專利名稱：風力發(fā)電機組以及組裝風力發(fā)電機組的方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及一種風力發(fā)電機組以及一種組裝風力發(fā)電機組的方法。
背景技術：
用于風力發(fā)電機組的塔架可由例如鋼格構架、混凝土、鋼管或復合材料構造而成。 當前，塔架主要由多個管狀鋼制段制成，所述管狀鋼制段安裝在彼此的頂部并且通過使用 螺栓連接的凸緣接頭而相互連接。借助于螺栓連接的凸緣接頭連接物體的方法在本領域早 已公知并且該方法被普遍地采用。 凸緣通常設置有沿著凸緣均勻分布的多個通 L。這種布置允許使用大量的螺栓以 及對應的螺母。 —種通過使用螺栓以及螺母來組裝風輪機塔架段的方法在美國專利申請 US2006000185中公開。 然而，更大或者更重的塔架被連續(xù)地開發(fā)出來，因為這是一種通過利用更高海拔 地區(qū)的更高風速以及因而更高內能來增加風力發(fā)電機組的功率輸出的相當簡單的方式。由 此，塔架上的風力負載顯著地增加，塔架段件總體以及特別是它們的凸緣接頭的強度要求 也會增加。由此，所需的螺栓以及對應螺母的數目也顯著地增加。然而，這與減小塔架重量、 材料消耗、安裝風力發(fā)電機組所需的工作、以及整體成本這一恒定目標產生了沖突。
發(fā)明內容
基于上述內容，本發(fā)明的一個目的是能夠利用增加數目的螺母及螺栓，從而使塔 架段的凸緣與相鄰元件的凸緣相互連接。 另一個目的是減小塔架段以及相鄰元件的凸緣尺寸，由此實現材料節(jié)省。
還有另一個目的是增加塔架整體的結構強度。 本發(fā)明進一步的目的是提供一種組裝塔架的方法，所述塔架是風力發(fā)電機組的一 部分。 鑒于至少這些目的，本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電機組，所述風力發(fā)電機組包括塔架， 所述塔架包括至少一個塔架段，所述塔架段設置有至少一個凸緣并且形成所述塔架的壁的 至少一部分；所述風力發(fā)電機組還包括設置有至少一個凸緣并且適于緊鄰所述塔架段安裝 的元件，其中，所述塔架段和所述元件具有緊靠的凸緣，所述凸緣通過多套螺栓和螺母可釋 放地相互連接；其中，與每套螺栓和螺母相關并且背向所述凸緣的至少一個表面設置有用 于接收緊固裝置的突出部的多個凹部。 通過給每個螺栓或螺母背向凸緣的表面設置多個凹部以及因而使其能夠接收緊 固裝置的突出部，可通過緊固裝置施加轉矩而不與螺栓或螺母的外部側表面接合。替代地， 用于將轉矩傳遞到螺栓或螺母的接合表面是設置有多個凹部的表面。由此，需要較小的空 間來緊固各套螺栓和螺母。 這意味著由于需要繞著螺母的更小空間來緊固螺栓，因此多套螺栓和螺母可被設
4置成更接近塔架壁。由此，凸緣寬度可以減小，從而減少材料消耗、生產成本以及塔架重量。
此外，各套螺栓和螺母可相互靠近地設置，確?？裳刂咕壷芟虬惭b更多數目的 螺栓和螺母。更多數目的螺栓及螺母以及螺栓和螺母相對于塔架壁更接近的定位可以增加 塔架的結構穩(wěn)定性。 適于緊鄰塔架段安裝的元件可以是另一塔架段、塔架基座、機艙或者風力發(fā)電機 組的一些其它部件。由此，多套螺栓及螺母可被設置成風力發(fā)電機組主要結構部件之間的 任意相互連接，所述結構部件通過凸緣接頭相互連接。 所述螺母可設置有所述凹部，由此螺栓本身能夠是標準化并且易于獲得的螺栓。
所述螺栓可以分別具有設置有所述凹部的螺栓頭。這種螺栓可以與標準化并且易 于獲得的螺母共同使用或者與設置有凹部的螺母共同使用。 所述多套螺栓和螺母中的至少一套可包括雙頭螺栓以及兩個螺母，所述兩個螺母 分別設置有所述凹部。雙頭螺栓被看作是沿著其整個長度或者沿著其兩端的一部分設有螺 紋的軸。所述雙頭螺栓可以是標準化并且易于獲得的雙頭螺栓。 每個螺栓可進一步包括至少局部設有螺紋的軸，所述螺栓被設置成使得它的軸與 塔架的縱向軸線平行，其中塔架面向所述凸緣的壁與軸的外圍之間的距離小于70mm，更優(yōu) 選地小于60mm以及最優(yōu)選地小于50mm。 應理解的是，到塔架壁的距離取決于螺母和螺栓頭的尺寸。由于緊固螺栓和螺母
所需的轉矩可通過緊固裝置施加而不與螺栓頭或螺母的側面接合，因此螺栓頭或螺母可設
置成直接地靠近塔架壁。由此，凸緣寬度可以減小，同時保持塔架的結構穩(wěn)定性。 每個螺栓被設置成使得螺栓頭向下。安裝風力塔架的技術工人由此可以在最佳工
作位置完成他的工作。由于螺母在螺栓軸上的擰緊可以直觀地控制，因此這有助于螺栓與
對應螺母的連接。 所述凹部的深度可設置成使得緊固裝置的突出部可完全地插入所述凹部中。這 樣，可以確保設置有凹部的螺栓或螺母表面與突出部從其延伸的緊固裝置表面接觸。當螺 栓和螺母被緊固時，這兩個表面之間的摩擦可提供另外的緊固力。 所述凹部的寬度可設置成使得當所述突出部插入到所述凹部中時，凹部的內部側 表面貼靠緊固裝置的突出部的外部側表面。這樣，可以獲得緊固裝置與螺栓或螺母的緊密 配合，同時螺栓與螺母被緊固。這可歸于從緊固裝置到螺栓或螺母的改進轉矩傳遞。
凹部可以是相互平行設置的圓柱形盲孔。這樣，可以利用相對簡單工具實現螺栓 或螺母的簡化制造過程。這會降低整個生產成本。應理解的是，具有相同功能的凹部可被 設置為通孔。 根據另一方面，本發(fā)明涉及一種用于將風力發(fā)電機組的塔架段結合到緊鄰元件的 方法，包括設置所述塔架段和所述元件，使得所述塔架段的凸緣與所述元件的凸緣接觸； 使設置在所述塔架段的凸緣中的孔與設置在所述元件的凸緣中的孔對齊；通過多套螺栓和 螺母使凸緣相互連接，所述螺栓設置成延伸穿過至少部分對齊的孔；以及通過緊固裝置緊 固每套螺栓與螺母，所述緊固裝置具有突出部，所述突出部適于與設置在與所述套相關并 且背向所述凸緣的至少一個表面中的凹部接合。 如上述針對風力發(fā)電機組所討論的方法允許多套螺栓和螺母被設置成更接近塔 架壁。這樣能夠減小凸緣的寬度，由此減小材料消耗以及塔架的總重量。
此外，該創(chuàng)造性的方法能夠沿著凸緣周向安裝更多數目的多套螺栓及螺母，由此 增加塔架的結構穩(wěn)定性。 該方法還包括設置每個螺栓使得螺栓頭向下的步驟。安裝塔架的技術工人由此可 以在最佳工作位置完成他的任務(例如緊固多套螺栓和螺母)。由于螺母在螺栓軸上的擰 緊可以直觀地控制，因此這有助于螺栓與對應螺母的連接。 本發(fā)明其它目的、特征和優(yōu)點將從接下來的詳細公開、附加的權利要求以及附圖 中體現出來。 通常，權利要求中使用的所有術語將根據它們在該技術領域的通常意義來解釋， 除非在此以其它方式明確地限定。凡涉及到用一個/該/所述限定的"元件、裝置、部件、方 式、步驟等"都被開放地解釋為指至少一個所述"元件、裝置、部件、方式、步驟等"的情況，除 非以其它方式明確地表明。這里公開的任意方法的步驟不需要按照公開的確切步驟執(zhí)行， 除非明確地表明。
通過接下來參考附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例的示意性及非限制性的詳細描述，本發(fā) 明的上述及另外的目的、特征及優(yōu)點將會更好地被理解，附圖中相同的附圖標記用于相同 的元件。
圖1是風力發(fā)電機組的示意圖。
圖2是塔架的兩個相鄰段之間的凸緣接頭的橫截面視圖，沒有任何螺栓及螺母。
圖3是塔架的兩個相鄰段之間的凸緣接頭的橫截面視圖，具有多套螺栓及螺母。
圖4顯示了一套螺栓和螺母的第一實施例。
圖5顯示了一套螺栓和螺母的第二實施例。
圖6顯示了緊固裝置的一個實施例。
具體實施例方式
圖1是具有由塔架2支撐的機艙3的風力發(fā)電機組1的示意圖。塔架2的目的是 支撐設置在塔架2頂部上的機艙3的重量。此外，塔架用于將風輪葉片4設置到適當的運 行高度。 現代塔架包括多個管狀塔架段5，所述塔架段5可被制造成20-30米長的節(jié)段并且 隨后安裝到彼此的頂部上，從而為塔架提供足夠的高度。通常，塔架段由鋼制成。各個塔架 段的形狀通常是直的圓柱形或者平截的圓錐形。 圖2是具有對應凸緣6的上部塔架段8和對應凸緣7的下部塔架段9的一部分的 垂直橫截面視圖。 各個塔架段8， 9通常包括設置在塔架段的每個端部的凸緣。第一凸緣6安裝到上 部塔架段8上，第二凸緣7安裝到下部塔架段9上。在公開的實施例中，每個凸緣6， 7沿著 相關的塔架段8， 9的整個圓周延伸。應理解的是，凸緣也可被分成多個凸緣段，所述凸緣段 一起形成周向連續(xù)或非連續(xù)的凸緣。 出于實用原因，每個凸緣6，7通常作為分開的部件通過使用例如焊接的合適結合 技術安裝到各個塔架段上。
第一凸緣6具有大體上L-形截面，其第一分支10向著塔架內部水平地延伸，由此 與塔架段8和9的縱向軸線LA形成大體垂直角度，其第二分支11借助于在所述上部塔架 段8的下邊緣12的焊縫50被安裝到上部塔架段8上。 類似地，第二凸緣也具有大體上L-形截面，其第一分支13向著塔架內部水平地延 伸，由此與塔架段8，9的縱向軸線LA形成大體垂直角度，其第二分支14借助于在所述下部 塔架段9的上邊緣15的焊縫50被安裝到下部塔架段9上。 第一凸緣6的向內水平延伸的第一分支10和第二凸緣7的向內水平延伸的第一 分支13彼此直接接觸。 每個凸緣6，7沿著其周向延伸部形成有多個通孔16。通孔16可以周向彼此等距
地間隔開或者分組設置。第一凸緣6的通孔16與第二凸緣7的通孔對齊。 當兩個相鄰的上部塔架段8及下部塔架段9將要相互連接時，凸緣6， 7被用作平
坦支撐表面。 參考圖3，具有對應的凸緣6的上部塔架段8和具有對應的凸緣7的下部塔架段9 的一部分被顯示成處于相互連接的狀態(tài)。 如圖所示，凸緣6， 7借助于與所述通孔16接合的多套螺栓19及螺母20相互連接， 每套螺栓及螺母由標號18表示。螺栓可設置有墊圈(未示出)。 通常地，每個螺栓19被設置使得螺栓的螺栓頭25在安裝時向下。然而，向上的螺 栓頭25也是可行的。通常地，使用標準化的以及易于獲得的螺栓。螺栓19可以沿著其軸 26的整個長度形成螺紋或者如圖所示僅僅沿著其自由端部形成螺紋。 如圖3和4所示，每個螺母20具有與螺栓軸26的螺紋段嚙合的內螺紋。根據所 示實施例的螺母20具有圓形截面，然而應理解的是，其它截面形狀也是同樣可行的。這同 樣適用于螺栓頭25。 螺母20背向螺栓頭25以及凸緣的表面22設置有沿著軸26的縱向方向延伸的多
個凹部21。在所公開的實施例中，凹部21被成形為圓柱形盲孔、并且設置成彼此平行以及
沿周向均勻地分布。仍然應理解的是，可以使用任意模式及幾何形狀。同樣，應理解的是，
凹部可被設置為通孔。通常地，根據螺母的尺寸，每個螺母有6-12個凹部21。 盡管沒有顯示，但是應理解的是，通常地，螺栓頭25可設置有與螺母的凹部相對
應的凹部。 參考圖5，作為帶螺紋的螺栓以及設置有所述凹部的螺母的替代方案，螺栓可以是
所謂的雙頭螺栓19'，即軸26'沿著其整個長度或者沿著其兩個自由端設置有螺紋。這種雙
頭螺栓19'與兩個螺母20' —起使用，每個螺母都具有上面所述的凹部21。 圖6顯示了緊固裝置27的一個實施例。緊固裝置27通常包括接合頭30，接合頭
具有多個沿圓周分布的突出部28。突出部28的分布模式以及尺寸和幾何形狀與螺母20的
凹部21的分布模式以及尺寸和幾何形狀相對應。專用的緊固裝置27可被制成適用于每個
螺母尺寸。 如圖6所示，緊固裝置27可包括手柄31，該手柄適于與接合頭30 —同操作。手柄 31可以是固定手柄、可互換手柄或者甚至是棘輪扳手。 回到圖2和3，當兩個塔架段8，9通過所述凸緣接頭結合時，兩個塔架段被設置成 一個在另一個頂端上，使兩個相對的凸緣6， 7彼此平靠，從而使得它們的對應通孔16對齊。螺栓19被布置在如此形成的每個通孔16中，并且螺母20被擰到螺栓19的自由端上。隨 后，緊固裝置27的接合頭30被設置到螺母20上，使突出部28插入到凹部21中。最后，螺 栓19通過向螺母20施加足夠轉矩而被緊固。這個過程在整個凸緣接頭上被重復。
通過允許凹部21的底表面與突出部28的前表面之間存在間隙，即凹部的深度超 過突出部的長度，緊固裝置27的突出部28可完全地插入到所述凹部21中。這意味著可以 確保設置有凹部21的螺母表面22與突出部28從其延伸的緊固裝置27的表面之間的接觸。 由此，在螺母20被緊固時，凹部的內部側表面與突出部的外部側表面之間的摩擦提供另外 的緊固力。 通過將凹部21的寬度設置成使得它們的內部側表面貼靠突出部28的外部側表 面，在螺母20被緊固時實現緊固裝置27與螺母20的緊密配合。這會促進從緊固裝置27 到螺母20的更好轉矩傳遞。 通過凹部21以及突出部28的設計，緊固裝置27可與螺母20接合并且將螺母緊 固到螺栓19上，而不與螺母20的側表面接合。由此，需要更小空間來緊固各個螺母20。
通過使緊固裝置27與螺母20在螺栓19的縱向方向上接合而沒有任何周向外部 接合，能夠使用更多套18螺栓19及螺母20，使得塔架具有更高的結構強度。同時，由于更 多套18螺栓19和螺母20可被設置成更靠近塔架段的縱向壁，因此凸緣的寬度可以減小， 從而允許減少重量以及材料消耗、并且由此進行更低廉的塔架設計。 凸緣接頭的上述公開設計通常被稱為L-凸緣接頭。盡管凸緣被公開成指向塔架 的內部，但是它們在本發(fā)明范圍內可以從塔架內部指向外部。而且，本發(fā)明的概念同樣可應 用到T-凸緣接頭(未示出)，其中每個凸緣具有T-形截面，其第一分支水平地延伸到塔架 內部、并且其第二分支向著塔架外部水平地延伸，其中兩個分支都設置有通孔以接收多套 螺栓和螺母。 上面所公開的凸緣接頭已經針對將要互相連接的兩個相鄰的上部及下部塔架段 進行了描述。然而，所公開的凸緣接頭同樣可用于風力發(fā)電機組的其它元件，例如在塔架段 與塔架基座的一部分之間或者在機艙與最上端塔架段之間。在多套螺栓與螺母被用在機艙 與最頂端塔架段之間的情況下，所述螺栓優(yōu)選地設置成延伸穿過偏航系統，該偏航系統允 許機艙相對于塔架轉動。在連接其它元件例如將轉換件連接到塔架段時，凸緣接頭也可以 適用。 本發(fā)明在上面主要參考一些實施例進行了描述。然而，對于本領域技術人員容易 理解的是，除了上面公開之外的其它實施例同樣落入由權利要求所限定的本發(fā)明范圍之 內。
權利要求
一種風力發(fā)電機組，所述風力發(fā)電機組包括塔架(2)，所述塔架包括至少一個塔架段(8)，所述塔架段設置有至少一個凸緣(6)并且形成所述塔架的壁的至少一部分；所述風力發(fā)電機組還包括設置有至少一個凸緣(7)并且適于緊鄰所述塔架段安裝的元件(9)，其中，所述塔架段(8)和所述元件(9)具有緊靠的凸緣(6，7)，所述凸緣通過多套(18)螺栓(19)和螺母(20)可釋放地相互連接；其中，與每套螺栓和螺母相關并且背向所述凸緣的至少一個表面設置有用于接收緊固裝置(27)的突出部(28)的多個凹部(21)。
2. 如權利要求l所述的風力發(fā)電機組，其特征在于，所述元件(9)是塔架段。
3 如權利要求l所述的風力發(fā)電機組，其特征在于，所述元件(9)是塔架基座。
4. 如權利要求l所述的風力發(fā)電機組，其特征在于，所述元件(9)是風力發(fā)電機組的機艙。
5. 如前述任一權利要求所述的風力發(fā)電機組，其特征在于，所述螺母(20)設置有所述 凹部(21)。
6. 如權利要求l-4任一所述的風力發(fā)電機組，其特征在于，所述螺栓(19)分別具有設 置有所述凹部(21)的螺栓頭。
7. 如權利要求l-4任一所述的風力發(fā)電機組，其特征在于，所述多套(18)螺栓和螺母 中的至少一套包括雙頭螺栓(19')以及兩個螺母(20')，所述兩個螺母分別設置有所述凹 部(21)。
8. 如前述任一權利要求所述的風力發(fā)電機組，其特征在于，每個螺栓(19)還包括至少 局部形成螺紋的軸(26)，所述螺栓被設置成使得它的軸平行于所述塔架的縱向軸線，其中， 在所述塔架面向所述凸緣(6，7)的壁與所述軸的外圍之間的距離小于70mm，更優(yōu)選地小于 60mm并且最優(yōu)選地小于50mm。
9. 如前述任一權利要求所述的風力發(fā)電機組，其特征在于，每個螺栓(19)設置成使得 螺栓頭向下。
10. 如前述任一權利要求所述的風力發(fā)電機組，其特征在于，所述凹部(21)的深度設 置成使得緊固裝置(27)的突出部(28)可完全地插入所述凹部(21)中。
11. 如前述任一權利要求所述的風力發(fā)電機組，其特征在于，所述凹部(21)的寬度設 置成使得當所述突出部被插入所述凹部中時，所述凹部的內部側表面貼靠緊固裝置(27) 的突出部(28)的外部側表面。
12. 如前述任一權利要求所述的風力發(fā)電機組，其特征在于，所述凹部(21)是相互平 行布置的圓柱形盲孔。
13. —種用于將風力發(fā)電機組的塔架段(8)結合到緊鄰元件(9)的方法，包括 設置所述塔架段(8)和所述元件(9)，使得所述塔架段的凸緣(6)與所述元件的凸緣(7)接觸;使設置在所述塔架段的凸緣中的孔(16)與設置在所述元件的凸緣中的孔(16)對齊； 通過多套(18)螺栓(19)和螺母(20)使凸緣相互連接，所述螺栓設置成延伸穿過至少 部分對齊的孔；以及通過緊固裝置(27)緊固每套螺栓與螺母，所述緊固裝置具有突出部(28)，所述突出部 適于與設置在與每套螺栓和螺母相關并且背向所述凸緣的至少一個表面中的凹部接合。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，還包括設置每個螺栓使得螺栓頭向下的 步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電機組，所述風力發(fā)電機組包括塔架(2)，所述塔架包括至少一個塔架段(8)，所述塔架段設置有至少一個凸緣(6)并且形成所述塔架的壁的至少一部分。所述風力發(fā)電機組還包括設置有至少一個凸緣(7)并且適于緊鄰所述塔架段安裝的元件(9)。所述塔架段(8)和所述元件(9)具有緊靠的凸緣(6，7)，所述凸緣通過多套(18)螺栓(19)和螺母(20)可釋放地相互連接。與每套螺栓和螺母相關并且背向所述凸緣的至少一個表面設置有用于接收緊固裝置(27)的突出部(28)的多個凹部(21)。本發(fā)明還涉及一種結合塔架段和緊鄰元件的方法。
文檔編號F03D11/04GK101749199SQ20091022284
公開日2010年6月23日 申請日期2009年11月19日 優(yōu)先權日2008年11月27日
發(fā)明者J·克里斯滕森 申請人:維斯塔斯風力系統集團公司