CN106029987A - 风力涡轮机塔架的基座和风力涡轮机塔架的预组装方法 - Google Patents

风力涡轮机塔架的基座和风力涡轮机塔架的预组装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于风力涡轮机塔架的基座并且涉及一种用于所述塔架的预组装方法，其中，塔架包括分成壳段(5)的区段(4)，并且其中，基座包括桩承台(1)，桩承台(1)具有上基部(12)、下基部(10)和倾斜表面(13)，上基部(12)具有比下基部(10)小的表面面积。基座包括：一组支承元件，所述一组支承元件在桩承台(1)的倾斜表面(13)上方延伸并且构造成使得这些支承元件的自由表面(24)为用于区段(4)的预组装的壳段(5)提供支承表面；以及一组细长的连接元件(3)，所述一组细长的连接元件(3)布置成与桩承台(1)连接并且所述一组细长的连接元件(3)的自由端部(31)意在连接至区段(4)的梯形件(5)。

Description

风力涡轮机塔架的基座和风力涡轮机塔架的预组装方法
技术领域
本发明描述了风力涡轮机塔架的基座和预组装方法，其中，用于预组装的基部安装在塔架基座上。
背景技术
用于风力涡轮机的混凝土塔架可以分成区段，这些区段为可以再分成部段或壳段的中空段，以允许这些部段或壳段可以借助轮式车辆通过公路运输。这些区段在被称为预组装的阶段中通过将构成区段的壳段接合而在最终的塔架位置附近预组装。预组装的区段随后由起重机吊起并且彼此上下地堆叠以形成塔架。
预组装通常在组装基部上完成，壳段在所述组装基部上竖向地布置，直到区段完整为止。除了其他缺点以外，区段的预组装还需要用以实施该过程的水平的地面，另外，由于壳段的尺寸，风作用在表面上会使组装复杂化并且使预组装基部经受较高的压应力和/或拉应力。另一缺点在于壳段会开始随着风的频率共振。
为了对塔架和机舱的载荷以及风荷载进行支承，基座必须建造在塔架的下面。
当前的基座设计涉及下述结构件：所述结构件在顶部处接合至风力涡轮机塔架的底部区段，其中，所述结构件的下部部分支承在地面上或埋在地面中。基座的功能是将载荷传递至地面，从而保证塔架的稳定性并且使载荷分布在更宽的地面元件上。
存在厚度恒定的基座和厚度可变的基座。具有恒定厚度的基座的示例是具有方形或椭圆形的水平布局并且在整个元件中截面保持不变的基座。然而，具有可变的几何形状或厚度——例如具有截头圆锥的形状——的基座提供了减小建造所需要的材料量的优点。直径较大的基部通常位于底部上，而直径较小的基部位于顶部上。这种基座设置的缺点是在上基部与下基部之间延伸的倾斜侧表面不是平的，因为侧部区域具有倾斜壁。这使得基座的这种区段不能用作壳段的预组装基部，因为如之前提到的，预组装需要水平表面。
为了解决这个问题，基座可以倒置地布置，换句话说，直径较小的基部位于底部上，直径较大的基部位于顶部上并且与塔架的底部区段接触，使得在上基部与下基部之间延伸的倾斜的侧表面可以用作用以预组装各区段的水平表面。这个解决方案的主要缺点在于：该解决方案需要较大直径的墩基，并且还使用更多的钢和/或混凝土以承受相同的应力。这是由于：
-墩基的几何形状使得地面的功能变差，因为地面具有变小的旋转阻力；
-由于在墩基的上面不存在土壤，因此该墩基不具有用于向塔架基部提供增加的稳定性的地面的额外重量。
发明内容
本发明的目的是提供能解决前述缺点的基座和预组装方法。
基于上述信息，在现有技术中，风力涡轮机塔架由被划分成壳段的区段构成，并且基座包括桩承台，该桩承台具有上基部、下基部和倾斜表面，其中，上基部的面积比下基部的面积小，并且倾斜表面在上基部与下基部之间延伸。在示例性实施方式中，该桩承台可以是具有圆形基部的截头圆锥体。
基座的特征在于，该基座还包括下述元件：
-一组支承元件，所述一组支承元件连接至桩承台并且在倾斜表面的上方延伸，所述一组支承元件布置成使得这些支承元件的自由表面(clear surface)为用于预组装成区段的壳段提供支承表面；
-一组细长的连接元件，所述一组细长的连接元件连接至桩承台并且所述一组细长的连接元件的自由端部意在连接至预组装在支承元件上的区段的壳段。这些连接元件在优选实施方式中可以是用于将壳段接合至基座的线缆或金属杆。由于壳段刚性地附接至基座，因此这些壳段可以经受压应力和拉应力两者。因此，这使该解决方案对于经受强风或经受因涡流的产生而引起的共振来说是理想的。
这意味着该基座在提供一系列连接元件的同时提供了支承表面，其中，支承件经受拉应力以及由壳段和连接元件产生的压应力。
根据先前的描述，作为本发明的目的的预组装方法包括下述步骤：
-将第一壳段定位在一组支承元件上，所述一组支承元件附接至桩承台并且在该桩承台的倾斜表面的上方延伸，所述一组支承元件布置成使得这些支承元件的自由表面为用于预组装成区段的壳段提供支承表面；以及
-将第一壳段连接至与桩承台相连接的细长的连接元件的自由端部。
所有壳段都将重复这些步骤，直到区段完成为止。
附图说明
为了完成本说明书，并且为了提供对本发明的更好的理解，提供了一组附图。这些附图形成说明书的组成部分并且这些附图示出了本发明的优选实施方式。附图包括以下各图。
图1A提供了具有塔架和由两个壳段预组装而成的区段的塔架基座的示意性俯视图。
图2A提供了具有塔架和预组装而成的区段的基座的实施方式的示意性正视图，其中该区段定位在具有两个壳段的区段的支承元件上。
图1B提供了具有塔架和由三个壳段预组装而成的区段的塔架基座的示意性俯视图。
图2B提供了具有塔架和下述区段的基座的实施方式的示意性正视图：该区段具有正进行预组装的三个壳段，并且其中一个壳段被定位在支承元件上。
图3示出了支承元件和连接元件的三个实施方式的示意图。
图4示出了支承元件的实施方式的示意图。
图5示出了支承元件的实施方式的示意图。
具体实施方式
图1A和图1B示出了基座(8)、塔架和组装在该基座上的两个区段(4)的俯视图。更具体地，图2A和图2B示出了桩承台(1)，桩承台(1)具有圆形的上基部(12)和下基部(10)，上基部(12)和下基部(10)与倾斜表面(13)结合而形成截头圆锥体。
图1A和图2A示出了具有两个壳段(5)的区段(4)的实施方式，而在图2A和图2B中，区段(4)具有三个壳段(5)。
图2A和图2B还示出了支承元件的组合，所述支承元件在桩承台(1)的倾斜表面(13)的上方延伸并且所述支承元件布置成连接至倾斜表面(13)。这些支承元件的自由表面(24)布置在相同高度处以限定用于区段(4)的预组装的一系列水平支承点。更具体地，该支承元件的组包括若干个支柱(2)。
在图1A和图2A中示出的实施方式中，基座包括四个支柱(21、22、23)，这四个支柱(21、22、23)中的两个支柱位于较低高度(21)和较高高度(22)上并且设计成对区段(4)的壳段(5)的中央部分进行支承，并且这四个支柱(21、22、23)中的其他两个支柱(2)位于相同高度(23)上以对壳段(4)的端部中的每个端部进行支承。这意味着下支柱(21)和上支柱(22)对壳段(5)的中央部分进行支承，而位于相同水平高度(23)上的支柱对两个壳段(5)的端部进行支承。
在另一实施方式中，还将可以使支柱(2)的数目为壳段(4)的数目的两倍，使得每个壳段(4)将如图1B和图2B中的实施方式中所示出地那样由两个支柱支承，在该实施方式中存在六个支柱，两个支柱位于较低高度(21)上，另两个支柱位于较高高度(22)上，并且其他两个支柱位于中间高度(23)处。
当风对壳段(5)进行作用时，对壳段(5)的中央部分进行支承的支柱(2)通常将经受压缩，而对壳段(5)的端部进行支承的支柱(2)根据风的方向将经受压应力或拉应力。这拉应力的存在要求支柱(2)牢固地紧固至桩承台(1)。出于这个原因，优选布置将是较低高度(21)上的支柱(2)仅承担压应力，换句话说，对壳段(5)的中央部分进行支承，这是由于较低高度(21)处是桩承台(1)的最薄的部分并且因此位于水平高度(21)上的支柱(2)与桩承台(1)之间的锚定件将更短。
图3示出了支柱(2)和连接元件(3)的三个实施方式。图3B和图3C描绘了由与桩承台(1)相同的材料制成的若干个支柱(2)并且这些支柱(2)形成桩承台(1)的续接部件。图3A示出了由与桩承台(1)材料不同的材料——例如金属——制成的支柱(2)，并且支柱(2)通过嵌入到桩承台(1)中的连接杆(71)而连接至桩承台(1)。
还示出了细长元件(3)的不同实施方式。细长元件(3)可以是金属线缆或金属杆。这些细长元件(3)可以如图3A和图3B中所示地那样连接至支承元件，或者如图3C中所示地那样直接地连接至桩承台(1)。
图4示出了连接至桩承台(1)的金属支柱(2)的实施方式。支柱(2)包括上支承表面(24)和连接元件(3)，连接元件(3)在一端处接合至支柱(2)，并且在另一端处连接并拉紧至壳段(5)。在一个实施方式中，此支柱(2)的高度可以为2m。
尽管由本发明限定的基座如上文所说明地那样抵抗拉应力和压应力，但是在示例性实施方式中，该基座还可以包括用以保持壳段(5)的至少一个撑杆(9)，所述至少一个撑杆(9)在一端处连接至支柱(2)，并且在另一端处定位成支承在壳段(5)上。在此情况下，当区段被预组装时，例如，定位在支柱(2)上的第一壳段(5)可以受到这个撑杆(9)的辅助支承，如图2A和图2B中所示。
作为撑杆(9)的替代性方案，还将可以安装诸如锚定至壳段(5)并具有与撑杆(9)相同功能的线缆之类的防风物或加固线。
此外，基座还可以包括辅助加固件(6)，辅助加固件(6)的一个端部锚定至桩承台(1)并且辅助加固件(6)的另一端部锚定至支承元件。
图5示出了支承两个壳段(5)的支柱(23)，该支柱(23)包括两个细长元件(3)，每个细长元件(3)均意在用于壳段(5)中的一个壳段。该支柱(23)由所述两个壳段(5)共用并且当这两个壳段(5)均位于支承件的顶部时，拉应力消失。
最后，图6示出了包括位于桩承台(1)与支承元件之间的框架(7)的基座的实施方式，框架(7)包括嵌入在桩承台(1)中的一系列连接杆(71)和用于连接至支承元件(2)的一系列锚定元件(72)。框架(7)具有用于对支承元件(2)进行支承的基本水平的上表面(73)。
这意味着现场的基座将包括与框架(7)相连接的嵌入的连接杆(71)，支承支柱将定位在框架(7)上，框架(7)又将包括连接至壳段(5)的锚定元件(72)。

Claims (15)

1.一种用于风力涡轮机塔架的基座，其中，所述塔架包括被划分成壳段(5)的区段(4)，并且其中，所述基座包括桩承台(1)，所述桩承台(1)具有上基部(12)、下基部(10)和在所述上基部(12)与所述下基部(10)之间延伸的倾斜表面(13)，所述上基部(12)的面积小于所述下基部(10)的面积，其特征在于，所述基座包括：
-一组支承元件，所述一组支承元件在所述桩承台(1)的所述倾斜表面(13)的上方延伸并且与所述倾斜表面(13)连接，所述一组支承元件布置成使得这些支承元件的自由表面(24)为用于区段(4)的预组装的所述壳段(5)提供支承表面；
-一组细长的连接元件(3)，所述一组细长的连接元件(3)连接至所述桩承台(1)并且所述一组细长的连接元件(3)的自由端部(31)用于连接至预组装在所述支承元件上的区段(4)的所述壳段(5)。
2.根据权利要求1所述的用于风力涡轮机塔架的基座，其特征在于，所述支承元件的所述自由表面(24)布置在相同的高度处。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的用于风力涡轮机塔架的基座，其特征在于，所述一组支承元件包括一系列支柱(2)。
4.根据权利要求3所述的用于风力涡轮机塔架的基座，其特征在于，所述支柱(2)由与所述桩承台(1)相同的材料制成并且与所述桩承台(1)形成连续的元件。
5.根据权利要求3所述的用于风力涡轮机塔架的基座，其特征在于，所述支柱(2)由与所述桩承台(1)不同的材料制成并且紧固至所述桩承台(1)。
6.根据权利要求5所述的用于风力涡轮机塔架的基座，其特征在于，所述支柱(2)由金属制成。
7.根据任一前述权利要求所述的用于风力涡轮机塔架的基座，其特征在于，所述一组细长的连接元件(3)连接至所述支承元件。
8.根据任一前述权利要求所述的用于风力涡轮机塔架的基座，其特征在于，所述细长的连接元件(3)连接至所述桩承台(1)。
9.根据任一前述权利要求所述的用于风力涡轮机塔架的基座，其特征在于，所述细长的连接元件(3)是线缆或金属杆。
10.根据任一前述权利要求所述的用于风力涡轮机塔架的基座，其特征在于，所述基座包括四个支柱(2)，所述四个支柱(2)中的两个支柱位于较低高度(21)和较高高度(22)处并且构造成对区段(4)的各个壳段(5)的中央部分进行支承，所述四个支柱(2)中的另两个支柱(2)位于相同高度(24)处以对所述壳段(5)的各个端部进行支承。
11.根据前述权利要求1至9所述的用于风力涡轮机塔架的基座，其特征在于，所述基座包括数目为壳段(4)的数目的两倍的支柱(2)，从而使每个壳段(4)均支承在独有的支柱(2)上。
12.根据任一前述权利要求所述的用于风力涡轮机塔架的基座，其特征在于，所述基座包括用于保持所述壳段(5)的至少一个撑杆(9)，所述至少一个撑杆(9)在一端处连接至支柱(2)并且构造成在另一端处支承所述壳段(5)。
13.根据任一前述权利要求所述的用于风力涡轮机塔架的基座，其特征在于，所述基座包括辅助加固件(6)，所述辅助加固件(6)的一个端部锚定至所述桩承台(1)并且所述辅助加固件(6)的另一端部锚定至支承元件。
14.根据任一前述权利要求所述的用于风力涡轮机塔架的基座，其特征在于，所述基座包括位于所述桩承台(1)与所述支承元件之间的框架(7)，所述框架(7)包括嵌入在所述桩承台(1)中的一系列连接杆(71)和用于连接至所述支承元件的一系列锚定元件(72)，其中，所述框架(7)具有用于对所述支承元件进行支承的基本水平的上表面(73)。
15.一种风力涡轮机塔架的预组装方法，其中，所述塔架包括被划分成壳段(5)的区段(4)，并且其中，基座包括桩承台(1)，所述桩承台(1)具有上基部(12)、下基部(10)和在所述上基部(12)与所述下基部(10)之间延伸的倾斜表面(13)，所述上基部(12)的面积比所述下基部(10)的面积小，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
-将第一壳段(5)定位在一组支承元件上，所述一组支承元件在所述桩承台(1)的所述倾斜表面(13)的上方延伸并且连接至所述倾斜表面(13)，所述一组支承元件布置成使得所述支承元件的自由表面(24)为用于区段(4)的预组装的所述壳段(5)提供支承表面；
-将所述第一壳段(5)连接至与所述桩承台(1)相连接的细长的连接元件(31)的自由端部(31)；
-对所述区段(4)的所有壳段(5)重复前面的步骤。
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