JP2020527211A - 風力タービンスチールタワーリングセグメントおよび方法 - Google Patents

風力タービンスチールタワーリングセグメントおよび方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、風力タービンスチールタワーリングセグメント、風力タービンタワー部、風力タービンタワー、風力タービンおよび風力タービンタワー部の製造方法に関する。特に、本発明は、風力タービンタワー用の風力タービンタワーリングセグメントに関し、セグメント高さ方向、セグメントリング方向およびセグメント厚さ方向の範囲と、第1水平ジョイント側と第2水平ジョイント側および第1垂直ジョイント側と第2垂直ジョイント側と、を有するシェルセグメントを備え、第1垂直フランジが第1垂直ジョイント側に配置され、および/または第2垂直フランジが第2垂直ジョイント側に配置され、第1垂直フランジおよび/または第2垂直フランジは、シェルセグメントに対して角度をなしており、機能要素の配置のための少なくとも1つの接続要素は、第1垂直フランジおよび/または第2垂直フランジ上に形成され、接続要素は、第1垂直フランジおよび/または第2垂直フランジから突出する。
【選択図】図3

Description

本発明は、風力タービンスチールタワーリングセグメント、風力タービンタワー部、風力タービンタワー、風力タービンおよび風力タービンタワー部の製造方法に関する。
風力タービンが知られている。現在の風力タービンは、一般的に、いわゆる水平軸風力タービンに関係し、その場合、ロータ軸は、実質的に水平に配置され、ロータブレードは、実質的に垂直なロータ領域をスイープする。ナセルに配置されたロータとは別に、風力タービンは、一般的にタワーを備えており、その上にロータを備えたナセルが実質的に垂直方向の軸を中心に回転可能に配置されている。
一般的に、タワーは、好ましくは大きな高さを有し、さらに好ましくは、この高さに対して直交する比較的小さな寸法を有するスリムな構造である。タワーは、好ましくは、実質的にコンクリートおよび/またはスチールで構成される、または、これらの材料を含む。タワーの設計範囲は、格子構造からケーブルブレース付きまたはスチールなしの鋼管タワーを介してコンクリート構造にまで及ぶ。
鋼管タワーは、単一のコンポーネントまたは複数のコンポーネントで構成されていてもよいし、そのようなコンポーネントを含んでいてもよい。タワーは、特に、それらの長手方向の範囲に沿って円筒形および/または円錐形部分を有してもよいし、タワーは、しばしば円筒形および円錐形部分を含んでいてもよい。さらに、そのような部分は、円筒セグメントがリング方向にまたは互いに隣接する異なるセグメントで構成されるように、リングセグメントの方法で形成されてもよい。
風力タービンのタワー、特に、最新の水平軸風力タービンは、風力タービンの製造コストの大部分を占めている。特に、風力タービンのロータ直径と出力の増加は、タワーも大きくなり、および/または高負荷にさらされていることを意味する。タワーは、まず高さの点で、次に直径の点で大きくなっている。これは、多くの現代の風力タービンでは、すでに8m以上である。特に、タワーの製造および/または組み立ておよび/またはロジスティクスは、時間がかかり高価である。特に、セグメント化されたスチールタワーの場合、特に、円周方向にセグメント化されたスチールタワーの場合には、歪みがしばしば見られ、これはタワーの組み立てを複雑にする。
従来技術では、風力タービンタワーの製造および/または組み立て中にコストを削減し、作業の安全性を高めるためのさまざまなアプローチがある。例えば、独国特許出願公開第10 2011 077 428号明細書は、複数のタワーセグメントを備えた風力タービンタワーを記載しており、タワーセグメントは、水平および垂直フランジで互いに当接し、ここで互いに固定されている。2016年8月8日および2017年3月22日にこの出願人が提出した独国特許出願では、セグメント化されたタワーの様々な概念が提示されている。対照的に、独国特許出願公開第10 2005 012 497号明細書は、風力タービンタワーの内部用の作業台を提案しており、この作業台は、タワーが上部構造によって上部で閉じられている場合でも、タワーのような構造の内部で使用される。
風力タービンタワーを構築および製造するための既存のシステムおよび方法には、様々な利点があるが、さらなる改善が望まれる。したがって、本発明の目的は、記載されている欠点の1つまたは複数を軽減または除去する風力タービンタワーリングセグメント、風力タービンタワー部分、風力タービンタワー、風力タービン、および風力タービンタワー部分の製造方法を提供することである。特に、本発明の目的は、風力タービンのコスト、特に、風力タービンタワーの製造および/または組み立てのコストを削減し、および/または風力タービンの製造および/または風力タービンの組み立て中の作業安全性を高める解決策を提供することである。
本願の優先権主張出願について、ドイツ特許商標庁は、以下の先行技術文献をサーチした:独国特許出願公開第10 2005 012 497号明細書、独国特許出願公開第10 2011 077 428号明細書、欧州特許出願公開第603 17 372号明細書の独語翻訳文、独国特許出願公開第10 2014 118 251号明細書、国際公開第2010/055535号。
独国特許出願公開第10 2005 012 497号明細書 独国特許出願公開第10 2011 077 428号明細書 欧州特許出願公開第603 17 372号明細書の独語翻訳文 独国特許出願公開第10 2014 118 251号明細書 国際公開第2010/055535号
この目的は、セグメント高さ方向、セグメントリング方向およびセグメント厚さ方向の範囲と、第1水平ジョイント側と第2水平ジョイント側および第1垂直ジョイント側と第2垂直ジョイント側と、を有するシェルセグメントを備え、第1垂直フランジが前記第1垂直ジョイント側に配置され、および/または第2垂直フランジが前記第2垂直ジョイント側に配置され、前記第1垂直フランジおよび/または前記第2垂直フランジは、前記シェルセグメントに対して角度をなしており、機能要素の配置のための少なくとも1つの接続要素は、前記第1垂直フランジおよび/または前記第2垂直フランジ上に形成され、前記接続要素は、前記第1垂直フランジおよび/または前記第2垂直フランジから突出する、風力タービンタワー用の風力タービンスチールタワーリングセグメントによって達成される。
設置状態では、シェルセグメントのセグメント高さは、風力タービンタワーの縦軸に実質的に平行であることが好ましい。設置状態では、シェルセグメントのセグメントリング方向は、風力タービンタワーの円周方向に実質的に平行に走り、その結果、セグメントリング方向は、実質的に接線方向に走る。これは、例えば、多角形のジオメトリを持つ可能性がある非円形のタワー断面にも適用される。シェルセグメントのセグメント厚さは、セグメント高さおよびセグメントリング方向に対して実質的に直角に向けられ、その結果、セグメント厚さは、設置状態で風力タービンタワーの半径方向に実質的に向けられる。
第1水平ジョイント側は、好ましくは、第2水平ジョイント側の反対側に配置される。第1水平ジョイント側および第2水平ジョイント側は、さらに好ましくは、シェルセグメントがさらなるシェルセグメント上に適切な方法で配置され得るように配置および設計される。第1垂直ジョイント側は、好ましくは、第2垂直ジョイント側の反対側に配置される。ここで、第1垂直ジョイント側および第2垂直ジョイント側は、水平ジョイント側に対して実質的に直交して配置される。第1垂直ジョイント側および第2垂直ジョイント側は、好ましくは、互いに隣接して配置された2つ以上のシェルセグメントが、リング方向または円周方向に互いに隣接してリングを形成できるように、別のシェルセグメントに隣接するシェルセグメントの配置を可能にするような方法で配置および設計される。
風力タービンタワーのテーパ形状を可能にするために、シェルセグメントが台形の形状を有することが特に好ましい。したがって、第1垂直ジョイント側および第2垂直ジョイント側は、理想的には互いに平行に向けられておらず、この理想的な平行度からの逸脱は、風力タービンタワーの大きな寸法のため、本事例では無視できる程度である。同様に、垂直ジョイント側に対する水平ジョイント側の直交配置は、したがって理想化された方法で記述される。この場合も、水平方向と垂直方向のジョイント側が90度の角度である必要があるが、ある程度の偏差は可能である。
第1垂直フランジおよび/または第2垂直フランジは、好ましくは、完全にまたは第1垂直ジョイント側および/または第2垂直ジョイント側に沿った特定の部分で延伸する。特に、第1垂直フランジおよび/または第2垂直フランジが直線部分によって形成されることが好ましい。垂直フランジは、垂直ジョイント側に別個の要素として配置するか、シェルセグメントに一体的に接続する。シェルセグメントへの垂直フランジの一体接続は、好ましくは、垂直フランジがシェルセグメントの曲げられた端部として形成されるように実施される。代替的に、垂直フランジは、例えば、垂直ジョイント側に溶接されてもよい。
特に、第1垂直フランジおよび/または第2垂直フランジは、隣接する風力タービンタワーリングセグメントの垂直フランジに接続できるように配置および形成されることが好ましい。第1垂直フランジおよび/または第2垂直フランジは、例えば、セグメントリング方向に実質的に平行に向けられた通過方向を有する通過開口部を有してもよい。したがって、この隣接する風力タービンスチールタワーリングセグメントに対応する通路開口部がある場合には、風力タービンスチールタワーリングセグメントを隣接する風力タービンスチールタワーリングセグメントに接続される。
シェルセグメントから見て角度が付いていることが好ましいように、第1垂直フランジおよび/または第2垂直フランジは、シェルセグメントに対して角度をなす。シェルセグメントに対する第1垂直フランジおよび/または第2垂直フランジの角度をなす配置により、角度をなす垂直フランジを互いに接続することにより、風力タービンスチールタワーリングセグメントを隣接する風力タービンスチールタワーリングセグメントに接続する可能性が特に有利に存在する。特に、第1垂直フランジおよび/または第2垂直フランジは、垂直ジョイント側でシェルセグメントの1つまたは2つの端部に対して角度をなす。
機能要素の配置のための少なくとも1つの接続要素が、第1垂直フランジおよび/または第2垂直フランジ上に形成される。特に、少なくとも1つの接続要素は、第1垂直フランジおよび/または第2垂直フランジから突出する。特に、接続要素は、正確に1つの垂直フランジ、つまり第1垂直フランジまたは第2垂直フランジから突出することが望ましい。接続要素は、この支持構造上に配置されるように配置および設計されていてもよい。
本発明は、とりわけ、風力タービンスチールタワーリングセグメントのシェルセグメントへの支持構造の溶接がしばしばこれらの風力タービンスチールタワーリングセグメントの正確な歪みをもたらすという知識に基づいている。さらに、スチールの材料特性は、溶接プロセス中の熱の導入によって変化する。そのため、風力タービンスチールタワーリングセグメントには、強度や硬度など、当初定義され設定されていた材料特性が含まれていない可能性がある。シェルセグメントの歪みは、風力タービンスチールタワーリングセグメントが歪みの結果として最適な適合性を持たなくなるため、組み立てが著しく複雑になる。これはまた、とりわけ、タワーが組み立てプロセス中にストレス下に置かれ、これらのストレスがタワー内に望ましくないストレス状態をもたらす可能性があるという結果をもたらす。
これらの欠点は、本発明に従って設計および配置された接続要素によって軽減または除去することができ、接続要素は、1つ以上の垂直フランジ上に配置され、そこから突出する。その後、以前はシェルセグメントに配置する必要があったこれらの装置およびユニットを、接続要素に直接固定できるようになり、シェルセグメントに直接溶接されなくなるように、様々な他のデバイスおよび/またはユニットおよび/または要素をこの接続要素に固定することができる。
本発明に従って設計および配置された接続要素は、ここで機能要素を低コストで配置できるという特定の利点を有する。これらは、例えば、組み立て台座が配置される支持構造であってもよい。さらに、ケーブルまたはケーブルハーネスまたはケーブルハーネス保持装置等の供給装置も接続要素に配置されてもよい。
風力タービンスチールタワーリングセグメントの好ましい設計変形では、これにより、第1垂直フランジおよび/または第2垂直フランジと接続要素がシェルセグメントに対して同じ角度をなしており、および/または、接続要素がシェルセグメントに対して接続角度をなしており、この接続角度は、フランジとは異なる第1垂直フランジおよび/または第2垂直フランジがシェルセグメントに対してなす角度である。したがって、この設計バリエーションでは、第1垂直フランジおよび/または第2垂直フランジは、接続要素と整列して配置される。接続要素は、いわば、第1垂直フランジおよび/または第2垂直フランジの延伸を形成することが好ましい。したがって、接続要素は、第1垂直フランジおよび/または第2垂直フランジ上に特に安価に配置され、製造プロセスの過程での簡素化も可能になる。あるいは、接続要素は、垂直フランジとは異なる方向に突出する。
風力タービンスチールタワーリングセグメントのさらに好ましい設計バリエーションでは、接続要素が、接続高さ、接続幅、および接続厚さの方向に延伸し、および/または接続要素が、接続高さおよび接続幅の方向における範囲に応じた略面積範囲を有しており、面積範囲は、好ましくは、実質的に長方形である。
さらに、第1垂直フランジおよび/または第2垂直フランジが、セグメント高さに対して平行に向けられたフランジ高さの方向、セグメントリング方向に対して直角かつセグメント高さに対して直角に向けられたセグメント幅の方向、および、フランジ高さに対して直角かつフランジ幅に対して直角なフランジ厚さの方向において広がりを有していることが好ましい。特に、フランジ厚さは、セグメントリングの方向にほぼ平行に向けられている。さらに、接続厚さは、好ましくは、フランジ厚さに平行に向けられ、および/または接続幅は、フランジ幅に平行に向けられ、および/または接続高さは、フランジ高さに平行に向けられていてもよい。
風力タービンスチールタワーリングセグメントのさらなる好ましい開発は、接続高さの方向における接続要素の広がりが、セグメント高さ方向におけるシェルセグメントの範囲よりも小さい、特に、数倍小さいという事実によって区別される。したがって、シェルセグメントまたは垂直フランジとは対照的に、接続要素の範囲は、局所的に制限されることが好ましい。接続高さの方向における接続要素の範囲は、セグメントの高さ方向におけるシェルセグメントの範囲の20%未満、および/または15%未満、および/または10%未満、および/または5%未満、および/または2%未満、および/または1%未満、および/または0.1%未満である場合には、さらに好ましい。
風力タービンスチールタワーリングセグメントのさらに特に好ましい設計変形は、接続要素の面積範囲が表面法線を有することを可能にし、表面法線は、セグメントリング方向の方向および/またはセグメント厚さの方向に向けられている。特に、表面法線は、セグメントの高さおよびセグメントリング方向に平行に向けられた方向成分を有することが好ましい。
特に、接続厚さとフランジ厚さとが同じ寸法であることが好ましい。さらに、風力タービンタワーリングセグメントは、第1接続要素と第2接続要素を含むことが好ましい。シェルセグメントは、上端から下端までセグメント高さの方向に延び、および/または第1接続要素は、第1垂直フランジに配置され、第2接続要素は、第2垂直フランジに配置され、第1接続要素および第2接続要素は、上端および/または下端に対して同じ間隔を有している。この設計変形は、特に、機能要素、特に、支持構造を第1接続要素および第2接続要素に配置でき、2つの接続要素間の実質的に水平方向における接続経路が可能になるという利点を有する。
風力タービンスチールタワーリングセグメントの好ましい設計変形では、後者は、第3接続要素と第4接続要素とを備え、第1接続要素および第2接続要素の面積範囲の領域は、第3接続要素および第4接続要素の面積範囲の領域の2倍を超える。さらに、第1接続要素および第3接続要素が第1垂直フランジに配置され、第2接続要素および第4接続要素が第2垂直フランジに配置されることが好ましい。
風力タービンスチールタワーリングセグメントのさらに好ましい設計変形では、シェルセグメントと第1垂直フランジおよび/またはシェルセグメントと第2垂直フランジが単一部品として形成され、および/または、シェルセグメントと第1垂直フランジとが接続要素とともに単一部品として形成され、および/または、シェルセグメントおよび第2垂直フランジとは、接続要素ととともに単一部品として形成される。これにより、溶接の結果として適切な熱の導入が行われないため、特に高品質の風力タービンスチールタワーリングセグメントが得られる。垂直フランジも接続要素も、溶接プロセスによってシェルセグメントに配置されず、その結果、必然的に熱がシェルセグメントに導入されていた。これは、とりわけ、シェルセグメントの歪みおよび変更された材料特性に関してすでに上で議論された欠点を有するであろう。
風力タービンスチールタワーリングセグメントのさらに好ましい展開は、好ましくは、線形である曲げ部分における、シェルセグメントと第1垂直フランジとの間、および/またはシェルセグメントと第2垂直フランジとの間の移行部において、凹部、特に、凹部および/または貫通開口が配置されていることが好ましい。凹部は、ギャップおよび/またはノッチおよび/またはスロットとして形成され、特に、フライス削りおよび/またはガウジングによって生成されることが好ましい。
凹部は、例えば、曲げが生じる曲げ線に沿って配置されてもよい。凹部は、好ましくは、屈曲部の凸状領域および/または凹状領域に配置される。また、屈曲部に2つ以上の凹部を配置することも可能である。曲げ部分は、特に、シェルセグメントに対して角度のある垂直フランジが作成されるように、出発材料が曲げられる部分として理解されるべきである。したがって、技術的な観点から、曲げ部分は、材料が引き伸ばされるおよび/または圧縮される部分である。曲げ部分は、シェルセグメントが垂直フランジに移行する部分でもある。
曲げ部分の凹部は、特に、必要な曲げ力が低減されることにより、曲げプロセスが最適化されるという特定の利点を有する。さらに、特に大きな壁厚を備えた単一部品の風力タービンタワーリングセグメントは、壁厚が厚い場合の曲げ力が大きすぎるために、このような凹部によって初めて可能になる。凹部は、例えば、フライス削りおよび/またはガウジングによって生成されてもよい。特に、凹部が平坦な出発材料に導入され、その後の処理プロセスにおいて、シェルセグメントと垂直フランジが形成されるように出発材料が曲げられ、凹部が曲げ部分に位置することが好ましい。
風力タービンスチールタワーリングセグメントの特に好ましい開発では、シェルセグメントが部分リング形状の断面を持つように準備されており、断面の表面法線はセグメントの高さにほぼ平行に向けられ、部分リング形状の断面は部分円形状のプロファイルを有し、および/または部分リング形状の断面は2つ以上の直線部分によって形成され、2つ以上の直線部分は、互いに対してある角度をなして配置されている。実際には、2つ以上の直線部分を備えた後者の変形例は、角度付き変形例とも呼ばれる。
さらに、風力タービンスチールタワーリングセグメントは、リング方向の第1端から第2端まで延びる部分リング形状の本体と、上側および上側の反対側にある下側と、内周面および外周面と、第1端の第1本体ジョイント側および第2端の第2本体ジョイント側と、本体の上側に配置され実質的にリング方向における第1端から第2端まで延びるフランジ突起とを有する、少なくとも1つのフランジセグメントを備えており、少なくとも1つのフランジセグメントは、第1水平ジョイント側および/または第2水平ジョイント側に配置および/または配置可能であることが好ましい。
さらなる側面によれば、導入部で述べた目的は、上記の設計変形の少なくとも1つに係る少なくとも第1風力タービンスチールタワーリングセグメントと、上記の設計変形の少なくとも1つに係る第2風力タービンスチールタワーリングセグメントとを備え、第1風力タービンタワーリングセグメントと第2風力タービンタワーリングセグメントは、垂直フランジを有する少なくとも1つの実質的に垂直なジョイントにおいて互いに当接しており、第1風力タービンスチールタワーリングセグメントおよび第2風力タービンスチールタワーリングセグメントは、少なくとも1つの実質的に垂直なジョイントにおいて互いに接続されている、風力タービンタワー部によって達成される。
さらに、冒頭で述べた目的は、上下に配置された前述の態様による2つ以上の風力タービンタワー部を含む風力タービンタワーの態様によって達成される。
さらなる側面によれば、導入部で述べた目的は、少なくとも1つの上述した風力タービンスチールタワーリングセグメント、第1ブラケット垂直ジョイント側を有する第1ブラケットスチールタワーリングセグメントを有する少なくとも1つのブラケットスチールタワー部、第2ブラケット垂直ジョイント側を有する第2ブラケットスチールタワーリングセグメント、ジョイントに配置され第1ブラケットスチールタワーリングセグメントと第2ブラケットスチールタワーリングセグメントに接続されたブラケット要素と、を備え、第1ブラケット垂直ジョイント側を有する第1ブラケットスチールタワーリングセグメントと、第2ブラケット垂直ジョイント側を有する第2ブラケットスチールタワーリングセグメントとが、ジョイントにおいて互いに対向して配置され、ブラケット要素は、ブラケット要素から突出し、機能要素の配置に役立つ接続要素を有しており、好ましくは、風力タービンタワーリングセグメントは、風力タービンタワーのタワーチップに面するように配置され、ブラケットスチールタワー部は、タワーチップから離れるように配置された、風力タービン用風力タービンタワーによって達成される。
ブラケットスチールタワー部は、その構成および詳細に関して、同じ出願人による2017年7月26日付けの独国特許出願「風力タービン用風力タービンスチールタワー部および製造方法」に記載されているスチールタワー部に対応することが好ましい。前記出願は、参照により本明細書に完全に組み込まれる。
少なくとも1つの上記の風力タービンスチールタワーリングセグメントと少なくとも1つのブラケットスチールタワー部とを備えた風力タービンタワーによって、2つの構成の利点を互いに組み合わせることが可能になる。特に、風力タービンタワーに特に高い負荷が掛かる領域では、これは一般的に、下部領域であって、ブラケットスチールタワー部を使用することが好ましい。特に、風力タービンタワーが比較的低い負荷にさらされる領域では、これは一般的に、上部領域であって、上記スチールタワーリングセグメントを使用することが好ましい。
導入部で述べた目的は、さらに、前述の態様に係る風力タービンタワーを備えた風力タービンによって達成される。
導入部で説明した目的は、風力タービンタワー部、特に前述した態様に係る風力タービンタワー部を製造する方法によって達成され、その方法は、少なくとも第1風力タービンスチールタワーリングセグメントおよび第2風力タービンタワーリングセグメント、特に、上述した設計変形の少なくとも1つに係る第1風力タービンスチールタワーリングセグメントおよび第2風力タービンスチールタワーリングセグメントを提供するステップと、少なくとも1つの垂直ジョイントにおいて第1風力タービンスチールタワーリングセグメントおよび第2風力タービンスチールタワーリングセグメントを、それぞれ垂直ジョイント側の1つで配置するステップと、少なくとも1つの垂直ジョイントにおいて、2つの隣接する垂直フランジを締結して第1風力タービンスチールタワーリングセグメントおよび第2風力タービンスチールタワーリングセグメントを接続するステップと、を備えている。
特に、本方法は、少なくとも1つの接続要素上に機能要素、例えば、支持ユニットを配置するステップを含むことが好ましい。
本発明による方法およびその可能な開発は、本発明およびその開発による風力タービンスチールタワーリングセグメントに使用するのに特に適したものにする特徴または方法ステップを有する。別の利点については、これらのさらなる側面の設計変形と設計詳細およびそれらの可能な開発、風力タービンスチールタワーリングセグメントの対応する特徴と開発に関する上記の説明も参照する。
本発明の好ましい実施形態は、以下の図面に基づいて例示しながら説明される。
風力タービンの例示的な実施形態の概略三次元図。 風力タービンスチールタワーリングセグメントの2つの例示的な実施形態の概略的な二次元図。 風力タービンスチールタワーリングセグメントの例示的な実施形態の概略三次元部分図。 風力タービンスチールタワーリングセグメントの例示的な実施形態のさらなる概略三次元図。 図4の風力タービンスチールタワーリングセグメントの概略的な3次元端面図。 図4の風力タービンスチールタワーリングセグメントのさらなる概略的な三次元端面図。 図4に示す風力タービンスチールタワーリングセグメントのさらなる概略的な三次元端面図。 風力タービンスチールタワーリングセグメントの2つの例示的な実施形態の概略三次元図。 風力タービンタワーの例示的な実施形態の概略三次元部分図。 凹部を有するスチールタワーリングセグメントの例示的な実施形態の概略三次元部分図。 反対の角度の垂直フランジを備えた図10のスチールタワーリングセグメントの概略三次元部分図。 図10および図11に示すスチールタワーリングセグメントの半製品の概略三次元部分図。 風力タービンタワー部分の例示的な実施形態の概略的な三次元部分図。 風力タービンタワーの概略三次元部分図。 図14の風力タービンタワーのさらなる概略的な三次元部分図。 さらなる風力タービンタワーの例示的な実施形態の概略的な二次元部分図。
図において、同一または実質的に機能的に同一または類似の要素は、同じ参照符号で示されている。
図1は、風力タービンの例示的な実施形態の概略三次元図を示す。図1は、特に、タワー102、ナセル104を有する風力タービン100を示す。3つのロータブレード108を有するロータ106とスピナ110とは、ナセル104に設けられている。ロータ106は、運転時に、風によって回転運動するように設定され、それにより、ナセル104内の発電機を駆動する。タワー102は、特に、垂直フランジに配置され、機能要素の配置に役立つ接続要素を備えた複数の風力タービンスチールタワーリングセグメントを含む。
図2は、風力タービンスチールタワーリングセグメントの2つの例示的な実施形態の概略的な二次元図を示している。スチールタワーリングセグメント200のシェルセグメント202は、上部水平ジョイント側204から下部水平ジョイント側206まで延伸している。第1垂直ジョイント側208および第2垂直ジョイント側210は、水平ジョイント側204,206に対して実質的に直交して配置されている。垂直ジョイント側208,210には、垂直フランジが配置されている(ここでは単に示されている)。上部水平ジョイント側204に隣接する部分では、第1接続要素212は、第1垂直ジョイント側208に配置され、第2接続要素214は、第2垂直ジョイント側210に配置される。
スチールタワーリングセグメント220のシェルセグメント222は、同様に、上部水平ジョイント側224から下部水平ジョイント側226まで、第1垂直ジョイント側228と第2垂直ジョイント側230との間に延伸している。上部水平ジョイント側224の部分に隣接して、第1接続要素232および第3接続要素236が、第1垂直ジョイント側228に配置される。第2接続要素234および第4接続要素238は、第2垂直ジョイント側230に配置される。第1接続要素232は、上部水平ジョイント側に対して、第2接続要素234と同じ間隔を有している。これと同様に、第3接続要素236は、上部水平ジョイント側224に対して、第4接続要素238と同じ間隔を有している。
第1接続要素232および第2接続要素234は、第3接続要素236および第4接続要素238の面積の2倍を超える面積範囲を有している。第5および第6接続要素240,242はさらに、スチールタワーリングセグメント220上に配置され、スチールタワーリングセグメント220の中央部分に配置されている。接続要素240,242はそれぞれ、上部水平ジョイント側224に対しても、同様に下部水平ジョイント側226に対しても同じ間隔を有している。さらに、第7接続要素244および第8接続要素246は、下部水平ジョイント側226に隣接する部分に配置されている。
図3は、風力タービンスチールタワーリングセグメントの例示的な実施形態の概略的な三次元部分図を示している。上記のスチールタワーリングセグメントと同様に、スチールタワーリングセグメント300は、上部水平ジョイント側304から下部水平ジョイント側(ここでは図示せず)まで延び、この範囲の方向に直交して、第1垂直ジョイント側308から第2垂直ジョイント側310まで延びるシェルセグメント302を有している。第1垂直フランジ309は、第1垂直ジョイント側308に配置され、第2垂直フランジ311は、第2垂直ジョイント側310に配置されている。垂直フランジ309,311はそれぞれ、シェルセグメントと角度をなしている。
第1接続要素312および第3接続要素316は、第1垂直フランジ309上に一体的に形成されており、接続要素312,316は、第1垂直フランジ309と同じ方向に延伸している。これと同様に、第2接続要素314および第4接続要素318は、第2垂直フランジ311上に形成され、第2垂直フランジ311と同じ方向に延伸している。接続要素312,314,316,318は、それぞれ面積範囲を有し、その厚さ方向Dにおける厚さは材料厚さとも呼ばれる。接続要素312,314,316,318、垂直フランジ309,311およびシェルセグメント302の厚さまたは材料厚さは、実質的に等しい。シェルセグメント302はまた、部分リング形状の断面を有し、その表面法線は、セグメント高さ方向Hにおいてセグメント高さと実質的に平行に配向され、部分リング形状の断面は、合計8つの直線部分によって形成されており、部分リング形状の断面が形成されるように、8つの直線部分は、互いに角度をなして配置され、リング方向Rに延伸している。
図4〜図7は、風力タービンスチールタワーリングセグメントの例示的な実施形態の概略三次元図を示している。スチールタワーリングセグメント400は、上部水平ジョイント側404から下部水平ジョイント側406へ、およびそれに対して直交して配置された第1垂直ジョイント側408から第2垂直ジョイント側410まで延伸するシェルセグメント402を有する。上部水平ジョイント側404に配置されるのは、上部水平フランジ405であって、これは、スチールタワーリングセグメント400を垂直方向に隣接する別のスチールタワーリングセグメントに接続するように配置および設計される。これと同様に、下部水平フランジ407が下部水平ジョイント側406に配置されている。下部水平フランジ407は、スチールタワーリングセグメント400を垂直方向に隣接する別のスチールタワーリングセグメントに接続するための通路開口部も有している。下部垂直フランジ407の通路開口部は、2列に形成されており、それぞれの場合に2つが互いに半径方向に離間している。シェルセグメント402は、通路開口部のこの半径方向の間隔の間に配置されている。したがって、一方で、通路開口部は、垂直フランジ407上のシェルセグメントの内側に配置され、さらに、通路開口部は、垂直フランジ407上のシェルセグメント402に対して外側に配置されている。
スチールタワーリングセグメント400は、垂直フランジ409,411上に複数の接続要素432〜450も有している。第1接続要素432および第3接続要素436は、第1垂直フランジ409の水平ジョイント側404に隣接する部分に配置されている。第1接続要素432および第3接続要素436は、直接隣接しており、互いに小さな間隔を有している。これと同様に、第2接続要素434および第4接続要素438は、第2垂直フランジ411上に配置されている。第5接続要素440、第7接続要素444および第9接続要素448は、第1垂直フランジ409上にさらに配置されている。ここで、第3接続要素436、第5接続要素440、第7接続要素444および第9接続要素448は、互いに対して等距離に配置されている。これと同様に、第4接続要素438、第6接続要素442、第8接続要素446、および第10接続要素450は、第2垂直フランジ411に配置される。あるいは、垂直フランジ409,411に配置された接続要素432〜450は、互いに対して不等間隔に配置されてもよい。接続要素432,434はまた、上部水平ジョイント側404に対して等しい間隔を有している。したがって、接続要素432,434は、同じ高さに配置される。同じことが、接続要素436,438、接続要素440,442、接続要素444,446および接続要素448,450にも当てはまる。さらに、上部水平ジョイント側404に対して同じ間隔を有する2つの反対側に位置する接続要素が存在しないように、接続要素はそれぞれ、上部水平ジョイント側404に対して異なる間隔を有してもよい。
図8は、風力タービンスチールタワーリングセグメントの2つの例示的な実施形態の概略三次元図を示している。第1スチールタワーリングセグメント500は、上部水平ジョイント側504から下部水平ジョイント側506まで延伸するシェルセグメント502を有している。上記の図と同様に、垂直ジョイント側に垂直フランジが配置され、その上に接続要素が形成される。第1スチールタワーリングセグメント500では、支持ビームは、同じ高さに配置された第1および第2垂直フランジの接続要素間に配置され、その上にケーブルはしご501が配置される。支持ビームの配置は、特に、上部水平ジョイント側514から下部水平ジョイント側516までシェルセグメント512と共に同様に延びる第2スチールタワーリングセグメント510の設計から見ることができ、ビーム519は、第1接続要素から第2接続要素518まで延伸する。
図9は、タワーの例示的な実施形態の概略三次元図を示している。タワー550は、垂直ジョイント551において垂直ジョイント側と互いに当接し、垂直フランジで互いに固定された合計8つのスチールタワーリングセグメントを有している。接続要素553上に配置された支持ビームによって固定されたケーブルラダー501の配置も示されている。
さらなる支持ビームが、例えば、接続要素554上に配置されている。さらに、台座552が水平方向に延びている。
図10〜図12は、シェルセグメント612と、スチールタワーリングセグメント600の第1垂直ジョイント側608に第1垂直フランジ609とを備えたスチールタワーリングセグメント600を示している。図10〜図12の透視図は、上部水平ジョイント側614が見えるように選択されている。特に、図10〜図12から、シェルセグメント612と第1垂直フランジ609との間の移行部において、好ましくは、曲げ線に沿って、曲げ部分に配置された凹部620を見ることが可能である。図12は、シェルセグメント612および第1垂直フランジ609を備えたスチールタワーリングセグメント600の製造のための曲げプロセスの出発材料を示している。シェルセグメント612と第1垂直フランジ609との間の曲げ領域になるものにおいて、凹部620は、ここではギャップとして配置され、この凹部により、曲げ領域の少なくとも特定の部分で材料の厚さが減少する。図12に示す設計変形では、この第1垂直フランジ609は、図示の開始位置で時計回りに上方に曲げられる。曲げプロセスは、凹部620によって簡略化される。図11に示される設計変形例では、垂直フランジ609は、シェルセグメント612に対して反時計回りに曲げられる。凹部620は、図10および図11によるスチールタワーリングセグメント600を生成するために曲げ力を低減する単純かつ安価に製造可能な方法である。
図13は、接続要素714,724の代替配置を示している。シェルセグメント710,720は、風力タービンタワー部700を形成するように配置されており、シェルセグメント710,720は、それらの垂直フランジ712,714が実質的に垂直接合部で互いに当接し、垂直接合部で互いに接続される。接続要素714は、第1垂直フランジ712から突出し、接続要素724は、第2垂直フランジ714から突出する。第1垂直フランジ712および接続要素714は、シェルセグメント710と等しくない角度をなしている。したがって、接続要素714は、シェルセグメント710から垂直フランジ712と同じ方向に延伸していない。接続要素724は、これと同様に配置される。そのような接続要素は、主に、特に、支持ベアラのためのさらなる角度付けによって提供され、その場合、垂直フランジに対する接続要素の追加の角度付けが有利である。支持ベアラは、サポートを受けるように設計および配置されている。支持は、例えば、ビーム要素として設計されてもよい。プラットフォームは、タワー内部の支持に配置される。
図14および図15は、風力タービンタワーの概略三次元部分図を示す。タワー800は、全部で8つのスチールタワーリングセグメントを備え、そのうちの第1スチールタワーリングセグメント810、第2スチールタワーリングセグメント820、第3スチールタワーリングセグメント830および第4スチールタワーリングセグメント840が示されている。スチールタワーリングセグメント810,820,830,840の上部水平ジョイント側に、スチールタワーリングセグメント810,820,830,840を1つ、2つ以上の垂直方向に隣接するタワーセグメント、特に、スチールタワーリングセグメントに接続するように設計された1つの上部水平フランジ812,822,832,842がそれぞれ配置されている。第1スチールタワーリングセグメント810と第2スチールタワーリングセグメント820は、ブラケット要素815によって互いに接続されており、ブラケット要素815は、傾斜板として設計され、第1スチールタワーリングセグメント810および第2スチールタワーリングセグメント820にねじ止めされている。別のスチールタワーリングセグメントは、ブラケット要素825,845によって同様に接続されている。タワー800はさらに、複数の支持体852によって支持されるプラットフォーム854を有している。支持体852は、それに対してほぼ直径方向に配置された第1支持ベアラ850および第2支持ベアラ850によって、タワー800に固定されている。
図16は、別の風力タービンタワーの例示的な実施形態の概略的な二次元部分図を示している。タワー900は、タワー900のタワー先端に向かって面する上部タワー部分902と、タワー900のタワー先端から離れて面する下部タワー部904とを含んでいる。上部タワー部分902および下部タワー部904は、水平ジョイント905において互いに当接し、水平ジョイント905の領域で互いに接続されている。
上部タワー部分902は、第1垂直ジョイント側を有する第1スチールタワーリングセグメント910と、第2垂直ジョイント側を有する第2スチールタワーリングセグメント920とを含む。第1スチールタワーリングセグメント910および第2スチールタワーリングセグメント920は、互いに水平方向に隣接して配置されている。第1スチールタワーリングセグメント910および第2スチールタワーリングセグメント920は、それらの垂直ジョイント側が上部垂直ジョイント915で互いに当接する。
第1垂直フランジ912は、第1垂直ジョイント側の第1スチールタワーリングセグメント910に配置される。同様に、第2垂直フランジ922は、第2垂直ジョイント側の第2スチールタワーリングセグメント920に配置される。垂直フランジ912,922はそれぞれ、スチールタワーリングセグメント910,920の壁形成部分とある角度をなしている。垂直フランジ912,922には、水平方向の通路開口(図示せず)が配置されている。通路開口部は、特に、垂直フランジ912,922が締結要素によって互いに接続可能であるように配置および設計されている。垂直フランジ912,922を互いに接続することにより、スチールタワーリングセグメント910,920も互いに接続されている。
第1接続要素914および第2接続要素916は、第1垂直フランジ912上に形成され、第1垂直フランジ912から突出する。接続要素914,916および以下で説明される全ての別の接続要素は、特に、機能要素の配置のために配置および設計される。同様に、2つの接続要素924,926が第2垂直フランジ922上に形成され、第2垂直フランジ922から突出する。
下部タワー部904は、特に、ブラケットスチールタワー部として設計されており、ブラケットスチールタワー部の第1および第2ブラケットスチールタワーリングセグメントは、以下では第3スチールタワーリングセグメント930および第4スチールタワーリングセグメント940と呼ばれる。第3スチールタワーリングセグメント930および第4スチールタワーリングセグメント940は、それぞれの垂直ジョイント側が下部垂直ジョイント925において互いに当接する。下部垂直ジョイント925には、第3スチールタワーリングセグメント930および第4スチールタワーリングセグメント940に接続されるブラケット要素906が配置されている。接続は、特に、締結要素932,942で実現され、締結要素の垂直方向の間隔は、ブラケット要素906の2つの端部よりもブラケット要素906の中央部で大きい。ブラケット要素906の端部では、固定要素の垂直方向の間隔は、可能な限り小さくなるように選択される。したがって、第3スチールタワーリングセグメント930および第4スチールタワーリングセグメント940は、互いに接続され、ブラケット要素906によって下部垂直ジョイント925で一緒に保持される。下部タワー部904も同様に、接続要素934,944を有しており、ブラケット要素906は、接続要素934,944を有している。接続要素934,944は、ブラケット要素906から突出している。
垂直フランジ309,311,409,411に配置された接続要素212,214,230〜246,312〜318,432〜450,554,453によって、風力タービンタワー550の品質、製造と組み立てのコストが削減される。接続要素212,214,230〜246,312〜318,432〜450,554,453は、風力タービンタワー550の組み立て中の作業安全性を高めることも分かっている。一方、接続要素212,214,230〜246,312〜318,432〜450,554,453は、既に機能している垂直フランジ309,311,409,411に配置されるため、コスト削減が発生する。さらに、個々のスチールタワーリングセグメント200,220,300,400,500,510の組立は、例えば、溶接の結果として熱の導入の結果として実質的に歪みを受けないため、特に単純化される。このため、建設現場の技術者向けに組み立てプロセスが簡素化され、特に、歪んだスチールタワーリングセグメント200,220,300,400,500,510を互いに接続する必要はない。さらに、タワー550または構築されるタワー内の多種多様な機能要素の配置が単純化され、その結果、同様に組立時間が短縮される。
100 風力タービン
102 タワー
104 ナセル
106 ロータ
108 ロータブレード
110 スピナ
200 スチールタワーリングセグメント
202 シェルセグメント
204 上部水平ジョイント側
206 下部水平ジョイント側
208 第1垂直ジョイント側
210 第2垂直ジョイント側
212 第1接続要素
214 第2接続要素
220 スチールタワーリングセグメント
222 シェルセグメント
224 上部水平ジョイント側
226 下部水平ジョイント側
228 第1垂直ジョイント側
230 第2垂直ジョイント側
232 第1接続要素
234 第2接続要素
236 第3接続要素
238 第4接続要素
240 第5接続要素
242 第6接続要素
244 第7接続要素
246 第8接続要素
300 スチールタワーリングセグメント
302 シェルセグメント
304 上部水平ジョイント側
308 第1垂直ジョイント側
309 第1垂直フランジ
310 第2垂直ジョイント側
311 第2垂直フランジ
312 第1接続要素
314 第2接続要素
316 第3接続要素
318 第4接続要素
400 スチールタワーリングセグメント
402 シェルセグメント
404 上部水平ジョイント側
405 上部水平フランジ
406 下部水平ジョイント側
407 下部水平フランジ
408 第1垂直ジョイント側
409 第1垂直フランジ
410 第2垂直ジョイント側
411 第2垂直フランジ
432 第1接続要素
434 第2接続要素
436 第3接続要素
438 第4接続要素
440 第5接続要素
442 第6接続要素
444 第7接続要素
446 第8接続要素
448 第9接続要素
450 第10接続要素
500 第1スチールタワーリングセグメント
501 ケーブルラダー
502 シェルセグメント
504 上部水平ジョイント側
506 下部水平ジョイント側
510 第2スチールタワーリングセグメント
512 シェルセグメント
514 上部水平ジョイント側
516 下部水平ジョイント側
518 接続要素
519 支持ビーム
550 タワー
551 垂直ジョイント
552 台座
553 接続要素
554 接続要素
600 スチールタワーリングセグメント
608 第1垂直ジョイント側
609 第1垂直フランジ
612 シェルセグメント
614 上部水平ジョイント側
620 凹部
700 風力タービンタワーセグメント
710,720 シェルセグメント
712,722 垂直フランジ
714,724 接続要素
800 タワー
810 第1スチールタワーリングセグメント
812 第1上部水平フランジ
815 第1ブラケット要素
820 第2スチールタワーリングセグメント
822 第2上部水平フランジ
825 第2ブラケット要素
830 第3スチールタワーリングセグメント
832 第3上部水平フランジ
840 第4スチールタワーリングセグメント
842 第4上部水平フランジ
845 第4ブラケット要素
850 第1支持ベアラ
851 第2支持ベアラ
852 支持体
854 プラットフォーム
900 タワー
902 上部タワー部
904 下部タワー部
905 水平ジョイント
906 ブラケット要素
910 第1スチールタワーリングセグメント
912 第1垂直フランジ
914 第1接続要素
915 上部垂直ジョイント
916 第2接続要素
920 第2スチールタワーリングセグメント
922 第2垂直フランジ
924 接続要素
925 下部垂直ジョイント
926 接続要素
930 第3スチールタワーリングセグメント
932 締結要素
934 第5接続要素
940 第4スチールタワーリングセグメント
942 締結要素
944 第6接続要素
H セグメント高
D セグメント厚
R リング方向

Claims (15)

  1. 風力タービンタワーの風力タービンスチールタワーリングセグメントであって、
    セグメント高さ方向、セグメントリング方向およびセグメント厚さ方向の範囲と、第1水平ジョイント側と第2水平ジョイント側および第1垂直ジョイント側と第2垂直ジョイント側と、を有するシェルセグメントを備え、
    第1垂直フランジが前記第1垂直ジョイント側に配置され、および/または第2垂直フランジが前記第2垂直ジョイント側に配置され、前記第1垂直フランジおよび/または前記第2垂直フランジは、前記シェルセグメントに対して角度をなしており、
    機能要素の配置のための少なくとも1つの接続要素は、前記第1垂直フランジおよび/または前記第2垂直フランジ上に形成され、前記接続要素は、前記第1垂直フランジおよび/または前記第2垂直フランジから突出する、
    風力タービンスチールタワーリングセグメント。
  2. 前記第1垂直フランジおよび/または前記第2垂直フランジおよび前記接続要素は、前記シェルセグメントに対して同じ角度をなしており、および/または、
    前記接続要素は、前記シェルセグメントに対して接続角度をなしており、前記接続角度は、前記第1垂直フランジおよび/または前記第2垂直フランジが前記シェルセグメントに対してなすフランジ角度とは異なる、
    請求項1に記載の風力タービンスチールタワーリングセグメント。
  3. 前記接続要素は、接続高さ、接続幅および接続厚さの方向において延伸しており、および/または、
    前記接続要素は、前記接続高さおよび前記接続幅の方向における範囲に応じて実質的な面積を有し、
    前記面積の範囲は、好ましくは、実質的に長方形である、
    請求項1または2に記載の風力タービンスチールタワーリングセグメント。
  4. 接続高さの方向における前記接続要素の範囲は、セグメント高さの方向における前記シェルセグメントの範囲よりも数倍小さく、
    前記接続高さの方向における前記接続要素の範囲は、好ましくは、前記セグメント高さの方向における前記シェルセグメントの範囲の20%未満、および/または15%未満、および/または10%未満、および/または5%未満、および/または2%未満、および/または1%未満、および/または0.1%未満である、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の風力タービンスチールタワーリングセグメント。
  5. 前記接続要素の面積の範囲は、表面法線を有し、前記表面法線は、セグメント高さおよび/またはセグメントリング方向の方向および/またはセグメント厚さの方向に向けられている、
    請求項1から4のいずれか1項に記載の風力タービンスチールタワーリングセグメント。
  6. 前記接続厚さおよびフランジの厚さは、同じ寸法を有している、
    請求項1から5のいずれか1項に記載の風力タービンスチールタワーリングセグメント。
  7. 第1接続要素と第2接続要素とを備え、
    前記第1接続要素は、前記第1垂直フランジに配置されており、前記第2接続要素は、前記第2垂直フランジに配置されており、
    前記第1接続要素および前記第2接続要素は、前記第1水平ジョイント側および/または前記第2水平ジョイント側との間に同じ間隔を有している、
    請求項1から6のいずれか1項に記載の風力タービンスチールタワーリングセグメント。
  8. 第3接続要素と第4接続要素とを備え、
    前記第1接続要素および前記第2接続要素の面積範囲の領域は、前記第3接続要素および前記第4接続要素の面積範囲の領域の2倍以上である、および/または、
    前記第1接続要素および前記第3接続要素は、前記第1垂直フランジに配置され、前記第2接続要素および前記第4接続要素は、前記第2垂直フランジに配置されている、
    請求項1から7のいずれか1項に記載の風力タービンスチールタワーリングセグメント。
  9. 前記シェルセグメントおよび前記第1垂直フランジ、および/または前記シェルセグメントおよび前記第2垂直フランジは、1部品として形成されている、
    請求項1から8のいずれか1項に記載の風力タービンスチールタワーリングセグメント。
  10. 前記シェルセグメントは、部分リング形状の断面を有しており、前記断面の表面法線は、前記セグメント高さに実質的に平行に向けられており、
    前記部分リング形状の断面は、部分円形状のプロファイルを有し、および/または、
    前記部分リング形状の断面は、2つ以上の直線部分によって形成され、前記2つ以上の直線部分は、互いに対してある角度をなして配置されている、
    請求項1から9のいずれか1項に記載の風力タービンスチールタワーリングセグメント。
  11. 請求項1から10のいずれか1項に記載の第1風力タービンスチールタワーリングセグメント、および請求項1から10のいずれか1項に記載の第2風力タービンスチールタワーリングセグメントを備え、
    前記第1風力タービンスチールタワーリングセグメントおよび前記第2風力タービンスチールタワーリングセグメントは、垂直フランジを有する略垂直なジョイントの少なくとも1つにおいて互いに当接しており、
    前記第1風力タービンスチールタワーリングセグメントおよび前記第2風力タービンスチールタワーリングセグメントは、少なくとも1つの略垂直なジョイントにおいて、互いに接続されている、
    風力タービンタワー部。
  12. 上下に配置された2つ以上の請求項11に記載の風力タービンタワー部を備えた、
    風力タービンタワー。
  13. 請求項12に記載の風力タービンタワーを備えた、
    風力タービン。
  14. 風力タービンタワー部、特に、請求項11に記載の風力タービンタワー部の製造方法であって、
    少なくとも第1風力タービンスチールタワーリングセグメントおよび第2風力タービンタワーリングセグメント、特に、請求項1から10のいずれか1項に記載の第1風力タービンスチールタワーリングセグメントおよび第2風力タービンスチールタワーリングセグメントを提供するステップと、
    少なくとも1つの垂直ジョイントにおいて、前記第1風力タービンスチールタワーリングセグメントおよび前記第2風力タービンスチールタワーリングセグメントを、それぞれ垂直ジョイント側の1つで配置するステップと、
    少なくとも1つの垂直ジョイントにおいて、2つの隣接する垂直フランジを締結して、前記第1風力タービンスチールタワーリングセグメントおよび前記第2風力タービンスチールタワーリングセグメントを接続するステップと、
    を備えた方法。
  15. 少なくとも1つの接続要素において、機能要素、例えば、支持ユニットを配置するステップを備えている、
    請求項14に記載の方法。
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