CN1630763A - 风轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风轮机，该风轮机包括一个在其上设置风轮机的活动部件的固定垂直桅杆(或塔状物)，该桅杆至少局部地由诸预制壁部构成，若干相邻壁部形成一个基本环状的桅杆部。本发明还涉及一种用于风轮机的桅杆、一预制壁部以及用于构建风轮机的一种方法。

Description

风轮机
技术领域
本发明涉及一种风轮机，该风轮机包括一个其上置有风轮机活动部件的固定垂直桅杆/塔状物，该塔状物至少局部由诸预制件构成。
发明背景
DE-A-19832921描述了一种具有内外壁的桅杆或塔状物，其中内外壁由钢壳构成，内外壁之间浇注有一个单个的混凝土体。可选择地，塔状物可以由预制的钢壳件构成。
FR1 145 789揭示了一种由相同的预制混凝土件螺旋状堆叠构建成的塔状物或桅杆。
目前存在四种用于制造其上可设有一风轮机的活动部件的塔状物或桅杆的传统方法。它们是：
-圆筒状钢制桅杆/塔状物
-支承桁架钢制桅杆/塔状物
-预制混凝土桅杆/塔状物
-现场浇注的大型混凝土塔状物
钢制桅杆具有多个缺点：
-抗气候影响差，尤其是在海中。
-在较重的风轮机中，圆筒状钢制桅杆需要极厚的壁与很大的直径，导致的结果是由于制造技术的原因实际上不能使用这种桅杆。
-圆筒状钢制桅杆通常必须在造船厂建造。
-当大型钢制桅杆由一件或两件制成时，由于另件尺寸的原因桅杆的运输会产生许多问题。
-较高的维护成本。
-进行安装的工作量大(使用大量螺栓)。
-需要昂贵的起重机。
-刚度差。
-需要振动吸收器。
-需要耐气候影响的涂层。
-支承桁架桅杆的缺点在于人们认为它们视觉效果差。
现有的预制混凝土塔状物或桅杆适用于支承最大到1.8MW的风轮机。塔状物由完整的诸圆筒状的零件构建而成，同时下端部由两个半部的零件构成。这些另件通过若干完整连续的张力缆绳和砂浆连接在一起。当构建塔状物时，可使用塔式起重机堆叠零件。
缺点：
-对于正常运输而言直径过大
-形状复杂，由此产生较高的生产成本。
-需要用过多的缆绳(40根，全长)
-40根缆绳管道所需的精度高
-建造需要昂贵的起重机
-拆除困难(需通过爆破或重击)
用于建造能够支承重型机械的塔状物的最传统的方法是现场浇注。在此方法中，需在现场制造模壳和加固，并浇灌混凝土。这种方法具有以下缺点：
-混凝土质量差，由此强度低
-建造取决于气候条件
-需要大型昂贵的起重机和脚手架
-非常耗时
-必须通过重击或爆破进行拆除
发明内容
本发明的一个目的在于避免上述缺点，提供一种带有塔状物或桅杆的风轮机，其中的塔状物或桅杆可以由预制件方便快捷构建而成，无须专用于建造塔状物或桅杆的道路运输和/或大型设备。由于塔状物用于支承风轮机的活动部件，因此，它必须能够抵抗水平或垂直方向的簋大的力。
为此，本发明提供了一风轮机，该风轮机包括一其上设置风轮机的活动部件的固定垂直桅杆(或塔状物)，桅杆至少局部地由预制的壁部构成，若干个并置的壁部可形成一个大致环状的桅杆部。
塔状物是由若干预制件构建成的，较佳地，预制件由加强的混凝土或其它的石料构成，它们相互叠加和/或在一个环中并排设置。这些预制件并排设置成一个环，例如三个或多个预制件形成一个多边形的环。在垂直方向中，若干环可以叠加设置。预制件可以通过使用砂浆和/或后加张力缆绳连接在一起。同一高度上的预制件最好是相同的。根据塔状物截面形状的选择，需要不同形状的预制件。较佳地，塔状物具有多边形或圆形的截面，截面的直径朝着顶部递减，这样，可以实现或接近一个到顶的圆锥形。另一种可能是具有圆形截面的塔状物或桅杆，塔状物或构件的一个或多个环在内侧和/或外侧上是成阶梯状的，这样，较高的一个环的外径和/或壁的厚度比相应下部环的小。
以下三种具有多边形截面的塔状物或构件的预制件的基本实施例是较佳的：
1.规则的多边形截面，偶数个角(参见图1和图2)
构建成塔状物或桅杆的构件(A)在所有侧面中均为梯形(B)，梯形向上缩小并且对称。一构件包括两个在倾斜侧上连接在一起的侧面。当截面为具有偶数个角的规则多边形时，那么，在上下相邻的构件中，这些构件总是用角部设置在连接部的顶部上，以防连接部处的薄弱点(参见图1D)。在这种情况下，构件本身最好是对称的。本实施例的优点在于，如果需要，整个塔状物可以用带有不同框架的单个模具制造。同时，在这种方法中，模制的预制件可以作得比其它实施例可能达到的更宽。
2.规则的多边形截面，不对称的预制件(参见图3)
在本实施例中当截面为规则的多边形时，塔状物的一个侧面(E)(在一个环的高度上)总是包括两个块件的不对称部分，它们一同形成了倾斜的对称梯形。这些块件本身是不对称的，较佳地带有一个短侧和一个长侧。对于每个环的预制件基本形状是对称的，在这些实施例中没有长的连接部形成(参见图3F)。这种形状的一个优点在于短侧(G)可以为具有恒定宽度的平行四边形，而长侧形成为一锥形的梯形。这使得模具的形状，以及块件的制造更加简单。由于块件的上侧和下侧可以抵靠模板的壁定位，因此可以获得与非本实例的情况相比更加精确的表面。
3.不规则的多边形截面，偶数个角
塔状物或桅杆的侧面也可由矩形的或锥形的对称梯形交替构成。块件也可由在梯形的斜边上连接在一起的一个锥形梯形和一个矩形表面构成。矩形侧最好交替地为一块件的左右侧中的一部分，这样可以防止过长的连接部。在本实施例中，塔状物或桅杆的截面为具有偶数个角的不规则多边形。本实施例的优点在于，总有多个保持恒定宽度的表面。这样，可以易于装配通过整个塔状物铺设的后加张力缆绳。同时，矩形的形状相对容易生产。
梯形表面的使用必然使模具以及块件本身相对容易生产。另外，梯形可实现一锥形的塔状物或桅杆。
具有圆形截面的塔状物或桅杆的块件也是基本实施例。
圆形截面
当预制的塔状物使用圆形截面时，诸块件被用来共同地沿环状形成中空的圆形圆筒(参见图4和5)。为确保一个环所须的强度和质量不超过所必须的，一个或多个环具有的壁厚和或直径可以小于下方的环(参见4H和5H)。这可以简化成在内侧(图4)和/或外侧交错的一个或多个环。当使用后加张力缆绳时，这种阶梯形状的环状必须相互堆叠定位成允许足够的空间通过整个壁装配后加张力缆绳(图6)。相对一种圆锥形，圆筒形的优点在于它较易于实现，这样，可以降低生产成本。另外，当用于风轮机时，避免真正的圆锥形的优点在于，在特定的高度可以很容易地达到所需的最大直径。
诸块件可选择地设有导向件，例如轮子或低摩擦的材料，如光滑材料，这样，诸块件可以抵靠塔状物的侧边向上移动。诸块件的尺寸和质量最好为设定成使它们可以在任何时间在相应的一个或多个国家无须特殊许可和/或护送，较佳地可在自由选择的道路上运输。对于荷兰而言，这意味着它们被装在一卡车上，它们所占空间宽度不超过3.5m，高度(包括卡的高度)不超过4.2m。
由于块件可以在比现场浇注条件更好控制的情况下预制而成，因此，可以获得质量更好的混凝土。这也有助于提高塔状物的强度献。同时，由此预制塔状物可以被放置得更快，这是由于无需在现场建立一个模具，无须等待适合的气候条件以及使混凝土变硬。
对于需放置的诸块件，两个相继的环的垂直连接部最好相互不在一直线上。对于块件每个环，可以通过将块件设置成交替包括左右设计而实现。
通过设置任何后加张力缆绳，这些可以随后设置用于内部加强，不贯通塔状物，并由此在不同的高度使缆绳后加张力，可以更有效地使用这些缆绳(参见图6)。可选择地，相对壁外部的一加强件可以设置在塔状物或桅杆的内侧和/或外侧上，它可以沿塔状物的中心方向提供张力(参见图7)。外部的加强件也可以在不同的高度处张紧，但较佳地与连接在上部块件顶部上的一个环相连。这样，壁中需要的缆绳较少，并且缆绳更容易设置。这个环也可以用作需放设到塔状物或桅杆上的机器的连接位置。
在塔状物构造或拆除的过程中，可以使用提升装置，如起重机，提升装置将塔状物自身的已构造完成的一部分作为一个支承和高点。这样的起重机其自身最好能够在塔状物内外侧攀爬。当塔状物的最后一个块件被放置之后，这个起重机可以通过放置机器所需的起重机去除。使用这种起重机的优点在于，它比此类操作使用的那些传统起重机便宜得多。当拆除的过程中也使用同样的起重机，可以防止需要昂贵的工具和方法。当各个后加张力缆绳去除之后，块件可通过起重机放下。这些块件随后可以被再利用或废弃。与拆除现场浇注塔状物的情况相比，这种方法对材料的浪费小得多。
图1和图2示出了这样一些实例，在这些实例中，塔状物的截面分别为八边形和十边形，并使用了基本实施例1的许多块件。(A)示出了用于该结构的一未固定的块件，一个环分别设置了四个块件和五个块件。对于各个环，使用了不同尺寸的诸块件。(B)是梯形侧表面的一个实例。在(C)中，给出了一个俯视图，其中示出了一个多边形。在图1的(D)中，示出了如何堆叠块件以不形成长的连接部。在图3中，示出了一个使用基本实施例2的十边形的变化形式的若干部分。在(E)中，塔状物的一个侧表面总是由两个块件的诸部分构成。(F)处示出了可防止长连接部的每个环的对称的块件(每个块件具有不同的尺寸)。块件的短部分(G)具有恒定的宽度，而环越高另一个部分越短。图4和图5示出了带有圆形截面的一个实施例。在(H)处，在两幅图中，如对圆形截面的描述那样，内径和/或外径发生改变。在图4中，内径是增加的，这样壁的厚度减小，但外径保持恒定。在图5中，在(H)处，内径和外径均减小。图6示意性地示出了如何可以使用不贯穿塔状物铺设的后加张力缆绳(I)。这些后加张力缆绳通过形成塔状物或桅杆的壁的块件中的轴杆设置。一些缆绳或轴杆是从塔状物的脚部至顶部铺设的，而另一些则在一个较低的高度处拉紧。图7示出了外部加强件的使用。此处，许多束后加张力缆绳(K)例如连接到塔状物顶上的一个钢制环(J)上，而后连接到塔状物的地基上。这些电缆不通过壁(L)中的轴杆铺设，而是自由地通过塔状物的内侧。
此外，在以下权利要求中给出了多个有利的实施例。本发明还涉及一种用于风轮机的桅杆、一个用于风轮机桅杆的预制壁部以及用于建造风轮机的方法。
附图说明
本发明将根据附图中示出的示范性实施例进行更详细地说明。在附图中：
图10为根据本发明的风轮机的桅杆的侧视图；
图11为图10的桅杆的垂直截面图；
图12为图10的桅杆的水平截面图；
图13A、B和C分别示出了在块件与块件之间阶梯状垂直连接部的不同实施例的实例。
图13D示出了协作的垂直连接部之间的一插入件。
图14A、B和C分别示出了块件与块件之间的水平的、斜向的和垂直的螺栓。
图15示出了一种混合桅杆的截面，该截面相邻于桅杆的一分块件的混凝土下部和一预制的钢制上部之间的连接件。
图16示出了用于从锚定缆绳向塔块件传输张力的协作的诸桥接部件的立体图。
图17A和17B分别示出了图16的一桥接部件的俯视图和仰视图。
图18A和18B分别示出了协作桥接部件另一实施例的俯视图和侧视图。
这些附图仅是本发明较佳实施例的示意表示，是作为非限制性实施例给出的。在附图中，相同或相应的部分由相同的标号表示。
具体实施方式
参照图10-12，其中示出了一固定的垂直桅杆10，垂直桅杆上可以设置风轮机的活动部件(未图示)。桅杆10至少局部由预制的壁部或块件11构成。若干并置的壁部形成了一个基本圆筒壁形的环状桅杆部12，在桅杆10的垂直方向中，由环形设置的块件11构成的若干类似的桅杆部12堆叠起来。一个桅杆部12较佳地由三个或更多壁部11构成。在本实施例中，桅杆部由五个壁部11构成，由此形成了一个具有等边十边形截面的环。对于每个桅杆部12，壁部11是相等的；当堆叠诸桅杆部12时，诸壁部11的形状类似。大致圆筒形的桅杆部12成锥形的向上倾斜。并置的诸壁部11位于桅杆部12内，其大致垂直的边缘13相互抵靠。壁部的高度方向h的最大尺寸较佳地比壁部宽度方向b的最大尺寸大，特别地，壁部11的高度大于壁部宽度方向最大尺寸的两倍。同样地，圆筒形桅杆部12的高度h大于桅杆部12的直径d，较佳地，至少大致为直径d两倍。此外，较佳地，相互上下设置的桅杆部12相互抵靠设置，而一个桅杆部12中相互抵靠设置的壁部11的垂直边缘13相对于另一个桅杆部12中的垂直边缘交错。因此，诸边缘13不会处于相同的轴向平面中。两个并置的壁部11相互抵靠的垂直边缘13最好大致在中部与下方的壁部11接触。
桅杆10的截面大致为圆筒形，并且成锥形地向上倾斜。这种大致圆筒形的截面较佳地为一规则的或不规则的多边形，但也可为一圆形。
两个并置的壁部11相邻于它们相互抵靠的边缘13相互成一直线设置。因此，在本实施例中，垂直边缘13由此不会处于多边形的角中。有利地，一壁部11的诸垂直边缘13离开多边形的一个角有相互不同的距离。壁部11的一个大致垂直的边缘13较佳地平行于壁部11的一条角线延伸。需注意的是，对于垂直边缘13处于多边形的一个角中，这种可能性是很大的。
在本实施例中，壁部11包括一个基本平坦的体部14，其两侧为两个侧部15A、15B，每个侧部相对体部14包围了多边形的一个角。在高度方向，这些角度形成了壁部11的两角度线。当然，如上所述，用诸壁部也可以形成一个环状多边形截面，其壁部11具有一个仅设有一个侧部15的体部14。此外，还可以使用壁部形成一个环状的无角度的平滑的截面。例如，可以实现一种带有至少三个圆弧形段的圆筒状环形截面。此外，由这种弧形段可以实现具有椭圆或类似椭圆的截面。
参照图13A、B和C，其中示出了壁部11的诸垂直边缘13可以协作，同时包围一个曲折的或阶梯状连接部20，相比笔直的连接部，曲折的或阶梯状的连接部20可以确保阻止并置的壁部11的垂直边缘13相互偏移，这样桅杆10作为一个整体在弯曲时将会变形更大。因此，在这些实施例中，壁部13的垂直边缘11不是笔直的，而是成阶梯状或稍稍波浪状的。或者，在相邻的竖直边缘13之间，可以使用一种不同类型的用于限制相邻壁部11的诸竖直边缘13相互偏移的装置。其一种实例为图13D示出的插件16，该插件16被诸壁部11的竖直边缘包围。为此，相邻壁部11的相邻竖直边缘13在插件16附近向后错列。
参照图14A、B和C，其中示出了壁部11分别通过横向的、斜向的和一竖直的螺栓连接件21相连。这样的螺栓连接件21可以用于在桅杆10构造的过程中将壁部11连接在一起，从而该结构可以承载其自身重量及风力载荷(如果有的话)。当桅杆10备制完之后，连接部20和围绕螺栓连接件的空间可以注入嵌缝料，如砂浆。这样，桅杆10同张力缆绳22(如果有的话)一起不仅可以承载其自身的重量，而且也可以承载风轮机的活动部件，特别是圆球室(gondala)与转子的发电机。螺栓连接件21不仅便于桅杆10的装配，而且在使用过程中可以在诸壁部11之间传输力。具体说，横向的或斜向的螺栓连接件21可以用作限制相邻壁部11的竖直边缘13偏移的装置，这样也会使分块件的桅杆10作为一个整体变形更大。较佳地，在每种情况下，螺栓连接件21包括一个设置在壁部的边缘内的螺纹端23，该螺纹端23与设置在对应的壁部11的边缘13中一相邻位置处的一槽板24协作，螺栓可通过槽板延伸。当螺栓13被接纳到槽板24中之后，可以通过螺母25将螺栓紧固在槽板上。
参照图15，其中示出了一个混合桅杆，该混合桅杆包括分块件的混凝土下部10和一预制的圆筒状钢顶桅杆26。钢顶桅杆26和分块件的混凝土桅杆10通过中间件27连接。中间件27包括一钢的中空圆筒件，较佳地圆筒件沿高度方向成圆锥形，在其上侧28和下侧29上具有相对圆筒件壁向内延伸的凸缘30和31。钢顶桅杆26可以通过螺栓连接件固定在上部凸缘30上。下部凸缘31可以通过一个中间件33夹在分块件的混凝土桅杆10的上边缘32上，在中间件33上锚定有后加张力缆绳。有利的是，这样的一个中间件由下述的协作的桥接部件34构成，然而，中间件也可以为传统的混凝土或钢盖。当然，钢顶桅杆26也可以设有一下部凸缘，通过该下部凸缘，钢顶桅杆26不需要中间件直接设置到分块件桅杆10的上边缘上。
参照图16，在该立体图中示出了后加张力缆绳或加强缆绳22的张力如何能够传输到由混凝土块件11构成的桅杆10的上桅杆部12的上边缘32上。具体地，尤其对于相对壁部外侧通过桅杆10的中空内部空间铺设的加强缆绳22，问题在于，由于相对壁部的偏心率加强缆绳会在壁部11的上部边缘施加一个弯矩。
为避免该缺陷，根据本发明，加强缆绳22可直接通过位于桅杆部的上边缘上的一个桥接部件34支承，或者间接地通过被包围在两者间的一个凸缘支承。桥接部件较佳地自由地支承在边缘32上。通过桅杆的内部空间，桥接部件34在边缘上两点之间形成了一条连接线35，该连接线35与缆绳的中心线36相交。中心线36较佳地垂直定向，而连接线35较佳地水平定向，这样，中心线36和连接线以直角位于平面中。缆绳22中的张力由此可以作为压力传输到桅杆10的壁上，而不会在边缘32上同时施加一个弯曲转矩。较佳地，若干缆绳锚定在每一个桥接部件34中。
如果桥接部件34为阶梯状或堆叠状的设计，它们可以很容易地被嵌套成一个环形。在此所示出的实施例中，如图17A和17B所示，每个桥接部件34具有两个支承表面37A、37B，它们用于与桅杆部10的边缘22或一凸缘31协作，并且通过协作形成一阶梯的两个板形部分38A、38B连接支承表面37A、37B，这两个板形部分在上下设置的两个高度上延伸，并且在包围一个嵌套槽39时连接在一起。接着，在任何情况下，可以将相继的桥接部件34设置成使它们的嵌套槽39位于在前的桥接部件34的下部板件38A上，这样可以形成一个环。在本实施例中，在任何情况下，下部板件38A包括两个通孔40，它们用于通过张力缆绳22分别到达同一个桥接部件34的上部板件38B中的一个相应的孔以及协作的桥接部件34的上部板件38B中的一个孔41。缆绳22被支承在桥接部件34的上部板件38B上。桥接部件34的下部板件38A相对压在上面的板件38B自由地设置，并由此不会受到相邻桥接部件34的上部板件38B或通过下部板件38A的缆绳22的激励。
参照图18A和B，其中示出了桥接部件34的一种变化形式，其中若干桥接部件34位于一个平面中。
正如上述变化形式，桥接部件通过桅杆部的边缘32上的两点之间的内部空间延伸。在本实施例中，桥接部件34为横杆形状，并编组形成一个多边形的环。在本实施例中，桥接部件34支承在支承杆42上，这些支承杆也编组形成一个多边形的环，这样，支承杆的端部在任何情况中均被支承在凸缘31的边缘32上，同时，桥接部件34的端部在任何情况下被支承在支承杆42上。桥接部件34设有用于通过张力缆绳22的孔44。支承杆42还设有凹部或通孔40。
需注意的是，此处描述的桥接部件还可以有利地用于将从外部相对壁设置的张力缆绳传送到一种不同类型的大致环状、圆锥形或圆筒形的桅杆，特别是传送到带有诸整体成形的、环状混凝土桅杆部或例如现场浇注而成的带有整体成形的混凝土桅杆部的桅杆。同样的，当使用未贯穿桅杆的长度延伸的多组张力缆绳，桥接部件可以在沿高度的若干位置处使用。
显然，本发明不局限于此处描述的实施例。在下列权利要求书限定的本发明的范围内还可能有多种变化形式。

Claims (22)

1.一种风轮机，所述风轮机包括一个其上设置风轮机的活动部件的固定垂直桅杆(或塔状物)，桅杆至少局部由若干预制的壁部构成，其中若干相邻的壁部形成一基本环状的桅杆部。
2.如权利要求1所述的风轮机，其特征在于，所述桅杆部由三个或更多壁部构成。
3.如上述任何一项权利要求所述的风轮机，其特征在于，基本圆筒状的桅杆部成圆锥状地向上倾斜。
4.如上述任何一项权利要求所述的风轮机，其特征在于，相邻的壁部通过基本垂直的边缘相互抵靠设置。
5.如上述任何一项权利要求所述的风轮机，其特征在于，所述壁部的高度大于壁部宽度方向的最大尺寸，较佳地大于其宽度方向最大尺寸的两倍。
6.如上述任何一项权利要求所述的风轮机，其特征在于，圆筒形桅杆部的高度大于所述杠杆部的直径，较佳地至少大致为所述桅杆部的直径的两倍。
7.如上述任何一项权利要求所述的风轮机，其特征在于，两个圆筒状桅杆部相互抵靠设置，在一个桅杆部中的诸壁部相互抵靠设置所通过的垂直边缘相对另一个桅杆部中的垂直边缘交错。
8.如权利要求7所述的风轮机，其特征在于，两个相邻壁部相互抵靠设置所通过的垂直边缘大致在下方壁部的中间与所述壁部接触。
9.如上述任何一项权利要求所述的风轮机，其特征在于，桅杆的截面具有一种大致圆筒形状，并且为环形。
10.如权利要求1-8的任一项所述的风轮机，其特征在于，大致圆筒形状的截面为规则或不规则的多边形。
11.如权利要求10所述的风轮机，其特征在于，两个相邻壁部在相邻抵靠设置的边缘处，所述两个相邻壁部相互位于一条线中，即不是在多边形的一个角中相互抵靠设置。
12.如权利要求10或11所述的风轮机，其特征在于，一壁部的两个大致垂直的边缘离开该多边形的一个角处于相互不同的距离处。
13.如权利要求10-12中任何一项所述的风轮机，其特征在于，壁部的一个大致垂直的边缘平行于所述壁部的一角线。
14.如上述任何一项权利要求所述的风轮机，其特征在于，壁部实质上由混凝土构成。
15.如上述任何一项权利要求所述的风轮机，其特征在于，壁部的大致垂直的边缘是阶梯状的。
16.如上述任何一项权利要求所述的风轮机，其特征在于，壁部在边缘处使用螺栓连接件连接。
17.如上述任何一项权利要求所述的风轮机，其特征在于，张力缆绳通过桅杆部的上边缘上的桥接部件支承。
18.如上述任何一项权利要求所述的风轮机，其特征在于，张力缆绳离壁一定距离通过桅杆的内部向上延伸。
19.如上述任何一项权利要求所述的风轮机，其特征在于，至少多根张力缆绳仅沿所有桅杆部中的一部分延伸。
20.一种如上述任何一项权利要求所述的用于风轮机的桅杆。
21.如权利要求1-14中任何一项所述的用于风轮机桅杆的预制壁部。
22.一种用于构建风轮机的方法，其特征在于，桅杆由如上述任何一项权利要求所述的诸壁部构成。
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