CN112969852B - 风力涡轮机桅杆部段、风力涡轮机桅杆和组装方法 - Google Patents

风力涡轮机桅杆部段、风力涡轮机桅杆和组装方法 Download PDF

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Abstract

一种桅杆部段(1)，其包括壁，部段(1)包括两个管状的桅杆元件(14)，这两个桅杆元件(14)在接合平面(P)处边缘对边缘地堆叠和布置，每个元件(14)均包括两个壁区段(16)，这两个壁区段(16)通过沿着壁区段(16)的纵向边缘延伸的区段连接器(26)连接。桅杆部段(1)包括元件连接器(36)，每个元件连接器均延伸跨过元件(14)并将元件(14)连接在一起。元件连接器(36)布置在壁的内表面(12)和外表面(13)中的任一表面上，并且区段连接器(26)布置在另一表面上，每个元件连接器(36)均与区段连接器(26)中的至少一个区段连接器在桅杆部段(1)的径向方向上至少部分相对地延伸，使得壁安置在所述元件连接器(36)与区段连接器(26)之间。

Description

风力涡轮机桅杆部段、风力涡轮机桅杆和组装方法
技术领域
本发明涉及用于风力涡轮机的桅杆的部段、包括这种部段的风力涡轮机桅杆、以及用于组装用于风力涡轮机的桅杆的部段的方法。
背景技术
随着时间的推移，对风力涡轮机的能量效率的改善致使涡轮机尺寸增加，从而需要高度和直径均增加的桅杆以对风力涡轮机进行支承。由于桅杆的大型尺寸，使得无法运输组装好的这种桅杆。因此，通常，桅杆在被就地组装之前就以部段的方式运输至安装地点，还使用了一种组装桅杆的方法。
特别地，存在一些用于组装风力涡轮机桅杆的方法，在这些方法中，风力涡轮机的壁区段被运输至风力涡轮机的现场，并且然后借助于区段连接器进行组装以形成大致管状的、通常是圆柱形的或被截的桅杆元件，这些桅杆元件然后被借助于元件连接器依次组装在一起，以形成风力涡轮机桅杆。
鉴于风力涡轮机桅杆的尺寸增加，需要改善这些桅杆的机械强度，以最大程度地降低使用中出现故障、特别是因压弯而出现故障的风险，同时将制造成本和组装时间保持至最小。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有延长的使用寿命的、可能具有很大高度的风力涡轮机桅杆，该风力涡轮机桅杆可以容易且快速地运输并且可以以较低的成本进行组装。
为此目的，本发明涉及一种风力涡轮机桅杆部段，该风力涡轮机桅杆部段包括沿纵向方向延伸的中心纵向轴线，并且包括具有内表面和外表面的壁。
桅杆部段包括至少两个管状的桅杆元件，这两个桅杆元件在纵向方向上堆叠并且在接合平面处边缘对边缘地布置，每个桅杆元件均包括至少两个壁区段，这两个壁区段通过沿着壁区段的纵向边缘延伸的区段连接器连接至彼此。
桅杆部段还包括元件连接器，每个元件连接器均延伸跨过所述两个桅杆元件并将桅杆元件连接在一起。
元件连接器布置在桅杆部段的壁的内表面和外表面中的一者上，并且区段连接器布置在桅杆部段的壁的内表面和外表面中的一者上，并且每个元件连接器均与区段连接器中的至少一个区段连接器在桅杆部段的径向方向上至少部分相对地延伸，使得壁至少部分地位于所述元件连接器与相对的区段连接器之间。
根据特定的实施方式，桅杆部段包括以下特征中的一个或更多个特征，这些特征是单独考虑的或根据所有技术上可能的组合考虑的：
-元件连接器布置在桅杆部段的外表面上，并且区段连接器布置在桅杆部段的内表面上；
-每个元件连接器均与在纵向方向上相邻的至少两个区段连接器部分相对地延伸，这两个区段连接器中的一个区段连接器布置在两个桅杆元件之间的接合平面的上方，并且这两个区段连接器中的另一区段连接器布置在该接合平面的下方；
-每个元件连接器均与对应的区段连接器相对地延伸了下述重叠高度，该重叠高度不超过桅杆元件的高度的20％，该区段连接器位于桅杆元件上；
-每个元件连接器均在于单个桅杆元件上延伸的重叠区域中与对应的区段连接器径向相对地延伸；
-每个区段连接器和/或每个元件连接器均呈平板的形式；
-对于至少一个桅杆元件，桅杆元件在每个两个周向相邻的壁区段之间的接合处均包括在纵向方向上相邻的至少两个区段连接器；
-每个区段连接器均具有沿着桅杆部段的高度恒定的宽度；
-每个区段连接器均具有第一部分和第二部分，其中，第一部分与对应的元件连接器径向相对地延伸，第二部分不与元件连接器径向相对地延伸，第一部分的宽度严格大于第二部分的宽度；
-每个区段连接器均延伸直至相邻的桅杆元件之间的接合平面；
-每个区段连接器均延伸至与相邻的桅杆元件之间的接合平面相距一定距离处。
-桅杆部段还包括加强件，每个加强件均与区段连接器布置在桅杆部段的同一表面上，并且加强件延伸跨过两个相邻的桅杆元件，每个元件连接器均与加强件在径向方向上相对地布置；
-每个加强件在垂直于纵向方向的方向上均是长形的；
-每个加强件均沿区段连接器的纵向延伸进行延伸；
-每个加强件均与至少一个区段连接器重叠，并且特别地，由此，每个加强件均延伸跨过两个纵向相邻的区段连接器；
-每个加强件均具有大于或等于区段连接器的宽度的宽度；
-每个壁区段均包括至少一个中央面板和两个侧面板，侧面板与该中央面板或与每个中央面板形成一角度，这些侧面板包括壁区段的纵向边缘；
-桅杆部段还包括中间连接器，该中间连接器布置成延伸跨过两个相邻的桅杆元件，并布置在两个周向相邻的元件连接器之间，所述中间连接器与元件连接器布置在桅杆部段的内表面和外表面中的同一表面上；
-每个中间连接器均延伸跨过两个桅杆元件的两个纵向相邻的中央面板，并且每个区段连接器均延伸跨过两个相邻的桅杆元件中的至少一个桅杆元件的两个周向相邻的侧面板；
-上桅杆元件的一个壁区段的纵向边缘位于下桅杆元件的沿纵向方向相邻的壁区段的纵向边缘的延伸中；
-每个区段连接器均延伸跨过两个相邻的桅杆元件的两个周向相邻的侧面板；
-相邻的桅杆元件相对于彼此成角度地偏移；
-每个元件连接器均延伸跨过其中一个桅杆元件的两个周向相邻的侧面板并且延伸跨过另一个桅杆元件的中央面板；
-桅杆部段呈具有多边形横截面的管状形状，该多边形的每个边限定了桅杆部段的小面。
本发明还涉及一种包括如上所述的桅杆部段的风力涡轮机桅杆。
本发明还涉及一种用于组装如前所述的桅杆部段的方法，该方法包括：
-提供壁区段，并且借助于区段连接器将这些壁区段组装在一起，以形成桅杆元件；
–在纵向方向上堆叠两个桅杆元件，并且借助于元件连接器将这两个桅杆元件连接至彼此。
附图说明
通过阅读仅作为示例而给出和参照附图而做出的以下描述，将更好地理解本发明，在附图中：
-图1是风力涡轮机的示意性立体图；
-图2是风力涡轮机桅杆部段的一部分的示意性立体图；
-图3是图2中的桅杆部段的一部分的示意性分解立体图；
-图4是从桅杆的外侧观察的图2中的桅杆部段的两个桅杆元件之间的接合区域的放大示意图；
-图5是从桅杆的外侧观察的图2中的桅杆部段的两个桅杆元件之间的接合区域的放大示意图，其示出了元件连接器并且以虚线示出了与元件连接器部分相对地布置在桅杆部段内侧的区段连接器；
-图6是从桅杆的内侧观察的与图5类似的视图，其示出了布置在桅杆的内侧的区段连接器并且以虚线示出了与区段连接器部分相对地布置在桅杆部段的外侧的元件连接器；
-图7是变型桅杆部段的与图6类似的视图；以及
-图8至图12是从桅杆的内侧观察的桅杆部段的两个桅杆元件之间的接合区域的放大示意图，其示出了布置在桅杆的内侧的区段连接器。
具体实施方式
在整个说明书中，“连接”被理解为通过连接元件进行的机械附接，并且特别是通过螺栓连接或螺钉连接进行的附接。因此，此术语不包括例如焊接或钎焊连接。
使用螺栓或螺钉进行连接使能够通过根据强度和耐疲劳性要求选择螺栓或螺钉的位置和密度来对桅杆部段的疲劳行为进行最佳管理。另外，在桅杆部段和风力涡轮机桅杆内不存在焊缝避免了出现热影响区，这保证了钢的均匀性能并且消除了因这些热影响区而产生的薄弱点。
“高度”被理解为元件在纵向方向上的尺寸，并且“宽度”被理解为元件在与纵向方向垂直的方向上的尺寸。
在整个说明书中，元件的“纵向边缘”被理解为元件的沿纵向方向延伸的边缘。“横向边缘”被理解为元件的垂直于纵向方向延伸的边缘。
术语“顶部”和“基部”、“下方”和“上方”以及“下部”和“上部”是相对于风力涡轮机桅杆2在其置入位置处的法向取向使用的。
在整个说明书中，“角度偏移”被理解为桅杆的组成部分沿着中心纵向轴线L相对于相邻部分的旋转。
在整个说明书中，桅杆、桅杆部段和桅杆元件的各种部件优选地由金属制成，特别是由钢、特别是钢卷或钢板制成。
根据本发明的用于风力涡轮机的桅杆部段1意在形成风力涡轮机3的桅杆2的一部分。
传统地，并且如图1中所示，风力涡轮机3包括在其上端部处的机舱5和安装在机舱5上的风轮7。安装在桅杆2的上端部处的机舱5容纳用于风力涡轮机3的操作的机械部件、电气部件和电子部件。风轮7包括多个叶片9，叶片9设计成通过风能绕风轮7的轴旋转。风力涡轮机桅杆2在其下端部处意在通过本领域技术人员已知的任何方式、特别是通过合适的基座11而被锚定在安装地点的地面10中。
根据本发明的桅杆部段1具有管状形状，该管状形状具有沿纵向方向延伸的中心纵向轴线L。当将桅杆部段1安装在桅杆部段1的安装地点时，该纵向方向沿着安装地点的竖向延伸。
在图中所示的示例中，桅杆部段1具有截锥形状，该截锥形状朝着桅杆2的顶部逐渐变细。
“锥面”被理解为由穿过顶点的母线和描画导引曲线的可变点所限定的任何受调节的表面。
例如，桅杆部段1在其下端部处具有在7米至11米的范围内、例如等于9米的外径，并且在其上端部处具有在2米至4米的范围内、例如等于4米的外径。但是，这些直径可以根据与筐或设施现场有关阻力要求进行调整。
桅杆部段1包括具有内表面12和外表面13的壁。桅杆部段1的内表面12面向桅杆部段1的内部。桅杆部段1的外表面13面向桅杆部段1的外部。
部段1优选地具有多边形的横截面。此多边形的每个边限定了桅杆部段1的壁的一个小面。
多边形截锥形状具有的优点是尽可能的接近具有圆形基部的截锥形状，该截锥形状是具有针对沿所有风向的风的最佳抗风性并具有最佳惯性的形状，而且制造非常简单，因为该截锥形状可以由例如通过对金属板进行简单弯曲或成形而获得的壁区段制成。
根据变型，桅杆部段1具有圆柱形形状，该圆柱形形状具有恒定横截面的多边形基部。
如图2中所示，桅杆部段1包括在纵向方向上堆叠的至少两个桅杆元件14。桅杆部段1的相邻的桅杆元件14沿着接合平面P边缘对边缘地布置，使得具有用于组装的必要间隙。
每个桅杆元件14均呈具有中心纵向轴线的管状形状，该中心纵向轴线与桅杆部段1的中心纵向轴线L重合，并且每个桅杆元件14均具有与桅杆部段1的形状类似的总体形状。
在所示的示例中，桅杆元件14呈优选地具有多边形基部的截锥形状，该截锥形状朝着桅杆元件14的顶部逐渐变细。
当桅杆部段1呈具有多边形基部的圆柱形形状时，桅杆元件14也呈具有多边形基部的圆柱形形状。
每个桅杆元件14均包括多个壁区段16，壁区段16通过其纵向边缘连接至彼此。桅杆元件14的相邻的壁区段16沿着接合线边缘对边缘的布置，使得具有用于组装的必要间隙。
桅杆元件14由连接至彼此的多个壁区段16形成的事实避免了关于桅杆元件14的最终直径的运输限制。这是因为壁区段16相对节省空间并且因此可以通过标准卡车进行运输。然后可以将壁区段16直接在现场进行组装，以产生具有所需直径的桅杆元件14。
另外，基于小型元件的组装的设计使得可以通过紧凑型交通工具和轻型交通工具运输这些元件，这使得可以考虑之前难以想象的新位置，因为这些元件难以通过重型货车进行运输、比如所谓的特殊运输。
作为示例，壁区段16的厚度根据壁区段16的沿着桅杆2的位置而变化，从桅杆2的基部至顶部减小。例如，壁区段16在桅杆2的基部处的厚度为30mm，而在桅杆2的顶部处的厚度为16mm。
如图3中所示，每个壁区段16均具有面向桅杆部段1内的内部面17和面向桅杆部段1外的外部面19。桅杆部段1的内表面12通过接合桅杆部段1的壁区段16中的每个壁区段的内部面17而形成。桅杆部段1的外表面13通过接合桅杆部段1的壁区段16中的每个壁区段的外部面18而形成。
在图2和图3中所示的示例中，每个壁区段16均包括至少一个中央面板18和两个侧面板20。侧面板20在中央面板18的沿着桅杆元件14的周向的任一侧上延伸。侧面板20横向地框住中央面板18。侧面板20包括壁区段16的纵向边缘。侧面板20分别与中央面板18或与每个中央面板18形成一角度。
此类型的壁区段16具有的优点在于，壁区段16可以通过简单地折叠金属板而容易地获得。侧面板20使壁区段16加固并且增强了壁区段16对纵向方向上的弯曲的抵抗。
在所示的示例中，对于所示的桅杆元件14，每个壁区段16均具有若干个中央面板18，中央面板18沿着桅杆元件14的周向相邻。这组相邻的中央面板18被这两个侧面板20框住。具体地，在该示例中，对于所示的桅杆元件14，每个壁区段16均包括三个中央面板18和两个侧面板20。
根据一个实施方式，给定的桅杆元件14的壁区段16具有多个中央面板18，其取决于桅杆元件在纵向方向上的位置。作为示例，每个壁区段16的中央面板18的数目沿着桅杆部段1从底部到顶部增加。
桅杆元件14的两个相邻壁区段16的相邻侧面板20的接合形成了桅杆元件14的小面。壁区段16的每个中央面板18也形成了桅杆元件14的小面。
然后，相关的桅杆部段1的每个小面对应于堆叠的桅杆元件14的纵向相邻的小面的接合。
壁区段16通过沿着壁区段16的纵向边缘延伸的区段连接器26连接至彼此。
区段连接器26附接至壁区段16。
每个区段连接器26均延伸跨过桅杆元件14的两个周向相邻的壁区段16，并且附接至桅杆元件14的两个相邻的壁区段16的相邻侧面板20。
在图2、图3、图5和图6中更具体地示出了区段连接器26。
在图1至图6中所示的示例中，区段连接器26布置在桅杆部段1的内表面12上。在该示例中，每个区段连接器26均搁置在桅杆部段1的内表面12上，并且更具体地，每个区段连接器26均搁置在通过该区段连接器26连接至彼此的两个壁区段16的内部面17上。
如图3中示意性所示，每个区段连接器26均借助于诸如螺钉或螺栓之类的第一连接元件27附接至对应的壁区段16。为此目的，区段连接器26具有意在接纳第一连接元件27的连接孔28。这些连接孔28以网状的形式布置，该网状形式包括垂直于纵向方向延伸的行和平行于纵向方向延伸的排。
壁区段16也包括以网状形式组织的连接孔29，该网状形式与区段连接器26的连接口28的网状形式相一致。
为了简化附图，仅在某些附图中示出了第一连接元件27和连接孔28、29。
优选地，区段连接器26是平坦的。区段连接器26有利地通过从钢板简单地切割而制成。
在图1至图6中所示的实施方式中，区段连接器26的宽度在其整个高度上是恒定的。在该示例中，每个区段连接器26在纵向方向上具有长形的矩形形状。
在该实施方式中，区段连接器26的宽度小于或等于桅杆元件14的通过借助于区段连接器26连接桅杆元件14的两个壁区段16的侧面板20而形成的小面的宽度的40％。特别地，区段连接器26的宽度小于或等于该宽度的30％。该宽度可以根据区段连接器26将必须承受的力而针对于桅杆部段1的每个区段连接器26进行调整。
优选地，出于现场的经济和物流原因，桅杆部段1的所有区段连接器26均具有相同的尺寸。
根据一个实施方式，每个桅杆元件14在每个两个周向相邻的壁区段16之间的接合处均包括单个的区段连接器26。
作为变型，每个桅杆元件14在每个两个周向相邻的壁区段16之间的接合处均包括在纵向方向上相邻的至少两个区段连接器26。
每个桅杆元件14的区段连接器26的数目的选择取决于桅杆元件14的高度。每个桅杆元件14的区段连接器26的数目尤其随着桅杆元件14的高度而增加。
桅杆部段1还包括用于在纵向方向上将两个相邻的桅杆元件14连接至彼此的装置。
这些连接装置包括元件连接器36，每个元件连接器均沿纵向方向延伸跨过两个相邻的桅杆元件14。
每个元件连接器36均在沿纵向方向的延伸中延伸至少一个区段连接器26。
根据本发明，并且特别地如图2、图5和图6中所示，元件连接器36相对于区段连接器26布置在桅杆部段1的相反表面上。在图中所示的示例中，区段连接器26布置在桅杆部段1的内表面12上，而元件连接器36布置在桅杆部段1的外表面13上。
每个元件连接器36均被支承在桅杆部段1的外表面13上。
优选地，元件连接器36是平面的。元件连接器36有利地通过从钢板简单地切割而制成。
在所示的实施方式中，在垂直于纵向方向截取的元件连接器36的宽度在沿纵向方向截取的元件连接器36的整个高度上是恒定的。
在所示的示例中，每个元件连接器36在垂直于纵向方向的方向上均具有长形的矩形形状。
在桅杆部段1具有小面的情况下，每个元件连接器36均在桅杆部段1的一个小面上延伸，从而延伸跨过通过该元件连接器36连接至彼此的桅杆元件14的纵向相邻的小面。
元件连接器36的宽度小于或等于桅杆部段1的被元件连接器36附接的壁小面的、在这两个桅杆元件14之间的接合平面P处截取的宽度。有利地，元件连接器36的宽度大于或等于此壁小面的宽度的70％，并且更具体地，元件连接器36的宽度大于或等于此宽度的85％。在图中所示的实施方式中，元件连接器36的宽度大约等于桅杆部段1的被元件连接器36附接的壁小面的宽度。
在图中所示的示例中，元件连接器36关于桅杆元件14之间的接合平面P对称，其中，元件连接器36与桅杆元件14重叠。
元件连接器36借助于第二连接元件(未示出)、例如通过螺钉或螺栓紧固至桅杆元件14。
作为示例，并且如图4中所示，每个元件连接器36包括用于接纳第二连接元件的规则的连接孔39的网，连接孔39阵列包括垂直于纵向方向延伸的行和平行于纵向方向延伸的列。该网例如是矩形网格状网，并且例如是方形网格状网。连接孔39均匀地分布在元件连接器36的整个表面上。
相邻的连接孔39之间的距离选择成使得根据需要和按照现行标准所建立的几何标准来优化机械强度和耐疲劳性。
桅杆区段16包括与元件连接器36的连接孔39的网相一致的连接孔(未示出)的网。
在区段连接器26和/或元件连接器36内，垂直于纵向方向形成的连接孔28、39的列之间的距离和/或平行于纵向方向形成的连接孔28、39的列之间的距离选择成使得根据机械应力优化所需的螺栓的数量。
例如，区段连接器26的连接孔28的列之间的距离与元件连接器36的连接孔39的列之间的距离不同。
在图1至图6中所示的实施方式中，区段连接器26的平行于纵向方向形成的连接孔28的列之间的距离与元件连接器36的平行于纵向方向形成的连接孔39的列之间的距离是相同的，使得在桅杆部段1内，连接孔28的列作为连接孔39的列的延伸而沿纵向方向延伸。
为了简化附图，仅在某些图中示出了第二连接元件和连接孔。
在图1至图6中所示的实施方式中，上桅杆元件14的一个壁区段16的纵向边缘位于下桅杆元件14的在纵向方向上相邻的壁区段16的纵向边缘的延伸中。例如，上桅杆元件14的侧面板20位于下桅杆元件14的侧面板20的纵向延伸中，并且上桅杆元件14的中央面板18位于下桅杆元件14的中央面板18的纵向延伸中。在该示例中，每个元件连接器36延伸跨过四个相邻的壁区段16的侧面板20。
根据本发明，并且如图5和图6中更具体地图示的，每个元件连接器36在桅杆部段1的径向方向上与区段连接器26至少部分地相对地延伸，使得壁至少部分地安置在元件连接器36与相对的区段连接器26之间。
“径向方向”被理解为经过桅杆部段1的纵向中心轴线L并且在垂直于此纵向中心轴线L的平面中延伸的方向。
因此，在元件连接器36与区段连接器26之间存在重叠区域。
因此，在每个两个桅杆元件14之间的接合处，桅杆元件连接器36、桅杆元件14的壁与区段连接器26在径向方向上的重叠导致了三倍壁厚。该三倍壁厚导致了桅杆元件14之间的接合部的机械增强，并且因此导致了桅杆部段1的良好的机械强度。
特别地，区段连接器26仅在区段连接器26的部分高度上与元件连接器36相对地延伸。因此，区段连接器26沿纵向方向延伸超出元件连接器36。
在所示的示例中，元件连接器36的仅一部分与区段连接器26相对地延伸。特别地，元件连接器36沿纵向方向和/或沿周向方向延伸超出区段连接器26。
作为示例，如图5中所示，每个元件连接器36与对应的区段连接器26相对地延伸了重叠高度h，重叠高度h至多为设置有区段连接器26的桅杆元件14的高度的20％。
优选地，每个元件连接器36与对应的区段连接器26相对地延伸了这样的重叠高度h，该重叠高度h使得元件连接器36包括与区段连接器26的成行的连接孔28相一致的至少一行连接孔39。具体地，在图5和图6中所示的示例中，每个元件连接器36与对应的区段连接器26相对地延伸了这样重叠高度，该重叠高度使得元件连接器36具有与区段连接器26的对应行的连接孔28相一致的至少两行连接孔39，例如恰好两行连接孔39。
作为示例，每个元件连接器36与对应的区段连接器26相对地延伸了重叠高度h，重叠高度h至多等于元件连接器36的高度的50％。
作为示例，每个区段连接器26与对应的元件连接器36相对地延伸了重叠高度h，重叠高度h等于为不大于区段连接器26的高度的20％。
在所示的示例中，每个元件连接器36与对应的区段连接器26相对地延伸了重叠宽度l，重叠宽度l等于区段连接器26的宽度。换句话说，元件连接器36与区段连接器26相对地延伸跨过区段连接器26的整个宽度。
在该示例中，元件连接器36的宽度大于区段连接器26的宽度。
每个元件连接器36在于单个桅杆元件14上延伸的重叠区域中延伸超过对应的区段连接器26。这是因为每个区段连接器26仅在纵向相邻的桅杆元件14之间的接合平面P的一侧沿纵向方向延伸。
在图1至图6中所示的示例中，每个元件连接器36与沿纵向方向对准的两个区段连接器26相对地延伸。
这两个区段连接器26中的在下文中被称为上区段连接器26的一个区段连接器26将通过元件连接器36连接至彼此的两个桅杆元件14中的上桅杆元件14的壁区段16连接至彼此，同时下文中被称为下区段连接器26的另一区段连接器26将通过元件连接器36连接至彼此的两个桅杆元件14中的下桅杆元件14的壁区段16连接至彼此。
上区段连接器26布置在通过元件连接器36连接至彼此的桅杆元件14之间的接合平面P的上方，而下区段连接器26布置在接合平面P的下方。
有利地，上区段连接器26和下区段连接器26关于通过元件连接器36连接的两个桅杆元件14之间的接合平面P对称。
因此，元件连接器36与下区段连接器26之间的重叠高度h、相应的重叠宽度l与元件连接器36与上区段连接器26之间的重叠高度h、相应的重叠宽度l相同。
有利地，两个区段连接器26仅在区段连接器26的部分高度上与元件连接器36相对地延伸。因此，上区段连接器26部分地在元件连接器36的上边缘40下方沿纵向方向延伸，而下区段连接器26部分地在元件连接器36的下边缘42上方沿纵向方向延伸。
在所示的示例中，每个区段连接器26延伸远离桅杆元件14之间的接合平面P。
在该示例中，上区段连接器26沿纵向方向延伸远离下区段连接器26。因此，在上区段连接器26的下边缘44与下区段连接器26的上边缘46之间存在间隙。在该示例中，上区段连接器26和下区段连接器26没有边缘对边缘地延伸。
作为选择，将桅杆元件14连接至彼此的装置还包括中间连接器37，特别地在图2和图4中示出了中间连接器37。
中间连接器37在桅杆元件14的壁区段16的中央面板18处将桅杆元件14连接至彼此。中间连接器37通过附接至这些桅杆元件14的壁区段16的中央面板18而延伸跨过两个相邻的桅杆元件14。中间连接器37布置在两个周向相邻的元件连接器36之间。中间连接器37沿着桅杆元件14的横向边缘延伸。
中间连接器37优选地布置在桅杆部段1的与元件连接器36相同的表面上。因此，在图1至图6中所示的示例中，中间连接器37布置在桅杆部段1的外表面13上，并且特别地布置在通过中间连接器37连接至彼此的纵向相邻的桅杆区段16的外表面19上。
优选地，中间连接器37是大致平面的。在所示的示例中，中间连接器37具有矩形轮廓。中间连接器37沿垂直于纵向方向的伸长方向延伸。
中间连接器37的宽度小于或等于桅杆部段1的被中间连接器附接的小面的、在这些桅杆元件14之间的接合平面P处截取的宽度。该小面通过将两个纵向相邻的壁区段16的中央面板20接合而形成。作为示例，中间连接器37的宽度大于或等于该小面的在这些桅杆元件14之间的接合平面P的水平面处截取的宽度的50％，并且特别地，中间连接器37的宽度近似地等于该小面的宽度。
中间连接器37有助于沿着桅杆2的刚度，并且更特别地有助于两个相邻的桅杆元件14之间的刚度。
中间连接器37借助于诸如螺钉或螺栓的第三连接元件附接至壁区段16。每个中间连接器37具有用于第三连接元件的连接孔47的规则网。此网例如是矩形的网格状网，并且例如是方形网格状网。连接孔47均匀地分布在中间连接器37的整个表面上。相邻连接孔47之间的距离选择成使得根据需要来优化机械强度和耐疲劳性。
当桅杆部段1包括中间连接器37时，壁区段16包括与中间连接器37的连接端口网相一致的连接端口网。
为了简化附图的目的，在图中未示出第三连接元件。
本发明还涉及一种用于组装如上所述的桅杆部段1的方法。
此组装方法包括：
-提供壁区段16，并且经由区段连接器26将这些壁区段16彼此组装，以便形成桅杆元件14；以及
-将两个桅杆元件14沿纵向方向堆叠，并且借助于元件连接器36将这两个桅杆元件14连接至彼此。
根据本发明，元件连接器36布置在桅杆部段1的与布置有区段连接器26的表面相反的表面上。因此，元件连接器36和区段连接器26沿径向方向布置在壁区段16的两侧。
优选地，在将壁区段16组装至彼此以形成桅杆元件14之前，将区段连接器26和/或元件连接器36预组装在壁区段16上，特别地，在将壁区段16运输至桅杆部段1的组装地点之前，将区段连接器26和/或元件连接器36在壁区段16的制造地点处预组装至壁区段16。
特别地，将区段连接器26预组装在壁区段16的一个侧部上，并且将元件连接器36预组装在壁区段16的相反侧部上。例如，将区段连接器26预组装在壁区段16的内侧部17上，并且将元件连接器36预组装在壁区段16的外侧部18上。
可选地，在堆叠步骤中，两个桅杆元件14另外借助于中间连接器37被连接，这些中间连接器37优选地布置成延伸跨过两个桅杆元件14的壁区段16的两个纵向相邻的中央面板18。
优选地，在将壁区段16组装至彼此以形成桅杆元件14之前，将中间连接器37预组装在壁区段16上。特别地，在将壁区段16运输至桅杆部段1的组装地点之前，将中间连接器37在壁区段16的制造场地处预组装至壁区段16。例如，中间连接器37被预组装在壁区段16的与元件连接器36所在的侧部相同的侧部上。
例如，每个壁区段16包括预组装在壁区段16的纵向边缘的一个边缘处的至少一个区段连接器26和/或预组装在壁区段16的底部边缘和顶部边缘中的一者处、优选地预组装在壁区段16的顶部边缘处的至少一个元件连接器36。可选地，每个壁区段16还包括至少一个中间连接器37，所述至少一个中间连接器37预组装在壁区段16的与元件连接器36所在的边缘相同的边缘。
如果元件连接器如上所述那样预组装在壁区段16上，则可以从桅杆部段1的内侧进行桅杆元件至彼此的连接，这从安全角度来看是有利的。
本发明还涉及一种风力涡轮机桅杆2，风力涡轮机桅杆2包括至少一个如上所述的桅杆部段1。有利地，风力涡轮机桅杆2是通过将这些桅杆部段1沿纵向方向堆叠而形成的。
根据本发明的桅杆部段1是有利的。实际上，由于在桅杆元件14的接合处提供了其中元件连接器36与至少一个区段连接器26相对地布置的重叠区域，所以该桅杆部段1具有很大的弯曲强度。这是因为在每个重叠区域中，元件连接器36、桅杆元件14的壁与区段连接器26的重叠导致三倍壁厚。这种良好的机械强度增加了风力涡轮机桅杆部段1的使用寿命，并且由此增加了根据本发明的风力涡轮机3的使用寿命。另外，桅杆部段段的两个侧部之间的交替的连接器有助于减小由于偏心效应产生的应力，该偏心效应通过来自弯曲力矩、特别是在区段连接器26与元件连接器36之间的区域中的弯曲力矩的附加及局部作用而表现出来。
此外，根据本发明的桅杆部段1是简单的并且组装成本低。
图7至图12示出了根据变型的桅杆部段1。
图7和图8中所图示的桅杆部段1与图1至图6中描述的桅杆部段1的不同之处仅在于以下提到的特征。
在图7中所示的变型中，每个区段连接器26一直延伸至相邻的桅杆元件14之间的接合平面P。
在该变型中，在接合平面P的两侧上纵向地相邻的两个区段连接器26、即上区段连接器26和下区段连接器26边缘对边缘地延伸。
在该变型中，每个区段连接器36与对应的区段连接器26相对地延伸重叠高度h，重叠高度h等于区段连接器36的高度的一半。
特别地，重叠高度h为使得在接合平面P的一个侧部上的元件连接器36的所有行的连接孔39与区段连接器26的对应行的连接孔28相一致。
在图8中所示的变型中，区段连接器26具有取决于桅杆部段1的高度的可变宽度。
更具体地，在该实施方式中，区段连接器26具有第一部分50和第二部分52，其中，第一部分50与对应的元件连接器36径向相对地延伸，第二部分52没有与元件连接器36径向相对地延伸。
作为示例，部分50、52中的每一者具有恒定宽度。
在该变型中，第一部分50的宽度严格地大于第二部分52的宽度。因此，区段连接器26在区段连接器26与元件连接器36的重叠区域中被加强。
第一部分50的宽度例如是第二部分39的宽度的至少两倍，并且特别地是第二部分52的宽度的至少三倍。
在图8中所示的示例中，第一部分50的宽度大约等于桅杆元件14的下述小面的宽度：该小面通过借助于所述区段连接器26将桅杆元件14的两个壁区段16的侧面板20连接而形成。
例如，第二部分52的宽度小于或等于桅杆元件14的下述小面的宽度的40％：该小面通过借助于所述区段连接器26将桅杆元件14的两个壁区段16的侧面板20连接而形成。该宽度可以根据区段连接器26将必须承受的力而适用于桅杆部段1的每个区段连接器26。
由于在区段连接器26与元件连接器36的重叠区域提供了加强的区段连接器26，因而该变型中的桅杆部段1提供机械强度与结构重量之间的极好折中，同时区段连接器26在机械应力最大的区域中得到了加强。
用于组装图7和图8中的根据变型的桅杆部段1的方法与组装图1至图6中所描述的桅杆部段1的方法相同。
图9和图10中所示的变型中的桅杆部段1与图1至图6中所描述的桅杆部段1的不同之处在于，变型中的桅杆部段1还包括加强件60。
加强件布置在桅杆部段1的与区段连接器26相同的表面上，加强件延伸跨过两个相邻的桅杆元件14。
每个元件连接器36与加强件60径向相对地布置。特别地，每个加强件60在加强件60的整个表面上与元件连接器36相对地延伸。
每个加强件60支承在桅杆部段1的对应表面上，即，在所示的示例中，每个加强件60支承在桅杆部段1的内表面12上。
在所示的示例中，加强件60是平面的。加强件60有利地通过从钢板简单地切割而制成。
在所示的实施方式中，加强件60的宽度在加强件60的整个高度上是恒定的。
在所示的示例中，每个加强件60具有在垂直于纵向方向的方向呈长形的矩形形状。
在有小面的桅杆部段1的情况下，每个加强件60在桅杆部段1的一个小面上延伸，从而延伸跨过通过元件连接器36连接至彼此的桅杆元件14的纵向相邻的平面。
每个加强件60沿至少一个区段连接器26的纵向延伸而延伸。
在所示的示例中，加强件60关于重叠的桅杆元件14之间的接合平面P对称。
优选地，所有加强件60是相同的。
作为示例，每个加强件60具有用于将加强件60连接至桅杆元件14的连接孔62的规则网。连接孔62的网与元件连接器36的连接孔39的网相一致。
加强件60的连接元件优选地与第二连接元件组合，第二连接元件通过这些第二连接元件穿过相一致的连接孔39和62而将元件连接器36附接至桅杆元件14。
在图9和图10中所示的变型中，每个加强件60在接合平面P的每一侧均具有与对应的元件连接器36的成行的连接孔39相一致的至少一行连接孔62。具体地说，在图9和图10中所示的变型的情况下，每个加强件60在接合平面P的每一侧均包括与对应的元件连接器36的成行的连接孔39相一致的单行连接孔62。
在图9和图10中所示的变型中，每个区段连接器26延伸至与接合平面P相距一段距离处，接合平面P与区段连接器26之间的距离严格地大于加强件60的高度。
在这些变型中，加强件60沿纵向方向安置在于接合平面P的两侧沿纵向方向相邻的两个区段连接器26之间。
在这些变型中，加强件60与相邻的区段连接器26纵向地隔开。例如，加强件60与每个纵向相邻的区段连接器26之间的沿纵向方向的距离大于或等于加强件60的高度。
优选地，加强件60的宽度大于或等于相邻的区段连接器26的宽度。加强件60的宽度优选地小于或等于桅杆部段1的被加强件60附接的壁小面的、在这两个桅杆元件14之间的接合平面P处截取的宽度。
在图9中所示的变型中，加强件60的宽度严格地大于相邻的区段连接器26的宽度。
例如，加强件60的宽度大于或等于桅杆部段1的被加强件60附接的壁小面的、在这两个桅杆元件14之间的接合平面P处截取的宽度的70％，并且特别的地大于或等于该宽度的85％。在图9中所示的实施方式中，加强件60的宽度大约等于桅杆部段1的被加强件60附接的壁小面的宽度。
在图9中所示的变型中，桅杆部段1还包括中间加强件64，中间加强件64布置在桅杆部段1的与加强件60相同的表面上，中间加强件64延伸跨过两个相邻的加强件60之间的两个相邻的桅杆元件14。
中间支架64在桅杆元件14的壁区段16的中央面板18处将桅杆元件14连接至彼此。中间加强件64通过附接至这些桅杆元件14的壁区段16的中央面板18而延伸跨过两个相邻的桅杆元件14。
中间加强件64具有与加强件60相同的几何形状。
如果桅杆部段1包括中间连接器37，则每个中间加强件64与中间连接器37径向相对地延伸。
在图10中所示的变型中的桅杆部段1与在图9中所示的变型中的桅杆部段1的不同之处在于，加强件60的宽度大约等于沿纵向方向相邻的区段连接器26的宽度。
根据该变型，加强件60的宽度严格地小于桅杆部段1的被加强件60附接的壁小面的、在这两个桅杆元件14之间的接合平面P的水平面处截取的宽度。
如图10中所示的，在该实施方式中，加强件60的纵向边缘66沿纵向相邻的区段连接器26的纵向边缘68的纵向延伸而延伸。
作为选择(未示出)，根据图10中所示的变型的桅杆部段1额外地包括如关于图9中的实施方式所描述的中间加强件64。
根据图11中所示的变型的桅杆部段1与图1至图6中描述的桅杆部段1的不同之处仅在于，根据图11中所示的变型的桅杆部段1包括如图8中所描述的区段连接器26和如图9中所描述的加强件60。
在该实施方式中，每个区段连接器26延伸至相邻的桅杆元件14之间的接合平面P，并且加强件60在相邻的区段连接器26或每个相邻的区段连接器26上延伸这些区段连接器26的高度的至少一部分。
在该实施方式中，每个加强件60通过区段连接器26支承在桅杆部段1的对应表面上，即在所示的示例中，支承在桅杆部段1的内表面12上。
在该实施方式中，每个加强件60仅在对应的区段连接器26的第一部分50上延伸。在所示的实施方式中，每个加强件60仅在对应的区段连接器26的第一部分50的部分高度上沿纵向方向延伸。
在图11中所示的变型中，每个加强件60的宽度大约等于对应的区段连接器26的该第一部分50的宽度。
图12中所示的变型中的桅杆部段1与相对的图11所描述的桅杆部段1的不同之处仅在于加强件60的宽度。
该变型中的加强件60与图8中描述的加强件相同。
然而，该变型中的加强件60的宽度严格地小于沿纵向方向相邻的区段连接器26的宽度。
作为选择(未示出)，根据图11和图12中所示的变型的桅杆部段1额外地包括如关于图9中的构造方法所描述的中间加强件64。
在图7至图12中所示的变型中的桅杆部段1具有与图1至图6中描述的桅杆部段1相同的优点，但是由于区段连接器26的几何形状以及可能存在的加强件60和中间加强件64而具有甚至更高的机械强度。
用于接合根据图9和图12中的变型的桅杆部段1的方法与图1至图6中描述的方法的不同之处仅在于，将桅杆元件14接合至彼此的步骤还包括经由加强件60将桅杆元件14接合，以及可选地经由中间加强件64将桅杆元件14接合。
如上所述，这些加强件60、64可以预组装在对应的壁区段16上。
根据图1至图12中所示的变型的实施方式的桅杆部段1与图1至12中所示的桅杆部段1的不同之处仅在于，纵向相邻的桅杆元件14相对于彼此成角度地偏移，使得上桅杆元件14的壁区段16的纵向边缘与下桅杆元件14的纵向相邻的壁区段16的纵向边缘不连续。换句话说，上桅杆元件14的周向相邻的壁区段16之间的连接线与下桅杆元件14的周向相邻的壁区段16之间的连接线成角度地偏移。它们不是沿彼此的纵向方向延伸。
根据该变型，上桅杆元件14的壁区段16的至少一个中央面板18与下桅杆元件14的两个相邻的侧面板20相对地沿纵向方向延伸。
因此，上桅杆元件14的区段连接器26相对于下桅杆元件14的区段连接器26成角度地偏移。它们不是彼此成直线地延伸。
在该变型中，由于相邻的桅杆元件14之间的角度偏移，每个部段连接器36仅与一个区段连接器26相对地延伸。另外，每个元件连接器36延伸跨过三个壁区段16，而不是如之前的实施方式中那样延伸跨过四个壁区段16。
该变型中的桅杆部段1的组装方法与上述桅杆部段1的组装方法类似，唯一的区别在于，桅杆元件14以使得在相邻的桅杆元件14之间存在角度偏移的方式堆叠。
该变型中的桅杆部段1具有与上述相同的优点。
另外，桅杆元件14的角度偏移提高了桅杆部段1和桅杆2的机械强度，因为相邻的桅杆元件14的壁区段16之间的连接线不是沿纵向方向彼此相对地布置，其中，相邻的桅杆元件14的壁区段16的连接线由区段连接器26表示。实际上，机械上较弱的区域因此沿着桅杆部段1的圆周更好地分布，这进一步提高了风力涡轮机桅杆2的机械强度。
在图1至图12中所描述的实施方式中，区段连接器26以及在图9至图12中所描述的实施方式的情况下的加强件60和/或中间加强件64布置在桅杆部段1在内表面12上，而元件连接器36和可选的中间连接器37布置在桅杆部段1的外表面13上。变型中的桅杆部段1与图1至图12中的实施方式的该桅杆部段的不同之处仅在于，区段连接器26以及在图9至图12的实施方式的情况下的加强件60和/或中间加强件64布置在桅杆部段1的外表面13上，而元件连接器36和可选的中间连接器37布置在桅杆部段1的内表面12上。
该变型中的桅杆部段1具有与以上关于图1至图6的实施方式所描述的这些优点相同的优点。
另外，组装方法与上述方法的不同之处仅在于壁区段16的小面，其中，区段连接器26、元件连接器36以及任何中间连接器37、加强件60和中间加强件64附接至壁区段16的小面。

Claims (27)

1.一种用于风力涡轮机的桅杆部段(1)，所述桅杆部段(1)具有沿纵向方向延伸的纵向中心轴线(L)，并且所述桅杆部段(1)包括具有内表面(12)和外表面(13)的壁，
所述桅杆部段(1)包括至少两个管状的桅杆元件(14)，所述桅杆元件(14)在所述纵向方向上堆叠并且在接合平面(P)处边缘对边缘地布置，每个桅杆元件(14)均包括至少两个壁区段(16)，所述壁区段(16)通过沿着所述壁区段(16)的纵向边缘延伸的区段连接器(26)连接至彼此，
所述桅杆部段(1)还包括元件连接器(36)，每个元件连接器均延伸跨过所述两个桅杆元件(14)并且将所述桅杆元件(14)连接至彼此，
所述元件连接器(36)布置在所述桅杆部段(1)的所述壁的所述内表面(12)和所述外表面(13)中的一者上，并且所述区段连接器(26)布置在所述桅杆部段(1)的所述壁的所述内表面(12)和所述外表面(13)中的另一者上，并且每个元件连接器(36)均与所述区段连接器(26)中的至少一个区段连接器在所述桅杆部段(1)的径向方向上至少部分相对地延伸，使得所述壁至少部分地安置在所述元件连接器(36)与相对的所述区段连接器(26)之间。
2.根据权利要求1所述的桅杆部段(1)，其中，所述元件连接器(36)布置在所述桅杆部段(1)的所述外表面(13)上，并且所述区段连接器(26)布置在所述桅杆部段(1)的所述内表面(12)上。
3.根据权利要求1或2所述的桅杆部段(1)，其中，每个元件连接器(36)均与在所述纵向方向相邻的至少两个区段连接器(26)部分相对地延伸，所述两个区段连接器(26)中的一个区段连接器布置在所述两个桅杆元件(14)之间的所述接合平面(P)的上方，并且所述两个区段连接器(26)中的另一区段连接器布置在所述接合平面(P)的下方。
4.根据权利要求1或2所述的桅杆部段(1)，其中，每个元件连接器(36)均在下述重叠高度上与对应的区段连接器(26)相对地延伸：所述重叠高度不超过布置有所述区段连接器(26)的所述桅杆元件(14)的高度的20％。
5.根据权利要求1或2所述的桅杆部段(1)，其中，每个元件连接器(36)均在于单个桅杆元件(14)上延伸的重叠区域中与对应的区段连接器(26)径向相对地延伸。
6.根据权利要求1或2所述的桅杆部段(1)，其中，每个区段连接器(26)和/或每个元件连接器(36)均呈平板的形式。
7.根据权利要求1或2所述的桅杆部段(1)，其中，对于至少一个桅杆元件(14)，所述桅杆元件(14)在每个两个周向相邻的壁区段(16)之间的接合处均包括在所述纵向方向上相邻的至少两个区段连接器(26)。
8.根据权利要求1或2所述的桅杆部段(1)，其中，每个区段连接器(26)均具有沿着所述桅杆部段(1)的高度恒定的宽度。
9.根据权利要求1或2所述的桅杆部段(1)，其中，每个区段连接器(26)均具有第一部分(50)和第二部分(52)，所述第一部分(50)与对应的元件连接器(36)径向相对地延伸，所述第二部分(52)不与对应的元件连接器(36)径向相对地延伸，所述第一部分(50)的宽度严格大于所述第二部分(52)的宽度。
10.根据权利要求1或2所述的桅杆部段(1)，其中，每个区段连接器(26)均延伸直至相邻的桅杆元件(14)之间的所述接合平面(P)。
11.根据权利要求1或2所述的桅杆部段(1)，其中，每个区段连接器(26)均延伸至与相邻的桅杆元件(14)之间的所述接合平面(P)相距一定距离处。
12.根据权利要求1或2所述的桅杆部段(1)，还包括加强件(60)，每个加强件(60)均与所述区段连接器(26)布置在所述桅杆部段(1)的同一表面上，并且所述加强件(60)延伸跨过两个相邻的桅杆元件(14)，每个元件连接器(36)均与加强件(60)在所述径向方向上相对地布置。
13.根据权利要求12所述的桅杆部段(1)，其中，每个加强件(60)在垂直于所述纵向方向的方向上均是长形的。
14.根据权利要求12所述的桅杆部段(1)，其中，每个加强件(60)均沿区段连接器(26)的纵向延伸进行延伸。
15.根据权利要求12所述的桅杆部段(1)，其中，每个加强件(60)均与至少一个区段连接器(26)重叠。
16.根据权利要求12所述的桅杆部段(1)，其中，每个加强件(60)均具有大于或等于所述区段连接器(26)的宽度的宽度。
17.根据权利要求1或2所述的桅杆部段(1)，其中，每个壁区段(16)均包括至少一个中央面板(18)和两个侧面板(20)，所述侧面板(20)与所述中央面板(18)或与每个中央面板(18)形成角度，所述侧面板(20)包括所述壁区段(16)的所述纵向边缘。
18.根据权利要求17所述的桅杆部段(1)，还包括中间连接器(37)，所述中间连接器(37)布置成延伸跨过两个相邻的桅杆元件(14)，并布置在两个周向相邻的元件连接器(36)之间，所述中间连接器(37)与所述元件连接器(36)布置在所述桅杆部段(1)的所述内表面(12)和所述外表面(13)中的同一表面上。
19.根据权利要求18所述的桅杆部段(1)，其中，每个中间连接器(37)均延伸跨过所述两个桅杆元件(14)的两个纵向相邻的中央面板(18)，并且每个区段连接器(26)均延伸跨过所述两个相邻的桅杆元件(14)中的至少一个桅杆元件的两个周向相邻的侧面板(20)。
20.根据权利要求17所述的桅杆部段(1)，其中，上桅杆元件(14)的壁区段(16)的所述纵向边缘位于下桅杆元件(14)的在所述纵向方向上相邻的壁区段(16)的所述纵向边缘的延伸中。
21.根据权利要求20所述的桅杆部段(1)，其中，每个区段连接器(26)均延伸跨过所述两个相邻的桅杆元件(14)的两个周向相邻的侧面板(20)。
22.根据权利要求1或2所述的桅杆部段(1)，其中，相邻的桅杆元件(14)相对于彼此成角度地偏移。
23.根据权利要求22所述的桅杆部段(1)，其中，每个元件连接器(36)均一方面延伸跨过其中一个所述桅杆元件(14)的两个周向相邻的侧面板(20)，并且另一方面在另一个所述桅杆元件(14)的中央面板(18)上延伸。
24.根据权利要求1或2所述的桅杆部段(1)，所述桅杆部段(1)呈具有多边形横截面的管状形状，所述多边形的每个边限定了所述桅杆部段(1)的一个小面。
25.根据权利要求15所述的桅杆部段(1)，其中，每个加强件(60)均延伸跨过两个纵向相邻的区段连接器(26)。
26.一种风力涡轮机桅杆(2)，所述风力涡轮机桅杆(2)包括至少一个根据权利要求1或2所述的桅杆部段(1)。
27.一种用于组装根据权利要求1或2所述的桅杆部段(1)的方法，所述方法包括：
-提供壁区段(16)，并且经由区段连接器(26)将所述壁区段(16)组装至彼此，以形成桅杆元件(14)；
-在纵向方向上堆叠两个桅杆元件(14)，并且借助于元件连接器(36)将所述两个桅杆元件(14)连接至彼此。
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