CN109312722B - 风轮机、机舱及其后框架结构用的加强工具和加强方法 - Google Patents

风轮机、机舱及其后框架结构用的加强工具和加强方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于为风轮机的机舱提供后框架结构(6)的临时加强的可拆卸加强工具(1)。后框架结构(6)包括多个桁架构件(4)和多个接头(5)，每个接头(5)均互连至少两个桁架构件(4)的端部。加强工具(1)包括加强部分(2)和用于将加强部分(2)可拆卸地附接到后框架结构(6)的两个不同部分(4、5)的附接装置(3)。加强工具(1)布置成当加强部分(2)借助附接装置(3)附接到后框架结构(4)的两个部分(4，5)时，在后框架结构(6)的两个部分(4，5)之间提供载荷传递连接。后框架结构(6)能够应对极端载荷而不必设计成永久地应对这种载荷。后框架结构(6)的制造成本和重量减小。

Description

风轮机、机舱及其后框架结构用的加强工具和加强方法
技术领域
本发明涉及一种用于为风轮机的机舱提供后框架结构的临时加强的加强工具。本发明的加强工具确保后框架结构可以应对超常载荷，同时允许后框架结构设计成应对风轮机的正常操作期间可能预期的较小载荷。
背景技术
风轮机通常包括布置在塔架结构的顶部上的机舱。机舱承载具有一个或多个风轮机叶片的转子，并且诸如齿轮装置、发电机之类的各种部件通常容纳在机舱内。
机舱通常包括主框架、后框架结构和机舱罩。主框架是承载结构，其布置成经由偏航机构连接到塔架结构，允许机舱相对于塔架结构进行旋转移动以便引导风轮机叶片朝向来风。后框架结构还展现出承载能力，例如，用于承载容纳在机舱内部的一些部件，并且其一端连接到主框架。机舱罩形成机舱的外边界，并为布置在机舱内部的部件提供对抗环境的保护。机舱罩通常不展现承载能力。
有时可能希望将载荷施加到机舱的后框架结构，该载荷超过风轮机的正常操作期间预期的载荷。例如，可能希望在机舱内操作起重机，例如，为了将诸如齿轮装置或发电机之类的重型部件提升、降低或移动到机舱内，从机舱移动或在机舱内部移动。为了确保后框架结构能够应对这种载荷，有必要将后框架结构设计成具有足够的强度，例如，通过选择提供所需强度的材料和/或材料厚度。这可能增加制造成本以及机舱的重量。而且，在风轮机的正常操作期间，后框架结构的强度将显著高于所需强度，即后框架结构可被视为相对于强度“超尺寸”。
发明内容
本发明的实施方式的目的是提供一种用于风轮机的机舱的后框架结构的加强工具，该加强工具允许后框架结构在风轮机的正常操作期间临时应对超出预期载荷的载荷。
本发明的实施方式的另一个目的是提供一种用于风轮机的机舱，该机舱能够在风轮机的正常操作期间应对超过预期载荷的峰值载荷，而不增加制造成本和机舱的重量。
本发明的实施方式的另一个目的是提供一种用于加强风轮机机舱用的后框架结构的方法。
本发明提供一种用于为风轮机的机舱提供后框架结构的临时加强的可拆卸加强工具，所述后框架结构包括多个桁架构件和多个接头，每个接头互连至少两个桁架构件的端部，所述加强工具包括：
加强部分；以及
附接装置，该附接装置用于将所述加强部分可拆卸地附接到所述后框架结构的两个不同的部分，
其中，所述加强工具布置成当所述加强部分借助所述附接装置附接到所述后框架结构的两个部分时，在所述后框架结构的所述两个部分之间提供载荷传递连接。
因此，本发明提供了一种加强工具，即能够为风轮机的机舱提供后框架结构的选定部分的加强的工具。加强工具是可拆卸的，从而提供后框架结构的临时加强，即，当安装在后框架结构上时加强工具提供加强，并且当从后框架结构拆卸加强工具时加强被移除。这将在下面进一步详细描述。
如上所述，在本上下文中，术语“后框架结构”应该被解释为指的是机舱的承载结构，该承载结构不直接连接到风轮机的塔架结构。
后框架结构包括多个桁架构件和多个接头。在本上下文中，术语“桁架构件”应该被解释为指的是细长且相对刚性的构件，该构件适于形成桁架结构的一部分，并且该桁架构件布置成为后框架结构提供承载能力。桁架构件可以例如呈杆，梁等的形式。
后框架结构的桁架构件经由接头彼此连接。由此可以借助布置在桁架结构的节点中的接头形成桁架结构，节点借助桁架构件互连。
加强工具包括加强部分和用于将加强部分可拆卸地附接到后框架结构的两个不同部分的附接装置。因此，当加强工具安装在后框架结构上时，加强部分的一部分借助附接装置附接到后框架结构的第一部分(呈桁架构件或接头的形式)，并且加强部分的另一部分借助附接装置附接到后框架结构的第二部分(呈另一桁架构件或接头的形式)。由此，后框架结构的第一和第二部分借助加强部分相互连接，并且加强工具因此借助加强部分在后框架结构的两个相互连接的部分之间提供载荷传递连接。
因此，如果或者当需要这种加强时，本发明的加强工具为后框架结构的选定部分提供临时加强。然而，当不需要这种加强时，可以从后框架结构拆卸加强工具，从而减小机舱的总重量。因此，包括后框架结构的机舱能够设计成应对风轮机的正常操作期间预期的负载。当期望进行预期导致超过风轮机的正常操作期间可预期的载荷的动作时，加强工具能够在相关位置处附接到后框架结构。由此确保后框架结构能够应对可能发生的极端和异常载荷，而不必以“超尺寸”的方式设计后框架结构。因此，制造成本和机舱的重量被最小化。如上所述，需要使用本发明的加强工具的极端载荷可以例如包括在机舱内操作起重机。加强部分的载荷传递能力为后框架结构的选定部分提供所需的加强。优选地，加强部分的承载能力等于或高于加强部分桥接的接头的承载能力或平行于加强部分布置的桁架构件的承载能力。
在一些实施方式中，加强部分的材料厚度可以等于或高于平行于加强部分布置的桁架构件的材料厚度。而且，加强部分可以由钢制成。
加强工具可以布置成附接到第一桁架构件和第二桁架构件，使得加强部分桥接将第一桁架构件和第二桁架构件互连的接头，因此加强工具布置成绕过接头提供第一桁架构件和第二桁架构件之间的载荷传递连接。
根据该实施方式，加强工具布置成将后框架结构的两个相邻桁架构件互连，使得加强部分在这两个桁架构件之间提供载荷传递连接。载荷传递连接绕过互连两个桁架构件的接头。因此，加强工具允许施加到桁架构件中的一者的载荷至少部分地传递到另一个桁架构件，而不涉及将两个桁架构件互连的接头。因此，使用本发明的加强工具，施加到桁架构件中的一者的载荷能够有效地分布在后框架结构的多个桁架构件中。这允许极端载荷施加到后框架结构的不能靠自身应对这种载荷的部分。例如，可以将载荷施加到桁架构件而不是接头。
在这种情况下，加强部分可以是或包括至少一个板元件。板元件在两个桁架构件之间提供相对刚性的连接。板元件可以例如借助螺栓、螺钉等附接到桁架构件。
接头可以是枢转接头，并且加强工具可以进一步布置成固定枢转接头。在本上下文中，术语“枢转接头”应该被解释为指的是能够执行枢转移动的构件。例如，枢转接头可以包括能够相对于彼此进行枢转移动的至少两个部分。后框架结构的枢转接头可以例如是扭矩中立的，因此弯曲扭矩不会被引入桁架构件中。因此，仅需要由后框架结构的桁架构件应对压缩力和拉伸力。然而，当预期极端载荷时，由枢转接头提供的柔性可能是不期望的，并且在这种情况下，借助加强工具固定枢转接头可能是有利的，从而提供桁架构件之间的改善的载荷传递。
根据另一个实施方式，加强工具可以布置成附接到第一接头和第二接头，使得加强部分平行于具有连接到第一接头的第一端和连接到第二接头的第二端的桁架构件布置，因此加强工具布置成绕过桁架构件在第一接头和第二接头之间提供载荷传递连接。
根据该实施方式，加强工具布置成将后框架结构的两个相邻接头互连，使得加强部分在这两个接头之间提供载荷传递连接。加强部分平行于并绕过互连两个接头的桁架构件。因此，在期望将载荷施加到后框架结构的与桁架构件的位置对应的区域的情况下，载荷能够施加到与桁架构件平行布置的加强构件。由加强部分提供的载荷传递连接将因此确保所施加的载荷传递到附接有加强部分的两个接头。因此，本发明的该实施方式还允许将极端载荷施加到后框架结构的不能靠自身应对这种载荷的部分。
在这种情况下，加强部分可以是至少一个梁元件或包括至少一个梁元件。根据该实施方式，梁元件的一端可以附接到一个接头，而梁元件的相对端可以附接到另一个接头，例如，借助螺栓、螺钉等。
由加强工具提供的载荷传递连接可以进一步布置成在后框架结构的两个部分之间传递扭矩。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出了根据本发明的第一实施方式的加强工具；
图2示出了根据本发明的第二实施方式的加强工具；
图3是风轮机机舱用的安装有图1的加强工具的后框架结构的立体图；以及
图4是风轮机机舱用的安装有图2的加强工具的后框架结构的立体图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的第一实施方式的加强工具1。加强工具包括呈板状元件形式的加强部分2，以及呈螺栓或裂口形式的附接装置3。附接装置3将加强部分2附接到风轮机的机舱用的后框架结构的四个不同的桁架构件4。加强部分2桥接接头5，该接头5将四个桁架构件4互连。
因为加强部分2呈板状元件的形式，所以相对刚硬。因此，加强部分2在桁架构件4之间提供载荷传递连接。载荷传递连接绕过接头5，即，接头5本身不形成从一个桁架构件4到另一个桁架构件4的载荷路径的一部分。因此，在载荷施加到桁架构件4中一者的情况下，该载荷能够分布在附接有加强部分2的所有四个桁架构件4中，而不使接头5加载。因此，如图1中所示在后框架结构上安装加强工具1允许极端载荷临时施加到桁架构件4中的一者。这种极端载荷可以例如呈安装在桁架构件4中的一者上的起重机的形式。
在接头5是枢转接头的情况下，当加强工具1如图1中所示安装在后框架结构上时加强工具1防止接头5进行枢转移动，就此意义而言，加强工具1进一步固定接头5。在接头5的枢转移动引起连接到接头5的各个桁架构件4之间的角度调节的情况下，当加强工具1安装在后框架结构上时，防止了这种角度调节，即，桁架构件4于是相对于彼此固定。
而且，因为附接装置3呈螺栓或裂口的形式，所以加强工具1能够容易地安装在后框架结构上并容易地从后框架结构拆卸。因此，当预期极端载荷时，加强工具1可以安装在后框架结构上，并且当不再预期极端载荷时，可以拆卸加强工具1。因此，后框架结构能够应对极端载荷而不必将后框架结构设计成永久地应对这种极端载荷，从而将制造成本和后框架结构的重量维持在低水平。
图2示出了根据本发明的第二实施方式的加强工具1。加强工具1包括呈梁形式的加强部分2以及呈螺栓或裂口形式的附接装置3。附接装置3将加强部分2附接到风轮机的机舱用的后框架结构的两个不同接头5。加强部分2平行于后框架结构的桁架构件4布置，桁架构件4的端部连接到两个接头5，加强部分2附接到这两个接头。因此，加强部分2在接头5之间提供载荷传递连接，并且载荷传递连接绕过桁架构件4，即桁架构件4不形成接头5之间的载荷路径的一部分。
加强工具1允许极端载荷在与桁架构件4的连接到附接有加强部分2的接头5的位置相对应的位置处施加到后框架结构，而不会使桁架构件4过度加载。为了实现这一点，借助加强工具1，极限载荷转而施加到加强部分2，然后载荷传递到接头5，而不向桁架构件4施加载荷。极端载荷可以例如呈安装在加强部分2上的起重机的形式。
类似于上面参照图1描述的实施方式，根据是否预期极端载荷，图2的加强工具1能够容易地安装在后框架结构上并能够容易地从后框架结构拆卸。因此，后框架结构能够应对极端载荷而不必将后框架结构设计成永久地应对这种极端载荷，从而将制造成本和后框架结构的重量维持在低水平。
图3是风轮机机舱用的后框架结构6的立体图，该后框架结构安装有图1的加强工具1。后框架结构6包括多个桁架构件4和多个接头5，这些桁架结构和接头相互连接以形成桁架结构，接头5布置在桁架结构的节点中。后框架结构6附接到机舱的主框架7，主框架7承载主轴承8。加强工具1以如下方式横跨接头5中的一者安装：加强工具1按照以上参照图1描述的方式在附接到接头5的桁架构件4之间提供载荷传递连接。
图4是风轮机机舱用的后框架结构6的立体图，该后框架结构安装有图2的加强工具1。后框架结构6包括多个桁架构件4和多个接头5，这些桁架结构和接头相互连接以形成桁架结构，接头5布置在桁架结构的节点中。后框架结构6附接到机舱的主框架7，主框架7承载主轴承8。加强工具1以如下方式平行于桁架构件4中的一者安装：该加强工具按照以上参照图2描述的方式在附接桁架构件4的两个接头5之间提供载荷传递连接。
在进一步的实施方式中，本发明涉及风轮机的机舱，该机舱包括后框架结构(6)，后框架结构(6)包括多个桁架构件(4)以及多个枢转接头(5)，其中每个枢转接头(5)均互连至少两个桁架构件(4)的端部，从而形成桁架结构，枢转接头(5)布置在桁架结构的节点中，并且其中至少一些枢转接头(5)是可调节的，使得经由枢转接头(5)互连的两个桁架构件(4)之间的角度可借助枢转接头(5)调节，其中后框架结构(6)安装有至少一个可拆卸加强工具(1)，所述可拆卸加强工具用于提供所述后框架结构(6)的临时加强。
在一个实施方式中，后框架结构(6)至少限定底部和两个侧部。
在一个实施方式中，后框架结构(6)还限定顶部。
在一个实施方式中，所有桁架构件(4)的长度基本相同。
在一个实施方式中，枢转接头(5)中的至少一者包括基部和至少两个连接部，每个连接部均经由铰链结构附接到基部，并且每个连接部均布置成连接到或形成桁架构件(4)的一部分。
在一个实施方式中，枢转接头(5)中的至少一者设置有锁定机构，当锁定机构处于解锁位置时，该锁定机构允许枢转接头(5)基本上自由枢转移动，并且其中当锁定机构处于锁定位置时这种自由枢转移动被阻止或限制。
在一个实施方式中，桁架结构限定一个或多个三角形，三角形的侧面由桁架构件(4)形成，并且三角形的顶点由枢转接头(5)形成。

Claims (20)

1.一种用于为风轮机的机舱提供后框架结构(6)的临时加强的可拆卸加强工具(1)，所述后框架结构(6)包括多个桁架构件(4)和多个接头(5)，每个接头(5)互连至少两个桁架构件(4)的端部，所述加强工具(1)包括：
加强部分(2)；以及
附接装置(3)，该附接装置用于将所述加强部分(2)以可拆卸的方式附接到所述后框架结构(6)的两个不同的部分，
其中，所述加强工具(1)布置成当所述加强部分(2)借助所述附接装置(3)附接到所述后框架结构(6)的两个部分时，在所述后框架结构(6)的所述两个部分之间提供载荷传递连接，
其中，所述加强工具(1)布置成附接到第一桁架构件和第二桁架构件，使得所述加强部分(2)桥接将所述第一桁架构件和所述第二桁架构件互连的接头(5)，所述加强工具(1)由此布置成绕过所述接头(5)在所述第一桁架构件和所述第二桁架构件之间提供载荷传递连接，使得施加到其中一个桁架构件(4)的载荷传递到另一个桁架构件(4)，而不使所述接头(5)加载。
2.根据权利要求1所述的可拆卸加强工具(1)，其中，所述加强部分(2)是至少一个板元件或包括至少一个板元件。
3.根据权利要求1或2所述的可拆卸加强工具(1)，其中，所述接头(5)是枢转接头；并且其中，所述加强工具(1)还布置成固定所述枢转接头。
4.根据权利要求1或2所述的可拆卸加强工具(1)，其中，所述加强部分(2)的承载能力等于或高于由所述加强部分(2)桥接的所述接头(5)的承载能力。
5.根据权利要求1所述的可拆卸加强工具(1)，其中，由所述加强工具(1)提供的所述载荷传递连接进一步布置成在所述后框架结构(6)的两个部分之间传递扭矩。
6.根据权利要求1所述的可拆卸加强工具(1)，其中，所述附接装置(3)是一个或多个螺栓或包括一个或多个螺栓。
7.根据权利要求1所述的可拆卸加强工具(1)，其中，所述加强部分(2)由钢制成。
8.一种用于为风轮机的机舱提供后框架结构(6)的临时加强的可拆卸加强工具(1)，所述后框架结构(6)包括多个桁架构件(4)和多个接头(5)，每个接头(5)互连至少两个桁架构件(4)的端部，所述加强工具(1)包括：
加强部分(2)；以及
附接装置(3)，该附接装置用于将所述加强部分(2)以可拆卸的方式附接到所述后框架结构(6)的两个不同的部分，
其中，所述加强工具(1)布置成当所述加强部分(2)借助所述附接装置(3)附接到所述后框架结构(6)的两个部分时，在所述后框架结构(6)的所述两个部分之间提供载荷传递连接，
其中，所述加强工具(1)布置成附接到第一接头和第二接头，使得所述加强部分(2)平行于具有连接到所述第一接头的第一端和连接到所述第二接头的第二端的桁架构件(4)，所述加强工具(1)由此布置成绕过所述桁架构件(4)在所述第一接头和所述第二接头之间提供载荷传递连接，使得所述桁架构件(4)不形成所述第一接头和所述第二接头之间的载荷路径的一部分。
9.根据权利要求8所述的可拆卸加强工具(1)，其中，所述加强部分(2)是至少一个梁元件或者包括至少一个梁元件。
10.根据权利要求8或9所述的可拆卸加强工具(1)，其中，所述加强部分(2)的承载能力等于或高于与所述加强部分(2)平行布置的所述桁架构件(4)的承载能力。
11.根据权利要求8或9所述的可拆卸加强工具(1)，其中，所述加强部分(2)的材料厚度等于或高于与所述加强部分(2)平行布置的所述桁架构件(4)的材料厚度。
12.根据权利要求8所述的可拆卸加强工具(1)，其中，由所述加强工具(1)提供的所述载荷传递连接进一步布置成在所述后框架结构(6)的两个部分之间传递扭矩。
13.根据权利要求8所述的可拆卸加强工具(1)，其中，所述附接装置(3)是一个或多个螺栓或包括一个或多个螺栓。
14.根据权利要求8所述的可拆卸加强工具(1)，其中，所述加强部分(2)由钢制成。
15.一种风轮机用的机舱，所述机舱包括后框架结构(6)，所述后框架结构(6)包括多个桁架构件(4)和多个接头(5)，每个接头(5)均互连至少两个桁架构件(4)的端部，其中所述后框架结构(6)安装有至少一个根据前述权利要求中任一项所述的可拆卸加强工具(1)。
16.一种风轮机，该风轮机包括根据权利要求15所述的机舱。
17.一种用于加强风轮机机舱用的后框架结构(6)的方法，所述后框架结构(6)包括多个桁架构件(4)和多个接头(5)，每个接头(5)均互连至少两个桁架构件(4)的端部，该方法包括以下步骤：
提供根据权利要求1至14中任一项所述的可拆卸加强工具(1)；
使用所述加强工具(1)的所述附接装置(3)将所述加强工具(1)的所述加强部分(2)附接到所述后框架结构(6)的第一部分和所述后框架结构(6)的第二部分，从而经由所述加强部分(2)在所述后框架结构(6)的所述第一部分和所述后框架结构(6)的所述第二部分之间提供载荷传递连接。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，附接所述加强部分(2)的步骤包括借助一个或者多个螺栓将所述加强部分(2)附接到所述后框架结构(6)的所述第一部分和所述第二部分。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中，附接所述加强部分(2)的步骤包括将所述加强部分(2)附接到第一桁架构件和第二桁架构件上，使得所述加强部分(2)桥接互连所述第一桁架构件和所述第二桁架构件的接头(5)。
20.根据权利要求17或18所述的方法，其中，附接所述加强部分(2)的步骤包括将所述加强部分(2)附接到第一接头和第二接头，使得所述加强部分(2)平行于具有连接到所述第一接头的第一端和连接到所述第二接头的第二端的桁架构件(4)布置。
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