CN113614363A - 风力涡轮机塔架的过渡件 - Google Patents

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Abstract

用于风力涡轮机塔架的过渡件，包含连接到上环(8)和下环(9)的中空截头圆锥件(7)。上环(8)连接到横杆(10)，下环(9)连接到径向支柱(11)。过渡件还包含三个连接器(13)，每个连接器连接到一个横杆(10)、两个径向支柱(11)和将三个连接器(13)联结在一起的两个连接型材(12)，使得一对径向柱(11)布置在相应的连接器(13)和下环(9)之间，并且横杆(10)布置在上环(8)和相应的连接器(13)之间，在相应径向支柱(11)的纵轴与截头圆锥件(7)的法向轴之间测量，径向支柱(11)形成65°至75°之间的角度。

Description

风力涡轮机塔架的过渡件
技术领域
本发明属于风力涡轮机塔架领域，更具体地说，本发明涉及布置在混合式塔架的管段形式的上部和由格栅段形成的下部之间的过渡件。
背景技术
陆上风力涡轮机必须用卡车运输，并由起重机吊运至最终位置，与其他方案例如海上风力涡轮机相比，这限制了它们的尺寸和重量，海上风力涡轮机由船舶运输，并由大型起重机进行放置。
本发明的同一申请人开发了一种由独立铸件组成的新型过渡件，可以用常规卡车运输并在现场组装。管制塔架和格栅结构之间的连接是通过圆柱形中心件和三个沿其周边拧紧的中空扩展件实现的。如文件WO2019043272中所述的那样。
在现有技术的专利中，分析了EP1813808。此专利涉及海上风力涡轮机的过渡件，该海上风力涡轮机具有一系列固定到管制塔架和下部格栅部分(至少有三个支腿)的横杆。连接横杆的数量大于支腿，并且倾斜度优选为15°。下部具有传递扭矩的环板。本发明对象与该专利的主要区别在于使用了与支腿数量相同的横杆或斜撑，并且用一组具有特定技术特征的径向水平支柱代替了环板。
还分析了US2017321659A1。该专利描述的过渡件是用于陆上风力涡轮机的过渡件，其通过多个连接横杆将上部管部分与下部格栅部分连接起来，所述连接横杆在与相应支腿连接之前在单个圆柱形的端部处联结。所述下部由布置在支腿自身上的水平支柱的布置来补充，所述水平支柱布置在横杆和支腿之间的连接部下方。
发明内容
本发明的设计针对陆上风力涡轮机，该风力涡轮机不需要大型起重机来进行组装，并且将被预组装在过渡件上，以便随后利用允许模块从底部引入的提升***进行自提升，如专利申请WO2017203065A1中所述。
本发明的一个目的是提供一种如权利要求中所限定的过渡件，该过渡件有效地支撑其在使用过程中所受到的弯矩和扭矩。过渡件的设计受到重量(非常大的厚度和非常大的直径不能用于海上方案)、运输(用常规卡车运输的部件不得超过18m)和组装(必须是螺栓连接，避免焊接，因为在现场进行焊接会使操作复杂化)的限制。
本发明的过渡件包含连接到上环和下环的中空截头圆锥件。上环连接到包括在过渡件中的横杆，下环连接到也包括在过渡件中的径向支柱。过渡件还包含三个连接器，每个连接器连接到一个横杆、两个径向支柱和将三个连接器联结在一起的两个连接型材，使得一对径向支柱布置在连接器和下环之间，横杆布置在上环和相应连接器之间。在相应径向支柱的纵轴与截头圆锥件的法向轴之间测量，所述径向支柱形成65°至75°之间的角度。
径向件成对布置，并以尽可能最切向的程度连接到下环(考虑到支腿之间的间距为18m，截头圆锥件下部的直径为3.3m)，有助于承受过渡件在使用中受到的弯曲力和扭转力。在风力涡轮机的工作运转或使用过程中，过渡件受到扭矩作用。通过扭转整个组件，径向支柱中的一个被压缩，另一个被拉长，使得两个径向支柱都发生偏置。通过这种方式，它们的刚度提高到2倍或3倍，并解决由扭矩和弯矩引起的问题。
本发明的另一个目的是保持格栅塔架模块中使用的部件和过渡部中使用的部件的一致性。组成格栅塔架的模块中支腿的直径为1m，长度为12m至18m。对应于所述模块的横杆的部件均具有相同的直径和相同的长度，使制造成本最小化并尽可能使所有部件标准化。
本发明的另一个目的是，过渡部的一些部件是模块化的，以便于它们的运输和组装。例如，截头圆锥件的上环可以是模块化的，以轻松地克服运输中的限制。
本发明的另一个目的是，截头圆锥件的下环具有可能的最大直径，确保不会有多余的材料。前面已经讨论过，该过渡件可以是圆柱形的。因此，结合上环的直径，其范围在4m至4.5m之间以与常规圆柱形塔架组装，下环的直径在3m至4m之间。所有这些形成了非常瘦长的截头圆锥件，其最终高度受运输的限制，是两个环和圆柱形圆锥件或截头圆锥件的总和。
附图说明
下面，我们将非常简要地描述一系列附图，这些附图将帮助我们更好地理解本发明，并明确地涉及作为其非限制性示例呈现的所述发明的实施例。
图1表示本发明的整个风力涡轮机对象。
图2a、2b和2c示出了根据笛卡尔坐标XYZ的过渡件的透视图、平面图和主视图。
图3示出了关于图2c的主视图的截面AA。
图4示出了具有由成对布置的径向支柱形成的角的平面图。
图5a和5b示出了截头圆锥件的上环的一个实施例和它的一个扇段，所述扇段体现了组件的模块化。
图6示出了截头圆锥件的下环。
图7示出了其中一个连接器的透视图。
具体实施方式
如图1所示，过渡件(1)的组装在底座(2)上完成，螺栓保持架(图中未详细示出)从底座(2)突出并首先与过渡件(1)连接。一旦过渡件(1)的组装完成，使用常规的100m高的起重机，单管式塔架(4)的不同部分被组装，并在它们上方组装转子(5)及其叶片(6)。此时，我们继续使用允许组件被提升的自提升***，并且新的格栅模块(3)从底部被引入，直到风力涡轮机的整个组装完成。根据模块(3)的数量，最终塔架将达到更高或更低的高度。这些模块由支柱或支腿(3′)构成，其中一些是倾斜的(3″)而另一些是水平的(3″′)。这些元件的最大直径为支柱(3′)的直径，直径为1m，而厚度可根据塔架的高度进行调整。
如图2a、2b和2c中详细示出的，过渡件(1)包含中空且机械焊接的中心截头圆锥件(7)，其顶部是上环(8)，末端是下环(9)。两个环负责连接组成过渡件(1)的其余元件，例如横杆(10)、径向支柱(11)和连接型材(12)。过渡件(1)的三脚架结构通过三个连接器(13)将横杆(10)、径向支柱(11)和连接型材(12)与前一图中的格栅模块(3)的支柱(3′)结合在一起而形成。每个连接器(13)连接到一个横杆(10)、两个径向支柱(11)和将三个连接器(13)联结在一起的两个连接型材(12)，使得成对的径向支柱(11)保持布置在连接器(13)和下环(9)之间，并且横杆(10)布置在上环(8)和相应的连接器(13)之间，在相应径向支柱(11)的纵轴与中心截头圆锥件(7)的法向轴之间测量，所述径向支柱(11)形成65°至75°之间的角度。
在本发明的优选实施例中，横杆(10)的直径和厚度与格栅模块(3)的支柱(3′)的直径和厚度相同。在它们具有如此的尺寸的情况下，使得它们可以用常规卡车运输。横杆(10)和径向支柱(11)优选为圆形，连接型材(12)优选为方形。所有这些提到的元件的连接，连同与连接器(13)以及与上环(8)和下环(9)的连接，优选地通过具有免维护螺钉的螺纹连接来实现。
连接器(13)通过其下端(17)连接到格栅塔架的支柱(3′)，如图3中所示的沿截面AA所做的图和图1所示。从其一侧，所述连接器与连接型材(12)连接在一起，如图2a所示，通过从成角度区域朝向过渡件(1)内部伸出的一些部分(19)，所述连接器与相对于水平支柱成25°至35°角度的相应径向支柱(11)连接，并且通过所述连接器的上端(18)，所述连接器朝向过渡件(1)的上部改变方向，并且所述连接器与相对于水平支柱成55°至65°角度的相应横杆(10)连接。在其上部的细长连接器(13)和上环(8)的向下延伸设计使得横杆(10)具有大约16m的长度，使得它们可以用常规的卡车运输。
在本发明的优选实施例中，中心截头圆锥件(7)由不同的环(7′、7″)在工厂以与管制塔架的套筒焊接相同的方式焊接形成，达到约13m的高度，加上上环(8)和下环(9)后其高度还要增加2m。所有这些使其具有12m和15m之间的高层设计，相比之下其上部直径为4.5m，下部直径为3.3m。过渡件(1)的总高度约为15m至20m。由于重量不能很大，所有部件的厚度都受到限制。如果发生重量很大这种情况，塔架的固有频率会降低。塔架必须是非刚性的柔性-柔性结构，为此，所述塔架必须在固有频率内运行，以避免其重量的增加。
在与过渡件(1)相关的有限元模型中，可以看出弯矩具有两条路径:横杆(10)承受30％的弯矩，中心截头圆锥件(7)及其径向支柱(11)承受70％的弯矩。为了补偿这些负载，进行了两项技术改造。中心截头圆锥件(7)被设置为具有很长的长度，使得作用在其上的力矩被广泛地分散和平衡。并且径向支柱(11)成对布置。
在图4中，示出了在相应连接器(13)和中心截头圆锥件(7)之间几乎切向连接的径向支柱(11)形成大约65°至75°的角度。它是在相应的径向支柱(11)的纵轴和截头圆锥件(7)的法向轴(即图2a中的Y轴)之间测量的角度。当在使用中扭转过渡件(1)时，布置在相应连接器(13)和中心截头圆锥件(7)之间的其中一个径向支柱(11)被压缩，而布置在相邻连接器(13)和中心截头圆锥件(7)之间的另一个径向支柱(11)被拉长，因此两个径向支柱都发生偏置。其余的径向支柱以同样的方式作用，成对压缩和拉长。
另一方面，如果取从同一个连接器(13)伸出的两个径向支柱(11)，则其中一个被压缩而另一个被拉长。这种行为使得扭转刚度翻倍，并解决了在风力涡轮机的工作运转或使用过程中在过渡件的临界应力集中点出现的问题。
在本发明的优选实施例中，上环(8)适于连接到风力涡轮机塔架的下部管段(4)，优选地通过螺栓连接。它是一个直径为4m至4.5m的部件，通过增加与横杆(10)连接的突起(15)来增加其外径，因为所述突起(15)是处于外部的。突起(15)终止于带孔的法兰，连接螺钉通过这些孔***。
图5a和5b示出了上环(8)的另一个实施例，其中所述上环(8)是模块化的，并且如图5a所示，它可以被制成三个部分或扇段，所述三个部分或扇段通过与它们重叠并螺栓连接在其上的扁条件(14)连接在一起。在该实施例中，突起(15)也终止于带孔的法兰，连接螺钉通过这些孔***。
如图6所示，在本发明的优选实施例中，下环(9)由单件制成，并且包含围绕下环(9)本身外周布置的连接区域。每个连接区域包含两个锚固点(16)，使得从每个锚固点(16)有一个被固定的径向支柱(11)并延伸通向不同的连接器(13)。锚固点(16)和其对应的径向支柱(11)之间的螺纹连接从连接区域内部进行，通过下环(9)的内部进入所述点。
同样，如图4所示，在本发明的优选实施例中，从每个连接器(13)延伸出两个径向支柱(11)，所述径向支柱(11)通向下环(9)的不同连接区域的锚固点(16)。
图7示出了布置在过渡件(1)下部的三个连接器(13)之一。它们呈圆柱形，从竖直方向开始，以一定角度结束。在竖直区域，即在下端(17)，其包括与自提升***配合的法兰，该自提升***用于提升完全组装的风力涡轮机并允许从底部引入模块(3)。所述法兰通过重叠两个法兰得到加强，一个法兰较窄，另一个法兰较宽，形成阶梯结构。两个同样呈圆柱形的突起部分(19)从成角度区域突出。所有圆柱形端部都包含法兰以完成它们的螺栓连接:上端(18)与相应的横杆(10)螺栓连接，下端(17)与组成格栅塔架的相应模块(3)的支柱(3′)螺栓连接以及成角度区域的突起部分(19)与相应的径向支柱(11)螺栓连接。在下部处，两个方形突起(它们也可以具有圆柱形的形状)的周边穿有孔，并且被布置以完成与连接型材(12)的螺栓连接。

Claims (13)

1.一种用于风力涡轮机塔架的过渡件，所述塔架具有舱部(5)和叶片(6)，所述塔架的上部由管段(4)形成，其下部由多个格栅模块(3)连接而成，所述格栅模块由支柱(3′)组成，所述支柱包括倾斜支柱(3″)和水平支柱(3″′)，其特征在于，所述过渡件(1)包含
连接到上环(8)和下环(9)的中空中心截头圆锥件(7)，所述上环(8)连接到所述过渡件(1)的横杆(10)，所述下环(9)连接到所述过渡件(1)的径向支柱(11)，以及
三个连接器(13),每个连接器连接到一个横杆(10)、两个径向支柱(11)和将三个连接器(13)联结在一起的两个连接型材(12)，使得一对径向支柱(11)布置在相应的连接器(13)和下环(9)之间，并且横杆(10)布置在所述上环(8)和相应连接器(13)之间，在相应径向支柱(11)的纵轴与所述截头圆锥件(7)的法向轴之间测量，所述径向支柱(11)形成65°至75°之间的角度。
2.根据权利要求1所述的过渡件，其中，布置在相应连接器(13)和下环(9)之间的一对径向支柱中的一个径向支柱(11)在使用中被压缩，而另一个径向支柱(11)被拉长。
3.根据权利要求1或2所述的过渡件，其中，每个连接器(13)具有成角度的圆柱形构造和两个部分(19)，所述两个部分优选为圆柱形的，从成角度区域突出，每个突起部分(19)适于与相应的径向支柱(11)的端部配合，每个连接器(13)的端部终止于法兰以完成它们的连接，例如，通过螺栓连接的方式，使得连接器(13)的上端(18)被固定到相应的横杆(10)上，所述连接器的下端(17)被构造成固定到塔架的其中一个支柱(3′)上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的过渡件，其中，每个径向支柱(11)相对于水平轴(X)形成25°至35°的角度，并且每个横杆(10)形成从所述水平轴(X)测量的55°至65°的角度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的过渡件，其中，所述上环(8)适于连接至所述塔架的下部管段(4)，优选地通过螺栓连接。
6.根据前述权利要求中任一项所述的过渡件，其中，所述横杆(10)具有与所述塔架的格栅模块(3)的支柱(3′)相等的长度和直径。
7.根据前述权利要求中任一项所述的过渡件，其中，所述中心截头圆锥件(7)具有4m至4.5m的上直径和3m至4m的下直径，长度在12m至15m之间，这赋予了它非常瘦长的构型。
8.根据前述权利要求中任一项所述的过渡件，其中，所述上环(8)是模块化的，并且包含联结在一起以形成上环(8)的几个扇段，模块化的所述上环(8)的所述扇段优选地通过与所述扇段重叠的扁条件(14)连接。
9.根据前述权利要求中任一项所述的过渡件，其中，所述上环(8)包含在其外轮廓上的终止于法兰的突起(15)，所述法兰优选地具有孔，连接装置穿过所述孔***，以实现与相应横杆(10)的连接。
10.根据前述权利要求中任一项所述的过渡件，其中，所述下环(9)由单件构成，并且包含围绕所述下环(9)自身外周布置的连接区域，每个连接区域包含两个锚固点(16)，使得从每个锚固点(16)有一个被固定并延伸通向不同的连接器(13)的径向支柱(11)，优选地，每个锚固点(16)和其对应径向支柱(11)之间的连接部位于所述连接区域内，并且从所述下环(9)内部进入。
11.根据权利要求10所述的过渡件，其中，两个径向支柱(11)从每个连接器(13)延伸，所述径向支柱(11)通向下环(9)的不同连接区域的锚固点(16)。
12.根据权利要求10或11所述的过渡件，其中，固定到连接区域的锚固点(16)的径向支柱(11)在使用中被压缩，而固定到同一连接区域的另一锚固点(16)的径向支柱(11)被拉长。
13.一种包含舱部(5)和叶片(6)的风力涡轮机塔架，所述塔架包含由管段(4)形成的上部和由格栅模块(3)形成的下部，所述格栅模块由支柱(3′)组成，所述支柱包括倾斜支柱(3″)和水平支柱(3″′)，其特征在于，下部的管段(4)和上部的格栅模块(3)之间的连接通过根据前述权利要求中任一项所述的过渡件实现。
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