CN117514633A - 风力涡轮机塔架部段、风力涡轮机塔架及组装方法 - Google Patents

风力涡轮机塔架部段、风力涡轮机塔架及组装方法 Download PDF

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叶连娜·迪西尔韦斯特罗
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Abstract

本发明涉及一种用于风力涡轮机的塔架部段(1)，所述塔架部段(1)具有在纵向方向上延伸的中心纵向轴线(L)，所述塔架部段(1)包括至少两个管状塔架元件(14)，所述至少两个管状塔架元件(14)在纵向方向上叠置并且在接合平面(P)处边缘对边缘布置，每个塔架元件(14)包括至少两个壁区段(16)，所述至少两个壁区段(16)通过沿着壁区段(16)的纵向边缘延伸的区段连接件(26)连接在一起，塔架部段(1)还包括元件连接件(37)，每个元件连接件(37)在区段连接件(26)在纵向方向上的延伸方向上延伸跨越所述两个塔架元件(14)。塔架部段(1)还包括复数个元件跨接连接件(45)，每个元件跨接连接件(45)在纵向方向上延伸跨越区段连接件(26)和相邻的元件连接件(37)。

Description

风力涡轮机塔架部段、风力涡轮机塔架及组装方法
本发明申请是申请日期为2017年6月30日、申请号为“201780092539.6”、发明名称为“风力涡轮机塔架部段、风力涡轮机塔架及组装方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于风力涡轮机的塔架部段、包括这样的部段的风力涡轮机塔架以及用于组装用于风力涡轮机的塔架部段的方法。
背景技术
随着时间的推移，为了提高风力涡轮机的能量效率所做的努力已经引起涡轮机尺寸的增加，从而需要具有增加的高度和直径的塔架来支承所述涡轮机。这样的塔架由于其大的尺寸而不能组装运输。因此，所述塔架通常以部分的形式运输至它们的安装地点，之后在原地组装。
更具体地，存在用于组装风力涡轮机塔架的方法，根据所述方法，风力涡轮机的壁区段被运输至风力涡轮机的安装地点，然后使用区段连接件将这些壁区段组装以形成通常为筒形或截头锥形的大致管状的塔架元件，接着使用元件连接件将这些塔架元件依次彼此组装以形成风力涡轮机塔架。
考虑到风力涡轮机的尺寸日益增大，必须提高这些塔架的机械强度以使使用期间的故障的风险最小化，特别是使由弯曲引起的故障的风险最小化，同时尽可能地限制生产成本和组装时间。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种风力涡轮机塔架，该风力涡轮机塔架可能具有大尺寸，该风力涡轮机塔架具有增加的寿命，并且能够容易且快速地运输并以较低的成本组装。
为此，本发明涉及一种用于风力涡轮机的塔架部段，所述塔架部段具有沿着纵向方向延伸的纵向中心轴，所述塔架部段包括至少两个管状塔架元件，所述至少两个管状塔架元件沿着纵向方向叠置并且在接合平面处边缘对边缘布置，每个塔架元件包括至少两个壁区段，所述至少两个壁区段通过沿着壁区段的纵向边缘延伸的区段连接件而彼此连接，塔架部段还包括元件连接件，每个元件连接件在区段连接件在纵向方向上的延伸方向上延伸跨越所述两个塔架元件，塔架部段还包括复数个元件跨接连接件(elementoverconnector)，每个元件跨接连接件在纵向方向上延伸跨越区段连接件和相邻的元件连接件。
根据具体实施方案，塔架部段包括以下单独考虑或根据任何技术上可能的组合考虑的特征中的一者或更多者：
-每个元件跨接连接件相对于经过区段连接件与元件连接件的中间的水平面在纵向方向上具有对称的外轮廓；
-元件跨接连接件的纵向边缘与下面的区段连接件的纵向边缘重合；
-每个元件跨接连接件呈平板的形式；
-每个元件跨接连接件具有矩形轮廓；
-每个区段连接件在基本上等于相应的塔架元件的高度的高度上延伸；
-对于至少一个塔架元件，该塔架元件在周向相邻的壁区段之间的每个接合部处包括沿着纵向方向相邻的至少两个区段连接件和延伸跨越两个相邻的区段连接件的一个区段跨接连接件(segment overconnector)；
-每个区段跨接连接件相对于经过两个相邻的区段连接件的中间的水平面在纵向方向上具有对称的外轮廓；
-每个区段跨接连接件的纵向边缘与下面的区段连接件的纵向边缘重合；
-每个区段跨接连接件呈平板的形式；
-每个区段跨接连接件具有矩形轮廓；
-每个壁区段包括至少一个中央板和与该中央板或每个中央板形成角度的两个侧板，该侧板包括壁区段的纵向边缘；
-塔架部段还包括在两个周向相邻的元件连接件之间的第三连接件，所述第三连接件被布置成跨越两个相邻的塔架元件；
-每个第三连接件延伸跨越两个塔架元件的两个纵向相邻的中央板，以及每个元件连接件延伸跨越两个相邻的塔架元件中的至少一者的两个周向相邻的侧板；
-上塔架元件的壁区段的纵向边缘位于下塔架元件的在纵向方向上的相邻壁区段的纵向边缘的延伸方向上；
-每个元件连接件延伸跨越两个相邻的塔架元件的两个周向相邻的侧板；
-相邻的塔架元件彼此具有角度偏移，以及每个元件连接件一方面延伸跨越塔架元件中的一者的两个周向相邻的侧板，并且另一方面在另一个塔架元件的中央板上延伸；以及
-塔架部段呈具有多边形截面的管状形状，该多边形的每个边限定塔架部段的面。
本发明还涉及一种包括如先前描述的塔架部段的风力涡轮机塔架。
本发明还涉及一种用于组装如先前描述的塔架部段的方法，其包括：
-提供壁区段并且经由区段连接件将这些壁区段彼此组装以形成塔架元件；
-将两个塔架元件沿着纵向方向叠置并且使用元件连接件将这两个塔架元件彼此连接；以及
-将元件连接件紧固成跨越在纵向方向上相邻的区段连接件和元件连接件。
根据组装方法的具体特征，用于组装壁区段的步骤包括：对于至少一个塔架元件，借助于在纵向方向上相邻的至少两个区段连接件将周向相邻的壁区段彼此连接，并且组装方法还包括紧固区段跨接连接件，每个区段跨接连接件延伸跨越在纵向方向上相邻的两个区段连接件。
附图说明
本发明将通过阅读以下仅作为示例提供并且参照附图进行的描述而被更好地理解，在附图中：
-图1是风力涡轮机的示意性透视图；
-图2是风力涡轮机塔架部段的一部分的示意性透视图；
-图3是图2的风力涡轮机塔架部段的一部分的分解示意性透视图；
-图4是根据本发明的塔架部段的两个塔架元件之间的接合区域的从塔架内部的放大的示意图；
-图5是根据本发明的塔架部段的两个塔架元件之间的接合区域的从塔架内部的放大的示意图；以及
-图6至图10示出了根据比较例的从塔架内部的塔架元件之间的接合区域。
具体实施方式
在整个描述中，“连接”指的是通过连接构件的机械紧固，并且特别是通过螺栓连接或螺钉连接的紧固。因此，该术语特别地不涵盖通过焊接或钎焊的紧固。
使用螺栓或螺钉来产生连接允许通过基于强度和疲劳寿命的要求来选择螺栓或螺钉的位置和密度进而对塔架部段的疲劳行为进行最佳的管理。此外，在塔架部段和风力涡轮机塔架内不存在焊接使得可以避免热影响区的存在，这保证了钢的性能的均质性并且消除了由这些热影响区造成的薄弱点。
“高度”指的是元件沿着纵向方向的尺寸，以及“宽度”指的是该元件的垂直于纵向方向的尺寸。
在整个描述中，元件的“纵向边缘”指的是该元件的沿着纵向方向延伸的边缘。“横向边缘”指的是该元件的垂直于纵向方向延伸的边缘。
术语“顶部”和“底部”、“在…下面”和“在…上面”以及“下”和“上”是相对于风力涡轮机塔架2在其安装地点的正常定向而使用的。
在整个描述中，“角度偏移”指的是塔架的构成元件相比于相邻的元件而围绕中心纵向轴线L的旋转。
在整个描述中，塔架的构成元件—塔架部段和塔架元件—优选地由金属制成，特别地由钢制成，并且更特别地由钢卷或钢板制成。
根据本发明的用于风力涡轮机的塔架部段1旨在形成风力涡轮机3的塔架2的一部分。
通常，如图1所示，风力涡轮机3在其上端包括机舱5和安装在机舱5上的转子7。安装在塔架2的上端处的机舱5容纳用于风力涡轮机3的操作的机械、电气和电子部件。转子7包括多个叶片9，所述多个叶片9旨在借助于风的能量绕转子5的轴线旋转。风力涡轮机塔架2旨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在风力涡轮机塔架2的下端处锚定在安装地点的地面10中。
根据本发明的塔架部段1具有管状形状与在纵向方向上延伸的中心纵向轴线L。当塔架部段1安装在其安装地点时，该纵向方向沿着安装地点的垂直方向延伸。
在图中示出的示例中，塔架部段1具有朝向塔架2的顶部变窄的截头锥形形状。
“锥面”指的是由通过顶点的母线和描述引导曲线的可变点限定的任意调整表面。
作为一个实例，塔架部段1在其下端具有约7米至11米的外径，例如等于9米的外径，以及在其上端具有约2米至4米的外径，例如约4米的外径。然而，这些直径可以基于与强度、与机舱的连接或与安装地点的连接相关的要求来调整。
塔架部段1优选具有多边形截面。该多边形的每个边限定塔架部段1的壁的面。
具有圆形基面的截头锥形形状是无论其定向如何都具有最优风阻和最优惯性的形状，多边形截头锥形形状具有最接近具有圆形基面的截头锥形形状的优点，同时多边形截头锥形形状由于其特别地可以由通过金属板的简单弯曲或成形获得的壁区段制成而非常容易制造。
根据一个替代方案，塔架部段1具有筒形形状，所述筒形形状具有拥有恒定的截面的多边形基面。
如图2所示，塔架部段1包括在纵向方向上叠置的至少两个塔架元件14。塔架部段1的相邻的塔架元件14以组装所必需的游隙沿着接合平面P边缘对边缘布置。
每个塔架元件14均具有管状形状，具有与塔架部段1的中心纵向轴线L重合的中心纵向轴线。每个塔架元件14均具有与塔架部段1的形状类似的总体形状。
在示出的示例中，塔架元件14具有朝向塔架元件14的顶部变窄的截头锥形形状，该截头锥形形状优选地具有多边形基面。
当塔架部段1呈具有多边形基面的筒形形状时，塔架元件14也呈具有多边形基面的筒形形状。
每个塔架元件14包括复数个壁区段16，所述复数个壁区段16通过它们的纵向边缘彼此连接。塔架元件14的相邻的壁区段16以组装所必需的游隙沿着接合线边缘对边缘布置。
塔架元件14由彼此连接的复数个壁区段16形成的事实避免了就塔架元件14的最终直径而论在运输方面受到限制。事实上，壁区段16是相对小型的并因此可以由标准的卡车运输。接着，壁区段16可以直接在安装地点上组装以获得具有期望直径的塔架元件14。
此外，基于小元件的组装的设计使得可以用小型且轻型的车辆进行运输，这使得可以考虑迄今还不可能的新的安装地点，因为这些安装地点对于用于重型运输(例如所谓的特种运输)车辆的车辆而言难以进入。
例如，壁区段16的厚度根据它们沿着塔架2的位置而变化，从塔架2的基部朝向顶点减小。例如，壁区段16在塔架2的基部处具有等于30mm的厚度，以及在塔架2的顶点处具有等于16mm的厚度。
在图2所示的示例中，每个壁区段16包括至少一个中央板18和两个侧板20。侧板20在中央板18的任一侧上沿着塔架元件14的周边延伸。侧板20侧向地框束中央板18。侧板20包括壁区段16的纵向边缘。侧板20各自与中央板18或每个中央板18形成角度。
这种类型的壁区段16具有容易通过金属板的简单弯曲获得的优点。侧板20加强了壁区段16并且增加了所述区段16对在纵向方向上弯曲的抵抗性。
在示出的示例中，对于每个示出的塔架元件14，每个壁区段16包括若干个中央板18，所述若干个中央板18沿着塔架元件14的周边相邻。该相邻的中央板18的组由两个侧板20框束。更具体地，在该示例中，对于示出的塔架元件14，每个壁区段16包括三个中央板18和两个侧板20。
根据一个实施方案，给定的塔架元件14的壁区段16根据塔架元件在纵向方向上的位置而具有许多中央板18。作为一个示例，每个壁区段16的中央板18的数量沿着塔架部段1从底部到顶部增加。
塔架元件14的两个相邻的壁区段16的相邻的侧板20的组合形成塔架元件14的面。壁区段16的每个中央板18也形成塔架元件14的面。
然后，相关联的塔架部段1的每个面对应于叠置的塔架元件14的纵向相邻的面的组合。
壁区段16通过沿着壁区段16的纵向边缘延伸的区段连接件26彼此组装。区段连接件26附接至壁区段16。每个区段连接件26延伸跨越塔架元件14的两个相邻的壁区段16。每个区段连接件26均紧固至塔架元件14的两个相邻的壁区段16的相邻的侧板20。
如图3中示意性地示出的，每个区段连接件26均经由第一连接构件27(特别是螺钉或螺栓)紧固至相应的壁区段16。为此，区段连接件26包括旨在接纳第一连接构件27的连接孔28。这些连接孔28以栅格的形式设置，该栅格包括垂直于纵向方向延伸的排和平行于纵向方向延伸的排。
壁区段16还包括以栅格设置的连接孔29，该栅格对应于区段连接件26的连接孔28的栅格。
为了简化附图，第一连接构件27和连接孔28、29仅在一些图中示出。
区段连接件26是平的。区段连接件26有利地通过对钢板进行简单切割而制成。
区段连接件26布置在塔架部段1的内部。
优选地，区段连接件26的宽度在其整个高度上是恒定的。在示出的示例中，每个区段连接件26均具有在纵向方向上延伸的矩形形状。
作为示例，区段连接件26的宽度小于或等于塔架元件14的壁面的宽度的40％，所述塔架元件14的壁面通过使用所述区段连接件26连接塔架元件14的两个壁区段16的侧板20而形成。更具体地，区段连接件26的宽度小于或等于塔架元件14的壁面的宽度的30％。对于塔架部段1的每个区段连接件26，该宽度可以基于区段连接件26将必须承受的力来进行调整。
优选地，出于工作地的经济和物流原因，塔架部段1的所有区段连接件26具有相同的宽度。
在图2所示的实施方案中，对于至少一个塔架元件14，每个区段连接件26仅在塔架元件14的高度的一部分上延伸。因此，在塔架元件14内的两个相邻的壁区段16之间的每个接合部处，该塔架元件14包括至少两个区段连接件26，即在纵向方向上相邻的下区段连接件26和上区段连接件26。上区段连接件26在下区段连接件26的在纵向方向上的延伸方向上布置。作为示例，下区段连接件26和上区段连接件26受制于组装所必需的游隙沿着接合线边缘对边缘布置。
根据一个实施方案，选择下区段连接件26和上区段连接件26的长度，使得它们的长度的总和基本上等于它们连接的壁区段16在纵向方向上所取的长度。在该实施方案中，所考虑的塔架元件14内的两个壁区段16之间的每个接合部恰好包括两个区段连接件26。
根据一种变型，所考虑的塔架元件14内的两个壁区段16之间的每个接合部包括多于两个区段连接件26。优选地，每对纵向相邻的区段连接件26受制于组装所必需的游隙沿着接合线边缘对边缘布置。
根据本发明，并且如图2和图4中更具体地示出的，塔架部段1还可以包括区段跨接连接件31。
在所考虑的塔架元件14内，并且如图2和图4中特别地示出的，每个区段跨接连接件31被布置成跨越两个区段连接件26，即在纵向方向上相邻的下区段连接件26和上区段连接件26。
更具体地，每个区段跨接连接件31在区段连接件26的内表面处附接至区段连接件26。每个区段跨接连接件31与下面的区段连接件26的内表面表面接触地延伸。区段连接件26的外表面与相应的壁区段16接触。
作为示例，每个区段跨接连接件31的外轮廓相对于水平面PH对称，所述水平面PH在下区段连接件26与上区段连接件26的中间延伸，并且更具体地穿过下区段连接件26与上区段连接件26之间的接合线延伸。
换言之，就区段跨接连接件31的总体形状而言，区段跨接连接件31相对于该水平面对称。相反，由于相邻的区段连接件26的连接孔的行和/或排之间的距离的可能差异，区段跨接连接件31的连接孔的行可能相对于该水平面不对称。
根据一个实施方案，每个区段跨接连接件31相对于水平面PH对称，所述水平面PH在下区段连接件26与上区段连接件26的中间延伸，并且更具体地穿过下区段连接件26与上区段连接件26之间的接合线延伸。
区段跨接连接件31是平的。它们有利地通过对钢板进行简单切割而制成。
区段跨接连接件31具有板状。在所示的示例中，它们具有矩形轮廓。
优选地，每个区段跨接连接件31的垂直于纵向方向所取的宽度大于或等于区段连接件26的宽度的70％。
在所示的示例中，区段跨接连接件31的宽度基本上等于其跨越的下区段连接件26和上区段连接件26的宽度。在该示例中，区段跨接连接件31的纵向边缘与下面的区段连接件26的纵向边缘基本上重合。
优选地，每个区段跨接连接件31的在纵向方向上所取的长度大于或等于相应的塔架元件14的高度的2％。特别地，其小于或等于相应的塔架元件14的高度的8％。
有利地，每个区段跨接连接件31包括连接孔33的行，所述连接孔33设置成将区段跨接连接件31紧固至区段连接件26。连接孔33的每个行基本上垂直于纵向方向延伸。
有利地，区段跨接连接件31的连接孔33被布置成使得它们与下面的区段连接件26的连接孔28重合。
区段跨接连接件31借助于先前描述的连接构件27被紧固在下面的区段连接件26上，这些连接构件27被插入穿过区段跨接连接件31和区段连接件26的重合的连接孔28、33。
区段跨接连接件31优选地包括偶数行的连接孔33，并且包括相同数量行的面向每个区段连接件26的连接孔33，也就是说，在下区段连接件26与上区段连接件26之间的接合线的两侧上包括相同数量行的面向每个区段连接件26的连接孔33。
在示出的示例中，区段跨接连接件31恰好包括两行连接孔33，面向下区段连接件26的连接孔28的连接孔33的下行的连接孔33，和面向上区段连接件26的连接孔28的连接孔33的上行的连接孔33。
在一种变型中，区段跨接连接件31可以包括多于两行的连接孔33。
作为示例，区段跨接连接件31还包括偶数排的连接孔，所述排在纵向方向上延伸。在示出的示例中，区段跨接连接件31恰好包括两排连接孔。
优选地，塔架部段1在纵向方向上并置的两个区段连接件26之间的每个接合部处包括跨接连接件31。
在图中示出的示例中，区段连接件26各自仅在塔架元件14的高度的一部分上延伸，并且每个塔架元件14包括在纵向方向上相邻的若干个区段连接件26。
根据一种变型(未示出)，每个区段连接件26在相应的塔架元件14的整个高度上延伸。在这种情况下，相应的塔架元件14不包括区段跨接连接件31。
每个塔架元件14的区段连接件26的数量的选择取决于所述塔架元件14的高度，每个塔架元件14的区段连接件26的数量尤其随着塔架元件14的高度而增加。
塔架部段1还包括用于连接在纵向方向上彼此相邻的两个塔架元件14的装置。
这些连接装置包括元件连接件37，每个元件连接件37均在相应的元件连接件26的纵向延伸方向上延伸跨越在纵向方向上相邻的两个塔架元件14。
元件连接件37布置在塔架部段1的内部。
图2和图5更具体地示出了根据本发明的元件连接件37的示例。
元件连接件37是平的。它们有利地通过对钢板进行简单切割而制成。
在示出的实施方案中，元件连接件37的垂直于纵向方向所取的宽度在连接件37的在纵向方向上所取的整个高度上是恒定的。在示出的示例中，每个元件连接件37具有在垂直于纵向方向的方向上延伸的矩形形状。
在具有面的塔架部段1的情况下，每个元件连接件37在塔架部段1的面上延伸跨越通过该元件连接件37彼此连接的塔架元件14的纵向相邻的面。
元件连接件37的宽度小于或等于塔架部段1的其上紧固有元件连接件37的壁面的在这两个塔架元件14之间的接合平面P处所取的宽度。有利地，元件连接件37的宽度大于或等于该壁面的宽度的70％，并且更具体地大于或等于该宽度的85％。在图中所示的实施方案中，元件连接件37的宽度基本上等于塔架部段1的其上紧固有元件连接件37的壁面的宽度。
在图5所示的示例中，元件连接件37相对于它们跨越的塔架元件14之间的接合平面P对称。
有利地，每个元件连接件37受制于组装所必需的游隙沿着接合线与区段连接件26边缘对边缘布置。
使用第二连接构件(未示出)，例如由螺钉或螺栓形成的第二连接构件，将元件连接件37紧固在塔架元件14上。
作为示例，每个元件连接件37包括配置成接纳第二连接构件的连接孔39的规则栅格，该栅格包括垂直于纵向方向延伸的排和平行于纵向方向延伸的排。
该栅格例如为具有矩形网格的栅格，以及例如为具有方形网格的栅格。连接孔39规则地分布在元件连接件37的整个表面上。
基于需求和有效标准建立的几何标准选择相邻的连接孔39之间的距离以优化机械强度和耐疲劳度。
塔架区段16还包括与元件连接件37的连接孔39的栅格重合的连接孔的栅格(未示出)。
在区段连接件26和/或元件连接件37内，选择垂直于纵向方向形成的连接孔28、39的行之间的距离和/或平行于纵向方向形成的连接孔28、39的排之间的距离，以根据机械约束优化必需的螺栓的数量。
作为示例，区段连接件26的连接孔28的行之间的距离与元件连接件37的连接孔39的行之间的距离不同。
在图中所示的实施方案中，区段连接件26的平行于纵向方向形成的连接孔28的排之间的距离和元件连接件37的平行于纵向方向形成的连接孔39的排之间的距离相同，使得在塔架部段1中，第一连接构件27的排在第二连接构件31的排的延伸方向上延伸。
为了简化附图，第二连接构件和连接孔仅在一些图中示出。
在示出的本发明的实施方案中，塔架部段1还包括元件跨接连接件45，所述元件跨接连接件45布置成跨越纵向相邻的区段连接件26和元件连接件37。
更具体地，每个元件跨接连接件45在这些连接件26、37的内表面处附接在连接件26、37上。每个元件跨接连接件45与下面的连接件26、37的内表面表面接触地延伸。连接件26、37的外表面与相应的壁区段16接触。
元件跨接连接件45是平的。它们有利地通过对钢板进行简单切割而制成。
元件跨接连接件45具有板状。在示出的示例中，它们具有矩形轮廓。
每个元件跨接连接件45的在纵向方向上所取的高度大于或等于相应的塔架元件14的高度的2％。每个元件跨接连接件45的在纵向方向上所取的高度特别地小于或等于相应的塔架元件14的高度的8％。
每个元件跨接连接件45的垂直于纵向方向所取的宽度大于或等于下面的区段连接件26的宽度的70％。在示出的示例中，每个元件跨接连接件45的宽度基本上等于其跨越的区段连接件26的宽度。在该示例中，每个元件跨接连接件45的纵向边缘与下面的区段连接件26的纵向边缘基本上重合。
因此，元件跨接连接件45具有与区段跨接连接件31的结构和形状基本上相同的结构和形状。
每个元件跨接连接件45的外轮廓有利地相对于经过下面的区段连接件26与元件连接件37的中间的水平面，并且更具体地穿过这两个连接件26、37之间的接合线的水平面对称。
换言之，就元件跨接连接件45的总体形状而言，元件跨接连接件45相对于该水平面对称。相反，考虑到区段连接件26的连接孔的行和/或排与元件连接件37的连接孔的行和/或排之间的距离的可能差异，元件跨接连接件45的连接孔的行可能相对于该水平面不对称。
有利地，每个元件跨接连接件45包括连接孔47的行，连接孔47设置成将元件跨接连接件45紧固至下面的连接件26、37。有利地，元件跨接连接件45的连接孔47被布置成使得它们与下面的连接件26、37的连接孔28、39重合。
元件跨接连接件45借助于将这些连接件26、37连接至相应的壁区段16的连接构件而被紧固在下面的连接件26、37上，这些连接构件插入穿过元件跨接连接件31与下面的连接件26、37的重合的连接孔。
元件跨接连接件45优选地包括偶数行的连接孔47，并且包括相同数量行的面向连接件26、37的连接孔47，也就是说，在连接件26、37之间的接合线的两侧上包括相同数量行的面向连接件26、37的连接孔47。
连接孔47的每个行垂直于纵向方向延伸。
在示出的示例中，元件跨接连接件45恰好包括两行连接孔47，面向元件连接件37的连接孔39的连接孔47的下行的连接孔47，和面向区段连接件26的连接孔28的连接孔47的上行的连接孔47。
例如，元件跨接连接件45还包括偶数排的连接孔47，每排连接孔47在纵向方向上延伸。更具体地，在示出的示例中，元件跨接连接件45恰好包括两排连接孔47。
优选地，塔架部段1在区段连接件26与元件连接件37之间的每个接合部处包括元件跨接连接件45。
如图2所示，用于将塔架元件14彼此连接的装置还可以包括中间连接件36。中间连接件36在塔架元件14的壁区段16的中央板18处将塔架元件14彼此连接。中间连接件36延伸跨越两个相邻的塔架元件14，同时被紧固在这些塔架元件14的壁区段16的中央板18上。中间连接件36布置在两个周向相邻的元件连接件37之间。中间连接件36沿着塔架元件14的横向边缘延伸。
中间连接件36布置在塔架部段1的内部。
中间连接件36基本上是平面的。在示出的示例中，中间连接件36具有矩形轮廓。中间连接件36在基本上垂直于纵向方向的延伸方向上延伸。
中间连接件36的宽度小于或等于塔架部段1的其上紧固有中间连接件36的壁面的在这些塔架元件14之间的接合平面P处所取的宽度。该壁面通过两个纵向相邻的壁区段16的中央板20的组合而形成。作为示例，中间连接件36的宽度大于或等于该壁面的在这些塔架元件14之间的接合平面P处所取的宽度的50％。
中间连接件36参与沿着塔架2的刚度强度，并且更具体地参与两个相邻的塔架元件14之间的刚度强度。
中间连接件36经由第三连接构件例如螺钉或螺栓被紧固在壁区段16上。每个中间连接件36包括旨在接纳第三连接构件的连接孔的规则栅格。该栅格例如为具有矩形网格的栅格，以及例如为具有方形网格的栅格。连接孔规则地分布在中间连接件的整个表面上。基于需求选择相邻的连接孔之间的距离以优化机械强度和耐疲劳度。
当塔架部段1包括中间连接件36时，塔架部段16还包括与中间连接件的连接孔的栅格重合的连接孔的栅格。
为了简化附图，第三连接构件和相应的连接孔未在图中示出。
本发明还涉及一种用于组装如先前描述的塔架部段1的方法。
该组装方法包括：
-提供壁区段16，并且经由区段连接件26将这些壁区段16彼此组装以形成塔架元件14；
-将两个塔架元件14沿着纵向方向叠置并且使用元件连接件37将这两个塔架元件14彼此连接；以及
-紧固元件跨接连接件45，每个元件跨接连接件45被紧固跨越纵向相邻的区段连接件26和元件连接件37。
任选地，在给定的塔架元件14包括在纵向方向上相邻的若干个区段连接件26的情况下，组装方法还包括用于紧固区段跨接连接件31的步骤，每个区段跨接连接件31被紧固跨越两个纵向相邻的区段连接件26。
任选地，在叠置步骤期间，两个塔架元件14还使用第三连接件36连接，这些第三连接件优选地布置成跨越两个塔架元件14的壁区段16的两个纵向相邻的中央板18。
本发明还涉及一种风力涡轮机塔架2，其包括至少一个如先前描述的塔架部段1。有利地，风力涡轮机塔架2通过将这样的塔架部段1在纵向方向上叠置来形成。
上塔架元件14的壁区段16的纵向边缘位于下塔架元件14的相邻的壁区段16的纵向边缘的延伸方向上。因此，上塔架元件14的侧板20在下塔架元件14的侧板20的在纵向方向上的延伸方向上，并且上塔架元件14的中央板18在下塔架元件14的中央板18的在纵向方向上的延伸方向上。在该示例中，每个元件连接件37延伸跨越四个相邻的壁区段16的侧板20。
根据图中所示的实施方案的一种变型的塔架部段1与图中所示的塔架部段的区别仅在于纵向相邻的塔架元件14相对于彼此具有角度偏移，使得上塔架元件14的壁区段16的纵向边缘不在下塔架元件14的纵向相邻的壁区段16的纵向边缘的延伸方向上。换言之，上塔架元件14的周向相邻的壁区段16之间的接合线相对于下塔架元件14的周向相邻的壁区段16之间的接合线具有角度偏移。上塔架元件14的周向相邻的壁区段16之间的接合线和下塔架元件14的周向相邻的壁区段16之间的接合线不在彼此的在纵向方向上的延伸方向上延伸。
根据该变型，上塔架元件14的壁区段16的至少一个中央板18在纵向方向上面向下塔架元件14的两个相邻的侧板20延伸。
因此，上塔架元件14的区段连接件26相对于下塔架元件14的区段连接件26具有角度偏移。上塔架元件14的区段连接件26和下塔架元件14的区段连接件26不在彼此的延伸方向上延伸。
在该变型中，由于相邻的塔架元件14之间的角度偏移，每个元件连接件37以组装所必需的游隙与单个区段连接件26接触。此外，每个元件连接件37延伸跨越三个壁区段16，而不是如前述实施方案中延伸跨越四个壁区段16。
由于由区段连接件26实现的相邻的塔架元件14的壁区段16之间的接合线没有在纵向方向上彼此面向布置的事实，因此塔架元件14的这样的角度偏移提高了塔架部段1和塔架2的机械强度。实际上，机械最薄弱区域因此沿着塔架部段1的周边更好地分布，这进一步提高了风力涡轮机塔架2的机械强度。
根据该变型的区段跨接连接件31和元件跨接连接件45与参照附图所描述的那些相同。
本发明人出乎意料地观察到，如上所述的跨接连接件31、45的实施显著地改善了塔架部段1和风力涡轮机塔架2内的力的分布，所述跨接连接件31、45延伸跨越区段连接件26与元件连接件37之间的接合部或者相邻的区段连接件26之间的接合部。因此，这样的跨接连接件31、45的实施改善了塔架部段1和风力涡轮机塔架2的静态阻力和动态阻力，允许塔架元件14的位于连接区域周围的部件中应力的更均匀的分布。
特别地，在不存在这样的跨接连接件的情况下，本发明人观察到，在区段连接件26和元件连接件37周围出现应力集中区域。然而，本发明人观察到，如上文所述的跨接连接件31、45的实施使得可以防止或限制出现这些应力集中区域而无需增加壁区段16的厚度。
本发明的发明人已经进行了数字模拟，在该数字模拟期间，他们比较了如图2所示的设置有元件跨接连接件45的风力涡轮机塔架部段中的力的分布与图6至图10中分别示出并在下文中描述的五个比较塔架部段中的力的分布。
比较塔架部段1不包括跨接连接件。
如图6至图10所示，在所有的比较塔架部段1中，区段连接件26具有大致矩形的形状。
每个元件连接件37相对于相邻的塔架元件14之间的接合平面对称。
更具体地，如图6所示，在第一比较塔架部段1中，每个元件连接件37均具有八边形轮廓。在该示例中，元件连接件37的宽度朝向相邻的区段连接件26中的每一者从基本上等于塔架元件14的其上紧固有元件连接件37的面的宽度的宽度变化到基本上等于相邻的区段连接件26的宽度的宽度。
在图7所示的第二比较塔架部段1中，每个元件连接件37具有正交轮廓的中央部分，所述中央部分布置成跨越两个相邻的塔架元件14之间的接合线，并且在其每个纵向端部处通过矩形轮廓的端部部分纵向延伸。中央部分的宽度朝向其纵向端部从基本上等于塔架元件14的其上紧固有元件连接件37的面的宽度的宽度变化到基本上等于区段连接件26的宽度的宽度。矩形轮廓的部分的宽度基本上等于区段连接件26的宽度。
在图8所示的第三比较塔架部段1中，每个元件连接件37具有宽度基本上等于塔架元件14的其上紧固有元件连接件37的面的宽度的矩形形状。此外，中间连接件50被插入到区段连接件26与元件连接件37之间。中间连接件50在其与区段连接件26的接合部处的宽度基本上等于区段连接件26的宽度。中间连接件50的宽度从区段连接件26朝向元件连接件37增加。
在图9所示的第四比较塔架部段1中，每个元件连接件37具有与第一比较塔架部段1的元件连接件37的八边形轮廓类似的八边形轮廓，但是在其每个纵向端部处包括具有与区段连接件26的形状互补的形状的缺口52，在缺口52中接纳区段连接件26的相应端部。
在图10所示的第五比较塔架部段1中，区段连接件26和元件连接件37具有与图2所示的根据本发明的实施方案的区段连接件26和元件连接件37的形状相同的形状，但是塔架部段1不包括跨接连接件。
更具体地，本发明人已经对每种类型的塔架部段1确定了偏心度系数(eccentricity factor)的值，所述偏心度系数被定义为螺栓连接周围的冯米斯应力(VonMises stress)的有效值与根据壳理论(shell theory)的冯米斯应力的标称值之间的比率。螺栓连接周围的应力的有效值大于或等于名义应力，偏心度系数总是大于或等于1。
该偏心度系数表示每种配置对塔架部段1中的应力分布的影响。
更具体地，对于每种类型的分析的塔架部段1，假设塔架部段1由11个塔架元件14组成，发明人已经计算了第十塔架元件14与第十一塔架元件14的壁区段之间的连接处的该偏心度系数的值，第一塔架元件14位于在这些塔架元件14之间的接合部的两侧上的地面上。
这些计算的结果提供在下表1中。
塔架部段 塔架元件11 塔架元件10
本发明 1.45 1.48
比较例1 2.80 2.49
比较例2 2.97 2.86
比较例3 3.01 3.09
比较例4 2.09 2.13
比较例5 2.82 2.75
表1
如上表所示，根据本发明的配置为使得可以获得最低的偏心度系数的配置。
因此，根据本发明的配置导致与偏心度的影响有关的应力的减小，所述偏心度通过来自弯矩的附加的和局部的影响而出现，特别是在区段连接件26与元件连接件37之间的区域中。
因此，这些模拟表明，本发明提出的并且由增加跨越区段连接件26和元件连接件37的跨接连接件组成的解决方案是在六个模拟配置中允许塔架内的应力的最佳分布的解决方案。
本发明还公开了以下附记：
附记1.一种用于风力涡轮机的塔架部段)，所述塔架部段1具有沿着纵向方向延伸的纵向中心轴线L，所述塔架部段1包括至少两个管状塔架元件14，所述至少两个管状塔架元件14沿着所述纵向方向叠置并且在接合平面P处边缘对边缘布置，每个塔架元件14包括至少两个壁区段16，所述至少两个壁区段16通过沿着所述壁区段16的纵向边缘延伸的区段连接件26而彼此连接，所述塔架部段1还包括元件连接件37，每个元件连接件37在所述区段连接件26在所述纵向方向上的延伸方向上延伸跨越所述两个塔架元件14，
所述塔架部段1还包括复数个元件跨接连接件45，每个元件跨接连接件45在所述纵向方向上延伸跨越区段连接件26和相邻的元件连接件37。
附记2.根据附记1所述的塔架部段1，其中每个元件跨接连接件45相对于经过所述区段连接件26与所述元件连接件37的中间的水平面在所述纵向方向上具有对称的外轮廓。
附记3.根据前述附记中任一项所述的塔架部段1，其中所述元件跨接连接件45的纵向边缘与下面的区段连接件26的纵向边缘重合。
附记4.根据前述附记中任一项所述的塔架部段1，其中每个元件跨接连接件45呈平板的形式。
附记5.根据前述附记中任一项所述的塔架部段1，其中每个元件跨接连接件45具有矩形轮廓。
附记6.根据前述附记中任一项所述的塔架部段1，其中每个区段连接件26在基本上等于相应的塔架元件14的高度的高度上延伸。
附记7.根据附记1至5中任一项所述的塔架部段，其中，对于至少一个塔架元件14，所述塔架元件14在周向相邻的壁区段16之间的每个接合部处包括沿着所述纵向方向相邻的至少两个区段连接件26和延伸跨越两个相邻的区段连接件26的一个区段跨接连接件31。
附记8.根据附记7所述的塔架部段，其中每个区段跨接连接件31相对于经过所述两个相邻的区段连接件26的中间的水平面在所述纵向方向上具有对称的外轮廓。
附记9.根据前述附记中任一项所述的塔架部段1，其中每个区段跨接连接件31的纵向边缘与下面的区段连接件26的纵向边缘重合。
附记10.根据前述附记中任一项所述的塔架部段1，其中每个区段跨接连接件31呈平板的形式。
附记11.根据前述附记中任一项所述的塔架部段1，其中每个区段跨接连接件31具有矩形轮廓。
附记12.根据前述附记中任一项所述的塔架部段1，其中每个壁区段16包括至少一个中央板18和与所述中央板18或每个中央板18形成角度的两个侧板20，所述侧板20包括所述壁区段16的纵向边缘。
附记13.根据附记12所述的塔架部段1，所述塔架部段1还包括在两个周向相邻的元件连接件37之间的第三连接件36，所述第三连接件36被布置成跨越两个相邻的塔架元件14。
附记14.根据附记13所述的塔架部段1，其中每个第三连接件36延伸跨越两个塔架元件14的两个纵向相邻的中央板18，以及每个元件连接件26延伸跨越所述两个相邻的塔架元件14中的至少一者的两个周向相邻的侧板20。
附记15.根据附记12至14中任一项所述的塔架部段1，其中上塔架元件14的壁区段16的纵向边缘位于下塔架元件14的在所述纵向方向上的相邻的壁区段16的纵向边缘的延伸方向上。
附记16.根据附记15所述的塔架部段1，其中每个元件连接件26延伸跨越两个相邻的塔架元件14的两个周向相邻的侧板20。
附记17.根据附记12至16中任一项所述的塔架部段1，其中相邻的塔架元件14彼此具有角度偏移，以及每个元件连接件37一方面延伸跨越所述塔架元件14中的一者的两个周向相邻的侧板20，并且另一方面在另一个塔架元件14的所述中央板18上延伸。
附记18.根据前述附记中任一项所述的塔架部段1，所述塔架部段1呈具有多边形截面的管状形状，该多边形的每个边均限定所述塔架部段1的面。
附记19.一种风力涡轮机塔架2，包括至少一个根据前述附记中任一项所述的塔架部段1。
附记20.一种用于组装根据附记1至18中任一项所述的塔架部段1的方法，包括：
-提供壁区段16，并且经由区段连接件26将这些壁区段16彼此组装以形成塔架元件14；
-将两个塔架元件14沿着纵向方向叠置并且使用元件连接件37将这两个塔架元件14彼此连接，以及
-将元件连接件45紧固成跨越在所述纵向方向上相邻的区段连接件26和元件连接件37。
附记21.根据附记20所述的组装方法，其中用于组装壁区段16的步骤包括：对于至少一个塔架元件14，借助于在所述纵向方向上相邻的至少两个区段连接件26将周向相邻的壁区段16彼此连接，并且其中所述组装方法还包括紧固区段跨接连接件31，每个区段跨接连接件31延伸跨越在所述纵向方向上相邻的两个区段连接件26。

Claims (21)

1.一种用于风力涡轮机的塔架部段(1)，所述塔架部段(1)具有沿着纵向方向延伸的纵向中心轴线(L)，所述塔架部段(1)包括至少两个管状塔架元件(14)，所述至少两个管状塔架元件(14)沿着所述纵向方向叠置并且在接合平面(P)处边缘对边缘布置，每个塔架元件(14)包括至少两个壁区段(16)，所述至少两个壁区段(16)通过沿着所述壁区段(16)的纵向边缘延伸的区段连接件(26)而彼此连接，所述塔架部段(1)还包括元件连接件(37)，每个元件连接件(37)在所述区段连接件(26)在所述纵向方向上的延伸方向上延伸跨越所述两个塔架元件(14)，
所述塔架部段(1)还包括复数个元件跨接连接件(45)，每个元件跨接连接件(45)在所述纵向方向上延伸跨越区段连接件(26)和相邻的元件连接件(37)，每个所述元件跨接连接件(45)在所述跨越区段连接件(26)和所述元件连接件(37)的内表面处附接在所述跨越区段连接件(26)和所述元件连接件(37)上。
2.根据权利要求1所述的塔架部段(1)，其中每个元件跨接连接件(45)相对于经过所述区段连接件(26)与所述元件连接件(37)的中间的水平面在所述纵向方向上具有对称的外轮廓。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的塔架部段(1)，其中所述元件跨接连接件(45)的纵向边缘与下面的区段连接件(26)的纵向边缘重合。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的塔架部段(1)，其中每个元件跨接连接件(45)呈平板的形式。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的塔架部段(1)，其中每个元件跨接连接件(45)具有矩形轮廓。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的塔架部段(1)，其中每个区段连接件(26)在基本上等于相应的塔架元件(14)的高度的高度上延伸。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的塔架部段，其中，对于至少一个塔架元件(14)，所述塔架元件(14)在周向相邻的壁区段(16)之间的每个接合部处包括沿着所述纵向方向相邻的至少两个区段连接件(26)和延伸跨越两个相邻的区段连接件(26)的一个区段跨接连接件(31)。
8.根据权利要求7所述的塔架部段，其中每个区段跨接连接件(31)相对于经过所述两个相邻的区段连接件(26)的中间的水平面在所述纵向方向上具有对称的外轮廓。
9.根据权利要求1或权利要求2所述的塔架部段(1)，其中每个区段跨接连接件(31)的纵向边缘与下面的区段连接件(26)的纵向边缘重合。
10.根据权利要求1或权利要求2所述的塔架部段(1)，其中每个区段跨接连接件(31)呈平板的形式。
11.根据权利要求1或权利要求2所述的塔架部段(1)，其中每个区段跨接连接件(31)具有矩形轮廓。
12.根据权利要求1或权利要求2所述的塔架部段(1)，其中每个壁区段(16)包括至少一个中央板(18)和与所述中央板(18)或每个中央板(18)形成角度的两个侧板(20)，所述侧板(20)包括所述壁区段(16)的纵向边缘。
13.根据权利要求12所述的塔架部段(1)，所述塔架部段(1)还包括在两个周向相邻的元件连接件(37)之间的第三连接件(36)，所述第三连接件(36)被布置成跨越两个相邻的塔架元件(14)。
14.根据权利要求13所述的塔架部段(1)，其中每个第三连接件(36)延伸跨越两个塔架元件(14)的两个纵向相邻的中央板(18)，以及每个元件连接件(26)延伸跨越所述两个相邻的塔架元件(14)中的至少一者的两个周向相邻的侧板(20)。
15.根据权利要求12所述的塔架部段(1)，其中上塔架元件(14)的壁区段(16)的纵向边缘位于下塔架元件(14)的在所述纵向方向上的相邻的壁区段(16)的纵向边缘的延伸方向上。
16.根据权利要求15所述的塔架部段(1)，其中每个元件连接件(26)延伸跨越两个相邻的塔架元件(14)的两个周向相邻的侧板(20)。
17.根据权利要求12所述的塔架部段(1)，其中相邻的塔架元件(14)彼此具有角度偏移，以及每个元件连接件(37)一方面延伸跨越所述塔架元件(14)中的一者的两个周向相邻的侧板(20)，并且另一方面在另一个塔架元件(14)的所述中央板(18)上延伸。
18.根据权利要求1或权利要求2所述的塔架部段(1)，所述塔架部段(1)呈具有多边形截面的管状形状，该多边形的每个边均限定所述塔架部段(1)的面。
19.一种风力涡轮机塔架(2)，包括至少一个根据权利要求1或权利要求2所述的塔架部段(1)。
20.一种用于组装根据权利要求1或权利要求2所述的塔架部段(1)的方法，包括：
-提供壁区段(16)，并且经由区段连接件(26)将这些壁区段(16)彼此组装以形成塔架元件(14)；
-将两个塔架元件(14)沿着纵向方向叠置并且使用元件连接件(37)将这两个塔架元件(14)彼此连接，以及
-将元件连接件(45)紧固成跨越在所述纵向方向上相邻的区段连接件(26)和元件连接件(37)。
21.根据权利要求20所述的组装方法，其中用于组装壁区段(16)的步骤包括：对于至少一个塔架元件(14)，借助于在所述纵向方向上相邻的至少两个区段连接件(26)将周向相邻的壁区段(16)彼此连接，并且其中所述组装方法还包括紧固区段跨接连接件(31)，每个区段跨接连接件(31)延伸跨越在所述纵向方向上相邻的两个区段连接件(26)。
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