CN107849864B - 风力发电设备的塔 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风力发电设备的塔(1)，所述塔包括至少一个具有多个承载的壁元件(3‑8)的塔部段(2)，这些壁元件沿水平方向并排设置地构成塔(1)的外壁(10)。根据本发明，在直接相互并排设置的壁元件(3‑8)之间的刚性连接通过壁元件(3‑8)的水平的端部段(12‑15)形成，并且所述刚性连接不是或仅局部地经由壁元件(3‑8)的竖直边缘(10、11)实现。适宜地在直接相邻设置的壁元件(3‑8)的竖直边缘在水平方向上完全或局部地隔开间距设置。在本发明的一个实施形式中，在所述水平的端部段(12‑15)上分别形成连接机构(18‑21)，优选是法兰，通过所述连接机构壁元件(3‑8)能与地面(22)、另一个塔部段(23)的另外的壁元件、承载风力涡轮机的塔头(24)和/或转接元件(25)连接。本发明还涉及一种用于构成所述塔(1)的壁元件和一种用于制造所述塔(1)的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力发电设备的塔，所述塔包括至少一个具有多个承载的壁元件的塔部段，所述壁元件沿水平方向并排设置并构成塔的外壁。
本发明还涉及一种用于风力发电设备的塔的壁元件和一种用于制造所述塔的方法。
背景技术
为了建造塔头与地面有大于100m的间距的风力发电设备，出于静力学的原因必须使用这样的塔，所述塔在其用以将塔固定在基础上的底脚上具有大于4.30m的直径。由于可能构成塔的底脚的一体式构件不能通过现有的交通道路运输，塔的底脚要现场通过混凝土结构或由多个预制的要相互连接的壁元件构成。
前面所述类型的由多个预制的并且能相互连接的壁元件构成的塔由WO 2009/097858 A1给出。沿壁元件侧向的竖直边缘形成法兰，沿水平方向并排设置的壁元件能通过所述法兰直接相互连接。
为了由这些壁元件建造塔，必须支出很大的花费。一方面必须将各壁元件相对于彼此配合精确地放置，由此使得法兰能相互连接。此外，通过法兰形成的连接的建立、检查和维护较为复杂，因为塔的设置有法兰的区域在塔中通常不能或难以接近。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种开头所述类型的塔，所述塔与已知的塔相比可以更为简单地建造和维护。
根据本发明，所述目的这样来实现，即在水平地直接相互并排设置的壁元件之间的刚性连接通过壁元件的水平的端部段形成，并且不是或仅局部地经由壁元件的竖直边缘来实现。
出人意料地证实，即使当用于传递作用在壁元件上的力和力矩的壁元件不具有在竖直边缘的整个长度上构成的相互的刚性连接时，所述塔部段可以构造成对于作用在风力发电设备上大的机械载荷也足够稳定。
如果如本发明的优选实施形式中设定的那样，仅水平的端部段、而不是壁元件的竖直边缘用于构成刚性连接，则在建造塔部段时，有利地省去了用于构成竖直的端部段上的刚性连接的费用并且此外还省去了维护的费用。此外，所述壁元件能经济地制造，因为不必在竖直的边缘上设置连接机构。
如果刚性的连接不是仅通过水平的端部段构成，而是附加地也在竖直边缘的至少一个部段上设置连接结构，所述部段构成刚性连接的一部分，则这个或只要存在多个部段则这些部段共同的长度适宜地最大为相应相互连接的竖直边缘的总长度的10％、优选最大为5％。与已知的在竖直边缘的整个长度上构成刚性连接的塔相比，在这个变型方案中，安装和维护费用也明显降低，特别是当所述一个或多个部段在塔部段的易于接近的区域中构成时。
在本发明的一个实施形式中，每个所述壁元件都通过预制的结构单元形成并且所述结构单元具有板件和连接机构。所述板件在该优选实施形式中是四边形的，优选是矩形的或梯形的。所述板件适宜地构造成细长的，此时长度与宽度的比值优选至少为4:1、特别优选地至少为5:1。当然，壁元件在塔部段中设置成，使得其纵轴线分别竖直地定向。优选构造成一体的板件在本发明的一个实施形式中具有钢、混凝土或复合材料、特别是钢筋混凝土或纤维复合材料，优选具有玻璃纤维或碳纤维复合材料或由上述材料之一构成。
为了在机械上强化，所述板件可以设有一个或多个加强筋。所述板件适宜地具有平坦的形状，但所述板件也可以是拱曲的，由此所述塔部段可以以在横截面中至少局部为圆形、优选整体为圆形的形状构成。
在本发明的一个优选的实施形式中，壁元件至少为15m长，优选至少为20m长。所述壁元件优选设定为用于构成塔的下部区域、特别是塔的底脚。但可以设想的是，多个所述塔部段彼此叠置。甚至整个塔都可以由所述壁元件构成。
在本发明的一个特别优选的实施形式中，壁元件的分别直接相邻设置的竖直边缘沿水平方向完全相互隔开间距地设置。由于各壁元件在其竖直边缘上不发生直接接触，一方面明显简化了建造塔的工作，另一方面不必将壁元件设计成要承受由于直接接触出现的载荷。
在本发明的一个实施形式中，尽管壁元件设置成相互隔开水平间距，所述塔基本上也是通过所述壁元件向外封闭的。适宜的是，壁元件相互间的间距的总和小于塔总周长的5％、优选小于3％。各壁元件的间距优选为5至25cm、优选为5至15cm。
在本发明的另一个实施形式中，至少个别直接相邻的壁元件的各竖直边缘为了提高塔部段的稳定性通过至少一个连接元件局部地、优选点状地相互连接。所述连接元件可以是壁元件上的、优选与壁元件一体构成的突起，所述突起从相应竖直的边缘朝各自相邻的壁元件的方向突出并且设置成用于构成连接。备选或补充地，用于固定的连接元件可以优选通过螺钉或铆钉或通过焊接设置在壁元件上。适宜的是，所述连接元件是连板，所述连板优选由钢或复合材料组成。所述连接元件沿竖直方向在最大50cm、优选最大30cm的长度上与相应竖直的边缘连接。
在本发明的一个实施形式中，竖直的边缘相互隔开间距设置，使得能够穿过壁部段之间的空隙来安装、检查和/或维护所述连接元件。已经证实有利的是，连接元件利用螺纹连接结构、尤其是利用螺钉-螺母连接结构与壁元件连接。螺纹连接结构可以通过单一的人员从塔的外侧或内侧建立、检查和/或维护。为了建立、检查和维护，可以从外部例如通过升降车到达连接元件连接壁元件的位置。在塔的内部区域中不必设置安装或维护平台。
适宜地在壁元件的相应水平的端部段上、优选在水平的端部上构成连接机构、优选是法兰，通过所述连接机构能将壁元件与地面、另一个塔部段的另外的壁元件、承载风力涡轮的塔头和/或转接元件连接，所述转接元件设定为用于构成所述壁元件与地面、所述另一个塔部段的壁元件和/或塔头之间的连接环节。
在本发明的一个实施形式中，在各壁元件的竖直的边缘之间设有用于向外密封塔的机构，以便封闭在壁元件之间由于相互隔开间距地设置壁元件而形成的空腔，并且由此保护塔部段的内部不受环境影响。优选可以由弹性密封橡胶或类似物构成的密封机构仅用于覆盖并且不形成壁元件之间的刚性连接结构。
为了实现即使在设有密封机构时也能穿过在壁元件的竖直边缘之间的空间的可能性，可以在连接元件与壁元件连接的区域内、特别是在连接元件旁边设置优选可封闭的开口，可以通过所述开口以进行安装，检查和/或维护。
塔的所有壁元件都适宜地在岸或离岸地设置在单一的基础上。
附图说明
下面参考实施例和与实施例相关的附图来说明本发明。其中：
图1示出设有根据本发明的塔的风力发电设备，
图2用透视图示出根据本发明的按图1的塔的一部分，
图3用侧视图示出按图1的塔的一部分，
图4示出按图1的塔的根据本发明的壁元件，
图5示出按图1的塔的一部分的细节，
图6示出按图1的塔的不同的剖视图，
图7示出按图1的塔的另一个细节，
图8和9示出另外的根据本发明的塔的剖视图，
图10另一个根据本发明的塔的一部分，以及
图11示出另一个根据本发明的塔的一部分。
具体实施方式
图1中示出风力发电设备，所述风力发电设备具有塔头24，所述塔头承载发电机并固定在根据本发明的塔1上。所述塔1以下部的塔部段2固定在基础22上，所述基础嵌入地面中。如图2和3具体示出的那样，下部的塔部段2具有六个壁元件3、4、5、6、7、8。这些壁元件3、4、5、6、7、8的竖直的侧边缘10、11在其整个长度上相互隔开间距设置。但相应的间距与壁元件3、4、5、6、7、8的宽度相比较小，从而通过壁元件3、4、5、6、7、8向外基本上封闭所述塔。在当前实施例中，壁元件3、4、5、6、7、8之间的水平间距的总和小于塔1的总周长的4％。
壁元件3、4、5、6、7、8的具体设计以及其相对于彼此的布置结构在下面参考壁元件3和直接相邻设置的壁元件3和4来说明，但这样的设计和布置结构也适用于全部壁元件3、4、5、6、7、8。具体在图4中示出的壁元件3包括板件16，所述板件具有等腰梯形的形状并且在梯形的构成壁元件3的水平端部12、13的底边上分别设有一个法兰18、19。下部的法兰18构造成T形法兰，而上部的法兰构造成L形法兰，所述L形法兰指向塔内部。板16以及法兰18、19例如由钢或复合材料制成。
在其下端部12、14上，壁元件3、4经由法兰18、20(见图2)利用未示出的固定机构、例如螺钉和螺母固定在基础22上，并在其上端部13、15上与在图5中示出的转接元件25连接。转接元件25具有与法兰19、21匹配的法兰28，从而壁元件3、4能够通过螺钉和螺母29与转接元件25刚性连接。转接元件25构成与另外的塔部段23的连接环节并且通过转接元件25的法兰30和所述另外的塔部段23的与其相配的法兰31同样通过螺钉和螺母32与所述另外的塔部段23连接。转接元件25构成圆形形状与在图6b中示出的塔部段2的六角形形状之间的过渡部。图6c示出下部的端部12、14连同设置在这里的法兰18、20。
壁元件3、4的板件16的构成壁元件3、4的竖直边缘10、11的梯形腰在塔部段2中相互隔开这样的间距设置，使得所述梯形腰在其整个长度上不发生接触。
壁元件3、4、5、6、7、8相互间的刚性连接因此仅通过相应的法兰18、19、20和所述基础22以及转接元件25来实现。
在图6中示出塔1的不同的水平剖视图，这些剖视图的剖切面在图3中示出。如图6a所示，转接元件25在其设有法兰31的上端部上具有圆形的形状，这个圆形的形状精确地与塔部段23的圆形横截面相匹配。
为了向外密封塔部段2以防止环境影响，如图7中所示，可以在竖直的边缘10、11之间设置密封材料27，例如密封橡胶。
现在参考图8，这里相同的或相同作用的部件标注与图1至6中相同的附图标记并给相关附图标记分别添加一个字母。
根据图8至11的实施例示出，壁元件3a、4a、5a、6a、7a、8a例如可以在其朝向塔内部的侧面上设有加强肋27，以对所述壁元件进行机械强化。
此外，如图9所示，壁元件3b、4b、5b、6b、7b、8b可以绕其纵轴线拱曲，以便使塔部段2b具有圆形的形状。当然，壁元件3b、4b、5b、6b、7b、8b的拱曲结构不是必须以这样的方式拱曲，即如图所示那样得到横截面的圆形形状。拱曲的壁元件3b、4b、5b、6b、7b、8b也可以设有在其形状上与所述拱曲相适配的加强肋。
壁元件的下部法兰18在当前实施例中示出为T形法兰。但该法兰也可以构造成指向塔内侧或塔外侧的L形法兰。上部的法兰19也可以构造成T形法兰或指向塔外侧的L形法兰。
此外，板件16也可以不同于所示出的梯形形状具有其他适当的形状。例如所述板件可以是矩形的。
在图10中示出另一个根据本发明的塔的下部，所述塔具有固定在基础上的具有壁元件3c、4c、5c、6c、7c、8c的下部的塔部段2c和设置在塔部段2c上方的具有另外的壁元件3d、4d、5d、6d、7d、8d的另一个塔部段2d。壁元件3c、4c、5c、6c、7c、8c、3d、4d、5d、6d、7d、8d通过连接框28相互连接，在所述连接框上固定指向塔内部的、这里未示出的L形法兰。通过这种相叠的布置形式，塔根据本发明的设计方案可以实现较大的高度。必要时，整个塔都可以通过根据本发明的壁元件构成。
在图11中示出另一个根据本发明的塔的下部，其中，壁元件3e、4e、5e以及3f、4f、5f在其竖直的边缘上通过连板29或29f相互连接。连板29、29f通过焊接或螺纹连接固定在壁元件3e、4e、5e、3f、4f、5f上。连板用于提高通过壁元件3e、4e、5e、3f、4f、5f形成的相应塔部段2e、2f的稳定性。在根据图11的实施例中，壁元件3e、4e、5e、3f、4f、5f如上面参考图10解释的那样通过连接框28e相互连接，与此不同，连板29、29f也可以用于连接壁元件3、4、5、6、7、8(如上面参考图1至9说明的壁元件)。特别是，即使当在竖直的边缘10、11之间设置了密封材料27(参见图7和对其的说明)时，也可以设置这种连接。当然为了连接分别相邻的壁元件3、4、5、6、7、8、3e、4e、5e、3f、4、5f也可以在竖直的边缘上设置多个连板29、29f。
只要壁元件3、4、5、6、7、8、3e、4e、5e、3f、4、5f的竖直边缘之间没有设置密封材料27，则连板29、29f和其与壁元件3、4、5、6、7、8、3e、4e、5e、3f、4、5f相应的连接就可以从塔的侧面、特别是从外侧出发建立、检查和/或维护，这里为此可以穿过壁元件3、4、5、6、7、8、3e、4e、5e、3f、4f、5f之间的空隙。如果设有密封材料27，则在连板29、29f旁边在密封材料27中设有优选可封闭的开口，可以所述开口被穿过。
Claims (14)
1.风力发电设备的塔，所述塔包括至少一个具有多个承载的壁元件(3-8)的塔部段(2)，这些壁元件沿水平方向并排设置地构成塔(1)的外壁(10)，其中，在直接相互并排设置的壁元件(3-8)之间的刚性连接通过壁元件(3-8)的水平的端部段(12-15)形成，并且所述刚性连接不是或仅局部地经由壁元件(3-8)的竖直边缘(10、11)实现，其特征在于，壁元件(3-8)的分别直接彼此相邻设置的竖直边缘(10、11)沿水平方向完全相互隔开间距设置，在各壁元件(3-8)之间设置用于向外密封塔(1)的机构(26)。
2.根据权利要求1所述的塔，其特征在于，至少个别直接相邻的壁元件(3-8)的竖直边缘(10、11)通过至少一个连接元件(29)局部地相互连接，所述连接元件通过从壁元件(3-8)突出的突起形成或通过连板构成。
3.根据权利要求1或2所述的塔，其特征在于，竖直边缘的一个部段或多个部段构成所述刚性连接，所述一个或多个部段共同的长度最大为相应相互连接的竖直边缘(10、11)的总长度的10％。
4.根据权利要求1或2所述的塔，其特征在于，竖直边缘的一个部段或多个部段构成所述刚性连接，所述一个或多个部段共同的长度最大为相应相互连接的竖直边缘(10、11)的总长度的5％。
5.根据权利要求1或2所述的塔，其特征在于，在所述水平的端部段(12-15)上分别形成连接机构(18-21)，通过所述连接机构壁元件(3-8)能与地面(22)、另一个塔部段(23)的另外的壁元件、承载风力涡轮机的塔头(24)和/或转接元件(25)连接，通过所述转接元件，壁元件(3-8)能够与地面(22)、所述另外的壁元件和/或塔头(24)连接。
6.根据权利要求5所述的塔，其特征在于，所述连接机构(18-21)是法兰。
7.根据权利要求5所述的塔，其特征在于，每个所述壁元件(3-8)都通过预制的结构单元形成并且所述结构单元具有板件(16)和所述连接机构(18-21)，所述板件设有用于机械地强化所述板件的机构。
8.根据权利要求7所述的塔，其特征在于，所述板件(16)由钢或复合材料构成。
9.根据权利要求8所述的塔，其特征在于，所述板件(16)一体构成。
10.根据权利要求8所述的塔，其特征在于，所述板件(16)由钢筋混凝土或纤维复合材料构成。
11.根据权利要求7或8所述的塔，其特征在于，所述板件(16)是平的或拱曲的。
12.用于制造风力发电设备的塔(1)的方法，所述塔包括至少一个具有多个承载的壁元件(3-8)的塔部段(2)，这些壁元件沿水平方向并排设置地构成塔(1)的外壁(10)，其中，在直接相互并排设置的壁元件(3-8)之间的刚性连接通过壁元件(3-8)的水平的端部段(12-15)形成，并且不是或仅局部地经由壁元件(3-8)的竖直边缘(10、11)实现，其特征在于，壁元件(3-8)的分别直接彼此相邻设置的竖直边缘(10、11)沿水平方向完全地相互隔开间距设置，并且在各壁元件(3-8)之间设置用于向外密封塔(1)的机构(26)。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，至少个别相邻的壁元件(3-8)的竖直边缘(10、11)通过至少一个连接元件(29)局部地相互连接，所述连接元件通过从壁元件(3-8)突出的突起形成或通过连板形成。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，各壁元件(3-8)在岸或离岸地仅设置在单一的基础上。
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