专利名称：用于风塔桁架式结构的螺栓连接的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及风力涡轮机塔架结构，并且更具体地，涉及用于桁架式塔架结构的改进的螺栓连接。
背景技术：
传统的风力涡轮机塔架通常包括圆筒状杆或桁架式结构以将风力涡轮机支承在相当的高度从而捕获风能。相比桁架式结构，圆筒状杆的构造相对更加简单并且更易于组装。但是，圆筒状杆相比桁架式结构使用更多的钢，从而随着钢的价格增加而造成成本劣势。尽管桁架式结构使用较少的钢，但是仍然由于众多的接头而相对更加复杂。这些接头增加了施工时间并且带来了可能磨损和需要维护的位置。例如，随着时间的流逝，由相对于风力涡轮机塔架的风造成的振动能够使螺栓连接变松。可以使用弧焊接头代替螺栓连接。可惜的是，弧焊接头同样可能具有缺点。
已知的用于桁架式塔架结构中的螺栓连接示于图4和图5中。通过这种构造，螺栓10具有螺纹端段16和较大直径的斜切轴段(Chamfered shaft section) 14。螺纹端段16在螺栓连接的连接状态下通过垫圈22和螺母24接合。斜切轴段14位于螺栓头部12与螺纹端段16之间并且以相对紧密的摩擦配合接合到连接的桁架式部件20中的对准通孔18内。尽管由于斜切轴段14与通孔18之间的过盈(interference)配合的长度26,使这个螺栓构造提供强度与维护之间相对较好的平衡，但是为实现螺母预紧需要的轴上留有的待拉伸的自由长度(预紧长度(Pretension length)) 28较小。缺乏预紧可能导致螺母接触的早期失效并且随后导致螺栓-螺母组合的变松。因此，期望得到改进的螺栓连接构造，该螺栓连接构造在提供了图4和图5的现有技术螺栓连接的强度和维护方面的同时沿螺栓轴提供增加的预紧长度。
发明内容
本发明的各个方面以及优点将会在以下的说明中进行部分阐述，或者可以通过该说明而显而易见，或者可以通过实施本发明而获悉。根据本发明的各个方面，提供一种螺栓连接组件，该螺栓连接组件尤其非常适于用于连接桁架式结构风塔的部件。但是，该螺栓连接组件并不限于这个用途并且可以在螺栓连接组件的独特益处有利的环境或应用(例如建筑或桥梁结构)中具有效用。该螺栓连接组件包括销部件，销部件具有头部和轴，该轴具有织纹摩擦配合外周表面，例如斜切表面，该表面与销部件通过其中插入的孔形成过盈配合。该轴进一步包括螺纹内孔。该组件包括螺栓部件，螺栓部件具有螺纹轴，螺纹轴接合在螺纹内孔中。在销部件和螺栓部件的组装状态下，螺纹轴具有自由长度段，该自由长度段延伸到销部件的螺纹内孔中，以用于增加螺栓部件的特定预紧的分配。进一步的，所述斜切表面摩擦地接合在将由所述连接组件来连接的部件的通孔内。
进一步的，所述销部件轴和螺纹内孔限定所述销部件的末端。进一步的，所述销部件轴和所述螺栓部件的螺纹轴具有相应的长度，使得所述螺纹轴在所述螺栓连接组件的组装状态下与所述销部件轴的长度的至少一半相接合。在特定实施例中，销部件轴的末端由织纹轴段的端部和螺纹内孔的入口限定，以使得没有其它类型的轴段延伸超过螺纹内孔。孔段的远端在部件的组装状态下与螺栓部件的头部间隔开足够的程度，以提供用于限定的预紧变形的充分暴露的螺栓长度。应当理解，销部件轴、内孔和螺栓部件螺纹轴可以具有各种尺寸，这些各种尺寸是将通过螺栓连接而进行组装的结构构件大小、特定的负载和期望的预紧变形度等的函数。本发明并不限于相应部件的任何特定的尺寸。本发明还包括任何方式的风力涡轮机桁架式塔架结构，该风力涡轮机桁架式塔架 结构具有多个结构构件，例如连接在一起以限定开放桁架式塔架的腿部和支撑件。根据本发明的各个方面，多个螺栓连接组件设置在结构构件的连接接合处。进一步的，所述织纹外周表面包括斜切表面，所述斜切表面在所述通孔内摩擦地接合并且产生过盈配合连接。进一步的，所述销部件轴和螺纹内孔限定了所述销部件的末端，所述销部件延伸通过所述第一结构部件的所述通孔并且进入邻近的第二结构部件的所述通孔中。进一步的，所述销部件轴和所述螺栓部件的螺纹轴具有相应的长度，使得所述螺纹轴在所述螺栓连接组件与所述第一和第二结构部件的组装状态下与所述销部件轴的长度的至少一半相接合。参照以下说明以及所附权利要求，本发明的这些和其它的特征、方面以及优点将得到更好地理解。结合在本说明书中的并且构成本说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且，其与以下说明一起用于对本发明的原理进行解释。
参照附图，说明书中阐述了对于本领域普通技术人员的本发明(包括本发明的最佳模式)的完整而可实现的公开，，其中图I是具有桁架式塔架结构的风力涡轮机的透视图；图2是具有桁架式塔架结构的风力涡轮机的备选实施例的透视图；图3是风力涡轮机桁架式塔架结构的结构部件的详细透视图，尤其示出了位于部件的连接接合处的螺栓连接组件；图4是现有技术的连接组件的螺栓部件的透视图；图5是使用图4的螺栓部件的现有技术的连接组件的侧视剖视图；图6是根据本发明的各个方面的螺栓连接组件的实施例的部件视图；以及，图7是图6的螺栓连接组件的侧视剖视图。52对角支撑件
附图标记列表54水平支撑件
10螺栓56覆层(Cladding)
12头部60螺栓连接组件
14斜切轴段62销部件
16螺纹轴段64头部
18通孔66轴
20桁架式部件68织纹表面
22垫圈70螺纹孔
24螺母72末端
26过盈长度74通孔
28预紧长度76第一结构部件
40风力涡轮机78第二结构部件
42叶片80螺栓部件
44毂82螺纹轴
46机舱84头部
48塔架86垫圈
50腿部(角铁/管)
具体实施例方式现在将详细地参照本发明的实施例，其中的一个或多个示例示于附图中。每个示例都以对发明进行解释的方式给出，并不对本发明构成限制。实际上，对于本领域内普通技术人员而言显而易见的是，能够在不偏离本发明的范围或者精神的前提下对本发明进行各种改变和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或者进行描述的特征能够用于另一个实施例，从而产生又一个实施例。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同形式的范围内的这些改变以及变型。图I和图2是示例性风力涡轮机40的透视图。如本领域内众所周知的，风力涡轮机40包括安装于转子毂44的多个叶片42，转子毂44接着以任何方式由容纳在机舱46内的发电部件旋转地支承。机舱46被支承在塔架结构48的顶上，塔架结构48在所示实施例中是由腿部50、水平支撑件54和对角支撑件52形成的开放桁架式结构。腿部50通常是角铁构件或管构件，并且支撑件52、54通常是角铁构件。这些桁架式框架塔架结构48在本领域中也称作“空间框架”塔架。桁架式塔架结构48可以分段制成并且在风力涡轮机现场架设。在图I的实施例中，覆层材料56被应用在桁架式结构上，覆层材料56可以是任何类型的合适织物，例如为恶劣的天气条件设计的建筑织物。覆层56保护塔架内的工人和设备并且为风力涡轮机40提供美观外形。图3是桁架式结构塔架48的部件的更详细的视图，其具体示出了支撑件52、54与腿部50之间的连接位置以及腿部50的对准部段之间的连接位置。多个螺栓连接组件60用于这些不同的连接位置。以下对螺栓连接组件60进行了更加详细的描述。图6和图7示出了根据本发明的各个方面的螺栓连接组件60。如图2和图3所示，螺栓连接组件60尤其适于用于连接桁架式结构风塔48的部件。但是，螺栓连接组件60并不限于这个特定用途，并且可以在例如桥梁施工、建筑施工等的各种其它应用中具有效用。再次参照图6和图7，组件60包括销部件62，销部件62具有头部64和轴66。头部64和轴66并不限于任何特定的尺寸或长度，并且轴66具有用于将桁架式塔架结构48的第一结构部件76和第二结构部件78连接在一起的设计长度。轴66具有便于延伸到结构部件76、78的对准的孔74中的长度，轴66至少部分地延伸到第二结构部件78的孔74中。
销部件62的轴66包括织纹摩擦配合外周表面68。可以以各种方式限定这个表面68。在所示实施例中，表面68被限定成斜切表面。其它的摩擦引起的表面同样落入本发明的范围和精神内。轴66具有这样的直径该直径使得织纹表面68在结构部件76、78的对准的孔74内形成相对紧密的摩擦配合，并且防止销部件62在孔74内的相对旋转。特别参照图7，销部件62还包括轴66内的螺纹内孔70。这个螺纹孔70从轴66的末端72朝向头部64延伸。孔70不必完全延伸至头部64。但是，在某些实施例中，孔70可以完全延伸通过轴66。组件60进一步包括螺栓部件80，螺栓部件80具有头部84和螺纹轴82。螺纹轴82接合到销部件62的内螺纹孔70中，如图7所示。参照图7，在销部件62和螺栓部件80的组装状态下，螺纹轴82相比图4和图5的现有技术的构造具有显著增大的自由长度段
28。这个增大的自由长度段28提供了置于螺栓组件60的组装状态下的螺栓部件80上需要的特定预紧的增强的并且增加的分配。本发明的螺栓组件60与图5和图7的现有技术构造的对比显示了销部件62的轴66可以具有这样的长度该长度具有与现有技术构造中大体相同的在轴66与结构部件76、78之间的过盈摩擦配合长度26，同时仍然提供如上所讨论的显著增大的自由长度28。就这一点而言，销部件轴66可以延伸到第二结构部件78中的至少大约中间处，同时螺栓部件80的螺纹轴82与处于组装状态的销部件轴66的至少大约一半的长度相接合，如图7所示。应当易于理解，本发明还包括这样的风力涡轮机桁架式塔架结构48，如图I至图3所示，该风力涡轮机桁架式塔架结构48结合了如本文所述的螺栓连接组件60。本书面描述使用示例公开本发明，其中包括最佳模式，并且还使本领域内的普通技术人员能够实施本发明，其中包括制造和使用任何装置或系统并且执行所包含的任何方法。本发明的专利范围通过权利要求进行限定，并且可以包括本领域技术人员能够想到的其它示例。如果这些其它的示例包括与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果这些其它的示例包括于权利要求的字面语言没有实质区别的等同结构元件，则这些其它的示例应落入权利要求的范围中。
权利要求
1.一种螺栓连接组件(60)，所述螺栓连接组件(60)尤其适于用于连接桁架式结构风塔(48)的部件，所述螺栓连接组件￠0)包括 销部件(62)，所述销部件￠2)具有头部￠4)和轴(66)，所述轴包括织纹摩擦配合外周表面(68)； 所述轴进一步包括螺纹内孔(70)； 螺栓部件(80)，所述螺栓部件(80)具有接合在所述螺纹内孔中的螺纹轴(82);并且 其中在所述销部件和所述螺栓部件的组装状态下，所述螺纹轴具有延伸到所述螺纹内孔中的自由长度段，以用于增加所述螺栓部件的特定预紧的分配。
2.根据权利要求I所述的螺栓连接组件(60)，其特征在于，所述织纹外周表面￠8)包括斜切表面，所述斜切表面摩擦地接合在将由所述连接组件来连接的部件(76、78)的通孔(74)内。
3.根据权利要求I所述的螺栓连接组件(60)，其特征在于，所述销部件轴￠6)和螺纹内孔(70)限定所述销部件的末端(72)。
4.根据权利要求3所述的螺栓连接组件(60)，其特征在于，所述销部件轴￠6)和所述螺栓部件的螺纹轴(82)具有相应的长度，使得所述螺纹轴(82)在所述螺栓连接组件的组装状态下与所述销部件轴￠6)的长度的至少一半相接合。
5.一种风力涡轮机桁架式塔架结构(48)，所述风力涡轮机桁架式塔架结构(48)包括 多个结构构件(50，52，54)，所述多个结构构件(50，52，54)连接在一起以限定开放桁架式塔架； 多个螺栓连接组件(60)，所述多个螺栓连接组件(60)位于所述结构构件的连接接合处，所述螺栓连接组件进一步包括 销部件(62)，所述销部件￠2)具有头部￠4)和轴(66)，所述轴包括织纹摩擦配合外周表面(68)； 所述轴延伸通过并且摩擦地接合在第一(76)和第二(78)邻近的所述结构部件的对准的通孔(74)内； 所述轴进一步包括螺纹内孔(70)； 螺栓部件(80)，所述螺栓部件(80)具有螺纹轴(82)，所述螺纹轴(82)接合在所述螺纹内孔中；并且 其中所述螺纹轴具有自由长度段，所述自由长度段延伸到所述螺纹内孔中，以用于增加所述螺栓部件的特定预紧的分配。
6.根据权利要求5所述的风力涡轮机桁架式塔架结构(48)，其特征在于，所述织纹外周表面￠8)包括斜切表面，所述斜切表面在所述通孔(74)内摩擦地接合并且产生过盈配合连接。
7.根据权利要求5所述的风力涡轮机桁架式塔架结构(48)，其特征在于，所述销部件轴(66)和螺纹内孔(70)限定所述销部件的末端(72)，所述销部件延伸通过所述第一结构部件(76)的所述通孔(74)并且进入邻近的第二结构部件(78)的所述通孔(74)中。
8.根据权利要求7所述的风力涡轮机桁架式结构(48)，其特征在于，所述销部件轴 (66)和所述螺栓部件的螺纹轴(82)具有相应的长度，使得所述螺纹轴(82)在所述螺栓连接组件与所述第一(74)和第二(76)结构部件的组装状态下与所述销部件轴(66)的长度 的至少一半相接合。
全文摘要
本发明提供一种用于风塔桁架式结构的螺栓连接。其包括销部件，销部件具有头部和轴，该轴具有织纹摩擦配合外周表面。该轴进一步包括螺纹内孔。螺栓部件具有螺纹轴，螺纹轴接合在螺纹内孔中。在销部件和螺栓部件的组装状态下，螺纹轴具有自由长度段，该自由长度段延伸到螺纹内孔中，以用于增加螺栓部件的特定预紧的分配。
文档编号F03D11/04GK102797738SQ201210174568
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月23日 优先权日2011年5月25日
发明者郑大年, W·F·格弗斯 申请人:通用电气公司