專利名稱：用于混合風輪機塔的連接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于混合風輪機塔的連接裝置，其將風輪機塔的金屬部分固定到風輪機的混凝土部分。
本發(fā)明還涉及一種混合風輪機塔，其包括至少 一金屬部分和至少一混凝土部分，并且在所述金屬/混凝土部分之間還設(shè)有所述連接裝置。
背景技術(shù)：
風力發(fā)電的技術(shù)進展包括日益增大且更大功率的機器，其與高塔一起增大風產(chǎn)生的輸出功率。高塔的研制必須根據(jù)與設(shè)計標準如載荷、材料強度和動態(tài)強度以及建造、運輸和安裝條件相關(guān)的不同規(guī)則來完成。
已經(jīng)制成了基本上使用鋼管截面、高達80m的用于風力用途的塔。包含高載荷的高塔需要更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。由于運輸問題，底部直徑不可能大于4.5m。這需要將鋼板厚度增大至會使塔的成本增加的值。
使用混凝土建造風輪機塔的某些部件(特別是在塔的底部)是一種主要的可選方案。初步成本調(diào)查清楚地顯示通過用混凝土底部取代鋼底部可以改善塔的成本，特別是塔高在80m以上的塔。而且，不管在構(gòu)造中使用什么材料，都必須根據(jù)與鋼部相同的規(guī)則即載荷、強度和主要動態(tài)特性設(shè)計混凝土部分。為了與動態(tài)特性一致，必須設(shè)計薄壁混凝土部分。然而，這種薄壁混凝土部分的設(shè)計會使塔的設(shè)計非常復雜。
由于其構(gòu)造(鋼筋布局)中的幾何復雜性并且由于塔壁的尺寸限制，抗剪強度的連接如抗剪栓釘或類似物在這種應用中通常是無效的。
WO2005015013公開了 一種用于風輪機的塔，包括混凝土塔段和鋼塔段，該鋼塔段具有嵌入混凝土塔段的端部。其嵌入端部內(nèi)的鋼塔段包括錨固元件。所述錨固元件從鋼塔段壁的內(nèi)或外表面或者內(nèi)和外表面徑向突出。然而，這并不能克服上述在風輪機應用中混凝土薄壁塔中鋼-混凝土容易集成的問題。這是因為在該文獻公開的塔設(shè)計中需要非常大的混凝土壁厚，以承受這種突出元件造成的水平載荷分量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于混合風輪機塔的連接裝置，其容易與混凝土薄壁塔集成，并且在塔的鋼和混凝土部分之間傳遞軸向載荷，由此避免了幾何應力集中。
根據(jù)第一個方面，本發(fā)明提供一種用于混合風輪機塔的連接裝置。該風輪機具有金屬部分和混凝土部分。本發(fā)明的連接裝置適于以簡單的方式有效和可靠地將所述金屬部分固定到所述混凝土部分。
為此，本發(fā)明的連接裝置包括金屬體，該金屬體至少部分地嵌入混凝土部分，并且固定到使用時鄰近混凝土部分的塔的金屬部分。
該金屬體具有大致管狀的構(gòu)造，可以是圓筒形或多邊形。在一些情況下，該金屬體具有與所述金屬體的形狀結(jié)合的截頭圓錐幾何形狀。
該金屬體設(shè)有多個適于混凝土部分的材料穿過的錨孔。
這些錨孔根據(jù)需要可以具有可變化的尺寸。該錨孔可以以限定的空間分布布置，以便在使用時即塔結(jié)構(gòu)最終裝配好并且運轉(zhuǎn)時，控制和調(diào)節(jié)塔的金屬部分和混凝土部分造成的抗剪強度。
該金屬體在其一端設(shè)有連接邊，該連接邊適于將金屬體連接到塔
的金屬部分。該連接邊包括焊接到金屬體的L或T形凸緣。
在一個實施方式中，所述金屬體中的錨孔在其管狀壁中形成，但是也可以根據(jù)需要在其它位置形成。
在本發(fā)明另一實施方式中，本發(fā)明裝置的金屬體包括多個從其突出的板。這些板可以布置在金屬體的外部即從其向外突出，和/或布置在金屬體的內(nèi)部即從其向內(nèi)突出。板可以基本上沿金屬體的長度延伸，但是，通常，板的長度取決于在其中形成的錨孔的數(shù)量。
可選或額外地，可以在所述板中形成錨孔，以便混凝土部分的材料穿過。這些錨孔(無論它們是在管狀壁和/或金屬體的板中形成的)根據(jù)要求可以具有不同的形狀和構(gòu)造。例如，所述孔中的至少一些可以是
圓形或橢圓形的?？蛇x擇地，孔可以是滴形(drop-shaped)的。
無論如何，所述錨孔可以具有在向著塔的頂部方向減小(或增大)的尺寸，和/或至少一些錨孔在向著金屬體的方向上從板的邊變寬。通過這種減小(或增大)的尺寸布置，應力分布沿著金屬體幾乎是恒定的。
所述金屬板中錨孔的尺寸和布置以及所述孔數(shù)量的變化都是根據(jù)鋼-混凝土交界面要求的機械性能(剛度、韌性和強度)。
在本發(fā)明的連接裝置中，載荷通過錨孔傳遞到金屬體，該載荷實質(zhì)上沒有水平分量即它們主要是軸向載荷。應當注意到在金屬體具有板的實施方式中，該板僅用作這種錨孔的載體。
在優(yōu)選的實施方式中，該板實質(zhì)上垂直于所述金屬體突出，但是還可以想象該板從金屬體形成一角度地突出的布置。
上述連接裝置的構(gòu)造當然也可以與其它混合塔用途的解決方案結(jié)合，其它解決方案包括用于固定風輪機塔的金屬/混凝土部分的設(shè)備如錨固突出元件等。
根據(jù)本發(fā)明的用于將風輪機塔的金屬部分固定到所述風輪機的混凝土部分的連接裝置具有簡單的構(gòu)造，其允許容易、快速裝配具有高機械性能的構(gòu)造。本發(fā)明的連接裝置進一步提供較好的軸向混凝土 -鋼交界面，其適于任何用于風輪機的混合塔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明特別適于風輪機塔中的薄壁混凝土部分。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供一種包括至少一金屬部分和至少一混凝土部分的混合風輪機塔。 一旦這些部分彼此連接，它們就會形成混合風輪機的整個塔。
本發(fā)明的混合風輪機塔包括前述本發(fā)明的連接裝置。該連接裝置在混合塔的 一 個金屬部分和 一 個混凝土部分之間提供。


下面參照附圖僅通過非限制性示例的方式描述根據(jù)本發(fā)明的用于混合風輪機塔的連接裝置的特定實施方式，其中
附圖1是具有混合塔的風輪機的總圖，所述混合塔具有根據(jù)本發(fā)
明的連接裝置；
附圖2是本發(fā)明的連接裝置的一個實施方式的正視圖；附圖3是本發(fā)明的連接裝置的另一實施方式的透視圖；附圖4a-4e是示出具有不同類型的錨固孔的金屬體的板的若千
實施方式的平面圖；以及
附圖5是放大圖，其中所示的金屬體壁的部件具有若干在其中形
成的金屬板。
具體實施例方式
附圖1表示總體上由1指示的風輪機。風輪機1具有帶裝載葉片4的轉(zhuǎn)子3的發(fā)動機艙2。發(fā)動機艙2可旋轉(zhuǎn)地安裝在卯米高的風輪機混合塔5的頂部。
混合塔5包括例如由鋼制成的金屬部分6以及位于所述金屬部分6之下的混凝土部分7?；炷敛糠?安裝在地基7a中。部分6、 7通過在混合塔5的一個金屬部分6和一個混凝土部分7之間提供的連接裝置8彼此連接。
連接裝置8提供了鋼-混凝土交界面，并且包括適合公路運輸?shù)?、具有例如小?500mm (例如，4260mm )的直徑的金屬體9。在附圖2和3中表示連接裝置8的兩個不同的實施方式。
如圖2所示，金屬體9在使用時至少部分嵌入混凝土部分7,并且固定到混合塔5的金屬部分6。為此，金屬體9在其上端設(shè)有L或T形連接邊IO，以便將金屬體9連接到塔5的金屬部分6。
金屬體9具有大致管狀的構(gòu)造(參見附圖3 )。在一個實施方式中，管狀金屬體9可以如圖3所示圓筒形的。在其它可能的實施方式中，金屬體9可以是多邊形的。在如圖2所示的金屬體9的實施方式中，金屬體9具有截頭圓錐幾何形狀。
在如圖2和3所示的金屬體9的實施方式中，金屬體9設(shè)有多個適合混凝土部分7的材料穿過的錨孔11。在使用中(當塔結(jié)構(gòu)裝配好并且運轉(zhuǎn)時)，通過錨孔11將金屬體
9和混凝土部分7的合成載荷傳遞到塔5的金屬部分6。
在附圖2所示的金屬體9的實施方式中，金屬體9具有多個從其突出的板13。金屬體9中的板13可以從管狀壁12向外突出和/或從其向內(nèi)突出。
板13沿金屬體9的長度延伸，但是在本實施方式中，如圖2所示，其未完全覆蓋金屬體9的整個長度。板的長度取決于如上所述的孔的構(gòu)造。
板13可以垂直于金屬體9突出，但是如圖5的實施方式所示，其可以相對金屬體9成角度地突出，其中多對板從金屬體9的管狀壁12彼此成角度地突出，相對所述壁12實質(zhì)上相差90°。
金屬體9中的錨孔11可以在其中的任何位置形成。例如，在如圖3所示的實施方式中，其可以在金屬體9的管狀壁13中形成，或者也可以在板13中形成。
如上所述，板13的長度取決于在其中形成的錨孔11的數(shù)量。更特別地，將最小板長度(具有圓形孔11的板13)確定為
L 2.《 J
其中L^是最小孔長度，單位min;
Z是在板中形成的錨孔的數(shù)量；(p是孑L直徑，單位mm;t是板厚度，單位mm;/^是特征混凝土抗壓強度，單位MPa;/^是板或金屬部分的特征金屬抗張強度，單位MPa;P是取決于板鋼類型的系數(shù)；以及a是對焊厚度。
這些錨孔11 (無論它們是在金屬體的管狀壁和/或板中形成的)根據(jù)對鋼-混凝土交界面(連接裝置8 )的需要及其需要的機械性能(剛度、韌性和強度)可以具有不同的尺寸、形狀以及構(gòu)造?？?1可以以不同規(guī)定的空間分布(例如，在圖3所示的實施方式中，以垂直列)排列，這也取決于需要。在附圖3所示的實施方式中，板13具有一系列帶17個圓形孔11的垂直列。
在一個例子中，至少一些錨孔11是如圖3、 4c-e所示的實施方式中的圓形的，或者如圖2和4b所示的實施方式中的橢圓形的。可選地，孔可以是滴狀的，如圖4a的實施方式所示。
如圖2、 3、 4a、 4b、 4d或4e所示的實施方式，錨孔11的尺寸可以是恒定的。在其它情況下，可以減小(或增大)錨孔11的尺寸，如圖4c的實施方式所示，例如從12.5mm(頂部孔)到25mm(底部孔)。在本實施方式中，優(yōu)選在向著塔5頂部的方向上減小孔11的尺寸，以便應力分布沿金屬體9幾乎是恒定的。
錨孔11的中心距可以是恒定的，如圖3、 4a、 4b、 4c和4d所示的實施方式，但是也可以是變化的，如圖4e的實施方式所示。在這種特殊的情況下，錨孔11的中心距在向著塔5頂部的方向上減小。
在具有圓形孔ll的板13 (附圖3、 4c、 4d、 4e)的情況下，將最小孔中心距確定為
其中
5"一是最小孔中心距，單位mm;/d是特征混凝土抗壓強度，單位MPa;/^是板或金屬部分的特征金屬抗張強度，單位MPa;以及(p是孑L直徑，單位mm。
至少一些孔可以在向著金屬體9的方向上從相應板13的邊14變寬，如圖4a的實施方式所示(不完全的孔)。結(jié)合如圖4a所示的錨孔ll的滴形構(gòu)造，這種實施方式是特別優(yōu)選的。
錨孔11起到將載荷傳遞到金屬體9因此傳遞到混合塔5的金屬部分6的作用。由于在連接裝置8的構(gòu)造中未使用突出體，因而傳遞到金屬體的載荷實質(zhì)上沒有水平分量，即它們主要是軸向載荷。當使用裝配有板13的金屬體9時，這種板僅僅用作錨孔11的載體，所述板 13未執(zhí)行錨固功能。
權(quán)利要求
1.用于混合風輪機塔(5)的連接裝置(8)，所述連接裝置(8)將風輪機塔(5)的金屬部分(6)固定到所述風輪機(1)的混凝土部分(7)，其特征在于所述連接裝置(8)包括具有大致管狀構(gòu)造的金屬體(9)，所述金屬體用于固定到使用時鄰近所述混凝土部分(7)的所述塔(5)的金屬部分(6)，并且用于至少部分地嵌入所述混凝土部分(7)中，所述金屬體(9)設(shè)有多個用于所述混凝土部分(7)的材料穿過的錨孔(11)。
2. 如權(quán)利要求1所述的連接裝置(8)，其中所述錨孔(ll)在所 述金屬體(9)的管狀壁(12)中形成。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的連接裝置(8),其中所述金屬體(9) 包括多個從其突出的板(13)。
4. 如權(quán)利要求3所述的連接裝置(8)，其中所述板(13)布置在 所述金屬體(9)的外部。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的連接裝置(8)，其中所述板(13)布 置在所述金屬體(9)的內(nèi)部。
6. 如權(quán)利要求3至5中任一項所述的連接裝置(8)，其中所述板 (13)設(shè)有多個用于所述混凝土部分(7)的材料穿過的錨孔(11)。
7. 如權(quán)利要求6所述的連接裝置(8)，其中所述板(13)的錨孔 (11)中的至少一些是圓形或橢圓形的。
8. 如權(quán)利要求6所述的連接裝置(8)，其中所述錨孔(ll)是滴 形的。
9. 如權(quán)利要求7或8所述的連接裝置(8)，其中所述錨孔(ll) 具有在向著所述塔(5)的頂部方向上減小的尺寸。
10. 如權(quán)利要求7或8所述的連接裝置(8)，其中所述錨孔(ll) 具有在向著所述塔(5)的頂部方向上增大的尺寸。
11. 如權(quán)利要求7-10中任一項所述的連接裝置(8)，其中所述 錨孔(11 )中的至少一些在向著所述金屬體(9 )的方向上從所述板(13 )的邊(14)變寬。
12. 如前任一項權(quán)利要求所述的連接裝置(8)，其中所述板(13) 基本上垂至于所述金屬體(9)突出。
13. 如前任一項權(quán)利要求所述的連接裝置(8)，其中所述金屬體 (9)是圓筒形的。
14. 如權(quán)利要求1-12中任一項所述的連接裝置(8)，其中所述 金屬體(9)是多邊形的。
15. 如權(quán)利要求1-13中任一項所述的連接裝置(8)，其中所述 金屬體(9)是截頭圓錐形的。
16. 混合風輪機塔(5)，包括至少一金屬部分(6)和至少一混凝 土部分(7)，其特征在于所述混合風輪機塔(5)還包括設(shè)置在一個 金屬部分(6)和一個混凝土部分(7)之間的如前任一項權(quán)利要求所 述的連接裝置(8)。
全文摘要
一種用于混合風輪機塔(5)的連接裝置(8)，該連接裝置將風輪機塔(5)的金屬部分(6)固定到所述風輪機(1)的混凝土部分(7)，該連接裝置包括具有通常是管狀構(gòu)造的金屬體(9)，該金屬體適于固定到使用時鄰近該混凝土部分(7)的該塔(5)的金屬部分(6)，并且適于至少部分地嵌入所述混凝土部分(7)中，所述金屬體(9)設(shè)有多個適于該混凝土部分(7)的材料穿過的錨孔(11)。混合風輪機塔(5)包括在一金屬部分(6)和一混凝土部分(7)之間提供的這種連接裝置(8)。
文檔編號F03D11/04GK101605987SQ200880002469
公開日2009年12月16日 申請日期2008年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月18日
發(fā)明者E·埃爾科羅伯萊茲巴爾·馬爾凱基, J·普伊赫佐爾拜·蓬薩諾 申請人:?？铺┛四醽喛稍偕茉从邢薰?br>