[发明专利]带有扶撑件的用于风力涡轮机的塔架

说明书

技术领域

本发明涉及构建用于风力涡轮机的具有竞争性的高塔架的问题。

背景技术

现代的、大型的风力涡轮机通常安装在由钢和/或混凝土制成的管状塔架上。其它类型的塔架，诸如格构形塔架、三腿塔架和拉线塔架已经在更小的风力涡轮机上使用，但对于需要非常高的塔架的大型风力涡轮机而言，它们趋于变得技术上没有吸引力。

对于非常高的塔架而言，传统的管状钢塔架变得极其昂贵。其主要原因是由于运输而限制了底部直径。当底部直径受限时，壁厚度必须变得极大。

通过引入螺栓连接的节段的钢塔架，已经部分地解决了该问题。在螺栓连接的塔架部段由壳体组装的情况下，底部直径能够被制成根据需要的那样大。不足在于，螺栓连接的节段钢塔架往往需要非常大量的螺栓(通常大于10.000)以及复杂的现场组装设置。

其它解决方案依赖于混凝土结构，或者完全是混凝土，或者作为混合设置(其中塔架的下部分由预浇铸混凝土元件制成且上部分由钢制成)。然而，混泥土塔架往往是昂贵的，尤其是如果从元件工厂至工地的运输距离长的情况。

由拉线支撑的圆筒形塔架代表了一种针对以上问题的可能解决方案。

在均匀的、圆筒形的设置下，能够以相同的内部设置制成塔架部段，从而提供符合经济原则的节省，并且由于在半途的拉线支撑件，因此相比于任何其它解决方案，塔架本身能够被制造得远为更轻。

拉线塔架的主要缺陷在于拉线占用空间。为了获得足够的刚度和能够管理的线缆尺寸，拉线相对于水平的角度应当优选地为45度。对于带有90m(米)高的拉线附接的150m塔架而言，这基本上意味着90m半径的占用空间。与该占用空间相关联的土地使用将在大多数情况中导致该解决方案的否决。

发明内容

因此，存在对于提供一种克服所提及的缺陷的用于风力涡轮机的具有竞争性的、高的塔架的构思的期望。

该目标由独立权利要求的主题解决。有利的实施例和改型在从属权利要求中描述。

根据本发明，提供一种用于风力涡轮机的塔架，所述塔架包括：包括第一塔架节段和至少一个第二塔架节段的多个塔架节段；多个扶撑件(buttress)；以及附接件。多个塔架节段被设置为从塔架的基底到塔架的顶部呈一个在另一个上方的方式。附接件设置在第一塔架节段和第二塔架节段之间。此外，扶撑件被附接于附接件上，使得作用在塔架节段上的载荷部分地由扶撑件载持。

与拉线塔架相比，带有扶撑件的塔架能够具有远为更小的占用空间。针对这种情况存在两个原因：首先，扶撑件将载持呈张力和压缩两种方式的载荷，从而有效地将获得具体刚度所需的横截面减半。其次，对于每个横截面面积，扶撑件比线缆远为更加廉价(cheaper)。因此，可能在扶撑件相对于水平的角度远比关于线缆的情况中可能的角度远为陡峭的情况下获得足够的刚度，并且这导致减小很多的占用空间。对于带有90m高的扶撑件附接的150m的塔架，通常的占用空间将具有20m的半径。与该占用空间相关联的土地使用不比无论如何用于使塔架竖立所需的起重机垫的土地使用大很多。

有利地，扶撑件经由安装凸缘附接于附接件上。对于扶撑件而言优选的材料是钢，具体地螺旋焊接钢，其是可用的钢管中成本最低的之一。换言之，所述螺旋焊接钢的优点之一是其低价格，由于扶撑件所需的量，这点非常重要。

关于塔架节段的材料，至少一些塔架节段可以示例地由钢制成。

从塔架的管状部分向扶撑件传递载荷提出了挑战。结构载荷是高度动态的并且疲劳是主要的设计驱动因素(design driver)。由于与焊接相关联的大量减少，用于扶撑件的附接的焊接设置将需要非常大的壁厚度。因此其将变得非常重。可能在塔架的短的、特定部段中形成附接，由此保持重量能够管理，但由于由焊接的大的热输入引起的变形，仍然存在用于塔架部段和扶撑件的匹配表面将很可能需要机加工的问题。加工由焊接结构导致的可能重量的一部分将需要非常专业的机械。

关于附接的这种问题可以用被插入塔架内的铸造构件解决。相比于焊接结构，铸铁结构将具有远为更好的疲劳性质，并且因此其能够用更少的重量制成。因此，有利地，附接件由铸铁制成。

然而，现实的塔架的尺寸仍存在一个问题，其具有4m的典型直径。这意味着用于铸造和机加工的大量成本。

该问题能够通过在许多节段中形成附接部段来解决。具体地，这些节段中的每一个均可以具有等同的形状并且每一个均可以具有用于一个或多个扶撑件的安装凸缘。该节段比单个工件更容易铸造，并且能够被单独机加工并且仅在现场组装。

除了其它优点之外，用于风力涡轮机的塔架构思还具有以下优点：