专利名称：风力涡轮机及其塔架节段以及用于架立风力涡轮机的方法
技术领域：
本文所述的主题主要涉及用于风能系统的方法及系统，并且更具体地涉及离岸风力涡轮机的方法及系统。具体而言，所述的主题涉及具体是在离岸风力涡轮机中使用的风力涡轮机塔架节段、离岸风力涡轮机、在离岸风力涡轮机的构建期间使用的适配器，以及用于架立离岸风力涡轮机的方法。
背景技术：
由于陆地上适于风力涡轮机的可用区域有限，故近年来离岸风能生产的构想已显得越发重要。在沿岸的浅水域，一种固定风力涡轮机的方式是将最下方的风力涡轮机塔架节段夯入海床中。该节段垂直地对准，且夯锤反复地撞击其顶部，直到节段达到进入海床中的期望穿透深度。离岸风力涡轮机的安装很关键。离岸风力涡轮的构建需要其中气候条件容许在海上组装风力涡轮机的气候窗。具体而言，波浪高度及因而产生的船舰运动是离岸风力涡轮机装配和架立的重要因素。通常目的在于将装配时间减至最少，以便通过在所述气候窗内执行尽可能多的构建步骤来完全地利用该气候窗。此外，夯入海床中的节段有时会遇到巨大的障碍，例如大型岩石等或嵌在海床中的其它障碍物。在存在这些障碍物的情况下，通过夯锤使塔架节段承受反复撞击会在节段上引起较大的负载。因此，会有规律地发生对下方节段的破坏。此外，由于地底(或水底， ground)中的障碍物，在大多数情况下，不可能保持节段完全地沿垂直方向对准。这种情形可与木材中的钉子相比，一旦钉子在最开始并未完全对准，则钉子的对准很少能够校正。与在岸风力涡轮机相关的构建问题可具有类似的效果。例如，提供的基础 (foundation)可能不具有完全的水平对准，例如因为基础在筑基结束之后已单侧地下降。为了补偿离岸风力涡轮机中的非垂直节段，或补偿在岸风力涡轮机的非水平基础，将灌浆接头附接到相应的节段或基础上，使表面是完全水平的。这些灌浆接头还可适用于在将节段沉入海床时已受到夯锤破坏的表面。这是需要执行的附加步骤，且浆料需要时间来固化。在固化时间期间，装配必须停止，这会延迟装配且显著地增加装配成本。鉴于上文，期望的是具有容许快速且简易地架立风力涡轮机的风力涡轮机节段、 风力涡轮机以及风力涡轮机架立方法。
发明内容
一方面，提供了一种用于风力涡轮机的风力涡轮机塔架节段，其包括具有纵轴线的风力涡轮机塔架节段本体；以及第一端部和第二端部。所述第一端部和所述第二端部中的至少一个的表面相对于所述风力涡轮机塔架节段的所述纵轴线并不垂直。另一方面，提供了一种风力涡轮机，其包括如本文所述的至少一个风力涡轮机塔架节段。另一方面，提供了一种用于架立风力涡轮机的方法，其包括提供具有纵轴线的第一风力涡轮机塔架节段，以及提供具有纵轴线的第二风力涡轮机塔架节段。第二风力涡轮机塔架节段具有第一端部和第二端部。第一端部和第二端部中至少一个的表面相对于风力涡轮机塔架节段的纵轴线并不垂直。该方法还包括将第二风力涡轮机塔架节段安装到第一风力涡轮机塔架节段上。根据又一方面，提供了一种适配器，其构造成用以安放在风力涡轮机节段上。该适配器能够承受例如来自于锤头的撞击，且能够将撞击力传递至该节段。根据又一方面，提供了一种用于将塔架节段固定到海床中的方法。该方法包括提供节段、将适配器提供在节段上端部上，以及利用锤头撞击适配器。根据一个方面，本文所公开的实施例具体地用于离岸风力涡轮机。根据从属权利要求、描述以及附图，本发明的其它方面、优点和特征将变得明显。
在包括参照附图的余下说明书中向本领域的普通技术人员更为具体地阐述了包括其最佳模式的完整和能够实施的公开内容，在附图中图1为示例性风力涡轮机的透视图。图2为根据本文所述实施例的具有至少一个节段的两个风力涡轮机塔架节段的示意性截面视图。图3为根据本文所述实施例的具有至少一个节段的两个风力涡轮机塔架节段的示意性截面视图。图4为根据本文所述实施例的具有至少二个节段的三个风力涡轮机塔架节段的示意性截面视图。图5为根据实施例的风力涡轮机塔架节段的示意性透视图。图6为根据图5中所示实施例的风力涡轮机塔架节段的截面视图。图7为根据实施例的风力涡轮机塔架节段的示意性透视图。图8为根据实施例的离岸风力涡轮机的透视图。图9为根据实施例的离岸风力涡轮机的透视图。图10为根据实施例的离岸风力涡轮机的透视图。图11为附接到风力涡轮机节段上的根据本文所述实施例的适配器的示意性截面视图。图12为根据实施例的多桩(pile)离岸风力涡轮机的透视图。零件清单1第一塔架节段本体2第二塔架节段本体3第三塔架节段本体10风力涡轮机12 塔架14支承系统16 机舱18 转子
20可旋转毂22转子叶片24叶片根部部分26负载转移区域28 方向30旋转轴线32桨距调整系统34桨距轴线36控制系统38偏航轴线100与垂直线的偏移角101，1101,2101 第一塔架节段102，1102,2102 第二塔架节段103第三塔架节段110 水111，1111,2111第一节段的上凸缘112，1112，2112第二节段的下凸缘120垂直线121第一节段轴线122第二节段轴线132第二节段下端部133第三节段下端部140水平线141，1141,2141 第一节段上端部142第二节段上端部150与水平线的偏移角161上端部的倾斜角162第二节段的上凸缘172加上倾斜角的偏移角182第二节段的偏移角222凸缘的相邻区域230 门300 海底400适配器410适配器下端部420适配器凸缘425凸缘加强元件430适配器上端部500 锤头
510锤头下端部
具体实施例方式现更为详细地参照本发明的各种实施例，其中的一个或多个实例在各图中示出。 各个实例均通过举例的方式提供而非意图进行限制。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于其它实施例或结合其它实施例来使用，以便产生又一个实施例。本公开内容意图包括此类修改和变型。本文所述的实施例包括具体地用于离岸使用的风力涡轮机系统，其补偿并未完全垂直定向的基部节段。更具体而言，这种补偿容许继续架立风力涡轮机而不会延迟。此外， 根据实施例，可避免对基部节段表面的破坏。如文中所用，用语"风力涡轮机"旨在表示由风能产生旋转能且更具体地是将风的动能转换成机械能的任何装置。如文中所用，同时使用的用语"塔架节段"和"节段" 旨在表示用于支承机舱的风力涡轮机塔架的任何构成部分。通常，多个节段提供成彼此叠置，从而形成风力涡轮机塔架。多个可包括两个、三个、四个或甚至更多的塔架节段。根据典型的实施例，节段为圆柱形状。根据其它实施例，节段的准确形状可不同于完美的圆柱形。 在两种情况下，节段具有沿其较大延伸尺寸的纵轴线(或在文中也称为"轴线")。在完全的涡轮机塔架装配中，纵轴线通常沿垂直方向对准。节段还具有垂直于纵轴线的径向方向。如文中所用，用语"离岸风力涡轮机"旨在表示定位在成水或淡水中的任何风力涡轮机。因此，用语"海床"应当理解为还包含湖底，例如在风力涡轮机安装在湖中的那些情况下。根据本文所述的方面，节段的至少一个端部为倾斜的。倾斜端部可为上端部、下端部，或上端部和下端部两者。如文中所用，节段"端部"旨在表示由节段端部沿纵向方向所形成的虚拟平面。通常，节段端部由圆形管的端部而定形。在许多情况下，凸缘定位在端部上。“上"和"下"的标识旨在表示节段一旦其形成涡轮机塔架一部分时的定向。如文中所用，节段"倾斜端部"的标识旨在表示具有端部的任何节段，其中所述端部的表面与节段纵轴线并不垂直。具体而言，一旦节段的纵轴线垂直地对准，则相应的节段端部与水平面失准。换言之，端部为倾斜的(相对于水平线)。如文中所用，用语"水平线"和"垂直线"分别大致理解为分别"垂直于重力"和"平行于重力"。如文中所用， 用语"凸缘"旨在表示用于强度、用于引导，或用于附接到诸如另一节段的其它对象上的任何类型的肋条或缘边。通常，凸缘定位在节段的端部处。图1为示例性风力涡轮机10的透视图。在示例性实施例中，风力涡轮机10为水平轴线式风力涡轮机。作为备选，风力涡轮机10可为垂直轴线式风力涡轮机。在示例性实施例中，风力涡轮机10包括塔架12，安装在塔架12上的机舱16，以及联接到机舱16上的转子18。转子18包括可旋转毂20，以及联接到毂20上且从毂20向外延伸的至少一个转子叶片22。在示例性实施例中，转子18具有三个转子叶片22。在备选实施例中，转子18 包括多于或少于三个的转子叶片22。在示例性实施例中，塔架12由管状钢制成，以在支承系统14与机舱16之间限定空腔(图1中未示出)。在备选实施例中，塔架12为具有任何适合高度的任何适合类型的塔架。转子叶片22围绕毂20间隔开以有助于旋转转子18而使得来自风的动能能够转化成可用的机械能，且随后转化成电能。转子叶片22通过在多个负载转移区域沈处将叶片根部部分M联接到毂20上而与毂20匹配。负载转移区域沈具有毂负载转移区域和转子叶片转移区域(图1中两者均未示出)。转子叶片22上引起的负载经由负载转移区域 26转移到毂20上。在一个实施例中，转子叶片22具有范围从大约15米(m)至大约91m的长度。作为备选，转子叶片22可具有使风力涡轮机10能够起到如本文所述作用的任何适合的长度。 例如，叶片长度的其它非限制性实例包括IOm或更短、20m、37m，或大于91m的长度。当风从方向观撞击转子叶片22时，转子18围绕旋转轴线30旋转。当转子叶片22旋转且受到离心力时，转子叶片22还会经受各种力和力矩。因此，转子叶片22可从中性或非偏转位置偏转和/或旋转至偏转位置。此外，转子叶片22的桨距角或叶片桨距，也即确定转子叶片22相对于风向观的投影的角，可通过桨距调整系统32而改变以通过调整至少一个转子叶片22关于风矢量的角位置来控制由风力涡轮机10所产生的负载和功率。示出了用于转子叶片22的桨距轴线 34。在风力涡轮机10的操作期间，桨距调整系统32可改变转子叶片22的叶片桨距，使得转子叶片22移动至顺桨位置，以便至少一个转子叶片22关于风矢量的投影提供定向为朝向风矢量的转子叶片22的最小表面面积，这有助于减小转子18的旋转速度和/或有助于转子18失速。在示例性实施例中，各转子叶片22的叶片桨距均由控制系统36单独地控制。作为备选，对于所有转子叶片22的叶片桨距都可由控制系统36同时地控制。此外，在示例性实施例中，当方向观变化时，机舱16的偏航方向可围绕偏航轴线38受到控制，以便相对于方向观来定位转子叶片22。本文所述的实施例的其它方面和细节在下文中参照示图进行阐述。然而，应当强调的是，参看具体附图仅出于示范的目的。具体而言，相对于一个附图阐述的特征还可与参照另一附图阐述的其它实施例相结合，除非明确地排除这种结合。图2示出了本公开内容的示例性实施例。具有本体1的第一风力涡轮机节段101 示为紧接着具有本体2的第二风力涡轮机节段102。出于示范的目的，在以下示图中省略对于风力涡轮机节段本体的参考标号。第一风力涡轮机节段可为部分地定位在海110中的最下方的塔架节段。根据实施例，在架立风力涡轮机时第一风力涡轮机节段沉入，也即夯入海床300中。如本文所述的塔架节段通常为中空管，其可由诸如钢的金属构成，或由诸如纤维复合材料(例如，玻璃纤维或碳纤维)的合成材料构成。由于实践中有时不可避免地存在小的失准，或由于嵌在海床中的巨大障碍物，故可能发生的是，第一风力涡轮机节段与垂直线成一定度数的角。当文中在定向背景下提到节段时，这将认作是提到节段的纵轴线。当文中提到涡轮机节段的对准时，这将认作是提到沿节段纵向延伸尺寸的节段轴线。例如，图2示出了第一节段101的纵轴线121，以及第二节段102的纵轴线122。垂直线由虚线120示出。如图2中所示，垂直线120与第二节段102的纵轴线122重合。换言之，第二节段垂直地对准。第二节段具有非倾斜的上节段端部142。另外的塔架节段(该图中未示出) 可安装在其上，例如通过将其凸缘固定到第二塔架节段102的上凸缘162上。另外的塔架节段通常具有非倾斜的节段端部。
8
根据实施例，第一塔架节段101的两个端部都为非倾斜的。因此，如果第一塔架节段固定在海床中如预期那样起作用，则第一节段垂直地对准，使得第一节段101的上节段 141水平地对准。然而，在塔架节段沉入海床中导致第一塔架节段非垂直对准的情况下，会产生节段(即，其纵轴线)与垂直线的偏移角。同时，上节段端部141与水平线(仅在非倾斜的上端部的情况下)之间存在相等的偏移角。第一节段纵轴线与垂直线之间的偏移角在图2中示出，且由参考标号100表示。经验表明，该角通常达到2°。第一节段101的上端部141与水平线140之间的所产生的偏移角由参考标号150表示。因此，如果期望风力涡轮机塔架垂直地对准，则必须补偿第一塔架节段的这种失准。在将第一节段101固定到海床中之后，可认识到的是，在第一节段与垂直线之间具有所产生的偏移角100。在上端部不倾斜的情况下，第一节段与垂直线之间的偏移角100 与上节段端部141与水平线150之间的偏移角150相等。在上节段端部141倾斜的情况下， 偏移角150由上节段端部141的倾斜角与偏移角100相加或相减而产生。为了补偿偏移角150，可能的是责任构建工程师精确地测量该角度并从节段制造商订购倾斜的涡轮机节段。这在文中将称为"定制补偿"。尽管定制补偿需要中断构建， 但根据一些实施例，这对于构建进度并无不利影响。这归因于以下事实一些离岸风力涡轮机按照两年的周期架立，其中基础和线缆在第一年安装，例如在冬季间歇期之前，而涡轮机的剩余构件则在第二年安装。因此，在定制补偿的实施例中，第一年的构建计划可包括将第一塔架节段101固定到海床中。第一节段端部141的所产生的偏移角150经测得并传送给节段制造商。第二年的构建计划可包括将第二塔架节段102安装到第一塔架节段101上，其中第二塔架节段的下节段端部132以与偏移角150相等的角度倾斜。因此，在图2中，参考标号150也表示第二节段102下节段端部132的倾斜角。因此，第二风力涡轮机节段下端部的倾斜角适于补偿第一塔架节段的失准。可能的是仅补偿与比偏移阈值更大的偏移角的失准。例如，偏移阈值可处于高达0.7°的范围内，例如0.5°。根据典型的实施例，下端部的倾斜角为至少0.5°，具体是至少1.0°，且甚至更具体的是至少1.5°。根据实施例，下端部的倾斜角最大为2. 5°，具体是最大2.0°，且甚至更具体的是最大1.5°。图3示出了第一节段101的上端部可为倾斜的。通常，当文中提到风力涡轮机塔架节段端部时，表示的是该端部的表面。节段端部的表面为由相应节段末端所限定的平面。 该表面通常为二维平面。根据放大的图示，第一节段的上端部141具有倾斜角161。如本文所用，节段端部的倾斜角将认作是端部表面141相对于与节段纵轴线正交的平面151之间的角。因此，如在风力涡轮机中所用的标准塔架节段具有非倾斜的节段，也即其端部表面相对于与其纵轴线正交的平面的倾斜角为0°。在一些情况下，可能变得清楚的是，将第一节段固定到地底中导致塔架节段与垂直线之间的偏移角100。在所示的实施例中，与偏移角150相等的偏移角100使得其加至上端部141的倾斜角161上。因此，为了使第二节段102沿垂直方向对准，第二节段的下端部132必须提供有倾斜角172，该倾斜角172为第一塔架节段上端部处的倾斜角161与因第一节段非完全固定所引起的偏移角151的总和。图4示出了其中第二塔架节段102具有两个倾斜端部132和142的实施例。更具体而言，下端部132相对于与节段纵轴线正交的平面具有倾斜角172，而上端部142相对于与节段纵轴线正交的平面具有倾斜角182。根据实施例，两个或多个节段可设有一个或多个倾斜端部。在图4中所示的实施例中，具有本体3的第三塔架节段103示为安装到第二塔架节段102上。第三塔架节段具有倾斜的下端部133。倾斜角使得一旦安装到第二塔架节段102上，则第三塔架节段103垂直地定向。因此，在第三塔架节段103的下端部133处相对于与节段纵轴线正交的平面的倾斜角在所示的实施例中可表示为182。提供分别具有一个或多个倾斜端部的至少两个节段容许构件相对于彼此的角度调整。这是垂直地定向风力涡轮机的一种稳健且灵活的方法。通过使节段相对于彼此枢转，所产生的总体角可调整为以便上节段(例如，第三节段)垂直地对准。倾斜角总和的最大偏差可以此种方式校正。例如，如果第一节段具有达到2°的偏移角，且第一节段101的上端部141、第二节段的下端部132和上端部142以及第三节段103的下端部133的结合具有0. 5°的倾斜角，则有可能通过使第二节段和第三节段相对于彼此和相对于第一节段枢转来补偿偏移角。结果，第三节段的上端部水平地对准，以便具有非倾斜端部的其它节段 (未示出)可安装于其上。根据实施例，具有至少一个倾斜端部的一个塔架节段可具有的长度小于10m，更具体是小于5m，或甚至是小于3m，如lm。在长度不小于的情况下，该节段还可包括用于进入和离开风力涡轮机的门。该节段将作为过渡节段。根据实施例，诸如缆线、升降机、梯子等的内部塔架设备就方位而言在其中对准。 具体的是，节段的长度可构造成使得其不需要将内部功率设备固定到该节段(例如，该节段的壁)上。确切而言，可能的是，内部塔架设备可从其顶上的塔架节段延伸至其下方的塔架节段。这将进一步使风力涡轮机的构建简便。还有可能的是，具有至少一个倾斜端部的节段提供一个或多个收纳单元来收纳和安装船舶泊位。例如，该收纳单元可包括用于收纳螺栓、销钉、螺钉等的孔。收纳单元还可具体地定形为适于固定和安置船舶泊位的凹部或凸部。由于船舶泊位的位置一般取决于主要的波浪方向，该波浪方向继而又具有与风向相关的时间延迟，且由于具有至少一个倾斜端部的节段的定向由第一节段的偏移角确定，故通常会提供围绕节段圆周分布的船舶泊位收纳单元。这确保了船舶泊位可定位在风力涡轮机的背风侧(给定主要波浪风向)。图5将示出根据本文所述实施例的塔架节段。第二节段102示为搁置在地底的位置上。为了安装到风力涡轮机上，节段必须旋转90°。尽管下端部132不倾斜，但上端部 142有倾斜。在制造具有倾斜端部的节段时，必须考虑以下情形如果简单地切割圆形节段使得端部将倾斜，则端部圆周的形状将变为如图6中所示的椭圆形。所选的倾斜角越大，则相应的节段端部将变得更为椭圆。因此，倾斜端部通常不会通过以倾斜方式简单地切割节段端部来产生。诸如下凸缘112和上凸缘162的节段凸缘将配合到在风力涡轮机塔架的构建期间该节段凸缘将固定于其上的节段的对应凸缘上。在大多数情况下，用于非倾斜节段端部的凸缘中的螺栓、销钉、螺钉等的孔的数目与倾斜节段端部凸缘中的孔的数目相同。孔通常以等距的方式定位。 倾斜端部的凸缘一般为圆形形状。因此，为了制造具有至少一个倾斜端部的节段，人们可从以下选项中选择。首先，在节段仅具有一个倾斜端部的情况下，在凸缘的相邻区域中将节段形状从圆柱形修正为椭圆形。如果节段切割成具有期望的倾斜角，则其椭圆形状使得节段端部变为圆形截面。换言之，如果节段正交于其纵轴线切割，则端部将具有椭圆形圆周。然而，由于其略微倾斜地切割，从而补偿了椭圆形状，使得所产生的端部圆周为圆形且配合到另外的节段上。在图5中，相邻区域以222表示。由于仅将补偿达到2°或最大3°的倾斜角，故该节段的椭圆截面形状的短轴线与长轴线之间的比例为小于3%，例如1%。椭圆形状可通过锤击、焊接或通过在节段上施加拉力来实现。第二，在具有两个倾斜端部的节段在两端处具有相等倾斜角的情况下，该节段在整个节段上都形成为椭圆形状。如图7中所示，倾斜定向通常处于彼此相对的方向，也即移位180°。然而，上方倾斜相对于下方倾斜的定向也可移位在60°至120°之间，例如90°。第三，在节段具有倾斜角不同的两个倾斜端部的情况下，节段在一个凸缘处形成为椭圆形，而在另一个凸缘处形成为具有不同半长轴线尺寸的椭圆形。类似于上文所述，圆形与椭圆形状之间的过渡可在其中一个凸缘的相邻区域中实现。尽管本说明相对于第二节段102和上端部142给出，但其也可应用于其它节段，例如第一节段或第三节段，以及其它端部，例如下端部132。图8示出了具有由三个节段构成的塔架12的风力涡轮机的实施例。通常，相同的实施例可设有总共两个、四个或甚至更多的节段。在图8的图示中，第一节段101已沉入海床300中。因此，不可能使该节段垂直地对准，因而该节段相对于垂直线120略微倾斜。这种失准通过第二塔架节段102来补偿，该第二塔架节段102的下端部132以使剩余涡轮机塔架垂直地定向这样的角度倾斜。通常，倾斜角小于15°或甚至小于10°。第二节段102 的上端部142水平地对准。诸如图8中所示的第三节段103的其它节段可安装到其上。根据实施例，另外的节段因此具有非倾斜端部。该图中所示实施例的其它细节与图2或图3 中所示的那些相似或相同。因此在图8中省略对其复述。图9示出了其中第二塔架节段102具有两个倾斜端部的实施例。第一节段101所产生的失准由向第二节段102提供其倾斜下端部132和其倾斜上端部142以及向第三节段 103提供其倾斜下端部133和其非倾斜上端部143来补偿。因此，第三节段和更高的节段如第四节段104垂直地对准。该图中所示实施例的其它细节与图4中所示的那些相似或相同。因此在图9中省略对其复述。除了图9中所示的之外，图10中所示的实施例还示出了用于进入风力涡轮机的门 230。门230通常为具有至少一个倾斜端部的节段的一部分。在本实施例中，门提供在第二节段中，该第二节段具有倾斜的两个端部。然而，还有可能的是，门提供在仅具有一个倾斜端部的节段中。不限于图10的实施例，如本文所述的节段的长度通常达到15m，更具体的是达到10m，且甚至更具体的是达到5m。根据风向的测量结果，清楚的是，在大多数情况下，风向并非完全水平，而是还由垂直分量构成。这称为"上流风"，因为垂直分量通常指向上方。已发现，来自风力涡轮机的最大能量产出可通过使转子平面相对于垂直线略微倾斜定向来实现。通常可能的是通过提供略微倾斜的塔架来实现转子的这种倾斜。例如，如果期望转子倾斜4°，则可提供具有倾斜4°的风力涡轮机塔架。尽管图示到目前为止所涉及目的在于垂直地定向的涡轮机塔架，但所述的实施例还可用于提供略微倾斜的塔架，如达到6°的角，例如在3°至5°之间。本文所述的实施例基本上容许提供任何类型的倾斜，只要在一个或多个节段处提供相应的倾斜端部。根据目前为止所示的实施例，风力涡轮机为单桩涡轮机，其中在沿塔架高度的任何给定点处，仅提供了一个塔架节段。例如，此种塔架节段的直径在細至8m之间的范围内， 具体是在5m至7m之间。图12将示出其中风力涡轮机为多桩涡轮机的实施例，其中塔架在沿塔架高度的给定点处可包括多个节段。一般而言，塔架在涡轮机下部为多桩塔架，而在涡轮机上部为单桩塔架。多桩节段的直径在0.5m至: 之间的范围内，更具体的是在Im至2. 5m之间。所述的风力涡轮机塔架节段、风力涡轮机和方法可类似地应用于多桩塔架技术。 根据典型实施例，用于架立多桩塔架的方法包括将至少两个第一塔架节段固定到海床中， 测量至少一个第一塔架节段上端部处的偏移角，以及提供相应的第二塔架节段，其中，至少一个第二塔架节段具有至少一个倾斜端部。倾斜角通常对应于所测得的偏移角。在图12中，示出了两个第一节段1101和2101。在典型的实施例中，提供了三个第一节段且将其沉入海床300中。第一节段的上端部1141和2141相对于水平线所产生的角经测得且将其与期望角比较。差额为偏移角。可将偏移角告知制造商，而制造商可提供相应的第二节段。尽管图12中仅示出了两个第二节段1102和2102，但在许多实施例中提供了三个第二节段。所提供的第二节段通常具有倾斜的下端部，其中倾斜角具体等于所测得和计算的偏移角。根据典型的装配，第二节段下端部的凸缘固定到第一节段上端部上的凸缘上。根据所示的图示，第二节段1102的凸缘1112固定到第一节段1101的凸缘1111上，而第二节段2102的凸缘2112固定到第一节段2101的凸缘2111上。如图所示，可能的是第二节段在其上端部处例如在第三节段103处会合。第三节段可为单桩的。在多桩塔架的情况下，所述的实施例不但有助于使节段沿期望的方向对准，而且还实现为使多个节段有可能在期望位置处会合。换言之，通过使用所述实施例来对准节段还容许节段上端部的精确定位，以便例如其可固定到其它节段上，或单桩节段上。所述的系统和方法容许提供完全对准的风力涡轮机塔架。不再需要灌浆接头等。 需要在海上完成的工作量得以减少，且提高了涡轮机塔架的总体稳定性和持续性。此外，根据本文所述的实施例，例如能以较为简易和快速的方式使得离岸风力涡轮机塔架垂直地对准。具体而言，在至少两个塔架节段具有倾斜端部的情况下，提高了构建的灵活性、降低了总体制造成本，且使物流简便。此外，根据本公开内容的一个方面，提供了一种用于将塔架节段固定到地底中的方法，以及用于架立风力涡轮机的方法。此外，提供了一种在风力涡轮机构建中使用的适配器。这些方法和适配器具体地用于离岸风力涡轮机。根据一个方面，用于将塔架节段固定到地底中的方法包括提供节段；将适配器提供在节段的上端部上；以及利用锤头撞击适配器。根据另一方面，提供了一种适配器，其构造成用以置放在风力涡轮机节段上。该适配器能够承受例如锤头的撞击，且能够将所施加的力传递至节段。图11示出了适配器的示例性实施例，且示出了将第一塔架节段固定到地底中的方法。因此，第一塔架节段101将沉入海床300中。为此，适配器400定位在节段101的上端部141上。根据典型的实施例，同样如在图11中所示，适配器具有位于其下端部410上的凸缘420，该凸缘420构造成用以与第一塔架节段101的凸缘111匹配。可能的是，适配器在第一节段的上端部上安置就位，而撞击开始。作为备选，适配器可通过连接装置如螺栓、 销钉、螺钉等而暂时地固定到第一节段上以便撞击。适配器具有构造成用以收纳锤头500的上端部430。锤头500反复地撞击适配器的上端部430，以便朝海床施加力。适配器将力传递至第一节段101。籍此，第一节段沉入海床300中。根据典型的实施例，用于承受来自夯锤的撞击的上表面430具有小于适配器400 下表面410的直径。表面形状通常为圆形。下端部410的典型直径范围在: 至IOm之间， 更具体是在5m至IOm之间。上端部430的典型直径范围在0. 5m至: 之间，更具体的是在 Im至an之间。根据实施例，上端部与下端部之间的适配器的形状为渐缩形，具体是圆锥形。根据实施例，适配器为可再使用的构件。例如，适配器可与第一节段一起运至构建地点。在将第一节段固定到地底之后，适配器可运回岸上。有可能的是，该适配器再用于其它风力涡轮机的架立，可能是在适配器的定期检查和修理之后。在一些实施例中，适配器400的凸缘420高度稳定，以便其保持下凸缘为平的且未受损。这可通过向凸缘420提供加强元件如增强圆锥体或安装到适配器下端部上的附加板来实现。例如，在图11中，示出了加强元件425。加强元件为凸缘在径向方向上的延伸部。 由于该延伸部，适配器400的凸缘在直径上大于第一节段101的凸缘。此外，延伸部还具有在适配器轴向方向上的构件(适配器的轴向方向是指上端部与下端部之间的正交于径向方向的方向)，从而容许第一节段101的凸缘111平滑地配合到适配器的下端部410中且变为嵌入适配器的下端部410中。这确保了塔架凸缘之间的良好配合，该配合对于免受破坏的夯锤操作而言是合乎期望的。此外，适配器可具有相比于风力涡轮机塔架节段厚度的增大壁厚。例如，该厚度可为至少50mm，更具体的是至少80mm，或甚至是至少100mm。适配器的凸缘可具有待夯入海床中的节段厚度至少1. 5倍的厚度。根据实施例，适配器可适于收纳具有倾斜端部的节段。 具体而言，适配器增强成使得其耐受源自锤头垂直运动的横向力和剪切力，这是经由适配器施加到风力涡轮机塔架节段上端部的运动，尤其是在倾斜角达到2°的情况下。作为对图11中所示的备选方案，适配器凸缘420的延伸部也可在径向方向上朝中心轴线(且如图11中所示并未远离中心指向)定位。因此，通常适配器的凸缘可设有加强元件，例如位于内凸缘边缘上或外凸缘边缘处的凸缘延伸部。此外，下端部410可设有加强板来用于耐受沿适配器下端部的径向方向上的压力和力。相比于发明人所知的构建方法，所提出的方法防止了由夯锤所造成对第一节段101上端部141的严重破坏。首先，适配器容许适配器与第一节段上端部之间的连续和限定的接触。第二，锤头不会直接地撞击节段。例如，在夯锤直接撞击第一节段101上端部的那些方法中，可能发生锤头相对于上端部141的一定失准。这可导致在上端部特定位置处的力增大，且因此可导致对第一节段上端部表面的破坏，例如对凸缘111的破坏。上文详细描述了用于离岸风力涡轮机的系统和方法的示例性实施例。该系统和方法不限于本文所述的特定实施例，而相反，该系统的构件和/或方法的步骤可与本文所述的其它构件和/或步骤独立地和分开地使用。确切而言，示例性实施例还可结合许多其它转子叶片应用来执行和使用。尽管在一些图中示出而在另一些图中未示出本发明的各种实施例的特定特征，但这仅是为了方便。根据本发明的原理，一幅图中的任何特征可结合任何其它附图中的任何特征来参考和/或要求保护。本书面描述使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且还使本领域的普通技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何所结合的方法。尽管上文已经公开了各种特定的实施例，但本领域的普通技术人员将认识到权利要求的精神和范围容许同等有效的改型。具体而言，上述实施例相互间的非相互排斥的特征可彼此结合。 本发明可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的普通技术人员所构思出的其它实例。如果这些其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无实质差异的同等结构元件，则认为这些实例处在权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种用于风力涡轮机的风力涡轮机塔架节段(102)，包括 具有纵轴线(12 的风力涡轮机塔架节段本体O)；以及第一端部(141)和第二端部(142)；其中，所述第一端部和所述第二端部中至少一个的表面相对于所述风力涡轮机塔架节段的所述纵轴线并不垂直。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机塔架节段，其特征在于，所述第一端部和所述第二端部两者的表面都相对于所述风力涡轮机塔架节段的所述纵轴线并不垂直，其中，所述第一端部和所述第二端部的非垂直表面可选的是定位在所述风力涡轮机塔架节段的相反端部处，以及所述纵轴线与位于所述风力涡轮机塔架节段的所述相反端部处的所述非垂直表面可选的是彼此不同。
3.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机塔架节段，其特征在于，所述纵轴线与所述非垂直表面之间的角为至少3°，以及/或者所述第一端部和所述第二端部中的至少一个由倾斜凸缘(162)形成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机塔架节段，其特征在于，所述风力涡轮机塔架节段包括门030)。
5.根据权利要求1所述的风力涡轮机塔架节段，其特征在于，所述风力涡轮机塔架节段的长度最大为10米，可选为5米。
6.一种风力涡轮机(10)，包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机塔架节段，可选的是包括两个根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机节段(101， 102 ；102，103)。
7.一种用于架立风力涡轮机(10)的方法，包括 提供具有纵轴线的第一风力涡轮机塔架节段；提供具有纵轴线和第一端部以及第二端部的第二风力涡轮机塔架节段，其中，所述第一端部和所述第二端部中至少一个的表面相对于所述风力涡轮机塔架节段的所述纵轴线并不垂直；以及将所述第二风力涡轮机塔架节段安装到所述第一风力涡轮机塔架节段上。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下中的至少一项 -测量所述第一风力涡轮机塔架节段的所述纵轴线相对于垂直线的偏移角(100)；以及-测量所述第一风力涡轮机塔架节段的上端部表面相对于水平线的偏移角(150)； 其中，所述第二风力涡轮机塔架节段的倾斜端部的倾斜角可选的是对应于所述第一风力涡轮机塔架节段的测得的偏移角。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一风力涡轮机塔架节段、所述第二风力涡轮机塔架节段以及其它风力涡轮机塔架节段中的至少两个具有其表面相对于所述风力涡轮机塔架节段的纵轴线并不垂直的至少一个端部，以及所述方法还包括-使至少一个所述风力涡轮机塔架节段相对于其它风力涡轮机塔架节段枢转。
10.根据权利要求7至权利要求9中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括-使所述第一风力涡轮机节段沉入所述地底(300)中，因而可选的是沉入包括 -将适配器(400)定位在所述第一风力涡轮机节段的顶上；以及 -将力施加到所述适配器(400)上。
全文摘要
本发明涉及风力涡轮机及其塔架节段以及用于架立风力涡轮机的方法。具体而言，提供了一种用于风力涡轮机(10)的风力涡轮机塔架节段(102)，其包括具有纵轴线(122)的风力涡轮机塔架节段本体(2)；以及第一端部(141)和第二端部(142)；其中第一端部和第二端部中至少一个的表面与风力涡轮机塔架节段纵轴线并不垂直。此外，提供了一种具有此种风力涡轮机塔架节段的风力涡轮机。该方法包括提供具有纵轴线以及第一端部和第二端部的第二风力涡轮机塔架节段，其中第一端部和第二端部中至少一个的表面与风力涡轮机塔架节段纵轴线并不垂直；以及将第二风力涡轮机塔架节段安装到第一风力涡轮机塔架节段上。
文档编号F03D11/00GK102384040SQ20111025736
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月26日 优先权日2010年8月27日
发明者J·J·尼斯 申请人:通用电气公司