于导向装置38的导向装置39的第三种示范性实施例，该导向装置39不同之处在于包括在法兰21内设置另一种次级孔40。该次级孔40可设置为容纳导向销式的第二导向装置41，其可连接至上塔架部分4上的法兰16。法兰16可包括另一种相配合的次级孔42，用于容纳该导向件41。

导向装置39的法兰32可包括两个或多个次级孔43a、43b，用于容纳紧固工具如螺钉或螺栓44。这些孔43a、43b设置在孔40的两旁其中一侧。法兰21可包括两个或多个相配合的次级孔45a、45b，用于容纳紧固工具44。螺栓44可包括外螺纹，其用于与孔45内设的相配合的内螺纹匹配，反之亦然。螺栓44可包括螺栓头，设置其形状，使得安装工具可以与该螺栓头接合，并通过施加外力使螺栓44相对于法兰32转动。螺栓44可以是M5螺栓或M20螺栓或介于两者之间任意尺寸的螺栓。螺栓44可由高强度材料如铁、钢或钛制成。

第二导向装置41可包括外螺纹46，用于与孔42内设的相配合的内螺纹匹配，反之亦然。该导向装置41可在一端设置头部47，其形状设为螺栓头，例如螺栓头34b，用于与安装工具接合。导向装置41可在另一端设置自由端，其具有接触面48，用于与孔40内设的接触面49接触。导向装置41可设置为将下端15引导至其在上端14之上的位置，使得初级孔20、24相互对准。这使得导向装置41大幅限制了上塔架部分5的径向运动。

图8示出了其中一个塔架部分4、5、6、7的上端14的第三种示范性实施例。该实施例与图6中示出实施例的不同之处在于，次级孔40设置在法兰21’上的两个相邻初级孔24a、24b之间。孔43a、43b用于安装导向装置39，可以设置在法兰21’的内外边缘之间，或设置在两个相邻孔24a、24b之间。这使得导向装置39能够连接至法兰21’，从而利用紧固工具25、26使下端15和上端14相互紧固安装，在安装最后的紧固工具25、26之前无需移除导向装置39。

为了准确地将上塔架部分5引导至其位置，在法兰21’内设置三个或更多个孔40a、40b、40c，用于将三个或多个导向装置39连接至法兰21’。这些导向装置39可以沿塔架部分4的法兰21’平均分布。

法兰16上的次级孔42可设置在两个相邻孔20（图未示出）之间，并且可以对准孔40，类似于图6所示的法兰21。上塔架部分5的法兰16中也可以设置三个或多个导向装置。

图9示出了不同于导向装置39的导向装置50的第四种示范性实施例，该导向装置50不同之处在于包括以导向销式的第二导向件51。该导向件51可以连接至法兰32并从接触面33延伸出。该导向件51可贯穿其中一个初级孔24，并朝向上塔架部分5的下端15。

导向件51可以包括自由端，其具有接触面52，用于与法兰16上的相配合的初级孔20内设的接触面53接触。该导向件51可设置为将下端15引导至上端14之上的位置，使得初级孔20、24相互对准。这使得导向件51大幅限制了上塔架部分5的径向运动。

图10示出了其中一个塔架部分4、5、6、7的上端14的第四种示范性实施例。该实施例与图8中所示实施例的不同之处在于，导向装置50连接至法兰21’’上初级孔24两旁的两个次级孔54a、54b。法兰32可包括两个相配合的次级孔（图未示出），用于容纳紧固工具如螺钉或螺栓（图未示出）。该孔54也可设为容纳紧固工具。紧固工具可包括外螺纹，用于与孔54内设的相配合的内螺纹匹配，反之亦然。该紧固工具可以与紧固工具34、44具有相同的结构。

这使得，导向装置50将上塔架部分5的下端15引导至下塔架部分4的上端14上的正确位置。随后将紧固工具25、26安装至剩余的初级孔24中，从而使两个端部14、15相互紧固安装在一起。在安装最后的紧固工具25、26之前，移除导向装置50。

为了准确地将上塔架部分5引导至其位置，将三个或多个导向装置50a、50b、50c连接至法兰21’’。导向装置50可以沿塔架部分4的法兰21’’平均分布。

图11示出了不同于导向装置50的导向装置55的第五种示范性实施例，其与导向装置50的不同之处在于，省略了导向件28和中间件。在本实施例中导向装置55设置为导向销，如图11所示。该导向装置55按图10所述方式连接至法兰21。

图12示出了其中一个塔架部分4、5、6、7的上端14的第五种示范性实施例。该实施例与图10所示实施例的不同之处在于，从导向装置55中省略了导向件28和中间件。

为了将上塔架部分5引导至其径向的位置，将三个或多个导向装置55a、55b、55c连接至法兰21’’。这些导向装置55沿着塔架部分4的法兰21’’平均分布。

利用一组或多组导向装置27、38、39、50来抓住并控制上塔架部分5的横向运动。

第二导向件41、51可从法兰16、21的接触面19、23延伸出10厘米至40厘米的距离，优选为20厘米至30厘米，该距离定义为第二距离。接触面48、52呈圆锥形，其中接触面48、52相对于导向件41、51的纵轴以一定角度放置，如0°至45°。第二导向件41、51可由与导向件28相同的材料制成。导向件41、51的外形可设置为，当下端15到达下塔架部分4的上端14至少的第二位置时，抓住并接合上塔架部分5的法兰16。

图13示出了根据本发明组装风力涡轮机塔架2的示范性方法。一台或多台起重机56，例如移动式起重机，可用于提升塔架部分4、5、6、7放置至彼此顶部的位置。在图中仅示出下塔架部分4和上塔架部分5。

起重机56可包括绞车（图未示出），其具有连接至上塔架部分5上端14的缆线57，用于升起上塔架部分5。将一条或多条导向缆线58a、58b连接至上塔架部分5的下端，其中地面上的工人们59a、59b可使用导向缆线58来将上塔架部分5引导至正确位置。可选地，可以利用第二小型起重机（图未示出）来将上塔架部分5引导至正确位置。

将导向装置27、38、39、50可连接至下塔架部分4的上端14。可选地或附加地，可将这些导向装置27、38、39、50连接至上塔架部分5的下端15和/或上端14。在上塔架部分5被升高之前，可将导向装置27、38、39、50连接至塔架部分4、5。将一组三个或多个导向装置27、38、39、50连接至下塔架部分4，如图13所示，以便准确地将上塔架部分5引导至下塔架部分4上的位置。可附加地或替代地，将另一组三个或多个导向装置41、55连接至上塔架部分5和/或下塔架部分4。

随后，上塔架部分5以相对于下塔架部分4的轴向方向向上提升，使得上塔架部分5的下端15位于下塔架部分4的上端14之上。随后转动上塔架部分5并大致相对于下塔架部分4以轴向方向对准，从而使下端15大致位于上端14之上。上塔架部分5随后以大致轴向方向朝下塔架部分4下降。

当上塔架部分5被降下时，导向装置27、38、39、50上的导向件28随后可在上端14之上的第一位置抓住上塔架部分5的下端15。当上塔架部分5相对于下塔架部分4以横向方向移动，两个部分的接触面36、37开始形成相互接触时，工人们59可利用导向缆线58相对于导向件28以轴向方向引导上塔架部分5。当上塔架部分5进一步朝下塔架部分4的上端14降下时，导向件28控制上塔架部分5的横向运动。

由于下端15沿着导向件28从第一位置向上端14移动，上塔架部分5相对于下塔架部分4的最大横向运动可能会持续减少。随着上塔架部分5沿导向装置27、38、39、50的移动，法兰16的接触面37与导向件28的接触面36开始形成接触。上塔架部分5相对于下塔架部分4的最大横向运动可以是10厘米或更少，优选地是5厘米或更少，或者甚至是3厘米或更少。该横向运动可以在距离下塔架部分4的上端14处10厘米或更少处，优选地是5厘米或更少处，导向件28的接触面36和上塔架部分5的接触面37之间测得。

位于上塔架部分5和/或下塔架部分4上的第二导向件41、55随后可以在下端14之上的第二位置内抓住上塔架部分5的下端15。工人们59可以利用导向缆线58以相对于导向件28的径向方向引导上塔架部分5，使得当上塔架部分5相对于下塔架部分4以径向方向移动时，上塔架部分5的孔40、20上的接触面49、53开始与导向装置39、50、55的接触面48、52形成接触。随着上塔架部分5被降下，导向装置39、50、55控制上塔架部分5的径向运动，直至上端14停靠在下塔架部分4上。

下塔架部分4内部的工人随后将紧固工具25、26安装至法兰16、21，使得两个塔架部分4、5彼此紧固连接。起重机57的缆线和导向缆线58随后被移除，并连接至下一个塔架部分6。塔架部分4内部的工人可以移除导向装置27、38、39、50、55，如果第二组导向装置还没准备好连接至上塔架部分5的上端，可以重新放置该组导向装置至其上端。

导向装置27、38、39、50、55使得塔架部分4、5、6、7能够在平均风速高达15米/秒时进行组装。它们还使工人们59组装塔架部分4、5、6、7的速度比任何其他传统组装方法快50%。导向装置27、38、39、50、55可用于在离岸安装点组装风力涡轮机塔架2。

Claims (13)

1.用于风力涡轮机的塔架组装系统，其中所述系统包括：

-第一塔架部分（5）具有第一上端（14），所述第一上端（14）连接至与其背离的第一下端（15），其中，所述第一下端（15）包括具有多个第一孔（20）的第一法兰（16），所述第一孔（20）设为容纳紧固工具（25，26），所述紧固工具（25，26）用来安装至第二塔架部分（4），并且所述第一法兰（16）包括第一接触面（19），用于与所述第二塔架部分（4）上的第二接触面（23）接触；

-所述第二塔架部分（4）具有第二上端（14），所述第二上端（14）连接至与其背离的第二下端，其中，所述第二上端（14）包括所述第二接触面（23）和第二法兰（21），所述第二法兰（21）具有多个第二孔（24），所述第二孔（24）设为容纳紧固工具（25，26）；

其特征在于：

-至少一个导向装置（27）设为连接至塔架部分（4，5）两个端部（14，15）其中之一，其中所述导向装置（27）包括导向件（28），所述导向件（28）连接至安装装置（32），所述安装装置（32）设为安装至所述塔架部分的法兰（16，21），所述安装装置（32）包括第三接触面（33），用于与所述塔架部分的法兰上的第四接触面（22）接触，背离所述塔架部分的法兰的接触面（23），并且其中所述导向件（28）具有第三端（30），当导向装置（27）安装至塔架部分的法兰（16，21）时，所述第三端（30）从塔架部分的端部延伸出。

2.根据权利要求1所述的塔架组装系统，其特征在于，所述导向件（28）具有第四端（29），所述第四端（29）连接至所述第三端（30）并背离所述第三端（30），其中所述第四端（29）包括具有第五接触面（31a）的板（31），用于在安装时与塔架部分（4，5）的内表面（17）接触。

3.根据权利要求1所述的塔架组装系统，其特征在于，所述第三端（30）包括第六接触面（36），用于与另一塔架部分的第七接触面（37）接触，其中所述第六接触面（36）呈凸面，在安装时面朝另一塔架部分。

4.根据权利要求1所述的塔架组装系统，其特征在于，所述第三端（30）包括第六接触面（36），用于与另一塔架部分的第七接触面（37）接触，其中所述第六接触面（36）呈凹面，在安装时面朝另一塔架部分。

5.根据权利要求1所述的塔架组装系统，其特征在于，所述第三端（30）从塔架部分的所述第一或第二接触面（19，23）延伸出20厘米至60厘米的距离。

6.根据权利要求1所述的塔架组装系统，其特征在于，所述安装装置是从所述导向件（28）延伸出的第三法兰（32），其中所述第三法兰（32）包括至少一个第三孔（35），设为容纳用于安装至塔架部分法兰的第二紧固工具（34）。

7.根据权利要求6所述的塔架组装系统，其特征在于，第二导向件（51）连接至所述第三法兰（32），并且在安装时相对于塔架部分以轴向方向延伸，其中，所述第二导向件（51）穿过塔架部分法兰中的孔（24）。

8.根据权利要求1所述的塔架组装系统，其特征在于，所述第三端（30）包括圆锥形元件（41），在安装时相对于塔架部分以轴向方向延伸，其中，所述导向件（41）穿过塔架部分法兰中的孔（24）。

9.一种组装风力涡轮机塔架的方法，其中所述方法包括以下步骤：

-相对于具有第二上端（14）的第二塔架部分（4）以至少轴向方向升高具有第一下端（15）的第一塔架部分（5），使第一下端（15）位于第二上端（14）之上；

-相对于第二塔架部分（4）以轴向方向大致对准第一塔架部分（5），使第一下端（15）大致位于第二上端（14）之上；

-相对于第二塔架部分（4）以轴向方向降低第一塔架部分（5），直至第一下端（15）上的第一接触面（19）与第二上端（14）上的第二接触面（23）开始形成接触；

-引导第一塔架部分（5）至其在第二塔架部分（4）的位置，其中第一塔架部分（5）的第一下端（15）停靠在第二塔架部分（4）的第二上端（14）之上，其特征在于：

-当第一塔架部分（5）以至少横向方向相对于第二塔架部分（4）移动时，第一塔架部分（5）与权利要求1中所述的至少一个导向装置（27）形成接触，并在第二位置连接至第二塔架部分（4），所述第二位置位于第二上端（14）之上，以及

-所述导向装置（27）引导所述第一塔架部分（5）从第二位置移动至第一下端（15）停靠在第二上端（14）上的位置。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当第一塔架部分（5）以至少径向方向相对于第二塔架部分（4）移动时，两个塔架部分（4，5）之一的其中一个端部与至少第二导向装置（41）形成接触，所述至少第二导向装置（41）在第三位置连接至其他塔架部分（4，5），所述第三位置位于第二上端（14）之上。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，随着第一下端（15）沿至少其中一个导向装置（27，41）移动时，第一塔架部分（5）相对于第二塔架部分（4）的最大运动是持续减小的。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，风力涡轮机塔架（2）的组装是在平均风速高达15米/秒下进行的。

13.一种风力涡轮机，包括：

-风力涡轮机塔架（2），包括两个或多个连接在一起的塔架部分（4，5，6，7），其中最顶端的塔架部分（7）构成风力涡轮机塔架（2）的顶部；

-机舱（3），设置于所述风力涡轮机塔架（2）的顶部；

-转子轮毂（8）可转动地安装至所述机舱（3）；

-一块或多块风力涡轮机叶片（9）安装至所述转子轮毂（8），其中所述风力涡轮机叶片（9）构成转子平面，其特征在于，

-所述风力涡轮机塔架（2）根据权利要求1所述的塔架组装系统或权利要求9所述的方法进行组装。

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