CN102734074B - 包括用于可互换集装箱的与波浪爬高偏转装置结合的支承***的离岸风力涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括塔架的离岸风力涡轮机，其中，在海平面之上的所述风力涡轮机包括至少一个用于储存至少一个集装箱的结构，所述集装箱具有标准集装箱的大小和尺寸，其中，所述结构设于塔架侧部。本发明进一步包括一种用于离岸风力涡轮机的混凝土结构的制造方法，根据本发明的用于储存一个或多个集装箱的结构包括平台和至少一个用于沿着所述集装箱较低表面和/或边缘支承至少一个集装箱的底座，其中，所述结构为混凝土结构。通过用混凝土生产所述结构，得到耐用和坚固的结构。

Description

包括用于可互换集装箱的与波浪爬高偏转装置结合的支承***的离岸风力涡轮机
技术领域
本发明涉及一种包括塔架的离岸风力涡轮机，其中，机舱设于所述塔架顶部，所述机舱包括具有至少两个转子叶片的转子，所述风力涡轮机进一步包括用于控制该风力涡轮机、转换和转化风力涡轮机产生的能量以及连接风力涡轮机至整个电网的子***，所述塔架在较低末端连接至过渡连接件或基座，所述连接件在海平面之上的位置，其中，在海平面之上的所述风力涡轮机包括至少一个用于储存至少一个集装箱的结构，所述集装箱具有标准集装箱的大小和尺寸，并且含有至少一些用于转换和转化风力涡轮机产生的能量的所述子***，其中，所述结构设于塔架侧部。本发明进一步包括这种离岸风力涡轮机的混凝土结构的制造方法。
背景技术
众所周知的是，风力涡轮机有时不得不维修，或者是，一些特殊部件不得不更换。许多机械和电气部件被封装在风力涡轮机塔架顶部的机舱中。自从风力涡轮机被离岸安装以来，人们试图想出适当的方法可将设备提升至机舱以及将设备从机舱提起。为了能够从船只或从风力涡轮机卸载或加载部件，海面需要非常平静，这种需要被看做是快速更换部件的要求。
例如，这可通过在机舱中内置起重机做到。该起重机可用于将部件从船只提升至机舱，部件可安装在该机舱中。从美国专利号为US 6,750,559B2的文件可知，在机舱下安装一种可移动集装箱，其中，所述集装箱用于收容和储存风力涡轮机部件。该方案的特征是在机舱中内置起重机。
另一种已知的方法在EP 1 240 426 B1中描述，其中，一些关键的电气部件设置在风力涡轮机塔架侧部的一对集装箱中，并且其位置远高于海平面。欧洲专利EP 1 240 426 B1中描述了一种方案，其中，标准集装箱通过塔架上的提升设备从船只提升至防护层之下的位置。该方案中，通过连接通道提供从塔架至集装箱的入口，反之通过连接通道也提供从集装箱至塔架的入口，该连接通道包括合适的密封装置。至集装箱的入口可通过集装箱侧壁上的开口制成。EP 1 240 426 B1中描述的一个实施例中，集装箱被提升至防护层之下的位置，并且随后靠着塔架在侧向方向移至更为封闭的船棚中，从而保护集装箱以及塔架和集装箱之间的连接件免受恶劣天气损害。
EP 1 240 426 B1中，如已知的方案，一个或两个集装箱置于支承结构之下，并且当其安装于风力涡轮机时，其不再悬挂在所述结构上。这个方案的显著缺陷是，集装箱必须通过风力涡轮机塔架和集装箱侧壁上相应的开口，由装置例如电缆和/或人员接入。由于结构中的每个开口削弱塔架强度，所以这些开口必须尽可能的小。由于开口必须很小并且空间十分有限，所以这不是最佳方案。进一步，相当大的挑战是，在悬挂的集装箱和塔架之间得到充分防水的密封。
关于离岸风力涡轮机的另一问题是，它们通常遭受比常规陆上涡轮机更加极端的环境条件，例如，台风或飓风类型的条件，包括大的波浪。波浪爬高是一种现象，其中，波浪遇到高于水面的平面时，例如，风力涡轮机塔架的圆柱表面，其会沿着表面垂直升高至最大爬高高度。在极端波浪条件下，这种波浪爬高可达到在正常海平面之上25米的高度。这种潜在的爬高高度迫使风力涡轮机设计者增加风力涡轮机在海平面之上的净空高度，以防止这种大的爬高对设于塔架表面外部的转子叶片或电气***造成任何潜在的损害。
EP 1 240 426 B1描述一种***，其中，电气子***，例如开关装置或变压器被封装于集装箱内，该集装箱悬挂在风力涡轮机塔架外部，环绕集装箱设有外壳。然而，该外壳仅对恶劣天气提供部分保护，并且不对由波浪爬高引起的损害提供保护，其中，波浪可从任何可能的角度和方向撞击风力涡轮机塔架和集装箱。
从EP 2 011 924 A2可知，风力涡轮机的过渡连接件和平台用混凝土制成。平台停置在过渡连接件顶部的凹陷中，该过渡连接件设于单桩基座顶部。风力涡轮机的塔架在过渡连接件上端部处扣紧。EP 2 011 924 A2中公开的平台是当工人进入和离开风力涡轮机时，使用的作业平台。没有技术设备置于该平台上，生产所述混凝土过渡连接件和平台的原因是，避免腐蚀问题。进一步，没有设置任何用于容纳集装箱的底座，该集装箱包括各种用于控制风力涡轮机的电气设备。
发明目的
本发明的目的是提供一种方案，其中，风力涡轮机包括一种用于收容和支承一个或多个集装箱的结构，其中，一个或多个集装箱可安装在风力涡轮机上，其中，如有需要，集装箱可互换，其中，集装箱可从外部进入。本发明的进一步的目的是，提供一种用于离岸风力涡轮机的方案，其针对波浪爬高具有足够的保护。
发明内容
如上所述，本发明涉及一种包括塔架的离岸风力涡轮机，其中，机舱设于所述塔架顶部，所述机舱包括具有至少两个转子叶片的转子，所述风力涡轮机进一步包括用于控制该风力涡轮机、转换和转化风力涡轮机产生的能量以及连接风力涡轮机至整个电网的子***，所述塔架在较低末端处连接至过渡连接件或基座，所述连接件设在海平面之上的位置，其中，在海平面之上的所述风力涡轮机包括至少一个用于储存至少一个集装箱的结构，所述集装箱具有标准集装箱的大小和尺寸，并且含有至少一些用于转换和转化风力涡轮机产生的能量的所述子***，其中，所述结构设于塔架侧部。
通过“标准集装箱”的表述，意味着：集装箱具有传统货运集装箱的大小和尺寸，该集装箱通常同于海上和陆地运输，并且可用普通起重设备搬运，例如起重机和堆高机。标准集装箱可以说是标准化单元，其好处是，不需要特殊运输或起重设备。
根据本发明，储存一个或多个集装箱的结构包括平台和至少一个沿着所述集装箱较低表面和/或边缘支承至少一个集装箱的底座，其中，所述结构是混凝土结构。通过用混凝土生产所述结构，可实现一个非常强健和坚固的结构。同时，与用钢铁生产该结构相比，混凝土生产的价格可维持在最低，而钢铁生产该结构还需要定期喷漆并且定期修护，以防止该结构被腐蚀。混凝土结构上的所述一个或多个底座可尽量简单地制成一个平坦区域，与该结构的平台在同样的水平面上但是，其也可制成像平台中的切除部，或像从平台升起的底脚。不管用那种方案制作，底座可用于沿着集装箱底部或其附近的至少两个边缘支承集装箱。带底脚的底座的优势是，水，例如雨水，会被引导至底座本身之下的水平面，从而远离底座上的集装箱。这种底脚可具有若干厘米的高度，例如，在5到50厘米之间。
离岸风力涡轮机的优选的实施例中，根据本发明，所述混凝土结构通过所述塔架上或所述过渡连接件上的加强筋或其他结构部件，可固定于所述塔架，其中，所述加强筋或其他结构部件从所述塔架或过渡连接件伸展至所述混凝土结构中。例如，加强筋可包括传统的钢筋，焊接在塔架上并且伸展至混凝土结构中。同样，塔架上或过渡连接件上已经存在的法兰可用作一种用于混凝土结构的锚定件。因此，混凝土结构可绕法兰模制，或者其可停置在这种法兰上。进一步可能的用于将混凝土结构固定至塔架的方案是，连接从混凝土结构伸出朝向其他连接装置如塔架的法兰，其中，这些法兰和连接装置栓接或焊接在一起。
离岸风力涡轮机的实施例中，根据本发明，所述混凝土结构可绕风力涡轮机设置。通过将混凝土结构环绕塔架，由于混凝土结构自我承载，来自混凝土结构作用于塔架上的许多力达到平衡，仅来自重力的载荷不得不被转移至塔架。进一步，该环绕的混凝土结构可能具有用于集装箱的较大的平台区域，但也具有人员的进出通道，该人员是需要安装和维修集装箱和其包含物的人员。
根据本发明的离岸风力涡轮机的优选地实施例，所述混凝土结构包括两个底座，所述两个底座在风力涡轮机塔架侧部彼此相对布置。另一个优选的实施例中，所述底座正挨着塔架侧壁布置。混凝土结构上的底座可等距离布置，但是三底座设置也是可能的，其中两个底座靠近布置，第三个底座在混凝土结构相对一侧布置。这将允许动态设置，其中，特定集装箱根据特定需要在相关位置布置在底座上。
根据本发明的实施例中，所述混凝土结构包括一个或多个通道，该一个或多个通道从一个底座伸展至塔架，或从一个底座伸展至另一个底座，所述一个或多个通道在两个底座之间或底座和塔架之间，用作电缆和/或其他装置的安装通道。通过在结构中设置这种通道，得到非常简易的安装方案，使得电缆或类似物可轻易的设于所述通道中。通道可以是底座和/或混凝土结构表面的敞开通道，但其也可以是开口在底座中的封闭通道，其中所述开口在集装箱的相应开口处设置。用同样的方式，这些通道可具有朝向塔架的开口和在所述塔架中的相应开口，从而使得如电缆进入或离开塔架和集装箱。在特定底座之间，也可设置一个或多个通道，进一步，通道可由混凝土结构的平台或穿过混凝土结构的一个或多个底座而制成，并且在混凝土结构侧部具有面朝水面的开口。所述通道在混凝土结构中可具有任何方向，但是优选地，通道沿塔架伸展，用于沿着塔架引导和固定海底电缆。
根据本发明的实施例中，混凝土结构包括至少一个嵌入式电缆，所述电缆不可移动地固定在混凝土中，并且从塔架或从所述混凝土结构的底座处的集装箱伸展出。通过将一个或若干个电缆嵌入混凝土结构中，可将热量从所述电缆转移至混凝土结构中。在风力涡轮机的各种组件之间运行的电缆转移大量能量，并且其中的一些能量转化为热量。由于这个事实，普遍的是，设置具有内部距离的电缆，使得热量通过对流脱离。然而，清楚的是，该热量可通过较大的冷却表面-大型吸热体来更有效的移除。通过将电缆和其他组件合适的嵌入至混凝土中，迫使混凝土结构用作大的吸热体，该吸热体将热量从电缆和其他嵌入组件转移走。
如上所述，可生产具有嵌入式通道的混凝土结构，该嵌入式通道用于电缆或其他安装于其中的组件。所述通道可以是仅用于单个电缆的窄通道或管道，但其也可合适于制作多个电缆。组件安装之后，这些通道或管道可用一些热传导材料，例如混凝土，乙二醇，热凝胶或浆糊，硅酮传热流体或类似物填充/充满。
通过填充/充满通道，可得到从电缆至相当大的混凝土结构更有效的热传递，并且，通过使用混凝土结构作为大的热吸收体，电缆温度可被控制并且保持在有吸引力的水平。
为了优化不同部件和其他货物的搬运，混凝土结构可进一步包括可收缩和/或可折叠起重机，在本发明的优选的实施例中，混凝土结构还包括沿着至少一部分平台边缘的保护栏杆，所述保护栏杆是安全栏杆，防止人们从结构的平台跌落至水下。该栏杆可通过合适的紧固件固定于平台，该紧固件可以是螺栓，但其也可以是在浇筑混凝土结构时嵌入平台的固定件。
进一步，根据本发明的离岸风力涡轮机可具有混凝土结构，该混凝土结构包括阶梯，该阶梯从混凝土结构之下的水平面伸展，穿过该混凝土结构至混凝土结构的平台。这种阶梯允许人员进入结构的平台并且通过其进入塔架内部以及置于平台上的一个或多个集装箱。例如，阶梯可从海平面伸展至混凝土结构的平台。
本发明的特殊实施例中，混凝土结构包括波浪爬高偏转装置，所述波浪爬高偏转装置至少由面朝水面或远离塔架的混凝土结构的表面构成。由于该波浪爬高偏转装置通常有用，将用于储存平台上的一个或多个集装箱的结构与波浪爬高偏转装置结合似乎是一个不错的想法。与平台相对的混凝土结构表面具有偏转效果，各种可能的形成该表面的方式将在以下的详细描述和附图中讨论。
根据以上描述的实施例，本发明进一步包括一种用于离岸风力涡轮机的混凝土结构的制造方法。该方法至少包括以下步骤，其中，
在塔架周围布置模具，
放置有关模具、塔架或过渡连接件的各种***件，该***件用于排水口、安装保护栏杆和/或安装起重机，
放置有关模具和塔架的形成部件，该形成部件用于在结构中产生安装通道，
浇筑混凝土至所述模具中，
混凝土被留下固定。
采用如上所述的方法生产所描述的混凝土结构将允许该结构在岸上生产，并且优选地，在港口或靠近港口的位置生产，部件可从该生产位置运送至安装位置。由于一部分塔架配备有模具，混凝土可浇筑至模具中。加满模具之前，添加各种***件至模具中。该***件可以是以下元件，如用于安装电缆的管子、管道或通道-上述通道、排水管或用于固定起重机的保护栏杆的***件。在混凝土浇筑和硬化之前，该***件或嵌入元件可轻易安装。
根据本发明的方法进一步包括至少一个步骤，其中，浇筑混凝土至所述模具之前，将一个或多个电缆设于所述模具中。然后浇筑时，所述电缆被嵌入混凝土中，并且将与混凝土结构完全接触，这将有效地从嵌入式电缆或组件中传导热量。
布置所有必要的模具部件和其他部件之后，例如***件或通道，留下的混凝土硬化，并且此刻仅需要将混凝土结构从模具部件除下。
附图说明
现在将仅通过举例方式描述本发明实施例，并参考相应的附图，其中：
图1示出风力涡轮机塔架的一部分，其具有带两个集装箱的结构；
图2示出的与图1一样，但是从另一个角度；
图3示出的与图1一样，但是结构中具有切除部；
图4示出具有波浪爬高偏转装置的风力涡轮机塔架上的结构；
图5示出具有切除部和混凝土中的固定装置的结构；
图6示出具有一体化通道的结构，其中，该结构停置在环绕塔架的法兰上；
图7示出风力涡轮机塔架的一部分，其带有一种结构，该结构具有两个集装箱和沿着塔架侧部伸展的海底电缆；
图8示出塔架上的结构以及沿着该塔架伸展的阶梯和对接装置；
图9示出塔架上的结构，但该结构中具有切除部，其中，可见嵌入式电缆。
在下文中，将逐一描述附图以及附图中可见的不同部件和位置，这些不同部件和位置在不同附图中将以相同附图标记来编号。不是特定附图中所示出的所有部件和位置都有必要与该附图一起讨论。
具体实施方式
图1中，可见具有混凝土结构2的风力涡轮机塔架1的一部分。在所述结构2的平台3上，从该平台末端至靠近塔架1的侧壁处，可见两个集装箱4。塔架1中具有门5，该门5允许维修人员进入塔架1内部以及塔架1和例如机舱中(未示出)的其他组件。平台3上安装有起重机6，该起重机6可用于将部件起重至混凝土结构2的平台3，并且能够从混凝土结构2的平台3提起。进一步，混凝土结构2设有环绕的安全栏杆7，以防止维修人员从结构2跌下。
图1中示出的元件同样在图2中可见，但是从另一个角度见到，其中，集装箱4从侧面看到。进一步，图3也同样示出图1，但是结构2中具有切除部，以允许我们看到立体混凝土结构2的的外轮廓。
图4示出风力涡轮机塔架1上的混凝土结构2，其具有波浪爬高偏转装置8，由于该偏转装置8的凹面形状可偏转任何沿着塔架1爬高的波浪，因此，可保护集装箱4和风力涡轮机的其他部件免受波浪侵害。波浪爬高偏转装置8环绕塔架1设置，并且可以是混凝土结构2的一体化部件，但其也可是在混凝土结构2之下加设于塔架1的单独部件，该单独部件固定于所述结构2。
图5示出具有切除部和混凝土中的固定装置9的混凝土结构2。这种固定装置9可以是焊接在塔架1侧部的钢支柱，或者其可以是固定于塔架1的其他类型的结构部件，使得混凝土结构2通过这些装置9固定和携载。
图6示出具有一体化通道10的混凝土结构，该一体化通道10用于安装例如从集装箱4至塔架1的电缆。示出的实施例中，通道10是敞开的通道10，但其也可以是嵌入至混凝土结构2的通道10，并且仅在特定位置具有开口，例如，在集装箱4之下以及通道10面对塔架1的地方。这张图中，混凝土结构2停置在环绕塔架1的法兰11上。这使得在运输塔架1之前或安装塔架1之后，例如在离岸单桩基座处，混凝土结构2可在单独的模具中制造并且安装于塔架1上。法兰11可是焊接在和/或栓接在塔架1上的钢法兰11。
图7示出具有混凝土结构2的风力涡轮机塔架1的一部分，该混凝土结构2具有两个集装箱4和沿着塔架1侧部伸展的海底电缆12。海底电缆12从集装箱4或从塔架1内部伸展，穿过在通道10中混凝土结构2并且朝向海底，进一步，海底电缆通常朝另一个风力涡轮机或朝岸边伸展。
图8示出塔架1上的混凝土结构2，其中，阶梯13和对接装置14沿着塔架1伸展。这张图中，阶梯13设置于混凝土结构2中的敞开的切除部15中。阶梯13可轻易地安装于混凝土结构2的人孔中。对接装置14是已知类型并且当维修人员进入阶梯13时，允许船只对接。
最后，图9示出风力涡轮机塔架1上的混凝土结构2，但混凝土结构2中具有切除部，允许我们看见立体混凝土结构2的外轮廓。嵌入所述混凝土结构2中可见的是电缆16，该电缆16以一种方式设置，使得所述电缆16端部在垂直方向朝着集装箱4的底部凸出。该电缆可从一个集装箱4伸展至另一个集装箱4，但也可从一个集装箱4伸展至塔架1或像图7中所见的电缆12一样，朝海底伸展。电缆16嵌入混凝土结构中的一个非常重要的优点是，热量可从所述电缆16被引导远离。同样吸引人的是，电缆16上具有相当大的弯曲半径。通过嵌入电缆，可得到例如2米或更大的半径，集装箱4可直接置于电缆16上，用于集装箱4内的内部安装。
本发明不限于本文描述的实施例，并且可在不脱离本发明权利要求描述的范围内修改或适用。

Claims (15)

1.一种离岸风力涡轮机，包括塔架，其中，机舱设于所述塔架顶部，所述机舱包括具有至少两个转子叶片的转子，所述风力涡轮机进一步包括用于控制该风力涡轮机、转换和转化所述风力涡轮机产生的能量以及连接所述风力涡轮机至整个电网的子***，所述塔架在较低末端连接至过渡连接件或基座，所述连接件在海平面之上的位置，其中，在海平面之上的所述风力涡轮机包括至少一个用于储存至少一个集装箱的结构，所述集装箱具有标准集装箱的大小和尺寸，并且含有至少一些所述用于转换和转化风力涡轮机产生的能量的所述子***，其中，所述结构设于塔架侧部，其特征在于，用于储存集装箱的所述结构包括平台和至少一个用于沿着所述集装箱较低表面和/或边缘、支承至少一个集装箱的底座，其中，所述结构为混凝土结构。
2.根据权利要求1的离岸风力涡轮机，其特征在于，所述混凝土结构通过所述塔架上或所述过渡连接件上的加强筋或法兰固定于所述塔架，其中，所述加强筋或法兰从所述塔架或过渡连接件伸展至所述混凝土结构中。
3.根据权利要求1所述的离岸风力涡轮机，其特征在于，所述混凝土结构绕风力涡轮机布置。
4.根据权利要求1所述的离岸风力涡轮机，其特征在于，所述混凝土结构包括两个底座，所述两个底座在风力涡轮机塔架侧部彼此相对布置。
5.根据权利要求4的离岸风力涡轮机，其特征在于，所述底座正挨着所述塔架的侧壁布置。
6.根据权利要求1或4所述的离岸风力涡轮机，其特征在于，所述混凝土结构包括一个或多个通道，所述一个或多个通道从一个底座伸展至塔架，所述一个或多个通道在所述一个底座和塔架之间伸展，用作电缆的安装通道。
7.根据权利要求4所述的离岸风力涡轮机，其特征在于，所述混凝土结构包括一个或多个通道，所述一个或多个通道从一个底座伸展至另一个底座，所述一个或多个通道在两个底座之间伸展，用作电缆的安装通道。
8.根据权利要求1所述的离岸风力涡轮机，其特征在于，所述混凝土结构包括至少一个嵌入式电缆，所述电缆不可移动地固定在混凝土中，并且在所述混凝土结构的底座处从塔架或从集装箱伸展。
9.根据权利要求1所述的离岸风力涡轮机，其特征在于，所述混凝土结构进一步包括可收缩和/或可折叠起重机。
10.根据权利要求1所述的离岸风力涡轮机，其特征在于，所述混凝土结构包括沿着至少一部分平台边缘的保护栏杆。
11.根据权利要求1所述的离岸风力涡轮机，其特征在于，所述混凝土结构包括从混凝土结构之下伸展、穿过所述混凝土结构至所述混凝土结构平台的阶梯。
12.根据权利要求1所述的离岸风力涡轮机，其特征在于，所述混凝土结构包括波浪爬高偏转装置，所述波浪爬高偏转装置至少由面朝水面或远离塔架的混凝土结构的表面构成。
13.一种用于离岸风力涡轮机的混凝土结构的制造方法，所述风力涡轮机包括塔架，其中，机舱设于所述塔架顶部，所述机舱包括具有至少两个转子叶片的转子，所述风力涡轮机进一步包括用于控制该风力涡轮机、转换和转化所述风力涡轮机产生的能量以及连接所述风力涡轮机至整个电网的子***，所述塔架在较低末端连接至过渡连接件或基座，所述连接件在海平面之上的位置，其中，在海平面之上的所述风力涡轮机包括至少一个用于储存至少一个集装箱的结构，所述集装箱具有标准集装箱的大小和尺寸，并且含有至少一些所述用于转换和转化风力涡轮机产生的能量的所述子***，其中，所述结构设于塔架侧部，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤，其中，
在塔架周围布置模具，
放置有关模具、塔架或过渡连接件的各种***件，所述各种***件用于排水口、安装保护栏杆和/或安装起重机，
放置有关模具和塔架的形成部件，所述形成部件用于在结构中产生安装通道，
浇筑混凝土至所述模具中，
混凝土被留下固定。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法进一步至少包括以下步骤，其中，浇筑混凝土至所述模具之前，将一个或多个电缆设于所述模具中。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述混凝土结构的模制发生在岸上，并且发生在运送所述结构至其直立位置之前。
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