专利名称：塔架段以及用于塔架段的板坯的制作方法
技术领域：
本实用新型通常涉及一种具有周向壁的管状的塔架段，其包括处于周向壁上的开 口以允许进入塔架内部，其中为了补偿由所述开口所引起的削弱而加强开口周围的区域。
背景技术：
大型的风力涡轮机塔架通常是由一个或多个塔架段制成的。在塔架是由超过一个 塔架段组成的情况中，其通常是借助于通过端部的凸缘的螺栓固定来相互连接。各塔架区 可能依次由一个或几个管状的塔架段组成，其通常由圆形的横截面形状所形成。用于各塔 架区的管状段可能具有大约3米的高度并且按适当的数量被相互焊接在一起以获得所期 望高度的塔架区。管状段可能是圆柱形的或者具有截锥形状并且由扁平钢板制造的，其被 冷轧成所期望的圆柱或者圆锥的形状并且两个短侧边缘通过垂直的对接焊被焊接在一起。在塔架的下部分中，靠近地面或者水平面处，其通常具有门形式的一开口以通向 塔架的内部来用于修理和维护设备。为了补偿由门洞所引起的削弱，通常的做法是以不同 的方法来加强围绕门的区域。在W006/050723中公开的一种用于加强围绕门周围的区域的方法是提供一种专 门的钢制的门部分，其装备有门洞并且具有和钢板坯相同的宽度，但是其具有与钢板坯相 比增大的厚度。门部分以及钢板坯被分别冷轧成精确的弯曲形状并且其后通过对接接头被 焊接在一起。即，在该情况下，管状段将具有至少两个垂直的对接焊缝。门部分可能优选具 有可变的厚度以在门部分和塔架段的其余部分之间提供壁厚逐渐变化的过渡部分。该方案 的缺点是以该方式来制造管状段是很费时的，由于好几个制造步骤和必需的大量的焊接。在US 2007/0148004中公开了另一种加强具有门洞的塔架段的方法。在该文献 中，在塔架段中切割出比实际的门更大的一开口。随后，将由可焊接的铸造材料制成的结构 部件插入到门洞内并且焊接到塔架段上。所述结构部件被形成为其外部形状匹配塔架段中 的开口并且内部形状匹配所讨论的门的环。结构部件优选具有可变厚度的横截面。所述塔 架段的一个缺点是将所述结构部件定位到门洞内并且将其焊接到塔架段上是费时的。此 外，将轧钢和铸钢焊接在一起可能存在问题并且制造铸钢的结构部件也是昂贵的。
实用新型内容考虑到上述问题，本实用新型的目的是提供一种塔架段以及用于制造塔架段的板 坯。特别是，目的是提供一种塔架段以及用于制造塔架段的板坯，通过其可以容易地并且节 约成本地围绕塔架段的开口制造出加强件。通过根据本发明的塔架段和板坯至少可以实现 该目的。本发明提供了一种具有周向壁的管状形式的塔架段，其包括位于所述周向壁中用 于允许进入所述塔架内部的开口，其中围绕所述开口的部位是加强的以便补偿由所述开口 所引起的削弱，并且其中所述塔架段是由板坯制成的，该板坯与在围绕所述开口的部位中 的材料增大厚度的部分形成一个单件。[0008]本发明还提供了一种用于塔架段的板坯，其包括两个长边缘和两个短边缘，其中， 形成有在所述长边缘之间延伸的材料增大厚度的部分。因此，基于对本实用新型的理解，可以通过由钢板坯形成塔架段来实现该目的，该 板坯是与具有增大材料厚度的部分整体地形成为一件。所述板坯被成形为具有长度和宽度 尺寸为矩形或者长方形板，分别具有两个长边缘和两个短边缘，并且具有增大材料厚度的 部分从一个长边缘到另一个长边缘延伸过板坯的宽度。具有增大材料厚度的所述部分可以 选择性地成形在一个短边缘附近或者在板坯的中间部分处。具有增大材料厚度部分的钢板坯可以优选是通过在轧机上的热轧来形成的。然 而，不排除还可以按其他合适的方法来形成该增大的材料厚度。在形成了具有增大的厚度部分的板坯之后，通过沿其长度尺寸弯曲板坯以使两个 短边缘相接触来将板坯弯曲成所希望的形状。通过借助于垂直焊缝将两个短边缘相互焊接 在一起，来固定塔架段的形状。通常，塔架段被形成为具有圆形横截面，但是还可以想像到 其他形状，例如椭圆形横截面。此外，塔架段可以被形成为圆柱形状，在该情况中，板坯被精 确地形成为矩形或者至少具有相互平行的长边缘以及短边缘，或者形成为截头圆锥体，在 该情况中，短边缘相互不是平行的。可以优选通过冷轧来执行将板坯弯曲成所希望的形状。可以在钢板坯被形成为管状形状之前或者在板坯被弯曲成管状形状之后在其中 选择性地执行在增大的材料部分中的切割开口。可以以许多不同的方式来执行切割开口， 例如通过气割、激光切割或者水射流切割。可以选择性地完成增大厚度的部分以使变厚部分位于加工好的塔架段的器壁的 外面、里面或者两侧面上。通常，变厚部分最好位于内部，在该情况中，塔架段的外表面可以 被制成与邻接的塔架段的外表面齐平。对于单个门洞的塔架的增大厚度的部分可以覆盖住塔架段的周边的40° -80° 之间、优选在50° -70°之间并且最优选大约60°的角区域。相对于板坯，增大厚度的部分 可能总计达板坯总长度的10-20%、优选12-18%并且最优选大约15%。然而，塔架可能包 括多于一个穿过套壁的开口。例如，除了用于允许工作人员进入塔架内部的门洞之外，其可 能还包括例如用于引入通过电缆等的开口。在所述情况中，彼此邻近地定位所述开口是有 益的，并且增大厚度的部分可以在所述情况下覆盖达到90°或者甚至180°的角区域。优 选是，增大厚度的部分在各侧面处联接到具有逐渐变化厚度的过渡带上，以便在所述增大 厚度的部分和器壁具有普通材料厚度的那部分之间实现平滑过渡。该过渡部分可能在塔架 段的圆周方向上具有关于厚度相对于长度的比例按13到15或大约14来逐渐变 化的厚度。然而，过渡带的表面不必是扁平的但是例如可能是凸起和/或凹入地弯曲的。过 渡带不但可以布置在各横侧面上而且还可以布置在用于平滑地过渡到上部塔架段和下部 安装基座的壁厚的上、下侧面上。与现有技术相比，借助于本实用新型的板坯、塔架段，可能便于加强件在围绕塔架 段中的开口或门的部位中的布置。在形成板坯的同时布置该加强件，其必须实现执行达到 加强而无须额外的制造步骤。仅有的要求是更预先地形成板坯，例如通过热轧。然而，在现 有技术的可能范围内，这样的成形是良好的。虽然以下相对于陆基风力涡轮机来描述并图解了本实用新型，但是很清楚，本实 用新型还可以适用于海上风力涡轮机。[0017]本实用新型的其他目的、特征和优点在以下的详细公开、权利要求以及附图中将 显而易见。通常，权利要求中所使用的所有术语按照技术领域中其普通意思来解释，除非此 处有另外的明确定义。所有涉及“一/该[元件、设备、部件、装置、步骤等]”将被不受限制 地解释为所述元件、设备、部件、装置、步骤等的至少一个实例，除非另外明确地说明了。此 处所公开的任何方法的步骤不必按所公开的准确顺序来执行，除非明确地说明了。
本实用新型的上述以及附加目标、特征和优点最好通过以下参考附图的本实用新 型的优选实施例的说明性的和非限制性的详细说明来理解，其中相同的附图标记用于类似 的元件，其中图1概略性地图解了海上风力涡轮机的前视图；图2概略性地图解了本实用新型的塔架段的透视图；图3概略性地图解了从用于形成图2的塔架段的板坯的上面观察时的视图；以及图4概略性地图解了图3的板坯的备选实施例。
具体实施方式
首先参照图1，其中以一前视图图解了陆基风力涡轮机。在该情况中，风力涡轮机 的塔架被定位在地基1上，该地基位于地面2以下一距离处。在地面上面，风力涡轮机包括 下部塔架区3、上部塔架区4、舱室5和转子叶片6，其中下部塔架区3被连接到附着于地基 1上的安装基座7上。各塔架区3、4是利用钢制的周向壁所形成的管子并且是由几个管状塔架段所组 成的，所述塔架段被相互端对端地焊接在一起。此外，它们两者还是稍微截短的圆锥形，其 中下部塔架区3比上部4更圆锥化。在地面2以上的一短距离处，塔架具有穿过套壁的门洞8以允许进入到塔架内部。 在里面，塔架具有未显示的梯子，借助于该梯子能够到达位于顶部的舱室5以用于执行设 备的维护和修理。然后参照图2-4的组合。在图2中图解了包括门洞8的下部塔架区3的下部塔架 段9。为了加强塔架段并且补偿由通过套壁10制造出的开口所引起的削弱，塔架段是由在 围绕开口的部位处具有增大材料厚度的部分11所形成的。根据本实用新型，增大厚度的部 分11与塔架段9的其余部分以一个单件的形式整体地形成，S卩，使用单个钢板来用于整个 塔架段。更确切地说，塔架段是由钢板坯12所制成的，如在从图3中的板坯的上面观察时 的视图中所图解的，其在轧机中被热轧成具有增大厚度的部分11，该部分在板坯的一个侧 面上向外凸出。当形成塔架段9时，借助于冷轧来将板坯12弯曲成(如图2中的)管状， 并且将板坯的两个短边缘13、13'相互焊接在一起以形成垂直的焊缝14。两个长边缘15、 15'将形成为加工好的塔架段9的端部边缘，其被焊接到邻近的塔架段上以形成下部塔架 区3。在图2所示的实施例中，弯曲板坯以使增大厚度的部分11向外凸出。然而，很清 楚，还可以弯曲板坯12以使增大厚度的部分向内凸出。这可能是一优点，因为随后可能将邻近的塔架段焊接到具有开口 8的塔架段9的上部和(只要合适)下部边缘上，以便塔架 段的外表面相互齐平。为了实现板坯部分和具有普通厚度Tl的塔架段和具有增大厚度T2的增大厚度的 部分11之间的平滑过渡，在增大厚度的部分11的各侧面上形成具有逐渐变化厚度的过渡 带16。这样，避免了厚度的急剧变化，厚度的急剧变化处可能是应力集中部位，其在重负载 期间可能导致断裂。此外，在邻近的两个长边缘15、15'的增大厚度部分11的上侧面以及 下侧面上形成厚度逐渐变化的过渡带17。这还提供了到未显示的上部塔架区的壁厚和下部 安装基座7的平滑过渡。过渡带16和17的材料厚度在塔架段的圆周方向上关于厚度相对 于长度的比例按13到15或者优选大约14来逐渐地变化。根据备选实施例，如图4中所示，增大厚度的部分11可以被制成向外以及向内凸 出。在该情况中，过渡带16和17将形成在塔架段的内表面和外表面处。所述结构的优点 是过渡带16和17被制造得更短而维持塔架段表面的斜度。在图3和4的实施例中，增大厚度的部分11位于中间部分中，更确切地说，位于各 钢板坯12的中央。然而，很清楚，增大厚度的部分还可以关于板坯不对称地设置，例如，邻 近短边缘13、13'中的一个。以上已经参考几个实施例来大体地描述了本实用新型。然而，如本领域的技术人 员容易认识到的，不同于以上所公开的其他实施例同样可能在由权利要求所限定的本实用 新型的范围内。
权利要求一种具有周向壁的管状形式的塔架段(9)，其特征在于，包括位于所述周向壁(10)中用于允许进入所述塔架内部的开口(8)，其中围绕所述开口的部位是加强的以便补偿由所述开口所引起的削弱，并且其中所述塔架段是由板坯(12)制成的，该板坯与在围绕所述开口(8)的部位中的材料增大厚度(T2)的部分(11)形成一个单件。
2.根据权利要求1所述的塔架段，其特征在于，所述增大厚度(T2)的部分布置在所述 塔架段(9)的内部。
3.根据权利要求1所述的塔架段，其特征在于，所述增大厚度(T2)的部分布置在所述 塔架段(9)的外部。
4.根据权利要求1所述的塔架段，其特征在于，所述增大厚度(T2)的部分布置在所述 塔架段(9)的内部以及外部。
5.根据前述权利要求中任一项所述的塔架段，其特征在于，所述增大厚度(T2)的部分 覆盖了所述塔架段周边40-80°之间的角区域。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的塔架段，其特征在于，所述增大厚度(T2)的部分 覆盖了所述塔架段周边的50-70°之间的角区域。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的塔架段，其特征在于，所述增大厚度(T2)的部分 布置在形成塔架段(9)的板坯的中间部位处。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的塔架段，其特征在于，所述增大厚度(T2)的部分 布置在形成所述塔架段(9)的板坯(12)的短边缘(13、13’ )附近。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的塔架段，其特征在于，在所述增大厚度(T2)的部 分和具有材料厚度(Tl)的部分之间形成有逐渐变化厚度的过渡带(16、17)。
10.根据权利要求9所述的塔架段，其特征在于，所述过渡带(16、17)的材料厚度在所 述塔架段(9)的圆周方向上关于厚度相对于长度的比例按1 3到1 5来逐渐地变化。
11.一种用于塔架段(9)的板坯(12)，其特征在于，包括两个长边缘(15、15’ )和两个 短边缘(13、13’)，其中，形成有在所述长边缘(15、15’ )之间延伸的材料增大厚度(T2)的 部分。
12.根据权利要求11所述的板坯，其特征在于，所述增大厚度(T2)的部分位于所述板 坯(12)的中间部位处。
13.根据权利要求11所述的板坯，其特征在于，所述增大厚度(T2)的部分位于所述板 坯(12)的短边缘(13、13’ )附近。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的板坯，其特征在于，所述增大厚度(T2)的部分 构成所述板坯(12)总长度的10%到20%之间。
15.根据权利要求11-13中任一项所述的板坯，其特征在于，所述增大厚度(T2)的部分 构成所述板坯(12)总长度的12%到18%之间。
16.根据权利要求11-13中任一项所述的板坯，其特征在于，在所述增大厚度(T2)的部 分和具有材料厚度(Tl)的部分之间形成有逐渐变化厚度的过渡带(16、17)。
17.根据权利要求16所述的板坯，其特征在于，所述过渡带(16、17)的材料厚度在所述 板坯的纵向方向上关于厚度相对于长度的比例按13到15来逐渐地变化。
专利摘要该实用新型涉及一种具有周向壁(10)的管状的塔架段(9)，其包括处于周向壁上的开口(8)以用于允许通向塔架内部，其中为了补偿由所述开口所引起的削弱而加固开口周围的区域。所述塔架段(9)是由板坯(12)制成的，其与在围绕开口(8)的部位中具有增大的材料厚度的一部分(11)形成一个单件。本实用新型还涉及一种板坯。
文档编号F03D11/04GK201696236SQ200920274629
公开日2011年1月5日 申请日期2009年12月4日 优先权日2008年12月4日
发明者J·克里斯滕森 申请人:维斯塔斯风力系统集团公司