CN107664100A - 用于风力涡轮机的塔架的螺栓连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于风力涡轮机（10）的塔架（11）的螺栓连接装置，该螺栓连接装置包括：具有塔架法兰（21）的塔架基部模块（20），其中塔架法兰（21）形成塔架（11）的底端（111）；用于将塔架基部模块（20）与基座（16）连接的基部法兰（30），其中基部法兰（30）包括横向孔（31）；以及螺栓（40），其延伸穿过基部法兰（30）的横向孔（31），其中螺栓（40）包括螺栓头（41），该螺栓头布置在基部法兰（30）面向基座（16）的底侧（301）处。该螺栓连接装置还包括夹紧元件（50），其至少部分地覆盖螺栓头（41）。夹紧元件（50）压螺栓头（41）以使其抵靠基部法兰（30）的底侧（301）。

Description

用于风力涡轮机的塔架的螺栓连接装置

技术领域

本发明涉及一种用于风力涡轮机的塔架的螺栓连接装置。此外，本发明还涉及一种包括塔架和基座的风力涡轮机，其中，塔架借助于螺栓连接装置来附接到基座。

背景技术

由于风力涡轮机的塔架在其使用寿命期间所经受的相当大的载荷，塔架需要被牢固地附接到风力涡轮机的基座。塔架和基座之间的这种连接通常通过多个螺栓来实现。法兰通常位于基座之上。螺栓连接装置随后将该法兰与塔架的底端连接。

照常规而言，塔架的底端也包括法兰，其对应于基座上存在的法兰。基座可由混凝土制成，并且将基座与塔架的底端连接的法兰被放置在液态混凝土中。换言之，混凝土尚未凝固。

在法兰通过螺栓连接塔架的底端的情况下，这些螺栓通常被布置成使得螺栓头处于底部，即面向基座。在混凝土凝固后，螺母或类似的紧固元件在面向塔架的底端的一侧处使螺栓紧固。

在所描述的将塔架与基座连接的方法中，螺栓头在一定时间段内被液态混凝土包围。这导致混凝土或水泥浆可能进入到螺栓头和法兰之间的空间中的问题。

国际专利申请WO 2011/047723 A1中已解决了这个问题。其中，提出为螺母笼设置盘或盖，其中，螺母笼围绕处于法兰的底侧处的螺母。这种被覆盖的螺母笼声称能够降低水泥浆或混凝土进入螺栓头和基部法兰之间的空间的风险。

然而，这种解决方案具有如下缺点，即：它需要相对复杂和昂贵地设置被覆盖的螺母笼。

因此，期望提供一种更简单且廉价的方式来降低诸如水泥浆或混凝土之类的杂质进入螺栓连接装置的螺栓头和法兰之间的空间的风险。

发明内容

该目标通过独立权利要求来满足。有利的实施例和修改在从属权利要求中公开。

根据本发明，提供了一种用于风力涡轮机的塔架的螺栓连接装置，其中，该螺栓连接装置包括具有塔架法兰的塔架基部模块、用于将塔架基部模块与基座连接的基部法兰以及延伸穿过基部法兰的横向孔的螺栓。塔架法兰形成塔架的底端。基部法兰包括横向孔（traverse bore）。所述螺栓包括螺栓头，其被布置在基部法兰的面向基座的底侧处。此外，螺栓连接装置还包括夹紧元件，其至少部分地覆盖所述螺栓头。所述夹紧元件压所述螺栓头以使其抵靠基部法兰的底侧。

本发明的一个关键方面在于随本文提供了一种防止杂质进入螺栓头和基部法兰之间的空间的简单且高效的构思。与现有技术对比，这通过提供能够在螺栓头上施加力的夹紧元件以简单且有成本效益的方式来实现。换言之，螺栓头被按压、即推靠或推向基部法兰的底侧。

如本专利申请中所述的夹紧元件的另一个优点在于当螺栓连接装置的螺母被紧固时，防止螺栓头旋转。该效果也可以被描述为防止或最小化螺栓头的任何扭转运动。在夹紧元件的至少一些侧表面覆盖螺栓头的至少一些侧表面的情况下，特别地实现了该优点。

与本发明的螺栓连接装置相关的夹紧元件的另一个优点在于相对于螺栓头沿螺栓的纵向轴线的方向的任何位移，螺栓头是固定的。这也可以被描述为防止或最小化螺栓的任何竖直位移。

在本发明的一个实施例中，螺栓头包括端面和一个或多个侧表面，其中，该端面背离所述基部法兰的底侧。

与侧表面（即，侧向表面）对比，端面表征螺栓头的连接侧表面的部分。在根据本发明的设置中，延伸穿过基部法兰的横向孔的螺栓被布置成相对于基部法兰和塔架基部模块使得螺栓的螺栓头处于底部。

换言之，螺栓头作为一个整体面向风力涡轮机的基座。仅专注于螺栓头，螺栓头被布置成相对于基部法兰和基座使得所述端面面向基座。换言之，螺栓头的端面背离基部法兰的底侧。包括明显的侧向表面和明显的端面的螺栓头的一个优点在于夹紧装置能够以容易的方式来布置并适合于螺栓头。

夹紧元件可以包括附接部段。该附接部段具有如下功能，即：提供用于将夹紧元件附接到基部法兰的底侧的装置。此外，夹紧元件还可包括用于覆盖螺栓头的一个或多个侧表面的一个或多个侧表面。另外，夹紧元件可以包括用于覆盖螺栓头的端面的端面。

描述性地来说，夹紧元件被有利地设计和构造成使得其形状适合于螺栓头的形状和设计。因此，夹紧元件还以侧向表面、即侧表面为特征，和/或以前面、即端面为特征。

为了最高效地施加将螺栓头压靠在基部法兰的底侧的力，夹紧元件的端面实际上可以覆盖螺栓头的端面的至少一部分。

注意，一般而言，螺栓头的仅一些但不一定全部的侧表面可以至少部分地被夹紧元件覆盖。

替代性地，螺栓头的全部侧表面可以至少部分地被夹紧元件覆盖。完全地覆盖螺栓头具有如下优点，即：螺栓头被牢固地固定，并且高效地防止螺栓头的任何旋转运动。然而，这种防止螺栓头相对于基部法兰的任何旋转运动也可以通过仅覆盖一个、两个或更多个侧表面来实现。

在本发明的另一实施例中，夹紧元件的端面包括用于在螺栓头上施加压缩力的凹陷部。换言之，夹紧元件可以包括端面中的扭折，该扭折用于施加力，以将螺栓头压、即推至基部法兰的底侧。

注意，有利的是，夹紧元件的端面的凹陷部被设计成使得当夹紧元件被附接到基部法兰和螺栓头时，存在一定的预张紧或预压缩。

要注意，在夹紧元件的端面中设置凹陷部仅是实现夹紧元件的夹紧功能的一种选择。也可以使用和实施实现夹紧机制的任何其他方式。

在本发明的另一实施例中，夹紧元件的所述至少一个侧表面包括成一定角度倾斜的倾斜部。

这种成一定角度倾斜的倾斜部具有如下优点，即：提供了用于垫圈或类似物的空间，其中，垫圈被设置成和被预期布置在螺栓头和基部法兰的底侧之间。在垫圈具有不大于螺栓头的直径的直径的情况下，这种成一定角度倾斜的倾斜部可能不是必要的。然而，在垫圈的直径大于螺栓头的直径的更典型的情况下，如果在螺栓头和基部法兰的底侧之间具有用于垫圈的足够的空间，则夹紧元件与螺栓头和整体布置结构更好地配合。

夹紧元件的这样的倾斜侧表面可以包括例如45°的角度。此外，成一定角度倾斜的倾斜部可以覆盖侧表面的一半，但也可以替代性地仅覆盖处于夹紧元件的附接部段附近的一小部分。

在本发明的特定实施例中，螺栓头具有六个侧表面，从而当在垂直于所述螺栓的纵向轴线的平面中观察时形成基本上六边形的截面。在此示例中，有利的是，所述侧表面中的至少两个利用夹紧元件来覆盖。

这样的六角螺栓头是标准型的螺栓头，并且使用这样的标准螺栓头具有可以使用具有标准螺栓头的标准螺栓的优点。在这种情况下，可以通过夹紧元件来覆盖至少两个侧表面、而且还可以覆盖四个或者例如六个侧表面。

夹紧元件例如可以被构造为支架。这意味着夹紧元件的侧表面和端面相对较薄，并且被构造和设计为板。这是有利的，以便节省材料和空间，并且还形成夹紧元件，使得压缩力可以被施加于螺栓头。

有利地，所述螺栓连接装置还包括附接螺栓，其用于通过夹紧元件的附接部段将夹紧元件附接到基部法兰。这些附接螺栓显然可以被设计成与其螺栓头需要压靠或推靠基部法兰的螺栓相比要小得多并且不那么坚固。通过使用适当的附接孔，附接螺栓可以被容易地附接和螺接到基部法兰中。

在实践中，有利的是设置多个螺栓和多个相应的横向孔，其中，这些螺栓和横向孔中的每一个实现根据上述实施例所述的螺栓连接装置。该多个螺栓例如可以按照环形方式来布置，特别是在基部法兰被设计为环的典型情况下。对于待与风力涡轮机的基座连接的大型风力涡轮机塔架，50个或甚至100个螺栓的数量并不罕见。

本发明还涉及一种包括塔架和基座的风力涡轮机，其中，塔架借助于如上所述的螺栓连接装置、特别是多个螺栓连接装置来附接到基座。

附图说明

以下通过附图的帮助更详细地示出了本发明。附图示出了优选的构造，并且不应被解释为限制本发明的范围。

图1示出了风力涡轮机；

图2示出了根据本发明的具有夹紧元件的螺栓连接装置；

图3示出了这样的夹紧元件的一个示例；以及

图4示出了具有根据本发明的螺栓连接装置的基部法兰的底侧上的视图。

附图中的图示采用示意性的形式。要注意的是，在不同的附图中，相似或相同的元件可配有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了风力涡轮机10。风力涡轮机10包括具有底端111和顶端112的塔架11。在塔架11的底端111处，设有连接到塔架11的基部法兰30。基部法兰30还被连接到基座16。因此，也可以说，风力涡轮机10的塔架11经由基部法兰30来附接或连接到风力涡轮机10的基座16。

在塔架11的顶端112处，可旋转的偏航轴承12将塔架11与风力涡轮机10的机舱13连接。机舱13容纳发电机和风力涡轮机10的转子的多个部分。偏航轴承12使得能够绕基本上平行于塔架11的纵向轴线的轴线旋转运动。该轴线通常被称为偏摆轴线（yaw axis）。

机舱13与轮毂14连接。轮毂14可相对于机舱13旋转。轮毂14可以被视为转子的一部分。多个转子叶片15被安装到轮毂14。在如图1中所示的示例中，风力涡轮机10包括三个转子叶片15，其中两个转子叶片15在图1中可见。

图2关注塔架11与基座16的连接。注意，为了清楚起见，图2中未示出基座16自身。

可以看到，塔架11通过塔架基部模块20来表示，该塔架基部模块20在其底侧处包括“延伸部”。该延伸部被称为塔架法兰21。塔架基部模块20可以是塔架11的若干个模块或段中的一个。在超过五十米的长度的大型塔架的情况下，设置包括若干段的塔架11是优选的。塔架基部模块20例如可以具有5米至10米的长度。塔架法兰21包括横向孔211。塔架法兰21的横向孔211被布置和准备用于接收塔架基部模块20和基部法兰30之间的螺栓连接装置的螺栓40。为此目的，基部法兰30还包括在附图中通过附图标记31来引用的横向孔。基部法兰30的横向孔31被布置和准备成接收螺栓40。优选地，横向孔31与塔架法兰21的横向孔211对准。

图2的右侧图示了螺栓40，如同它可被示例性地用于本发明的螺栓连接装置中那样。如图所示，螺栓40特征为纵向轴线43、处于一端处的螺栓头41以及处于另一端处的螺纹部分。螺栓40的螺栓头41示例性地具有六个侧表面412，其中两个在图2中可见。还可以看到螺栓头41的端面411。

在图2的左侧处，螺栓40相应地被插入到基部法兰30和塔架法兰21的横向孔31、211中。螺栓40利用螺母42来紧固。此外，在螺母42和塔架法兰21之间设有第一垫圈61，并且在螺栓头41和基部法兰30的底侧301之间设有第二垫圈62。这些垫圈61、62有利于螺栓40的持久紧固。

图2还图示了覆盖螺栓40的螺栓头41的夹紧元件50。夹紧元件50包括两个附接部段51，一个在左侧上，并且一个在右侧上。此外，它还包括两个侧表面52，同样一个在左侧上，并且一个在右侧上。此外，夹紧元件50还包括端面52，其在端面53的中心区域中具有凹陷部54。该凹陷部使得能够实现其方向通过箭头55示出的压缩力。换言之，夹紧元件50施加压缩力，该压缩力将螺栓头41推向、即压向基部法兰30的底侧301。这具有如下技术效果，即：一旦螺栓连接装置例如被液态混凝土包围，水泥浆或其他杂质的进入就被最小化或甚至完全消除。

最后，注意另外的横向孔31，其中它们中的两个在图2中图示，并且该横向孔31用作用于插入螺栓的孔，该螺栓将基部法兰30与基座16连接。

图3示出了示例性的夹紧元件50。特别地，图3示出了这样的夹紧元件50的剖视图。夹紧元件50包括两个附接部段51，一个描绘在图3的左侧上，一个描绘在图3的右侧上。每个附接部段51包括附接孔57。附接孔57旨在提供用于插入相应的附接螺栓（未示出）的孔。

此外，夹紧元件50还包括两个侧表面52，其中，侧表面52经由倾斜部56与附接部段51连接。包括倾斜部56以便于在螺栓的螺栓头和基部法兰30的表面之间插入垫圈。在图3的示例中，倾斜部56包括大约四十五度的倾斜角561。

此外，夹紧元件50还包括端面53，其将两个侧表面52彼此连接。端面53包括凹陷部54，其用于施加夹紧力，特别是夹紧元件50针对螺栓的螺栓头的压缩力。在图3的示例中，凹陷部54近似位于端面53的中心处。这样的凹陷部也可以称为端面53中的扭折（kink）。

根据夹紧元件50和相对应的螺栓头的尺寸来选择凹陷部54的具体形状，特别是凹陷部54的深度。例如，限定为侧表面52和端面53之间的角度的端面角531将小于九十度。在如图3中所示的示例中，端面角531为大约八十度。

注意，一般而言，用于使得能够实现夹紧元件相对于螺栓的螺栓头的夹紧效果的其他机构也是可能的。还要注意的是，倾斜部的尺寸和角度也可以根据待与螺栓连接装置结合使用的垫圈的具体规格和尺寸而变化。

图4图示了若干螺栓连接装置的透视图。特别地，示出了风力涡轮机的基部法兰30的底侧301上的视图。可以看到，基部法兰30包括多个径向内孔，其被称为另外的横向孔32。类似于另外的横向孔32的径向内环，设置有另一组另外的横向孔32的径向外环。该另外的横向孔32被布置和准备用于风力涡轮机的基部法兰30和基座之间的连接。这样的连接优选地也通过一组螺栓来实现。但是，风力涡轮机的基部法兰30和基座之间的这种连接不是本发明的内容。

大致在环形基部法兰30的中央部分处，设置有螺栓，这些螺栓的相应的螺栓头是可见的。这些螺栓头通过附图标记41来表示。在如图4中所示的特定实施例中，每个螺栓头41包括六个侧表面412。这六个侧表面412中的两个被夹紧元件50覆盖。该夹紧元件基本上包括如图3的剖视图中所示的特性。因此，它包括附接部段51、侧表面52、端面53以及凹陷部54，后面的一个在图4中仅隐约可见。此外，夹紧元件50还包括倾斜部56，以便于容纳垫圈，特别是第二垫圈62。

此外，在图4中，还描绘了附接螺栓60，其中它们中的两个将一个夹紧元件50与基部法兰30连接。在图4的透视图中，可以很好地看出凹陷部54能够将压缩力施加到螺栓头41上。

在本发明的另一实施例中，基部法兰30可以被分成若干个基部法兰段。这具有便利基部法兰的输送和制造的优点。

尽管已参考优选实施例详细地描述了本发明，但应当理解的是，本发明并不受所公开的示例限制，并且本领域技术人员能够对其作出许多附加的修改和变型，而不脱离本发明的范围。

Claims (10)

1.用于风力涡轮机（10）的塔架（11）的螺栓连接装置，所述螺栓连接装置包括：

- 具有塔架法兰（21）的塔架基部模块（20），其中，所述塔架法兰（21）形成所述塔架（11）的底端（111），

- 用于将所述塔架基部模块（20）与基座（16）连接的基部法兰（30），其中，所述基部法兰（30）包括横向孔（31），以及

- 螺栓（40），其延伸穿过所述基部法兰（30）的横向孔（31），其中，所述螺栓（40）包括螺栓头（41），所述螺栓头（41）被布置在所述基部法兰（30）的面向所述基座（16）的底侧（301）处，

其特征在于，

- 所述螺栓连接装置还包括夹紧元件（50），所述夹紧元件（50）至少部分地覆盖所述螺栓头（41），以及

- 所述夹紧元件（50）压所述螺栓头（41）以使所述螺栓头（41）抵靠所述基部法兰（30）的所述底侧（301）。

2.根据权利要求1所述的螺栓连接装置，

其特征在于，

- 所述螺栓头（41）包括端面（411）和一个或多个侧表面（412），所述端面（411）背离所述基部法兰（30）的底侧（301），以及

- 所述夹紧元件（50）包括：附接部段（51），其用于将所述夹紧元件（50）附接到所述基部法兰（30）的底侧（301）；一个或多个侧表面（52），其用于至少部分地覆盖所述螺栓头（41）的所述一个或多个侧表面（412）；以及端面（53），其用于至少部分地覆盖所述螺栓头（41）的端面（411）。

3.根据权利要求2所述的螺栓连接装置，

其特征在于，所述夹紧元件（50）的端面（53）包括用于在所述螺栓头（41）上施加压缩力的凹陷部（54）。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的螺栓连接装置，

其特征在于，所述夹紧元件（50）的侧表面（52）中的至少一个包括成一定角度倾斜的倾斜部（56）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的螺栓连接装置，

其特征在于，

- 所述螺栓头（41）具有六个侧表面（412），从而在垂直于所述螺栓（40）的纵向轴线（43）的平面中形成基本上六边形的截面，以及

- 所述侧表面（412）中的至少两个利用所述夹紧元件（50）覆盖。

6.根据前述权利要求中任一项所述的螺栓连接装置，

其特征在于，所述夹紧元件（50）被构造为支架。

7.根据前述权利要求中任一项所述的螺栓连接装置，

其特征在于，

- 所述螺栓连接装置还包括附接螺栓（60），所述附接螺栓（60）用于通过所述夹紧元件（50）的附接部段（51）将所述夹紧元件（50）附接到所述基部法兰（30）。

8.根据前述权利要求中任一项所述的螺栓连接装置，

其特征在于，所述螺栓连接装置包括多个螺栓（40）和多个相应的横向孔（31）。

9.根据前述权利要求中任一项所述的螺栓连接装置，

其特征在于，

- 所述塔架法兰（21）具有环形形状，以及

- 所述横向孔（31）在所述塔架法兰（21）处周向布置。

10.包括塔架（11）和基座（16）的风力涡轮机（10），其中，所述塔架（11）借助于根据前述权利要求中任一项所述的螺栓连接装置来附接到所述基座（16）。