風輪機基部的制作方法
【專利摘要】其包括至少一個基本上長型的銷(250)以及至少一個相應的基本上長型的樁(210)，銷(250)與風輪機塔(120)相關聯(lián)，樁(210)將被插入表面(SB)并適合于接納銷(250)的至少一部分。在銷(250)和樁(210)之間限定有室(260)，用來接納灌漿。銷(250)和樁(210)中的至少一個設置有在灌漿室(260)內(nèi)部延伸的連接板(300a、300b)，連接板(300a、300b)設置有灌漿通過的孔(310a、310b)。連接板(300a、300b)可在灌漿室(260)內(nèi)部徑向延伸，與銷(250)或樁(210)的中心(C)彼此對準或不對準。
【專利說明】風輪機基部
[0001]本申請要求于2012年5月9日提交的歐洲專利申請EP 12382171.2和于2012年6月9日提交的第61/669,473號美國臨時專利申請的利益。
[0002]本文公開了如權利要求1的前序部分中所限定的用于風輪機的基部。本風輪機基部具體地適合于(但不限于)海上結構中的風輪機樁基。本文還公開了如在權利要求16的前序部分中所限定的包括這種基部的風輪機。

【背景技術】
[0003]對于風輪機應用，幾種類型的基部在本領域中是已知的。在許多海上結構中特別著名的一個通用類型的基部是樁基。樁基廣泛用于將結構負載轉移至地面。
[0004]根據(jù)需要，樁基可由一個樁(稱作單樁基)組成，或由以不同方式布置的多個樁組成。
[0005]樁由旨在打入表面(例如，地面或海床)的鋼制長型件組成。樁具有用于接納相應的銷的形狀。
[0006]銷是從風輪機基部向下延伸的長型連接構件。
[0007]導管架是包括通過支承物和管接頭彼此連接的多個管的格構下部結構。過渡件將風輪機塔的下部連接并支撐至下部結構。
[0008]當銷插入相應的樁中時，諸如灌漿的高性能類混凝土團被注入。灌漿注入的目的是在樁和銷之間建立穩(wěn)固的連接。灌漿注入還有助于避免不期望的水平偏轉并抑制腐蝕。灌漿向該結構提供提高的能量吸收能力。灌漿通常通過在樁和銷之間形成的室的底部注入從而形成灌漿接縫。通過使用扶正器，室的寬度或樁和銷之間的環(huán)帶的寬度可保持恒定。
[0009]上述灌漿接縫在海上石油和氣體結構中是眾所周知的。然而，該領域與風輪機基部完全動態(tài)地不同。
[0010]由于風浪的作用，風輪機基部中的樁承受非常高的循環(huán)張力和壓縮負載。由過渡件和基部形成的下部結構受到很高的流體動力負載和空氣動力負載。這些負載從風輪機的塔、艙和轉子結構轉移到海床。對于更高的功率輸出以及具有強風可用性及良好接近性的站點的數(shù)量減少的需要使得引起風電場要具有更大的渦輪機，這樣的渦輪機必須更高地安裝的，因此更難以接近。因此，為了承受高負載，風輪機下部結構必須具有超大尺寸，使得它們的制造和安裝過程不期望地昂貴。
[0011]對于樁銷連接的增加的負載能力和剛度，剪力鍵的使用是已知的并在本領域中使用。剪力鍵由焊接在樁的內(nèi)表面和銷的外表面上的間隔的焊珠或鋼筋組成。在使用中，剪力鍵旨在一旦在室中注入灌漿便與灌漿接觸。目前這種解決方案用于已知的海上風輪機基部中以轉移剪切力。已經(jīng)證明這在提高灌漿與樁和銷之間的滑動阻力中是尤其有效的。使用剪力鍵的一個示例在US2006185279中公開。
[0012]然而，剪力鍵需要焊接在銷的外表面和樁的內(nèi)表面上。這涉及昂貴且復雜的操作并且經(jīng)常需要幾個焊接通道。
[0013]為了使得風能工業(yè)項目經(jīng)濟上可行，將期望一種用于風輪機結構(特別是在海上結構中)的更有效且成本有效的灌漿連接。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本文公開了如權利要求1中所限定的用于風輪機的基部。本風輪機基部尤其適合于(但不限于)海上結構中的風輪機樁基。本文還公開了如在權利要求16中所限定的包括該基部的風輪機。
[0015]有益的實施方式限定在附屬的權利要求中。
[0016]本風輪機基部旨在用于將風輪機塔連接至表面，例如海上風輪機中的海床。
[0017]本風輪機基部包括與風輪機基部相關聯(lián)的至少一個基本上長型的銷和待插入海床中的至少一個相應的樁。定義在下文給出。
[0018]如本文中所使用的，銷是指從風輪機基部下部結構向下延伸的長型的連接構件(例如由鋼制成)。銷具有通過所述渦輪機基部下部結構附接至風輪機塔的連接端和與連接端相對的插入端。在優(yōu)選的實施方式中，銷的形狀可以是圓柱形。
[0019]風輪機基部可包括由格構下部結構組成的導管架，其中格構下部結構包括多個管。管通過支承物、管接頭等彼此連接。過渡件將風輪機塔的下部連接至導管架并支撐風輪機塔的下部。
[0020]如本文中所使用的，樁由長型的連接構件(例如由鋼制成)組成。樁打入表面幾十米，表面是例如在陸上風輪機的情況下的地面或例如在海上風輪機的情況下的海床。樁具有用于接納相應的銷的長度的至少一部分或一段的形狀，也就是說，在使用時，銷可至少部分地(即，通過它們的插入端)插入相應的樁中。為了這個目的，銷的插入端可以被引導。在優(yōu)選的實施方式中，樁的形狀可以是圓柱形。
[0021]在使用時，即，當銷至少部分地插入相應的樁中時，在銷和樁之間限定有環(huán)形空間形式的灌漿室。限定在銷和樁之間的該灌漿室適合于接納灌漿。
[0022]如本文中所使用的，術語灌漿包括任何有黏性的可設定材料或可設定材料的混合物。灌漿用于支撐該風輪機基部。因此形成的灌漿連接在室處承受壓縮和剪切負載轉移。
[0023]該風輪機基部中的銷和樁中的至少一個設置有在灌漿室內(nèi)部延伸的、由例如優(yōu)質鋼制成的一個或多個連接板。連接板設置有一個或多個孔，在使用時灌漿通過該孔。
[0024]連接板的布置使得，它們的長度尺寸在室內(nèi)縱向延伸，并且它們的寬度尺寸延伸通過限定在樁和相應的銷之間的室的空隙，并且相應的銷至少部分地安裝在樁中。在某些情況下，該長度和寬度尺寸的至少一部分可延伸出灌漿室。
[0025]連接板的一個示例是所謂的開孔連接器。開孔連接器由具有形成在其中的幾個開口或孔的板組成。孔優(yōu)選地為圓形的，但是它們可根據(jù)需要呈現(xiàn)其他形狀，例如橢圓形或多邊形。開孔連接器主要由開口或孔的數(shù)量和尺寸、板的數(shù)量和它們的長度和寬度、以及開口或孔的間隔限定。這些參數(shù)可根據(jù)風輪機基部的特性方便地改變。例如，在典型的海上風電場中，優(yōu)選的是連接板中兩個相鄰的孔的中心之間的距離與孔的直徑的比為2.20至2.40。例如，連接板的數(shù)量可以為2至16個。例如，兩個相鄰的連接板之間的距離與銷和樁中的至少一個的周長的比可為1/2至1/16。
[0026]上述風輪機基部利用根據(jù)高剪切阻力的高負載能力提供風輪機與地面的非常牢固的連接。開孔連接器在高軸向負載結構(例如，海上風輪機中的樁基)中具有很高的效率。因為負載轉移通過穿過板中的孔的灌漿發(fā)生，因而可允許更高的壓縮能力并且因此允許提聞的抗到力。
[0027]如上所述，本風輪機基部中的銷或樁、或者銷和樁都可設置有這種連接板。在任何情況下，連接板可通過單焊接通道容易地焊接至銷或樁(或者兩者)，以使得連接板在室內(nèi)部延伸。連接板可在室內(nèi)部徑向延伸。
[0028]在這方面，設想了幾個實施方式。銷和樁都可設置有連接板。連接板中的至少一些可在室內(nèi)部沿銷和樁中的至少一個的長度的至少一段或一部分延伸。連接板中的至少一些可在室內(nèi)部延伸而不與銷和樁中的至少一個的中心對準。在又一實施方式中，連接板中的至少一些可沿銷和樁中的至少一個的周長徑向分布。還設想了該風輪機基部的其他實施方式，其中銷的連接板中的至少一些與樁的相應的連接板中的至少一些對準。銷和樁的對準的連接板可延伸為基本上覆蓋灌漿室的寬度。在再一實施方式中，連接板中的至少一些可圍繞銷和樁中的至少一個的表面對稱布置。
[0029]銷中的至少一些可具有相對于其與風輪機的連接布置的弓丨導端和在灌漿室內(nèi)部延伸(例如，徑向地)、適合于接納所述引導端的的止動元件，從而當樁插入樁時，引導端安裝在止動元件中。在某些情況下，引導端可包括突出元件，用于當引導端安裝到樁中時，使銷形成中心。
[0030]止動元件可包括例如由優(yōu)質聚合物制成的杯狀物，旨在將形成在止動元件中的中心座接納在其中，并且其中止動元件還包括從中心座朝向樁的內(nèi)側徑向延伸的盤。
[0031]止動元件可焊接至樁的內(nèi)壁。不排除用于將止動元件附接至樁的其他方式。止動元件甚至還可以與樁整體地形成。
[0032]在其他實施方式中，止動元件還可包括從中心座朝向樁的內(nèi)側徑向延伸的盤。
[0033]止動元件還可具有從中心座朝向樁的內(nèi)側徑向延伸的多個條。盤段可設置在條之間。
[0034]利用以上限定的風輪機基部獲得了良好的抗疲勞結構，這在海上風輪機基部中特別有用。然而該風輪機基部在陸上風輪機基部中可以是有用的。
[0035]本風輪機基部相對于使用帶頭的螺柱連接器或剪力鍵的現(xiàn)有技術的基部具有更高的負載能力，使得本風輪機基部對于風輪機應用非常有益。已經(jīng)證明，直到達到最大負載時，連接狀況也基本上是彈性的，這與現(xiàn)有技術的解決方案相反，其中當已經(jīng)獲得最大負載時，產(chǎn)生重要的塑性滑移。
[0036]因此通過使用本堅固的、可靠的和便于制造和安裝的風輪機基部獲得了更有效的剪切轉移。這主要是由于樁和銷以及室內(nèi)部的灌漿之間的改善的負載路徑傳輸。本風輪機基部提供了風輪機基部與海床的剛性和韌性連接，該連接具有極好的抗疲勞性。
[0037]當查閱說明書時，本風輪機基部的實施方式的其他目標、優(yōu)點和特征對本領域技術人員將是顯而易見的或者可以通過本風輪機基部的實踐得知。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]參照附圖，下文中將通過幾個非限制性示例描述風輪機基部的【具體實施方式】，其中:
[0039]圖1是海上風輪機的總體正視圖；
[0040]圖2是本風輪機基部的一個實施方式的概要局部視圖；
[0041]圖3a是本風輪機基部的一個實施方式的縱剖視圖，其中示出了一個銷安裝在一個相應的樁中，并且銷安裝有連接板；
[0042]圖3b是圖3a中的風輪機基部的替代實施方式的縱剖視圖，其中銷和樁都安裝有連接板；
[0043]圖3c是開孔連接器類型的連接板的概要放大正視圖；
[0044]圖4a_4e是示出了根據(jù)灌漿室內(nèi)部的不同連接板配置，風輪機基部的不同實施方式的銷樁配置的俯視圖；
[0045]圖5是圖3a或3b中示出的實施方式的放大的縱剖視圖；
[0046]圖6是本止動元件的另一實施方式的俯視圖；以及
[0047]圖7是圖6中的止動元件的實施方式的立體剖視局部視圖。

【具體實施方式】
[0048]在附圖中示出了風輪機基部的幾個實施方式，其在本文中將作為非限制性示例公開。在附圖的描述中相同的標號指代相同的部分。
[0049]圖1大體上示出了安裝在海洋S上的海上風輪機100。海上風輪機100主要包括安裝在塔120上端的艙110。海上風輪機100的艙110設置有轉子轂130，轉子轂130設置有用于俘獲風力作用來進行電力生產(chǎn)的葉片140。
[0050]在附圖中所示的具體的和非限制性的實施方式中，風輪機基部包括導管架下部結構150，其中，導管架下部結構150設置在過渡件125的底部中的平臺156處。導管架下部結構150由彼此連接的多個管155形成。如附圖的圖1中所示，過渡件125設置為用于將平臺156連接至風輪機塔120的底部。
[0051]除了用于風輪機基部的上述配置，其包括(自上而下)過渡件125、平臺156和導管架下部結構150，其他配置也是可能的，例如包括(自上而下)過渡件125和導管架下部結構150，以及附接至導管架或過渡件的小平臺，其中，小平臺僅用于維修操作和進入目的。
[0052]風輪機基部200通過導管架下部結構150使風輪機塔120與海床SB連接。
[0053]在本具體的非限制性實施方式中，風輪機基部200包括四個樁210。樁210由長型的圓柱形鋼制連接構件組成。樁210被打入(即插入)海床SB中。
[0054]風輪機基部200還包括相應的四個基本上長型的圓柱形銷250。每個銷250具有連接端和相對的插入端。銷250通過其連接端附接至風輪機100的導管架下部結構150并從風輪機100的導管架下部結構150向下延伸。
[0055]樁210具有用于接納銷250的插入端的形狀和尺寸以使銷250的插入端的長度的至少一部分容納在其中。為了這個目的，樁210的內(nèi)徑大于相應的銷250的外徑。銷250的插入端可以被引導，并且它們也可以略微成錐形以便于插入樁210中。
[0056]限定了灌漿室260。當銷250至少部分地插入樁210中時，灌漿室260由銷250和樁210之間的環(huán)形空間形成。風輪機基部200的灌漿室260適合于接納灌漿。圖3a-3b和4a-4e清楚地示出了灌漿室260。
[0057]提供了多個連接板300a、300b。連接板的示例300a、300b在附圖的圖3a_3c和圖4a-4e中示出。它們可以是附接至銷250或樁210 (或者二者)的鋼連接板300a、300b，從而板300a、300b在室內(nèi)部徑向延伸。連接板300a、300b與樁210和/或銷250的附接可以通過單焊接通道過程執(zhí)行。
[0058]設想了用于連接板300a、300b的多個實施方式。下面簡要地解釋所述實施方式中的一些。以下配置可彼此結合。
[0059]例如，可以僅存在連接板300a，連接板300a附接至銷250，如圖3a中所示，或者附接至樁210，如圖4b中所示。
[0060]可替換的，可以存在附接至銷250的連接板300a，并且還可以存在附接至樁210的連接板300b，例如附圖中的圖3b、4a、4c、4d和4e中所示。
[0061]在任何情況下，2至16個的范圍內(nèi)的多個連接板300a、300b是優(yōu)選的。例如，在圖4a中，樁210和銷250中的每個都設置有四個連接板300a、300b?？商鎿Q的，在圖4b中，樁210設置有四個連接板300b。在圖4c和4d中的實施方式中，雖然銷250設置有四個連接板300a，但是樁210設置有八個連接板300b。在圖4c中提供了四個連接板300a，其與樁210的八個連接板300b中的相應的四個對準。在圖4d中提供了四個連接板300a，其不與樁210的八個連接板300b中的相應的四個對準。最后，在圖4e中，樁210和銷250中的每個都設置有彼此不對準的八個連接板300a、300b。
[0062]如圖4c的實施方式中所示，銷250的連接板300b中的至少一些可以與樁210的相應的連接板300a中的至少一些基本上對準。
[0063]如圖3a和3b所示，連接板300a、300b中的至少一些可在室260內(nèi)部延伸樁210和銷250中的至少一個的長度L。然而，樁210和銷250中的至少一個的連接板300a、300b中的至少一些可向外突出室360。
[0064]如圖3a和3b以及4a_4e所示,連接板300a、300b中的至少一些可至少部分地延伸穿過灌漿室260的內(nèi)部。
[0065]盡管沒有示出，連接板300a、300b中的至少一些可在室260內(nèi)部延伸而使得它們不與銷250和/或樁210的中心C對準。
[0066]如圖3a和3b以及4a_4e中所示，連接板300a、300b中的至少一些可沿銷250和/或樁210的周長徑向分布。
[0067]連接板300a、300b中的至少一些可圍繞銷250和/或樁210的表面對稱地布置。連接板300a、300b可在銷250和/或樁210的周長上均勻分布，盡管在一些情況下連接板300a、300b可僅布置在銷250和/或樁210的周長的一些部分。
[0068]在上述情形的任何情形中，連接板300a、300b中的至少一些為開孔類型。更具體地，它們是設置有多個孔310a、310b的縱向板。孔310a、310b具有適當尺寸從而在使用時(即，當銷250至少部分地插入相應的樁210中時)使室260內(nèi)部的灌漿通過。在本實施方式中，開孔連接板300a、300b中的孔310a、310b的形狀是圓形的。然而不排除其他合適的形狀。
[0069]在圖3c所示的示例中，示出了開孔連接板300a的一些設計參數(shù)。在圖3c的實施方式中，示出了連接板300a中的兩個相鄰的孔310a的中心之間的距離d與所述連接板300a中的孔310a的直徑D的比。在所述實施方式中，該比為2.20至2.40。在某些情況下，兩個相鄰的連接板之間的距離d’ (參見圖4a)與銷250或樁210的周長，或者銷250和樁210的周長的比可為1/2至1/16。
[0070]回到附圖的圖3a和3b，銷250中的至少一些的插入端可以是引導端255。引導端255設置在銷250的下部，與銷250的連接端相對，在銷250的連接端，銷250與風輪機100的塔120連接。
[0071]還可提供止動元件256。止動元件256為徑向布置，焊接至灌漿室260內(nèi)部的樁210的內(nèi)壁211，在其中徑向延伸。具體地，如圖3a、3b和5-7中所示，止動元件256在基本上橫向于樁210的縱軸252的平面上布置在樁210內(nèi)部。
[0072]止動元件256適合于接納引導端255。如所述圖3a、3b和5_7中所示，止動元件256包括設置有由聚合物材料(例如優(yōu)質聚合物材料)制成的杯狀物257的中心座254，銷250的引導端255安裝在杯狀物257中。盤258也設置為在中心座254和樁210的內(nèi)壁211之間徑向延伸。
[0073]引導端255的橫截面小于銷250的其余部分的橫截面。在引導端255的橫截面和銷250的橫截面的交叉區(qū)域中，銷250具有突出元件，例如環(huán)形圈或盤253，用于當銷250插入樁210中時使銷250形成中心。這可在圖3a、3b和5中看到。
[0074]在圖6和圖7的實施方式中的中心座254’包括向上的突出254”。該向上的突出254”與中心座254’整體地形成，從而中心座254’和向上的突出254”都限定杯形座。杯形座包括由聚合物材料(例如優(yōu)質聚合物材料)制成的杯狀物主體257’。如圖6和圖7中所示，杯狀物主體257’同心設置在向上的突出254”的內(nèi)表面上(和中心座內(nèi)表面上)。
[0075]在所述圖6和圖7中所示的示例中，四個條259以交叉配置設置在中心座254和樁210的內(nèi)壁之間。在任何情況下，條259可在中心座254、254’和樁210的內(nèi)壁之間徑向延伸。盤片段258’也設置在條259之間。
[0076]盡管本文中已經(jīng)公開了該風輪機基部的一些【具體實施方式】和示例，但是本領域技術人員應當理解其他替代的實施方式和/或使用以及它們的明顯的修改以及等同物也是可能的。此外，本公開覆蓋所述的【具體實施方式】的所有可能組合。與附圖相關的參考符號和在權利要求中放置在括號中的參考符號僅用于試圖提高權利要求的可理解性，并且不應被看作為限制其范圍。因此，本公開的范圍不應由具體的實施方式限制，而僅應通過公正地閱讀權利要求后確定。
【權利要求】
1.風輪機基部(200)，包括至少一個基本上長型的銷(250)以及至少一個相應的基本上長型的樁(210)，所述銷(250)與風輪機塔(120)相關聯(lián)，所述樁(210)將被插入表面(SB)中并適合于在使用時接納所述銷(250)的長度(L)的至少一部分，在所述銷(250)和所述樁(210)之間限定有灌漿室(260)，所述灌漿室(260)在使用時用于接納灌漿，其中所述銷(250)和所述樁(210)中的至少一個設置有在所述灌漿室(260)內(nèi)部延伸的至少一個連接板(300a、300b)，所述連接板(300a、300b)設置有孔(310a、310b)，在使用時所述灌漿通過所述孔(310a、310b)。
2.根據(jù)權利要求1所述的風輪機基部(200)，其中，所述連接板(300a、300b)中的至少一些被布置為在所述灌衆(zhòng)室(260)內(nèi)部徑向延伸。
3.根據(jù)權利要求1或權利要求2所述的風輪機基部(200)，其中，所述連接板(300a、300b)中的至少一些被布置為從所述的銷(250)和所述樁(210)中的至少一個延伸，而不與所述銷(250)和所述樁(210)中的至少一個的中心(C)對準。
4.根據(jù)上述權利要求中的任一項所述的風輪機基部(200)，其中，所述連接板(300a、300b)中的至少一些沿所述銷(250)和所述樁(210)中的至少一個的周長徑向分布。
5.根據(jù)上述權利要求中的任一項所述的風輪機基部(200)，其中，所述連接板(300a、300b)中的至少一些沿所述銷(250)和所述樁(210)中的至少一個的至少一個長度(L)延伸。
6.根據(jù)權利要求5所述的風輪機基部(200)，其中，所述連接板(300a、300b)中的至少一些通過單焊接通道附接至所述銷(250)和所述樁(210)中的至少一個。
7.根據(jù)上述權利要求中的任一項所述的風輪機基部(200)，其中，2個至16個連接板(300a、300b)設置為在所述灌漿室(260)的內(nèi)部延伸。
8.根據(jù)上述權利要求中的任一項所述的風輪機基部(200)，其中，兩個相鄰的連接板之間的距離(d’)與所述銷(250)和所述樁(210)中的至少一個的周長的比為1/2至1/16。
9.根據(jù)上述權利要求中的任一項所述的風輪機基部(200)，其中，連接板(300a、300b)中的兩個相鄰的孔(310a、31b)的中心(c)之間的距離(d)與所述孔(310a、31b)的直徑(D)的比為2.20至2.40。
10.根據(jù)上述權利要求中的任一項所述的風輪機基部(200)，其中，所述銷(250)和所述樁(210)都設置有連接板(300a、300b)，所述銷(250)的連接板(300a)中的至少一些與所述樁(210)的相應的連接板(300b)中的至少一些基本上對準。
11.根據(jù)權利要求10所述的風輪機基部(200)，其中，所述連接板(300a、300b)中的至少一些延伸為基本覆蓋所述灌漿室(260)的寬度。
12.根據(jù)上述權利要求中的任一項所述的風輪機基部(200)，其中，所述連接板(300a、300b)中的至少一些圍繞所述銷(250)和所述樁(210)中的至少一個的表面對稱布置。
13.根據(jù)上述權利要求中的任一項所述的風輪機基部(200)，其中，所述銷(250)和所述相應的樁(210)的形狀都是圓柱形。
14.根據(jù)上述權利要求中的任一項所述的風輪機基部(200)，其中，所述銷(210)中的至少一些具有引導端(255)和止動元件(256)，所述引導端(255)與連接端相對布置，所述連接端與所述風輪機塔(120)相關聯(lián)，并且所述止動元件(256)在所述灌漿室(260)內(nèi)部延伸，當所述銷(250)被插入所述樁(210)中時所述止動元件(256)適合于接納所述銷(210)的引導端(255)。
15.根據(jù)權利要求14所述的風輪機基部(200)，其中，所述止動元件還包括在所述中心座和所述樁的內(nèi)表面之間徑向延伸的多個條。
16.風輪機(100)，包括如上述權利要求中的任一項所要求的風輪機基部(200)。
【文檔編號】F03D1/00GK104302842SQ201380023566
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年5月8日 優(yōu)先權日:2012年5月9日
【發(fā)明者】阿爾涂洛·羅德里谷茲特索洛克迪希安, 米格爾·蘭卡科爾洛, 曼紐爾·圣地亞哥洛佩斯 申請人:西班牙阿爾斯通可再生能源有限公司