JP7256895B2 - タワーセグメントおよびタワーの構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、本発明は、タワーセグメント、特に、風力発電設備のタワーのタワーセグメント、タワー、特に、風力発電設備のタワー、風力発電設備およびタワーを構築するための方法のためのタワーセグメントに関する。

一般的に、風力発電設備が知られている。現代の風力発電設備は、一般に、ロータ軸が本質的に水平に配置され、ロータブレードが本質的に垂直なロータ表面上を掃引する、いわゆる水平軸風力発電設備に関連している。ナセル上に配置されたロータに加えて、風力発電設備は、一般に、ロータを備えたナセルが本質的に垂直に向けられた軸の周りを回転できるように配置されたタワーを含む。ロータは通常、同じ長さの３つのロータブレードで構成される。

タワーは、通常、高さが高く、特に、この高さに直交する範囲が比較的小さいスリムな構造である。タワーは、しばしばコンクリートや鋼によってできている。タワーの設計の範囲は、格子構造から、コンクリート構造への張力ケーブルの有無にかかわらず、管状の鋼製タワーにまで及ぶ。
大きな寸法の管状鋼製タワーは、一般に、いくつかのコンポーネント、特に、タワーセグメントから作られている。このようなタワーは、セグメント化されたタワーとしても知られている。セグメント化されたタワーは、その長さに沿ってセグメント化される。このようなセグメントは、多くの場合、環状の形状を有している。タワーは、水平方向にセグメント化することもできるため、タワーは１つのレベルで隣り合って配置された複数のセグメントで構成される。タワーは、特に、それらの長手方向の延長に沿って、円筒形および／または円錐形のセクションを有することができ、タワーは、しばしば円筒形および円錐形のセクションを含む。

風力発電設備のタワー、特に、現代の水平軸風力発電設備は、風力発電設備の生産の総コストにかなりの部分を占めている。特に、風力発電設備のロータ直径と性能の増加は、タワーも大きくなり、より高い負荷にさらされていることを意味する。タワーは、一方では高さの点で、他方では直径の点で大きくなっている。
さらに、風力発電設備の設置場所でのセグメント化されたタワーの組み立ては複雑である。特に、水平方向に隣接するセグメントには、かなりの時間がかかる。さらに、タワーまたはタワーセグメントのロジスティクスに関しては、例えば、橋の通過制限があるため、コンポーネントの定義された直径または定義された高さを超えないようにする必要がある。例えば、ドイツでは、このような通過制限は一般に４．３５ｍである。さらに、水平方向に分割されたタワーの場合、歪みが定期的に見られ、タワーの組み立てがより困難になる。

従来技術では、コストを削減し、風力発電設備のタワーの品質を向上させるための様々なアプローチが存在する。独国特許出願公開第１０ ２０１１ ０７７ ４２８は、複数のタワーセグメントを備えた風力発電所タワーについて説明している。タワーセグメントは、水平フランジと垂直フランジで互いに隣接し、ここで互いに固定されている。独国特許出願公開第１０ ２００４ ０１７ ００６および独国特許出願公開第１０ ２０１０ ０３９ ３１６は、それぞれ、タワーを土台に固定するための解決策を説明している。風力発電設備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。

ドイツ特許商標庁は、本願の優先権主張出願について、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 ２０１３ １０９ ７６５号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１５ ０１４ ０７０号明細書、欧州特許出願公開第２ ６３６ ８９９号明細書。

独国特許出願公開第１０ ２０１１ ０７７ ４２８号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００４ ０１７ ００６号明細書 独国特許出願公開第１０ ２０１０ ０３９ ３１６号明細書 独国特許出願公開第１０ ２０１３ １０９ ７６５号明細書 独国特許出願公開第１０ ２０１５ ０１４ ０７０号明細書 欧州特許出願公開第２ ６３６ ８９９号明細書

したがって、本発明の目的は、述べられている不利な点の１つ以上を軽減または排除する、タワーセグメント、特に、風力発電設備のタワーのタワーセグメント、タワー、特に、風力発電設備のタワー、風力発電設備およびタワーを構築するための方法を提供することである。特に、本発明の目的は、タワーの簡素化されたロジスティクスを可能にする解決策を提供することである。

第１の面によれば、この目的は、支持構造、特に、土台に取り付けるための、タワーセグメント、特に、風力発電設備のタワーのタワーセグメントであって、上端および下端と、下端に設けられたネジ付き開口とを有するタワーベース要素と、下端に設けられ、第１フランジ開口および第２フランジ開口を有するフランジと、を備え、タワーベース要素とフランジとは、ネジ付き開口と第１フランジ開口とに配置された締結要素によって接続されており、第２フランジ開口は、支持構造の接続要素が第２フランジ開口を通って延伸することができるように形成されているタワーセグメントによって達成される。

タワーベース要素は、好ましくは、上端から下端まで縦方向に延びる。動作状態では、下端は支持構造、特に、土台に面している。動作状態では、上端は、好ましくは、支持構造とは反対側に面し、例えば、ナセルに面している。縦方向に直交し、水平方向に動作している場合、タワーベース要素は、好ましくは、径方向に延伸する。タワーベース要素は、例えば、管状の形態であってもよい。特に、タワーベース要素は、上端および下端に末端側を有し、長手方向の範囲に沿って外周面および内周面を有していてもよい。外周面と内周面との間、すなわち、特に、径方向において、タワーベース要素は厚さを有する。厚さは、材料の厚さに対応していてもよい。

タワーベース要素は、好ましくは鋼を含むか、または鋼からなる。さらに、タワーベース要素は、他の材料を含むか、または他の材料から構成することもできる。タワーベース要素は、例えば、板金セクションまたは鍛造部品の形態をとることができる。
ネジ付き開口は、タワーベース要素の下端に配置されている。ネジ付き開口は、例えば、円形の断面を有する止まり穴であってもよい。さらに、ネジ付き開口は、ネジ山を有することが好ましい。好ましくは、ネジ付き開口は、開口長手方向軸を有し、これはさらに、好ましくは、タワーベース要素の上端と下端との間の長手方向範囲に平行に配向される。

フランジはタワーベース要素の下端に配置されている。フランジには、第１フランジ開口と第２フランジ開口を有している。タワーベース要素とフランジとを互いに接続する締結要素は、フランジの第１フランジ開口とタワーベース要素のネジ付き開口とに配置されている。第１フランジ開口およびネジ付き開口は、好ましくは、それぞれ長手方向軸を有し、これらの長手方向軸はさらに好ましくは同軸に向けられている。第１フランジ開口は、好ましくは、貫通開口部の形態をとる。さらに、フランジはプレート形状にすることができる。フランジは、好ましくは鋼を含むか、または鋼からなる。さらに、フランジは、他の材料を含むか、または他の材料から構成することもできる。

フランジの第２フランジ開口はさらに、支持構造の接続要素が第２フランジ開口を通じて延伸することができるように形成される。例えば、サポート構造を土台にすることができる。接続要素は、例えば、支持構造から垂直に突出することが好ましい土台ケージボルトであってもよい。この接続要素は、第２フランジ開口を通じて延伸する。支持構造とは反対側に面するフランジ側で、接続要素は、好ましくは、フランジと支持構造との間に固定接続が形成されるように、別の接続要素に接続される。例えば、接続要素は、土台ケージボルトの形をとることができ、別の接続要素は、ナットの形をとることができる。

フランジの支持構造への固定接続は、土台ケージボルトを、第２フランジ開口を通じて土台ケージボルトをナットに固定することによって形成される。締結要素によってフランジをタワーベース要素に固定することにより、タワーベース要素の支持構造への固定接続が達成される。特に、タワーベース要素からフランジを介して支持構造への力の流れがこれにより発生してもよい。

タワーのタワーベース要素は、原則として、最大の直径を持つタワーの要素、特に、セグメントである。したがって、特に、タワーベース要素の場合、４．３５ｍおよび／または５ｍの橋の最大ドライブスルー高さだけでなく、重要な領域も製造時に考慮に入れる必要がある。一般に、特定の最大直径を超えないようにする必要があることがよくある。従来技術で知られているタワー、特に、タワーベース要素上の溶接されたフランジは、タワーベース要素の最大直径の増加をもたらす。ただし、この大きな直径を決定するのは、タワーのベース要素やタワーの壁ではなく、外側に突き出たフランジである。その結果、フランジがタワーベース要素および／またはタワー壁から突出し、したがって、コンポーネントの直径を決定するので、タワーベース要素および／またはタワー壁の最大直径は、可能な最大直径を考慮しない。建設現場では必要な溶接品質を達成することができないか、関連する労力が不釣り合いに大きいため、建設現場にフランジを配置することは一般的にオプションではない。

本発明は、タワーベース要素にねじ込まれたフランジによって、所定の直径の最大の利用がタワーベース要素によって可能になるという発見に基づいている。したがって、ネジ付きフランジを備えたタワーベース要素は、溶接フランジを備えた同等のタワーベース要素よりも大きな直径を有することができる。したがって、多くの場合、タワーベース要素をセグメント化する必要はない。さらに、そのようなタワーベース要素は、周波数位置、強度、および／またはタワーの安定性を改善する。さらに、全体的に直径が大きくなり、材料の利用率が向上するため、タワーのベース壁を薄く構成することができる。

好ましくは、タワーベース要素は、タワーベース要素の環状範囲に沿って配置された多数のネジ付き開口を含む。これと同様に、フランジは、好ましくは、特に、環状の範囲に沿って多数の第１フランジ開口を有し、その結果、好ましくは、多数のネジ付き開口のそれぞれに対して、フランジ上のそれぞれの第１フランジ開口が提供される。ネジ付き開口および／または第１フランジ開口はそれぞれ、例えば、穴の円の形をとることができる。

さらに、フランジは、支持構造の多数の接続要素を案内することができる多数の第２フランジ開口を有することが好ましい。水平方向で、上端と下端の間の長手方向の範囲に直交して、タワーベース要素および／またはフランジは、径方向を有する。径方向は、特にタワーベース要素および／またはフランジとタワーベース要素および／またはフランジの中心点との間で水平方向に向けられている。径方向では、第１フランジ開口および第２フランジ開口および／またはネジ付き開口は、径方向の線上に位置していてもよい。さらに、これらの開口は、径方向に互いにオフセットされるように配置されることが好ましい。

タワーセグメントの好ましい実施形態の変形によれば、ネジ付き開口がタワーベース要素の下端に末端に配置される、および／またはフランジ上の第１フランジ開口が、下端に末端で隣接するように配置される。
タワーベース要素は、好ましくは、下端に末端側を有する。ネジ穴を配置できるのはこの端子側である。好ましくは、終端側は、直交する表面が、上端と下端との間のタワーベース要素の長手方向の範囲に平行に向けられている平面である。特に、動作中、終端側が実質的に水平面を形成することが好ましい。あるいは、ネジ付き開口は、タワーベース要素上で円周方向に配置することもできる。

さらに、第１フランジ開口は、末端で下端に隣接することができる。あるいは、第１フランジ開口はまた、タワーベース要素の下端に円周方向に隣接することができる。タワーベース要素に末端に隣接する第１フランジ開口は、タワーベース要素の下端に末端に配置されたネジ付き開口と併せて、締結要素によってタワーベース要素とフランジとの間の確実な接続を達成することを可能にする。締結要素は、例えば、スクリューであってもよい。後者は、好ましくは長手方向軸を有し、長手方向軸は、ネジ付き開口および第１フランジ開口の長手方向軸に同軸であり、これらの長手方向の場合である。軸は、動作中に垂直および／または同軸に向けられることが好ましい。

タワーセグメントのさらなる好ましい実施形態の変形によれば、環状の断面を有するタワーベース要素および／またはフランジを提供する。
ここで断面によって理解されるべきことは、特に、動作中に直交する表面が、タワーベース要素および／またはフランジの長手方向範囲に実質的に垂直および／または平行に向けられている断面表面である。タワーベース要素および／またはフランジの環状断面は、それらが外周面および円周面を有するという事実をもたらす。さらに、環状断面はまた、多角形および／または楕円形の断面を意味すると理解されるべきである。

さらに、タワーベース要素および／またはフランジはまた、部分的に環状の断面を有していてもよい。部分的な環状の断面は、それが３６０°未満の弧の範囲を有するという事実によって特に区別される。例えば、部分的な環状の断面は、１８０°の弧の範囲を有していてもよく、その結果、互いに配置されたこれらの部分的な環状のタワーベース要素および／またはフランジのうちの２つは、３６０°の弧の範囲を有する完全なリングをもたらす。

タワーセグメントのさらなる発展では、フランジに第３フランジ開口があり、第１フランジ開口が第２フランジ開口と第３フランジ開口との間に径方向に配置され、その結果、好ましくは第２フランジ開口が生じる。フランジ開口は、タワーセグメントの中心点からの径方向の間隔が、この中心点からの径方向の第３フランジ開口よりも小さく、好ましくは、第３のフランジ開口部は、支持構造の接続要素が第３のフランジ開口部を通って延びることができるように配置される。

第３フランジ開口により、フランジと支持構造との間のより安全な接続を達成することができる。さらに、第２フランジ開口間の間隔を任意に減少させることができないため、フランジと支持構造との間の可能な接続要素の数が増加する。
特に、第２フランジ開口がタワーベース要素の外周面に面し、第３フランジ開口がタワーベース要素の内周面に面することが好ましい。中心点は、特に、幾何学的重心を意味するものとして理解されるべきである。タワーベース要素および／またはフランジの部分的に環状の断面の場合、中心点は、完全に組み立てられた環状形状の幾何学的重心に対応する点を意味すると理解されることが好ましい。

タワーセグメントのさらに好ましい発展では、フランジが径方向にタワーベース要素の下端よりも大きい範囲を有する。フランジは、ここでは、特に径方向にタワーベース要素から内向きおよび外向きに延伸している。結果として、第２および／または第３フランジ開口の配置が単純化される。
好ましい発展では、タワーセグメントは、フランジ上に配置され、第１荷重要素開口および／または第２荷重要素開口を有する荷重要素を含むように開発され、締結要素は、第１荷重要素開口内に部分的に配置され、および／または第２荷重要素開口は、第２フランジ開口と共通の通過軸を有し、好ましくは、荷重要素は、第３フランジ開口と共通の通過軸を有する第３荷重要素開口を有する。

荷重要素は、例えば、荷重リングまたは荷重分散リングであってもよい。荷重要素は、特に、フランジのタワーベース要素とは反対側に配置される。荷重要素は、好ましくは、第１荷重要素開口を有し、後者は、さらに好ましくは、第１フランジ開口およびネジ付き開口と共通の長手方向軸を有する。好ましくは、第１荷重要素開口の直径および／または水平方向の範囲、特に、タワーベース要素の長手方向範囲に直交する範囲は、第１フランジ開口の直径および／または範囲よりも大きい。

第１荷重要素開口は、例えば、第１フランジ開口を通って延在し、ネジ付き開口内にねじ込まれるネジのネジ頭をその中に配置する目的で使用することができる。次に、ネジ頭は、フランジに対してその座面ベアリング、特に、タワーベース要素とは反対側を向くフランジの側のベアリングを持つことができる。荷重要素の厚さおよび／またはネジ頭の厚さは、好ましくは、ネジ頭が第１荷重要素開口に完全に配置され得るように提供される。

支持構造、特に、土台は、原則として完全に水平に形成することはできない。つまり、支持構造、特に、土台はわずかに傾斜している。かなりの高さを持つ風力発電設備の場合には、そのような傾斜は無視できない斜めの位置をもたらす。
荷重要素は、水平から外れるこの傾斜を補正するために使用される。この目的のために、荷重要素は、支持構造、特に土台上に配置され、適切な補償手段、特に、モルタルを使用して、支持構造とは反対側に面しフランジが配置されている荷重要素の側は、実質的な傾斜なしに実質的に水平な広がりを有する。

補償手段を備えた荷重要素、特に、モルタルが支持構造上に配置された後、それにタワーベース要素が固定されたフランジを荷重要素上に配置することができる。この目的のために、荷重要素は、支持構造の接続要素が延びることができる第２荷重要素開口および／または第３荷重要素開口を有する。
荷重要素には、第１荷重要素開口がないことが好ましい場合がある。この目的のために、例えば、支持構造、特に、土台のために、例えば、ネジ頭を配置することができる窪みを有することができる。

さらに、荷重要素は、形状が環状または部分的に環状であることが好ましく、および／またはフランジおよび荷重要素は一体的に形成される。好ましくは、荷重要素はフランジと同じ形状を有する。さらに、荷重要素および／またはフランジは、タワーベース要素と同じ断面を有することができる。
タワーセグメントのさらに好ましい実施形態の変形では、締結要素がネジの形をとる、および／または締結要素がネジ付きボルトおよびナットを有しており、ネジ付きボルトは、ネジ付き開口にねじ込まれ、第１フランジ開口を通って延在し、タワーベース要素とは反対側に面するフランジ側のナットにねじ込まれ、および／または締結要素は、クロスボルト開口付きのネジ付きボルト、クロスボルト、およびナットを有し、ネジ付きボルトは、ネジ付き開口にねじ込まれ、第１フランジ開口を通って延在し、タワーベース要素とは反対側に面するフランジの側で、クロスボルト開口を通って延在し、ナットにねじ込まれる。

クロスボルトは、好ましくは、クロスボルトがタワーベース要素とは反対側を向くフランジの側で支持され得るように、第１フランジ開口のそれよりも大きい少なくとも１つの範囲を有する。上記のナットは、拡張スリーブの形をとることもできる。拡張スリーブには、接続のさらなるプレストレスが可能になるというさらなる利点がある。
タワーセグメントのさらなる発展によると、径方向の第１フランジ開口の寸法は、径方向のタワーベース要素の厚さよりも小さい。この好ましい実施形態の変形例では、タワーベース要素は、完全にフランジ上に立っており、フランジ開口の上に完全に配置されている部分を持たない。その結果、配置の安定性が向上する。

さらに好ましい実施形態の変形によれば、タワーベース要素は、その径方向範囲がタワー壁の径方向範囲よりも大きい肥厚部分を下端に有する、および／またはタワーベース要素の上端がタワー壁を配置するように設計されている。
この好ましい実施形態の変形では、タワーベース要素の円周方向に実質的に平行に直交する表面が配向されているタワーベース要素の長手方向断面は、好ましくはボトル形状の形状を有する。特に、これは、下端が塔壁の径方向の広がりよりも径方向の広がりが大きいという事実によって区別される。さらに、タワーベース要素は、上端よりも下端の方が径方向の広がりが大きいことが好ましい場合がある。厚みのある部分は、特に、その中に配置されるネジ付き開口のために設計されている。この領域の肥厚の結果として、ネジ山、特に、多数のネジ山開口にもかかわらず、強度を向上させることができる。

タワーベース要素の上端は、特に、タワー壁をその上に配置できるように形成されている。例えば、タワーの壁は溶接法によって配置することができる。タワーセグメントは、環状断面を有するタワー壁をさらに含むことができ、タワー壁は、タワーベース要素の上端に配置され、好ましくは、タワーベース要素に溶接される。タワー壁は、好ましくは、タワーベース要素よりも、特に、タワーベース要素の厚い部分よりも径方向の広がりが小さい。

さらに、タワーベース要素のフランジへの接続、好ましくは、フランジの荷重要素への接続は、溶接接続がないように設計されることが好ましい。さらに、フランジがセグメント化されたフランジの形態をとってもよく、好ましくは、少なくとも２つの水平に隣接するフランジセグメントを有する。
さらなる側面によれば、冒頭に述べた目的は、タワー、特に、風力発電設備のタワーによって達成され、上記実施形態の変形の少なくとも１つによる少なくとも１つのタワーセグメント、支持構造、特に、土台、好ましくは支持構造に固定的に接続されている少なくとも１つの第１接続要素を有し、第１接続要素は、第２フランジ開口を通って、好ましくは第２荷重要素開口を通って延在し、好ましくは、支持構造とは反対側を向くフランジの側で対応する第２接続要素に接続され、フランジと支持構造の間に固定接続が形成される。

第２接続要素は、例えば、ナットまたは拡張スリーブであってもよい。さらに、第１接続要素はまた、ネジの形態をとることができ、ネジは、好ましくは、まず、第２フランジ開口を通って案内され、好ましくは同様に、第２荷重要素開口を通って案内され、支持構造にねじ込まれる。この目的のために、支持構造は、好ましくは、ネジ付き開口を有する。

タワーの好ましい実施形態の変形によれば、支持構造が、好ましくは、支持構造に固定的に接続されている、少なくとも１つの別の第１接続要素を有し、別の第１接続要素は、第３フランジ開口を通って、好ましくは第３荷重要素開口を通って延在し、フランジと支持構造の間に固定接続が形成されるように、支持構造とは反対側を向くフランジの側の別の対応する第２接続要素に次のように接続される。

さらなる側面によれば、冒頭に述べた目的は、上記実施形態の変形の少なくとも１つによるタワーセグメント、および／または上記の実施形態の変形の少なくとも１つによるタワーを含む風力発電設備によって達成される。
さらなる側面によると、冒頭で述べた目的は、タワー、特に、風力発電設備のタワーを構築する方法によって達成され、第１接続要素を有する支持構造、特に、土台を提供するステップと、ネジ付き開口を有するタワーベース要素の下端、特に、ターミナル下端に第１フランジ開口および第２フランジ開口とを有するフランジを設けるステップと、ネジ付き開口および第１フランジ開口に締結要素を設けることによりタワーベース要素の下端、特に、ターミナル下端にフランジを締結するステップと、第１接続要素が第２フランジ開口を通じて延伸するように支持構造上にフランジを設けるステップと、を備えている。

この方法の好ましい実施形態の変形では、以下のステップを含む：支持構造と第１荷重要素開口および／または第２荷重要素開口を有するフランジとの間に荷重要素を設けるステップ、少なくとも部分的に第１荷重要素開口内に締結要素を設ける、および／または第２荷重要素開口を通じて第１接続要素を誘導するステップ、好ましくは、支持構造の別の第１接続要素を、荷重要素の第３荷重要素開口を通じて誘導するステップ。

この方法とその可能な開発には、特に、タワーセグメントとその開発に使用するのに適した機能または方法ステップがある。これらのさらなる態様およびそれらの可能な発展のさらなる利点、実施形態の変形および実施形態の詳細については、タワーセグメントの対応する特徴および発展に関する上記の説明も参照されたし。
本発明の好ましい実施形態は、以下の図面を用いて例示しながら説明される。

風力発電設備の概略図。 タワーセグメントの２次元概略図。 タワーセグメントの２次元概略断面図。 従来のタワーセグメントの２次元概略図。

図１は、風力発電設備の実施形態の概略図を示す。図１は、タワー１０２、ナセル１０４を有する風力発電設備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、ナセル１０４とは反対側に面するその端部にタワーセグメント１０３を有する。タワーセグメント１０３は、上端がナセル１０４に面し、下端が土台１１２に面するタワーベース要素を有する。タワーベース要素の下端には、多数のネジ穴がある。タワーベース要素と土台１１２との間に、第１フランジ開口および第２フランジ開口を有するフランジがさらに配置されている。

タワーベース要素は、締結要素によってフランジに接続されている。この目的のために、タワーベース要素はネジ付き開口を有し、フランジは、第１フランジ開口を有している。土台１１２は、さらに、第２フランジ開口を通じて延伸する接続要素を有している。接続要素は、固定された接続がフランジと土台１１２との間に作られるように設計されている。したがって、タワー１０２に作用する力またはタワー１０２に作用するモーメントは、タワーベース要素を介して、フランジに、そして、後者から土台１１２に向けられる。

図２は、タワーセグメントの概略的な２次元図を示す。タワーセグメント２００は、タワーベース要素２１０、フランジ２３０、および荷重要素２６０を有する。タワーセグメント２００は、土台３００上に配置される。タワーベース要素２１０の上端２１２には、タワー壁２０２が配置される。
タワーベース要素２１０は、その長手方向に上端２１２から下端２１４まで延伸する。タワーベース要素２１０の長手方向の広がりは、タワーセグメント２００の高さＨに実質的に平行である。高さＨは、示されている動作状態では実質的に垂直に配向されている。

タワーセグメント２００は、好ましくは環状の形態であり、中心点を有する。中心点はここには表示されておらず、例えば、画像の左側にある。中心点の配置は、特に、以下に説明する図３から収集される。中心点からタワーセグメント２００までの範囲は、径方向Ｒに向けられている。タワーベース要素２１０は、ネジ付き開口２１６を有する。ネジ付き開口２１６は、タワーベース要素２１０の下端面２１４における終端に配置されている。タワーベース要素２１０は、形状が最終的に平面になるように設計されている。タワーベース要素２１０はさらに、下端２１４に隣接する領域において、厚み部分２１８を有し、厚み部分２１８から上端２１２に向かって先細りしている。

フランジ２３０は、タワーベース要素２１０の下端２１４に末端に配置されている。フランジ２３０は、第１フランジ開口２３２、第２フランジ開口２３４、および第３フランジ開口２３６を有する。第１フランジ開口は、フランジ２３０の径方向Ｒの径方向範囲に対して実質的に中央に配置されている。第２フランジ開口２３４は、径方向Ｒにおいて、第３フランジ開口２３６よりもフランジ２３０の中心点からのより大きな間隔を有する。示されている状態では、第３フランジ開口２３６は、タワーベース要素２１０の内周面に面している。第２フランジ開口２３４は、タワーベース要素２１０の外周面に面している。

フランジ２３０と土台３００の間には、荷重要素２６０が配置されている。垂直方向において、荷重要素２６０は、フランジ２３０と土台３００との間に配置されている。荷重要素２６０は、第１荷重要素開口２６２、第２荷重要素開口２６４、および第３荷重要素開口２６６を有する。
第１荷重要素開口２６２は、荷重要素２６０の径方向Ｒの径方向範囲に対して実質的に中央に配置されている。特に、第１荷重要素開口２６２は、第１フランジ開口２３２およびネジ付き開口２１６と共通の長手方向軸を有するように配置されている。第２荷重要素開口２６４および第３荷重要素開口２６６は、径方向Ｒにおいて第１荷重要素開口２６２から離間されている。特に、第２荷重要素開口２６４は、第３荷重要素開口２６６よりも上で定義された中心点からさらに離れて配置されている。

フランジ２３０は、スクリュー２５０の形態をとる固定要素によってタワーベース要素２１０に接続されている。スクリュー２５０は、スクリューシャンク２５２およびスクリューヘッド２５４を有する。スクリューシャンク２５２は、第１フランジ開口２３２を通じて延伸し、ネジ付き開口２１６にねじ込まれている。ネジ頭は、タワーベース要素２１０とは反対側を向くフランジ２３０の水平面に耐えるように配置されている。したがって、フォースフィットは、タワーベース要素２１０とフランジ２３０との間に生成され得る。

土台３００は、第１接続要素３０２と第３接続要素３０６とを有している。第１接続要素３０２および第３接続要素３０６は、土台３００から略垂直に上方向に突出している。第１接続要素３０２は、第２荷重要素開口２６４および第２フランジ開口２３４を通じて延伸している。第１接続要素３０２は、第２フランジ開口２３４から垂直に出る。この時点で、第１接続要素３０２は、ナットの形をとる第２接続要素３０４に結合される。ナットは、第１接続要素３０２の遠位端のネジ山にねじ込まれている。その結果、荷重要素２６０を介したフランジ２３０の土台３００への固定接続が可能になる。

これと同様に、第３接続要素３０６は、第３荷重要素開口２６６および第３フランジ開口２３６を通じて延伸し、第４接続要素３０８、この場合は同様にナットに固定される。フォースフィットは、タワーベース要素２１０の力が、特に、スクリュー２５０によってフランジ２３０に伝達されることで生じる。次に、力がフランジから荷重要素を介して土台３００に伝達され、フランジ２３０、荷重要素２６０、および土台３００の間のこの接続は、接続要素３０２，３０４，３０６，３０８によって生じる。

図３は、タワーセグメント２００の概略的な２次元断面図を示す。タワーセグメント２００は中心点２０４を有する。タワーベース要素２１０、フランジ２３０および荷重要素２６０は、実質的に環状の断面を有する。タワーベース要素２１０、フランジ２３０および荷重要素２６０は、同様に中心点２０４を有する。タワーベース要素２１０はさらに、中心点２０４に面する内周面２２２と、中心点から離れて面する外周面２２０とを形成する。タワーセグメント２００の高さＨは、作図平面に対して直交する方向に向けられている。図３は、特に、第１接続要素３０２および第３接続要素３０６、並びに第２フランジ開口２３４および第３フランジ開口２３６の配置を明らかにしている。フランジ開口２３４，２３６は、穴の円として設計されている。

図４は、従来技術で知られているタワーセグメントの概略的な２次元図を示す。タワーセグメント６００は、フランジ６３０が固定的に配置されたタワーベース要素６１０を備えている。フランジ６３０の下側には、荷重要素６６０が配置されている。フランジ６３０および荷重要素６６０はそれぞれ、接続要素７０２，７０６が延伸する貫通開口を有し、これらは、さらに接続要素７０４によってフランジ６３０に固定されている。接続要素７０２，７０６は、土台７００に固定されている。

ここに示されるタワーセグメント６００は、フランジ６３０がタワー壁６０２ではなくタワーセグメント６００の最大直径を決定するという欠点を有する。結果として、タワー壁６０２は、直径がより小さくなるように設計されなければならず、これは、強度および／または剛性の損失につながる可能性がある。あるいは、タワーセグメント６００は、水平方向にセグメント化されなければならない。

図１、図２および図３に示されているタワーセグメント１０３，２００は、とりわけ、最適化されたロジスティクスを可能にする。特に、それぞれのタワーベース要素２１０は、最大輸送可能直径、特に、４．３０ｍに設計することができる。特に、この次元では、フランジは、風力発電設備１００の設置場所でタワーベース要素２１０に最初に固定されるので、制限されるのはフランジ２３０の直径ではない。したがって、本発明によるタワーセグメント１０３，２００は、より単純でより好ましい方法で輸送することができる。さらに、これにより、風力発電設備のタワー１０２のより良い強度関連の設計が可能になる。さらに、土台１１２，３００への風力発電設備のタワー１０２のより費用効果の高い取り付けが可能である。

１００ 風力発電設備
１０２ タワー
１０３ タワーセグメント
１０４ ナセル
１０６ ロータ
１０８ ロータブレード
１１０ スピナ
１１２ 土台
２００ タワーセグメント
２０２ タワー壁
２０４ 中心点
２１０ タワーベース要素
２１２ 上端
２１４ 下端
２１６ ネジ付き開口
２１８ 厚み部分
２２０ 外周面
２２２ 内周面
２３０ フランジ
２３２ 第１フランジ開口
２３４ 第２フランジ開口
２３６ 第３フランジ開口
２５０ スクリュー
２５２ スクリューシャンク
２５４ スクリューヘッド
２６０ 荷重要素
２６２ 第１荷重要素開口
２６４ 第２荷重要素開口
２６６ 第３荷重要素開口
３００ 土台
３０２ 第１接続要素
３０４ 第２接続要素
３０６ 第３接続要素
３０８ 第４接続要素
６００ タワーセグメント
６０２ タワー壁
６１０ タワーベース要素
６３０ フランジ
６６０ 荷重要素
７００ 土台
７０２ 第１接続要素
７０４ 第２接続要素
７０６ 第３接続要素
Ｈ 高さ
Ｒ 径方向

Claims (34)

1. 支持構造に取り付けるための、タワーセグメント（１０３，２００）であって、
   上端（２１２）および下端（２１４）と、前記下端（２１４）に設けられたネジ付き開口（２１６）とを有するタワーベース要素（２１０）と、
   前記下端（２１４）に設けられ、第１フランジ開口（２３２）および第２フランジ開口（２３４）を有するフランジ（２３０）と、
   を備え、
   前記タワーベース要素（２１０）および前記フランジ（２３０）は、前記ネジ付き開口（２１６）および前記第１フランジ開口（２３２）に設けられた締結要素（２５０）によって接続されており、
   前記第２フランジ開口（２３４）は、前記支持構造の接続要素が前記第２フランジ開口（２３４）を通じて延伸できるように形成されているとともに、
   前記ネジ付き開口（２１６）は、前記タワーベース要素（２１０）の下端面における終端に設けられている、
   タワーセグメント（１０３，２００）。
2. 前記ネジ付き開口（２１６）は、前記タワーベース要素（２１０）の前記下端（２１４）における前側に設けられている、および／または、
   前記第１フランジ開口（２３２）は、前側の前記下端（２１４）に隣接するように前記フランジ（２３０）に設けられている、
   請求項１に記載のタワーセグメント（１０３，２００）。
3. 前記タワーベース要素（２１０）および／または前記フランジ（２３０）は、環状の断面を有している、
   請求項１または２に記載のタワーセグメント（１０３，２００）。
4. 前記フランジ（２３０）は、第３フランジ開口（２３６）と、
   前記第１フランジ開口（２３２）は、前記第２フランジ開口（２３４）が、径方向（Ｒ）において、前記第２フランジ開口（２３４）と前記第３フランジ開口（２３６）との間に設けられている、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のタワーセグメント（１０３，２００）。
5. 前記フランジ（２３０）に設けられ、第１荷重要素開口（２６２）および／または第２荷重要素開口（２６４）を有する荷重要素（２６０）を備え、
   前記締結要素（２５０）は、部分的に前記第１荷重要素開口（２６２）内に設けられており、および／または、前記第２荷重要素開口（２６４）は、前記第２フランジ開口（２３４）と共通の通過軸を有する、
   請求項４に記載のタワーセグメント（１０３，２００）。
6. 前記荷重要素（２６０）は、環状または部分的に環状の形状である、および／または、
   前記フランジ（２３０）および前記荷重要素（２６０）は、一体として形成されている、
   請求項５に記載のタワーセグメント（１０３，２００）。
7. 前記締結要素（２５０）は、スクリューの形状であって、および／または、
   前記締結要素（２５０）は、ネジ付きボルトおよびナットを有し、前記ネジ付きボルトは前記ネジ付き開口（２１６）にねじ込まれ、前記第１フランジ開口（２３２）を通って延伸し、前記タワーベース要素（２１０）とは反対側を向く前記フランジ（２３０）の側において前記ナットにねじ込まれ、および／または、
   前記締結要素（２５０）は、クロスボルト開口を持つネジ付きボルトおよびクロスボルト、ナットを有し、前記ネジ付きボルトは、前記ネジ付き開口（２１６）にねじ込まれ、前記第１フランジ開口（２３２）を通って延伸し、前記タワーベース要素（２１０）とは反対側を向く前記フランジ（２３０）の側において、前記クロスボルト開口を通って延伸し前記ナットにねじ込まれている、
   請求項１から６のいずれか１項に記載のタワーセグメント（１０３，２００）。
8. 径方向（Ｒ）における前記第１フランジ開口（２３２）の寸法は、前記径方向（Ｒ）における前記タワーベース要素（２１０）の厚さよりも小さい、
   請求項１から７のいずれか１項に記載のタワーセグメント（１０３，２００）。
9. 前記タワーベース要素（２１０）は、前記下端（２１４）において、その径方向の大きさがタワー壁（２０２）の径方向の大きさよりも大きい厚み部分（２１８）を有し、および／または、
   前記タワーベース要素（２１０）の前記上端（２１２）は、タワー壁（２０２）を配置するために設計されている、
   請求項１から８のいずれか１項に記載のタワーセグメント（１０３，２００）。
10. 環状断面を有するタワー壁（２０２）を備え、前記タワー壁（２０２）は、前記タワーベース要素（２１０）の前記上端（２１２）に設けられ、および／または、
    前記タワー壁（２０２）は、前記タワーベース要素（２１０）よりも小さい径方向の大きさを有している、
    請求項１から９のいずれか１項に記載のタワーセグメント（１０３，２００）。
11. 前記タワーベース要素（２１０）の前記フランジ（２３０）への接続は、溶接接続がないように設計されている、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載のタワーセグメント（１０３，２００）。
12. 前記フランジ（２３０）は、セグメント化されたフランジ（２３０）の形態を有する、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載のタワーセグメント（１０３，２００）。
13. タワー（１０２）であって、
    請求項１から１２のいずれか１項に記載の少なくとも１つのタワーセグメントと、
    少なくとも１つの第１接続要素を有する支持構造（１１２，３００）と、
    を備え、
    前記第１接続要素は、前記第２フランジ開口（２３４）を通じて延伸する、
    タワー（１０２）。
14. 前記支持構造（１１２，３００）は、少なくとも１つの別の第１接続要素を有し、
    前記別の第１接続要素は、第３フランジ開口（２３６）を通じて延伸し、前記フランジ（２３０）と前記支持構造（１１２，３００）との間が固定接続されるように、前記支持構造（１１２，３００）とは反対側を向く前記フランジ（２３０）の側において、対応する別の第２接続要素に接続される、
    請求項１３に記載のタワー（１０２）。
15. 請求項１から１２のいずれか１項に記載のタワーセグメント（１０３，２００）、および／または、
    請求項１３または１４に記載のタワー（１０２）と、
    を備えた風力発電設備（１００）。
16. タワー（１０２）の構築方法であって、
    第１接続要素（３０２，３０４）を有する支持構造（１１２，３００）を設けるステップと、
    前記タワーベース要素（２１０）の下端面における終端に設けられたネジ付き開口（２１６）を有するタワーベース要素（２１０）の下端（２１４）に第１フランジ開口（２３２）と第２フランジ開口（２３４）とを有するフランジ（２３０）を設けるステップと、
    前記ネジ付き開口（２１６）および前記第１フランジ開口（２３２）に締結要素を設けることにより、前記タワーベース要素（２１０）の前記下端（２１４）に前記フランジ（２３０）を締結するステップと、
    前記第１接続要素（３０２，３０６）が前記第２フランジ開口（２３４）を通じて延伸するように、前記支持構造（１１２，３００）に前記フランジを設けるステップと、
    を備えた方法。
17. 前記支持構造（１１２，３００）と、第１荷重要素開口（２６２）および／または第２荷重要素開口（２６４）を有する前記フランジ（２３０）との間に荷重要素（２６０）を設けるステップと、
    少なくとも部分的に前記第１荷重要素開口（２６２）内に締結要素（２５０）を設ける、および／または、前記第２荷重要素開口（２６４）を通じて前記第１接続要素（３０２，３０６）を誘導するステップと、
    をさらに備えている、
    請求項１６に記載の方法。
18. 前記支持構造は、土台であって、前記タワーセグメント（１０３，２００）は、風力発電設備（１００）のタワー（１０２）のタワーセグメント（１０３，２００）である、
    請求項１に記載のタワーセグメント（１０３，２００）。
19. 前記第１フランジ開口（２３２）は、前記第２フランジ開口（２３４）が径方向（Ｒ）において中心点（２０４）からの径方向（Ｒ）における第３フランジ開口（２３６）よりもタワーセグメント（１０３，２００）の前記中心点（２０４）からの間隔が小さくなるように、設けられている、
    請求項４に記載のタワーセグメント（１０３，２００）。
20. 前記第３フランジ開口（２３６）は、前記支持構造の接続要素が前記第３フランジ開口（２３６）を通じて延伸できるように、設けられている、
    請求項４に記載のタワーセグメント（１０３，２００）。
21. 前記荷重要素（２６０）は、前記第３フランジ開口（２３６）と共通の通過軸を有する第３荷重要素開口（２６６）を有している、
    請求項５に記載のタワーセグメント（１０３，２００）。
22. 前記タワー壁（２０２）は、前記タワーベース要素（２１０）に溶接されている、
    請求項１０に記載のタワーセグメント（１０３，２００）。
23. 前記タワー壁（２０２）は、前記タワーベース要素（２１０）の厚み部分（２１８）よりも小さい径方向の大きさを有している、
    請求項１０に記載のタワーセグメント（１０３，２００）。
24. 前記フランジ（２３０）の荷重要素（２６０）への接続は、溶接接続がないように設計されている、
    請求項１１に記載のタワーセグメント（１０３，２００）。
25. 前記フランジ（２３０）は、少なくとも２つの水平に隣接するフランジセグメントを有している、
    請求項１２に記載のタワーセグメント（１０３，２００）。
26. 前記タワー（１０２）は、風力発電設備（１００）のタワー（１０２）であり、
    前記支持構造は、土台である、
    請求項１３に記載のタワー（１０２）。
27. 少なくとも１つの第１接続要素は、前記支持構造（１１２，３００）に固定接続されている、
    請求項１３に記載のタワー（１０２）。
28. 前記第１接続要素は、第２荷重要素開口（２６４）を通じて延伸する、
    請求項１３に記載のタワー（１０２）。
29. 前記第１接続要素は、前記フランジ（２３０）と前記支持構造（１１２，３００）との間が固定接続されるように、前記支持構造（１１２，３００）とは反対側を向く前記フランジ（２３０）の側において、対応する第２接続要素に接続される、
    請求項１３に記載のタワー（１０２）。
30. 前記少なくとも１つの別の第１接続要素は、前記支持構造（１１２，３００）に固定接続される、
    請求項１４に記載のタワー（１０２）。
31. 前記別の第１接続要素は、第３荷重要素開口（２６６）を通じて延伸する、
    請求項１４に記載のタワー（１０２）。
32. 前記タワー（１０２）は、風力発電設備（１００）のタワー（１０２）であり、
    前記支持構造（１１２，３００）は、土台である、
    請求項１６に記載の方法。
33. 前記下端（２１４）は、前記タワーベース要素（２１０）のターミナル下端（２１４）である、
    請求項１６に記載の方法。
34. 前記支持構造（１１２，３００）の別の第１接続要素（３０２，３０６）を、前記荷重要素（２６０）の第３荷重要素開口（２６６）を通じて誘導するステップを、さらに備えている、
    請求項１７に記載の方法。

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