CN106460796A - 风力发电机的支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电机的支撑结构并且涉及一种制造所述支撑结构的方法。公开了一种风力发电机的支撑结构（1），其中所述支撑结构包括用于连接至风力发电机的风轮的第一端（2）和待连接至风力发电机的塔架的第二端（3）。所述支撑结构（1）包括中间部（4），所述中间部（4）将所述第一端（2）连接至所述第二端（3），并且所述中间部（4）包括肘形管的形式。所述支撑结构（1）分为至少两个区段（5、6），其中所述区段可单独地从制造场地运输到施工场地。所述区段（5、6）能够按照所述支撑结构（1）能够将力从所述风轮转移到所述塔架的方式连接。

Description

风力发电机的支撑结构

技术领域

本发明涉及风力发电机的支撑结构并且涉及一种制造该支撑结构的方法。

背景技术

风力发电机包括：塔架、机舱、和具有轮毂和风轮叶片的风力发电机风轮。风力发电机包括发电机。发电机包括发电机转子和发电机定子。具有风轮叶片的轮毂连接至发电机的转子。

风力发电机的机舱包括支撑结构。风轮附接至支撑结构并且支撑结构连接至风力发电机的塔架。支撑结构支撑在塔架上的风力发电机的发电机和风轮。

风与风轮叶片相互作用并且使发电机的轮毂和转子转动。

风将载荷和振动引导进入风力发电机中。载荷和振动从风力发电机的风轮经过支撑结构转移至塔架。

将支撑结构制备为将载荷和振动从风力发电机的风轮转移至塔架。支撑结构设计工作与风力发电机的使用寿命等长的时间。在这种情况下，超过20年或者25年的使用寿命均正常。

因此，支撑结构需要设计有足够的刚性并且需要被加工为具有最小的故障和容差。

支撑结构通常是铸造的金属件。支撑结构的重量通常在10吨与60吨之间。现代风力发电机的支撑结构尺寸的金属件难以铸造。缩孔是在铸造这种尺寸的支撑结构中可能会出现的一个常见问题。另外，支撑结构需要在事后进行加工。

过去十年，风力发电机的设计的最大输出功率增加了。风力发电机的风轮直径和轮毂高度也增加了。因此，风力发电机的能力也需要增强。支撑结构设计得更大、更重。

风力发电机的部件通常在制造场地制造，并且然后运输至风力发电机的安装场地。通常，公路运输对此方法的至少一部分是必要的。通常可以在公路上运输的部件的尺寸和重量是有限的。

重量超过30吨的支撑结构相当难以运输。因此，限制了支撑结构的尺寸。因此，由于用公路运输的可能性，风力发电机的最大尺寸受到限制。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种改良的支撑结构以克服上述问题。

本发明的目的通过独立权利要求1得以实现。本发明的进一步特征在从属权利要求中公开。

公开了一种风力发电机的支撑结构，其中该支撑结构包括：用于连接至风力发电机的风轮的第一端和待连接至风力发电机的塔架的第二端。支撑结构包括将第一端连接至第二端的中间部，并且中间部包括肘形管的形式。

支撑结构分为至少两个区段，其中区段可单独地从制造场地运输到施工场地。区段可按照支撑结构能够将力从风轮转移至塔架的方式连接。

风力发电机的风轮在支撑结构的第一端处连接至支撑结构。

支撑结构在支撑结构的第二端处连接至风力发电机的塔架。支撑结构支撑在塔架上的风力发电机的发电机和风轮。另外，支撑结构将力从风轮和发电机转移至塔架。

支撑结构的第一端和第二端通过中间部来连接。中间部显示出肘形管的形式。该肘形管并不需要是具有完全封闭的壁的管子。例如，中间部也可以包括在管形壁中的开口，例如类似门口（doorway）。

管的肘形形式被称为弯管或者有时被称为鹅颈管。

设计为连接至风轮和塔架的支撑结构的第一端与第二端的连接区域定位成接近但是小于90°的角度。

例如，制造场地是制造支撑结构的区段的场地。制造场地还可以是组装风力发电机的部分和准备进一步运输的场地。

施工场地是将区段或者支撑结构连接以便形成支撑结构的场地。因此，施工场地还可以是设置风力发电机的场地。在海上安装风力发电机的情况下，施工场地还可以是港口中的场地，在该处，需要风力发电机的部分的进一步运输以到达风力发电机的最终操作场地。

力经过支撑结构从第一端转移至第二端。这些力包括风力发电机的发电机和风轮的静态重量，还包括作用在风力发电机的风轮上的风力。此力还包括被风引入风力发电机的振动和弯曲力矩。

力从风轮和发电机转移至支撑机构并且从支撑结构转移至风力发电机的塔架。

力从支撑结构的第一端转移至第二端。一部分力被支撑结构的肘形管状的形式转移。

将支撑结构分为区段。单独地并且独立地制造支撑结构的区段。

将区段制备为通过螺栓、铆钉、销或者它们的组合来连接。为了实现恰当的载荷转移，区段可以装备有互锁连接的凸缘。

例如，将区段铸造为单个的件并且加工。铸造更大的零件增加了在铸造体中出现故障的可能性。因此，铸造区段，由此更小的实体，减少了在铸造零件中出现故障的可能性。

另外，区段的重量和尺寸比整个支撑结构的重量和尺寸小。

因此，区段的运输要比完整的支撑结构的运输更容易。

此外，由公路运输产生的局限性限制了区段的尺寸，而不是整个支撑结构的尺寸。因此，支撑结构可以设计为比公路运输局限性可允许的质量和尺寸具有更大的质量和更大的尺寸。

因此，支撑结构的质量和尺寸不受由于公路运输要求的限制。因此，同样地，支撑结构的能力也不受由于质量或者尺寸约束的限制。

因此，支撑结构更大，因此可以基于所描述的支撑结构来设计具有更大风轮和更高功率输出的越大的风力发电机。

第一端包括第一区段的至少一部分。

第一端是支撑结构的一端，风力发电机的风轮在该端处附接至支撑结构。

第一端包括第一区段的至少一部分。第一区段因此设计并且布置为形成支撑结构的正面。支撑被分为区段，其中从支撑结构的正面看，区段的划分从区段的一面到区段的另一面。

风力发电机的正面是风轮附接至机舱的一面。这相当于支撑结构的第一端处于如安装至塔架的位置。

因此，从支撑结构的正面看，区段从包括第一端的第一区段开始连续地布置。

因此，通过支撑结构转移的力是从风轮引入到第一区段中，并且从第一区段引入到第二区段中。因此，第一区段与第二区段连接的连接区域不布置为与力转移方向平行。

因此，产生在区段之间的连接区域处的剪切力较小。剪切力对于连接区域是个问题，这是因为剪切力可以引起一个区段相对于其它区段移动。这种移动对于用于连接区段的连接装置是个问题。由于区段相对于彼此移动，所以连接装置的使用寿命以及因此在区段之间的连接都会降低。

因此，当力以相对于区段的连接表面大体上垂直的方式转移通过区段之间的连接区域时，在区段之间的连接的使用寿命增加。

因此，支撑结构的使用寿命增加，并且因此，风力发电机的使用寿命增加。

第二端包括第二区段的至少一部分。

将支撑结构的第二端制备为连接至风力发电机的塔架。

第二端包括第二区段的至少一部分。第二区段因此设计并且布置为形成支撑结构的塔架侧端。

从支撑结构的第一端看，区段连续地布置。力被从第一区段转移至第二区段。

因此，从风轮转移到支撑结构的力通过在第一区段与第二区段之间的连接区域进行转移。在区段之间的连接区域不与主要的力转移方向平行。

因此，较小的剪切力作用于第一区段与第二区段之间的连接。剪切力会减少在部分之间的连接的使用寿命。

因此，在第一区段与第二区段之间的连接的使用寿命被最大化。

第一区段包括支撑结构的第一端。

因此，第一区段包括完整的第一端。因此，第一端不分为两个或者更多个区段。因此，将第一端制造成一个件。

制造成一个件的部件的刚性比具有相同质量的被制造成两零件并随后组合的部件的刚性更大。

因此，第一端作为将风轮连接至支撑结构的接触面，具有更大的刚性。

第二区段包括支撑结构的第二端。

支撑结构的第二端是第二区段的一部分。支撑结构的第二端通常被称为底板。底板是在支撑结构与塔架之间的接触面板。底板包括用于将至少一个偏航马达安装至底板的构造元件。

底板，或者支撑结构的第二端，需要相当大的刚性以便将力从支撑结构转移至塔架。在底板中的任何划分都会限制底板的能力，并且因此限制风力发电机的使用寿命。

第二区段包括底板。因此，将底板形成或者铸造为一个件。因此，底板，或者支撑结构的第二端，未显示出划分。因此，底板的刚性更大，并且提高了支撑结构的能力。

支撑结构包括至少一个第三区段，该至少一个第三区段包括中间部的至少一部分并且连接至第一区段与第二区段，以便来自风轮的力转移经过第三区段。

第三区段包括支撑结构的中间部的至少一部分。第三区段连接至第一区段与第二区段。

将作用于支撑结构的第一端的力的至少一部分经由中间部的肘形管从第一端转移至第二端。

因此，力的一部分被转移经过支撑结构的第三区段。

然后，支撑结构的总重量被分散在三个区段上。同样，可以更进一步地减小区段的尺寸。可以通过使用三个区段来增加支撑结构的总尺寸和总重量。

第三区段包括连接至第一区段与第二区段的至少两部分。

第三区段分为两部分。第三区段的划分可以沿着垂直平面进行，以便从支撑结构的正面看，第三区段被分为第三区段的左半壳和右半壳。

风力发电机的正面是风轮附接至机舱的一面。这相当于支撑结构的第一端处于安装至塔架的位置。

第一区段包括连接至风轮和第二区段的至少两部分。

包括支撑结构的第一端的第一区段包括两部分。这两部分可以是左部分和右部分，或者上部分或者下部分。

因此，更进一步地减小该部分或者支撑结构的第一区段的尺寸和质量。因此，更易于铸造和运输形成支撑结构的第一区段的部分。

支撑结构的第一区段、第二区段、或者第三区段中的至少一个由铸造材料制成。

铸造部分显示出高硬度和耐久性。支撑结构的至少一个区段制作为铸造部分。因此，该区段显示出高硬度和耐久性。

可以利用不同的材料来构造和制造支撑结构的不同区段。该材料可以是具有不同弹性性能的不同类型的钢。

因此，可以通过实现它们的用途的最佳方式来设计支撑结构的不同区段。

第一区段包括第一端的一部分和第二端的一部分，并且第二区段包括第一端的一部分和第二端的一部分。

第一区段包括第一端的一部分和第二端的一部分。因此，第一区段是从第一端延伸到第二端的纵向区段。

同样，第二区段包括第一端的一部分和第二端的一部分。因此，同样地，第二区段是从支撑结构的第一端到达支撑结构的第二端的纵向区段。

因此，从正面看，支撑结构沿着垂直平面分为右半边和左半边。因此，这两个区段可以被称为支撑结构的两个半壳。

因此，支撑结构的区段仅仅显示出支撑结构本身宽度的一半。由于公路运输要求，某个部分的宽度可能会受到限制。

因此，支撑结构的尺寸不受公路运输要求的限制。支撑结构可构造为显示有比两个区段的宽度大约宽两倍的宽度，该两个区段被连接以形成支撑结构。

另外，支撑结构的区段的重量仅仅显示出是支撑结构本身的重量的一半左右。

因此，整个支撑结构的重量可以是可在路上通过车辆运输的重量的大约两倍。

按照将直接驱动式风力发电机的发电机连接至支撑架构的方式来制备和布置支撑结构。

在直接驱动式风力发电机中，风力发电机的风轮与发电机直接连接，而不使用齿轮箱。

按照将直接驱动式风力发电机的发电机连接至支撑架构的方式来制备和布置第一端。

风力发电机的风轮连接至风力发电机的发电机，并且发电机连接至风力发电机的第一端。

公开了一个将用于支撑结构的区段。

这可以是第一区段、第二区段或者第三区段中的至少一个。

区段是支撑结构的部分并且因此比完整的支撑结构更小并且更轻。因此，该区段比整个支撑结构更容易运输。

因此，区段的尺寸受公路运输要求的限制，但是支撑结构本身不受公路运输要求的限制。

公开了一种用于制造用于风力发电机的支撑结构的方法，其中该支撑结构包括：用于连接至风力发电机的风轮的第一端和待连接至风力发电机的塔架的第二端。支撑结构包括将第一端连接至第二端的中间部，并且中间部包括肘形管的形式。支撑结构分为至少两个区段。该方法包括将区段单独地从制造场地运输至施工场地的步骤、和按照支撑结构能够将力从风轮转移至塔架的方式来连接区段的步骤。

因此，将区段分别地运输至施工场地。该施工场地可以是支撑结构或者机舱的施工场地。该施工场地也可以是风力发电机本身的施工场地。

以固定的方式将区段彼此连接。该方式可以是固定但可拆卸的方式。在进行部分运输之后连接区段，该部分对于运输限制条件非常关键。该连接可以是在对所运输的单个物品的尺寸和重量存在限制的公路运输之后。

因此，例如，可以在通过公路将区段运输到港口之后，并且在通过船舶进行运输之前执行该连接。港口则是支撑机构的施工场地。

附图说明

借助附图对本发明进行更详细地示出。附图示出了优选配置并且未限制本发明的范围。

图1示出了风力发电机的支撑结构。

图2示出了完整的支撑结构。

图3示出了分成部段的支撑结构的进一步视图。

具体实施方式

图1示出了风力发电机的支撑结构。

图1示出了风力发电机的支撑结构1。该支撑结构1包括第一端2和第二端3。中间部4连接支撑结构1的第一端2与第二端3。

中间部4包括肘形管的形式。该管也可以描述为弯管或者鹅颈管。

按照将风力发电机的风轮连接至第一端2的方式来制备第一端2。在直接驱动式风力发电机的情况下，风轮附接至风力发电机的发电机，并且发电机连接附接至第一端2。将支撑结构1的第二端3制备为连接至风力发电机的塔架。

支撑机构1可旋转地连接至风力发电机的塔架。因此，支撑结构1能够在塔架顶部进行偏航移动。支撑结构1示出了底板7，该底板7也被称为偏航部段。该底板7示出了用于将偏航马达安装至支撑结构1的偏航部段的切口。

支撑结构1支撑在塔架顶部的风力发电机的发电机。另外，支撑结构1将力从风轮转移至支撑结构再转移至风力发电机的塔架。

图1中的支撑结构是分段的。第一区段5包括支撑结构1的第一端2。

第二区段6包括支撑结构1的第二端3。

第三区段8包括中间部4。第三区段8进一步分为两部分8a和8b。

风力发电机的支撑结构1分为多个部分。因此，同样地，支撑结构的总质量被分为更小的分区。支撑结构1的部分和区段比完整的支撑结构1更容易运输。

第一区段5包括用于将第一区段5连接至第三区段8的连接区域。第三区段8也包括待连接至第一区段5的连接区域。

第一区段5的连接区域大体上平行于第一端2的连接区域，在第一端2的连接区域处风轮连接至支撑结构1。因此，引入支撑结构中的力被从第一区段5经过大体上平行于支撑结构1的第一端2的连接区域转移至第三区段8。

因此，力以相对于连接区域大体上垂直的方式被转移经过第一区段5与第三区段8之间的连接区域。因此，力的转移不会在第一区段5与第三区段8之间的连接区域引起剪切力。

支撑结构1的中间部4分为第三区段8的两部分8a和8b。在第一部分8a和第二部分8b之间的划分主要是纵向于支撑结构1，并且，从支撑结构1的正面看，将第三部分8分为中间部4的右半壳和左半壳。支撑结构1的正面是从连接至支撑结构1的第一端2的风轮一侧看到的视角，因此是从第一端2看。

中间部4的两个半壳8a和8b包括用于连接至支撑结构1的第二区段6的连接区域。第二区段6包括底板7，该底板7形成偏航部段，该偏航部段随后在支撑结构1的第二端3处连接至风力发电机的塔架。

图2示出了完整的支撑结构。

图2示出了完整形式的支撑结构1。因此，支撑结构1的所有区段和部分是连接的。

支撑结构1包括第一端2和第二端3，在第一端2风轮随后连接至支撑结构，第二端3随后连接至风力发电机的塔架。支撑结构1的第一端2和第二端3通过显示出肘形管的形式的中间部4来连接。

中间部4的管状形状不是完全封闭的。它包括开口，诸如，用于安装电缆的门口和孔。

支撑结构1包括第一区段5和第二区段6。第一区段5和第二区段6是连接的。

力通过风力发电机的风轮被引入风力发电机中，被通过风力发电机的风轮从风力发电机的风轮转移到支撑结构1中。因此。力被通过第一端2引入支撑结构1中，并且，被通过第二端3转移通过支撑结构1转移至风力发电机的塔架。

按照可以将力从第一端2转移至第二端3的方式来连接第一区段5和第二区段6。支撑结构1包括第三区段8，其中该第三区段8包括支撑结构1的中间部4。

在第一端2处引入到支撑结构1中的力也被转移经过中间部4，因此经过第三区段8至支撑结构的第二端3。

第一区段5进一步分为两部分5a和5b。同样，第三区段8进一步分为第一部分8a和第二部分8b。将第一区段5与第三区段8的第一部分5a、8a和第二部分5b、8b的划分设计为纵向划分。因此，从风力发电机的正面看，第一区段5与第三区段8分为右部分和左部分。

第一区段5连接至第二区段6和第三区段8。第二区段6连接至第一区段5和第三区段8。第三区段8包括连接至第一区段5和第二区段6的连接。

第二区段6包括形成支撑结构1的偏航部段的底板7。底板7包括将偏航马达安装至底板7的开口。

图3示出了分段后的支撑结构的进一步视图。

图3示出了支撑结构1的区段5、区段6和区段8。风力发电机的支撑结构1被分为第一区段5、第二区段6和第三区段8。

第三区段8分为两部分8a和8b。支撑结构1的第一端2包括第一区段5的至少一部分。支撑结构1的第二端3包括第二区段6的至少一部分。

第二区段6包括支撑结构1的底板7。按照允许风力发电机的机舱相对于塔架偏航移动的方式来设计支撑结构1的底板7。

为了允许机动的偏航移动，底板7显示出用于将马达安装至底板的十个圆形开口。另外，底板显示出多个开口，例如，人孔和用于电缆的开口。

第一区段5、第二区段6和第三区段4能够连接以便形成支撑结构1。

第一区段5连接至第二区段6。另外，第三区段8连接至第一区段5和第二区段6。

按照可以将力从第一区段5转移至第二区段6而且可以将力从第一区段5转移通过第三区段8转移至第二区段6的方式来连接区段。

支撑结构1的区段比完整的支撑结构1更小并且重量更轻。因此，区段比完整的支撑结构1更容易运输。

将支撑结构1的区段分别地从制造场地运输至施工场地并且在施工场地处将其组合以形成支撑结构1。

附图中的图示为示意形式。注意，在不同的图中，相似或者相同的元件提供有相同的附图标记。

尽管已经参照优选实施例对本发明进行了详细的描述，但是要理解，本发明不限于所公开的示例，并且，本领域的技术人员可以对本发明进行众多的额外的修改和变型而不会脱离本发明的范围。

应该注意，在本申请中“一”和“一个”的使用不排除复数情况，并且“包括”不排除其它步骤或者元件。同样，可以将结合不同实施例进行描述的元件进行组合。应该注意，权利要求中的附图标记不应该视为是对权利要求书的范围的限制。

Claims (14)

1.一种风力发电机的支撑结构（1），

-其中所述支撑结构（1）包括：用于连接至风力发电机的风轮的第一端（2）和待连接至风力发电机的塔架的第二端（3），并且所述支撑结构（3）包括中间部（4），所述中间部（4）将所述第一端（2）连接至所述第二端（3），并且所述中间部（4）包括肘形管的形式，

其特征在于：

-所述支撑结构分为至少两个区段（5、6），其中所述区段（5、6）能够单独地从制造场地运输到施工场地，并且其中所述区段（5、6）能够按照所述支撑结构（1）能够将力从所述风轮转移到所述塔架的方式连接。

2.根据权利要求1所述的支撑结构，其特征在于：所述第一端（2）包括第一区段（5）的至少一部分。

3.根据前述中的一个权利要求所述的支撑结构，其特征在于：所述第二端（3）包括第二区段（6）的至少一部分。

4.根据权利要求2所述的支撑结构，其特征在于：所述第一区段（5）包括所述支撑结构（1）的所述第一端（2）。

5.根据权利要求3所述的支撑结构，其特征在于：所述第二区段（6）包括所述支撑结构（1）的所述第二端（3）。

6.根据权利要求2至5中的一项所述的支撑结构，其特征在于：所述支撑结构（1）包括至少一个第三区段（8），所述至少一个第三区段（8）包括中间部（4）的至少一部分并且连接至所述第一区段（5）和所述第二区段（6）以便来自所述风轮的力被转移经过所述第三区段（8）。

7.根据权利要求6所述的支撑结构，其特征在于：所述第三区段（8）包括至少两个部分（8a、8b），所述至少两个部分（8a、8b）连接至所述第一区段（5）和所述第二区段（6）。

8.根据前述权利要求中的一项所述的支撑结构，其特征在于：所述第一区段（5）包括至少两部分（5a、5b），所述至少两个部分（5a、5b）连接至所述风轮和所述第二区段（6）。

9.根据前述权利要求中的一项所述的支撑结构，其特征在于：所述支撑结构（1）的第一区段（5）、第二区段（6），或者第三区段（8）中的至少一个由铸造材料制成。

10.根据权利要求1所述的支撑结构，其特征在于：所述第一区段（5）包括所述第一端（2）的一部分和所述第二端（3）的一部分，并且所述第二区段（6）包括所述第一端（2）的一部分和所述第二端（3）的一部分。

11.根据前述权利要求中的一项所述的支撑结构，其特征在于：所述支撑结构是通过将直接驱动型风力发电机的发电机连接至所述支撑结构的方式来制备和布置的。

12.根据权利要求11所述的支撑结构，其特征在于：所述第一端（2）是通过将直接驱动型风力发电机的发电机连接至所述支撑结构的方式来制备和布置的。

13.用于根据权利要求1至12所述的支撑结构的区段。

14.一种用于制造根据权利要求1至12中的一项的用于风力发电机的支撑结构的方法，

-其中所述支撑结构（1）包括：连接至风力发电机的风轮的第一端（2）和待连接至风力发电机的塔架的第二端（3），并且所述支撑结构（3）包括中间部（4），所述中间部（4）将所述第一端（2）连接至所述第二端（3），并且所述中间部（4）包括肘形管的形式，

-其中所述支撑结构分为至少两个区段（5、6），

包括以下步骤：

-将所述区段（5、6）单独地从制造场地运输到施工场地，以及

-通过所述支撑结构（1）能够将力从所述风轮转移到所述塔架的方式连接所述区段。