CN106536922A - 格塔和吊舱之间的连接 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于连接具有水平轴的风轮机的格塔(2)和吊舱(3)的系统，该系统包括：具有高抗弯刚度并且能够在吊舱偏航系统(3)和格塔(2)的垂直元件之间实现直接过渡的圆柱形环件(4)。连接件(4)包括与外部垂直板(12)和形成表面(15和18)的下水平板(16)及上水平板(17)连接在一起的两个环(13和14)，所述表面(15和18)在内部具有通过圆柱形接头(24)连接在一起并与外部垂直板(12)连接的横向肋(20)、中心肋(19)和辅助肋(21)。根据作为格塔(2)的一部分的腿部的数目，中心肋(19)在其中心形成一个大的多边形孔(22)。部件(4)的至具有三个柱的笔直塔(2)的连接是一种最佳的解决方案，其能够：通过增加扭矩臂而减少柱塔负载，由于相同原因减少框架和偏航上的负载，由于在环形间隙中的嵌入式发电机而减小塔上的负载，通过减少必要元件和总重减少塔成本，以及由于解决方案的模块化而减少运输成本。

Description

格塔和吊舱之间的连接
技术领域
本发明包括在风轮机领域中，更具体地其涉及一种用于将风轮机塔架附接到吊舱的附接系统，在该吊舱中定位有发电机元件。
背景技术
当今存在大范围的风轮机，所述风轮机包括塔架，所述塔架部分地或其全部由格结构构成。存在涉及连接格塔和将会支撑吊舱的最终塔分段的广泛现有技术。最常用作过渡件的元件是一种可根据其被制造的用途而具有不同结构甚至不同材料的圆盘。
就此而言，专利文件US 2012023860 A1公开了在格塔和支撑吊舱的塔分段之间的过渡。该过渡使用水泥圆盘完成，使得格塔的金属端嵌入到由水泥形成的实心圆盘中。
专利文件US 20090249707 A1公开了通过圆环形成的过渡，该环将与格塔对应的固定部件与移动部件或吊舱分离。该环是金属的、与其直径相比并不非常厚并且其被连接到偏航环，所述偏航环进而通过四个轴承支撑该吊舱。
然而，该后一种解决方案并不完全令人满意，因为该环具有很大直径并且其并不非常厚，以及它不能承受大尺寸吊舱所需求的应力。此外，具有这些特征的环的材料及运输和安装的成本并不可行。
风轮机的尺寸已经随时间增加，并且容纳吊舱的结构中所要承受的动量(momentum)和应力相应地增加。在塔和吊舱之间的过渡必须由如下结构件提供，所述结构件传递从转子到塔并因此穿过吊舱并穿过在其偏航系统和塔之间的过渡件的风轮机的气动和重力负载。因而发生的垂直负载横向于在专利文件US 20090249707 A1中所提供的环的平面，在环中产生明显的弯曲。由于所述环并不很厚，其不能提供足够的抗挠刚度。为了承受所述弯曲负载，塔的格子必须分支，并且所述环的支撑部之间的距离必须减小。因此，在过渡区域获得了一种非常复杂的三维结构。
在本发明中解决了该问题和其它问题，其中过渡结构提供了很大的抗挠刚度并允许在吊舱偏航系统的连续顶冠和格塔的垂直部件之间的直接过渡。
存在大量的格塔结构，其中主柱(main column)的数量和柱之间的距离沿塔的高度变化。关于过渡件解决方案的复杂性的最极端情况是一种具有三个主柱以及沿其整个高度在柱之间具有恒定距离的塔。在这种情况下，过渡件可具有接近15米的直径以及在柱之间的距离可以是约12米。
本发明的过渡结构可承受所述负载。此外，可增加大量的腿部或在腿部之间的额外支撑部以在过渡件和格子之间的接触平面中增加支撑点。
获取了附接到格塔和吊舱的该过渡件承受了它所受到的所有应力，其可包括一种用于吊舱的偏航系统并且其为稳定支撑提供有用于安装集成在吊舱中的元件的某种机动性，这是一种巨大的设计挑战，并且提供本发明的目的是提供一种低重量的结构，其有效地传递负载并具有很低的相关成本。该解决方案也会对于主柱的较小直径和较大数量很有效。
发明内容
在格塔和高功率(多兆瓦)风轮机的重过渡件之间的接口通常由焊接的附接件(其需要专业的工人)或通过螺纹附接件(由于它们为金属件，其将总是更简单)制成。
本发明的一个目的是获得一种通过被布置在塔和吊舱之间的过渡件所形成的连接系统。所述连接件具有环形轮廓，就直径和高度而言的大尺寸以及具有两个水平面，所述两个水平面包括光滑和清晰表面以更容易安装传动系和用于发电和控制所需的元件，在其外水平周边以及其相应的偏航环上具有支撑系统。连接系统的中心为中空并且形成很大的环。所述连接件在拧紧在下水平表面上的格塔和容纳转子和传动系并在偏航环以上被支撑在上水平表面上的主支柱之间实施过渡。
本发明的另一个目的是用于通过被用作用于配电盘(distribution board)和维护需求的技术区域的所述连接件封闭的空间。吊舱的壳体因此仅覆盖具有最小空间的传动系，从而不与外侧上的气流干涉。
本发明的另一目的也是用于通过彼此附接形成环的至少三个扇形而形成的过渡件，在所述环内侧组装有为组件提供刚性的一系列肋。最后，这两个水平表面被覆盖以金属板并且以偏航环结束。
由该系统提供的优点是：
由于低廉成本而使用格塔，由于使用一种具有三个柱的塔以及布置在这些柱之间的很少横梁(cross member)，所述成本进一步减少。然而，本发明还用于更多的柱。一种具有平直区段的塔的另一优点是很容易使横梁和附接件标准化，由于更大的反作用臂，可简化安装程序并且可减少在吊舱和这些柱之间所产生的负载。最后，模块化使得运输塔更简单且更廉价。
该塔和吊舱结构需要很大直径的连接系统。
该大直径与大幅减少塔的主柱上所产生的垂直负载的优点相关联。然而，关于过渡件，也已经增加了在支撑部之间的距离以及因此的弯曲负载。因此，与具有更多主柱的塔和柱之间较小距离的情况相比，该结构甚至更有效。此外，具有环形形状的该结构允许在中心开口处嵌入发电机，并且因此减少转子轴和偏航平面之间的距离，这因此减少了负载。
附图说明
以下非常简要地描述了帮助更好地理解本发明并且明确地涉及作为其非限制性示例提供的所述发明的实施例的一组附图。
图1是完整风轮机组件的视图；
图2是塔和过渡件的立体图；
图3是具有三个带有加强件的腿部的格塔的最终部件的细节；
图4示出了下过渡件与格子的附接的仰视平面图；
图5描述了过渡件的不同模块和组件；
图6示出了组件的不同细节；
图7是过渡件的上水平表面的平面视图以及模块化连接件的组装点的细节；
图8是过渡件内侧的立体图；
图9示出了塔和过渡件组件的概览图；
图10描述了具有三、四或五个腿部的不同塔的不同解决方案。
具体实施方式
风轮机是一种具有至少两个叶片1和具有一个格塔2的水平轴风轮机，所述叶片被定向成迎风，所述格塔2具有至少三个腿部。作为本发明目标的连接件4被布置在吊舱3和塔2之间，如图1所示。
图2示出了塔2和连接系统4。在优选的实施例中，塔2由具有三个腿部5、6、7的格子形成。仅在最终部件中以及在所述腿部之间布置有增强支柱8、9，其成对地附接，如图3所示。在腿部5、6、7的上部以及在增强支柱8、9的附加部的上部，存在优选地拧入到其上的连接压板10和11。
根据它们是布置在腿部上还是在支柱上，压板具有不同形状。使用更大的压板10进行在塔2的腿部5、6、7和连接件4之间的连接，由于这些部件也需要与肋部重叠。增强支柱8、9通过较小的压板11附接到连接件4。一旦组装了连接件4和腿部5、6、7，如图4示出了所导致的附接部。所述附图示出了对应于所述连接件4的下表面15的水平板16。
图5示出了连接件4、构成所述连接件4的三个半圆形和三个中心肋19的片段图示。中心肋19形成在环形连接件4中内接的等边三角形并且具有靠近其端部的减压窗口23。
通过具有彼此靠近的两个内壁25和彼此间隔约180°的两个外壁26的圆柱形附接件24实现了该组件的构成细节。此外，中心肋19的最终端和外部垂直板12被支撑在上环13和下环14之间。上环和下环为主要负责环形结构的抗弯刚度的元件。中心肋由作为结构部件的腹板29以及作为垂直于腹板的结构部件的凸缘39形成，所述凸缘为主要负责该结构的抗弯刚度的元件。一旦圆柱形附接件24被布置在所有这些元件之间，内壁25被固定到中心肋19的腹板29并且外壁26被固定到垂直板12，如图6在细节a、b、c中所示。为了简单起见，未示出将附接所有重叠压板(26与12，25与29)的螺钉或剪切螺栓。
图7示出了连接件4的上表面18以及如何优选通过螺纹将压板10附接到中心肋19的最终端，附接到对应于上环13的两端以及附接件24的上圆形部件的细节。
图8示出了连接件4的内部结构。存在上环13和下环14，在二者之间布置有一系列的外部垂直板12，所述外部垂直板12与它们相应的水平板16、17互补。下水平板16对应于下表面12并且上水平板17与上表面18对应。形成等边三角形的一系列中心肋19被布置在连接件4内侧。另一系列的横向肋20附接在中心肋19和环13、14之间并且具有类似于中心肋19所具有的窗口23。其它辅助肋21被布置在中心肋20之间并形成一个将会清晰的六边形，在连接件4的中心形成一个大开口22。
图9示出了被组装后并安装在塔上的组件。上表面18具有一个带有很大中心开口22的清晰水平表面，所述中心开口22对随后安装传动系以及其余发电元件是非常有用的。根据该实施例，连接件4具有15米的直径以及2或3米的高度，并且它在内部容纳有能量转换所需要的不同设备件。
如图10所示，根据支撑连接件4的格塔是否具有三个腿部(选项a)、四个腿部(选项b)或五个腿部(选项c)，存在不同的实际实施例。该连接件的结构将会仅改变肋的数量和布置。对于所有三种情况，将存在承受结构的圆形弯曲的中心肋19，固定该组件的横向肋20和辅助肋21。根据作为格塔2的一部分的腿部数量，中心肋19将形成在连接件4内侧内接的多边形：三角形、正方形、五边形等。

Claims (6)

1.一种用于连接具有至少两个叶片(1)的风轮机的格塔和吊舱的连接系统，所述连接系统由一固定件形成，所述固定件通过具有偏航性能的附接件一方面附接到所述格塔(2)并且另一方面附接到所述吊舱(3)，其特征在于：所述连接件(4)为环形、圆柱形并且是模块化的，并且：
所述连接件由两个环组成，即上环(13)和下环(14)，所述上环和所述下环借助外部垂直板(12)以及下水平板(16)和上水平板(17)彼此附接，所述下水平板和所述上水平板形成在中心具有大开口(22)的上平滑表面(15)和下平滑表面(18)这样两个表面并且在内部具有至少与所述塔(2)的腿部数量一样多的中心肋(19)，
所述连接件由至少三个扇形装配而成，所述扇形通过圆柱形的附接件(24)附接到所述中心肋(19)以及布置在所述上环(13)和所述下环(14)之间的外部垂直板(12)，并且
所述连接件被支撑在与形成所述格塔(2)的腿部一样多的腿部(5、6、7)上。
2.根据权利要求1所述的用于连接格塔和吊舱的连接系统，其中，所述中心肋(19)与横向肋(20)和辅助肋(21)互补，所述中心肋(19)和所述横向肋(20)设置有减压窗口(23)。
3.根据权利要求1所述的用于连接格塔和吊舱的连接系统，其中，增强支柱(8、9)在所述格塔(2)的最终部分中布置在所述腿部(5、6、7)之间，并且在所述支柱(8、9)上固定有较小尺寸的连接压板(11)，所述较小尺寸的连接压板(11)与布置在所述腿部(5、6、7)中以及在所述下环(14)中的其余较大尺寸的压板(10)一起构成所述附接件(4)的下附接部，并且所述较大尺寸的压板(10)与所述上环(13)、所述中心肋(39)的凸缘(39)以及所述附接件(24)一起构成所述附接件(4)的上附接部。
4.根据权利要求1所述的用于连接格塔和吊舱的连接系统，其中，所述附接件(24)为具有两个内壁(25)和两个外壁(26)的圆柱形，所述中心肋(19)的腹板(29)附接到所述内壁(25)并且所述上环(13)和所述下环(14)的所述垂直板(12)附接到所述外壁(26)。
5.根据权利要求1所述的用于连接格塔和吊舱的连接系统，其中，根据形成所述格塔(2)的腿部的数目，所述中心肋(19)形成在所述连接件(4)内侧内接的多边形。
6.根据权利要求1所述的用于连接格塔和吊舱的连接系统，其中，所述附接部为螺纹附接部。
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