背景技術(shù)：

1、風(fēng)力渦輪機(jī)塔架可以由堆疊的鋼區(qū)段制成，如de102014118251a1和wo2013130544a1中所提出的。然而，對(duì)于具有高塔架和/或強(qiáng)力發(fā)電機(jī)和/或長(zhǎng)轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)來(lái)說(shuō)，“全鋼”設(shè)計(jì)(其中塔架僅由鋼制成)通常需要大的壁厚和塔架基部處大的直徑。因此，這種全鋼塔架會(huì)非常昂貴，并且下部區(qū)段(其可以具有超過(guò)公路運(yùn)輸?shù)淖畲笕菰S限制的直徑)運(yùn)輸困難意味著這種塔架只能在具有必要的運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施的位置處實(shí)現(xiàn)。

2、風(fēng)力渦輪機(jī)塔架通常具有整體圓錐形形式，在基部處直徑最大且在頂部處直徑最小。為了在滿足靈活性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求的同時(shí)最小化成本，風(fēng)力渦輪機(jī)塔架可以以混合的方式構(gòu)建，例如具有鋼下部部分和混凝土上部部分，如wo2011157476a2中所提出的。然而，更常見(jiàn)的是將風(fēng)力渦輪機(jī)塔架構(gòu)建成具有混凝土下部部分和鋼上部部分。在后一種類型的現(xiàn)有技術(shù)混合式塔架中，從混凝土到鋼的過(guò)渡部可以被放置在相對(duì)高處，使得可以以較低的費(fèi)用實(shí)現(xiàn)鋼區(qū)段。如果鋼塔架區(qū)段的最低直徑小于混凝土塔架區(qū)段的上部直徑，則可以部署錐形過(guò)渡區(qū)段來(lái)連接這兩個(gè)塔架區(qū)段。然而，由于其下部直徑寬，這種混合式塔架連接器的運(yùn)輸起來(lái)會(huì)非常昂貴。在大多數(shù)地區(qū)，也許甚至不可能將這種混合式塔架連接器運(yùn)輸?shù)桨惭b現(xiàn)場(chǎng)。例如，對(duì)于大多數(shù)歐洲國(guó)家來(lái)說(shuō)，公路所運(yùn)輸?shù)呢?fù)載的最大容許寬度和高度分別為2.55m和4m，但現(xiàn)有技術(shù)的塔架連接器的寬度會(huì)超出這些極限。運(yùn)輸超過(guò)這些尺寸中的一個(gè)的負(fù)載可能需要許可證，但許可證申請(qǐng)過(guò)程會(huì)招致延遲，并且會(huì)顯著增加所規(guī)劃的風(fēng)力渦輪機(jī)安裝的成本。當(dāng)然，超過(guò)地方公路或鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的物理極限的任何負(fù)載都是無(wú)法運(yùn)輸?shù)摹?/p>

3、風(fēng)力渦輪機(jī)將在“固有頻率”下振蕩，該“固有頻率”主要由風(fēng)力渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)(由塔架支撐的質(zhì)量、塔架高度、塔架的結(jié)構(gòu)性質(zhì)等)所確定。過(guò)大的振蕩幅度或在“禁止”頻帶內(nèi)的振蕩會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞，并且風(fēng)力渦輪機(jī)塔架設(shè)計(jì)應(yīng)最小化這種不期望的行為。一般來(lái)說(shuō)，塔架將被設(shè)計(jì)成避開(kāi)“禁止”頻帶。

4、在包括混凝土下部區(qū)段和鋼上部區(qū)段的混合式塔架的情況下，可以在設(shè)計(jì)階段通過(guò)以下步驟預(yù)先制止不期望的振蕩頻率：在塔架的頂部附近安裝大質(zhì)量塊(例如，混凝土塊)；選擇較短的混凝土區(qū)段以降低混凝土到鋼的過(guò)渡高度和/或選擇更大的塔架壁厚以獲得所期望的剛度(導(dǎo)致鋼塔架部分的費(fèi)用更大)；選擇整體較短的塔架以降低轂高度(導(dǎo)致總功率輸出更低和收益更低)。另一種可能性是實(shí)施更高質(zhì)量的混凝土，但在一些國(guó)家，這也許是不可能的。

5、要考慮的另一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)計(jì)約束是轉(zhuǎn)子葉片長(zhǎng)度和在向下指向的轉(zhuǎn)子葉片的尖端水平面處的尖端-塔架間隙。這可以通過(guò)如下步驟來(lái)完成：將風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片設(shè)計(jì)成當(dāng)未加載時(shí)沿上風(fēng)向具有明顯的曲率，然而，這將制造成本增加了一顯著量。增加尖端-塔架間隙的另一種方式是將風(fēng)力渦輪機(jī)構(gòu)建成使得發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線從水平線向上傾斜，但這種設(shè)計(jì)措施在較低風(fēng)速下可能損害風(fēng)能發(fā)電廠的效率。

6、對(duì)于特定的轉(zhuǎn)子葉片長(zhǎng)度和轉(zhuǎn)子葉片形狀來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)在那水平面處相應(yīng)地窄的塔架直徑來(lái)實(shí)現(xiàn)所期望的最小尖端-塔架間隙。在混合式塔架(具有在轉(zhuǎn)子葉片尖端水平面上方延伸的混凝土下部部分)的情況下，可能有必要將混凝土部分成形為在轉(zhuǎn)子葉片尖端水平面處實(shí)現(xiàn)必要的塔架直徑。然而，在該高度下直徑的減小與關(guān)于滿足結(jié)構(gòu)約束所需的預(yù)先張緊鋼筋束和混凝土強(qiáng)度的成本增加相關(guān)聯(lián)。

7、因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架，其克服了上文所概述的問(wèn)題。

8、該目的通過(guò)所要求保護(hù)的塔架連接器、所要求保護(hù)的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架、所要求保護(hù)的風(fēng)力渦輪機(jī)、以及所要求保護(hù)的構(gòu)建風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、所要求保護(hù)的截錐(frustum)連接器特別適合用作混合式風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的中間區(qū)段，即，將鋼上部塔架區(qū)段連接到混凝土下部塔架區(qū)段的中間區(qū)段。

2、根據(jù)本發(fā)明，截錐連接器由多個(gè)單獨(dú)或分離的部段組成，這些部段可以連接在一起以形成中間塔架區(qū)段。根據(jù)本發(fā)明，截錐連接器的每個(gè)部段包括兩個(gè)豎直側(cè)邊緣、上邊緣和下邊緣，其中，部段的下邊緣的長(zhǎng)度超過(guò)該部段的上邊緣的長(zhǎng)度。因此，部段的形狀基本為梯形。相鄰部段的豎直側(cè)邊緣通過(guò)合適的緊固器件而連接。

3、可假設(shè)各部段具有長(zhǎng)度相同的豎直側(cè)邊緣。當(dāng)塔架連接器的所有部段都沿著它們的側(cè)邊緣聯(lián)結(jié)時(shí)，所得結(jié)構(gòu)具有共同的下部周長(zhǎng)(具有對(duì)應(yīng)于下邊緣的組合長(zhǎng)度的長(zhǎng)度)和共同的上部周長(zhǎng)(具有對(duì)應(yīng)于上邊緣的組合長(zhǎng)度的長(zhǎng)度)。由于其下部周長(zhǎng)超過(guò)其上部周長(zhǎng)，因此發(fā)明性塔架連接器的整體形狀為直截錐。術(shù)語(yǔ)“截錐連接器”、“分段式連接器”、“分段式截錐連接器”、“塔架連接器”等被視為同義詞，并且可在本文中可互換地使用。

4、發(fā)明性截錐連接器克服了引言中所描述的問(wèn)題，該截錐連接器允許優(yōu)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(鋼塔架部分的高度)的基本任何所期望的組合的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架。截錐連接器的許多可能的構(gòu)型允許將混凝土到鋼的過(guò)渡部放置在任何所期望的高度處，并且促進(jìn)有利地寬且短的混凝土區(qū)段與有利地窄且長(zhǎng)的鋼區(qū)段進(jìn)行組合。

5、此外，在截錐連接器和上部塔架區(qū)段之間的結(jié)合處實(shí)施相對(duì)小的直徑的可能性意味著可以針對(duì)長(zhǎng)轉(zhuǎn)子葉片實(shí)現(xiàn)塔架-尖端間隙。這使得有可能以相對(duì)低的成本安裝具有高塔架和長(zhǎng)轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)，特別是在否則與大直徑塔架部分的成本高得驚人的運(yùn)輸問(wèn)題相關(guān)聯(lián)的物流方面困難的位置中。

6、發(fā)明性截錐連接器的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于，自由地將混凝土到鋼的過(guò)渡部放置在較低的水平面處，并且在混凝土區(qū)段的頂部處具有有利地大的直徑，使得可以以較低的成本滿足關(guān)于混凝土區(qū)段的預(yù)先張緊鋼筋束的要求。

7、根據(jù)本發(fā)明，風(fēng)力渦輪機(jī)塔架包括下部塔架部分、上部塔架部分和發(fā)明性塔架連接器的實(shí)施例，其中，截錐連接器的共同的下邊緣連接到下部塔架部分的頂端，并且截錐連接器的共同的上邊緣連接到上部塔架部分的基部。

8、下文中，可假設(shè)下部塔架部分由混凝土制成，并且上部塔架部分由鋼制成，例如一組堆疊的鋼區(qū)段。塔架部分(下文中也稱為“塔架區(qū)段”)可以具有直圓柱體的形狀，即，其上部直徑和下部直徑類似或相同。替代地，塔架區(qū)段可以具有截頭圓錐形形式，即，其上部直徑小于其下部直徑。

9、錐形形式通常被采用用于風(fēng)力渦輪機(jī)塔架區(qū)段，因?yàn)槌鲇诮Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的原因，寬的基部是優(yōu)選的，而塔架頂端處相對(duì)小的直徑是由偏航組件的直徑所確定的。由于風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的最下面的直徑超過(guò)了最上面的直徑，因此塔架的整體形狀為直截錐，即，塔架關(guān)于豎直軸線對(duì)稱并且具有基本為截頭圓錐形的形狀。在不以任何方式限制本發(fā)明的情況下，可假設(shè)風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基本為空心的，并且選擇各個(gè)塔架區(qū)段的壁厚和直徑的組合以達(dá)到所期望的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。應(yīng)理解，混凝土塔架部分、鋼塔架部分和截錐連接器全部都是空心結(jié)構(gòu)。

10、根據(jù)本發(fā)明，風(fēng)力渦輪機(jī)包括：發(fā)明性風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的實(shí)施例；機(jī)艙，其安裝在上部塔架部分的頂端處；以及空氣動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)子，其安裝在機(jī)艙的前部處，該空氣動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)子包括安裝到轂的多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片。

11、發(fā)明性風(fēng)力渦輪機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于，它可以被構(gòu)建成利用由在安裝現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)力等級(jí)和發(fā)電機(jī)額定值的組合所確定的容許轂高度。

12、根據(jù)本發(fā)明，構(gòu)建風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的方法至少包括以下步驟：在風(fēng)力渦輪機(jī)安裝現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)建下部塔架部分；將發(fā)明性截錐連接器的實(shí)施例的部段運(yùn)輸?shù)桨惭b現(xiàn)場(chǎng)；組裝截錐連接器(通過(guò)聯(lián)結(jié)相鄰部段的豎直側(cè))并將截錐連接器的共同的下邊緣連接到下部塔架部分的頂端。

13、發(fā)明性方法的優(yōu)點(diǎn)在于，可以以較低的成本進(jìn)行對(duì)高的混合式塔架的構(gòu)建。截錐連接器的運(yùn)輸是相對(duì)經(jīng)濟(jì)的，并且可以以相對(duì)低的成本將發(fā)明性塔架連接器的各部段帶到偏遠(yuǎn)的地理區(qū)域或基礎(chǔ)設(shè)施差的地區(qū)。通過(guò)發(fā)明性方法使較高的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架成為可能意味著可以更好地利用這種地理位置的普遍風(fēng)況。

14、本發(fā)明的特別有利的實(shí)施例和特征由從屬權(quán)利要求給出，如以下描述中所揭示的。不同權(quán)利要求類別的特征可在適當(dāng)時(shí)進(jìn)行組合以給出本文中未描述的進(jìn)一步實(shí)施例。

15、下文中，可假設(shè)發(fā)明性塔架連接器的各部段是使用任何合適的制造技術(shù)由鋼(例如，軋制鋼)制成的。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)明性截錐連接器在制造現(xiàn)場(chǎng)被制成為單個(gè)部分，且然后在運(yùn)輸之前被切割成適當(dāng)數(shù)量的部段。替代地，在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，各部段可以分開(kāi)形成。

16、為了完成截錐連接器的制造階段，可以沿著每個(gè)部段的上邊緣和下邊緣添加(例如，通過(guò)焊接)凸緣，以促進(jìn)在風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的構(gòu)建期間連接到鋼塔架部分和混凝土塔架部分。

17、可根據(jù)運(yùn)輸限制選擇部段的數(shù)量，例如以確保負(fù)載不寬于2.55m且不高于4m。然后，可以以相對(duì)低的成本將截錐部段運(yùn)輸?shù)斤L(fēng)力渦輪機(jī)安裝現(xiàn)場(chǎng)。然后，在安裝現(xiàn)場(chǎng)組裝截錐連接器，例如通過(guò)焊接相鄰部段的側(cè)邊緣。

18、優(yōu)選地，塔架連接器部段的最大尺寸不超過(guò)適用的公路運(yùn)輸限制，使得可以通過(guò)公路或鐵路將一個(gè)或多個(gè)部段運(yùn)輸?shù)斤L(fēng)力渦輪機(jī)安裝現(xiàn)場(chǎng)。以這種方式，本發(fā)明克服了與從現(xiàn)有技術(shù)中已知的寬塔架連接器相關(guān)聯(lián)的昂貴的運(yùn)輸問(wèn)題，寬塔架連接器需要特殊的運(yùn)輸解決方案。

19、可假設(shè)塔架連接器的各部段基本相同，即，各部段可以按任何順序連接。此外，可假設(shè)塔架連接器的每個(gè)部段均關(guān)于豎直軸線對(duì)稱。在發(fā)明性塔架連接器的實(shí)施例中，各部段是平坦的。在這種情況下，分段式截錐連接器具有直金字塔截錐或直多邊形截錐的形狀。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，發(fā)明性塔架連接器的各部段是彎曲的，使得當(dāng)組裝時(shí)，分段式截錐連接器具有直圓錐截錐的形狀。

20、在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，塔架連接器的每個(gè)部段包括沿著每個(gè)豎直邊緣的凸緣，以促進(jìn)連接到相鄰部段的對(duì)應(yīng)凸緣。凸緣可以包括匹配的通孔，使得兩個(gè)相鄰部段可以通過(guò)合適的緊固件(例如，螺栓和螺母的布置)而聯(lián)結(jié)。替代地，相鄰部段的豎直邊緣可以是平坦的并且可搭接，并且可以具有匹配的數(shù)組通孔以接收合適的緊固件。

21、塔架連接器可以布置為在下部塔架部分和上部塔架部分之間的中間部分，如上文所指示的。這些部分可以以任何合適的方式聯(lián)結(jié)或連接。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，塔架連接器的下邊緣的共同的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于下部塔架部分的頂端處的周長(zhǎng)。優(yōu)選地，每個(gè)塔架連接器部段包括沿著其下邊緣的凸緣，以促進(jìn)連接到下部塔架部分的頂端處的凸緣。沿著平坦的塔架連接器部段的下邊緣的凸緣可以是弧形的，使得組裝后的金字塔塔架連接器可以連接到下部塔架區(qū)段的頂端處的圓形凸緣。替代地，下部塔架區(qū)段的頂端可以設(shè)置有合適的接口，該接口可以聯(lián)結(jié)到共同地形成在金字塔塔架連接器的下邊緣處的多邊形凸緣。

22、在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，塔架連接器的上邊緣的共同的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于上部塔架部分的基部處的周長(zhǎng)。優(yōu)選地，每個(gè)塔架連接器部段包括沿著其上邊緣的凸緣，以促進(jìn)連接到上部塔架部分的基部處的凸緣。此處同樣，即使部段本身是平坦的，沿著該部段的上邊緣的凸緣也可以是弧形的。以這種方式，組裝后的分段式截錐連接器可以連接到上部塔架區(qū)段的基部處的圓形凸緣。替代地，上部塔架區(qū)段的基部可以設(shè)置有合適的接口，該接口可以聯(lián)結(jié)到共同地形成在金字塔塔架連接器的上邊緣處的多邊形凸緣。

23、分段式塔架連接器可以具有從圓形頂端延續(xù)到多邊形基部的形狀，使得塔架連接器可以安裝在多邊形混凝土下部塔架區(qū)段和圓柱形上部塔架區(qū)段之間的接口處。

24、發(fā)明性截錐連接器可以就其高度和直徑比(即，下部直徑與上部直徑的比)來(lái)描述。例如，直徑比大且高度小的截錐連接器具有整體“矮胖”形狀；直徑比小且高度大的截錐連接器具有整體“細(xì)長(zhǎng)”形狀。

25、發(fā)明性截錐連接器增加了混凝土塔架區(qū)段和鋼塔架區(qū)段的可能組合的數(shù)量。例如，“矮胖”塔架連接器可以以相對(duì)突然的方式將寬的混凝土區(qū)段連接到窄的鋼區(qū)段；“細(xì)長(zhǎng)”塔架連接器(高且直徑比小)可以以不太突然的方式連接那些相同的塔架區(qū)段。對(duì)于具有相同的混凝土區(qū)段和鋼區(qū)段的兩個(gè)塔架，可以通過(guò)實(shí)施“細(xì)長(zhǎng)”截錐連接器來(lái)增加塔架的高度。替代地，在具有相同的混凝土區(qū)段和塔架高度的兩個(gè)塔架的情況下，實(shí)施“矮胖”截錐連接器允許增加窄的鋼區(qū)段的長(zhǎng)度，以便在塔架連接器上方的水平面處實(shí)現(xiàn)所期望的尖端-塔架間隙。可以選擇截錐連接器的高度、上部直徑和下部直徑以優(yōu)化風(fēng)力渦輪機(jī)的多個(gè)方面，諸如塔架振蕩頻率、轉(zhuǎn)子葉片長(zhǎng)度、功率輸出等。

26、如上文所指示的，風(fēng)力渦輪機(jī)塔架具有固有頻率，該固有頻率主要由風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的結(jié)構(gòu)性質(zhì)(鋼區(qū)段和混凝土區(qū)段的高度、相對(duì)比例、壁厚等)和各種其他因素所確定。首尾振蕩通常比左右振蕩更加明顯。在某些頻帶(由風(fēng)力渦輪機(jī)操作模式定義)內(nèi)的振蕩會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞，并且風(fēng)力渦輪機(jī)塔架設(shè)計(jì)應(yīng)最小化或避免在這種頻率下的振蕩。轉(zhuǎn)子頻率(“1p”頻率)和轉(zhuǎn)子葉片通過(guò)頻率及其諧波(“3p”和“6p”頻率)理想地不應(yīng)與塔架固有頻率重疊，以避免共振。1p頻率的示例性范圍可以是0.2-0.3hz，并且3p和6p頻率的示例性范圍可以分別是0.7-0.8hz和1.4-1.6hz。