TWI761999B - 風力渦輪機塔設備及其組裝方法 - Google Patents

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Abstract

一種風力渦輪機塔設備包含單樁、過渡件基座及設置在該基座之頂部上的塔。該塔包含第一圓柱形部分及從該第一圓柱形部分之下端突出朝向該塔之外側的第一外凸緣。該基座包含第二圓柱形部分及從該第二圓柱形部分之上端突出朝向該基座之外側的第二外凸緣。該塔及該基座藉由穿過該第一外凸緣及該第二外凸緣之複數個柱螺栓而連接。在該第二外凸緣下方，突出部分從該第二圓柱形部分突出至該第二外凸緣之下。

Description

風力渦輪機塔設備及其組裝方法
本揭示係關於風力渦輪機塔設備，諸如離岸風力渦輪機設備及其組裝方法。
專利文件1揭示兩個塔段具備向內突伸之內凸緣，且該塔段藉由用螺栓固定這些內凸緣而連接在一起。專利文件2揭示風力渦輪機，其包含用於維護裝置的平台。 引用清單 專利文獻
專利文件1：EP2192245A 專利文件2：WO2013/060703A
近年來，安裝在水邊(諸如湖、海及河川)上以產生風力發電的風力渦輪機已變得普遍。此風力渦輪機(例如，底部固定式離岸風力渦輪機)大部分包含基座，諸如具有過渡件之單樁，以及如風力渦輪機塔設備之塔。
此風力渦輪機在塔及基座之間需要堅固的連接以提供抵抗地震、波浪、或強風的強度。就此而言，固定如專利文件1中揭示之內凸緣的組構可能無法提供足夠的連接強度。因此可預想到提供外凸緣，其向外突伸至塔且該基座可選地包含過渡件且將它們固定在一起。
由於該過渡件被設置在受波浪影響的位置，因此該過渡件被設計成比該塔還堅硬。因此，該突出部分(尤其若該突出部分係平台)通常被設置在具有高硬度之過渡件的外周邊上。然而，在外凸緣被設置至塔且該基座包含過渡件的情況中，已發現該突出部分必須被放置在遠離外凸緣的適當位置中。專利文件1及2並未揭示用於達成此適當設置的措施。
鑑於上文，本揭示之一目的係要提供一種風力渦輪機塔設備，其可將塔更穩固地連接至基座(可選地包含過渡件)且可將該突出部分(諸如平台)設置在適當位置。
依照本揭示之風力渦輪機塔設備，包含：基座(諸如單樁，其具有設置在該單樁之頂部上的過渡件)；及設置在該基座之頂部上的塔。該塔包含第一圓柱形部分及從該第一圓柱形部分之下端突出朝向該塔之外側的第一外凸緣。該基座包含第二圓柱形部分及從該第二圓柱形部分之上端突出朝向該基座之外側的第二外凸緣。該塔及該基座藉由穿過該第一外凸緣及該第二外凸緣之複數個螺栓而連接。在該第二外凸緣下方，突出部分(諸如平台)從該第二圓柱形部分突出至該第二外凸緣之下。此外，該複數個螺栓係柱螺栓。
本發明之風力渦輪機塔設備之一態樣係關於依照本揭示之風力渦輪機塔設備，包含：單樁；設置在該單樁之頂部上的過渡件；及設置在該過渡件之頂部上的塔。該塔包含第一圓柱形部分及從該第一圓柱形部分之下端突出朝向該塔之外側的第一外凸緣。該過渡件包含第二圓柱形部分及從該第二圓柱形部分之上端突出朝向該過渡件之外側的第二外凸緣。該塔及該過渡件藉由穿過該第一外凸緣及該第二外凸緣之複數個柱螺栓而連接。在該第二外凸緣下方，在該過渡件之外周邊上設置平台。
依照本揭示之風力渦輪機塔設備的組裝方法，包含：在水中設置基座(諸如在頂部上具有過渡件的單樁)；在基座之頂部上設置塔；及插入複數個螺栓以便穿過從該塔之第一圓柱形部分之下端突出朝向該塔之外側的第一外凸緣及從該基座之第二圓柱形部分之上端突出朝向該基座之外側的第二外凸緣，以藉由該複數個螺栓連接該塔及該基座。在該第二外凸緣下方，突出部分(諸如平台)從該第二圓柱形部分突出至該第二外凸緣部分之下。此外，該複數個螺栓係柱螺栓。
本發明之方法之一態樣係關於依照本揭示之風力渦輪機塔設備的組裝方法，包含：在水底設置單樁；在該單樁之頂部上設置過渡件；在該過渡件之頂部上設置塔；及插入複數個柱螺栓以便穿過從該塔之第一圓柱形部分之下端突出朝向該塔之外側的第一外凸緣及從該過渡件之第二圓柱形部分之上端突出朝向該過渡件之外側的第二外凸緣，以藉由該複數個柱螺栓連接該塔及該過渡件。在該第二外凸緣下方，在該過渡件之外周邊上設置平台。
依照本揭示，提供可更穩固地連接塔至過渡件且可將該平台設置在適當位置的風力渦輪機塔設備。
現將將參考附圖詳細描述實施例。除非特別指明，吾人意欲在實施例中描述之組件的尺寸、材料、形狀、相對位置等等應被解釋為僅為闡釋性而非用以限制本發明之範疇。 例如，相對或絕對配置之表達，諸如「在一方向」、「沿一方向」、「平行」、「正交」、「定心」、「同心」及「同軸」不應解釋為僅以嚴格字面上的意思來指示該配置，而是亦包含其中該配置以一裕度或以一角度或一距離相對移位以可達成相同之功能之狀態。 例如，相等狀態之表達，諸如「相同」及「一致」不應僅被解釋為指示其中該特徵係嚴格地相等的狀態，而是亦包含其中仍存在可達成相同功能之裕度或差異之狀態。 此外，例如，形狀之表達，諸如矩形形狀或圓柱形形狀不應僅被解釋為幾何上的嚴格形狀，而是亦包含具有落在其中可達成相同功效之範圍內之不均勻或倒角邊角之形狀。 另一方面，諸如「包括」、「包含」、「具有」、「含有」及「構成」之表達並不旨在排除其他的組件。
(風力渦輪機塔設備之組構) 現將描述根據一實施例之風力渦輪機塔設備100的組構。圖1係用於描述根據一實施例之風力渦輪機塔設備100之組構的示意圖。此圖式展示風力渦輪機塔設備100之外觀。風力渦輪機塔設備100係有關安裝在水邊(諸如湖、海及河川)的水邊上之風力渦輪機的設備。
如圖1所示，風力渦輪機塔設備100包含基座，該基座具有設置在水中(諸如在水底，例如經由吸力沉箱或藉由插入至海床中)之單樁10，及設置在單樁10之頂部上的過渡件20。應注意，「設置在…之頂部上」的表達涵蓋其中兩個構件被設置成彼此上下面對面(通常經由凸緣連接)之實施例以及其中第一構件之末端部分被設置成以某些垂直重疊於第二構件(類似於頭上的帽子或蛋杯上的蛋)之實施例兩者。此外，風力渦輪機塔設備100包含設置在過渡件20之頂部上的塔30。在塔30之頂部上，機艙、輪轂、風力渦輪機葉片、發電機等等(未圖示)被設置為用於產生風力發電之組件。風力渦輪機塔設備100可以係不包括諸如機艙、輪轂、風力渦輪機葉片、發電機等等之組件之風力渦輪機的部分，或可以係包含這些組件之風力渦輪機。
該塔30包含第一圓柱形部分31及從第一圓柱形部分31之下端突出朝向塔30之外側的第一外凸緣32。該基座(在圖1中尤其係指過渡件20)包含第二圓柱形部分21及從該第二圓柱形部分21之上端突出朝向該過渡件20之外側的第二外凸緣22。
塔30及過渡件20係藉由穿過第一外凸緣32及第二外凸緣22之複數個柱螺栓40而連接。第一螺母41被設置在柱螺栓之下側，且第二螺母42被設置在柱螺栓之上側。由於該螺栓係柱螺栓，因此兩螺母係可釋放地連接至該柱螺栓。如稍後描述之圖2所示，墊圈45可被設置在第一螺母41與第二外凸緣22之間及第二螺母42與第一外凸緣32之間。或者，可使用凸緣螺母。
突出部分(在圖1中由供操作者維護之用之平台50例示)在第二外凸緣22下方被設置於過渡件20之外周邊上。該平台50包含底板51及沿著過渡件20之外周邊設置的欄杆52。在圖1中，僅繪示該平台50以易於看到塔30與過渡件20之間的連接部分。該突出部分(諸如平台50)可例如涵蓋過渡件20之整個圓周。高度較佳地該突出部分係平台，但本發明之其他有利的實施例之實例係關於當突出部分係基座(例如三腳架式或管架式基座)之支腿，或者具有擴大直徑之管狀結構，例如用於浮動式基座。
較佳的是，該風力渦輪機塔設備之基座包括選自由單樁式基座、管架式基座、三腳架式基座、重力式基座及浮動式基座組成之群組之基底部分。此外，該基座可可選地進一步包括設置在該基底部分之頂部上的過渡件。一特別較佳類型之基座係包括被設置在單樁10之頂部上之過渡件20的基座，其中該過渡件包含第二圓柱形部分21且該平台50被設置在過渡件20之外周邊上。
塔30之第一圓柱形部分31具有可允許一人進出該塔30的入口60。該入口係高於塔之第一外凸緣，所以要從平台到入口係有樓梯70連接該入口60及平台50。替代地，梯子可連接該入口及平台以取代樓梯70。該樓梯或梯子可設置為塔之一部分、為該基座(諸如過渡件)之部分、或為一獨立部分。
在圖1所示之實例中，基座之過渡件20之第二圓柱形部分21的外徑可在連接至單樁10之下方部分處擴大且較佳地包含比第二外凸緣22之外徑還大的外徑。此外，過渡件20之底部的外徑較佳地大於第二外凸緣22之外徑。藉此，便可改良作為基底之穩定性。單樁10之上部分插入至過渡件20中，如虛線所示。在單樁10與過渡件20之間的徑向方向間隙可用灌漿(未圖示)填滿。
在此，如圖2所示，當W係第一外凸緣32及第二外凸緣22之內部至外部凸緣寬度，且T係第一外凸緣32及第二外凸緣22的總凸緣厚度，則較佳地1＜(W/T)＜3。此外，當dbolt 係柱螺栓40之直徑，則較佳地5×dbolt ＜W＜11×dbolt 。利用此組構，便可提供足夠強度，即使安裝條件由於外部環境(諸如波浪及風)是嚴格的。內部至外部凸緣寬度W係從第一外凸緣32或第二外凸緣22之外邊緣至第二圓柱形部分21的內壁表面的寬度。舉例而言，在第一內凸緣33係由第一外凸緣32連續地形成的情況中，第一外凸緣32之內部至外部凸緣寬度W包含第一外凸緣32之寬度及第一內凸緣33之寬度。相反地，在第一內凸緣33不存在的情況中，第一外凸緣32之內部至外部凸緣寬度W不包含第一內凸緣33之寬度。第二外凸緣22之內部至外部凸緣寬度W係同樣地定義。
圖2係根據一實施例在塔30與基座之過渡件20之間之連接部分的截面圖。此圖式展示該連接部分之擴大的垂直橫截面。如圖2所示，此實施例之塔30進一步包含從第一圓柱形部分31之下端突出朝向塔30之內側的第一內凸緣33。該基座進一步包含從第二圓柱形部分21之上端突出朝向基座(在此例示為過渡件20)之內側的第二內凸緣23。塔30及基座(諸如展示之過渡件20)藉由穿過第一內凸緣33及第二內凸緣23之複數個柱螺栓40而連接。
因此，塔30及基座10、20可在第一外凸緣32及第二外凸緣22處連接，或除了第一外凸緣32及第二外凸緣22外可在第一內凸緣33及第二內凸緣23處連接。在圖2中，穿過第一內凸緣33及第二內凸緣23之柱螺栓40未被描繪，但第一內凸緣33及第二內凸緣23係以與第一外凸緣32及第二外凸緣22相同之方式用柱螺栓40固定。
第一內凸緣33及第二內凸緣23較佳地具有相同的內徑及相同厚度。因此，如圖2所示，第一內凸緣33及第二內凸緣23亦可重疊使得其內徑對準。
第一外凸緣32及第二外凸緣22較佳地具有相同的外徑及相同厚度。因此，如圖2所示，第一外凸緣32及第二外凸緣22亦可重疊使得其外徑對準。
第一外凸緣32及第一內凸緣33可由單一環形構件形成。亦即，第一外凸緣32及第一內凸緣33可一體式形成為T形凸緣。這同樣適用於第二外凸緣22及第二內凸緣23。此外，如圖2所示，第一外凸緣32及第一內凸緣33可具有相同的內部至外部凸緣寬度W及相同的厚度T/2，且第二外凸緣22及第二內凸緣23可具有相同的內部至外部凸緣寬度W及相同的厚度T/2。
如圖2所示，支架80可設置在基座(由過渡件20例示)之內側上。使用該支架80，操作者可將第一內凸緣33固定至第二內凸緣23。支架80較佳地設置在與第二內凸緣23距離0.5至2 m之範圍內，使得在該支架上的操作者可觸及該連接位置。
已發現本發明在一實施例中係特別有利，其中該突出部分在水平平面中比該外凸緣之外徑突出更多，且在連接第一外凸緣32及第二外凸緣22之柱螺栓40正下方之該突出部分之上表面與該第二外凸緣22之下表面之間的垂直距離L1係短於用於連接該塔30及該基座10、20之該柱螺栓40中的至少一者的該柱螺栓之長度L2。
如圖2A所示，由平台50之底板51例示之突出部分的上表面與第二外凸緣22之下表面之間的距離L1可短於柱螺栓40之長度L2。例如，當L2係400 mm或以下(例如，370 mm)時，L1可為350 mm或以下(例如，220 mm)。在此情況中，突出部分(在此係平台50之底板51)被定位在靠近第二外凸緣22的高度處。在圖2B中，突出部分由基座之支腿(10)例示。在圖2B中，在柱螺栓40正下方之突出部分的上表面由52標記且亦標記垂直距離L1。 風力渦輪機基座及風力渦輪機塔的凸緣傳統上係藉由典型的螺栓連接，該螺栓具有一個固定頭部及一個可移除螺母，因為此螺栓可快速固定且易於處置。 針對圖2中描述的情況，已發現使用柱螺栓有高度的優點。柱螺栓係螺紋銷(有時亦稱為雙頭螺紋螺栓)，在其全部長度或至少靠近該銷之兩端的部分具有螺紋且在靠近該兩端配備有可移除螺母。這是例如由於第二外凸緣與突出部分之間的距離L1遠短於使用典型螺栓可實現的(其中L1通常將大於500 mm)。若突出部分係平台且至塔之入口被設置在第一凸緣32(33)上方，則使用柱螺栓可允許較短的樓梯或梯子用於連接入口及平台，這可導致材料的節省(及成本與重量)及/或藉由減少跌落樓梯的影響而增加安全性。此外，凸緣22、23、32、33位置係遠高於該構造，因此這些凸緣可能需要被製造成更堅固(且通常更厚)以當安裝條件由於諸如波浪及風之外部環境而嚴格時可保持強度。
圖3係根據一實施例設置在風力渦輪機塔設備100上的帽蓋43之截面圖。如圖3所示，在柱螺栓40插入至第二外凸緣22中且具有第一螺母41時，帽蓋43可被設置成覆蓋柱螺栓40及第一螺母41的曝露部分。類似地，在柱螺栓40插入至第一外凸緣32中且具有第二螺母42時，帽蓋43可被設置成覆蓋柱螺栓40及第二螺母42的曝露部分。因此，藉由用帽蓋43覆蓋柱螺栓40及螺母(第一螺母41及第二螺母42)的曝露部分，便可防止在柱螺栓40及螺母的曝露部分處的侵蝕。
圖4係根據一實施例用於風力渦輪機塔設備100之油脂44的截面圖。如圖4所示，油脂44可施加至柱螺栓40及螺母(第一螺母41及第二螺母42)之曝露部分。因此，其可防止在柱螺栓40及螺母之曝露部分處的侵蝕。在施加油脂44之後，便可提供帽蓋43。
附帶一提，當塔30連接至基座時，有可能發生塔30之傾斜角偏離在風力渦輪機的操作上可接受範圍的情況。在此情況中，有需要調整該塔30之傾斜角。
圖5A係根據一實施例風力渦輪機塔設備100使用調整環90之前視圖。諸如柱螺栓40的組件未描繪在此圖式中。圖5B係根據一實施例設置在風力渦輪機塔設備100中之調整環90的透視圖。
如圖5A所示，設置在塔30與由過渡件20例示之基座之間的調整環90可使得塔30之傾斜角在風力渦輪機之操作上落在可接受範圍內。例如，在圖5A中，過渡件20相對於垂直方向傾斜，且過渡件20之上表面並非水平。即使在此情況中，塔30之下表面可藉由調整環90而調整為水平。
如圖5B所示，調整環90之厚度在圓周方向上係不均勻的。換言之，調整環90之橫截面形狀隨在圓周方向上的位置而變化。調整環90較佳地具有與第一外凸緣32及第二外凸緣22相同的外徑。調整環90較佳地具有與第一內凸緣33及第二內凸緣23相同的內徑。
若單一調整環90不足以用於調整，則可以組合多個調整環90用於調整。例如，1 mm厚的調整環90可與3 mm厚的調整環90組合用於調整4 mm之厚度。因此，塔30之傾斜角可藉由一或多個調整環90來調整。調整環90可以係單件式完整環或該環可以由若干較小區段組成，諸如2、4、10或高達至約20個區段之其他數目的區段。這允許調整環易於製造、運輸及安裝，尤其針對具有超過7公尺之直徑的塔。
(組裝風力渦輪機塔設備之方法) 現將描述根據一實施例之風力渦輪機塔設備100的組裝方法。組裝風力渦輪機塔設備100之方法表示生產風力渦輪機塔設備100之方法。在此，將描述使用螺栓拉伸器裝置200(見稍後描述之圖7A或7B)的連接操作。
在此實例中，為了組裝前的準備，將第一環形構件焊接至塔30之第一圓柱形部分31的下端以形成第一外凸緣32及第一內凸緣33。此外，將第二環形構件焊接至基座之第二圓柱形部分21的上端以形成第二外凸緣22及第二內凸緣23。在此情況中，例如，如圖2所示，第一外凸緣32及第一內凸緣33係一體式形成，且第二外凸緣22及第二內凸緣23係一體式形成。此外，焊接增進連接部分之強度。這些步驟可被併入作為組裝風力渦輪機塔設備100之方法的步驟。
圖6A係根據一實施例展示其中螺母(第一螺母41或第二螺母42)暫時地固定至柱螺栓40之狀態的示意圖。圖6B係根據一實施例展示該柱螺栓40被拉伸之狀態的示意圖。圖6C係根據一實施例展示其中柱螺栓40被拴緊之狀態的示意圖。
圖7A係根據一實施例用於描述其中螺栓拉伸器裝置200將被使用之狀態的示意圖。圖7B係根據一實施例用於描述其中螺栓拉伸器裝置200被使用之狀態的示意圖。
如圖7A及7B所示，螺栓拉伸器裝置200包含設置在上部分的拉拔器(套筒)201、用於藉由油壓力抬升拉拔器201之本體202、設置在下部分之橋接件203、被組構成用以裝配至欲被拴緊在橋接件203內之螺母的螺母環204、及被組構成用以經由螺母環204旋轉螺母之槓桿205。該本體202包含活塞、荷重元(load cell)、及密封構件，且進一步包含孔212，油可通過該孔212從液壓泵(未圖示)被供應。在圖7A及7B中，組構之部分(例如橋接件203及螺母環204)被切開以繪示內部狀態。
圖8係根據一實施例組裝風力渦輪機塔設備100之方法的流程圖，其中該基座包括單樁及過渡件，且突出部分係平台。以下將參考圖8描述根據一實施例之風力渦輪機塔設備100的組裝方法。
首先，將單樁10設置在水底(步驟S1)。接著，將過渡件20設置在單樁10之頂部上(步驟S2)。平台50在第二外凸緣22下方被定位在過渡件20之外周邊上。
該塔30被設置在過渡件20之頂部上(步驟S3)。塔30及過渡件20係用柱螺栓40連接(步驟S4)。步驟S4之細節將詳細描述。針對其中基座基底部分係單樁以外的另一類型的實施例，則步驟S1被調整為所使用的基座基底部分，特定言之，管架式基座、三腳架式基座、重力式基座或浮動式基座。針對其中基座不包括過渡件的實施例，則省略步驟S2且將該塔直接設置在基座基底部分上。
柱螺栓40從第一外凸緣32上側插入以穿過第一外凸緣32及第二外凸緣22。藉由在塔30之外側上使用螺栓拉伸器裝置200，拉力被施加至插入穿過第一外凸緣32及第二外凸緣22的柱螺栓40。
更特定言之，螺栓拉伸器裝置200被放置在第一外凸緣32處，且柱螺栓40(可視情況事先配置穿過凸緣且具有第二螺母42定位在柱螺栓40之上端附近)由該螺栓拉伸器裝置200固持。因此，柱螺栓40被固定。在此狀態中，第一螺母41從第二外凸緣22下方被螺合在柱螺栓40之下側。
接著，如圖6A所示，第二螺母42從柱螺栓40上側被螺合。在此狀態中，第二螺母42係處在暫時固定狀態。在圖6A至6C中，未描繪螺栓拉伸器裝置200。
接著，如圖6B及圖7A所示，柱螺栓40藉由螺栓拉伸器裝置200在由箭頭所示之方向(亦即，向上)被拉伸。該拉力係藉由從液壓泵供應油所造成。此時，暫時固定的第二螺母42與柱螺栓40一起向上移動，且在第二螺母42與第二外凸緣22之上表面之間形成間隙。如圖7B所示，第二螺母藉由槓桿(tommy bar)205而被旋轉及拴緊直到消除該間隙。
此操作可重複地執行。接著，在柱螺栓40之螺栓長度或軸向力達到標準值之後，或螺栓拉伸器裝置200之油壓力達到標準值之後，第二螺母42被拴緊在柱螺栓40之上端上。此後，可釋放藉由螺栓拉伸器裝置200施加至柱螺栓40的拉力。因此，如圖6C所示，第二螺母42最後被拴緊，且該柱螺栓40處在拴緊狀態。
藉由針對每個柱螺栓40執行此操作，塔30及過渡件20被固定在外部位置處。
此外，複數個柱螺栓40被插入以穿過第一內凸緣33及第二內凸緣23。藉由在塔30或過渡件20之內側上使用螺栓拉伸器裝置200，便可將拉力施加至插入於第一內凸緣33及第二內凸緣23中之柱螺栓40。更特定言之，柱螺栓40藉由螺栓拉伸器裝置200固持，且第一螺母41及第二螺母42如上文描述般附接至其。
藉由針對每個柱螺栓40執行此操作，塔30及過渡件20被固定在內部位置處。
以此方式，藉由在外側及內側處固定塔30及過渡件20，便可增進連接強度。內部固定或外部固定之任一者可被首先執行。此外，在步驟S4中，油脂44可施加至螺母(第一螺母41、第二螺母42)及柱螺栓40，及/或可提供帽蓋43來覆蓋螺母及柱螺栓40。在此情況中，可以降低侵蝕。此外，在步驟S4中，塔30之傾斜角可藉由在圓周方向上具有不均勻厚度且被固定在塔下方之一或多個調整環90來調整。實際上，調整環係在步驟S3之前被配置，在步驟S3中塔係在調整環在步驟S4中被固定之前被設置。這使得可將塔30之傾斜角帶入例如在風力渦輪機之操作的觀點上可接受的範圍內。
本揭示未侷限於上文描述的實施例，而是包含對上文描述之實施例的修改，以及由這些實施例之組合構成的實施例。
(結論) 在上述實施例中的內容描述可例如被理解如下。
(1)根據本揭示之一實施例的風力渦輪機塔設備(100)，包含：基座(10、20)；及塔(30)，被設置在該基座(10、20)之頂部上。塔(30)包含第一圓柱形部分(31)及從該第一圓柱形部分(31)之下端突出朝向塔(30)之外側的第一外凸緣(32)。該基座(10、20)包含第二圓柱形部分(21)及從該第二圓柱形部分(21)之上端突出朝向該基座(10、20)之外側的第二外凸緣(22)。該塔(30)及該基座(10、20)藉由穿過該第一外凸緣(32)及該第二外凸緣之複數個螺栓(40)而連接。在該第二外凸緣(32)下方，突出部分(50)從該第二圓柱形部分(21)突出至該第二外凸緣(32)之下，且該複數個螺栓(40)係柱螺栓(40)。
突出部分(諸如支腿、具有擴大直徑的管狀結構或平台)可被配置在基座上以有利於進出該塔(例如，當突出部分係平台時)，以確保良好的平衡(例如，針對浮動式基座)或對海床的安全連接(例如，針對管架式或三腳架式基座)。兩個外凸緣之連接能以數種方式來達成，包含傳統上使用具有一固定頭部及一可移除螺母之典型螺栓，其中可使用典型的工具及操作程序。在該傳統方式中，塔(30)之第一外凸緣(32)及基座(20)之第二外凸緣(22)係用典型螺栓固定，操作者通常將螺栓從第二外凸緣(22)下方插入，以穿過第一外凸緣(32)及第二外凸緣且將第二螺母(42)拴緊在該凸緣的上側上。因此，在第二外凸緣(22)及突出部分(50)之間需要特定的空間。
就此而言，利用上述組構(1)，由於第一外凸緣(32)及第二外凸緣(22)藉由複數個柱螺栓(40)固定，因此相較於使用典型螺栓的情況，便可使突部(50)更靠近第二外凸緣(22)。已發現這可導致關於成本或重量的材料節省。另外，利用上述組構(1)，由於第一外凸緣(32)及第二外凸緣(22)被固定，因此相較於其中(僅)內凸緣(例如，第一內凸緣33及第二內凸緣23)被固定的情況，便可將塔(30)更穩固地連接至基座(10、20)。
(2)在一些實施例中，以上述組構(1)中，該突出部分(50)係平台(50)。
利用上述組構(2)，提供平台可例如允許安全支撐以安裝螺栓及/或用以(暫時地)儲存在風力渦輪機塔設備之安裝或維護期間所要使用的組件及設備的地方。
(4)根據本揭示之一實施例的風力渦輪機塔設備(100)(其可在上述組構(2)中)，包含：單樁(10)；過渡件(20)，設置在該單樁(10)之頂部上；及塔(30)，設置在該過渡件(20)之頂部上。該塔(30)包含第一圓柱形部分(31)及從第一圓柱形部分(31)之下端突出朝向塔(30)之外側的第一外凸緣(32)。該過渡件(20)包含第二圓柱形部分(21)及從該第二圓柱形部分(21)之上端突出朝向過渡件(20)之外側的第二外凸緣(22)。該塔(30)及該過渡件(20)藉由穿過該第一外凸緣(32)及該第二外凸緣(22)之複數個柱螺栓(40)而連接。在第二外凸緣(22)下方，平台(50)被設置在該過渡件(20)之外周邊上。
一般而言，平台(50)之高度需要高於預期最大波浪高度達一預定距離且低於面向下之風力渦輪機葉片之下端達一預定距離(例如，6 m)。此外，一般而言，允許一人進出該塔(3)之入口(60)被設置在塔(30)之側表面(第一圓柱形部分(31)位在高於過渡件(20)與塔(30)之間之連接部分達一預定距離(例如，1 m)以防止屈曲的位置處。
平台(50)較佳地設置在不會損害設置在此位置之塔(30)之入口(60)的進出性的高度處。考慮這些情況，將平台(50)設置在過渡件(20)之外周邊上而低於用以連接塔(30)至基座(20)之第一外凸緣(32)及第二外凸緣(22)且較佳地靠近該第二外凸緣(22)。
兩個外凸緣之連接能以數種方式來達成，包含傳統上使用具有一固定頭部及一可移除螺母之典型螺栓，其中可使用典型的工具及操作程序。在該傳統方式中，塔(30)之第一外凸緣(32)及過渡件(20)之第二外凸緣(22)係用典型螺栓固定，操作者需要從平台(50)側將螺栓從第二外凸緣(22)下側插入，以穿過第一外凸緣(32)及第二外凸緣且將第二螺母(42)拴緊在該凸緣的上側上。因此，在第二外凸緣(22)及平台(50)之間需要特定的空間。
就此而言，利用上述組構(4)，由於第一外凸緣(32)及第二外凸緣(22)藉由複數個柱螺栓(40)固定，因此相較於使用典型螺栓的情況，便可將平台(50)設置成更靠近第二外凸緣(22)。已發現這可允許從平台至該塔之更安全入口及/或可導致關於成本或重量的材料節省。另外，利用上述組構(4)，由於第一外凸緣(32)及第二外凸緣(22)被固定，因此相較於其中(僅)內凸緣(例如，第一內凸緣33及第二內凸緣23)被固定的情況，便可將塔(30)更穩固地連接至過渡件(20)。
(5)在一些實施例中，在上述組構(2)至(4)之任一者中，塔(30)之第一圓柱形部分(31)具有允許一人進出該塔(30)的入口(60)，且樓梯(70)或梯子連接該入口(60)及平台(50)。
利用上述組構(5)，提供連接入口(60)及平台(50)之樓梯(60)或梯子可改善可進出性。此外，由於利用上述組構(1)平台(50)被定位成較靠近第二外凸緣(22)，可縮短樓梯(70)或梯子之長度，這可降低樓梯或類似過渡件吊車(若存在)之其他部件的成本，藉由降低跌落樓梯之不當事件的影響而改善可進出性及/或改善安全性。
(6)在一些實施例中，在上述組構(1)至(5)之任一者中，塔(30)包含從第一圓柱形部分(31)之下端突出朝向塔(30)之內側的第一內凸緣(33)，該基座(例如基座之過渡件(20))包含從第二圓柱形部分(21)之上端突出朝向基座(20)之內側的第二內凸緣(23)，且該塔(30)及基座(20)藉由穿過該第一內凸緣(33)及該第二內凸緣(23)之複數個柱螺栓(40)而連接。
利用上述組構(6)，由於塔(30)及基座(20)在外側及內側皆被固定，因此可增進連接強度。
(6A)在一些實施例中，在上述組構(6)中，塔(30)之第一內凸緣(33)及基座(20)之第二內凸緣(23)具有相同的內徑及相同厚度。
利用上述組構(6A)，便可以重疊及對準該內徑。因此，可增進連接強度。
(6B)在一些實施例中，在上述組構(1)至(6A)之任一者中，塔(30)之第一外凸緣(32)及基座(20)之第二外凸緣(22)具有相同的外徑及相同的厚度。
利用上述組構(6B)，便可以重疊及對準該外徑。因此，可增進連接強度。
(7)在一些實施例中，在上述組構(1)至(6B)之任一者中，該突出部分在水平平面中突出多於該外凸緣之外徑。此外，在該突出部分之上表面與該第二外凸緣之下表面之間的垂直距離係短於用於連接該塔及該基座之柱螺栓中之至少一者之該柱螺栓之長度。
如上述組構(1)之描述，由於使用柱螺栓(40)，便不需要用於從平台(50)側插入重型螺栓以穿過該第一外凸緣(32)及第二外凸緣(22)的空間。因此，可採用上述組構(7)，使得可以將突出部分(50)及第二外凸緣(22)之間的距離減小至很小的距離。
(8)在一些實施例中，在上述組構(2)至(7)之任一者中，在平台(50)之上表面與第二外凸緣(22)之下表面之間的距離係短於柱螺栓(40)之各者的長度。
如上述組構(1)之描述，由於使用柱螺栓(40)，便不需要用於從平台(50)側插入重型螺栓以穿過該第一外凸緣(32)及第二外凸緣(22)的空間。因此，可採用上述組構(6)，使得可以充分地減小平台(50)及第二外凸緣(22)之間的距離。
(8A)在一些實施例中，在上述組構(1)至(8)之任一者中，在圓周方向上具有不均勻厚度的一或多個調整環(90)被設置在塔(30)及過渡件(20)之間。
利用上述組構(8A)，便可以將塔(30)之傾斜角帶入至風力渦輪機之操作上可接受的範圍內。
(9)在一些實施例中，在上述組構(1)至(8A)之任一者中，1＜(W/T)＜3，其中W係第一外凸緣(32)及第二外凸緣(22)之內部至外部凸緣寬度，且T係第一外凸緣(32)及第二外凸緣(22)之總凸緣厚度，且5×dbolt ＜W＜11×dbolt ，其中dbolt 係每個柱螺栓(40)之直徑。
利用上述組構(9)，便可提供足夠強度，即使安裝條件由於外部環境(諸如波浪及風)是嚴格的。
(9A)在一些實施例中，在上述組構(1)至(9)之任一者中，風力渦輪機塔設備包含設置在柱螺栓(40)之各者上的螺母(41、42)；及覆蓋柱螺栓(40)及螺母(41、42)之曝露部分的帽蓋(43)。
藉由上述組構(9A)，藉由利用帽蓋(43)覆蓋柱螺栓(40)及螺母(第一螺母41及第二螺母42)之曝露部分，便可以防止在柱螺栓(40)及螺母之曝露部分處的侵蝕。
(10)根據本揭示之一實施例之風力渦輪機塔設備(100)的組裝方法，包含：在水中設置基座(10、20)；在該基座(10、20)之頂部上設置塔(30)。插入複數個螺栓(40)以便穿過從該塔(30)之第一圓柱形部分(31)之下端突出朝向該塔(30)之外側的第一外凸緣(32)及從該基座(10、20)之第二圓柱形部分(21)之上端突出朝向該基座(10、20)之外側的第二外凸緣(22)，以藉由該複數個螺栓(40)連接該塔(30)及該基座(10、20)。在該第二外凸緣(22)下方，突出部分(50)從該第二圓柱形部分(21)突出至該第二外凸緣部分(22)之下，及其中，該複數個螺栓(40)係柱螺栓(40)。
藉由上述方法(10)，便可以提供可更穩固地連接塔(30)至過渡件(20)且可將該平台(50)設置在適當位置的風力渦輪機塔設備(100)。
(11)在一些實施例中，以上述組構(10)中，該突出部分(50)係平台(50)。
利用上述組構(11)，提供平台可例如允許安全支撐以安裝螺栓(40)及/或用以(暫時地)儲存在風力渦輪機塔設備(100)之安裝或維護期間所要使用的組件及設備的地方。
(12)在一些實施例中，在上述組構(11)中，在水中設置基座(10、20)包含在水底設置單樁(10)及在該單樁(10)之頂部上設置過渡件(20)。該過渡件(20)包含第二圓柱形部分(21)且該平台(50)被設置在該過渡件(20)之外周邊上。
利用上述組構(12)，已發現可以實現一種風力渦輪機塔設備，該設備可允許從平台至該塔之更安全入口及/或可導致關於成本或重量的材料節省。 (12A)在一些實施例中，在上述方法(10)或(11)中，該方法包含藉由在塔(30)之外側上使用螺栓拉伸器裝置(200)而將拉力施加至插入穿過第一外凸緣(32)及第二外凸緣(22)之柱螺栓(40)。
利用上述方法(12A)，例如，藉由從上面插入該柱螺栓(40)且在藉由該螺栓拉伸器裝置(200)施加拉力於其上以上拉該柱螺栓(40)的同時拴緊該第二螺母(42)便可固定凸緣。該第一螺母(41)可被固定以防止在插入該柱螺栓(40)之前防止移動，且可在插入該柱螺栓(40)之後從下面來拴緊。因此，便可以減少操作者的負擔。
(13)在一些實施例中，在上述方法(10)至(12)之任一者中，該方法包含插入複數個該柱螺栓(40)以便穿過從該塔(30)之該第一圓柱形部分(31)之該下端突出朝向該塔(30)之內側之第一內凸緣(33)及從該過渡件(20)之該第二圓柱形部分(21)之該上端突出朝向該過渡件(20)之內側之第二內凸緣(23)，以藉由該複數個柱螺栓(40)連接該塔(30)及該過渡件(20)。
利用上述方法(13)，由於塔(30)及過渡件(20)在外側及內側皆被固定，因此可增進連接強度。
(13A)在一些實施例中，在上述方法(12)中，該方法包含藉由在塔(30)或過渡件(20)之內側上使用螺栓拉伸器裝置(200)而將拉力施加至插入穿過第一內凸緣(33)及第二內凸緣(23)之柱螺栓(40)。
利用上述方法(13A)，藉由使用螺栓拉伸器裝置(200)用於拴緊該螺栓，便可以減少操作者的負擔。
(14)在一些實施例中，在上述方法(10)至(13)之任一者中，該方法包含：從該第一外凸緣(32)之上側附接每個該柱螺栓(40)以便穿過該第一外凸緣(32)及該第二外凸緣(22)且固定該柱螺栓(40)；在該第一外凸緣(32)處放置螺栓拉伸器裝置(200)且藉由該螺栓拉伸器裝置(200)固持該柱螺栓(40)；將第一螺母(41)旋擰在該柱螺栓(40)之下側上，接著藉由該螺栓拉伸器裝置(200)施加拉力至該柱螺栓(40)，且之後將第二螺母(42)拴緊於該柱螺栓(40)之上側上；及釋放由該螺栓拉伸器裝置(200)施加至該柱螺栓(40)的該拉力。
利用上述方法(14)，便可以減少操作者在拴緊螺栓時的負擔。例如，操作者可使用被設置在過渡件(20)之內側的平台(50)或支架(80)來進行螺栓拴緊操作。
(14A)在一些實施例中，在上述方法(10)至(14)之任一者中，該方法包含藉由在圓周方向上具有不均勻厚度之一或多個調整環(90)來調整塔(30)之傾斜角。
利用上述方法(14A)，便可以將塔(30)之傾斜角帶入至例如風力渦輪機之操作上可接受的範圍內。
10:單樁 20:過渡件 21:第二圓柱形部分 22:第二外凸緣 23:第二內凸緣 30:塔 31:第一圓柱形部分 32:第一外凸緣 33:第一內凸緣 40:柱螺栓 41:第一螺母 42:第二螺母 43:帽蓋 44:油脂 45:墊圈 50:平台 51:底板 52:欄杆 60:入口 70:入口樓梯 80:支架 90:調整環 100:風力渦輪機塔設備 200:螺栓拉伸器裝置 201:拉拔器(套筒) 202:本體 203:橋接件 204:螺母環 205:槓桿 212:孔 L1:距離 L2:柱螺栓之長度 W:內部至外部凸緣寬度 T:總凸緣厚度 d:柱螺栓直徑
[圖1]係用於描述根據一實施例之風力渦輪機塔設備之組構的示意圖。 [圖2A]係根據一實施例在塔及過渡件之間之連接部分的截面圖。 [圖2B]係根據一實施例在塔及過渡件之間之連接部分的截面圖。 [圖3]係根據一實施例設置在風力渦輪機塔設備上之帽蓋的截面圖。 [圖4]係根據一實施例用於風力渦輪機塔設備之油脂的截面圖。 [圖5A]係根據一實施例之風力渦輪機塔設備使用調整環的前視圖。 [圖5B]係根據一實施例設置在風力渦輪機塔設備中之調整環的透視圖。 [圖6A]係根據一實施例展示其中螺母暫時地固定至柱螺栓之狀態的示意圖。 [圖6B]係根據一實施例展示其中拉力施加至柱螺栓之狀態的示意圖。 [圖6C]係根據一實施例展示其中柱螺栓被拴緊之狀態的示意圖。 [圖7A]係根據一實施例用於描述其中螺栓拉伸器裝置將被使用之狀態的示意圖。 [圖7B]係根據一實施例用於描述其中螺栓拉伸器裝置被使用之狀態的示意圖。 [圖8]係根據一實施例之組裝風力渦輪機塔設備之方法的流程圖。
10:單樁
20:過渡件
21:第二圓柱形部分
22:第二外凸緣
30:塔
31:第一圓柱形部分
32:第一外凸緣
40:柱螺栓
41:第一螺母
42:第二螺母
50:平台
51:底板
52:欄杆
60:入口
70:入口樓梯
100:風力渦輪機塔設備
d:柱螺栓直徑

Claims (12)

  1. 一種風力渦輪機塔設備，包括：基座；及塔，設置在該基座的頂部上，其中，該塔包含第一圓柱形部分及從該第一圓柱形部分之下端突出朝向該塔之外側的第一外凸緣，其中，該基座包含第二圓柱形部分及從該第二圓柱形部分之上端突出朝向該基座之外側的第二外凸緣，其中，該塔及該基座藉由穿過該第一外凸緣及該第二外凸緣之複數個螺栓而連接，其中，在該第二外凸緣下方，突出部分從該第二圓柱形部分突出至該第二外凸緣之下，其中，該複數個螺栓係柱螺栓，其中，該突出部分係平台，其中，該塔之該第一圓柱形部分具有可允許人進出該塔之入口，且其中，樓梯或梯子連接該入口與該平台。
  2. 如請求項1之風力渦輪機塔設備，其中，該基座包括選自由單樁式基座、管架式基座、三腳架式基座、重力式基座及浮動式基座組成之群組之基底部分。
  3. 如請求項2之風力渦輪機塔設備，其中，該基座進一步包括設置在該基底部分之頂部上的過渡件。
  4. 如請求項1之風力渦輪機塔設備，其中，該基座包括設置在單樁之頂部上的過渡件，該過渡件包含該第二圓柱形部分且該平台被設置在該過渡件之外周邊上。
  5. 如請求項1之風力渦輪機塔設備，其中，該塔包含從該第一圓柱形部分之該下端突出朝向該塔之內側的第一內凸緣，其中，該基座包含從該第二圓柱形部分之該上端突出朝向該基座之內側的第二內凸緣，且其中，該塔及該基座藉由穿過該第一內凸緣及該第二內凸緣之複數個該螺栓而連接，且其中，該複數個螺栓係柱螺栓。
  6. 如請求項1之風力渦輪機塔設備，其中，該突出部分在水平平面中比該第二外凸緣之外徑突出更多且在該突出部分之上表面與該第二外凸緣之下表面之間的垂直距離係短於用於連接該塔及該基座之該等柱螺栓中的至少一者的該柱螺栓之長度。
  7. 如請求項1之風力渦輪機塔設備，其中，在該平台之上表面與該第二外凸緣之該下表面之間的距離係短於該等柱螺栓中每一個柱螺栓之長度。
  8. 如請求項1之風力渦輪機塔設備，其中，1<(W/T)<3，其中W係該第一外凸緣及該第二外凸緣之內部至外部凸緣寬度，且T係該第一外凸緣及該第二外凸緣之總凸緣厚度，且 其中，5×dbolt<W<11×dbolt，其中dbolt係該等柱螺栓中每一個柱螺栓之直徑。
  9. 一種組裝風力渦輪機塔設備之方法，包括：在水中設置基座；在該基座之頂部上設置塔；及插入複數個螺栓以便穿過從該塔之第一圓柱形部分之下端突出朝向該塔之外側的第一外凸緣及從該基座之第二圓柱形部分之上端突出朝向該基座之外側的第二外凸緣，以藉由該複數個螺栓連接該塔及該基座，其中，在該第二外凸緣下方，突出部分從該第二圓柱形部分突出至該第二外凸緣部分之下，其中，該複數個螺栓係柱螺栓，其中，該突出部分係平台，其中，該塔之該第一圓柱形部分具有可允許人進出該塔之入口，且其中，樓梯或梯子連接該入口與該平台。
  10. 如請求項9之組裝風力渦輪機塔設備之方法，其中，在水中設置基座包括在水底設置單樁及在該單樁之頂部上設置過渡件，該過渡件包含該第二圓柱形部分且該平台被設置在該過渡件之外周邊上。
  11. 如請求項10之組裝風力渦輪機塔設備之方法，包括插入複數個該柱螺栓以便穿過從該塔之該第一圓柱形部分之該下端突出朝向該塔之內側之第一內凸緣及 從該過渡件之該第二圓柱形部分之該上端突出朝向該過渡件之內側之第二內凸緣，以藉由該複數個柱螺栓連接該塔及該過渡件。
  12. 如請求項9或10之組裝風力渦輪機塔設備之方法，包括：從該第一外凸緣之上側附接該等柱螺栓中每一個柱螺栓以便穿過該第一外凸緣及該第二外凸緣且固定該柱螺栓；在該第一外凸緣處放置螺栓拉伸器裝置且藉由該螺栓拉伸器裝置固持該柱螺栓；將第一螺母旋擰在該柱螺栓之下側上，接著藉由該螺栓拉伸器裝置施加拉力至該柱螺栓，且之後將第二螺母拴緊於該柱螺栓之上側上；及釋放由該螺栓拉伸器裝置施加至該柱螺栓的該拉力。
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