CN112943546A

CN112943546A - 用于建造风力涡轮机的金属塔架的方法

Info

Publication number: CN112943546A
Application number: CN202011441614.5A
Authority: CN
Inventors: J·阿森西奥马丁
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy Innovation and Technology SL
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy Innovation and Technology SL
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2021-06-11
Also published as: ES2930005T3; EP3835516B1; DK3835516T3; EP3835516A1; US20210180568A1

Abstract

一种用于建造用于风力涡轮机的金属塔架、特别是钢塔架（14）的方法，包括以下步骤：‑在制造地点，制造中空的圆柱形金属塔架区段（1），其中，所述塔架区段（1）能够沿纵向方向堆叠以形成所述塔架（14），‑至少对于直径超过预定最大直径的塔架区段（1），将所述塔架区段（1）纵向切割成第一数量的至少两个区段节段（4），‑将所述区段节段（4）运输到所述塔架（14）将要被架设的建造地点，‑通过焊接来连结区段节段（4）以重构被切割的塔架区段（1），以及‑堆叠所述塔架区段（1）以建造所述塔架（14）。

Description

用于建造风力涡轮机的金属塔架的方法

技术领域

本发明涉及一种用于建造风力涡轮机的金属塔架、特别是钢塔架的方法。

背景技术

现有技术中已知的风力涡轮机通常包括机舱，该机舱具有作为主要部件的毂和叶片。为了使叶片旋转并因此能够向容纳在机舱中的发电机提供风动能，这些主要部件通常安装到、特别是可旋转地安装到具有一定高度的风力涡轮机塔架上，该高度被选择成在相应的毂高度处提供最佳的风力条件。风速随着离地高度而增加。此外，更大的毂高度还允许更大的叶片尺寸，从而导致风力涡轮机的更大的风扫面积和更低的切入速度。增加的毂高度还导致可变性降低，因为对于相同的能量产生而言，风力涡轮机的切出速度较低。

用于风力涡轮机的塔架主要以两种变型存在，即混凝土塔架和金属塔架。对于这两种变型，已知的是，将塔架建造成所谓的塔架区段。塔架区段是塔架的具有一定区段高度的管状/中空圆柱形部件。这些塔架区段被堆叠以建造塔架。关于混凝土塔架，可以在塔架将要被架设的地点处浇铸区段。例如使用遮板（shutter）或模具的普通钢筋混凝土技术可以用于制造所述部件。机器和模具可以从一个地点移动到另一个地点。

然而，在金属塔架、特别是钢塔架的变型中，塔架区段需要从它们例如被铸造的制造地点运输到建造地点。对于这种运输，必须考虑物流限制。大多数法规或国家各自限制了在使用它们的道路网络运输的物体的最大尺寸，例如在许多国家中限制到大约4.3至4.5m。关于塔架区段的这些物流限制适用于它们的直径。这也将钢塔架的最大可达到的毂尺寸限制到约70至80 m。

为了以经济的方式增大金属风力涡轮机塔架的可实现的塔架高度并因此增大毂高度，塔架区段的直径将必须增大，因为其它可选方式均有其自身的缺点。例如，如果金属厚度、特别是钢厚度增加，则成本增加，并且可能出现关于钢供应商的能力的限制。这也将增加每个塔架区段的重量，使得必须增加区段的数量，从而导致增加的物流成本和构造复杂性。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于建造较高金属塔架的方法，同时避免物流限制，尤其也避免过度增加的成本和复杂性。

根据本发明，该目的通过提供一种用于建造用于风力涡轮机的金属塔架、特别是钢塔架的方法来实现，该方法包括以下步骤：

- 在制造地点，制造中空的圆柱形金属塔架区段，其中，所述塔架区段能够沿纵向方向堆叠以形成所述塔架，

- 至少对于直径超过预定最大直径的塔架区段，将塔架区段纵向切割成第一数量的至少两个、特别是至少三个区段节段，

- 将所述区段节段运输到所述塔架将要被架设的建造地点，

- 通过焊接来连结所述区段节段以重构被切割的塔架区段，以及

- 堆叠所述塔架区段以建造所述塔架。

预定的最大直径优选地对应于运输的法定极限，其中，塔架区段被切割成区段节段，特别是通过选择合适的第一数量，使得每个区段节段满足至少一个法定极限。这样，每个区段节段可以合法地从制造地点运输到建造地点。通常，第一数量将为至少三。常见的情况将会是四个区段节段，但是也可以设想多于四个节段。

因此，本发明提出将塔架区段纵向切割成易于运输尤其是适于物流限制的区段节段。这些区段节段通过焊接在建造地点重新连结。这允许运输具有较大直径的、特别是超过运输的法定极限的塔架区段，使得塔架高度以及因此毂高度也可以增加。这种塔架可承载更大的负载，并且分别允许更大的叶片尺寸和转子直径。可以灵活地选择第一数量并因此选择区段节段的尺寸。这允许例如通过标准卡车运输具有12 m长度的塔架区段。

使用本发明，由于现场制造，也可以节省运输成本。由于所需的机械可以容易地运输和准备，因此提供了在建造地点上容易且快速的安装。特别地，与运输完整的塔架区段相比，安装时间和安装成本不会显著增加。

由于区段节段在建造地点被焊接，因此纵向不需要螺栓连接，螺栓连接将导致螺栓维护并引起其它问题。在塔架区段之间，可以使用常规的、已知的凸缘连接，其可以采用螺栓连接。

在实施例中，每个塔架区段可包括至少一个子区段，其中，制造子区段包括提供金属片材、卷制金属片材和焊接卷制的金属片材。换句话说，塔架区段可在进行切割之前如已知的那样制造，使得本发明的方法不需要关于这些步骤的复杂修改。金属特别是钢可以被提供、切割并斜切，然后卷制成中空的圆柱形。然后卷制的金属片材被焊接以得到塔架区段（在一个子区段的情况下）。在多个子区段的情况下，多个子区段可以通过焊接方式连接以形成塔架区段。通常，制造至少一个子区段当然可以包括另外的步骤，特别是诸如斜切的机加工步骤。

一般而言，制造塔架区段可包括将凸缘添加到塔架区段的每一侧和/或至少一个机加工步骤、特别是喷砂，和/或对塔架区段涂油漆。当塔架区段堆叠时，凸缘用于连接塔架区段。总之，塔架区段的完整制造队列可以在切割之前照常进行。例如，在通过卷制至少一个金属片材并且焊接而制成塔架区段之后，可随即进行检查步骤，特别是包括无损测试的检查步骤。此后，塔架区段可以被喷砂和涂油漆/清漆。

在优选实施例中，给塔架区段涂油漆包括覆盖切割区域，在该切割区域，塔架区段被切割成区段节段。也就是说，此时，切割区域被排除在涂油漆过程之外，因为切割会破坏油漆/清漆。例如，可以沿着预期的切割线使用窄条，使得塔架区段表面的仅仅小部分（例如小于5%）保持未涂油漆。在建造地点上将区段重新连结之后，这些被排除的切割区域可以例如并且优选手动地被涂油漆。这不会导致相当大的工作量，因为仅留有一小部分未涂油漆。特别地，仅需要对长接缝进行涂油漆。在建造地点不需要喷丸处理室和/或涂油漆室，因为可以使用手动的粗糙化加工和涂油漆过程。

优选地，使用火焰切割机或等离子体切割机进行切割。火焰切割过程是需要强热源和纯氧的热化学过程。火焰切割可用于切割大多数用于塔架的金属、特别是钢，因为满足了如下的基本要求：所形成的氧化物必须具有比待切割的基材更低的熔点。基本的等离子体切割过程包括产生过热的电离气体（即等离子体）的电通道，该电通道从等离子体切割机本身穿过待切割的工件，从而形成通过例如接地夹具回到等离子体切割机的完整电路。压缩气体（例如氧气或空气）可以高速通过聚焦喷嘴吹向工件。然后，在气体中，在气体喷嘴附近或集成到气体喷嘴中的电极和工件本身之间形成电弧。该电弧使一些气体电离，从而产生等离子体的导电通道。当来自切割炬的电沿着该等离子体行进时，其输送足够的热量以熔穿工件。同时，大部分高速等离子体和压缩气体将热的熔融金属吹走，从而分离（即切穿）工件。等离子体切割是切割诸如不锈钢风力涡轮机塔架壁的厚材料的有效方式。

在特别有利的实施例中，在切割之后，切割边缘被斜切、特别是从内侧V形斜切。这种斜切过程允许从待重构的塔架区段的内侧容易地焊接以及从塔架区段的外侧精确地测量。在优选的具体实施例中，重构工具用于定位区段节段，其中，可以从外侧执行和评估测量。在完成定位并且所有区段节段都固定在重构工具中之后，可以将移动式焊接机***塔架区段中，特别是在优选地自动地纵向移动通过塔架区段的同时焊接区段节段。

在这一点上注意到，在本发明中使用纵向切口还具有如下优点：避免了在建造地点实现起来更加复杂的圆形焊接。

优选地，在斜切之后，可以用底漆（primer）处理切割边缘以避免在物流过程中生锈，特别是运输和可能的储存过程中生锈。

在实施例中，如已经解释的，在焊接区段节段以重构塔架区段之前，使用重构工具来定位区段节段。这种辅助工具可容易地从一个建造地点运输到另一个建造地点，并且可包括其中可定位区段节段的框架和/或用于区段节段的可调节保持装置。

用于重构塔架区段的区段节段的焊接可作为埋弧焊接来执行。埋弧焊接（SAW）涉及在连续进给的电极和工件之间形成电弧。粉末状焊剂覆盖层产生保护性气体防护以及保护焊接区的熔渣。电弧被埋没在焊剂覆盖层之下并且在焊接期间通常是不可见的。对于SAW而言，已经提出了移动焊接机，如上所述，其可用于从待重构的塔架区段的内侧将区段节段焊接在一起。

优选地，在焊接区段节段以重构塔架区段之后，焊接区域被机加工、特别是手动机械喷砂，和/或如果切割区域未涂油漆，则涂油漆、特别是手动涂油漆。例如，可以采用机械粗糙性处理工具、特别是手持工具，以及已知的手动涂油漆工具。

附图说明

从下面结合附图考虑的详细描述中，本发明的其它目的和特征将变得明显。然而，附图仅仅是仅为了说明目的的原理图设计，并且不限制本发明。附图示出：

图1是根据本发明的方法的实施例的流程图，

图2是准备好涂油漆的制造好的塔架区段，

图3是切割的区段节段，

图4是区段节段的示意性侧视图，

图5是斜切之后的区段节段的两个相邻的切割边缘，

图6是建造地点处的重构工具，

图7是使用移动式焊接机的纵向焊接过程，以及

图8是示出堆叠塔架区段以形成风力涡轮机塔架的原理图。

具体实施方式

根据本发明的方法的实施例提供了一种用于建造金属风力涡轮机塔架（在这种情况下，由钢制成）的简单且成本高效的过程，其中，塔架具有大直径的塔架区段，特别是大于5 m的塔架区段，使得可实现更大的毂高度，例如大于80 m的毂高度。尽管直径大，本发明允许鉴于当地物流限制的容易的运输。

在根据图1的实施例中，步骤S1至S9在制造地点执行，而步骤S11至S16在塔架且因此风力涡轮机将要被架设的建造地点执行。

首先，在步骤S1至S8中，除了一些小的修改和塔架区段的直径超过最大直径这一事实之外，基本上如从现有技术中已知的那样生产塔架区段，在这种情况下，最大直径根据法定极限来限定。这意味着在相应的国家/法规中，塔架区段本身可能不能被运输。

在步骤S1中，提供用于塔架区段的金属材料，在这种情况下是不锈钢。在步骤S2中，将钢切割成金属片材，将金属片材斜切以用于随后的焊接。在步骤S3中，随即将金属片材卷制成中空圆柱形形状。在步骤S4中进行焊接以形成中空圆筒。在步骤S5中，至少在塔架区段的两端增加凸缘。如果塔架区段由若干个中空的圆柱形子区段制成，每个子区段提供塔架区段高度的一部分，则在步骤S5中将这些子区段焊接在一起。

在可选的步骤S6中，检查塔架区段，包括无损测试。

在步骤S7中，例如在喷砂室中进行塔架区段的喷砂。在步骤S8中，在塔架区段外表面上涂油漆/清漆。然而，例如在油漆室中涂油漆/清漆之前，例如通过窄带来覆盖围绕预期切割线的切割区域，使得切割区域被排除在涂油漆之外。

这在图2中示出，该图描绘了塔架区段1沿虚线示出的预期切割线2纵向地被切割成四个区段节段区段。在涂油漆之前，例如通过窄带来覆盖切割区域3，使得表面的被排除在涂油漆之外的部分保持较小，例如小于5%。

回到图1，在步骤S9中，使用火焰切割机或等离子体切割机将塔架区段1切割成在图3中示例性地示出的区段节段4。图4示出了区段节段4的侧视图，其示出了不是整个外表面涂油漆，而是仅中心区域5涂油漆，留下切割区域3中的切割边缘6没有油漆。

还是在步骤S9中，这些切割边缘6也被斜切并用底漆处理。如图5所示，从内侧7进行V形斜切，从而形成倾斜边缘8。这大大简化了当在建造地点上重新连结区段节段4时从内侧7进行的焊接以及从外侧9进行的测量，如下面进一步解释的。满足任何物流限制的区段节段4现在准备好运输。

在步骤S10中，参见图1，使用标准卡车或者根据节段4的长度使用特殊卡车或运输装置将区段节段4从制造地点运输到建造地点。

在步骤S11中，将待重构的塔架区段1的区段节段4放置在重构工具10中，如图6所示。重构工具10例如可以包括框架和/或相应的保持装置。正确地定位区段节段4，利用上述斜切技术，以从外侧9测量。

回到图1，在步骤S12中，通过纵向焊接重新区段节段4以重新创建塔架区段1。利用V形斜坡从塔架区段1的内侧7进行焊接。这在图7中示出，其中，在这种情况下，使用仅示意性示出的移动式焊接机11。可以使用埋弧焊接（SAW）。从塔架区段1的一个面侧开始，将区段节段4的切割边缘6焊接在一起，如焊缝12所示。按照箭头13纵向移动焊接机11，直到到达另一面侧。

在焊接之后，在根据图1的步骤S13中，使用机械粗糙性工具执行纵向焊接区域的机械喷砂。这可以手动完成。在步骤S14中，使用相应的涂油漆工具手动地对纵向焊接区域涂油漆。

在可选的步骤S15中，可以将内部部件添加到重构的塔架区段1，例如平台、梯子等。

最后，在步骤S16中，如图8所示并且原则上本领域已知，完整的塔架区段1被堆叠以建造风力涡轮机的塔架14。可以使用起重机15和/或其它提升工具。塔架区段1可以使用凸缘进行连接。

一旦塔架14被架设，则可添加具有毂的机舱，并且可安装叶片以完成风力涡轮机。

尽管已经参照优选实施例详细描述了本发明，但是本发明不受所公开的示例的限制，本领域技术人员能够从所公开的示例得到其它变型而不脱离本发明的范围。

Claims

1.一种用于建造用于风力涡轮机的金属塔架、特别是钢塔架（14）的方法，包括以下步骤：

- 在制造地点，制造中空的圆柱形金属塔架区段（1），其中，所述塔架区段（1）能够沿纵向方向堆叠以形成所述塔架（14），

- 至少对于直径超过预定最大直径的塔架区段（1），将所述塔架区段（1）纵向切割成第一数量的至少两个区段节段（4），

- 将所述区段节段（4）运输到所述塔架（14）将要被架设的建造地点，

- 通过焊接来连结区段节段（4）以重构被切割的塔架区段（1），以及

- 堆叠所述塔架区段（1）以建造所述塔架（14）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个塔架区段（1）包括至少一个子区段，其中，制造所述子区段包括提供金属片材、卷制所述金属片材以及焊接卷制的金属片材。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，多个子区段通过焊接方式连接以形成塔架区段（1）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，制造所述塔架区段（1）包括将凸缘添加到所述塔架区段（1）的每一侧和/或至少一个机加工步骤、特别是喷砂，和/或对所述塔架区段（1）涂油漆。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对所述塔架区段（1）涂油漆包括覆盖切割区域（3），在所述切割区域（3）处，所述塔架区段（1）被切割成所述区段节段（4）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用火焰切割机或等离子体切割机进行切割。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在切割之后，所述切割边缘（6）被斜切、特别是从内侧（7）V形斜切，和/或用底漆处理。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，从待重构的塔架区段（1）的内侧（7）执行所述区段节段（4）的焊接。

9.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在焊接所述区段节段（4）以重构所述塔架区段（1）之前，重构工具（10）被用于定位所述区段节段（4）和/或用于重构所述塔架区段（1）的所述区段节段（4）的焊接作为埋弧焊接执行。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在焊接所述区段节段（4）以重构所述塔架区段（1）之后，焊接区域被机加工、特别是被机械喷砂，和/或如果所述切割区域（3）未涂油漆，则涂油漆、特别是手动涂油漆。