无法兰风塔的设计制造技术

本发明专利技术涉及无法兰风塔的设计。一种风力涡轮机塔（１００）在相邻的管状塔部分（１４０）之间的无法兰接合部（５００）处采用指板组件（５１０）。用于提高风力涡轮机塔刚度的装置包括对位于无法兰接合部（５００）处的、相邻的管状塔部分（１４０）之间的罐间间距（２８）的限制以及对用于紧固每个无法兰接合部（５００）从而限制变形的指板组件数量的选择。为指板选择最佳尺寸（５２０）、（５３０）、（５４０）可以进一步使局部塔变形最小化。用于指板（５４０）的材料具有比用于管状部分的材料的杨氏模量小的杨氏模量，使得局部塔变形得以减少。将盖板（６２０）附接到顶端管状部分限制了塔尖位移。该盖板（６２０）可以包括背衬加强筋（６９０）以及包括具有比指板（５４０）的杨氏模量大的杨氏模量的材料。

【技术实现步骤摘要】

0001]本专利技术总体上涉及风塔，更具体地涉及无法兰风塔的设计。
技术介绍
0002风力涡轮机塔通常由管状横截面构件形成的多个单元构 造而成。管状支撑结构具有很多不同类型的应用。某些支撑结构存在 于在离地面较高的地方支撑设备的位置。这些多部分支撑结构可以是 高的，且可以在顶部承载不同重量的操作设备，因而使这些结构中的 多个部分之间的接合部承受高应力。该管状的、多部分支撑结构可以 被用于很多应用中，包括移动电话塔、雷达塔、以及风塔。 风力涡轮机支撑塔为大型结构，有时延伸到非常高的高 度以容纳大型风力涡轮机的转子叶片并策略性地将转子叶片置于风路 中。比如，典型的塔可具有大约IOO米(m)的高度。这样的塔可以包 括多个部分，通常是底部、中部和顶部。单个部分的长度和数量可以 根据应用场合和结构高度而变化。很多这种塔的横截面大体上是圆形 的且在较高水平面上可以是锥形的。锥形可以通过采用独立的管状节 段来实现，所述管状节段的锥度沿着轴向竖直方向设计成正圆锥形节 面。 某些现有技术的管状风力涡轮机结构由焊接节段组件的 管状部分制成，法兰焊接在管状部分的端部。然后，相邻部分的顶部 闭合法兰和底部闭合法兰被沿着螺栓线栓接在一起从而将各部分组装 起来。示例性的风力涡轮机支撑塔的现存问题包括在塔弯曲过程中出现的焊接裂化、塔壁翘曲、紧固件的预载荷松弛、需要维护、法兰变形和螺栓失效，每个问题都会导致塔的使用寿命成本增大。此外，在法兰焊接过程中所产生的热量会使法兰变形到螺栓平面之外，从而产生包括螺栓预载荷过大以及焊接残余应力在内的接合问题。 图1示出了管状组件的指板组件10的侧视截面图，指板组件IO克服了前面所描迷的问题在具有焊接法兰接合部的管状组件中，焊接后法兰发生变形的问题。形成管状组件(无法兰)的两个相邻的无法兰管状部分20和30的端面的环形围被紧密地聚合在点25处。相邻的管状部分20、 30之间的空间28^皮称为罐间间距。内指板40设置在指板组件10的内部。该内指板40可设置有与无法兰管状部分20和30的弯曲内径相匹配的弯曲外径。该内指板40被设置成用于连接相邻的无法兰管状部分20、 30的内表面22和32。外指板50设置在指板组件10的外部，用于与相邻的无法兰管状部分20、 30的外表面24、34相连接。外指板50可设置有与管状部分20、 30的弯曲外径相匹配的弯曲内径。外指板50被设置成用于连接相邻的无法兰管状部分20、30的外表面24和34。通孔55的紧固阵列设置在每个指板40、 50上，并且与i殳置在无法兰管状部分20、 30的相应的邻接端部上的通孔55的紧固阵列相匹配。该组件进一步还可包括与通孔阵列一致的螺栓60和螺母65。然而，根据具体应用，可以使用其它合适的紧固装置。00081图2示出了采用螺母和螺栓紧固方式的典型指板的立体图。该典型指板70具有内表面72和外表面74。对于内指板来说，它的外表面与相邻管状部分的弯曲外表面相匹配。对于外指板而言，它的内表面与相邻管状部分的相应表面相匹配。典型的螺栓通孔阵列76示出为与一个管状部分连接，而典型的螺栓穿孔阵列78示出为与相邻的管状部分连接。指板设计根据标准的设计实践进行，包括从指板的边缘到螺栓通孔的间距、相邻螺栓通孔之间的间距、指板的厚度、指板的表面尺寸以及板材选择。0009图3示出了无法兰接合部90,指板组件92绕下管状部分96的圆周均匀分布。为了清楚起见，示出了内指板93和外指板94以及下管状部分96。上管状部分和紧固件为了清楚起见而被省略。对于约80m高的示例性风力涡轮机支撑塔，5个指板组件可绕着风力涡轮机支撑塔的相邻部分的圆周分布。进一步的螺栓连接可以被用作风力涡轮机支撑塔的紧固装置。0010螺栓通孔的布置的简化视图示出在图3中。图2示出了具有用于示例性的风力涡轮机支撑塔的更为典型的通孔阵列的指板。对于示例性的80m塔而言，指板可具有大约2m的弧形尺寸、大约lm的高度、大约20mm的厚度。指板的材料可以优选地包括ASTMA572Gr50钢板。指板上的螺栓通孔阵列76和78可以优选地配置为施加到塔的每个相邻部分上的两行，每个指板上总共具有大约48个螺栓孔。螺栓通孔的直径可以优选地为大约1.25英寸。螺栓通孔之间的最小间距可以为大约5英寸。用于80m塔中的指板的典型螺栓可以优选地为M3610. 9级的螺栓，该螺栓被扭到具有大约510MPa(74ksi)的螺栓预应力。0011尽管这种无法兰风塔如前所述消除了法兰风塔的不利因素，对无法兰风塔原理的进一步分析表明，具有指板的无法兰塔的整体刚度很低。无法兰风塔的刚度可以低至法兰塔的十分之一。低刚度可以导致塔过度摇摆，致使塔的组成部分和指板在接合部产生高的压缩力。该高压缩力可以导致位于接合部的塔的組成部分和指板产生不可接受的变形，可能会由于压缩引发的翘曲而导致局部失效或者结构不稳。0012因此，需要对无法兰风力涡轮机塔布局的要素进行改进以便将其刚度提高到与其所取代的基础法兰风塔相当的程度。
技术实现思路
0013本专利技术总体上涉及一种无法兰风塔结构以及为该结构提供刚度的方法。0014简单地说，根据本专利技术的一个方面，提供一种风力涡轮机塔。该风力涡轮机塔包括多个管状部分，其中每个管状部分包括大体上平坦的端面。多个无法兰接合部被形成，每个单独的无法兰接合部设置在相邻管状部分的相对端面之间。指板组件绕每个无法兰接合部的圆周均匀分布，每个指板包括周向角(限定指板的圆弧宽度)、纵向尺寸和径向厚度。还设置有用于提高风力涡轮机塔的刚度以抵抗横向摇摆的装置。0015] 根据本专利技术的另一个方面，提供一种用于提高风力涡轮机塔的刚度的方法，该风力涡轮机塔在具有大体上平坦的端面的多个相邻管状部分之间的多个无法兰接合部采用指板组件来提高其刚度。该方法包括限制由指板组件接合的无法兰接合部处的、多个塔部分的相邻端面之间的罐间间距。该方法进 一 步包括选择用于紧固多个无法兰接合部中的每个接合部的指板的数量以及确定指板组件的指板的周向角、纵向长度和径向厚度。此外还要为指板选择材料，该材料的杨氏模量要小于管状部分的材料的杨氏模量。该方法还提供了将适用于提高风塔刚度的盖板附接到顶端管状部分的上端的步骤，之后再附接到机舱内底座的基部的万向节轴承。0016简单地说，根据本专利技术的第三个方面，提供一种风力涡轮机塔。该风力涡轮机塔包括多个管状部分。每个管状部分包括大体上平坦的端面，所述端面形成了位于相邻管状部分之间的被控制的罐间间距。无法兰接合部在相邻管状部分的相对端面之间形成，包括绕每个无法兰接合部的圓周均匀分布的三个指板组件。每个指板组件包括为提高塔的刚度而优化的周向角、纵向长度和径向厚度。指板组件包括一种指板材料，该指板材料的杨氏模量小于管状部分的材料的杨氏模量。盖板被附接到风塔的顶端管状部分。该盖板包括具有比指板材料的杨氏模量大的杨氏模量的材料。附图说明0017当在参照附图的基础上阅读下面的详细描述时，本专利技术的这些以及其它特征、方面和优点会变得更易理解，在所有附图中相同的标记代表相同的部分，其中图9示出了用于限制环绕指板的局部塔管变形的方法的流程图，该方法提高了结构稳定性(抗弯)并提高了无法兰风力涡轮机塔的最上部塔部分的上端的刚度。具体实施例方式本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力涡轮机塔（１００），包括：　多个管状部分（１４０），其中所述多个管状部分中的每个管状部分（１４０）包括大体上平坦的端面；　无法兰接合部（５００），其中每个单独的无法兰接合部设置在相对且相邻的管状部分（１４０）之间；　 　多个指板组件（５１０），所述多个指板组件（５１０）绕每个无法兰接合部（５００）均匀分布，其中每个指板（５４０）包括周向角（５２０）、纵向尺寸（５３０）、和径向厚度（５３５）；以及　用于提高所述风力涡轮机塔（１００）的刚度以抵抗横向摇 摆的装置。

【技术特征摘要】
US 2008-9-25 12/2379191.一种风力涡轮机塔(100)，包括多个管状部分(140)，其中所述多个管状部分中的每个管状部分(140)包括大体上平坦的端面；无法兰接合部(500)，其中每个单独的无法兰接合部设置在相对且相邻的管状部分(140)之间；多个指板组件(510)，所述多个指板组件(510)绕每个无法兰接合部(500)均匀分布，其中每个指板(540)包括周向角(520)、纵向尺寸(530)、和径向厚度(535)；以及用于提高所述风力涡轮机塔(100)的刚度以抵抗横向摇摆的装置。2. 根据权利要求1的风力涡轮机塔(100),其中，所述无法兰接合 部(500 )包括介于相邻的管状部分(140)之间的被控制的罐间间距(28)。3. 根据权利要求2的风力涡轮机塔(100)，其中，用于提高所述风 力涡轮机塔的刚度以抵抗横向摇摆的装置包括被控制的罐间间距(28 )，该罐间间距(28 )优选地保持为接近Omm。4. 根据权利要求3的风力涡轮机塔(100)，其中，用于提高所述风 力涡轮机塔的刚度以抵抗横向摇摆的装置包括以约为4...

【专利技术属性】
技术研发人员：M马泰，RR凯罗，S萨蒂安，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]