用於風塔桁架式結構的螺栓連接的製作方法

2023-10-05 23:05:04 2

專利名稱：用於風塔桁架式結構的螺栓連接的製作方法
技術領域：
本發明總體涉及風力渦輪機塔架結構，並且更具體地，涉及用於桁架式塔架結構的改進的螺栓連接。
背景技術：
傳統的風力渦輪機塔架通常包括圓筒狀杆或桁架式結構以將風力渦輪機支承在相當的高度從而捕獲風能。相比桁架式結構，圓筒狀杆的構造相對更加簡單並且更易於組裝。但是，圓筒狀杆相比桁架式結構使用更多的鋼，從而隨著鋼的價格增加而造成成本劣勢。儘管桁架式結構使用較少的鋼，但是仍然由於眾多的接頭而相對更加複雜。這些接頭增加了施工時間並且帶來了可能磨損和需要維護的位置。例如，隨著時間的流逝，由相對於風力渦輪機塔架的風造成的振動能夠使螺栓連接變松。可以使用弧焊接頭代替螺栓連接。可惜的是，弧焊接頭同樣可能具有缺點。
已知的用於桁架式塔架結構中的螺栓連接示於圖4和圖5中。通過這種構造，螺栓10具有螺紋端段16和較大直徑的斜切軸段(Chamfered shaft section) 14。螺紋端段16在螺栓連接的連接狀態下通過墊圈22和螺母24接合。斜切軸段14位於螺栓頭部12與螺紋端段16之間並且以相對緊密的摩擦配合接合到連接的桁架式部件20中的對準通孔18內。儘管由於斜切軸段14與通孔18之間的過盈(interference)配合的長度26,使這個螺栓構造提供強度與維護之間相對較好的平衡，但是為實現螺母預緊需要的軸上留有的待拉伸的自由長度(預緊長度(Pretension length)) 28較小。缺乏預緊可能導致螺母接觸的早期失效並且隨後導致螺栓-螺母組合的變松。因此，期望得到改進的螺栓連接構造，該螺栓連接構造在提供了圖4和圖5的現有技術螺栓連接的強度和維護方面的同時沿螺栓軸提供增加的預緊長度。

發明內容
本發明的各個方面以及優點將會在以下的說明中進行部分闡述，或者可以通過該說明而顯而易見，或者可以通過實施本發明而獲悉。根據本發明的各個方面，提供一種螺栓連接組件，該螺栓連接組件尤其非常適於用於連接桁架式結構風塔的部件。但是，該螺栓連接組件並不限於這個用途並且可以在螺栓連接組件的獨特益處有利的環境或應用(例如建築或橋梁結構)中具有效用。該螺栓連接組件包括銷部件，銷部件具有頭部和軸，該軸具有織紋摩擦配合外周表面，例如斜切表面，該表面與銷部件通過其中插入的孔形成過盈配合。該軸進一步包括螺紋內孔。該組件包括螺栓部件，螺栓部件具有螺紋軸，螺紋軸接合在螺紋內孔中。在銷部件和螺栓部件的組裝狀態下，螺紋軸具有自由長度段，該自由長度段延伸到銷部件的螺紋內孔中，以用於增加螺栓部件的特定預緊的分配。進一步的，所述斜切表面摩擦地接合在將由所述連接組件來連接的部件的通孔內。
進一步的，所述銷部件軸和螺紋內孔限定所述銷部件的末端。進一步的，所述銷部件軸和所述螺栓部件的螺紋軸具有相應的長度，使得所述螺紋軸在所述螺栓連接組件的組裝狀態下與所述銷部件軸的長度的至少一半相接合。在特定實施例中，銷部件軸的末端由織紋軸段的端部和螺紋內孔的入口限定，以使得沒有其它類型的軸段延伸超過螺紋內孔。孔段的遠端在部件的組裝狀態下與螺栓部件的頭部間隔開足夠的程度，以提供用於限定的預緊變形的充分暴露的螺栓長度。應當理解，銷部件軸、內孔和螺栓部件螺紋軸可以具有各種尺寸，這些各種尺寸是將通過螺栓連接而進行組裝的結構構件大小、特定的負載和期望的預緊變形度等的函數。本發明並不限於相應部件的任何特定的尺寸。本發明還包括任何方式的風力渦輪機桁架式塔架結構，該風力渦輪機桁架式塔架 結構具有多個結構構件，例如連接在一起以限定開放桁架式塔架的腿部和支撐件。根據本發明的各個方面，多個螺栓連接組件設置在結構構件的連接接合處。進一步的，所述織紋外周表面包括斜切表面，所述斜切表面在所述通孔內摩擦地接合併且產生過盈配合連接。進一步的，所述銷部件軸和螺紋內孔限定了所述銷部件的末端，所述銷部件延伸通過所述第一結構部件的所述通孔並且進入鄰近的第二結構部件的所述通孔中。進一步的，所述銷部件軸和所述螺栓部件的螺紋軸具有相應的長度，使得所述螺紋軸在所述螺栓連接組件與所述第一和第二結構部件的組裝狀態下與所述銷部件軸的長度的至少一半相接合。參照以下說明以及所附權利要求，本發明的這些和其它的特徵、方面以及優點將得到更好地理解。結合在本說明書中的並且構成本說明書一部分的附圖示出了本發明的實施例，並且，其與以下說明一起用於對本發明的原理進行解釋。


參照附圖，說明書中闡述了對於本領域普通技術人員的本發明(包括本發明的最佳模式)的完整而可實現的公開，，其中圖I是具有桁架式塔架結構的風力渦輪機的透視圖；圖2是具有桁架式塔架結構的風力渦輪機的備選實施例的透視圖；圖3是風力渦輪機桁架式塔架結構的結構部件的詳細透視圖，尤其示出了位於部件的連接接合處的螺栓連接組件；圖4是現有技術的連接組件的螺栓部件的透視圖；圖5是使用圖4的螺栓部件的現有技術的連接組件的側視剖視圖；圖6是根據本發明的各個方面的螺栓連接組件的實施例的部件視圖；以及，圖7是圖6的螺栓連接組件的側視剖視圖。52對角支撐件
附圖標記列表54水平支撐件
10螺栓56覆層(Cladding)
12頭部60螺栓連接組件
14斜切軸段62銷部件
16螺紋軸段64頭部
18通孔66軸
20桁架式部件68織紋表面
22墊圈70螺紋孔
24螺母72末端
26過盈長度74通孔
28預緊長度76第一結構部件
40風力渦輪機78第二結構部件
42葉片80螺栓部件
44轂82螺紋軸
46機艙84頭部
48塔架86墊圈
50腿部(角鐵/管)
具體實施例方式現在將詳細地參照本發明的實施例，其中的一個或多個示例示於附圖中。每個示例都以對發明進行解釋的方式給出，並不對本發明構成限制。實際上，對於本領域內普通技術人員而言顯而易見的是，能夠在不偏離本發明的範圍或者精神的前提下對本發明進行各種改變和變型。例如，作為一個實施例的一部分示出或者進行描述的特徵能夠用於另一個實施例，從而產生又一個實施例。因此，本發明旨在覆蓋落入所附權利要求及其等同形式的範圍內的這些改變以及變型。圖I和圖2是示例性風力渦輪機40的透視圖。如本領域內眾所周知的，風力渦輪機40包括安裝於轉子轂44的多個葉片42，轉子轂44接著以任何方式由容納在機艙46內的發電部件旋轉地支承。機艙46被支承在塔架結構48的頂上，塔架結構48在所示實施例中是由腿部50、水平支撐件54和對角支撐件52形成的開放桁架式結構。腿部50通常是角鐵構件或管構件，並且支撐件52、54通常是角鐵構件。這些桁架式框架塔架結構48在本領域中也稱作「空間框架」塔架。桁架式塔架結構48可以分段製成並且在風力渦輪機現場架設。在圖I的實施例中，覆層材料56被應用在桁架式結構上，覆層材料56可以是任何類型的合適織物，例如為惡劣的天氣條件設計的建築織物。覆層56保護塔架內的工人和設備並且為風力渦輪機40提供美觀外形。圖3是桁架式結構塔架48的部件的更詳細的視圖，其具體示出了支撐件52、54與腿部50之間的連接位置以及腿部50的對準部段之間的連接位置。多個螺栓連接組件60用於這些不同的連接位置。以下對螺栓連接組件60進行了更加詳細的描述。圖6和圖7示出了根據本發明的各個方面的螺栓連接組件60。如圖2和圖3所示，螺栓連接組件60尤其適於用於連接桁架式結構風塔48的部件。但是，螺栓連接組件60並不限於這個特定用途，並且可以在例如橋梁施工、建築施工等的各種其它應用中具有效用。再次參照圖6和圖7，組件60包括銷部件62，銷部件62具有頭部64和軸66。頭部64和軸66並不限於任何特定的尺寸或長度，並且軸66具有用於將桁架式塔架結構48的第一結構部件76和第二結構部件78連接在一起的設計長度。軸66具有便於延伸到結構部件76、78的對準的孔74中的長度，軸66至少部分地延伸到第二結構部件78的孔74中。
銷部件62的軸66包括織紋摩擦配合外周表面68。可以以各種方式限定這個表面68。在所示實施例中，表面68被限定成斜切表面。其它的摩擦引起的表面同樣落入本發明的範圍和精神內。軸66具有這樣的直徑該直徑使得織紋表面68在結構部件76、78的對準的孔74內形成相對緊密的摩擦配合，並且防止銷部件62在孔74內的相對旋轉。特別參照圖7，銷部件62還包括軸66內的螺紋內孔70。這個螺紋孔70從軸66的末端72朝向頭部64延伸。孔70不必完全延伸至頭部64。但是，在某些實施例中，孔70可以完全延伸通過軸66。組件60進一步包括螺栓部件80，螺栓部件80具有頭部84和螺紋軸82。螺紋軸82接合到銷部件62的內螺紋孔70中，如圖7所示。參照圖7，在銷部件62和螺栓部件80的組裝狀態下，螺紋軸82相比圖4和圖5的現有技術的構造具有顯著增大的自由長度段
28。這個增大的自由長度段28提供了置於螺栓組件60的組裝狀態下的螺栓部件80上需要的特定預緊的增強的並且增加的分配。本發明的螺栓組件60與圖5和圖7的現有技術構造的對比顯示了銷部件62的軸66可以具有這樣的長度該長度具有與現有技術構造中大體相同的在軸66與結構部件76、78之間的過盈摩擦配合長度26，同時仍然提供如上所討論的顯著增大的自由長度28。就這一點而言，銷部件軸66可以延伸到第二結構部件78中的至少大約中間處，同時螺栓部件80的螺紋軸82與處於組裝狀態的銷部件軸66的至少大約一半的長度相接合，如圖7所示。應當易於理解，本發明還包括這樣的風力渦輪機桁架式塔架結構48，如圖I至圖3所示，該風力渦輪機桁架式塔架結構48結合了如本文所述的螺栓連接組件60。本書面描述使用示例公開本發明，其中包括最佳模式，並且還使本領域內的普通技術人員能夠實施本發明，其中包括製造和使用任何裝置或系統並且執行所包含的任何方法。本發明的專利範圍通過權利要求進行限定，並且可以包括本領域技術人員能夠想到的其它示例。如果這些其它的示例包括與權利要求的字面語言沒有區別的結構元件，或者如果這些其它的示例包括於權利要求的字面語言沒有實質區別的等同結構元件，則這些其它的示例應落入權利要求的範圍中。
權利要求
1.一種螺栓連接組件(60)，所述螺栓連接組件(60)尤其適於用於連接桁架式結構風塔(48)的部件，所述螺栓連接組件￠0)包括 銷部件(62)，所述銷部件￠2)具有頭部￠4)和軸(66)，所述軸包括織紋摩擦配合外周表面(68)； 所述軸進一步包括螺紋內孔(70)； 螺栓部件(80)，所述螺栓部件(80)具有接合在所述螺紋內孔中的螺紋軸(82);並且 其中在所述銷部件和所述螺栓部件的組裝狀態下，所述螺紋軸具有延伸到所述螺紋內孔中的自由長度段，以用於增加所述螺栓部件的特定預緊的分配。
2.根據權利要求I所述的螺栓連接組件(60)，其特徵在於，所述織紋外周表面￠8)包括斜切表面，所述斜切表面摩擦地接合在將由所述連接組件來連接的部件(76、78)的通孔(74)內。
3.根據權利要求I所述的螺栓連接組件(60)，其特徵在於，所述銷部件軸￠6)和螺紋內孔(70)限定所述銷部件的末端(72)。
4.根據權利要求3所述的螺栓連接組件(60)，其特徵在於，所述銷部件軸￠6)和所述螺栓部件的螺紋軸(82)具有相應的長度，使得所述螺紋軸(82)在所述螺栓連接組件的組裝狀態下與所述銷部件軸￠6)的長度的至少一半相接合。
5.一種風力渦輪機桁架式塔架結構(48)，所述風力渦輪機桁架式塔架結構(48)包括 多個結構構件(50，52，54)，所述多個結構構件(50，52，54)連接在一起以限定開放桁架式塔架； 多個螺栓連接組件(60)，所述多個螺栓連接組件(60)位於所述結構構件的連接接合處，所述螺栓連接組件進一步包括 銷部件(62)，所述銷部件￠2)具有頭部￠4)和軸(66)，所述軸包括織紋摩擦配合外周表面(68)； 所述軸延伸通過並且摩擦地接合在第一(76)和第二(78)鄰近的所述結構部件的對準的通孔(74)內； 所述軸進一步包括螺紋內孔(70)； 螺栓部件(80)，所述螺栓部件(80)具有螺紋軸(82)，所述螺紋軸(82)接合在所述螺紋內孔中；並且 其中所述螺紋軸具有自由長度段，所述自由長度段延伸到所述螺紋內孔中，以用於增加所述螺栓部件的特定預緊的分配。
6.根據權利要求5所述的風力渦輪機桁架式塔架結構(48)，其特徵在於，所述織紋外周表面￠8)包括斜切表面，所述斜切表面在所述通孔(74)內摩擦地接合併且產生過盈配合連接。
7.根據權利要求5所述的風力渦輪機桁架式塔架結構(48)，其特徵在於，所述銷部件軸(66)和螺紋內孔(70)限定所述銷部件的末端(72)，所述銷部件延伸通過所述第一結構部件(76)的所述通孔(74)並且進入鄰近的第二結構部件(78)的所述通孔(74)中。
8.根據權利要求7所述的風力渦輪機桁架式結構(48)，其特徵在於，所述銷部件軸 (66)和所述螺栓部件的螺紋軸(82)具有相應的長度，使得所述螺紋軸(82)在所述螺栓連接組件與所述第一(74)和第二(76)結構部件的組裝狀態下與所述銷部件軸(66)的長度 的至少一半相接合。
全文摘要
本發明提供一種用於風塔桁架式結構的螺栓連接。其包括銷部件，銷部件具有頭部和軸，該軸具有織紋摩擦配合外周表面。該軸進一步包括螺紋內孔。螺栓部件具有螺紋軸，螺紋軸接合在螺紋內孔中。在銷部件和螺栓部件的組裝狀態下，螺紋軸具有自由長度段，該自由長度段延伸到螺紋內孔中，以用於增加螺栓部件的特定預緊的分配。
文檔編號F03D11/04GK102797738SQ201210174568
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月23日 優先權日2011年5月25日
發明者鄭大年, W·F·格弗斯 申請人:通用電氣公司