专利名称：使两相邻管段的外周壁部分形成基本上不间断连接的方法
背景技术：
发明领域本发明涉及一种用于使塔架、尤其是用于风力涡轮的塔架的两个相邻管段的外周壁部分形成基本上不间断的连接的方法。这种方法可用于建造新塔架以及修理已建成的塔架。
相关的现有技术管状塔架如风力涡轮或其它装置的塔架可用于支撑建筑物或用于携带任意的设备，它们包括有若干个相邻的管段，其中两个相邻管段分别相连。管段设有圆柱形的或圆锥形的外周壁部分，以及通常焊接在外周壁部分上的内法兰或外法兰。两个相邻管段在各管段的纵向端部处沿着由法兰形成的环形接触面而相互接触。由于法兰的接触面并非完全处于一个单一径向面内，因此当通过用紧固螺栓穿过法兰中的孔而将管段相互连接起来时，在两个相邻法兰之间可能会存在小间隙。然而，这些间隙尤其在管段中的背对法兰的一侧是不利的。因此，如果为管段提供了内法兰即径向向内延伸的法兰，那么必须防止在管段的外周壁部分的外侧产生间隙。也就是说，这些间隙会导致相邻管段相互间产生微小的移动，引起制成这些管段的材料的疲劳以及螺钉的松脱，这又会导致连接相邻管段的螺栓过早产生疲劳。
因此，为了防止相邻管段因间隙而产生相对运动，可以制造出设有绝对理想的法兰的管段，这会导致制造成本的增加。作为另一种方法，可用厚度与间隙宽度相等的插入件来填充该间隙。然而，由于间隙在其纵向范围上具有不稳定的宽度，因此必须在间隙的不同位置处插入具有不同厚度的插入件或者数个夹在一起的插入件。这种工作是费时且烦琐的。
发明概要因此，本发明的一个目的是提供一种用于使设有法兰的两个相邻管段的外周壁部分形成基本上不间断的连接的方法。
本发明的另一目的是提供一种用于修理由相邻的管段组成的塔架的方法，使得两个相邻管段的外周壁部分能够分别基本上不间断地连接起来。
根据本发明，为了实现上述目的，提供了一种用于使塔架、尤其是用于风力涡轮的塔架的两个相邻管段的外周壁部分形成基本上不间断的连接的方法，其中各管段均设有带孔的法兰，该方法包括步骤-将第一管段和第二管段设置成使它们的所述法兰相互面对，并且所述法兰中的所述孔相互对齐，-通过预拧紧延伸穿过所述法兰中的所述对齐孔的螺钉来连接所述管段，-在管段中的背对法兰的一侧中形成具有预定宽度的槽口，该槽口至少位于所述接触法兰中的存在有宽度大于最小宽度的间隙的位置处，-在所述槽口中插入至少一个插入件，其具有与所述槽口的宽度基本上相等的宽度，和-完全地紧固将所述管段的所述法兰相连的所述螺钉，从而通过所述至少一个插入件来为所述管段的所述外周壁部分提供基本上不间断的连接。
在根据本发明的方法中，尤其是用于风力涡轮的塔架的两个相邻管段通过螺钉而相互连接起来，该螺钉延伸穿过两个相邻管段的法兰中的对齐孔。螺钉是预紧的，即不是完全紧固的。当在建造塔架中采用本方法时，螺钉在插入之后是被预紧的，而当使用本方法来修理已经建造好的塔架时，螺钉是轻微松脱的。在下一步骤中，检查相邻法兰之间的界面，即位于管段中的背对法兰的一侧处的法兰接触面，以确定存在有宽度大于最小宽度的间隙的位置。在法兰界面的这些位置处，在塔架中的背对法兰的一侧切出或以其它方式形成槽口，尤其是具有预定宽度即在管段的纵向范围上具有预定尺寸的沟槽。之后在该沟槽中插入宽度与沟槽宽度基本上相等的插入件，最好是板状的插入件，使得沟槽在其侧边之间的空隙被填满。在插入件被插入之前，可在沟槽的内表面和边缘上施加涂层，以保护管段免受侵蚀。在插入件被插入之后，将螺钉完全拧紧。插入件用作牢固地夹紧在相邻管段之间、尤其是其外周壁部分之间的隔块，从而为管段的外周壁部分提供了基本上不间断的连接，这便防止了相邻管段之间的任何相对的倾斜运动。
本发明较现有技术的优点在于，在沟槽的各位置处使用了具有限定宽度的插入件，这便避免了寻找具有宽度在其长度上可变的沟槽的特定位置处所需的厚度的插入件的费时工作。
对于本发明来说，沟槽不必被插入件完全填满。然而重要的是，沟槽应设有与沟槽的相对边缘接触的插入件，其中在插入件的两侧可存在间隙。同样，插入件也不需要从壁部分的外表面一直延伸到沟槽的底部。插入件应当设置在沟槽内，使得插入件基本上至少延伸到壁部分的外表面。因此，插入件可相对于壁部分的外表面伸出来或缩进去。然而，插入件最好与塔架的外表面对齐。
根据本发明，仅在两个相邻管段中的一个壁部分中切出沟槽，其中沟槽的一个侧边设于两个相邻管段中之一的壁部分内，而沟槽的另一侧边则由另一管段的法兰的接触面来限定。然而，优选在两个管段的外周壁部分中切出沟槽。
根据本发明的另一优选实施例，沟槽具有与管段的壁部分的厚度基本上相等的深度。如果两个相邻管段的壁部分的厚度不同，这通常可能是由于塔架上部的壁厚小于其下部的壁厚而造成的，那么沟槽应当具有与其中较小的厚度基本上相等的深度。
根据本发明，在两个管段中的至少一个管段内切出的沟槽的宽度和深度取决于管段和塔架的整体尺寸。这些尺寸基本上处于几个毫米到几个厘米、尤其是1或2厘米的范围内。
根据本发明，在至少一个管段中切出的沟槽可以是弯曲的，从而随从管段外周壁部分的曲率，或者，沟槽可以是直的，由于其更容易制造，因此这种方式是优选的。在沟槽笔直延伸的情况下，沟槽相对于外周壁部分的定向是正切的。这种沟槽在其纵向范围上具有变化的深度。
在本发明的一个优选实施例中，沟槽的切割是通过铣刀来进行的。这种刀具可由装有该铣刀的切削装置的框架的导轨来引导。为了切出具备所需形状和方位的沟槽，必须使切削装置相对管段对齐。
到目前为止，本发明是参照在至少一个管段中切出沟槽的实施例来进行介绍的。然而在更普遍的意义上，本发明也可应用于在至少一个管段中提供任何类型的槽口，只要该槽口的相对侧边布置在两个管段中即可。因此，除了沟槽之外，还可以在管段内设置孔并在该孔内插入螺栓状的插入件，使其与孔的相对侧边接触。可以沿着存在于两个相邻管段之间的间隙来设置若干个这种孔状槽口。
附图的详细介绍在下文中将参考附图所示的本发明优选实施例来更详细地介绍本发明，在附图中
图1显示了风力涡轮的塔架的两个相邻管段的界面的侧视图，其中在这两个管段的法兰之间存在有微小的间隙，图2显示了沿着图1中的线II-II剖开的截面图，图3显示了在前述间隙的位置处形成沟槽之后沿着图1中的线II-II剖开的截面图，图4显示了为了表示出沟槽的形状和范围而沿着图3中的线IV-IV剖开的截面图，图5显示了类似于图3的截面图，其中沟槽被部分地填充了插入件，并在其开口处被封带所覆盖，图6显示了装有铣刀的切削装置的顶视图，其用于在两个相邻管段的外表面中切出沟槽，和图7显示了沿图6中箭头VII所示方向的侧视图。
优选实施例的描述在图1中示意性地显示了风力涡轮的主要部件。根据图1，风力涡轮10包括塔架12和支撑在塔架12的顶部上并装有转子16的机舱14。塔架12包括若干个由钢或本领域的技术人员已知的其它适当材料制成的管段。
在图1和2中更详细地显示了两个相邻的管段18，20。各管段18，20均包括大致圆柱形或圆锥形的外周壁部分22，24，在其纵向端部上通过形成了焊缝30，32的焊接而连接了将L形法兰26，28。在该实施例中，法兰26，28径向向内地延伸，从而形成了内法兰。然而，本发明并不限于具有内法兰的管段，因此，本发明也可应用于具有径向向外地延伸的法兰(外法兰)的管段。
各法兰26，28均设有多个孔34，36，夹紧螺钉38延伸穿过这些孔，用来连接相邻管段18，20的法兰。各螺钉38均包括螺栓40和螺母42，螺栓40具有加宽的端部和带螺纹的端部，而螺母42与螺栓40的螺纹端接合。其它类型的螺钉即与法兰直接螺纹接合的螺钉也是适用的。
相邻管段18，20的法兰26，28限定了用于相互接触的外接触面44，46，当将螺母42拧紧在螺钉38的螺栓40上时，法兰26，28可沿着这些接触面而相互压在一起。为了在相邻管段18，20的法兰26，28之间提供均匀的表面接触，其接触面44，46必须完全平行。然而，这在制造法兰和管段18，20时是很难实现的，这是因为由于例如焊接工艺的存在，法兰26，28在整个接触面44，46上将不会完全地平行。因此，实际上发生的是，在装配管段18，20时存在有微小的缝状间隙48。这些间隙48会导致塔架10外壁的外侧面50在两个相邻管段18，20之间的界面处出现间断。由于间隙48的原因，在相邻管段18，20之间可能会发生非常微小的相对倾斜运动，这将导致在法兰26，28及其于焊接侧处与外周壁部分22，24的连接部位处产生机械应力，导致材料产生疲劳。
为了防止这种相对倾斜运动，在现有技术中已经知道可在间隙48中插入插入件，该插入件的厚度对应于被填充的间隙48的变化的宽度。
根据发明，通过在间隙48的位置处在壁中切出预定的沟槽52，从而加宽处于塔架壁中的两个相邻管段18，20的法兰26，28的界面处的间隙48。在图3中显示了这种沟槽52，它是在螺钉38没有完全固紧而仅是预紧的条件下形成的。沟槽52包括两个相对的侧面54，56以及底面58，侧面54，56之间的距离限定了沟槽52的宽度，而底面58则限定了沟槽52的深度。沟槽52的宽度沿着两个壁部分22，24延伸，而底面与管段18，20的壁部分22，24的内表面基本上对齐。通过下文中结合图6和7所介绍的装置，便可在管段18，20的外侧面50中形成沟槽52。
在图4中显示了沟槽52的形状及其方位。在该实施例中，沟槽52的底面58切向地延伸。然而，也可以在管段中切出具有弯曲底面58的沟槽52，该底面58例如按照管段18，20的曲率来弯曲。
根据本发明，在沟槽52中插入至少一个插入件60，其具有与沟槽52的预制宽度基本上相等的厚度。该插入件60与沟槽52的相对侧壁54，56接触。因此，在螺钉38完全紧固即被完全拉紧之后，插入件60就被夹紧并接合在沟槽52中，并在其中形成压配合。之后在管段18，20的壁部分22，24的外侧面50上粘贴接封带62。由于沟槽52而非间隙48形成为具有限定的宽度和深度，因此插入件60在任何情况下都能装配到沟槽内，这便避免了如现有技术那样人工地选择并尝试不同类型的插入件。
在图5中显示了上述情况。应当注意的是，在插入件60被插入之前，可在沟槽52的内表面54，56，58上涂覆图5中未示出的抗蚀涂层。
由于插入件60在沟槽52中形成压配合，因此在相邻管段18，20的外周壁部分22，24之间就形成了连续而不间断的连接，导致轴向力可从一个管段的外周壁部分直接通过插入件60而传递到相邻管段的外周壁部分上，避免了两个相邻管段18，20的外周壁部分22，24产生任何相对运动。
现在来看图6和7，下面将详细地介绍切削装置64的实施例，其用于在塔架10的两个相邻管段18，20的界面处切出沟槽52。
如图所示，切削装置64通过两个上方磁力固定件66和两个下方磁力固定件68而安装在两个相邻管段18，20的外侧面50上，所有磁力固定件均连接在切削装置64的框架70上。另外，通过安装在塔架10的顶部即机舱14中的绞盘(未示出)的钢索72也可以固定框架70，其中钢索72与吊架74相连，而吊架74又与框架70的顶部相连。在框架70的底部设有两个导辊76，其使框架70与管段18，20的外表面间隔开，并在该外表面上引导框架70。在框架70中设有导轨78，铣刀82的刀架80可沿导轨78滑动。铣刀82可通过也由刀架80所支撑的驱动单元84来驱动。刀架80可在箭头86所示的方向上滑动，也可以如箭头88所示地相对塔架10径向向内和向外地运动。
下面将介绍切削装置64的安装和操作。框架70通过两个吊架74与钢索72相连，并可被提升到需要对间隙进行切削的高度。之后促动磁力固定件66，68，使切削装置64固定地安装在管段18，20的外表面上。然后通过操作两个调节轮90来调节整个框架70。调节轮90与延伸穿过框架70并与吊架74相接合的螺杆92相连。通过旋转调节轮76就可以调整吊架74在螺杆78上的位置，从而使框架70相对于塔架对齐，这样就使铣刀82相对于要加工的间隙对齐。
作为另一种方式，可通过相对于框架70来调节导轨78而提供铣刀的定位。
之后可开始铣刀82的操作，其中将刀架80移向管段18，20并使刀架与之垂直(根据箭头86)，从而形成如图3和4中所示的沟槽52。
如果沟槽52需要是狭长的，或者需要在塔架周向上的不同位置处形成另外的沟槽52，那么在停用磁力固定件66，68之后，可沿周向移动框架70。通过这种措施就可在管段18，20中形成沟槽52的不同部分或者不同的沟槽。
在移走切削刀具84之后，可进行如上所述的根据本发明方法的其余步骤。
本发明可用于正在建造的塔架，以及用于对已建好的塔架进行修理。
虽然到目前为止通过参考在两个相邻管段外周壁部分中切出沟槽的实施例来介绍了本发明，然而除了沟槽之外，也可以管段中切出与沟槽形状不同的凹口或槽口。而且，除了切削之外，还可以使用其它方法如钻削来在管段中形成凹口或槽口。
虽然在上文中已经参考特殊的示例性实施例来介绍并显示了本发明，然而本发明并不限于这些示例性实施例。本领域的技术人员可以认识到，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的真实范围的前提下，可以进行许多变化和修改。因此，本发明旨在包括所有这些属于所附权利要求及其等同物范围内的变化和修改。
权利要求
1.一种用于使塔架、尤其是用于风力涡轮的塔架的两个相邻管段的外周壁部分形成基本上不间断的连接的方法，其中各所述管段均设有带孔的法兰，所述方法包括步骤-将第一管段(18)和第二管段(20)设置成使它们的所述法兰(26，28)相互面对，并且所述法兰(26，28)中的所述孔(34，36)相互对齐，-通过预拧紧延伸穿过所述法兰(26，28)中的所述对齐孔(34，36)的螺钉(38)来连接所述管段(18，20)，-在所述管段(18，20)中的背对所述法兰(26，28)的一侧(50)中形成具有预定宽度的槽口(52)，所述槽口至少位于所述接触法兰(26，28)中的存在有宽度大于最小宽度的间隙(48)的位置处，-在所述槽口(52)中插入至少一个插入件(60)，其具有与所述槽口(52)的宽度基本上相等的宽度，和-完全地紧固将所述管段(18，20)的所述法兰(26，28)相连的所述螺钉(38)，从而通过所述至少一个插入件(60)来为所述管段(18，20)的所述外周壁部分(22，24)提供基本上不间断的连接。
2.一种用于使塔架、尤其是用于风力涡轮的塔架的两个相邻管段的外周壁部分形成基本上不间断的连接的方法，其中各所述管段均设有带孔的法兰，而紧固螺钉延伸穿过所述管段的接触法兰中的所述孔，所述方法包括下述步骤-松开所述管段(18，20)的所述接触法兰(26，28)的螺钉，-在所述管段(18，20)中的背对所述法兰(26，28)的一侧中形成具有预定宽度的槽口(52)，所述槽口至少位于所述接触法兰(26，28)中的存在有宽度大于最小宽度的间隙(48)的位置处，-在所述槽口(52)中插入至少一个插入件(60)，其具有与所述槽口(52)的宽度基本上相等的宽度，和-完全地紧固将所述管段(18，20)的所述法兰(26，28)相连的所述螺钉(38)，从而通过所述至少一个插入件(60)来为所述管段(18，20)的所述外周壁部分(22，24)提供基本上不间断的连接。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述槽口(52)形成为使得所述槽口(52)部分地在两个所述管段(18，20)中延伸。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，所述槽口(52)包括与所述管段(18，20)的所述外周壁部分(22，24)的厚度基本上相等的深度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述管段(18，20)具有不同厚度的外周壁部分(22，24)，而所述槽口(52)的深度基本上等于较小的管段壁部分的厚度。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其特征在于，所述槽口(52)形成为使得所述槽口(52)笔直地延伸且相对于所述管段(18，20)的所述外周壁部分(22，24)的延伸方向切向地定位。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的方法，其特征在于，通过铣刀(82)来进行所述槽口(52)的成形。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的方法，其特征在于，通过切削装置(64)来进行所述槽口(52)的成形，所述切削装置(64)具有框架(70)和切削刀具(82)，所述切削刀具(82)安装在所述框架(70)上并可沿着所述框架(70)的导轨(78)滑动，其中所述框架(70)通过固定件(66，68)而相对于至少一个所述管段(18，20)固定住，所述切削刀具(82)相对于所述管段(18，20)对齐，以便切出具有所需方位的槽口(52)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在相对于所述管段(18，20)来固定地设置所述框架(70)时，可以相对于所述固定件(66，68)来调节所述框架(70)，从而使所述切削刀具(82)相对于所述管段(18，20)对齐。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述固定件(66，68)选自张紧带和螺线管元件(66，68)，所述张紧带布置在至少一个所述管段(18，20)的附近，用于将所述框架(70)机械地安装在至少一个所述管段(18，20)上，而所述螺线管元件(66，68)用于将所述框架(70)通过磁力来安装在至少一个所述管段(18，20)上。
11.根据权利要求8到10中任一项所述的方法，其特征在于，所述框架(70)悬挂在固定于所述塔架(10)的顶部上的至少一条钢索(72)、链条等零件上。
全文摘要
一种用于使塔架、尤其是用于风力涡轮的塔架的两个相邻管段的外周壁部分形成基本上不间断的连接的方法，其中各管段均设有带孔的法兰，该方法包括步骤将第一管段(18)和第二管段(20)设置成使它们的所述法兰(26，28)相互面对，并且所述法兰(26，28)中的所述孔(34，36)相互对齐；通过预拧紧延伸穿过所述法兰(26，28)中的所述对齐孔(34，36)的螺钉(38)来连接所述管段(18，20)；在所述管段(18，20)中的背对所述法兰(26，28)的一侧(50)中形成具有预定宽度的槽口(52)，所述槽口至少位于所述接触法兰(26，28)中的存在有宽度大于最小宽度的间隙(48)的位置处；在所述槽口(52)中插入至少一个插入件(60)，其具有与所述槽口(52)的宽度基本上相等的宽度；以及完全地紧固将所述管段(18，20)的所述法兰(26，28)相连的所述螺钉(38)，从而通过所述至少一个插入件(60)来为所述管段(18，20)的所述外周壁部分(22，24)提供基本上不间断的连接。
文档编号F03D11/04GK1659348SQ03813093
公开日2005年8月24日 申请日期2003年4月9日 优先权日2003年4月9日
发明者W·费尔哈斯, H·吕恩 申请人:通用电气公司