CN109154279B - 风力发电设备塔的过渡件，具有过渡件的塔及其构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于安置在用于风力发电设备(2)的塔(1)的上部塔区段(4)和下部塔区段(5)之间的过渡件(3)，其中下部塔区段(5)具有中央支撑塔(6)和多个围绕周向分布的外部侧塔(7)，其中该过渡件(3)形成为实心板件并且具有用于与上部塔区段(4)、下部中央支撑塔(6)和外部侧塔(7)相连的机构(10,10.1,10.2,11,11.1,11.2,11.3)，其特征在于，该过渡件(3)由多个区段(8.1,8.2,8.3)组成。此外本发明还涉及具有该过渡件的塔以及其构建方法。

Description

风力发电设备塔的过渡件，具有过渡件的塔及其构建方法

技术领域

本发明涉及用于安置在用于风力发电设备的塔的上部塔区段和下部塔区段之间的过渡件。此外本发明还涉及一种风力发电设备塔，其具有管状塔形式的上部塔区段、具有至少三个侧塔和一个中央支撑塔的下部塔区段和将上部塔区段与下部塔区段连接在一起的过渡件，以及涉及构建这种塔的方法。

背景技术

为了改善风力发电设备的效率，轮毂安置的高度越来越高，并且使用越来越大的转子和功率越来越大的发电机。这要求塔区段有更大的直径和更大的壁厚，由此风力发电设备的塔具有足够的刚度、耐弯折性和持久强度。直径大大超过一个特定的值，例如4.4m的预制的管状塔区段只有以极大的花费才能运输到风力发电设备的组装地。其原因尤其在于用于运输的道路宽度并且在于待经过的桥梁的通行高度。但是，当塔区段特别巨大时，即使是经水路的运输花费也极高。

如在DE 60317372T2和WO 2009/048955A1中提出的，一个可能的解决方案设想为所谓的纵向取向的构建方式，其尤其用在塔的下部区段中。这里，将弧形塔区段运输至建造位置，然后在现场将其组装为管状的塔区段。弧形塔区段可以借助于相应的法兰通过拧紧连接。但是，纵向取向的构建方式的缺点在于，弧形塔区段在运输过程中会变形，这使得现场组装显著变得困难，或者会完全无法组装。此外组装成本显著上升。

此外已知这样的风力发电设备，在这些风力发电设备中，在桁架塔上将转子和机舱与发电机连接在一起。这种构建方式尤其在小型以及低高度设备中证明是有利的。在较大的并且更高的设备中，安装成本则不成比例得高，因为桁架塔的单个部件的组装几乎必须只能在现场组装并且由此几乎不可能进行节省时间和成本的批量预制。

由DE 102006056274A1中已知一种风力发电设备塔，其在下部区域形成为具有至少三个角柱的棂塔(桁架塔)并且在上部区域中形成为具有圆形横截面的管状塔。上部塔区段和下部塔区段通过过渡件彼此连接。这里，过渡件形成为截锥体形外壳，其中各个相应的角柱向过渡件中突出并且在此处通过两个纵向焊缝与截锥体形外壳的外侧相连。

前述具有所述分解的塔结构的风力发电设备的混合塔具有桁架塔构建形式的上部塔区段和管形式的上部塔区段，其有着这样的缺点，即，上部和下部塔区段之间的过渡件的生产成本高并且由于尺寸需要非常高的运输成本。

发明内容

因此，本发明的目的在于这样构造并扩展开头所述类型的过渡件和塔，使得能够降低生产成本并且改善力流，而不会导致运输成本的提高。这些要求与降低成本以及改善构件耐疲劳性作为并列的目的出现。用于构建具有该过渡件的相应塔的方法是该目的的另一个方面。

该目的在根据本发明的过渡件方面这样解决，即，该过渡件通过实心板形成，其由单个的区段组成以便运输，并且可以在安装地点在不焊接的情况下组装在一起。这些区段优选通过裁剪和后加工由厚钢板制成。

此外，所述目的在根据本发明所述的塔方面这样解决，即，下部塔区段包括中央支撑塔，其优选对应于上部塔区段的底端直径，并且具有多个围绕该中央支撑塔安置的侧塔，其优选具有约1.0m至1.8m的较小的直径，其中侧塔和支撑塔借助于过渡件彼此之间并且与上部塔区段相连并且该过渡件按照本发明所述形成。

此外，该目的在根据本发明所述的用于构建塔的方法方面这样解决，即，过渡件的区段在组装至下部塔区段时或者在此之前，在可能情况下借助于暂时性组装辅助手段组装在一起。

由此，根据本发明，过渡件用于安置在风力发电设备塔的上部塔区段和下部塔区段之间，其中下部塔区段具有一个中央支撑塔以及多个沿周向分布的外部侧塔，其中过渡件形成为实心的板件并且具有用于与上部塔区段、下部中央支撑塔和外部侧塔连接的机构，其中根据本发明，该过渡件由多个区段构成。实心件与通常对轻质结构的追求相矛盾，其尤其在风力发电设备中由于运输、组装和结构重量而具有重要意义。但是通过实心的板件保证了高效、简单的力分配。相比于例如现有技术中已知的壁更薄，但是体积更大的过渡件，尽管实施为实心的，依旧可以通过紧凑的板件在重量相当或降低的情况下提供力的分配。通过实心板件在垂直方向和/或水平方向中的分配，简化了运输并且在可能情况下简化了组装，并且简化了优选由厚钢板进行的生产，因为可以使用更小尺寸的初始材料。此外可以显著降低构件的数量和复杂性，并且可以完全放弃该结构群内部的焊接。

在优选的实施形式中，过渡件的特征在于，这些区段基本上具有相同的形状。这样的优势在于构件的一致性，由此由于减少的变体多样性和更高的件数简化了生产并且由于可更换性简化了组装。尤其在划分区段时优选沿对称轴或者在其附近进行分离，因为由此可以进行简单的划分。在划分时，考虑到运输，区段的宽度优选小于4.4m。

过渡件特别优选的实施形式的特征在于，区段的数量对应于侧塔的数量。根据本发明的塔通常具有至少三个侧塔，由此给出了过渡件三角形的基础形状。在使用四个侧塔时，相应给出方形或十字形的基础形状，并且在多个侧塔的情况下由于围绕中央支撑塔的均匀分布而给出了相应多边形的基础形状。除了例如将过渡件划分为两半之外(其中除用于与中央支撑塔和上部塔区段连接的机构之外，在一些情况下还将用于与侧塔连接的机构划分为多个区段)对应于侧塔的划分是优选的，由此每个区段分别具有用于与侧塔连接的完整机构和用于与中央支撑塔和上部塔区段相连的机构的一部分。由此避免了将分离面引入用于与侧塔相连的机构中，这对力流是不利的。

在其它的实施形式中，过渡件由多个区段层构成。通过划分为多个区段层可以降低单个区段的构件厚度或提高过渡件的厚度，并且匹配于相应的要求，例如考虑到塔高、侧塔或类似物的数量情况下塔的强度和刚度。这里，各个层优选具有相同的厚度，但是具有厚度不同的层的实施形式也是可能的，由此可以为相应的塔进行模块式组装。

在过渡件优选的实施形式中，多个层中的区段的分割边缘彼此交错安置。为了提高过渡件的稳定性，优选不直接重叠定位分割边缘。这例如可以通过区段不同长度的边长实现，其平均值对应于对称轴，并且这些区段在各个层中彼此交错安置。作为替代或者补充可以为区段的分割边缘本身设置缩进，以避免在垂直方向上贯穿的分割边缘。

在过渡件其它的优选实施形式中，这些区段彼此形状配合地啮合。由此改善了区段相对于彼此的定位并且同时改善了过渡件的稳定性。这种形状配合可以在水平方向和/或垂直方向中例如通过啮合，如楔形榫，或者通过凸起和相应的缺口进行。作为替代或者补充，这些区段彼此间通过连接机构连接。该连接机构可以通过旋紧、焊接或者其它已知的连接方法实现。通过这些连接机构将过渡件的区段相对于彼此固定，由此实现了过渡件的一件式组装。

在过渡件的优选实施形式中，将用于与上部塔区段、下部塔区段和侧塔连接的机构形成为具有通孔的孔圈。在这里，孔圈并不限制在圆形布置的通孔，而是也包括不同的形状，例如椭圆形，其例如通过倾斜安置的侧塔而出现。

根据本发明的过渡件的这些不同实施方案的共同之处在于，用于与上部塔区段和中央支撑塔连接的机构通过相同的孔圈或者单独的、同心的孔圈形成。上部塔区段形成为管状塔并且下部中央支撑塔也形成为管状塔。如果分别使用具有相同法兰直径的管状塔，那么两个法兰与安置在中间的过渡件直接彼此拧紧在一起。如果法兰直径彼此不同，那么为过渡件设置两个同心安置的孔圈并且上部塔区段和中央支撑塔分别与过渡件拧紧在一起。

在特别优选的实施形式中，过渡件具有中间缺口，其优选具有对应于上部塔区段和/或下部中央支撑塔的内径的直径。由此给出了从风力发电设备的底板至机舱贯穿的通道，其中可以安置维护电梯、供电导线和类似物。

此外，根据本发明，用于风力发电设备的塔具有管状塔形式的上部塔区段和有多个侧塔的下部塔区段和连接上部塔区段和下部塔区段的过渡件，其中下部塔区段具有中央支撑塔，并且该过渡件为前述类型的过渡件。上部塔区段具有向上收窄的直径，其在过渡件区域中具有其最大值，该值受运输所限为约4.4m。原则上，关于运输方面相同的限制也适用于中央支撑塔，因此其最大直径同样在约4.4m。中央支撑塔可以设计为锥形。但中央支撑塔优选具有恒定的直径，其进一步优选小于或者等于上部管状塔的下部最大直径。通过这种实施方案对塔进行了支撑并且塔的各个部件保持良好的可运输性。为了保证下部塔区段的足够承载力，在中央支撑塔周围设置多个其他的侧塔，其与过渡件相连。侧塔优选不直接与支撑塔相连，但可以借助于牵杆彼此相连或加固。

侧塔也像中央支撑塔一样基本形成为空心型材，尤其形成为管状。其同样可以具有恒定的直径或者也可以实施为收窄的。该多个围绕支撑塔分布的侧塔以更小的直径设计。

在根据本发明的塔的其它实施形式中，在过渡件区域中设置位于上部塔区段中的通道，从而实现至过渡件顶侧的可触及性以用于组装或维护目的。

此外，根据本发明，给出用于构建前述类型的塔的方法，其中将下部塔区段竖起并且组装过渡件，然后将上部塔区段和风力发电设备竖起，其中根据本发明将区段单独依次定位至下部塔区段上并且由此在组装过程中形成了开头所述类型的过渡件。通过这种处理方式实现了使用小得多并且通常低成本可获得的吊车以构建塔，尤其下部塔区段。各个区段也可以更简单地操纵。

作为替代，给出根据本发明的、用于构建前述类型塔的方法，其中将下部塔区段竖起并且组装过渡件，然后将上部塔区段和风力发电设备竖起，其中根据本发明预组装过渡件的区段或者通过暂时性组装辅助装置彼此固定并且将前述类型的预组装的过渡件组装到下部塔区段上。由此可以将过渡件在底板水平上组装或者通过组装辅助装置，例如夹持装置暂时性固定，这简化了组装并且可以在一个组装步骤中将过渡件定位在下部塔区段上。

附图说明

接下来借助于附图进一步说明各个实施形式。相同或相似的部件以相同或相应的附图标记标识并且在可能情况下不会单独说明。

图1示出了根据本发明的塔的实例。

图2示出了根据本发明的过渡件的一个实施方案。

图3示意性示出了多层过渡件的分割边缘区域。

图4示出了过渡件与分别具有相同法兰直径的法兰的上部塔区段和下部塔区段相连的区域。

图5示出了过渡件与分别具有直径法兰不同的法兰的上部塔区段和下部塔区段相连的区域。

图6示出了过渡件与侧塔相连的区域。

具体实施方式

图1中示出了根据本发明的塔(1)，其包括下部塔区段(5)、上部塔区段(4)和安置在这些区段(4,5)之间的过渡件(3)。在塔(1)上安置有风力发电设备(2)。上部塔区段(4)设计为管状塔，如其在此区域内常见的那样。下部塔区段(5)由多个单独的塔构成，其中设置有中央支撑塔(6)和优选以一定角度向该支撑塔(6)倾斜安置的侧塔(7)。过渡件(3)设计为实心板件并且将侧塔(7)与中央支撑塔(6)相连，也就是说该过渡件终止了下部塔区段(5)，也将下部塔区段(5)与上部塔区段(4)相连。多个侧塔(7)尤其均匀分布，以围绕着中央支撑塔(6)安置，但不与其直接相连。侧塔(7)彼此之间可以通过牵杆(14)相连。图1中所示的视图代表具有三个或四个侧塔(7)的设计方案，其中仅有两个前部侧塔是可见的。支撑塔(6)在所示设计方案中具有恒定的直径，其优选对应于上部塔区段(4)的下部直径。

图2示出了过渡件(3)用于三个侧塔(7)和具有对于支撑塔(6)和上部塔区段(4)相同法兰直径的实施形式。该过渡件(3)由三个区段(8.1,8.2,8.3)组成并且其彼此重叠地分别安置在多个，在此为三个优选由厚钢板制成的层(9.1，9.2,9.3)中。在过渡件(3)的中间有通道(12)，也就是开口，其将支撑塔(6)的内部空间与上部塔区段(4)的内部空间相连，以能够简单地设置从底面水平至风力发电设备(2)贯穿的装置，如维护电梯、供电线路和类似物。区段(8.1,8.2,8.3)中的每一个都具有：孔圈(11.1,11.2,11.3)作为用于与侧塔(7)相连的机构；和孔圈(10)的部分外周作为用于支撑塔(6)和上部塔区段(4)相连的机构。区段(8.1,8.2,8.3)具有不同长度的边，由此分割边缘(15.1,15.2,15.3)不会位于过渡件(3)的对称线上。通过区段(8.1,8.2,8.3)在各个层(9.1,9.2,9.3)中的交替交错排布，实现了分割边缘(15.1,15.2,15.3)在各个层(9.1,9.2,9.3)中的偏移。由此避免了由顶面至底面贯穿的分割边缘(15.1,15.2,15.3)。孔圈(10，11.1,11.2,11.3)通过贯穿钻孔形成以用于容纳螺栓。

图3中示意性示出了过渡件(3)的分割边缘(15.1,15.2,15.3)区域。这里，示例性所示的孔圈(10)的贯穿钻孔优选这样安置，使得至少一个贯穿钻孔围绕各个层(9.1,9.2,9.3)的重叠区域安置，以达到形状配合连接并且更好地将区段(8.1,8.2,8.3)彼此固定。

图4对应于图3，其中支撑塔(6)和上部塔区段(4)额外地分别以法兰示出，并且借助于连接机构(13)，尤其螺栓连接将其相连。这里，法兰具有相同的直径，由此利用安置在其间的过渡件(3)直接将其彼此螺栓连接。在所示实例中，法兰中的一个设计为内部法兰并且另一个设计为外部法兰。作为替代也可以将两个都设计为内部法兰或外部法兰。

类似于图4，图5示出了连接状态。然而这里支撑塔(6)和上部塔区段(4)的法兰具有不同的直径。因此设置两个同心的孔圈(10.1,10.2)作为连接机构，并且法兰分别通过连接机构(13.1,13.2)，尤其螺栓连接仅直接与过渡件(3)相连。这里的内部或外部法兰也仅示例性示出，并且可以通过任意的组合来替代。

图6示出了侧塔(7)区域中单层的过渡件(3)，其中在过渡件(3)中，孔圈(11)作为用于与侧塔(7)，尤其与其在这里所示的外部法兰相连的机构。侧塔(7)与过渡件(3)的表面以角度φ倾斜。

附图标记说明

1 塔

2 风力发电设备

3 过渡件

4 上部塔区段

5 下部塔区段

6 支撑塔

7 侧塔

8.1,8.2,8.3 区段

9.1,9.2,9.3 区段的层

10,10.1,10.2 孔圈(用于与支撑塔和/或上部塔区段连接的机构)

11.1,11.2,11.3 孔圈(用于与侧塔连接的机构)

12 通道

13,13.1,13.2 连接机构(螺栓连接)

14 牵杆

15.1,15.2,15.3 分割边缘

φ 角度

Claims (13)

1.用于安置在用于风力发电设备(2)的塔(1)的上部塔区段(4)和下部塔区段(5)之间的过渡件(3)，其中下部塔区段(5)具有中央支撑塔(6)和多个围绕所述中央支撑塔(6)的周向分布的外部侧塔(7)，其中所述过渡件(3)形成为实心板件并且具有用于与上部塔区段(4)、下部中央支撑塔(6)和外部侧塔(7)相连的机构(10,10.1,10.2,11,11.1,11.2,11.3)，其中，所述过渡件(3)由多个区段(8.1,8.2,8.3)组成，其特征在于，所述过渡件(3)由区段(8.1,8.2,8.3)的多个层(9.1,9.2,9.3)构成。

2.根据权利要求1所述的过渡件(3)，其特征在于，所述区段(8.1,8.2,8.3)基本具有相同的形状。

3.根据权利要求1或2所述的过渡件(3)，其特征在于，所述区段(8.1,8.2,8.3)的数量对应于侧塔(7)的数量。

4.根据权利要求1所述的过渡件(3)，其特征在于，多个层(9.1,9.2,9.3)中的区段(8.1,8.2,8.3)的分割边缘(15.1,15.2,15.3)彼此交错安置。

5.根据权利要求1所述的过渡件(3)，其特征在于，用于连接的机构(10,10.1,10.2,11.1,11.2,11.3)形成为具有通孔的孔圈(10,10.1,10.2,11.1,11.2,11.3)。

6.根据权利要求5所述的过渡件(3)，其特征在于，用于与上部塔区段(4)和中央支撑塔(6)连接的机构(10)通过相同的孔圈(10)或者单独的、同心的孔圈(10.1,10.2)形成。

7.根据权利要求1所述的过渡件(3)，其特征在于，所述区段(8.1,8.2,8.3)形状配合地彼此啮合。

8.根据权利要求1所述的过渡件(3)，其特征在于，所述过渡件(3)具有中间缺口(12)，所述中间缺口优选具有对应于上部塔区段(4)和/或下部中央支撑塔(6)的内径的直径。

9.根据权利要求1所述的过渡件(3)，其特征在于，所述区段(8.1,8.2,8.3)利用连接机构彼此连接。

10.用于风力发电设备(2)的塔(1)，所述塔具有管状塔形式的上部塔区段(4)和有多个侧塔(7)的下部塔区段(5)和连接所述上部塔区段(4)和下部塔区段(5)的过渡件(3)，其特征在于，所述下部塔区段(5)具有中央支撑塔(6)，并且所述过渡件(3)为根据权利要求1至9中任意一项所述的过渡件(3)。

11.根据权利要求10所述的塔(1)，其特征在于，侧塔(7)与中央支撑塔(6)基本形成为空心型材，尤其形成为管状。

12.用于构建根据权利要求10所述的塔(2)的方法，其中将下部塔区段(5)竖起并且组装过渡件(3)，然后将上部塔区段(4)和风力发电设备(2)竖起，其特征在于，将区段(8.1,8.2,8.3)单独依次定位至所述下部塔区段(5)上并且由此在组装过程中形成了根据权利要求1至9中任意一项所述的过渡件(3)。

13.用于构建根据权利要求10所述的塔(2)的方法，其中将下部塔区段(5)竖起并且组装过渡件(3)，然后将上部塔区段(4)和风力发电设备(2)竖起，其特征在于，预组装过渡件(3)的区段(8.1,8.2,8.3)或者通过暂时性组装辅助装置将其彼此固定并且将根据权利要求1至9中任意一项所述的预组装的过渡件(3)组装到所述下部塔区段(5)上。

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