用于連接相鄰塔架區(qū)段的法蘭輔助物的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了一種用于連接相鄰塔架區(qū)段的法蘭輔助物，其中，每個塔架區(qū)段包括塔架區(qū)段外殼、塔架區(qū)段法蘭以及塔架區(qū)段外殼和塔架區(qū)段法蘭之間的圓角過渡部；其中，法蘭輔助物包括擴展部，擴展部被形成為補充圓角過渡部，使得法蘭輔助物延伸到塔架區(qū)段的過渡區(qū)中。本發(fā)明還描述了一種用于連接相鄰塔架區(qū)段的塔架區(qū)段連接裝置，每個塔架區(qū)段包括塔架區(qū)段外殼、塔架區(qū)段法蘭以及外殼和法蘭之間的過渡區(qū)上的圓角過渡部，其中，所述塔架區(qū)段連接裝置包括至少一個法蘭輔助物和用以將法蘭和法蘭輔助物連接在一起的許多緊固件。本發(fā)明還描述了一種包括多個塔架區(qū)段的塔架，多個塔架區(qū)段中的至少兩個相鄰塔架區(qū)段與一個或多個此類法蘭輔助物相連。
【專利說明】用于連接相鄰塔架區(qū)段的法蘭輔助物
【技術領域】
[0001]本發(fā)明描述了一種用于連接相鄰塔架區(qū)段的法蘭輔助物、塔架區(qū)段連接裝置以及
ο
【背景技術】
[0002]諸如風力渦輪機的高層結構的塔架能夠容易地達到115 m的高度。此類塔架通常由許多預制塔架區(qū)段構成，所述預制塔架區(qū)段被運輸到岸上或離岸風力渦輪機地點并在那里組裝。塔架區(qū)段包括本質上圓筒形的“外殼”，其朝著頂部略微逐漸縮減。塔架區(qū)段一般由鋼制成，并且可具有10-30 m或更長的長度，對于其而言，典型的直徑可能在2.0 m和7.0m之間。
[0003]理想地，塔架區(qū)段將通過其外殼壁被豎直地連接，使得任何加載力將被從一個外殼直接傳遞至下一個外殼。然而，這不是切實可行的，并且通常用成對的法蘭來連接塔架區(qū)段。通常，法蘭被焊接到塔架區(qū)段的上端和下端，這取決于塔架區(qū)段在塔架中的位置。通常通過用螺栓插入穿過法蘭中的匹配的成對孔或通孔，一個塔架區(qū)段的下法蘭被連接到下面的塔架區(qū)段的上法蘭。為了使此類法蘭連接中的應力最小化，法蘭被形成為與外殼基本成直角?？淄ǔＴ凇奥菟▓A”中繞著每個法蘭的圓周均勻地間隔開。為了塔架區(qū)段之間的最佳載荷傳遞，螺栓圓直徑(BCD)應盡可能接近于塔架區(qū)段直徑。
[0004]可以從制造地 點將塔架區(qū)段水平地運輸到風力渦輪機地點。在運輸期間出現(xiàn)的問題是塔架區(qū)段的重量促使外殼和法蘭變形，并且它們的理想圓形截面可能會變成橢圓形，使得無法將該塔架區(qū)段彼此連接。為此，可將厚的穩(wěn)健的法蘭附接到塔架區(qū)段以便確保塔架區(qū)段在運輸期間保持其形狀。然而，此類厚的且剛性的法蘭顯著地增加制造成本，特別是由于風力渦輪機塔架變得越來越大，并且還與塔架組裝期間的問題相關聯(lián)。例如，難以修正由于法蘭的固有剛性而引起的孔的任何不對準。此外，如果較厚的法蘭在運輸期間以任何方式變形，則不能矯正此類變形，并且整個塔架區(qū)段必須報廢。
[0005]使用較少材料的較薄或“軟”的法蘭能夠顯著地降低塔架的制造成本。在運輸期間可以某種適當的方式來支撐此類“薄”或“軟”法蘭以避免外殼和法蘭變形。然而，與使用厚法蘭的法蘭連接相比，使用這些薄或“軟”法蘭的塔架區(qū)段之間的法蘭連接不那么可靠。為了改善“軟”法蘭的結構強度，在突出的水平法蘭和豎直外殼之間的過渡區(qū)域中使用額外的材料。由于該額外的材料在從水平法蘭到豎直外殼的平滑過渡中呈現(xiàn)為彎曲表面，所以可將其稱為“圓角過渡部”。雖然圓角過渡部能夠改善法蘭的強度，從而使得可以減小塔架區(qū)段直徑并從而降低運輸成本，但其也與許多缺點相關聯(lián)。墊圈或螺母要求與螺栓成直角的平的接觸表面，使得必須將用于螺栓的通孔或孔布置在離此類圓角過渡部相當大的距離處。圓角過渡部的區(qū)域基本是其中不可放置螺栓的“禁止”過渡區(qū)，使得螺栓圓直徑受到形成具有此類圓角過渡部的法蘭的需要的約束。然而，塔架區(qū)段之間的法蘭連接的穩(wěn)定性隨著螺栓和外殼之間的距離增加而減小。
[0006]在解決此問題的一個方法中，通過使用附加的扁平環(huán)形段來加強薄法蘭連接，扁平環(huán)形段被使用螺栓緊固到下法蘭，以便通過減小下法蘭的偏轉量來減少焊接區(qū)中的應力。為了有效，此類扁平環(huán)形段必須是相對厚且寬的。此外，它們的有效性受到必須將其放置在法蘭和外殼之間的圓角過渡部外面的限制。結果，外殼仍可在焊接區(qū)域中遭受損壞。

【發(fā)明內容】

[0007]因此本發(fā)明的目的是提供一種塔架區(qū)段之間的改善的法蘭連接，其克服了上述問題。
[0008]通過權利要求1的用于連接相鄰塔架區(qū)段的法蘭輔助物，通過權利要求10的塔架區(qū)段連接裝置以及通過權利要求13的塔架來實現(xiàn)此目的。
[0009]根據本發(fā)明，實現(xiàn)了一種用于連接相鄰塔架區(qū)段的法蘭輔助物，所述塔架區(qū)段每個包括塔架區(qū)段外殼、塔架區(qū)段法蘭以及塔架區(qū)段外殼和塔架區(qū)段法蘭之間的顯著的圓角過渡部。根據本發(fā)明的法蘭輔助物包括擴展部，擴展部被形成為補償圓角過渡部，使得法蘭輔助物延伸到塔架區(qū)段的過渡區(qū)中。短語“被形成為補充圓角過渡部”應被理解為指的是法蘭輔助物擴展部被形成為以某種方式適應圓角過渡部，并且以某種方式與圓角過渡部進行物理接觸。換言之，法蘭擴展部材料能夠延伸到禁止的“過渡區(qū)”中，禁止的“過渡區(qū)”在圓角過渡部的深度上延伸，并且必須被已知的加強裝置的扁平環(huán)形段避開。在本發(fā)明的背景下，應將術語“圓角過渡部”理解為兩個基本垂直的法蘭和外殼壁之間的彎曲過渡部，其所具有的曲率由一個或多個半徑限定。
[0010]根據本發(fā)明的法蘭輔助物的優(yōu)點是允許將任何法蘭緊固件(例如螺栓、墊圈和螺母)布置成更接近于外殼壁，從而增加法蘭在使載荷應力遠離焊縫區(qū)偏轉時的有效性。此夕卜，由于該擴展部適應圓角過渡部，所以可以有較大的圓角過渡部，導致能夠減小作用在法蘭和/或焊接區(qū)上的應力。法蘭通?？捎筛咂焚|鋼制成，諸如根據制造標準EN 10025-3的S355NL，其是在具有較少雜質的情況下生產的并且因此更加昂貴。用較少材料制成的“較薄”法蘭制造起來更加便宜，并且在塔架組裝期間呈現(xiàn)出較少的問題。法蘭輔助物不需要由此類高品質鋼制成。替代地，能夠使用低等級材料，諸如根據制造標準EN 10025-2的S355J2和S355K2，其明顯更便宜。法蘭的材料厚度的減小與法蘭輔助物的較便宜的材料品質一起降低了塔架的總成本。在本發(fā)明的背景下，應將“薄”法蘭理解為這樣的法蘭，其厚度不以顯著的量超過塔架區(qū)段外殼的厚度。“薄”法蘭的厚度可以與外殼的厚度基本相同，并且通常不比外殼更薄。
[0011]根據本發(fā)明，實現(xiàn)了一種用于連接相鄰塔架區(qū)段的塔架區(qū)段連接裝置，其中，每個塔架區(qū)段包括塔架區(qū)段外殼、塔架區(qū)段法蘭以及該塔架區(qū)段的外殼和法蘭之間的過渡區(qū)上的圓角過渡部。根本發(fā)明的塔架區(qū)段連接裝置包括:至少一個法蘭輔助物，該至少一個法蘭輔助物包括擴展部，擴展部被形成為補充圓角過渡部，使得法蘭輔助物延伸到該塔架區(qū)段的過渡區(qū)中；以及許多緊固件，所述緊固件安裝在形成于法蘭和法蘭輔助物中的相應孔中，以將法蘭和法蘭輔助物連接在一起。
[0012]根據本發(fā)明的塔架區(qū)段連接裝置的優(yōu)點是其制作起來相對直接且簡單，同時確保了從圓角過渡部到法蘭輔助物的有利的應力吸收或載荷傳遞。因此，能夠延長塔架的壽命，因為顯著地降低了塔架區(qū)段發(fā)生疲勞損壞的可能性，特別是在焊接區(qū)域中。
[0013]根據本發(fā)明，一種塔架包括多個塔架區(qū)段，多個塔架區(qū)段中的至少兩個相鄰塔架區(qū)段與根據本發(fā)明的一個或多個法蘭輔助物相連。
[0014]根據本發(fā)明的塔架的優(yōu)點是能夠將每個法蘭的圓角過渡部制造得相當大，因為法蘭輔助物能夠其作用以使任何有害加載力偏轉遠離法蘭/外殼連接，即遠離焊接區(qū)，使得在有利地降低塔架制造成本的同時有利地改善塔架的結構穩(wěn)定性。
[0015]如以下描述中所揭示的，本發(fā)明的特別有利的實施例和特征由從屬權利要求給出?？梢赃m當地將不同權利要求種類的特征組合以給出本文中未描述的其他實施例。
[0016]下面，在不以任何方式限制本發(fā)明的情況下，可以假設塔架是風力渦輪機塔架，并且塔架區(qū)段由鋼預制而成。此外，可以假設塔架區(qū)段包括具有基本圓形截面的外殼。
[0017]在風力渦輪機的操作期間，塔架可能在一定程度上振蕩或搖擺。塔架區(qū)段之間的結合部必須能夠承受加載應力，并且使這些應力從外殼和法蘭之間的固有較弱焊接區(qū)域偏轉。根據本發(fā)明的法蘭輔助物能夠確保實現(xiàn)此功能，因為擴展部與圓角過渡區(qū)域進行物理接觸，并且因此能夠使應力從圓角過渡區(qū)傳遞到法蘭輔助物中并從那里傳遞到法蘭，使得法蘭能夠實現(xiàn)其功能。在根據本發(fā)明的法蘭輔助物的特別優(yōu)選實施例中，擴展部包括彎曲邊緣表面，該彎曲邊緣表面被成形為抵靠塔架區(qū)段的圓角過渡部。這樣，使擴展部的有用的表面區(qū)域最大化，并且還使法蘭輔助物的功能最大化。從圓角過渡部到法蘭輔助物的最佳載荷傳遞還確保連接法蘭的任何緊固件上的載荷也被有效地減少。
[0018]在本發(fā)明的另一特別優(yōu)選實施例中，法蘭輔助物擴展部被形成為僅與圓角過渡部的表面進行表面接觸。擴展部的其余部分被成形為避免與塔架區(qū)段的任何部分接觸。這樣，法蘭輔助物擴展部至多與圓角過渡部的彎曲表面進行接觸。這確保外殼能夠在外殼壁的任何部分不與法蘭輔助物進行接觸的情況下相對于法蘭彎曲或偏轉(如其應該的那樣)，因為否則那樣的話可能導致外殼壁或法蘭擴展部的損壞。
[0019]如上文所指示的，通常單獨地制造外殼和法蘭，并將外殼焊接到法蘭。焊接的過程導致塔架區(qū)段的圓周周圍的凸起的焊“縫”。焊縫可以延伸超過外殼的表面數毫米。因此，在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，法蘭輔助物擴展部包括凹陷，該凹陷的尺寸被確定為適應塔架區(qū)段的外殼和法蘭之間的此類焊縫。法蘭輔助物將該超出的焊接金屬考慮在內是重要的，因為在大多數情況下不會將其去除并且常常按照原狀留下，作為接近于圓形開口的塔架區(qū)段的內側和/或外側的“凸起”。并且在這里，法蘭輔助物的形狀確保當外殼相對于法蘭偏轉時，在焊接區(qū)和法蘭輔助物的主體之間不進行接觸。
[0020]法蘭輔助物的形狀本質上使得緊固件的接觸表面升高到法蘭表面之上，并且允許此接觸表面“移位”而更接近于外殼。為了將法蘭輔助物與法蘭連接在一起，法蘭輔助物優(yōu)選地還包括對應于塔架區(qū)段法蘭中的孔的許多孔。在本發(fā)明的特別優(yōu)選實施例中，法蘭輔助物包括相對于擴展部形成的至少一個此類孔，使得布置于該孔中的緊固件的加載表面延伸到過渡區(qū)中。法蘭中的相應孔的位置因此由法蘭輔助物的形狀決定，并且可以被形成為更接近于外殼，使得塔架區(qū)段的BCD接近于外殼的直徑。這明顯與現(xiàn)有技術的布置相反，在現(xiàn)有技術的布置中，任何加強環(huán)形段中的孔都是根據法蘭中的孔制作的，其進而被要求放置在離圓角過渡部某個最小距離處，使BCD更加遠離外殼直徑。
[0021]優(yōu)選地，根據法蘭輔助物的主要目的來確定其尺寸。例如，如果僅期望增加已展示出令人滿意的硬度的內部法蘭的螺栓圓直徑，則可將法蘭輔助物制造得相對扁平。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，法蘭輔助物的厚度基于其所安裝到的法蘭的圓角過渡部的深度。這里，法蘭輔助物的厚度不需要超過圓角過渡部的深度，因為沒有理由這樣做。
[0022]替代地，可能必須增加法蘭連接的硬度而同時還改善B⑶，使其更接近于外殼直徑。在這種情況下，可以將法蘭輔助物制造得相當厚，厚度充分地超過圓角過渡部的深度或半徑。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，法蘭輔助物的厚度是其所安裝到的法蘭的厚度的至少100%、更優(yōu)選地至少120%、最優(yōu)選地至少140%。例如，常規(guī)的法蘭可要求約100 mm的厚度以提供某個塔架區(qū)段所需的硬度?？梢杂幂^薄法蘭以及根據本發(fā)明的法蘭輔助物來替換該“厚”法蘭(由于需要使用高等級鋼而昂貴并且在塔架組裝期間有問題)。在這種情況下，法蘭本身能夠被構造為具有僅約50 mm的厚度，并且能夠被具有50 mm厚度的法蘭輔助物(由更經濟的低等級鋼制成)加強。擴展部和凹陷的組合使得能夠在不侵入焊接區(qū)附近的過渡區(qū)中的情況下允許法蘭輔助物獲得基本任何期望的“高度”。從而，較厚的法蘭輔助物增加了緊固件的螺栓長度，還提供了連接強度的增加。實際的法蘭厚度將在很大程度上取決于風力渦輪機塔架將被暴露的條件，并且因此將會由風力渦輪機地點、所預期的載荷以及該地點處的普遍天氣條件來確定。
[0023]為了促進塔架安裝期間的法蘭輔助物的安裝，根據本發(fā)明的法蘭輔助物優(yōu)選地包括多個法蘭輔助物區(qū)段。每個區(qū)段可對應于環(huán)形環(huán)的弧或一部分。所述區(qū)段可以被精確地機加工以在所有區(qū)段就位時鄰接，從而形成閉合的環(huán)，或者在相鄰段之間可允許一定的間隙。對于法蘭輔助物在法蘭之上和之下的塔架區(qū)段連接而言，可以以偏移方式來布置所述段。這樣，可獲得更有效的載荷分布。替代地，可使布置在“上”法蘭上的各段與布置在“下”法蘭上的那些段對準。
[0024]法蘭相對于外殼的位置(即法蘭是在內部上還是在外部上)可取決于塔架區(qū)段在塔架中的位置。塔架底部處的法蘭可形成在外部上。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，實現(xiàn)了一種法蘭輔助物，用于在減小的BCD(即BCD小于在沒有此類法蘭輔助物的情況下所實現(xiàn)的塔架區(qū)段連接的BCD)的情況下連接相鄰塔架區(qū)段的外部法蘭。此類法蘭輔助物可包括若干弧形件，其形成有內彎曲邊緣以與外部法蘭的面朝外的圓角過渡部相遇。完整的塔架區(qū)段連接因此可使用兩個法蘭輔助物，一個用于上塔架區(qū)段并且一個用于下塔架區(qū)段。
[0025]同樣地，塔架的中間水平處的法蘭可形成在內部上。因此，在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，實現(xiàn)了一種法蘭輔助物，用于在增大的BCD (即BCD大于在沒有此類法蘭輔助物的情況下所實現(xiàn)的塔架區(qū)段連接的BCD)的情況下連接相鄰塔架區(qū)段的內部法蘭。此類法蘭輔助物可包括若干弧形件，其形成有外彎曲邊緣以與內部法蘭的面朝內的圓角過渡部相遇。并且在這里，完整的塔架區(qū)段連接可使用兩個此類法蘭輔助物，一個用于上塔架區(qū)段并且一個用于下塔架區(qū)段。
[0026]當然，如果需要的話，塔架區(qū)段的一端可具有內部和外部法蘭兩者，例如用于岸上風力渦輪機的最下區(qū)段，以促進其連接到混凝土基座。在這種情況下，可使用上述法蘭輔助物中的每一個，在外殼的每一側上各一個。
[0027]圓角過渡部應包括足夠的“添加材料”以獲得法蘭中的令人滿意的應力吸收。優(yōu)選地，根據對于該塔架區(qū)段而言將預期的應力或載荷來確定“添加材料”的量。添加材料還優(yōu)選地均勻分布在法蘭和外殼壁之間以給出平滑的凹面過渡，例如當在截面中看時以四分之一圓或任何其他適當曲線類型的方式，例如橢圓的一部分、拋物線等?？梢詮摹疤砑硬牧稀钡木鶆蚍植紝С霭霃交蚱渌€定義參數的大小。例如，在一個示例性塔架區(qū)段的情況下，法蘭厚度可以是60 mm，塔架區(qū)段的壁厚度可以是20 mm，并且添加材料可以分布為法蘭和外殼之間的平滑凹面過渡部，具有15.0 mm的平均半徑。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，法蘭輔助物擴展部的彎曲邊緣表面的半徑包括至少13.0 _、更優(yōu)選地至少14.0 _、最優(yōu)選地至少15.0 _，這取決于該法蘭輔助物所要安裝到的法蘭的過渡區(qū)中的半徑。
[0028]可設想將法蘭輔助物實現(xiàn)為使得用于緊固件的孔被直接布置在圓角過渡部的旁邊，從而使BCD盡可能接近于外殼。然而，這將意味著螺栓頭或螺母非常接近于外殼壁。這可能會使得難以擰緊此類緊固件。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，基于最小工具間隙來確定法蘭輔助物(且因此還有法蘭)中的孔的放置。
[0029]使用具有根據本發(fā)明的法蘭輔助物的上述類型塔架區(qū)段連接而構造的風力渦輪機塔架可以以非常有利的BCD為特征，其中，被連接的塔架區(qū)段的外部法蘭的螺栓圓直徑從而包括塔架區(qū)段直徑的至多105%、更優(yōu)選地至多104.5%、最優(yōu)選地至多104%，并且被連接的塔架區(qū)段的內部法蘭的螺栓圓直徑從而包括塔架區(qū)段直徑的至少94.8%、更優(yōu)選地至少95%、最優(yōu)選地至少95.4%。當然，將由塔架區(qū)段尺寸來決定實際的螺栓圓直徑，塔架區(qū)段尺寸進而由渦輪機的預期地點以及預期載荷確定。例如，對于具有5000 _的外殼直徑的塔架區(qū)段而言，根據本發(fā)明的法蘭連接的螺栓有效地朝著外殼移位約40 _。能夠將螺栓放置得更接近于外殼主體導致法蘭的改善的載荷吸收性能，并且能夠顯著地延長塔架的壽命O
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]從以下詳細描述并結合附圖考慮，本發(fā)明的其他目的和特征將變得明顯。然而，應理解的是附圖僅僅是出于圖示的目的而設計的，并且不作為本發(fā)明的限制的定義。
[0031]圖1示出了風力渦輪機；
圖2示出了現(xiàn)有技術的塔架區(qū)段連接裝置；
圖3示出了根據本發(fā)明的塔架區(qū)段連接裝置的實施例；
圖4示出了用于安裝到外部法蘭的根據本發(fā)明的法蘭輔助物的實施例；
圖5示出了圖4的元件的分解圖中的截面；
圖6示出了用于安裝到內部法蘭的根據本發(fā)明的法蘭輔助物的實施例。
[0032]在附圖中，相同的數字自始至終指示相同的物體。圖中的物體不一定按比例繪制。
【具體實施方式】
[0033]圖1示出了具有通常構造的風力渦輪機4。機艙6被塔架5支撐。塔架5是通過將塔架區(qū)段2 —個接一個地堆疊以達到期望高度而制成的。如圖所示，塔架5通常在底部是最寬的并且朝著機艙逐漸地縮減。塔架區(qū)段2因此也相應地逐漸縮減。必須將相鄰的塔架區(qū)段2牢固地固定到彼此。為此，塔架區(qū)段將在其上和/或下邊緣(取決于其在塔架中的位置)處具有內部和/或外部法蘭，以匹配一個或兩個相鄰塔架區(qū)段的法蘭。
[0034]圖2示出了用于風力渦輪機塔架的區(qū)段的現(xiàn)有技術連接裝置。這里，使用兩種不同的法蘭實現(xiàn)方式來說明現(xiàn)有技術構造的問題，然而兩個塔架區(qū)段2通常使用相同的實現(xiàn)方式。
[0035]圖的上部示出了塔架區(qū)段2，其具有被焊接到法蘭7_thin的外殼20，留下凸起的焊縫23。為了加強連接，使得法蘭7_thin在運輸期間保持其形狀，法蘭7_thin形成有相對大的圓角過渡部R1。然而，所得到的禁止過渡區(qū)TZ (用陰影區(qū)域表示)的深度限定了加強元件70的位置，使得在加強元件和豎直外殼區(qū)段之間留有顯著的間隙。這最終會由于法蘭連接吸收外殼的側面載荷的受限的能力不足而導致疲勞損傷71。換言之，法蘭7_thin和加強元件70的組合高度pa_chF未被有效地使用。此外，圓角過渡部Rl的半徑決定了螺栓位置，使得螺栓和外殼之間的最小螺栓距離pa_dB是必須的。
[0036]圖的下部示出了塔架區(qū)段2，其具有被焊接到較厚法蘭7_thick的外殼20。由于因其厚度pa_hF而引起的其固有剛性，該法蘭7_thick能夠形成有相應較小的過渡部半徑R2。然而，此構造最終會由于法蘭7_thick吸收外殼20的側面載荷的受限的能力不足而導致疲勞損傷71。
[0037]圖3示出了根據本發(fā)明的塔架區(qū)段連接裝置的一個實施例。這里，使用根據本發(fā)明的兩個法蘭輔助物I連接兩個塔架區(qū)段2。使用相對薄的構造來形成“軟”法蘭21。通過在法蘭和外殼之間的“拐角”中使用附加材料來形成厚的圓角過渡部RT而確保結構穩(wěn)定性。此圓角過渡部RT可具有相對大的半徑R，使得圓角過渡部RT在外殼部分20和法蘭21之間的向內彎曲表面22上延伸。為了克服不利BCD的問題，根據本發(fā)明的法蘭輔助物I被成形為補充圓角過渡部RT的形狀。為此，法蘭輔助物I包括具有彎曲邊緣表面11的擴展部10，彎曲邊緣表面11緊密地匹配圓角過渡部表面22。這樣，法蘭輔助物I能夠延伸到“禁止”過渡區(qū)TZ中并且在基本整個圓角過渡部RT上進行表面接觸。這與現(xiàn)有技術法蘭加強元件相反，現(xiàn)有技術法蘭加強元件必須停止于任何此類圓角過渡部的不遠處。法蘭擴展部10被形成為僅在圓角過渡部RT上進行表面接觸而不與外殼壁進行接觸。為此，法蘭輔助物I包括遠離外殼壁延伸的凹陷12。當塔架在風力渦輪機的操作期間或由于疾風而振蕩時，此構造避免了外殼的任何不利的變形。凹陷12還確保法蘭輔助物I能夠配合在法蘭21和外殼20之間的任何焊縫23上。螺栓3能夠分別插入穿過法蘭輔助物I和法蘭21中的相應的孔14、24。為了將法蘭輔助物I和法蘭21固定在一起，可將螺母30擰緊在任一端。為了獲得最佳的載荷吸收，在螺母30和法蘭輔助物I之間布置墊圈31。當然，可以替代地使用具有螺栓頭的螺栓和單個螺母。
[0038]所示的實現(xiàn)方式相比于現(xiàn)有技術連接具有多種優(yōu)點。最有利地，能夠使得螺栓3的位置更接近于外殼20，S卩，短的螺栓距離d_B是可行的。能夠使得緊固件(通常是墊圈31)的承載表面更接近于外殼20，即使其位于彎曲的圓角過渡部RT之上。如果期望的話，通過增加法蘭輔助物I的厚度并使用由螺栓長度1_B指示的相應的長螺栓3，能夠進一步增加通過匹配的彎曲接觸表面11、22所實現(xiàn)的載荷吸收。這樣，能夠實現(xiàn)剛性法蘭連接的增加的總連接高度ch_F以更有效地吸收在塔架振蕩時產生的載荷。根據本發(fā)明的塔架區(qū)段連接裝置允許較短的法蘭寬度w_F，因此降低了法蘭材料成本。法蘭21還可形成有相對薄的法蘭高度h_F,從而進一步降低材料成本。
[0039]圖4示出了根據本發(fā)明的法蘭輔助物I的一個實施例，其用于安裝到具有外殼直徑2_D的塔架外殼區(qū)段20的外部法蘭21_ext。該圖示出了被固定到一對外部法蘭21_ext的兩個法蘭輔助物I。在本實施例中，法蘭輔助物I包括繞著外殼區(qū)段20的圓周布置的許多區(qū)段100或段100。在本實施例中，區(qū)段100被成形為緊密地鄰接以提供總的閉合的環(huán)，并且區(qū)段100在法蘭連接之上和之下對準。[0040]圖5示出了圖4的元件的分解圖中的截面。該圖示出了法蘭輔助物I的尺寸被確定為減小法蘭21_ext的B⑶。這是由能夠抵靠著圓角過渡部配合的擴展部10而實現(xiàn)的。法蘭擴展部的此設計和所得到的改善的載荷傳遞使得較薄的法蘭成為可能，同時還允許用于螺栓3的孔移動至更接近于外殼20，使得實現(xiàn)減小的B⑶。這進而使得可以用較窄的塔架區(qū)段2構造更細長和經濟的塔架。
[0041 ] 圖6示出了根據本發(fā)明的法蘭輔助物I的一個實施例，其用于安裝到內部法蘭21_int。這里，法蘭輔助物I的效果是增大B⑶，因為能夠使得用于螺栓3的孔更接近于外殼20，類似于上文在圖4和5中的解釋。
[0042]雖然已經以優(yōu)選實施例及其變體的形式公開了本發(fā)明，但將會理解的是在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下可以對其進行許多其他修改和變更。
[0043]為了簡明起見，應理解的是遍及本申請使用的“一”或“一個”不排除復數，并且“包括”不排除其他步驟或元件。
【權利要求】
1.一種用于連接相鄰塔架區(qū)段(2)的法蘭輔助物(1)，其中，每個塔架區(qū)段(2)包括塔架區(qū)段外殼(20)、塔架區(qū)段法蘭(21_int、21_ext)以及所述塔架區(qū)段外殼(20)和所述塔架區(qū)段法蘭(21_int、21_ext)之間的圓角過渡部(22);其中，所述法蘭輔助物(I)包括擴展部(10)，所述擴展部(10)被形成為補充所述圓角過渡部(22)，使得所述法蘭輔助物(I)延伸到塔架區(qū)段(2)的過渡區(qū)(TZ)中。
2.根據權利要求1所述的法蘭輔助物，其中，所述擴展部(10)包括彎曲邊緣表面(11)，所述彎曲邊緣表面(11)被成形為抵靠塔架區(qū)段(2)的圓角過渡部(22)。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的法蘭輔助物，其中，所述擴展部(10)包括凹陷(12)，所述凹陷(12)的尺寸被確定為適應所述塔架區(qū)段(2)的外殼(20)和法蘭(21_int、21_ext)之間的焊縫(23)。
4.根據前述權利要求中任一項所述的法蘭輔助物，其中，所述擴展部(10)被形成為僅與所述圓角過渡部(22)的表面進行表面接觸。
5.根據前述權利要求中任一項所述的法蘭輔助物，其中，所述法蘭輔助物(I)包括對應于所述塔架區(qū)段法蘭(21_int、21_ext)中的孔(24)的許多孔(14)，其中，至少一個此類法蘭輔助物孔(14)被形成為使得布置在該孔(14)中的緊固件(3、30、31)延伸到所述過渡區(qū)(TZ)中。
6.根據前述權利要求中任一項所述的法蘭輔助物，被實現(xiàn)為在減小的螺栓圓直徑(BCD_lo)的情況下連接相鄰塔架區(qū)段(2)的外部法蘭(21_ext)。
7.根據前述權利要求中任一項所述的法蘭輔助物，被實現(xiàn)為在增大的螺栓圓直徑(BCD_hi)的情況下連接相鄰塔架區(qū)段(2)的內部法蘭(21_int)。
8.根據前述權利要求中任一項所述的法蘭輔助物，其中，所述法蘭輔助物(I)的厚度包括其所安裝到的法蘭(21、21_int、21_ext)的厚度的至少100%、更優(yōu)選地至少120%、最優(yōu)選地至少140%。
9.根據前述權利要求中任一項所述的法蘭輔助物，包括多個法蘭輔助物區(qū)段(100)。
10.一種用于連接相鄰塔架區(qū)段(2)的塔架區(qū)段連接裝置，其中，塔架區(qū)段(2)包括塔架區(qū)段外殼(20)、塔架區(qū)段法蘭(21_int、21_ext)以及所述外殼(20)和所述法蘭(21)之間的過渡區(qū)(TZ )上的圓角過渡部(22 )，所述連接裝置包括 -至少一個法蘭輔助物(I)，所述至少一個法蘭輔助物(I)包括擴展部(10)，所述擴展部(10)被形成為補充塔架區(qū)段(2)的圓角過渡部(22)，使得所述法蘭輔助物(I)延伸到該塔架區(qū)段(2)的過渡區(qū)(TZ)中；以及 -許多緊固件(3、30、31)，所述緊固件(3、30、31)安裝在形成于所述法蘭(2)和所述法蘭輔助物(I)中的相應孔(14、24)中，以將所述法蘭(21_int、21_ext)和所述法蘭輔助物(O連接在一起。
11.根據權利要求10所述的塔架區(qū)段連接裝置，其中，所述法蘭輔助物(I)的擴展部(10)包括彎曲邊緣表面(11)，所述彎曲邊緣表面(11)具有半徑(R)，所述半徑(R)對應于所述法蘭輔助物(I)所安裝到的法蘭(21、21_int、21_ext)的過渡區(qū)(TZ)的深度。
12.根據權利要求10或權利要求11所述的塔架區(qū)段連接裝置，其中，基于最小工具間隙(c_tool)來確定孔(14)在所述法蘭輔助物(I)中的放置。
13.—種包括多個塔架區(qū)段(2)的塔架(5)，所述多個塔架區(qū)段(2)中的至少兩個相鄰塔架區(qū)段(2)與根據權利要求1至9中任一項所述的一個或多個法蘭輔助物(I)相連。
14.根據權利要求13所述的塔架，包括成對的內部法蘭(21_int)和/或成對的外部法蘭(21_ext)。
15.根據權利要求13或權利要求14所述的塔架，其中，被連接的塔架區(qū)段(2)的外部法蘭(21_ext)的螺栓圓直徑(BCD_lo)從而包括塔架區(qū)段直徑(2_D)的至多105.0%、更優(yōu)選地至多104.5%、最優(yōu)選地至多104.0%，并且被連接的塔架區(qū)段(2)的內部法蘭(21_int)的螺栓圓直徑(B⑶)從而包括塔架區(qū)段直徑(2_D)的至少94.8%、更優(yōu)選地至少95.0%、最優(yōu)選地至少95.4%。
【文檔編號】F03D11/04GK103994135SQ201410056063
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年2月19日 優(yōu)先權日:2013年2月19日
【發(fā)明者】J.S.拉姆 申請人:西門子公司