塔架部段布置结构、拉索式风力涡轮机塔架、风力涡轮机以及用于组装风力涡轮机的方法
阅读说明：本技术 塔架部段布置结构、拉索式风力涡轮机塔架、风力涡轮机以及用于组装风力涡轮机的方法 (Tower section arrangement, stay-cable wind turbine tower, wind turbine and method for assembling a wind turbine ) 是由 A·塞斯安东尼森 于 2021-05-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及塔架部段布置结构、拉索式风力涡轮机塔架、风力涡轮机以及用于组装风力涡轮机的方法。用于风力涡轮机的拉索式塔架的塔架部段布置结构,其包括：塔架部段,其包括具有外表面的壁,该外表面具有周界；至少两个支架,其在壁周界上的不同位置附接到壁的外表面；及至少两个拉索,每个拉索在第一端连接到一个支架并在第二端连接到缆索基座,其中在竖立的风力涡轮机的顶视图中,当相应拉索拉紧时每个拉索与相应支架处外周界的切线间成90°角。使拉索连接到附接在壁外表面处的支架允许将拉索从塔架外部连接到塔架部段。因此不需要从内部附接拉索的塔架内部的附加平台。此外,其允许在风力涡轮机安装期间提升塔架部段前连接支架和/或拉索。(The invention relates to a tower section arrangement, a stay cable wind turbine tower, a wind turbine and a method for assembling a wind turbine. A tower section arrangement for a guyed tower of a wind turbine, comprising: a tower section including a wall having an outer surface, the outer surface having a perimeter; at least two brackets attached to the outer surface of the wall at different locations on the perimeter of the wall; and at least two guy wires, each guy wire being connected at a first end to one of the brackets and at a second end to the cable base, wherein in a top view of the erected wind turbine each guy wire makes an angle of 90 ° with a tangent to the outer periphery at the respective bracket when the respective guy wire is tensioned. Connecting the guy cable to a bracket attached at the outer surface of the wall allows connecting the guy cable to the tower section from outside the tower. There is therefore no need for an additional platform inside the tower to which the guy cables are attached from inside. Furthermore, it allows for lifting the tower section forward of the connection brackets and/or guy cables during wind turbine installation.)
技术领域
本发明涉及用于风力涡轮机的拉索式塔架的塔架部段布置结构、拉索式风力涡轮机塔架、风力涡轮机以及用于组装风力涡轮机的方法。
背景技术
在给定位置处的风力涡轮机的能量产生随着转子轮毂的高度而增加，并且因此随着塔架的高度而增加。然而，当增加塔架高度时，塔架的结构要求是挑战和限制因素之一。
风力涡轮机塔架承受各种载荷，例如来自机舱和塔架本身的重量的静态载荷，以及例如由转子推力以及由空间上不均匀和时间上不稳定的接近的风引起的动态载荷。此外，为高而细的结构的风力涡轮机塔架通常容易受到振动的影响。因此，由于接近塔架的本征频率的激发而引起的共振引发载荷可能会起重要作用。
增加风力涡轮机塔架的高度需要增加其结构强度和刚度。增加塔架的直径和/或其壁的厚度受到运输和成本问题限制。
可替代地，可以通过将风力涡轮机塔架设计为使用拉索（stay cable）的拉索式塔架来增加其结构强度和刚度。照常规，这些拉索被锚定在风力涡轮机塔架壁的内表面处。然而，内部附接装置会占用塔架内的空间，该空间可能是诸如梯子、电梯、电缆和平台之类的其他元件所需的。此外，还需要额外的平台来接近该内部附接装置。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于风力涡轮机的拉索式塔架的改进的塔架部段布置结构。此外，本发明的一个目的在于提供一种改进的拉索式风力涡轮机塔架和一种改进的风力涡轮机。本发明的另一目的在于提供一种用于组装风力涡轮机的改进的方法。
根据第一方面，提供了一种用于风力涡轮机的拉索式塔架的塔架部段布置结构。所述塔架部段布置结构包括：
塔架部段，其包括具有外表面的壁，所述外表面具有周界，
至少两个支架，其在所述壁的周界上的不同位置处附接到所述壁的外表面，以及
至少两个拉索，
其中，每个拉索在其第一端处连接到所述支架中的一个，并且被构造成用于在其第二端处连接到缆索基座，以及
其中，在竖立的风力涡轮机的顶视图中，当相应的拉索拉紧时，每个拉索与相应的支架处的外周界的切线之间的角度具有90°的值。
使拉索连接到附接在塔架部段壁的外表面处的支架允许更容易地将拉索锚定在塔架处。例如，其允许将拉索从塔架的外部连接到塔架部段。因此，不需要用于从内部附接拉索的塔架内部的附加平台。例如，其允许在风力涡轮机的安装期间提升塔架部段之前连接支架和/或拉索。此外，连接装置不占用塔架内部的空间，该空间是其他设备所需的。
通过将拉索布置成使得在竖立的风力涡轮机的顶视图中，每个拉索与相应支架处的外周界的切线之间的角度具有90°的值，支撑塔架所需的拉索更少。例如，三个拉索可能足以提供所需的塔架结构强度。在具有较少的拉索的情况下，塔架周围的区域不那么拥挤，从而允许更容易地接近塔架以及更容易地维护塔架。
风力涡轮机是将风的动能转换成电能的设备。例如，风力涡轮机包括：具有一个或多个叶片的转子；包括发电机的机舱；以及塔架，该塔架在其顶端处保持机舱。风力涡轮机的塔架连接到风力涡轮机的基座。风力涡轮机例如是陆上风力涡轮机。
塔架例如具有120–180米或更高的高度。该塔架特别是包括拉索的拉索式风力涡轮机塔架。这些拉索支撑塔架的结构刚度和劲度。因此，拉索确保了塔架在疲劳载荷和极端载荷方面的稳定性。特别地，拉索确保了塔架在风引起的动态事件方面的稳定性。
塔架例如包括在塔架部段法兰处栓接到彼此的若干个塔架部段。拉索借助于支架所锚定在的塔架部段例如是塔架的上半部分的塔架部段。拉索借助于支架所锚定在的塔架部段例如是可以竖直运输的短塔架部段。其高度例如小于其直径。例如，其具有1.5–3米的高度。但是，它也可具有不同的高度。例如，当塔架部段例如在架设地点处竖直地竖立在地面上时，拉索可被附接到塔架部段。
塔架部段的壁特别是塔架部段的外壁。
该至少两个支架在该壁的周界上的不同位置处附接到该壁的外表面。该不同位置特别是在周界上以均匀的间隔彼此隔开。因此，连接到支架的该至少两个拉索特别是布置成围绕塔架部段和塔架均匀地隔开。这是有利的，因为拉索仅提供拉力而不提供压缩力。
拉索是具有高拉应力抗性的结构构件。拉索例如由金属制成，所述金属特别是钢，例如高强度钢。
每个拉索例如包括一股或多股绞线。每个拉索例如包括索芯。每个拉索例如包括涂层。
每个拉索和相应支架处的外周界的切线之间的90°的角度应理解为大约90°的角度。这意味着其包括大约90°的值，例如，处于正好80°至正好100°、正好85°至正好95°和/或正好88°至正好92°的范围内的值。
缆索基座例如由混凝土制成。例如，它们被埋入地中。拉索例如通过连接装置来连接到缆索基座，该连接装置部分地嵌入混凝土中。
根据一个实施例，该至少两个支架借助于螺栓来附接到壁的外表面。
因此，用于拉索的支架可以被容易地附接到塔架部段的外壁表面。在将塔架部段运输到风力涡轮机的架设地点之后，支架例如可以借助于螺栓来附接到塔架部段的塔架壁。这允许更容易地运输塔架部段，因为与带有支架的塔架部段相比，没有支架的塔架部段具有较小的直径。例如，每个支架从塔架部段壁延伸大约0.5–1米。在该示例中，没有支架的塔架部段将比附接有支架的塔架部段小大约1-2米。
此外，在一些国家中存在关于陆上运输的对象的宽度/直径的限制规定。这样的限制规定例如可能要求所运输对象的直径小于4.5米。但是，在附接支架的情况下，大型风力涡轮机塔架的塔架部段可能具有超过4.5米的直径。因此，在运输塔架部段之后附接支架可以使塔架部段的陆上运输也在具有此类规定的国家中成为可能。
支架特别是包括若干个通孔以用于接收螺栓。
根据另一实施例，该塔架部段布置结构包括焊接到壁的外表面的附接装置，其中，该至少两个支架被栓接到该附接装置。
焊接到外表面的附接装置例如包括小的竖直、周向和/或部分周向的板，该板具有通孔以接收螺栓。该附接装置例如可以包括环，该环包围塔架部段的外周界。
具有该附接装置允许甚至更容易地附接支架。
根据另一实施例，该塔架部段壁包括壁通孔，并且该至少两个支架借助于穿过该壁通孔插入的螺栓来栓接到该壁的外表面。
因此，支架可以直接栓接到塔架部段的壁。例如，当塔架部段仍在地面上时，支架可被栓接到塔架部段。螺栓例如用螺母固定。
根据另一实施例，该至少两个支架被焊接到该壁的外表面。
这提供了关于螺栓的替代性附接。例如，其可以应用于如下情况，即：其中，大直径塔架部段的运输问题较少。例如，当塔架部段通过船运输到靠近海岸的架设地点时，或者在对于所运输对象的尺寸具有不那么严格的限制的国家中陆上运输塔架部段时，可能是这种情况。
根据另一实施例，该至少两个支架中的每一个包括板状结构。在竖立的风力涡轮机的顶视图中，每个板状结构相对于相应的板状结构处的外周界的切线以90°的角度布置。此外，每个板状结构在平行于所述切线的方向上包括支架通孔。此外，每个支架通孔被构造成用于与相应的拉索的第一端连接。
使板状结构以与拉索相同的角度定向允许更好地将载荷从塔架传递到拉索。
在竖直的塔架部段的顶视图中，每个板状结构特别是相对于相应的板状结构处的外周界的切线以90°的角度布置。
根据另一实施例，该至少两个拉索中的每一个在其第一端处与具有两个U形夹通孔的U形夹连接。每个U形夹布置成使得其两个U形夹通孔和相应的支架通孔彼此对准。另外，该至少两个拉索中的每一个通过销来连接到支架中的一个，该销穿过相应的两个U形夹通孔和相应的支架通孔插入。
在将相应的拉索连接到其缆索基座之前，使每个拉索借助于U形夹和销连接到相应的支架允许拉索围绕由销限定的轴线旋转。换句话说，其允许围绕平行于相应支架处的塔架部段壁的外周界的切线的轴线旋转。因此，可以在将拉索连接到其缆索基座之前校正小的角度偏差。因此，在塔架、支架和缆索基座的相对布置方面具有更大的构造容差。此外，U形夹和销连接限制了拉索在其他方向上的旋转。
根据另一实施例，塔架部段包括一个或多个加强元件，其处于塔架部段壁的内表面处并且与附接在塔架部段壁的外表面处的该至少两个支架相对。
因此，在拉索的拉力影响塔架部段壁的区域中，塔架部段壁被加强。
根据另一实施例，该塔架部段布置结构包括：
三个拉索，以及
三个支架，其附接到所述塔架部段壁的外表面并且沿其周界以与120°的角度相对应的间隔布置。
该塔架部段布置结构还可包括例如四个拉索和四个支架，其中，该四个支架附接到该壁的外表面，并且沿其周界以90°的间隔布置。
根据第二方面，提供了一种风力涡轮机塔架。该风力涡轮机塔架被构造成用于借助于拉索拉紧。此外，该塔架包括如上所述的塔架部段布置结构。
根据第三方面，提供了一种风力涡轮机。该风力涡轮机包括如上所述的拉索式塔架和至少两个缆索基座。此外，所述塔架的塔架部段布置结构的至少两个拉索中的每一个在其第一端处连接到所述塔架部段布置结构的塔架部段的支架，并且在其第二端处连接到所述缆索基座中的一个。另外，所述至少两个拉索中的每一个在相应的支架和相应的缆索基座之间拉紧。此外，在竖立的风力涡轮机的顶视图中，每个拉索与相应的支架处的塔架部段壁的外周界的切线之间的角度具有90°的值。
根据第四方面，提出了一种用于组装风力涡轮机的方法。该方法包括以下步骤：
a）提供塔架部段，所述塔架部段包括至少两个支架，所述至少两个支架附接到塔架部段壁的外表面并且处于其周界上的不同位置处，
b）将至少两个拉索连接到所述至少两个支架，以及
c）将带有附接的拉索的所述塔架部段提升到另一已经竖立的塔架部段上。
因此，在将塔架部段提升以将塔架部段与另一已经竖立的塔架部段连接之前，拉索经由支架附接到塔架部段。因此，拉索可以更容易地连接到塔架部段。例如，拉索可以在风力涡轮机的架设地点处被附接到塔架部段的支架。例如，当塔架部段处于地面上的竖直位置时，拉索可被附接到支架。
根据第四方面的一个实施例，该方法包括在步骤a）之前的以下步骤：在风力涡轮机的架设地点处将所述至少两个支架附接到塔架部段。
因此，塔架部段可以在没有支架的情况下被运输到架设地点。
根据第四方面的另一实施例，该方法包括在步骤c）之后的以下步骤：将所述至少两个拉索中的每一个连接到缆索基座。
根据第四方面的另一实施例，该方法包括张紧所述至少两个拉索的步骤。
参考本发明的塔架部段布置结构描述的实施例和特征在细节上作必要修改后适用于本发明的塔架、风力涡轮机和方法，并且反之亦然。
本发明的其他可能的实施方式或替代方案还涵盖上文所述或下文关于实施例所述的特征的本文未明确提及的组合。本领域技术人员还可以向本发明的最基本形式添加个别或孤立的方面和特征。
附图说明
结合附图，通过后续的描述和从属权利要求，本发明的其他实施例、特征和优点将变得显而易见，附图中：
图1示出了根据一个实施例的风力涡轮机；
图2示出了根据第一实施例的图1的风力涡轮机的塔架部段布置结构的局部剖视图；
图3示出了图2的塔架部段布置结构的支架的透视图；
图4示出了图2的塔架部段布置结构的示意性顶视图；
图5示出了图2的塔架部段布置结构的拉索和支架的U形夹和销连接的透视图；
图6示出了根据第二实施例的图1的风力涡轮机的塔架部段布置结构的局部剖视图；
图7示出了图6的塔架部段布置结构的支架的透视图；
图8示出了根据第三实施例的图1的风力涡轮机的塔架部段布置结构的局部剖视图；
图9示出了图8的塔架部段布置结构的支架的透视图；
图10图示了用于组装图1的风力涡轮机的方法；以及
图11示出了一流程图，其图示了用于组装图1的风力涡轮机的方法。
在附图中，除非另有指示，否则相同的附图标记标示相同或功能上等同的元件。
具体实施方式
图1示出了根据一个实施例的风力涡轮机1。
该风力涡轮机1包括例如具有三个转子叶片3的转子2。转子叶片3被连接到风力涡轮机1的轮毂4。转子2被连接到布置在机舱5内的发电机（未示出）。机舱5被布置在风力涡轮机1的塔架6的上端处。机舱5例如通过偏航轴承（未示出）来连接到塔架6，使得机舱5可相对于塔架6旋转。塔架6例如竖立在打入到地中的单桩7上。风力涡轮机1特别是陆上风力涡轮机。
风力涡轮机1将风的动能转换成电能。轮毂4越高，即塔架6越高，在给定的风收获地点处，利用风力涡轮机可产生的电能就越多。
例如，塔架6具有120-180米的高度。塔架6例如包括若干个塔架部段，例如图1中示意性地示出的塔架部段8、9、10。塔架6是包括拉索11的拉索式塔架。每个拉索11被束缚在塔架部段9和相应的缆索基座12之间。例如，缆索基座12包括埋入地中的混凝土块。
拉索11被连接到塔架部段9，如下文中所述。
图2示出了塔架部段布置结构13的第一实施例。该塔架部段布置结构13包括塔架部段9、拉索11和支架14。塔架部段布置结构13例如包括三个拉索11和三个支架14。
第一实施例的支架14被焊接到塔架部段9的壁16的外表面15。每个支架14包括用于与相应的拉索11连接的支架通孔17。
塔架部段9在塔架部段壁16的内表面19处还包括加强元件18，例如加强周向环。
图3示出了第一实施例的支架14中的一个的透视图。支架14包括板状结构20和若干个横向构件21。该板状结构20包括支架通孔17。
如图4中示意性地示出的，在竖直的塔架部段9的顶视图中（即，在竖立的风力涡轮机1的顶视图中），每个支架14的板状结构20相对于相应的板状结构20处的外周界23的切线22以90°的角度α布置。此外，每个支架通孔17（图2）沿平行于切线22（图4）的方向布置。
在图4的示例中，塔架部段布置结构13包括三个支架14，它们在该塔架部段布置结构13的周界23上的不同位置A、B、C处附接到外表面15。特别地，支架14沿其周界23以与120°的角度β相对应的均匀间隔布置。
每个支架14的横向构件21（图3）形成为使得它们适应塔架部段壁16的外周界23的曲率（图4）。
每个拉索11在其第一端24处连接到支架14中的一个（图1、2），并且在其第二端25处连接到缆索基座12中的一个（图1）。
如图5中所示，每个拉索11在其第一端24处例如借助于U形夹26和销27和销保持器28来连接到相应的支架14。U形夹26借助于法兰管29和锚定块30来固定到拉索11的第一端24。U形夹26具有包括两个腿32的U形部分31。每个腿32包括通孔33（在图5中仅这两个通孔33中的一个可见）。
每个U形夹26被布置成使得其两个U形夹通孔33和相应的支架通孔17（图2）彼此对准。此外，销27穿过对准的两个U形夹通孔33和支架通孔17插入（图5）。销27利用销保持器28固定。在拉索11在其另一端25处固定到缆索基座12（图1）之前，借助于U形夹26和销27来连接拉索11和支架14允许拉索11沿方向D（图5）旋转。
图6示出了塔架部段布置结构113的第二实施例。该塔架部段布置结构113包括塔架部段109、拉索11和支架114。塔架部段布置结构113例如包括三个拉索11和三个支架114。
第二实施例的支架114被栓接到塔架部段109的壁116的外表面115。每个支架114包括用于与相应的拉索11连接的支架通孔117。拉索11例如通过与图5中所示的类似的U形夹和销系统来连接到通孔117。
塔架部段109还可包括处于塔架部段壁116的内表面119处的加强元件118，该加强元件118类似于根据第一实施例的加强元件18。
图7示出了第二实施例的支架114中的一个的透视图。每个支架114包括具有支架通孔117的板状结构120。支架114还包括若干个横向构件121和背板34。
第二实施例的板状结构120关于相对于切线22成90°的角度α与第一实施例的板状结构20相似地布置，如图4中所示。
背板34包括若干个通孔35（图7），以用于与塔架部段109（图6）的壁116螺栓连接。背板34的一些通孔35在图7中以附图标记表示。此外，塔架部段壁116包括若干个壁通孔36。支架114通过插入支架114的相应通孔35和壁116的壁通孔36中的螺栓37来栓接到壁116。
图8示出了塔架部段布置结构213的第三实施例。该塔架部段布置结构213包括塔架部段209、拉索11和支架214。塔架部段布置结构213例如包括三个拉索11和三个支架214。
第三实施例的支架214被栓接到塔架部段209的壁216的外表面215。每个支架214包括用于与相应的拉索11连接的支架通孔217。拉索11例如通过与图5中所示的类似的U形夹和销系统来连接到通孔217。
塔架部段209还可包括处于塔架部段壁216的内表面219处的加强元件（未示出），该加强元件类似于根据第一实施例的加强元件18。
图9示出了第三实施例的支架214中的一个的透视图。每个支架214包括具有支架通孔217的板状结构220。第三实施例的板状结构220关于相对于切线22成90°的角度α与第一实施例的板状结构20相似地布置，如图4中所示。
支架214还包括具有通孔38的若干个横向构件221。此外，板状结构220还包括若干个通孔39。通孔38和39中的一些在图9中以附图标记表示。通孔38和39被构造成用于与焊接到塔架部段209（图8）的壁216的附接装置40、41螺栓连接。
附接装置40例如包括具有通孔42的一个或多个竖直板。借助于插入通孔42和39中的螺栓43，附接装置40被栓接到支架214的板状结构220。附接装置41例如包括一个或多个周向环或部分周向环。附接装置41借助于螺栓44来栓接到横向构件221（图9）。
在下文中，参考图10和图11来描述用于组装图1的风力涡轮机1的方法。
在该方法的步骤S1中，塔架部段9、109、209借助于车辆45来运输到风力涡轮机1的架设地点，如图10中所示。在该示例中，塔架部段9、109、209在运输之前已经包括支架14、114、214。可替代地，塔架部段9、109、209可在没有支架14、114、214的情况下被运输到架设地点。在这种情况下，支架14、114、214在架设地点处被附接到塔架部段9、109、209。
在该方法的步骤S2中，当塔架部段9、109、209处于竖直位置时，拉索11在其第一端24处连接到支架14、114、214，如图10中所示。
在该方法的步骤S3中，塔架部段布置结构13、113、213（即，塔架部段9、109、209、支架14、114、214和拉索11）借助于起重机46被提升到另一已经竖立的塔架部段8上。
在该方法的步骤S4中，每个拉索11被连接到缆索基座12（图1）。
在该方法的步骤S5中，每个拉索11在相应的支架14、114、214和缆索基座12之间张紧。
尽管已根据优选实施例描述了本发明，但是对本领域技术人员而言显而易见的是，在所有实施例中修改都是可能的。
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