[發明專利]帶有扶撐件的用于風力渦輪機的塔架

在審

• 申請號: 201611063625.8
• 申請日: 2016-09-02
• 公開（公告）號: CN106640543A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: H·斯蒂斯達爾
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F03D13/20
• 分類號: F03D13/20
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 成城,傅永霄

技術領域

本發明涉及構建用于風力渦輪機的具有競爭性的高塔架的問題。

背景技術

現代的、大型的風力渦輪機通常安裝在由鋼和/或混凝土制成的管狀塔架上。其它類型的塔架，諸如格構形塔架、三腿塔架和拉線塔架已經在更小的風力渦輪機上使用，但對于需要非常高的塔架的大型風力渦輪機而言，它們趨于變得技術上沒有吸引力。

對于非常高的塔架而言，傳統的管狀鋼塔架變得極其昂貴。其主要原因是由于運輸而限制了底部直徑。當底部直徑受限時，壁厚度必須變得極大。

通過引入螺栓連接的節段的鋼塔架，已經部分地解決了該問題。在螺栓連接的塔架部段由殼體組裝的情況下，底部直徑能夠被制成根據需要的那樣大。不足在于，螺栓連接的節段鋼塔架往往需要非常大量的螺栓(通常大于10.000)以及復雜的現場組裝設置。

其它解決方案依賴于混凝土結構，或者完全是混凝土，或者作為混合設置(其中塔架的下部分由預澆鑄混凝土元件制成且上部分由鋼制成)。然而，混泥土塔架往往是昂貴的，尤其是如果從元件工廠至工地的運輸距離長的情況。

由拉線支撐的圓筒形塔架代表了一種針對以上問題的可能解決方案。

在均勻的、圓筒形的設置下，能夠以相同的內部設置制成塔架部段，從而提供符合經濟原則的節省，并且由于在半途的拉線支撐件，因此相比于任何其它解決方案，塔架本身能夠被制造得遠為更輕。

拉線塔架的主要缺陷在于拉線占用空間。為了獲得足夠的剛度和能夠管理的線纜尺寸，拉線相對于水平的角度應當優選地為45度。對于帶有90m(米)高的拉線附接的150m塔架而言，這基本上意味著90m半徑的占用空間。與該占用空間相關聯的土地使用將在大多數情況中導致該解決方案的否決。

發明內容

因此，存在對于提供一種克服所提及的缺陷的用于風力渦輪機的具有競爭性的、高的塔架的構思的期望。

該目標由獨立權利要求的主題解決。有利的實施例和改型在從屬權利要求中描述。

根據本發明，提供一種用于風力渦輪機的塔架，所述塔架包括：包括第一塔架節段和至少一個第二塔架節段的多個塔架節段；多個扶撐件(buttress)；以及附接件。多個塔架節段被設置為從塔架的基底到塔架的頂部呈一個在另一個上方的方式。附接件設置在第一塔架節段和第二塔架節段之間。此外，扶撐件被附接于附接件上，使得作用在塔架節段上的載荷部分地由扶撐件載持。

與拉線塔架相比，帶有扶撐件的塔架能夠具有遠為更小的占用空間。針對這種情況存在兩個原因：首先，扶撐件將載持呈張力和壓縮兩種方式的載荷，從而有效地將獲得具體剛度所需的橫截面減半。其次，對于每個橫截面面積，扶撐件比線纜遠為更加廉價(cheaper)。因此，可能在扶撐件相對于水平的角度遠比關于線纜的情況中可能的角度遠為陡峭的情況下獲得足夠的剛度，并且這導致減小很多的占用空間。對于帶有90m高的扶撐件附接的150m的塔架，通常的占用空間將具有20m的半徑。與該占用空間相關聯的土地使用不比無論如何用于使塔架豎立所需的起重機墊的土地使用大很多。

有利地，扶撐件經由安裝凸緣附接于附接件上。對于扶撐件而言優選的材料是鋼，具體地螺旋焊接鋼，其是可用的鋼管中成本最低的之一。換言之，所述螺旋焊接鋼的優點之一是其低價格，由于扶撐件所需的量，這點非常重要。

關于塔架節段的材料，至少一些塔架節段可以示例地由鋼制成。

從塔架的管狀部分向扶撐件傳遞載荷提出了挑戰。結構載荷是高度動態的并且疲勞是主要的設計驅動因素(design driver)。由于與焊接相關聯的大量減少，用于扶撐件的附接的焊接設置將需要非常大的壁厚度。因此其將變得非常重。可能在塔架的短的、特定部段中形成附接，由此保持重量能夠管理，但由于由焊接的大的熱輸入引起的變形，仍然存在用于塔架部段和扶撐件的匹配表面將很可能需要機加工的問題。加工由焊接結構導致的可能重量的一部分將需要非常專業的機械。

關于附接的這種問題可以用被插入塔架內的鑄造構件解決。相比于焊接結構，鑄鐵結構將具有遠為更好的疲勞性質，并且因此其能夠用更少的重量制成。因此，有利地，附接件由鑄鐵制成。

然而，現實的塔架的尺寸仍存在一個問題，其具有4m的典型直徑。這意味著用于鑄造和機加工的大量成本。

該問題能夠通過在許多節段中形成附接部段來解決。具體地，這些節段中的每一個均可以具有等同的形狀并且每一個均可以具有用于一個或多個扶撐件的安裝凸緣。該節段比單個工件更容易鑄造，并且能夠被單獨機加工并且僅在現場組裝。

除了其它優點之外，用于風力渦輪機的塔架構思還具有以下優點：