CN102705174A - 法兰和风能*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种法兰，所述法兰包括限定第一方向的纵轴线，大致垂直于所述第一方向的径向方向，沿着所述第一方向延伸的颈部，法兰盘，所述法兰盘连接到所述颈部并且包括用于在连接侧保持连接装置的连接部分，所述法兰盘还包括非连接侧，所述非连接侧处于在径向不同于所述连接侧的位置；所述法兰包括限定所述颈部的第一水平的第一平面，限定所述法兰盘和所述颈部连接处的第二水平的第二平面，以及限定所述法兰盘的第三水平的第三平面，其中所述三个平面延伸大致垂直于所述法兰的所述纵轴线；所述法兰至少在所述非连接侧包括凸起，所述凸起从所述第一平面和所述第二平面之间的水平延伸到所述第三平面。

Description

法兰和风能***
技术领域
本发明总体上涉及用于连接风能***的部件的方法和***，并且更特别地涉及用于通过法兰连接风能***的部件的方法和***。
背景技术
至少一些已知的风力涡轮机包括塔架和安装在塔架上的机舱。转子可旋转地安装到机舱并且通过轴联接到发电机。多个叶片从转子延伸。叶片被定向，以使得在叶片上通过的风转动转子并且旋转该轴，由此驱动发电机发电。
为了安装风力涡轮机，不同部件彼此连接。例如，一些风力涡轮机的塔架可能由于风力涡轮机的尺寸而由若干部件组成。这些连接可以是法兰，所述法兰允许这样的部件之间的可靠连接。
然而，用于风力涡轮机的连接不得不满足关于强度、刚度、耐用性和稳定性的若干要求。这些要求适应安全规定、安装风力涡轮机的地点、安装地点的风况、风力涡轮机的尺寸等。
随着风力涡轮机的尺寸的增加，风力涡轮机的一些部件各自尺寸的增加，对连接法兰的要求也增加。通常，法兰用于连接那些由于其几何形状、运动等的变化而对高负荷尤其敏感的风力涡轮机的部件。因此，常常需要法兰适应负荷增加的状况，这也导致将由法兰连接的部件的适应。通常，相邻部件至少在各个连接侧适应法兰的设计和所需尺寸，由此需要风力涡轮机的部分新设计。
发明内容
在一个方面中，提供了一种法兰。包括纵轴线的所述法兰包括：颈部，所述颈部大致沿着限定第一方向的所述法兰的所述纵轴线延伸；以及法兰盘，所述法兰盘连接到所述颈部并且包括在连接侧的连接部分。所述法兰盘的所述连接部分用于保持连接装置。所述法兰盘还包括非连接侧，所述非连接侧处于在径向不同于所述连接侧的位置。此外，所述法兰包括限定所述颈部的第一水平的第一平面，限定所述法兰盘和所述颈部连接处的第二水平的第二平面，以及限定所述法兰盘的第三水平的第三平面。所述第一、第二和第三平面大致垂直于所述法兰的所述纵轴线延伸。所述法兰至少在所述非连接侧包括凸起，其中所述凸起从位于所述第一平面和所述第二平面之间的第四水平延伸到所述第三平面。
在另一个方面中，提供了一种法兰。所述法兰包括：包括外侧的颈部，其中所述颈部用于连接到法兰盘；法兰盘，所述法兰盘包括用于保持连接装置的面向内连接部分；以及所述法兰的内侧和外侧，其中所述法兰的所述内侧位于在径向不同于所述法兰的所述外侧的位置。此外，所述外侧包括凸起，所述凸起限定不同于所述颈部的所述外侧的第一直径900的第二直径901。
在又一个方面中，提供了一种风能***。所述风能***包括：塔架，所述塔架用于连接到所述风能***的机舱；在所述塔架的顶部上的偏航轴承；以及法兰，所述法兰位于所述偏航轴承和所述塔架之间。所述法兰包括：颈部，所述颈部大致沿着限定第一方向的所述法兰的纵轴线延伸；以及法兰盘，所述法兰盘连接到所述颈部并且包括在连接侧的连接部分。所述法兰盘的所述连接部分用于保持连接装置。所述法兰盘还包括非连接侧，所述非连接侧处于在径向不同于所述连接侧的位置。此外，所述法兰包括限定所述颈部的第一水平的第一平面，限定所述法兰盘和所述颈部连接处的第二水平的第二平面，以及限定所述法兰盘的第三水平的第三平面。所述第一、第二和第三平面大致垂直于所述法兰的所述纵轴线延伸。所述法兰至少在所述非连接侧包括凸起，其中所述凸起从所述第一平面和所述第二平面之间的水平延伸到所述第三平面。
本发明的更多方面、优点和特征由从属权利要求、说明书和附图变得明显。
附图说明
在包括参考附图的说明书的其他部分中更特别地阐述了包括对于本领域的技术人员来说是本发明的最佳模式的本发明的完整公开，这种公开使得本领域的技术人员能够实现本发明，在附图中：
图1是示例性风力涡轮机的透视图。
图2是根据本发明所述的实施例的法兰的俯视图。
图3是根据本发明所述的实施例的沿着图2中所示的线A-A的图2的法兰的剖面图。
图4是根据本发明所述的实施例的图2和3中所示的法兰的仰视图。
图5显示了根据本发明所述的实施例的法兰和相应平面的剖面图。
图6显示了根据本发明所述的实施例的法兰和相应平面的剖面图。
图7显示了根据本发明所述的实施例的法兰和相应平面的剖面图。
图8显示了根据发明中所述的实施例的法兰的剖面图。
图9显示了根据本发明所述的实施例的塔架段上的法兰的剖面图。
图10显示了根据本发明中所述的实施例的塔架段和轴承之间的法兰的剖面图。
图11显示了根据本发明所述的实施例的风能***中的法兰的剖面图。
图12显示了根据本发明所述的实施例的塔架段之间的法兰的剖面图。
附图标记列表(图1至12)：     颈部           120，220，320，520
风力涡轮机          10      法兰盘             140，240，340，
塔架                12      540
支撑***            14      第一方向                 130，630
机舱                16      连接侧                   150，450
转子                18      非连接侧                 151，451
可旋转毂            20      半径                          325
转子叶片            22      凸起 160，260，360，460，560，660
叶片根部            24      塔架                510，610，710
负荷转移区域        26      塔架段                   811，812
方向                28      偏航轴承                 670，770
旋转轴线            30      第一直径                      900
变桨调节***        32      第二直径                      901
控制***            36      直径                          902
偏航轴线            38      第一、第二和第三平面         910，
处理器              40                               920，930
法兰100，200，300，400，     法兰的纵轴线                 940
500，600，700，800，801      法兰的径向方向               950
连接部分      110，410       延伸部                       960
具体实施方式
现在将详细地参考各种实施例，所述实施例的一个或多个例子在附图中示出。每个例子都以解释的方式给出，并不意味着限制。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以用于其他实施例上或与其他实施例结合以产生另外的实施例。本发明旨在包括这样的修改和变型。
本申请中所述的实施例包括一种风力涡轮机***，所述风力涡轮机***在使用法兰来连接风能***的部件的区域中提供改善的应力流。更具体地，本申请中所述的实施例提供了一种法兰，所述法兰与具有较低应力性能的法兰相比，允许改善的应力分布，而使用相同或更少量的原材料并且产生相同或更小的制造成本。如本申请中的实施例中所述的法兰提供更高的应力性能而不需要相邻部件或由法兰连接的部件的适应。
当在本申请中使用时，术语“法兰”旨在表示用于连接部件的连接装置。待连接的部件可以呈管、环、大致圆形装置等的形状。连接装置可以适用于风能***中，例如适用于连接风能***的塔架的部件。根据一些实施例，法兰也可以用于连接风能***的塔架的至少一部分和风能***的轴承。此外，法兰可以用于将塔架的至少一部分连接到风能***的机舱。而且，法兰可以用于连接塔架的段。如本申请中所述的法兰可以用于风能***中，但是也可以应用于使用法兰的其他技术。
当在本申请中使用时，术语“叶片”旨在表示当相对于周围流体运动时提供反作用力的任何装置。当在本申请中使用时，术语“风力涡轮机”旨在表示从风能生成转动能，并且更具体地，将风的动能转换为机械能的任何装置。当在本申请中使用时，术语“风力发电机”旨在表示从风能生成的转动能生成电力，并且更具体地，将从风的动能转换的机械能转换为电力的任何风力涡轮机。
图1是示例性风力涡轮机10的透视图。在示例性实施例中，风力涡轮机10是水平轴线风力涡轮机。或者，风力涡轮机10可以是垂直轴线风力涡轮机。在示例性实施例中，风力涡轮机10包括从支撑***14延伸的塔架12，安装在塔架12上的机舱16，和联接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转毂20和联接到毂20并且从毂20向外延伸的至少一个转子叶片22。在示例性实施例中，转子18具有三个转子叶片22。在另一实施例中，转子18包括三个以上或以下的转子叶片22。在一个实施例中，塔架12是具有任何合适高度的任何合适类型的塔架。
转子叶片22围绕毂20而间隔以便于旋转转子18，从而能够使来自风的动能转变为可使用的机械能，并且随后转变为电能。通过在多个负荷转移区域26将叶片根部24联接到毂20而将转子叶片22匹配到毂20。负荷转移区域26具有毂负荷转移区域和叶片负荷转移区域(两者未在图1中显示)。引至转子叶片22的负荷经由负荷转移区域26转移到毂20。
在一个实施例中，转子叶片22具有在大约15米(m)至大约100m的范围内的长度。或者，转子叶片22可以具有能够使风力涡轮机10如本申请中所述运行的任何合适长度。例如，叶片长度的其他非限定性例子包括10m或以下、20m、37m或大于91m的长度。当风从方向28吹向转子叶片22时，转子18围绕旋转轴线30旋转。当转子叶片22旋转并且受到离心力时，转子叶片22也受到各种力和力矩。因而，转子叶片22可以从中立或非偏转位置偏转和/或旋转到一个偏转位置。
在示例性实施例中，控制***36被显示为在机舱16内居中，然而，控制***36可以是遍布风力涡轮机10、在支撑***14上、在风力发电场内和/或在远程控制中心的分布式***。控制***36包括处理器40，所述处理器被配置成执行本申请中所述的方法和/或步骤。此外，本申请中所述的许多其他部件包括处理器。当在本申请中使用时，术语“处理器”不限于在本领域中被称为计算机的集成电路，而是广义地表示控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其他可编程电路，并且这些术语在本申请中可互换使用。应当理解处理器和/或控制***也可以包括存储器、输入通道和/或输出通道。
在本申请中所述的实施例中，存储器可以非限定性地包括计算机可读介质，例如随机存取存储器(RAM)，以及计算机可读非易失性介质，例如闪存。或者，也可以使用软盘、只读光盘存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字通用光盘(DVD)。而且，在本申请中所述的实施例中，输入通道非限定性地包括与操作界面关联的传感器和/或计算机***设备，例如鼠标和键盘。此外，在示例性实施例中，输出通道可以非限定性地包括控制装置、操作界面监视器和/或显示器。
本申请中所述的处理器处理从多个电气装置和电子装置传输的信息，所述电气装置和电子装置可以非限定性地包括传感器、致动器、压缩器、控制***和/或监视装置。这样的处理器可以物理地位于例如控制***、传感器、监视装置、桌上型计算机、膝上型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)机壳和/或分布式控制***(DCS)机壳中。RAM和存储装置存储并且传送将由(一个或多个)处理器执行的信息和指令。RAM和存储装置也可以用于在由(一个或多个)处理器执行指令期间存储并且提供临时变量、静态(或非变化)信息和指令或其他中间信息至处理器。被执行的指令可以非限定性地包括风力涡轮机控制***控制指令。指令序列的执行不限于硬件电路和软件指令的任何特定组合。
机舱16也包括偏航驱动机构(未显示)，所述偏航驱动机构可以用于在偏航轴线38上旋转机舱16和毂20以控制相对于风的方向28的转子叶片22的方位(perspective)。机舱16也包括至少一个气象桅杆(未显示)，所述气象桅杆包括风向标和风速计。桅杆将可以包括风向和/或风速的信息提供给控制***36。机舱安装在允许机舱围绕偏航轴线38旋转的偏航轴承上。
典型地，偏航轴承通过法兰连接到风能***的塔架。连接偏航轴承和塔架的法兰也被称为风能***的顶部法兰。顶部法兰由于由机舱和转子的旋转运动所产生的负荷传递而面临高负荷。增加的转子直径(例如从大约80m至大约100m)也导致偏航轴承和顶部法兰中的负荷水平增加。在该情况下，期望法兰部件适应更高负荷。
在已知的风能***中，例如针对负荷增加的解决方案由如下一些方案组成，重新设计并且改变偏航轴承的构思以减小从偏航轴承引入到塔架的顶部法兰的负荷的偏心率、增加偏航轴承和顶部法兰、塔架外壳的外径，和相应地设计诸如主塔架和机舱的其他部件，或显著地增加法兰的厚度，尤其是法兰颈部的长度。
然而，对于高达75％的负荷增加(这可能通过使转子直径增加几米的量(例如在以上例子中为大约20m)而发生)，这些构思在经重新设计的部件的期望尺寸内是不适用的。此外，为了增加转子叶片直径而设计并且重新构造具有新塔架和新偏航轴承的风能***是费用高且耗时的。
因此，期望的是尽管负荷增加，但是顶部法兰的外径不发生变化。
根据本申请中所述的实施例的法兰允许将塔架和法兰的直径保持在现有风能***的水平并且保持其他部件(例如偏航轴承、主框架、机舱等)的设计在增加的负荷水平与已知***相比几乎相同。典型地，本申请中所述的法兰也克服了关于负荷增加的对于更多材料使用的需要。本申请中所述的实施例提供了一种法兰设计，所述法兰设计减小了法兰中的应力(例如，在法兰的内部)并且改善了法兰中的总应力分布。
图2显示了根据本申请中所述的实施例的法兰的俯视图。典型地，法兰100具有大致圆形，这可以在图2的俯视图中看到。
术语“大致圆形”表示法兰的形状可以在某种程度上偏离圆形。例如，由于构造公差，形状可以在法兰的某些位置偏离圆形。典型地，法兰的形状也可以由于构造或制造考虑而偏离圆形。
根据一些实施例，本申请中所述的法兰可以具有适合于连接将由法兰连接的部件的任何形状。例如，法兰可以具有椭圆形而非圆形的形状。根据另外的实施例，法兰的形状可以为矩形等。通常，法兰的形状取决于将由该法兰连接的部件和存在于连接位置的负荷。为了简洁起见，法兰的形状在下面描述的图中被显示为大致圆形，但不限于特定形状。
在图2中示例性地显示了四个连接部分110。连接部分110被显示为通孔，这从图3中的沿着线A-A的截面图和图4的仰视图变得明显。通孔可以用于保持连接装置。
根据一些实施例，如本申请中所述的连接部分可以是螺纹孔并且连接装置可以是螺钉。而且，通孔也可以是适于保持诸如螺栓的连接装置的孔。可以使用适合于将法兰固定到待连接的部件中的至少一个的另外的连接部分和相应的连接装置。
典型地，连接部分的数量取决于负荷状况和法兰的尺寸。例如，连接装置的数量可以大于四，例如五、八、十或者甚至十以上。典型地，用于风能***的塔架段中的法兰的连接部分的数量在大约10至200之间、更典型地在大约30至180之间并且更加典型地在大约50至160之间。根据其他实施例，连接装置的数量可以小于四，例如三或二。
图3的剖面图显示了沿着线A-A的图2的法兰的剖面。法兰具有纵轴线940。典型地，第一方向130由纵轴线940限定。此外，图3中所示的法兰具有颈部120，所述颈部大致沿着并且围绕纵轴线940延伸。
术语“大致沿着”在本申请中表示颈部可以形成为使得它不是精确地沿着纵轴线延伸。例如，颈部可以形成为使得仅仅颈部的一部分沿着纵轴线延伸。根据进一步的例子，颈部可以形成以使得颈部的纵轴线相对于法兰的纵轴线形成角。典型地，该角可以小，例如在大约0.1°至大约5°之间。典型地，颈部可以形成以使得它偏离沿着纵轴线的方向，这可能是由于构造或制造考虑，或者是由于构造公差。
根据本申请中所述的实施例的法兰的颈部可以用于连接到风能***的部件。例如，颈部可以连接到塔架或塔架段。根据一些实施例，法兰的颈部可以焊接到塔架，这将在下面详细地进行显示和描述。
在图2和3中，也可以看到大致垂直于第一方向延伸的径向方向950。根据一些实施例，径向方向从纵轴线940延伸到法兰的圆周。典型地，径向方向950大致垂直于第一方向130。
术语“大致垂直”在本申请中表示正表示为大致垂直的方向之间的角可以在某种程度上偏离直角。
根据一些实施例，法兰100提供法兰盘140。法兰盘140适于连接到颈部120。根据一些实施例，法兰盘140和颈部一体地形成以整体地形成法兰100。法兰盘140包括上述的连接部分110。
典型地，法兰盘140包括连接侧150和非连接侧151。根据一些实施例，连接侧150是包括连接部分110的法兰100的一侧。非连接侧151是不包括连接部分110并且设置于在径向不同于连接侧的位置的法兰的一侧。例如，非连接侧151可以处于比连接侧150径向更向外的位置。即，非连接侧151在径向轴线950上具有比连接侧150更大的值。
根据一些实施例，连接侧可以是相对于径向位置的法兰的内侧。典型地，非连接侧可以是法兰的外侧。连接侧作为内侧的设置在图3中仅仅作为例子被显示。
如本申请中所述的一些实施例中所示，连接部分可以示例性地被描述为面向内。当在本申请中使用时术语“向内”可以被理解为表示从法兰的圆周沿着径向至纵轴线的方向。
典型地，图3的法兰100显示了在非连接侧151上的凸起160。典型地，凸起160在第一方向130上从颈部120延伸到法兰盘140。在径向方向950上，凸起包括不同于颈部120的第一直径900的外径901。根据一些实施例，第一直径900是在颈部120上凸起160还未开始的位置的外侧的直径。
根据一些实施例，法兰包括法兰的内侧和外侧，其中内侧位于在径向不同于外侧的位置。法兰包括法兰盘和颈部。典型地，法兰的法兰盘包括正好在内侧和外侧之一处的连接部分。包括连接部分的侧可以被表示为连接侧。连接部分用于保持连接装置。法兰的内侧和外侧的另一侧提供凸起。另一侧可以被表示为非连接侧。典型地，提供凸起的另一侧不包括任何连接部分。凸起限定不同于在提供凸起的侧的颈部的第一直径900的第二直径901。
在图5中，显示了三个平面910、920和930。第一平面910限定颈部120的第一水平。颈部120的第一平面910的水平可以根据法兰100的用途进行选择。第二平面920限定法兰盘140和颈部120连接处的第二水平。如果颈部120和法兰盘140成一体地形成，则第二平面920限定颈部合并到法兰盘140处的第二水平。根据本申请中所述的实施例，法兰盘140和颈部120可以以连续方式合并，这可以在图5中看到。在该情况下，第二平面920被限定为沿着法兰100的第一方向130位于法兰盘140的底侧上。第三平面930被限定为位于法兰盘140的第三水平中。根据一些实施例，平面910、920和930大致垂直于法兰100的纵轴线940。
图5显示了颈部120和法兰盘的连续合并以及都在非连接侧151处的颈部120和凸起160的连续合并。
在本申请中，术语“连续”或“以连续方式”应当被理解为未由几何形状突然变化中断。即，术语“连续”可以被理解为是“连续可微分的”。典型地，颈部和法兰盘的合并可以具有任何合适的形状，例如圆形或椭圆形，如图5中示例性地所示。根据一些实施例，颈部和凸起的合并可以具有任何合适的形状，例如圆形或椭圆形。颈部和凸起的圆形合并在图5中示例性地显示。典型地，合并的半径可以根据法兰的构造和操作状况而变化。
图6显示了法兰200的例子，其中从颈部220至法兰盘240的合并以及颈部220至凸起260的合并为椭圆形方式。图6也显示了平面910、920和930。根据一些实施例，图6的凸起260开始于第一平面910的水平。在图6中可以看到，凸起260开始于颈部220至凸起260的椭圆形合并的开始处。凸起260的起点也可以被显示为凸起160的开始位置。典型地，凸起260延续到第三平面930，所述第三平面示例性地位于在法兰200的第一方向130上的法兰盘240的顶侧。
根据一些实施例，图6的凸起260包括不同于在第一平面910的水平之下的颈部220的直径900的外径901。
典型地，当在本申请中使用时术语“凸起”应当被理解为是在径向方向950上延伸的法兰的一部分。因此，凸起在径向增加法兰的相应侧的延伸部。例如，如果凸起位于示例性地为法兰的外侧的非连接侧，则凸起将增加法兰的外径。
根据一些实施例，通过典型地大约0.1％至大约10％、更典型地大约0.2％至大约5％并且更加典型地大约0.3％至大约3％的量的法兰颈部的延伸，凸起在径向方向上的相应侧增加法兰的延伸部-。例如，直径901比第一直径900大典型地大约0.1％至大约10％、更典型地大约0.2％至大约5％并且更加典型地大约0.3％至大约3％。
在以上描述中仅仅作为例子描述了法兰的不同部分的彼此之间的关系。而且，附图显示示意图。根据本申请中所述的实施例的法兰的比例可以适于法兰的操作状况的要求，例如负荷、待连接的部件的尺寸、风能***的尺寸等。
例如，图7显示了法兰300的实施例。再次地，显示了平面910、920和930。此外，图7的实施例显示了法兰颈部320以大致圆形合并到凸起360，并提供该圆形的限定半径325。
颈部至凸起的合并的半径可以根据相应的几何条件进行选择。例如，半径可以典型地在大约2mm至大约40mm之间、更典型地在大约5mm至大约30mm之间并且更加典型地在大约8mm至大约20mm之间。
典型地，法兰颈部320至法兰盘340的合并具有大致椭圆形。
图8显示了如本申请中所述的法兰400的实施例。在图8的实施例中，连接侧450是外侧并且非连接侧451是内侧。可以看到平面910、920和930，如上所述。凸起460从法兰400的非连接侧451延伸。连接侧450包括连接部分410。连接部分410可以如上所述被构造。
图9显示了如上所述的法兰500，所述法兰连接到塔架510。典型地，塔架510可以是风能***的塔架。法兰500可以在颈部520连接到塔架510。例如，法兰500可以焊接到塔架510。
根据可以与本申请中所述的其他实施例组合的一些实施例，法兰可以由钢(例如构造钢等)组成。
可以在图9中看到法兰500的凸起560的延伸部960。
作为例子，在大约2500mm的颈部520的外径902处，凸起560的延伸部960可以典型地在大约10mm至大约50mm之间、更典型地在大约15mm至大约40mm之间并且更加典型地在大约20mm至大约30mm之间。根据一些实施例，在大约2500mm的颈部520的外径902处，凸起560的延伸部960可以典型地在大约2.5mm至大约250mm之间、更典型地在大约5.0mm至大约125mm之间并且更加典型地在大约7.5mm至大约75mm之间。
根据一些实施例，如本申请中所述的法兰在第一方向上的厚度可以与凸起的延伸部一起减小。
图10显示了如本申请中所述的法兰的应用的例子。法兰600连接到风能***的塔架610。风能***可以是如关于图1所述的风能***。法兰600连接到风能***的偏航轴承670。偏航轴承670允许风能***的机舱围绕偏航轴线(图1中的轴线38)旋转。图10的法兰600提供风能***的塔架610和偏航轴承670之间的连接。平面910、920和930显示了在第一方向上的凸起660的延伸部。
图11显示了如本申请中所述的法兰700，所述法兰连接到风能***的塔架710。法兰700用于连接风能***的塔架710的顶部和偏航轴承770。而且，机舱780的下部分在图10中显示。机舱780位于偏航轴承770上。机舱780可以在偏航轴承770上相对于塔架710旋转。
图12显示了如上所述的法兰的又一个用途。法兰800被提供以连接到另一个法兰801。法兰800和801两者连接到塔架的段811、812。根据本申请中所述的实施例，塔架可以是风能***的塔架。
典型地，本申请中所述的法兰可以用于风能技术中，而且也可以用于使用法兰的其他技术中。本申请中所述的法兰可以适合于结合高疲劳负荷偏心地引入到法兰中的负荷状况。此外，本申请中所述的法兰可以用于临界负荷变化以用于获得期望的负荷分布。
上述***和方法便于具有增加负荷的风能***的设计和构造。通过在连接到偏航轴承的法兰的一侧(例如风能***的顶部法兰的外侧)增加材料，应力流和总应力分布被改善。总尺寸(例如，厚度和法兰颈部长度)与已知法兰设计相比可以减小。具有改进的几何形状的法兰设计允许法兰在相同或更低的原材料使用和相同的制造成本下耐受更高的极限和疲劳负荷。因此，结果是改善的疲劳和极限负荷耐受性而不需额外成本，甚至更低的成本。
在法兰的一侧(例如，风能***的顶部法兰的外侧)的不同形状设计改善了应力流和应力再分布。通过法兰的所述设计，负荷分布在法兰中变得更平滑。这意味着负荷峰值不如在已知法兰中的那么高并且负荷分布在法兰的更大区域中。例如，通过上述法兰设计改善了负荷在法兰圆角的区域以及联接法兰颈部和塔架外壳的焊接位置中的分布。因此，塔架的外径可以保持在用于提供较低负荷状况的风能***(例如由于较小的转子叶片直径)和用于具有高负荷状况的风能***(例如由于转子叶片直径从大约80m增加到大约100m)的水平。
尽管所述法兰的设计在法兰的一侧提供了增加的材料，但是总材料使用可以由于改善的负荷分布而大致被保持。相对而言，单位负荷使用的材料更少。法兰的厚度可以相应地减小。根据其他实施例，如本申请中所述的法兰的厚度可以不减小，由此提供更加改善的应力抗性。根据另外的其他实施例，如本申请中所述的法兰的厚度可以增加。通过增加所述设计的法兰的厚度，更加多的负荷可以由法兰承载。法兰的厚度根据各种负荷状况和使用状况进行选择。
此外，由于改善的负荷分布和产生的较低负荷峰值，因此法兰的外径可以从先前的设计得以保持。这意味着对于新负荷状况不必重新设计相邻部件。其结果是具有不同负荷状况、但是具有相似设计的整系列风能***的成本节省。
此外，从制造的观点来看所述法兰(例如风能***的顶部法兰)的制造过程没有变化。仅仅改变制造顺序，这对制造过程的影响有限。这也意味着为了获得法兰的更高负荷抗性而制造所述法兰本身不产生额外成本。
考虑到以上情况，所述法兰设计可以用于具有增加的转子直径(例如高达100m或以上的转子直径)的风能***。
在上面详细地描述了用于法兰的***和方法的示例性实施例。所述***和方法不限于本申请中所述的具体实施例，而是相反地，***的部件和/或方法的步骤可以独自的和与本申请中所述的其他部件和/或步骤分开的使用。例如，所述法兰不限于仅仅与如本申请中所述的风力涡轮机***一起实施。相反地，示例性实施例可以与许多其他转子叶片应用结合来执行和使用。
尽管本发明的各种实施例的具体特征可能在一些附图中显示而在其他附图中未显示，但是这仅仅是为了方便起见。根据本发明的原理，附图的任何特征可以与任何其他附图的任何特征的组合用以参考和/或以要求权利。
该书面描述使用例子来公开包括最佳模式的本发明，并且也使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或***并且执行任何所包含的方法。尽管在上申请中已公开了各种具体实施例，但是本领域的技术人员将认识到权利要求的精神和范围允许等效修改。尤其是，上述实施例的相互非排他性特征可以彼此组合。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域的技术人员想到的其他例子。这些其他例子应当属于权利要求的范围内，只要它们包括与权利要求的文字语言没有区别的结构元件，或者只要它们包括与权利要求的文字语言无实质区别的等效结构元件。

Claims (20)

1.一种包括纵轴线的法兰，包括：
a)颈部，所述颈部大致沿着限定第一方向的所述法兰的所述纵轴线延伸；
b)法兰盘，所述法兰盘连接到所述颈部并且包括用于在连接侧保持连接装置的连接部分，所述法兰盘还包括非连接侧，所述非连接侧处于在径向上不同于所述连接侧的位置；
所述法兰包括限定所述颈部的第一水平的第一平面，限定所述法兰盘和所述颈部连接处的第二水平的第二平面，以及限定所述法兰盘的第三水平的第三平面，其中所述第一、第二和第三平面大致垂直于所述法兰的所述纵轴线延伸；
其中所述法兰至少在所述非连接侧包括凸起；以及
其中所述凸起从位于所述第一平面和所述第二平面之间的第四水平延伸到所述第三平面。
2.根据权利要求1所述的法兰，其特征在于，所述第三平面位于在所述第一方向上的所述法兰盘的端部。
3.根据权利要求1所述的法兰，其特征在于，所述非连接侧是所述法兰的内侧并且所述连接侧是所述法兰的外侧。
4.根据权利要求1所述的法兰，其特征在于，所述连接侧是所述法兰的内侧并且所述非连接侧是所述法兰的外侧。
5.根据权利要求1所述的法兰，其特征在于，所述颈部和所述法兰盘之间的连接是连续的。
6.根据权利要求1所述的法兰，其特征在于，所述凸起包括在所述第一平面和所述第二平面之间的开始位置，所述凸起从所述颈部在径向方向上在所述开始位置以连续方式延伸。
7.根据权利要求6所述的法兰，其特征在于，所述凸起从所述颈部在所述开始位置以大致圆形方式延伸。
8.根据权利要求6所述的法兰，其特征在于，所述凸起从所述颈部在所述开始位置以大致椭圆形方式延伸。
9.根据权利要求1所述的法兰，其特征在于，所述凸起使所述颈部的直径扩大大约0.1％至大约10％的量。
10.根据权利要求1所述的法兰，其特征在于，所述颈部和所述法兰盘成一体地形成。
11.根据权利要求1所述的法兰，其特征在于，在所述第一方向上所述第二平面和所述第三平面之间的差异由所述连接部分在所述第一方向上的尺寸限定。
12.根据权利要求1所述的法兰，其特征在于，所述法兰是用于风能***的塔架的法兰。
13.根据权利要求1所述的法兰，其特征在于，所述法兰用于在风能***中的塔架和偏航轴承之间。
14.一种法兰，包括：
a)包括外侧的颈部，其中所述颈部用于连接到法兰盘；
b)法兰盘，所述法兰盘包括用于保持连接装置的面向内连接部分；以及
c)所述法兰的内侧和外侧，其中所述法兰的所述内侧位于在径向上不同于所述法兰的所述外侧的位置；
其中所述法兰的所述外侧包括凸起，所述凸起限定不同于所述颈部的所述外侧的第一直径的第二直径。
15.根据权利要求14所述的法兰，其特征在于，所述凸起至少部分地沿着所述颈部在所述外侧延伸。
16.根据权利要求15所述的法兰，其特征在于，所述凸起和所述颈部以连续方式彼此合并。
17.根据权利要求14所述的法兰，其特征在于，所述法兰用于风能***的塔架中。
18.一种风能***，包括：
塔架，所述塔架适合于连接到所述风能***的机舱；
在所述塔架的顶部上的偏航轴承；以及
包括纵轴线的法兰，其中所述法兰适合于连接所述偏航轴承和所述塔架，所述法兰包括：
a)颈部，所述颈部大致沿着限定第一方向的所述法兰的纵轴线延伸；
b)法兰盘，所述法兰盘连接到所述颈部并且包括用于在连接侧保持连接装置的连接部分，所述法兰盘还包括非连接侧，所述非连接侧处于在径向上不同于所述连接侧的位置；
所述法兰包括限定所述颈部的第一水平的第一平面，限定所述法兰盘和所述颈部连接处的第二水平的第二平面，以及限定所述法兰盘的第三水平的第三平面，其中所述第一、第二和第三平面大致垂直于所述法兰的所述纵轴线延伸；
其中所述法兰至少在所述非连接侧包括凸起；以及
其中所述凸起从位于所述第一平面和所述第二平面之间的第四水平延伸到所述第三平面。
19.根据权利要求18所述的风能***，其特征在于，所述法兰的所述非连接侧是所述法兰的内侧并且所述连接侧是所述法兰的外侧。
20.根据权利要求18所述的风能***，其特征在于，所述凸起包括在所述第一平面和所述第二平面之间的开始位置，所述凸起从所述颈部在径向方向上在所述开始位置以连续方式延伸。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103046792A (zh) * 2013-01-12 2013-04-17 苏氏工业科学技术（北京）有限公司 一种带加强筋的带颈插焊法兰

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2378199B1 (es) * 2009-06-24 2013-06-05 Acciona Windpower S.A. Sistema de unión de una góndola con la torre de hormigón de un aerogenerador.
US9458823B2 (en) * 2011-12-12 2016-10-04 General Electric Company Wind turbine blade shear web connection assembly
DK2620644T3 (en) * 2012-01-30 2015-08-10 Siemens Ag Improvements to a wind turbine unit
US8898991B2 (en) * 2012-09-07 2014-12-02 General Electric Company Wind turbine tower base assembly with detachable tower base rings
WO2014068592A1 (en) * 2012-10-31 2014-05-08 Mehra Yogesh Jogindernath Tower for a wind turbine
DE102014001996A1 (de) * 2013-12-12 2015-06-18 Rwe Innogy Gmbh Anschlussprofil einer Bauwerksstruktur als Offshore- oder Onshore-Struktur und Flanschverbindung an einer solchen Bauwerksstruktur sowie Verfahren zur Errichtung einer Bauwerksstruktur unter Verwendung des Anschlussprofils
US9982659B1 (en) * 2017-02-03 2018-05-29 General Electric Company Methods for refurbishing wind turbines
US10472792B2 (en) * 2017-05-16 2019-11-12 General Electric Company Tower flange for a wind turbine
US10669993B2 (en) 2017-05-30 2020-06-02 General Electric Company Wind turbine tower reinforcement system
US10570889B2 (en) * 2018-04-23 2020-02-25 General Electric Company Adaptor for wind turbine refurbishment and associated methods
US11231017B2 (en) 2019-03-29 2022-01-25 General Electric Company System and method for the service and exchange of a yaw bearing for a machine head of a wind turbine
EP4343145A1 (en) * 2023-06-21 2024-03-27 Nordex Energy Spain, S.A.U. Set of concrete segments of adjacent sections of a wind turbine tower, and method of assembling a wind turbine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4961847A (en) * 1989-02-02 1990-10-09 Carrier Corporation Suction strainer
US7109600B1 (en) * 2004-04-19 2006-09-19 Northern Power Systems, Inc. Direct drive wind turbine
US7281902B2 (en) * 2002-05-27 2007-10-16 Vestas Wind Systems A/S Methods of mounting a wind turbine, a wind turbine foundation and a wind turbine assembly
US20100140948A1 (en) * 2008-12-15 2010-06-10 Eugenio Yegro Segovia Wind turbine and method of assembling the same

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL1011315C2 (nl) * 1999-02-16 2000-08-17 Janssens & Dieperink B V Werkwijze voor het vervaardigen van een silo.
JP3552652B2 (ja) * 2000-07-07 2004-08-11 住友金属工業株式会社 構造物用管フランジ継手
US20100295297A1 (en) * 2009-05-19 2010-11-25 Jason Anthony Martin Lightweight high strength flanged coupling unit
US7946819B2 (en) * 2008-11-26 2011-05-24 General Electric Company Wind turbine drive shaft connection arrangement
US8490337B2 (en) * 2009-06-09 2013-07-23 Thomas Nott Word, III Structural flange connection system and method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4961847A (en) * 1989-02-02 1990-10-09 Carrier Corporation Suction strainer
US7281902B2 (en) * 2002-05-27 2007-10-16 Vestas Wind Systems A/S Methods of mounting a wind turbine, a wind turbine foundation and a wind turbine assembly
US7109600B1 (en) * 2004-04-19 2006-09-19 Northern Power Systems, Inc. Direct drive wind turbine
US20100140948A1 (en) * 2008-12-15 2010-06-10 Eugenio Yegro Segovia Wind turbine and method of assembling the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103046792A (zh) * 2013-01-12 2013-04-17 苏氏工业科学技术（北京）有限公司 一种带加强筋的带颈插焊法兰

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