CN113404642B - 风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

一种风力涡轮机（1），包括具有多个塔架部段（15）的塔架（4），用于牵拉塔架（4）的多根拉索（7‑9）以及用于将拉索（7‑9）锚固在至少一个塔架部段（15）中的多个支撑装置（16A，16B），其中支撑装置（16A，16B）被完全地布置在至少一个塔架部段（15）的内部空间（21）内。因为支撑装置（16A，16B）布置在塔架部段（15）的内部空间（21）内，所以塔架部段（15）的运输更容易，因为支撑装置（16A，16B）的任何部分都不会从内部空间（21）突出。

Description

风力涡轮机

技术领域

本发明涉及风力涡轮机。

背景技术

一种风力涡轮机，具有塔架，布置在塔架顶部的机舱，具有可旋转地支撑在机舱处的转子叶片的轮毂，以及设置在机舱内部并由轮毂驱动的发电机。塔架可以通过拉索被牵拉，拉索的一端锚固在塔架中且另一端在地面中。

WO 2017/041806 A1描述了一种用于系绳式风力涡轮机塔架的塔架部段，其包括多个管，所述管适于容纳穿过其中的缆线并将所述缆线固定在所述内管端处。塔架部段还可包括内加强环和/或外加强环。

WO 2016/116107 A1描述了一种风力涡轮机塔架，其构造成支撑风力涡轮机机舱和转子。该塔架具有塔壁，塔壁具有内表面和外表面。塔架通过许多缆线被系留，每条缆线在锚固到锚固元件的第一端和在附接元件处附接到塔架的相对的第二端之间延伸。从两个不同的锚固元件延伸的两条缆线被附接到塔架，使得来自两条缆线的第二端的纵向投影线在会聚点处会聚，该会聚点位于一定高度处并且在塔架壁厚内。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种改进的风力涡轮机。

因此，提供了一种风力涡轮机，其包括具有多个塔架部段的塔架，用于牵拉塔架的多根拉索以及用于将拉索锚固在至少一个塔架部段中的多个支撑装置，其中，支撑装置完全地布置在该至少一个塔架部段的内部空间内。

因为支撑装置布置在塔架部段的内部空间内，所以塔架部段的运输更加容易，因为支撑装置的任何部分都没有从内部空间突出。

塔架优选地支撑带有轮毂的机舱和连接到轮毂的转子叶片。在机舱内部布置有由轮毂驱动的发电机。塔架部段堆叠在彼此纸上。优选地，只有一个塔架部段具有支撑装置。特别地，这个塔架部段刚好布置在塔架的末端的下方。每个塔架部段被设计成朝向对称轴线旋转对称。

特别地，每个塔架部段具有上法兰和下法兰。法兰是环形的。相邻塔架部段的法兰彼此连接，特别是通过螺栓连接的。在法兰之间布置有圆柱形或管状的部段外壳，该外壳连接到法兰。部段外壳限定内部空间。内部空间是圆柱形的。部段外壳具有面向内部空间的内表面。优选地，支撑装置连接到这个内表面。

在本文中，“牵拉”或“系留”塔架是指，拉索被预加应力并减小从拉锁锚固在塔架中的位置到塔架的底部的弯矩。拉索的一端被锚固在塔架部段上且另一端在地面中。在地面中可设有锚固元件。锚固元件可以是混凝土块。支撑装置通过被预加应力的拉索被按压抵靠在塔架部段的内表面上。以这种方式，作用在支撑装置和塔架部段之间的连接上的载荷被更有效地分配。

支撑装置可以被称为锚固装置。支撑装置“完全地”布置在内部空间内，在本文中意味着支撑装置的任何部分都不从塔架部段或内部空间突出。特别是，内表面完全包围支撑装置。这意味着支撑装置的任何部段或部分都不穿透内表面。

根据一个实施例，该至少一个塔架部段和支撑装置是分开的部件。

这意味着塔架部段和支撑装置并不形成为一件式部件，例如铸铁部件。塔架部段和支撑装置作为单独的部件生产。在生产之后，塔架部段和支撑装置彼此连接。

根据另一实施例，支撑装置被焊接和/或螺栓连接成抵靠至少一个塔架部段的内表面。

在本文中，“螺栓连接”是指旋拧。

根据另一实施例，每个支撑装置包括支承板，其中一根拉索的锚固块抵靠支承板放置，其中该支承板以一倾斜角朝向至少一个塔架部段的对称轴线倾斜。

优选地，支承板具有矩形形状。锚固块具有抵靠支承板放置的环形螺母。环形螺母是盘形的。锚固块具有螺栓形状的基本部段。环形螺母被旋拧到基本部段上。锚固块连接到拉锁的布置在内部空间内的端部。倾斜角例如可以具有45°的值。

根据另一实施例，每个支撑装置包括第一支撑板和第二支撑板，其中，支撑板连接到至少一个塔架部段，其中支承板连接到支撑板。

支承板可以被焊接到支撑板上。可替换地，支承板和支撑板可以被制成为铸件。

根据另一实施例，支撑板是楔形的。

这有助于减轻重量。

根据另一实施例，支撑板被焊接到至少一个塔架部段。

支撑板抵靠内表面放置或搁置。

根据另一个实施例，每个支撑装置包括连接到第一支撑板的第一法兰板和连接到第二支撑板的第二法兰板，其中法兰板连接到至少一个塔架部段。

法兰板可以被焊接到支撑板上。优选地，法兰板垂直于支撑板布置。

根据另一实施例，法兰板被螺栓连接至至少一个塔架部段。

螺栓连接可以通过使用螺钉和/或螺栓来实现。

根据另一实施方式，支承板具有容纳锚固块的开口。

开口可以是圆形孔。锚固块具有圆柱形的基本部段和上述盘形的环形螺母，该螺母被旋拧到基本部段上。环形螺母抵靠支承板放置，且基本部段被容纳在开口中。

根据另一实施例，至少一个塔架部段具有开口，拉索通过该开口被引导到内部空间中。

这些开口可以称为孔或切口。开口可以具有任意形状。

根据另一实施例，开口具有椭圆形的形状。

拉索朝向塔架倾斜。为此，拉索以倾斜的方式运行穿过开口。因此，椭圆形或卵形的开口是有利的。

根据另一实施例，风力涡轮机还包括锚固在地面中的锚固元件，其中，拉索与锚固元件连接。

锚固元件可以是混凝土块。拉索在锚固元件和支撑装置之间被预加应力。

根据另一实施例，设置有至少三根拉索和至少三个支撑装置。

拉索的数量和支撑装置的数量是相同的。还可以设置四根或更多拉索和支撑装置。支撑装置和拉索以等距的方式围绕塔架部段的对称轴线分布。

根据另一实施例，支撑装置是铸造的部件，焊接的部件和/或螺栓连接的部件。

可替代地，支撑装置可以由纤维增强材料制成。

本发明的其他可能的实现方式或替代解决方案还包括以上或以下关于实施例描述的特征的组合，在此未明确提及。本领域技术人员还可以对本发明的最基本形式增加单独的或孤立的方面和特征。

附图说明

通过以下结合附图的描述和从属权利要求，本发明的其他实施例，特征和优点将变得显而易见，其中：

图1示出了根据一个实施例的风力涡轮机的立体图；

图2示出了根据一个实施例的风力涡轮机转子叶片的立体图；

图3示出了根据一个实施例的塔架部段的截面视图；

图4示出了根据一个实施例的支撑装置的立体图；

图5示出了根据另一实施例的塔架部段的截面视图；和

图6示出了根据另一实施例的支撑装置的立体图。

具体实施方式

在附图中，除非另外指出，否则相同的附图标记表示相同或功能上等效的元件。

图1示出了根据一个实施例的风力涡轮机1。

风力涡轮机1包括连接至布置在机舱3内部的发电机（未示出）的转子2。机舱3布置在风力涡轮机1的塔架4的上端处。塔架4具有多个布置在彼此之上的塔架部段。塔架4可以被称为风力涡轮机塔架。

转子2包括三个转子叶片5。转子叶片5连接到风力涡轮机1的轮毂6。这种转子2的直径可以在例如30至160米或甚至更大的范围内。转子叶片5承受高的风力载荷。同时，转子叶片5需要是轻质的。由于这些原因，现代风力涡轮机1中的转子叶片5由纤维增强复合材料制成。其中，出于成本原因，玻璃纤维通常优于碳纤维。通常，使用单向纤维毡形式的玻璃纤维。

风力涡轮机1具有拉索7-9，拉索在其第一端处固定至塔架4并在其第二端处固定至锚固元件10-12。拉索7-9的数量是任意的。但是，至少设置三根拉索7-9。每根拉索7-9具有一个锚固元件10-12。这意味着，拉索7-9的数量与锚固元件10-12的数量相同。 锚固元件10-12锚固在地面G中。

拉索7-9被锚固至塔架4和锚固元件10-12，以将载荷从塔架4传递至锚固元件10-12。换句话说，塔架4通过拉索7-9被牵拉。为此，可以将塔架4称为牵拉塔架。将拉索7-9固定到塔架4的解决方案直接影响塔架4的设计。特别是，它会影响塔架外壳的厚度，塔架部段的数量以及内部部件的布局。它还影响塔架4的可运输性以及组装策略和时间。

图2示出了根据一个实施例的转子叶片5。

转子叶片5包括空气动力学设计的部分13，其被成形以最佳利用风能；以及叶片根部14，该叶片根部14用于将转子叶片5连接到轮毂6。

图3示出了根据一个实施例的塔架部段15的截面视图。图4示出了根据一个实施例的支撑装置16A的立体图。在下文中，同时参考图3和图4。

如前所述，塔架4包括布置在彼此之上的多个塔架部段15。塔架部段15具有圆柱形或管状的形状。塔架部段15具有对称轴线17。对称轴线17朝向重力g的方向平行布置。塔架部段15被设计成朝向对称轴线17旋转对称。支撑装置16A可以被称为锚固装置。

塔架部段15具有上法兰18和下法兰19。法兰18、19是环形的并且被设计成朝向对称轴线17旋转对称。法兰18、19用于将塔架部段15连接到相邻的塔架部段（未示出）。为此，法兰18、19可以被螺栓连接在一起。塔架部段15可以由金属制成。可替代地，塔架部段15可以由纤维增强材料制成。

在法兰18、19之间布置有部段外壳20。部段外壳20具有圆柱形或管状形状，并且被设计成朝向对称轴线17旋转对称。优选地，部段外壳20和法兰18、19被形成为整体的。在本文中，“整体的”是指部段外壳20和法兰18、19被设计为一个部件。例如，部段外壳20和法兰18、19可以被焊接在一起。可替代地，塔架部段15是铸件，使得部段外壳20整体地连接至法兰18、19。塔架部段15限定塔架部段15的内部空间21。部段外壳20的内表面22面向内部空间21。

部段外壳20具有开口23，拉索7被引导通过该开口而不接触开口23的边缘。开口23可以是孔或切口。优选地，开口23具有椭圆形或卵形的形状。每根拉索7-9具有其自己的开口23。这意味着开口23的数量与拉索7-9的数量相同。可以设置三个开口23，它们围绕对称轴线17均匀地分布。这意味着相邻的开口23之间的圆周角可以是120°。

如前所述，拉索7被引导通过开口23到内部空间21中。这意味着拉索7的端部24被放置在内部空间21内。拉索7的端部24设有锚固块25，其将端部24锚固在塔架部段15的内部空间21中。锚固块25被设计成朝向对称轴线26旋转对称。锚固块25具有为圆柱形的基本部段27和为盘状的环形螺母28。环形螺母28被旋拧在基本部段27上。这样，拉索7可以被预张紧。环形螺母28连接到基本部段27。然而，基本部段27和环形螺母28是分开的部件。

锚固块25，特别是环形螺母28，抵靠支撑装置16A放置，使得拉索7可以被预加应力。支撑装置16A是不与塔架部段15整体地形成在一起的部件。然而，支撑装置16A可以抵靠内表面22被焊接或螺栓连接。

支撑装置16A具有支承板29。支承板29具有开口30，其容纳锚固块25，特别是锚固块25的基本部段27。环形螺母28抵靠支承板29放置。开口30可以是圆形孔。支承板29朝向对称轴线26垂直布置。“垂直”在本文中是指90°±10°的角度，优选为90°±5°的角度，更优选为90°±3°的角度，更优选为90°±1°的角度，更优选为90°±0.3°的角度，更优选为正好90°的角度。

支承板29以倾斜角α朝向对称轴线17倾斜。例如，倾斜角α可以具有45°的值。支承板29具有矩形形状。支承板29连接到两个支撑板31、32。支撑板31、32是楔形的。支撑板31、32可以被焊接到支承板29上。可替代地，支撑装置16A可以形成为整体部件。在这种情况下，可以通过弯曲平板来制造支撑装置16A。此外，支撑装置16A可以是铸件。在这种情况下，支撑装置16A可以是铸铁部件。

优选地，支撑装置16A由金属制成。支撑装置16A被焊接到部段外壳20，特别是被焊接到部段外壳20的内表面22。所有的支撑装置16A，具有锚固块25的拉索7-9以及锚固元件10-12一起形成风力涡轮机1的锚固系统33。

图5示出了根据另一实施例的塔架部段15的截面视图。图6示出了根据另一实施例的支撑装置16B的立体图。在下文中，同时参考图5和图6。

支撑装置16B与支撑装置16A的不同之处仅在于，支撑装置16B不是被焊接至部段外壳20而是被螺栓连接至部段外壳20。为此，设置有多个螺栓34，在图5中只有其中一个具有附图标记。部段外壳20具有开口或孔，螺栓34被引导穿过该开口或孔。

支撑装置16B具有连接到支撑板31、32的法兰板35、36。法兰板35、36被焊接或螺栓连接到支撑板31、32。可替代地，支撑装置16B可以是铸件。法兰板35、36抵靠部段外壳20的内表面22放置。法兰板35、36垂直于支撑板31、32布置。法兰板35、36具有用于容纳螺栓34的孔或开口37、38。

支撑装置16A，16B的功能和优点如下。锚固系统33的设计方式使解决方案在人工和成本方面更加有效。支撑装置16A，16B倚靠在部段外壳20上。因此，部段外壳20承受大部分的载荷，这允许被用于将支撑装置16A，16B连接至部段外壳20的连接类型，特别是焊缝或螺栓，得以在较低载荷下工作。

而且，与支撑装置16B一起使用的螺栓连接的解决方案不会限制部段外壳20的疲劳行为，因为在支撑装置16B和部段外壳20之间没有焊缝。作为支承装置16A，16B的内部锚固允许从塔架部段15的内部空间21对拉索7-9施加应力。以这种方式，所述操作更为受控，与在地面锚固元件10-12上对拉索7-9预加应力的情况相比。在后一种情况下，施加应力的工人彼此相距甚远，这使得施加应力更加困难。通过将传感器连接到锚固块25和/或支撑装置16A，16B，也可以监测拉索7-9。这意味着锚固系统33可以具有传感器。

支撑装置16A，16B抵靠部段外壳20放置，且拉索7-9的载荷趋于将支撑装置16A，16B按压抵靠在部段外壳20上。因此，载荷的水平分量主要被部段外壳20而不是连接元件所吸收，该连接元件特别是焊缝或螺栓，被用于将支撑装置16A，16B连接到部段外壳20。此外，由于支撑装置16A，16B的布局，拉索7-9的载荷被分派在两个表面上，即被分派到两个支撑板31、32或两个法兰板35、36。这减小了部段外壳20中的应力。因此，部段外壳20的壁厚可以减小。

如果在支撑装置16B和塔架部段15之间使用螺栓连接，则部段外壳20的疲劳计算不受焊缝的限制，焊缝比对抗疲劳性具有较小影响的螺栓孔更加有限制性。由于将支撑装置16A，16B放置在内部空间21内，因此减少了用于塔架部段15的运输劳力。

尽管已经根据优选实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在所有实施例中都可以进行修改。

Claims (13)

1.一种风力涡轮机（1），包括具有多个塔架部段（15）的塔架（4），用于牵拉所述塔架（4）的多根拉索（7-9），以及用于将所述拉索（7-9）锚固在至少一个塔架部段（15）中的多个支撑装置（16A，16B），其中所述支撑装置（16A，16B）完全地布置在所述至少一个塔架部段（15）的内部空间（21）中；

其中每个支撑装置（16A，16B）包括支承板（29），所述拉索（7-9）中的一个的锚固块（25）抵靠所述支承板放置，且其中所述支承板（29）以一倾斜角（α）朝向所述至少一个塔架部段（15）的对称轴线（17）倾斜；

其中每个支撑装置（16A，16B）包括第一支撑板（31）和第二支撑板（32），其中所述支撑板（31、32）被连接至所述至少一个塔架部段（15），并且其中所述支承板（29）连接到所述支撑板（31、32）。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述至少一个塔架部段（15）和所述支撑装置（16A，16B）是分开的部件。

3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其中所述支撑装置（16A，16B）抵靠所述至少一个塔架部段（15）的内表面（22）被焊接和/或螺栓连接。

4.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述支撑板（31，32）是楔形形状的。

5.根据权利要求1或4所述的风力涡轮机，其中所述支撑板（31，32）被焊接到所述至少一个塔架部段（15）。

6.根据权利要求1或4所述的风力涡轮机，其中每个支撑装置（16A，16B）包括连接至所述第一支撑板（31）的第一法兰板（35）和连接到所述第二支撑板（32）的第二法兰板（36），并且其中所述法兰板（35、36）连接到所述至少一个塔架部段（15）。

7.根据权利要求6所述的风力涡轮机，其中所述法兰板（35、36）被螺栓连接至所述至少一个塔架部段（15）。

8.根据权利要求1-2中任一项所述的风力涡轮机，其中所述支承板（29）具有容纳所述锚固块（25）的开口（30）。

9.根据权利要求1至2中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述至少一个塔架部段（15）具有开口（23），所述拉索（7-9）被引导通过所述开口（23）进入所述内部空间（21）。

10.根据权利要求9所述的风力涡轮机，其中所述开口（23）具有椭圆形的形状。

11.根据权利要求1至2中任一项所述的风力涡轮机，还包括锚固在地面（G）中的锚固元件（10-12），其中所述拉索（7-9）与所述锚固元件（10-12）连接。

12.根据权利要求1至2中任一项所述的风力涡轮机，其中设置有至少三个拉索（7-9）和至少三个支撑装置（16A，16B）。

13.根据权利要求1至2中任一项所述的风力涡轮机，其中所述支撑装置（16A，16B）是铸造的部件，焊接的部件和/或螺栓连接的部件。