本發(fā)明涉及構(gòu)建用于風力渦輪機的具有競爭性的高塔架的問題。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代的、大型的風力渦輪機通常安裝在由鋼和/或混凝土制成的管狀塔架上。其它類型的塔架，諸如格構(gòu)形塔架、三腿塔架和拉線塔架已經(jīng)在更小的風力渦輪機上使用，但對于需要非常高的塔架的大型風力渦輪機而言，它們趨于變得技術(shù)上沒有吸引力。

對于非常高的塔架而言，傳統(tǒng)的管狀鋼塔架變得極其昂貴。其主要原因是由于運輸而限制了底部直徑。當?shù)撞恐睆绞芟迺r，壁厚度必須變得極大。

通過引入螺栓連接的節(jié)段的鋼塔架，已經(jīng)部分地解決了該問題。在螺栓連接的塔架部段由殼體組裝的情況下，底部直徑能夠被制成根據(jù)需要的那樣大。不足在于，螺栓連接的節(jié)段鋼塔架往往需要非常大量的螺栓(通常大于10.000)以及復雜的現(xiàn)場組裝設(shè)置。

其它解決方案依賴于混凝土結(jié)構(gòu)，或者完全是混凝土，或者作為混合設(shè)置(其中塔架的下部分由預澆鑄混凝土元件制成且上部分由鋼制成)。然而，混泥土塔架往往是昂貴的，尤其是如果從元件工廠至工地的運輸距離長的情況。

由拉線支撐的圓筒形塔架代表了一種針對以上問題的可能解決方案。

在均勻的、圓筒形的設(shè)置下，能夠以相同的內(nèi)部設(shè)置制成塔架部段，從而提供符合經(jīng)濟原則的節(jié)省，并且由于在半途的拉線支撐件，因此相比于任何其它解決方案，塔架本身能夠被制造得遠為更輕。

拉線塔架的主要缺陷在于拉線占用空間。為了獲得足夠的剛度和能夠管理的線纜尺寸，拉線相對于水平的角度應(yīng)當優(yōu)選地為45度。對于帶有90m(米)高的拉線附接的150m塔架而言，這基本上意味著90m半徑的占用空間。與該占用空間相關(guān)聯(lián)的土地使用將在大多數(shù)情況中導致該解決方案的否決。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，存在對于提供一種克服所提及的缺陷的用于風力渦輪機的具有競爭性的、高的塔架的構(gòu)思的期望。

該目標由獨立權(quán)利要求的主題解決。有利的實施例和改型在從屬權(quán)利要求中描述。

根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于風力渦輪機的塔架，所述塔架包括：包括第一塔架節(jié)段和至少一個第二塔架節(jié)段的多個塔架節(jié)段；多個扶撐件(buttress)；以及附接件。多個塔架節(jié)段被設(shè)置為從塔架的基底到塔架的頂部呈一個在另一個上方的方式。附接件設(shè)置在第一塔架節(jié)段和第二塔架節(jié)段之間。此外，扶撐件被附接于附接件上，使得作用在塔架節(jié)段上的載荷部分地由扶撐件載持。

與拉線塔架相比，帶有扶撐件的塔架能夠具有遠為更小的占用空間。針對這種情況存在兩個原因：首先，扶撐件將載持呈張力和壓縮兩種方式的載荷，從而有效地將獲得具體剛度所需的橫截面減半。其次，對于每個橫截面面積，扶撐件比線纜遠為更加廉價(cheaper)。因此，可能在扶撐件相對于水平的角度遠比關(guān)于線纜的情況中可能的角度遠為陡峭的情況下獲得足夠的剛度，并且這導致減小很多的占用空間。對于帶有90m高的扶撐件附接的150m的塔架，通常的占用空間將具有20m的半徑。與該占用空間相關(guān)聯(lián)的土地使用不比無論如何用于使塔架豎立所需的起重機墊的土地使用大很多。

有利地，扶撐件經(jīng)由安裝凸緣附接于附接件上。對于扶撐件而言優(yōu)選的材料是鋼，具體地螺旋焊接鋼，其是可用的鋼管中成本最低的之一。換言之，所述螺旋焊接鋼的優(yōu)點之一是其低價格，由于扶撐件所需的量，這點非常重要。

關(guān)于塔架節(jié)段的材料，至少一些塔架節(jié)段可以示例地由鋼制成。

從塔架的管狀部分向扶撐件傳遞載荷提出了挑戰(zhàn)。結(jié)構(gòu)載荷是高度動態(tài)的并且疲勞是主要的設(shè)計驅(qū)動因素(design driver)。由于與焊接相關(guān)聯(lián)的大量減少，用于扶撐件的附接的焊接設(shè)置將需要非常大的壁厚度。因此其將變得非常重。可能在塔架的短的、特定部段中形成附接，由此保持重量能夠管理，但由于由焊接的大的熱輸入引起的變形，仍然存在用于塔架部段和扶撐件的匹配表面將很可能需要機加工的問題。加工由焊接結(jié)構(gòu)導致的可能重量的一部分將需要非常專業(yè)的機械。

關(guān)于附接的這種問題可以用被插入塔架內(nèi)的鑄造構(gòu)件解決。相比于焊接結(jié)構(gòu)，鑄鐵結(jié)構(gòu)將具有遠為更好的疲勞性質(zhì)，并且因此其能夠用更少的重量制成。因此，有利地，附接件由鑄鐵制成。

然而，現(xiàn)實的塔架的尺寸仍存在一個問題，其具有4m的典型直徑。這意味著用于鑄造和機加工的大量成本。

該問題能夠通過在許多節(jié)段中形成附接部段來解決。具體地，這些節(jié)段中的每一個均可以具有等同的形狀并且每一個均可以具有用于一個或多個扶撐件的安裝凸緣。該節(jié)段比單個工件更容易鑄造，并且能夠被單獨機加工并且僅在現(xiàn)場組裝。

除了其它優(yōu)點之外，用于風力渦輪機的塔架構(gòu)思還具有以下優(yōu)點：

扶撐件塔架能夠基本上是如所需要的那樣高。在非常大的高度下，例如高于150m，可能必須具有在扶撐件和/或塔架節(jié)段之間的一個或多個水平的固撐件，但由于這樣的固撐件的僅有目的將是維持穩(wěn)定性，即，能夠設(shè)置它們以便不傳遞載荷，因此可以將它們制成重量非常輕。

除了應(yīng)當針對對于相關(guān)高度而言具體的載荷調(diào)節(jié)的壁厚度之外，扶撐件塔架能夠被制成具有許多等同尺寸的截面。換言之，沿塔架的整個延伸部從塔架的基底直到塔架的頂部，塔架節(jié)段的外直徑可以實質(zhì)上相等。關(guān)于塔架節(jié)段的壁的厚度，它們可以有利地從基底直到頂部減小。

等同的尺寸允許塔架內(nèi)部裝置的高度的標準化，并且允許來自規(guī)模經(jīng)濟性的整體益處。

在本發(fā)明的具體實施例中，附接件節(jié)段的數(shù)量等于扶撐件的數(shù)量，并且一個扶撐件附接于每個附接件節(jié)段。

塔架的關(guān)鍵部分，即將扶撐件連結(jié)到塔架的圓筒形部分的連接部段，能夠被制成分節(jié)單元，從而促進低成本制造和運輸。

塔架節(jié)段可以示例地具有圓筒的形狀。它們也可以朝向塔架的尖端稍微減縮，因此塔架節(jié)段的形狀可以由截頭圓錐來描述，即，圓錐的平截頭體。

在本發(fā)明的具體實施例中，塔架包括固撐件，使得扶撐件的載荷載持能力和整個塔架的穩(wěn)定性進一步增加。

固撐件可以設(shè)置在兩個鄰近的扶撐件之間。替代性地或額外地，固撐件可以設(shè)置在扶撐件和塔架節(jié)段之間。

有利地，本發(fā)明被應(yīng)用至用于風力渦輪機的高塔架，即，應(yīng)用至其中在豎立之后從塔架的基底直到塔架的頂部所測得的整個高度超過五十米，尤其是超過七十五米，甚至尤其超過一百米的塔架。

附接件位于塔架的整個高度的百分之二十與百分之八十之間的高度處，尤其在塔架的整個高度的百分之三十與百分之七十之間的高度處。

最后，本發(fā)明還涉及一種包括如上所述的塔架的用于發(fā)電的風力渦輪機。

附圖說明

參照附圖，現(xiàn)在將僅以示例的方式描述本發(fā)明的實施例，附圖中：

圖1示出帶有具有扶撐件的塔架的風力渦輪機；

圖2示出附接件，并且有三個扶撐件附接于該附接件；

圖3是圖2的附接件的特寫圖；

圖4示出圖3的特寫圖，其中已經(jīng)省略三個附接件節(jié)段中的兩個；

圖5示出省略了兩個附接件節(jié)段的圖3的另一個特寫圖；以及

圖6以透視圖示出附接件節(jié)段。

附圖中的圖示呈示意形式。注意，在不同的附圖中，類似或等同的元件設(shè)有相同的附圖標記。

具體實施方式

圖1示出用于發(fā)電的風力渦輪機10。風力渦輪機10包括機艙11和轂12。轂12被安裝成能夠圍繞相對于機艙11旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子軸線旋轉(zhuǎn)。三個轉(zhuǎn)子葉片13安裝在轂12上。每個轉(zhuǎn)子葉片13均能夠圍繞其縱軸線旋轉(zhuǎn)，該縱軸線被稱為俯仰軸線。優(yōu)選地，可以使轉(zhuǎn)子葉片彼此獨立地旋轉(zhuǎn)，即，使其俯仰。

機艙11安裝在塔架20的頂部26處。具體地，機艙11借助于偏航軸承能夠關(guān)于塔架20旋轉(zhuǎn)地安裝。機艙11關(guān)于塔架20的旋轉(zhuǎn)的軸線被稱為偏航軸線。

在圖1中圖示的具體示例中，塔架20包括四個塔架節(jié)段21和一個所謂的附接件23。在附接件23的頂部上的塔架節(jié)段21被稱為第一塔架節(jié)段211；在附接件23下方的塔架節(jié)段21被稱為第二塔架節(jié)段212。第一塔架節(jié)段211、第二塔架節(jié)段212以及在塔架20的基底25處的塔架節(jié)段中的每一個均包括圓筒形形狀。這意味著至少其外直徑沿整個縱向延伸部保持恒定。僅在塔架20的頂部26處的塔架節(jié)段朝向頂部26略微漸縮。在塔架20的頂部26處的塔架節(jié)段的形狀因此可以被描述為截頭圓錐。

帶有實質(zhì)上圓筒形橫截面(除了朝向塔架20的頂部26略微減縮的最上部塔架節(jié)段)的塔架的優(yōu)點是塔架的橫截面，即其直徑，不在塔架20的基底25處擴寬。這是有利的，因為至少對于在岸(on-shore)風力渦輪機，塔架節(jié)段的公路運輸對塔架節(jié)段的最大直徑強加了嚴格的限制。

塔架20的整個高度27被限定為從其基底25至其頂部26的塔架20的延伸。在圖1的示例中，附接件23近似位于塔架20的整個高度27的百分之五十處。也注意，在圖1的示例性實施例中，塔架20包括四個塔架節(jié)段21，其中每個塔架節(jié)段21具有近似相同的縱向延伸。

三個類似的扶撐件22安裝在附接件23上。三個扶撐件在大小和形狀上類似。它們被安裝成距彼此距離相同。具體地，兩個鄰近的扶撐件之間存在120度的角度。

圖2更詳細地示出在有三個扶撐件22安裝于其的附接件23。能夠辨明的是，附接件23不由一個單件工件構(gòu)成，而是分節(jié)成若干，具體地三個，附接件節(jié)段24。附接件的分節(jié)具有更容易制造和更容易從制造車間運輸?shù)斤L力渦輪機安裝現(xiàn)場的兩個優(yōu)點。第一塔架節(jié)段211、第二塔架節(jié)段212以及附接件23中的每一個均具有圓筒形形狀。這暗指與對稱的旋轉(zhuǎn)軸線一致的縱軸線，能夠歸于每個部分。在圖2中，附接件的縱軸線由附圖標記231指代。

同樣地，縱軸線也能夠歸于扶撐件22。在圖2中，對于一個扶撐件，圖2中畫出了其縱軸線221。能夠看到的是，在圖2的示例中，附接件23的縱軸線231和扶撐件22的縱軸線221之間的角度36是二十五度。這樣的陡峭角度是有利的，因為其使在塔架的基底處所需的面積最小化。不同于常規(guī)的拉線，這樣的陡峭角度能夠用扶撐件實現(xiàn)，因為扶撐件能夠以拉伸和壓縮兩種方式載持載荷，因此有效地減小了風力渦輪機的占用空間。

圖3是圖2中所示的附接件23的特寫圖。能夠辨別出，扶撐件22安裝于單個附接件節(jié)段24以及附接件節(jié)段24本身的堅固構(gòu)造。

圖4和5示出了與圖3相同的特寫圖，已移除了三個附接件節(jié)段24中的兩個，以便使否則將不可視的附接件23的方面可視化。

用于將附接件節(jié)段24與第二塔架節(jié)段212連接的第二塔架節(jié)段212的安裝凸緣31是可視的。同樣地，第一塔架節(jié)段211包括用于將附接件節(jié)段24與第一塔架節(jié)段211連接的類似的安裝凸緣(未示出)。

額外地，附接件節(jié)段24的安裝凸緣32是可視的，其達到提供將鄰近的附接件節(jié)段彼此連接的器件的目的。

圖4還示出塔架節(jié)段的外直徑33和內(nèi)直徑34。在知道這兩個值的情況下，能夠確定在具體位置具體塔架節(jié)段的壁的厚度35。注意，嚴格地說，如圖4中圖示的，在第二塔架節(jié)段212極頂部處測得的厚度給出了第二塔架節(jié)段212的壁加上垂直于第二塔架節(jié)段212的縱軸線的安裝凸緣31的延伸部的值。

最后，圖4圖示附接件節(jié)段24的檢修孔37。檢修孔37用作從附接件節(jié)段24到扶撐件22的通達。提供這樣的通達對于塔架的初始安裝以及如果需要時隨后的保養(yǎng)而言是重要的。具體地，檢修孔對于緊固用于將附接件24與扶撐件22連結(jié)的任意螺栓均是有用的。

圖5類似于圖4，僅示出保持在恰當位置中的另一附接件節(jié)段24。

圖6示出由鑄鋼制成的單獨的附接件節(jié)段24。檢修孔37是可見的，并且用于將附接件節(jié)段24與相鄰的其它附接件節(jié)段或與塔架節(jié)段連接的凸緣32也是可見的。此外，用于將附接件節(jié)段24安裝于扶撐件的安裝凸緣321是可見的。

盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實施例詳細地描述了本發(fā)明，但應(yīng)當理解的是，本發(fā)明并不限于公開的示例，并且在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)ζ渥鞒鲈S多額外的改型和變型。

應(yīng)當注意，貫穿本申請，使用"一"或"一個″并不排除多個，并且"包括″并不排除其它步驟或元件。而且可以組合與不同實施例關(guān)聯(lián)地描述的元件。也應(yīng)當注意，權(quán)利要求中的附圖標記不應(yīng)被理解為限制權(quán)利要求的范圍。