【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1、风力涡轮机塔架可以由堆叠的钢区段制成，如de102014118251a1和wo2013130544a1中所提出的。然而，对于具有高塔架和/或强力发电机和/或长转子叶片的风力涡轮机来说，“全钢”设计(其中塔架仅由钢制成)通常需要大的壁厚和塔架基部处大的直径。因此，这种全钢塔架会非常昂贵，并且下部区段(其可以具有超过公路运输的最大容许限制的直径)运输困难意味着这种塔架只能在具有必要的运输基础设施的位置处实现。
2、风力涡轮机塔架通常具有整体圆锥形形式，在基部处直径最大且在顶部处直径最小。为了在满足灵活性和结构强度的要求的同时最小化成本，风力涡轮机塔架可以以混合的方式构建，例如具有钢下部部分和混凝土上部部分，如wo2011157476a2中所提出的。然而，更常见的是将风力涡轮机塔架构建成具有混凝土下部部分和钢上部部分。在后一种类型的现有技术混合式塔架中，从混凝土到钢的过渡部可以被放置在相对高处，使得可以以较低的费用实现钢区段。如果钢塔架区段的最低直径小于混凝土塔架区段的上部直径，则可以部署锥形过渡区段来连接这两个塔架区段。然而，由于其下部直径宽，这种混合式塔架连接器的运输起来会非常昂贵。在大多数地区，也许甚至不可能将这种混合式塔架连接器运输到安装现场。例如，对于大多数欧洲国家来说，公路所运输的负载的最大容许宽度和高度分别为2.55m和4m，但现有技术的塔架连接器的宽度会超出这些极限。运输超过这些尺寸中的一个的负载可能需要许可证，但许可证申请过程会招致延迟，并且会显著增加所规划的风力涡轮机安装的成本。当然，超
3、风力涡轮机将在“固有频率”下振荡，该“固有频率”主要由风力涡轮机的结构性质(由塔架支撑的质量、塔架高度、塔架的结构性质等)所确定。过大的振荡幅度或在“禁止”频带内的振荡会导致结构疲劳，并且风力涡轮机塔架设计应最小化这种不期望的行为。一般来说，塔架将被设计成避开“禁止”频带。
4、在包括混凝土下部区段和钢上部区段的混合式塔架的情况下，可以在设计阶段通过以下步骤预先制止不期望的振荡频率：在塔架的顶部附近安装大质量块(例如，混凝土块)；选择较短的混凝土区段以降低混凝土到钢的过渡高度和/或选择更大的塔架壁厚以获得所期望的刚度(导致钢塔架部分的费用更大)；选择整体较短的塔架以降低毂高度(导致总功率输出更低和收益更低)。另一种可能性是实施更高质量的混凝土，但在一些国家，这也许是不可能的。
5、要考虑的另一个风力涡轮机设计约束是转子叶片长度和在向下指向的转子叶片的尖端水平面处的尖端-塔架间隙。这可以通过如下步骤来完成：将风力涡轮机的转子叶片设计成当未加载时沿上风向具有明显的曲率，然而，这将制造成本增加了一显著量。增加尖端-塔架间隙的另一种方式是将风力涡轮机构建成使得发电机的旋转轴线从水平线向上倾斜，但这种设计措施在较低风速下可能损害风能发电厂的效率。
6、对于特定的转子叶片长度和转子叶片形状来说，可以通过在那水平面处相应地窄的塔架直径来实现所期望的最小尖端-塔架间隙。在混合式塔架(具有在转子叶片尖端水平面上方延伸的混凝土下部部分)的情况下，可能有必要将混凝土部分成形为在转子叶片尖端水平面处实现必要的塔架直径。然而，在该高度下直径的减小与关于满足结构约束所需的预先张紧钢筋束和混凝土强度的成本增加相关联。
7、因此，本专利技术的目的是提供一种改进的风力涡轮机塔架，其克服了上文所概述的问题。
8、该目的通过所要求保护的塔架连接器、所要求保护的风力涡轮机塔架、所要求保护的风力涡轮机、以及所要求保护的构建风力涡轮机塔架的方法来实现。
技术实现思路
1、所要求保护的截锥(frustum)连接器特别适合用作混合式风力涡轮机塔架的中间区段，即，将钢上部塔架区段连接到混凝土下部塔架区段的中间区段。
2、根据本专利技术，截锥连接器由多个单独或分离的部段组成，这些部段可以连接在一起以形成中间塔架区段。根据本专利技术，截锥连接器的每个部段包括两个竖直侧边缘、上边缘和下边缘，其中，部段的下边缘的长度超过该部段的上边缘的长度。因此，部段的形状基本为梯形。相邻部段的竖直侧边缘通过合适的紧固器件而连接。
3、可假设各部段具有长度相同的竖直侧边缘。当塔架连接器的所有部段都沿着它们的侧边缘联结时，所得结构具有共同的下部周长(具有对应于下边缘的组合长度的长度)和共同的上部周长(具有对应于上边缘的组合长度的长度)。由于其下部周长超过其上部周长，因此专利技术性塔架连接器的整体形状为直截锥。术语“截锥连接器”、“分段式连接器”、“分段式截锥连接器”、“塔架连接器”等被视为同义词，并且可在本文中可互换地使用。
4、专利技术性截锥连接器克服了引言中所描述的问题，该截锥连接器允许优化具有下部部分高度(混凝土塔架部分的高度)和上部部分高度(钢塔架部分的高度)的基本任何所期望的组合的风力涡轮机塔架。截锥连接器的许多可能的构型允许将混凝土到钢的过渡部放置在任何所期望的高度处，并且促进有利地宽且短的混凝土区段与有利地窄且长的钢区段进行组合。
5、此外，在截锥连接器和上部塔架区段之间的结合处实施相对小的直径的可能性意味着可以针对长转子叶片实现塔架-尖端间隙。这使得有可能以相对低的成本安装具有高塔架和长转子叶片的风力涡轮机，特别是在否则与大直径塔架部分的成本高得惊人的运输问题相关联的物流方面困难的位置中。
6、专利技术性截锥连接器的进一步的优点在于，自由地将混凝土到钢的过渡部放置在较低的水平面处，并且在混凝土区段的顶部处具有有利地大的直径，使得可以以较低的成本满足关于混凝土区段的预先张紧钢筋束的要求。
7、根据本专利技术，风力涡轮机塔架包括下部塔架部分、上部塔架部分和专利技术性塔架连接器的实施例，其中，截锥连接器的共同的下边缘连接到下部塔架部分的顶端，并且截锥连接器的共同的上边缘连接到上部塔架部分的基部。
8、下文中，可假设下部塔架部分由混凝土制成，并且上部塔架部分由钢制成，例如一组堆叠的钢区段。塔架部分(下文中也称为“塔架区段”)可以具有直圆柱体的形状，即，其上部直径和下部直径类似或相同。替代地，塔架区段可以具有截头圆锥形形式，即，其上部直径小于其下部直径。
9、锥形形式通常被采用用于风力涡轮机塔架区段，因为出于结构稳定性的原因，宽的基部是优选的，而塔架顶端处相对小的直径是由偏航组件的直径所确定的。由于风力涡轮机塔架的最下面的直径超过了最上面的直径，因此塔架的整体形状为直截锥，即，塔架关于竖直轴线对称并且具有基本为截头圆锥形的形状。在不以任何方式限制本专利技术的情况下，可假设风力涡轮机塔架基本为空心的，并且选择各个塔架区段的壁厚和直径的组合以达到所期望的结构强度。应理解，混凝土塔架部分、钢塔架部分和截锥连接器全部都是空心结构。
10、根据本专利技术，风力涡轮机包括：专利技术性风力涡轮机塔架的实施例；机舱，其安装在上部塔架部分的顶端处；以及空气动力学转子，其安装本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于连接风力涡轮机塔架(20)的下部塔架部分(20C)和上部塔架部分(20S)的截锥连接器(1)，其中，所述下部塔架部分(20C)由混凝土制成，并且所述上部塔架部分(20S)由钢制成，所述截锥连接器(1)包括多个单独的钢部段(1S)，其中，
2.根据前一权利要求所述的截锥连接器，其中，相邻部段(1S)的所述侧边缘(10侧部)适于通过焊接接头而连接。
3.根据前述权利要求中任一项所述的截锥连接器，其中，所述下边缘(10底部)的共同的长度对应于下部塔架部分(20C)的顶端处的周长。
4.根据前述权利要求中任一项所述的截锥连接器，其中，部段(1S)包括沿着其下边缘(10底部)的凸缘(11)，以促进连接到所述下部塔架部分(20C)的顶端。
5.根据前述权利要求中任一项所述的截锥连接器，其中，所述上边缘(10顶部)的共同的长度对应于上部塔架部分(20S)的基部处的周长。
6.根据前述权利要求中任一项所述的截锥连接器，其中，部段(1S)包括沿着其上边缘(10顶部)的凸缘(11)，以促进连接到所述上部塔架部分(20S)的所述基
7.根据前述权利要求中任一项所述的截锥连接器，其中，所述部段(1S)由轧制钢制成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的截锥连接器，其中，选择部段(1S)的尺寸以符合适用的公路运输限制。
9.根据前述权利要求中任一项所述的截锥连接器，其中，所述钢部段(1S)是从在制造现场形成的完整截锥中切割出来的。
10.一种风力涡轮机塔架(20)，其包括：
11.根据前一权利要求所述的风力涡轮机塔架，其中，所述截锥连接器(1)的最大直径超过所述截锥连接器(1)的最小直径至少1.03倍。
12.一种风力涡轮机(2)，其包括：
13.根据前一权利要求所述的风力涡轮机，其中，所述上部塔架部分(20S)的基部处的直径至多为6m，并且所述下部塔架部分(20C)的所述顶端处的直径至少为4.5m。
14.一种构建根据权利要求10至11中任一项所述的风力涡轮机塔架(20)的方法，所述方法至少包括以下步骤：
15.根据前一方法权利要求所述的方法，其包括以下的后续步骤：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于连接风力涡轮机塔架(20)的下部塔架部分(20c)和上部塔架部分(20s)的截锥连接器(1)，其中，所述下部塔架部分(20c)由混凝土制成，并且所述上部塔架部分(20s)由钢制成，所述截锥连接器(1)包括多个单独的钢部段(1s)，其中，
2.根据前一权利要求所述的截锥连接器，其中，相邻部段(1s)的所述侧边缘(10侧部)适于通过焊接接头而连接。
3.根据前述权利要求中任一项所述的截锥连接器，其中，所述下边缘(10底部)的共同的长度对应于下部塔架部分(20c)的顶端处的周长。
4.根据前述权利要求中任一项所述的截锥连接器，其中，部段(1s)包括沿着其下边缘(10底部)的凸缘(11)，以促进连接到所述下部塔架部分(20c)的顶端。
5.根据前述权利要求中任一项所述的截锥连接器，其中，所述上边缘(10顶部)的共同的长度对应于上部塔架部分(20s)的基部处的周长。
6.根据前述权利要求中任一项所述的截锥连接器，其中，部段(1s)包括沿着其上边缘(10顶部)的凸缘(11)，以促进连接到所述上部塔架部分(20s)...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·阿隆索甘萨，A·卡尔埃尔南德斯，B·桑维森特拉雷奇，P·乌纳努阿埃尔莫索德门多萨，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源创新与技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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