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CN105822507A - 用于建造风力发电设备的方法和风力发电设备 - Google Patents

用于建造风力发电设备的方法和风力发电设备 Download PDF

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CN105822507A
CN105822507A CN201610049337.0A CN201610049337A CN105822507A CN 105822507 A CN105822507 A CN 105822507A CN 201610049337 A CN201610049337 A CN 201610049337A CN 105822507 A CN105822507 A CN 105822507A
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Abstract

本发明涉及一种用于建造风力发电设备(10)的方法，该风力发电设备具有塔(20)和在塔尖上安排的机舱(40)，其中首先建造由多个塔区段组成的塔身构造(24)。在到达该塔身构造的终止高度后将机舱放置在塔身构造的尖端上并使机舱与塔身构造可旋转地相连接。本发明还涉及一种相应的风力发电设备。根据本发明，至少一个振动缓冲器(50，60，70，70ˊ)安排在用于建成该塔身构造而最后放置的塔区段中，该振动缓冲器的固有频率适配于未放置机舱的塔身构造的第一振动基频，其中该至少一个振动缓冲器在将机舱放置到塔身构造上后保留在塔中，并且该至少一个振动缓冲器的固有频率适配于完全建造的风力发电设备的第二振动基频。

Description

用于建造风力发电设备的方法和风力发电设备
本发明涉及一种用于建造风力发电设备的方法，该风力发电设备具有一个塔和在塔尖上安排的一个机舱，其中首先建造一个塔身构造，其方式为，在该塔身构造上尚未放置机舱的塔身构造步骤(Turmrohbauphase)中，在一个塔身构造阶段(Turmrohbaustadium)中或在多个塔身构造阶段中将一个或多个塔区段上下叠置成在多个塔区段的情况下使每个塔区段变大的一个塔身构造，直到到达该塔身构造的终止高度，其中在由所有塔区段组成的该塔身构造完全建造之后将该机舱放置在该塔身构造的尖端上并使该机舱与该塔身构造可旋转地相连接。本发明还涉及一种相应的风力发电设备。
现代的风力发电设备包括具有竖直的纵轴的高塔，该塔通常由多个塔区段组成，一个机舱或吊舱(Gondel)围绕塔轴线可旋转地安装在塔的尖端处，该机舱或吊舱具有一个转子，该转子具有多个转子叶片和一条水平的转子轴线。
岸上风力发电设备的塔通常分段式地由多个区段建造并且直接在施工现场建造在基座上。用于此类的风力发电设备的塔区段大部分被运送至建造地点。在建造风力发电设备的塔时，一般来说将多个单独的塔区段借助于提升设备前后相继地从其所处的位置移动到一个建立的位置中并且放置在基座、辅助基座或固定位置和/或最后建造的塔区段上并与之相连接。在此，塔纵轴线从水平的取向移动到竖直的取向。
相反地，用于海上风力发电设备的塔优选分段式地在装船运送的港口处建造在辅助基座上。接着，将这些用于运输的、完成建造的塔或竖直建立的塔区段在港口中装载到一个建造船上并在那里紧固在用于运输的、井格梁状的辅助基座(所谓的“格栅”)上。出于位置原因，优选直立地运输海上塔。只有在完全建造塔之后，机舱(所谓的吊舱)才被紧固在该塔上。
风力发电设备塔是很大程度上易受振动影响的部件。然而在此，没有吊舱的独立的塔与带有在尖端处安排的机舱和转子的塔具有明显不同的固有频率。
在建造风力发电设备时，这意味着，独立的和没有吊舱的塔或塔身构造(该塔身构造在其尖端处尚未用机舱的重量加载)以比放置机舱后更高的频率振动。
每个结构，因此还有风力发电设备或风力发电设备塔对在确定的频率下的外部的激发(例如由于风或波浪)以自身的振动(取决于激发的频率)作出反应。此外，每个结构具有所谓的固有频率。这些所谓的固有频率是如下频率：当系统被偏转并且然后只能依靠自身时，该系统在这些频率下振动。对于风力发电设备相关的尤其是该第一固有频率，其附属的第一固有形状基本由该塔的第一弯曲变形组成。因此，该第一固有频率也被称为“第一弯曲固有频率(Biegeeigenfrequenz)”。该附属的固有形状是“第一弯曲固有形状”。如果附加其他的部件，例如风力发电设备塔变得更高，则该频率发生变化。即该频率显著地取决于构造状态。
在本发明的范围内，术语固有频率在相应的背景下包括风力发电设备塔在其自身处的固有频率或塔和(辅助)基座或固定件的组合的固有频率，即在一侧固定或紧固的塔的基本的固有频率。
特别当一个振动激发在频率范围内与该结构的固有频率重叠并且因此导致谐振(这些谐振能够破坏该结构)时，振动激发是关键性的。
主要通过冲击的风激发风力发电设备振动。在完成建造的、投入运行的设备中，塔首先对由于风引起的转子的负载作出反应而振动。此外，在海上风力发电设备中必须考虑到由冲击的波浪的形式的海水运动产生的激发。
独立的塔身构造振动的主要原因在于涡流发散即所谓的卡门(Karman)涡流，该涡流抑制导致涡流引起的横向振动(wirbelerregtenQuerschwingungen，WEQ或“vortexinducedvibrations”，VIV)。在此是围绕该塔流动的风或风场(在风向上看在塔的左侧和右侧交替)涡流发散的结果。该塔的振动和涡流发散相互增强。在放置该机舱并且该风力发电设备投入运行之后，该塔的固有频率以如下方式变化，使得WEQ仅还在低的风速下与该塔固有频率重叠并且因而是严重性较低的。然后塔首要地对由于风引起的以及在海上额外地由于波浪激发引起的转子的负载作出反应而振动。
原则上，没有吊舱的塔的固有频率高于完全装配的设备的固有频率。于是存在如下条件，其中由于卡门涡流引起的激发在经常出现的风速下诱导出WEQ。振动的幅值相应变得更大，使得施加到该风力发电设备塔上的机械负载和结构性负载相应地增长。
由于该WEQ在确定的风速和从属于该风速的交替侧涡流发散的频率下产生，风力发电设备的塔要么必须从未放置机舱的主体构造状态起就确保一个确定的长度(例如通过松弛)，要么必须采取措施以避免涡流发散。否则，WEQ可能导致塔被破坏。在临界长度下不存在或仅在实际上更小的程度上存在危险，因为具有少量的塔区段的、较短的塔截段的固有频率位于更高的频率范围内，实际上不必预期其从属的高风速。
对于完全建造的、没有吊舱的塔(取决于塔的高度和刚性)，临界风速(在该临界风速下涡流引起的横向振动对于该塔身构造是危险的)通常在10m/s和25m/s之间，因此，当预期有这一风速并且在提升该最后的塔层(Turmschusses)之后不能直接地拉动该吊舱时，不允许建造。
由此在建造风力发电设备时顾及如下状态，使得该最后的塔区段或在适当时该塔的这些最后的区段和该机舱在具有平静的天气情况的气象窗口(Wetterfenster)中被安装或放置塔上，优选在最大为9m/s的风速下。此类的气象窗口必须为至少几个小时或几天长。因此，等待适合的气象窗可能显著地延迟风力发电设备的建造并且由此引起高的成本。
由于在海上平均而言风更强劲，在海上比在陆地上能够更强烈地感受到振动问题的结果。与分段式地建造岸上塔不同，一般来说海上塔已经在港口中由多个具有垂直设置的纵轴线的塔区段组装并且出于位置原因优选直立在一个安装船上运输。在运输过程中，这些塔或塔区段由于风或波浪遭受激发。在此已经能够产生WEQ。此外，由于通常更持久和更高的风速，在海上适用于建造的气象窗口时间更短，使得一般来说与在岸上相比必须更久地等待适用于建造的气象窗口，这进而与用于海上施工现场的相应高额外成本相联系。
在运输到安装船上时附加的是，行驶气流能够额外地增强本来就占主导的风，使得可能产生更强的WEQ。此外，能够额外地由于船的横滚运动(船的横滚运动是由海浪导致的)而激发塔或塔区段的振动。安装船通常不构型为具有自身的液体横滚力矩缓冲器，该自身的液体横滚力矩缓冲器缓冲横滚运动，这些竖直的塔或塔区段的负载特别以如下方式使该横滚频率偏移，使得一个此类的缓冲器施展很小的作用。该滚动运动同样在塔的尖端或塔区段处导致一定程度的气流。
现在，一般来说以两个预先装配的区段来运输用于海上风力发电设备的塔，接着在两次提升中前后相继地将这两个预先装配的区段放置在海中的一个底座结构上或下部的塔区段上并与之相连接。通过分开的塔运输，用于激发(由于用于下部的区段的WEQ)的临界风速是如此高，使得这些风速不在临界尺度中出现。
但是当应安装完整的塔时，为了缩短用于海上工作的时间，则基于提高的塔高度，临界风速处于20m/s以下，即实际上可能出现。在该情况下必须强制地采取对抗WEQ的措施。
正如例如在WO2006/106162A2中或从EP1881195A1已知的，由于用于海上风力发电设备的塔一般来说在港口中被预先安装成一个直立的塔身构造和/或在一个安装船上直立地被运输，到目前为止，这些塔由于WEQ从一个确定的长度起就被保护，这种保护要么通过松弛进行要么在上部的塔区域中临时地安装螺旋线圈(Wendeln)以避免或抑制涡流发散。然而螺旋线圈的实际应用需要遵守关于螺旋线圈的厚度以及线圈的梯度的某些标准。在海上安装和拆卸这些螺旋线圈的耗费是巨大的。
从WO2008/000265A1已知一种塔内部的张力系统，塔刚性能够借助该该张力系统相应地适配于施工进程，以便使塔的固有频率下降得太低。
例如在WO2014/040598A1中也已经提供了在塔尖中临时保留的振动缓冲器，据此，多个沙袋分别悬摆式地被安排在对应最顶部的塔区段的上部区域中。
与此相反，本发明所基于的目的在于，进一步简化并更可靠地设计风力发电设备的建造。
该目的通过一种用于建造风力发电设备的方法实现，该风力发电设备具有一个塔和在塔尖上安排的一个机舱，其中首先建造一个塔身构造，其方式为，在该塔身构造上尚未放置机舱的塔身构造步骤中，在一个塔身构造阶段中或在多个塔身构造阶段中将一个或多个塔区段上下叠置成在多个塔区段的情况下使每个塔区段变大的一个塔身构造，直到到达该塔身构造的终止高度，其中在由所有塔区段组成的该塔身构造完全建造之后将该机舱放置在该塔身构造的尖端上并使该机舱与该塔身构造可旋转地相连接，其中该方法被改进为，使得至少一个振动缓冲器被安排在用于建成该塔身构造而最后放置的一个塔区段中，该振动缓冲器的缓冲频率适配于未放置机舱的塔身构造的一个第一振动基频，其中该至少一个振动缓冲器在将该机舱放置到该塔身构造上之后保留在该塔中，并且该至少一个振动缓冲器的缓冲频率适配于该完全建造的风力发电设备的一个第二振动基频。
振动缓冲器从塔振动中提取能量，该能量流入相对于该塔可移动地悬挂或支承的振动质量的振动中。该振动质量例如可以是悬摆质量、在弹簧处悬挂的质量或一种液体。理想地，振动质量的振动在一个确定的频率下相对于塔本身的振动具有180°的相位偏移，该频率对应于或接近于塔、塔截段或塔区段的一个第一弯曲模式或弯曲固有形状。因此，从该塔向该振动缓冲器中导出的振动能量和对塔振动的对应的缓冲是最大的。在最大缓冲的频率以上或以下，该相位偏移为大于或小于180°，从而减弱了缓冲的作用。
在本专利申请的范围内，所使用的术语缓冲频率、固有频率和振动基频具有以下意义。振动的物体(例如未负载的塔或没有振动缓冲器的塔截段)针对不同的弯曲模式或弯曲固有形状具有不同的固有频率。一个竖直设置的、在其下端紧固的塔的第一弯曲固有形状不具有振动节点，而较高的弯曲固有形状具有一个、两个或更多个振动节点。这些振动节点具有越来越高的固有频率并且实际上随着序数的增加而越来越少地被激发。在技术上最有意义的是该第一弯曲固有模式，该第一弯曲固有模式具有最低的固有频率并且因此在本申请的范围内被称为振动基频。
振动缓冲器具有其自身的固有频率。该振动缓冲器的振动的优选第一或最低的固有频率优选地选择为等于或接近于该塔的振动基频、即该塔的第一弯曲固有形状的固有频率。
相反地，缓冲频率是塔和振动缓冲器的耦合系统的一个特性。在耦合系统中得出一个缓冲频谱，该缓冲频谱在确定频率下具有最大缓冲并且在该最大缓冲的频率以上或以下具有减小的缓冲。在本申请的范围内，最大的缓冲的频率被称为缓冲频率。该耦合系统具有自身的固有频率，尤其缓冲频率，这些自身的频率和缓冲频率接近、但不等于未耦合的部件的固有频率。因此，安装在一个塔中的振动缓冲器在最大缓冲下不以其自身的固有频率振动。
该振动缓冲器的固有频率的适配由此也直接地导致缓冲频率的适配、即缓冲频谱的偏移。
与现有技术不同的是，用于塔的主体构造状态的振动缓冲器在建成的风力发电设备中保留在该最顶部的塔区段中即在该机舱下方的塔中。在此，这个或这些振动缓冲器以如下方式构型，使得振动缓冲器的缓冲频率能够适配于没有吊舱的塔身构造以及完全的风力发电设备所产生的不同的基本振动。这些振动频率在主体构造和完成建造的风力发电设备之间相差在2和10之间的范围内的因数(取决于风力发电设备类型)。因此，所产生的塔固有频率在施工状态下、即在塔身构造中处于0.2Hz和1Hz之间，但在最终状态下处于0.1Hz和0.3Hz之间。一个此类的改变需要振动缓冲器的较强的可配置性和可改变性。
从现有技术还已知用于风力发电设备的最终状态的振动缓冲器。但是在这些振动缓冲器中缓冲器质量和固有频率不适配于该塔身构造状态。
在本发明的范围内也可以使用具有相同的固有频率或具有不同的固有频率的多个振动缓冲器。
通过根据本发明的方法可能的是，仅用很小的修改将在施工状态下已经使用的振动缓冲器保持在该最顶部的塔区段中，以便在放置机舱之前或之后不再需要将该振动缓冲器从该最顶部的塔区段中拆卸。此外，由此改善了该风力发电设备的稳定性及因此该风力发电设备的状态安全性和操作安全性。在该风力发电设备的塔上预期的最大结构性负载通过振动缓冲已经在该塔身构造步骤中减小，从而能够使该塔构造得更轻和更廉价。相反地也可能的是，将针对正常运行所设置的振动缓冲器修改为仅用于施工状态，并且针对该风力发电设备的最终状态再次消除该修改。
在一个有利的改进方案中，在将该机舱放置到该塔或塔身构造上之后或之前不久实现使该至少一个振动缓冲器的固有频率适配于该完全建造的风力发电设备的振动基频。该方法步骤在短时间内(大多小于一个小时)度过，以便使相对短的时间窗口或气象窗口也允许该工作步骤。由于放置机舱已经导致WEQ被抑制，优选在放置该机舱之后实现振动缓冲器的适配，从而不形成具有在易受WEQ影响的塔身构造中的未适配的振动缓冲器的临界时间窗口。
有利的是，该至少一个振动缓冲器的固有频率能够在0.2至1Hz范围内的至少一个第一频率和在0.1至0.3Hz范围内的至少一个第二频率之间变化，其中该第一频率和该第二频率彼此相差一个为2或更大的因数、尤其相差至少一个因数3。通过该因数有效地消除了在塔身构造状态下和在放置机舱之后塔的振动基频之间的差异。
该至少一个振动缓冲器有利地形成为液体缓冲器、尤其晃动缓冲器或调谐液柱缓冲器(TLCD)，形成为弹簧质量缓冲器或悬摆缓冲器、尤其形成为与在该悬摆质量处的弹簧相组合的悬摆缓冲器和/或具有粘性悬摆缓冲的振动缓冲器。同样有利的是，包括多个相同或不同类型的振动缓冲器。
在该情况下，液体缓冲器例如是晃动缓冲器或所谓的调谐液柱缓冲器(TLCD)。晃动缓冲器包括一个或多个、优选闭合的液槽，这些液槽部分地用液体(例如盐水)填充，在这些液槽中液体被激发而运动、即“晃动”。
调谐液柱缓冲器是基本为“U”形的管道，该管道部分地用液体填充，例如水或盐水。水柱在该管道的这两个直立的或部分直立的末端之间往返晃动，其中该振动频率实质上取决于在整个基本为U形的水柱或一条流动线的长度。流动线通常理解为如下部段，液体颗粒以一个流的形式经过该部段。在水柱振动的情况下，该定义被修改为一条线，一系列颗粒在振动中沿着该线往返运动。这些如此定义的流动线从基本为U形的管道的一个末端的表面液位出发、经过在底部处的一个水平管连接件、到达在这些管道的另一个末端处的表面液位。由于液体柱相对于晃动缓冲器的更大的提升高度，能够在小质量下达到一个可比较的缓冲作用。在一个特别有利的实施方式中，能够将TLCD与至少一个另外的TLCD交叉式地组合。因此实现了对在不同的方向上的振动的振动缓冲。这两个TLCD被安排为竖直交错的。这些TLCD优选形成为分别闭合的系统或形成为共同闭合的系统。
这阻止了液体的蒸发和氧气的进入，以便在TLCD中长期避免腐蚀。这还有利于该系统的长期乃至完全的免维修。在该意义下，具有泄压阀的实施方式也理解为闭合的系统。该泄压阀仅具有如下目的，在很少出现的极度负载下避免TLCD过载。
但是晃动缓冲器(也被称为横滚缓冲器)也具有小于TLCD的结构高度，这在负荷承载器件中狭小的空间比率下是有利的。
弹簧质量缓冲器包括较重的质量，该质量大多在一个水平的平面中借助多个弹簧悬挂并在该弹簧框架内振动。悬摆缓冲器在竖直的绳子或链条处具有悬挂的质量，这些悬挂的质量对应其悬摆长度用其固有的振动频率悬摆。弹簧质量缓冲器和悬摆缓冲器能够自由地悬摆或在粘性液体中搅拌，以便缓冲该悬摆运动。该悬摆质量也可以借助弹簧侧向地悬挂并且由此形成悬摆缓冲器和弹簧质量缓冲器的混合形式。
对于在塔区段或塔中的使用，具有很小的竖直延伸的振动缓冲器具有节省空间的优点。未缓冲的悬摆仅有限地适用，因为例如对于0.2Hz的频率已经需要超过6m的悬摆长度(在0.1Hz下需要约25m)。当通过一种粘性液体、即借助于一种粘性的悬摆缓冲物来缓冲该悬摆质量时，所需的悬摆长度减小。
例如在本发明的范围内在该悬摆质量处的弹簧和粘性的悬摆缓冲的组合可以表现为，在塔身构造阶段首先形成为使该悬摆质量悬摆并且用弹簧张紧，这些弹簧随着塔身构造高度的增加而被忽略，以便修改该悬摆频率并在用于实现该完全的风力发电设备的振动基频的最后区段中安装一个具有粘性液体的缓冲浴。替代性的，也可以已经存在具有粘性液体的缓冲浴，并且要么保留在对应相同的浸入深度中，要么使每个区段被移动到更接近该悬摆质量，以便使浸入到该粘性液体中的部分经历随每次提升到另一个塔区段中而升高的阻力并且由此被更强地制动。相反的情形也是可能的。因此可以单独地设定为，使得该能量耗散随着塔高度的上升而增加或减少。这可以与弹簧悬挂相组合，然而该弹簧悬挂也可以是不必要的。
该振动缓冲器优选包括粘性缓冲。这在液体缓冲器如晃动缓冲器或TLCD中是内在的情况，因为该振动的液体具有粘度并且因此发生能量耗散。在弹簧质量缓冲器和悬摆缓冲器的情况下，在粘性缓冲下以上述方式通过在一种粘性液体中搅动实现能量耗散。
在建造用于适配该至少一个振动缓冲器的固有频率的塔身构造的过程中，在一个晃动缓冲器中优选尤其借助于取下隔板(Schottblechen)而增大一个相关联的晃动体积，其中从在该晃动缓冲器的总体积中的多个导轨中取出一个或多个、尤其所有的隔板，以便从多个小的晃动室中相应地产生一个较大的晃动室。
该液体在小的晃动体积(也被称为晃动室或晃动槽)下振动得更快，该振动频率在该晃动体积增大时相应地更大。优选如下地设定该晃动缓冲器的尺寸，使得在相关联的晃动体积下设定或缓冲该完全建造的、具有机舱的风力发电设备的塔的第一弯曲频率。将呈晃动缓冲器形式的振动缓冲器的固有频率以因数3改变例如能够通过将该晃动体积划分为在一个方向上的三个部分和在另一个方向上的同样三个部分实现。当这三个子域不一样大时，可以简单的方式设定一个已知的频率范围，在该频率范围中单独的子体积分别被设定为大致与其他的子体积尺寸相异。
在使用一个弹簧质量悬摆或与该悬摆质量处的弹簧相组合的一个悬摆缓冲器的情况下，优选地提出，在建造塔身构造的过程中为了适配该至少一个缓冲器的固有频率，减少弹簧的数量和/或通过具有更小弹簧力的弹簧代替所使用的弹簧。
同样有利的是，在建造塔身构造的过程中为了适配该至少一个缓冲器的固有频率，在具有两个提升管的一个调谐液柱缓冲器中减小在该振动缓冲器的至少一个提升管中的液体上的空气柱的空气弹簧效应，尤其通过打开在相应的、处于最大偏转的液位上方的一个提升管中或两个提升管中的一个开口或多个开口和/或一个泄压阀或多个泄压阀和/或打开在使这两个提升管中的这些空气柱彼此相连接的连接管中的一个截止阀。
在一个悬摆缓冲器中在建造塔身构造的过程中为了适配该至少一个缓冲器的固有频率，优选增大该悬摆长度，其中尤其通过在承载件(这些承载件被安排在该塔壁处或依赖于在该塔中的一个平台)处的弯折或通过由链节固定来设定该悬摆长度。
在本发明的范围内，这些单独的振动缓冲器类型(即不同的液体缓冲器、弹簧质量缓冲器或悬摆缓冲器)也可以缓冲地或未缓冲地彼此组合。
有利的是，在开始建造该风力发电设备之前已经计算或确定了在至少一个塔身构造阶段中的塔身构造和该完全建造的风力发电设备的振动基频，并且该至少一个振动缓冲器的固有频率适配于该振动基频。
本发明所基于的目的还通过用于风力发电设备的振动缓冲器实现，该振动缓冲器能够被紧固在最后放置的、用于建成该塔身构造的塔区段中，该振动缓冲器被改进为，使得该振动缓冲器的固有频率能够适配于未放置机舱的风力发电设备的塔身构造的一个第一振动基频并且能够适配于已放置机舱的风力发电设备的一个第二振动基频，其中尤其该至少一个振动缓冲器的固有频率能够在0.2至1Hz范围内的至少一个第一频率和在0.1至0.3Hz范围内的至少一个第二频率之间变化，其中该第一频率和该第二频率彼此相差一个为2或更大的因数、尤其相差至少一个因数3，其中该振动缓冲器尤其形成为液体缓冲器、尤其晃动缓冲器或调谐液柱缓冲器，形成为弹簧质量缓冲器或悬摆缓冲器、尤其形成为与在该悬摆质量处的弹簧相组合的悬摆缓冲器，该振动缓冲器尤其具有粘性缓冲。正如上文针对根据本发明的方法所说明的，该粘性缓冲或者通过作为具有内在的粘性缓冲的液体缓冲器的缓冲器类型得出，或者通过搅动振动质量的一部分或从该振动质量伸出的、在一种粘性液体中的浸入体的一部分而得出。
有利的是，为了适配固有频率，在一个晃动缓冲器中尤其能够借助于取下隔板而增大或减小一个相关联的晃动体积，其中从在该晃动缓冲器的总体积中的多个导轨中取出一个或多个、尤其所有的隔板，以便从多个小的晃动室相应地产生一个较大的晃动室。
同样有利的是，为了适配固有频率，在一个弹簧质量缓冲器或与该悬摆质量处的弹簧相组合的一个悬摆缓冲器中减少或增大弹簧的数量和/或通过具有更小或更大弹簧力的弹簧代替所使用的弹簧。
有利的是，为了适配固有频率，在液体填充的、具有两个提升管的一个调谐液柱缓冲器中减小或增大在该振动缓冲器的至少一个提升管中的液体上的空气柱的空气弹簧效应，尤其通过打开或关闭在该相应的、处于最大偏转的液位上方一个提升管中或两个提升管中的一个开口或多个开口和/或一个泄压阀或多个泄压阀和/或打开或关闭在使这两个提升管中的这些空气柱彼此相连接的连接管中的一个截止阀。
优选的是，为了适配固有频率，在一个悬摆缓冲器中增大或减小该悬摆长度(L1，L2)，其中尤其通过在承载件处或在塔中的一个临时平台处的弯折或者通过由链节固定来设定该悬摆长度(L1，L2)。
有利的是，针对这些缓冲器类型所提及的用于减小固有频率的措施是可逆的，以便再次提高该固有频率。
本发明所基于的目的还通过一种风力发电设备实现，该风力发电设备具有一个由多个塔区段组成的塔和在该塔的尖端上安排的一个机舱以及具有基本水平的转子轴线的一个转子，该风力发电设备先前所述的本发明方法建造，该风力发电设备包括至少一个前述的、根据本发明的振动缓冲器，该振动缓冲器在塔中被安排在位于该塔的最顶部的塔区段的一个上部区域中该机舱下方，并且能够在该振动缓冲器的固有频率中适配于未放置机舱的塔身构造的振动基频并且能够适配于该完全建造的风力发电设备的振动基频。
该风力发电设备已经在塔身构造阶段通过使用相应的振动缓冲器而变得更加稳定，以便能够能够以更小的负载要求来设定这些塔区段或该塔的尺寸。替代性地，提高了稳定性和抵抗性。
前述的根据本发明的方法的涉及到方法结果的特征、特性和优点在相应的风力发电设备中实现。
本发明的其他特征可以从本发明实施方式的说明和权利要求书及附图中看出。根据本发明的实施方式能够满足单独的特征或多个特征的组合。
在下文中，本发明在不限制总体发明构思的情况下参考附图借助实施例进行说明，其中至于所有在文本中没有详细说明的本发明细节明确地参见附图。附图中：
图1a)、1b)示出了根据本发明的风力发电设备和根据本发明的塔身构造的示意图，
图2示出了另一个根据本发明的风力发电设备的示意图，
图3示出了根据本发明可使用的振动缓冲器的示意图，以及
图4a)、4b)示出了另一个根据本发明可使用的振动缓冲器的示意图。
在附图中，相同的或相同类型的元件和/或部分相应地设置有相同的参考数字，使得相应地省去重新说明。
图1a)示出了一个所属类型的风力发电设备10，在此情况下为一个岸上风力发电设备，该岸上风力发电设备位于地基2上。该地基2在海上风力发电设备中位于水下，使得存在一个底座结构形式的下部构造，该下部构造建立在该地基2中并且在水位之上结束。然后将一个塔20建造在该下部构造上。
在图1a)中示出的岸上风力发电设备中可以看出底座5或在该地基2上的基座的表面的部分，具有五个塔区段22l至22v的塔20被建造在该地基上，其中在图1a)中示例性地示出了最上部的两个塔区段22lV。单独的塔区段22l至22v的高度从下向上增加。该塔20可以向上变窄、具有一个恒定的直径或者还具有在轮廓中的转折点，即以如下方式实施该塔，使得该塔在该下部区域中变窄之后在该上部区域中向上扩大。特别有利的是，在一个相对细长的塔中充足地提供用于安装该振动缓冲器的空间。在该塔20的尖端处安排有一个机舱40，其中图1a)示出了具有一个转子30的机舱40的侧视图，该转子具有一个转子轮毂32，该转子轮毂具有一个也被称为“旋转件(Spinner)”的盖件和三个转子叶片34。在该侧视图中能够看到上部的转子叶片34的全部长度，两个呈120°偏置安排的转子叶片34之中只能透视地截短地看到较近的转子叶片，该较近的转子叶片遮盖住了在附图平面后方安排的第三个转子叶片。
在该机舱40下方的最顶部的塔区段22v的上部部分中在一个平台28和一个提升平台29之间安排有一个振动缓冲器50，该提升平台使提升到该吊舱或该机舱40中成为可能。该振动缓冲器50在该风力发电设备10运行期间缓冲塔振动。
在图1b)中，在图1a)中的塔20作为未放置吊舱或机舱40的塔身构造24被示出。在该塔身构造24的左边用大括号示出了塔身构造阶段24l至24v，这些塔身构造阶段通过设置或放置相应的塔区段22l至22v而产生。该振动缓冲器50被安排在该最顶部的塔区段22v中。同样地示出了用于安装该机舱40(尤其一个未示出的方位调节单元)的一个上部的塔接口凸缘26。
在图2中示出了具有一个悬摆缓冲器60的、根据本发明的风力发电设备10的替代性实施例。具有悬摆质量62和悬摆长度L2的悬摆64被悬挂在该最顶部的塔区段22v中的一个平台28处。优选以如下方式设置该悬摆长度L2，使得该悬摆缓冲器60缓冲该完成建造的风力发电设备的塔20的该第一弯曲固有形状。对于该塔身构造状态示出了位于该平台28下方的一个临时的平台66，该临时的平台形成了一个用于悬摆64的限制件。该悬摆在该限制件处弯折。在该限制件下方的有效的悬摆长度仅是L2－L1。在该实施例中，长度比率L1:L2约为1:3，以便能够通过移出该临时的平台使该悬摆频率减小约为2.25的因数。
图3示出了根据本发明可使用的、呈晃动缓冲器50形式的振动缓冲器的一个示意图，正如例如在图1中示出的。该振动缓冲器具有外部的侧壁52，这些侧壁包围一个晃动总体积。可取出的隔板56容纳在该总体积中，该隔板将该总体积划分为多个单独的晃动室54。为了减小该晃动缓冲器50的固有频率，单独的或所有的隔板56被移除，以便使这些单独的晃动室54与扩展的晃动室相连接或最终使该未划分的总体积用作晃动室。这优选在将一个机舱放置到该塔上之前或之后不久实现。
在图4a)和图4b)中示出了另一个根据本发明可使用的、呈TLCD形式的振动缓冲器70、70'的示意图。
在图4a)中示出的TLCD振动缓冲器70具有两个提升管72，这些提升管通过下部区域中的一个水平管74彼此相连接。为了使这些提升管72彼此相连接，该水平管74由两个部件构造，这些部件借助于一个管接头76彼此相连接。这些提升管72和该水平管74一起形成一个基本为“U”形的管道，该管道部分地用盐水78填充。当该TLCD70被装入一个振动的塔10或一个振动的塔身构造24中时，该水柱78开始振动，使得在这些提升管(72，72')中的盐水78的水位80相反地上升和下降。通过在这些提升管72中的盐水78的较高的振幅或较高的提升来补偿相对于一个晃动缓冲器较小的水量。
在这些提升管72中在该盐水78上方存在空气体积或空气柱81。当这些空气体积或空气柱相对于外部空气闭锁时得出如下空气弹簧效应，其中当水位80上升时，在空气柱81中的空气的压缩向水78的表面施加一个返向驱动力。同样地，当该空气柱81在对置的侧面上闭锁时在那里的水位下降时得出负压，即一个将水78再次向上吸的力。与盐水78的振动方向相反的空气弹簧效应提高了该振动频率。
在这些提升管72的上部中存在用于进入和退出这些提升管72的多个人孔82，这些人孔在正常的运行中优选为闭合的，以避免盐水78随着风力发电设备10的运行的年份由于蒸发而损失。在这个实施例中，在这些提升管72中的空气柱81与一个连接管84彼此相连接，一个截止阀86被安排在该连接管中。如果该截止阀86打开，则这两个提升管72的这些空气柱81彼此相连接并且不产生空气弹簧效应。如果该截止阀86闭合，则这些空气柱81彼此分离并且在两个提升管72中形成空气弹簧效应。
图4b)示出了TLCD振动缓冲器70'的另一个实施例。该TLCD振动缓冲器与图4a)的TLCD振动缓冲器70的不同之处首要地在于，在这些提升管72'之间不存在连接管84，但是至少一个提升管72'在其上侧处具有一个泄压阀88，在该空气柱72'中形成过高的超压或负压时该卸压阀打开。
正如在图4b)中还能看出的是，该TLCD70'与至少另一个TLCD70交叉式地相组合。因此实现了对在不同的方向上的振动的振动缓冲。为了实现水平管74、74'的交叉，这些水平管被竖直交错地安排。提升管72的有效的总高度与提升管72'的总高度相等，因为后者中在该水平管74'的下缘以下的体积不参与振动。但是该下部提高了该TLCD振动缓冲器70'的稳定性。
在图4a)和4b)中示出的实施例中，该空气弹簧压力能够在多个级别中被调节。在该风力发电设备的最终状态下，可以在正常的运行中打开在该连接管84中的截止阀86。由此完全地免除了该空气弹簧效应。在该截止阀86闭合时，一个提升管72、72'可以保持打开，并且需要卸压阀88的该另一个提升管闭合，以便产生一侧的空气弹簧效应。在另一个强化方案中，可以闭合两个提升管72、72'并且在适当时构型为具有多个卸压阀。在该情况下产生更强的(因为是两侧的)空气弹簧效应。
所有提及的特征、还有可以从附图中单独得出的以及与其他特征组合地披露的独立特征，都单独地及组合地被视为对本发明必要的特征。根据本发明的实施方式能够通过独立的特征或多个特征的组合得到满足。在本发明的范围内，用“尤其”或“优选”表明的特征理解为任选的特征。
参考符号清单
2地基
5底座
10风力发电设备
20塔
22l-22v塔区段
24塔身构造
24l-24v塔身构造阶段
26上部的塔接口凸缘
28平台
29上升平台
30转子
32转子轮毂
34转子叶片
40机舱
50晃动缓冲器
52侧壁
54晃动室
55扩展的晃动室
56可取下的隔板
60悬摆缓冲器
62悬摆质量
64悬摆
66临时平台
70，70'TLCD-振动缓冲器
72，72'提升管
74，74'水平管
76管接头
78盐水
80水位
81空气柱
82人孔
84连接管
86截止阀
88泄压阀
L1缩短的悬摆长度
L2完全的悬摆长度

Claims (21)

1.用于建造风力发电设备(10)的方法，该风力发电设备具有一个塔(20)和在塔尖上安排的一个机舱(40)，其中首先建造一个塔身构造(24)，其方式为，在该塔身构造(24)上尚未放置机舱(40)的塔身构造步骤中，在一个塔身构造阶段(24l-24v)中或在多个塔身构造阶段(24l-24v)中将一个或多个塔区段(22l-22v)上下叠置成在多个塔区段(22l-22v)的情况下使每个塔区段(22l-22v)变大的一个塔身构造(24)，直到到达该塔身构造(24)的终止高度，其中在由所有塔区段(22l-22v)组成的该塔身构造(24)完全建造之后将该机舱(40)放置在该塔身构造(24)的尖端上并使该机舱与该塔身构造(24)可旋转地相连接，其特征在于，至少一个振动缓冲器(50，60，70，70')被安排在用于建成该塔身构造(24)而最后放置的一个塔区段(22v)中，该振动缓冲器的固有频率适配于未放置机舱(40)的塔身构造(24)的一个第一振动基频，其中该至少一个振动缓冲器(50，60，70，70')在将该机舱(40)放置到该塔身构造(24)上之后保留在该塔(20)中，并且该至少一个振动缓冲器的固有频率适配于该完全建造的风力发电设备(10)的一个第二振动基频。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将该机舱(40)放置到该塔(20)或塔身构造(24)上之后或之前不久实现使该至少一个振动缓冲器(50，60，70，70')适配于该完全建造的风力发电设备(10)的振动基频。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该至少一个振动缓冲器的固有频率能够在0.2至1Hz范围内的至少一个第一频率和在0.1至0.3Hz范围内的至少一个第二频率之间变化，其中该第一频率和该第二频率彼此相差一个为2或更大的因数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一频率和该第二频率彼此相差至少一个因数3。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该至少一个振动缓冲器(50，60，70，70')形成为液体缓冲器、晃动缓冲器(50)或调谐液柱缓冲器(70，70')，形成为弹簧质量缓冲器或形成为悬摆缓冲器(60)，其具有或不具有在该悬摆质量处的弹簧和/或具有粘性缓冲。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在建造塔身构造(24)的过程中为了适配该至少一个振动缓冲器(50，60，70，70')的固有频率，在一个晃动缓冲器(50)中增大一个相关联的晃动体积。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述晃动体积借助于取下隔板(56)而增大，其中从在该晃动缓冲器(50)的总体积中的多个导轨中取出一个或多个或所有的隔板(56)，以便从多个小的晃动室(54)中相应地产生一个较大的晃动室(55)。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在建造塔身构造(24)的过程中为了适配该至少一个振动缓冲器(50，60，70，70')的固有频率，在一个弹簧质量缓冲器或与该悬摆质量(62)处的弹簧相组合的一个悬摆缓冲器(60)中减少弹簧的数量和/或通过具有较小弹簧力的弹簧代替所使用的弹簧。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在建造塔身构造(24，24l-24v)的过程中为了适配该至少一个振动缓冲器(50，60，70，70')的固有频率，在液体填充的、具有两个提升管(72，72')的一个调谐液柱缓冲器(70，70')中减小在该振动缓冲器(70，70')的至少一个提升管(72，72')中的液体(78)上的空气柱(81)的空气弹簧效应。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，通过打开在相应的、处于最大偏转的液位(80)上方在一个提升管(72，72')中或在两个提升管(72，72')中的一个开口或多个开口和/或一个泄压阀(88)或多个泄压阀(88)和/或打开在使这两个提升管(72，72')中的这些空气柱(81)彼此相连接的连接管(84)中的一个截止阀(86)来减小所述空气弹簧效应。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在建造塔身构造(24)的过程中为了适配该至少一个振动缓冲器(50，60，70，70')的固有频率，在一个悬摆缓冲器(60)中增大该悬摆长度(L1，L2)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过在承载件处或在塔(20)中的一个临时平台(66)处的弯折或者通过由链节固定来设定该悬摆长度(L1，L2)。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在开始建造该风力发电设备(10)之前已经计算或确定了在至少一个塔身构造阶段(24l-24v)中的塔身构造(24)的振动基频和该完全建造的风力发电设备(10)的振动基频，并且该至少一个振动缓冲器(50，60，70，70')的固有频率适配于该振动基频。
14.用于风力发电设备(10)的振动缓冲器(50，60，70，70')，该振动缓冲器能够被紧固在最后放置的、用于建成该塔身构造(24)的塔区段(22v)中，其特征在于，该振动缓冲器(50，60，70，70')的固有频率能够适配于未放置机舱(40)的风力发电设备(10)的塔身构造(24)的一个第一振动基频并且能够适配于已放置机舱(40)的风力发电设备(10)的一个第二振动基频。
15.根据权利要求14所述的振动缓冲器(50，60，70，70')，其特征在于，该至少一个振动缓冲器(50，60，70，70')的固有频率能够在0.2至1Hz范围内的至少一个第一频率和在0.1至0.3Hz范围内的至少一个第二频率之间变化，其中该第一频率和该第二频率彼此相差一个为2或更大的因数。
16.根据权利要求14所述的振动缓冲器(50，60，70，70')，其特征在于，该振动缓冲器(50，60，70，70')形成为液体缓冲器、晃动缓冲器(50)或调谐液柱缓冲器(70，70')，形成为弹簧质量缓冲器或形成为悬摆缓冲器(60)，其具有或不具有在该悬摆质量处的弹簧和/或具有粘性缓冲。
17.根据权利要求14所述的振动缓冲器(50，60，70，70')，其特征在于，为了适配该固有频率，在一个晃动缓冲器(50)中能够借助于取下隔板(56)而增大或减小一个相关联的晃动体积，其中从在该晃动缓冲器(50)的总体积中的多个导轨中取出一个或多个或所有的隔板(56)，以便从多个小的晃动室(54)中相应地产生一个较大的晃动室(55)。
18.根据权利要求14所述的振动缓冲器(50，60，70，70')，其特征在于，为了适配该固有频率，在一个弹簧质量悬摆或一个具有或不具有在该悬摆质量(62)处的弹簧的悬摆缓冲器(60)中减少或增大弹簧的数量和/或通过具有较小或较大弹簧力的弹簧代替所使用的弹簧。
19.根据权利要求14所述的振动缓冲器(50，60，70，70')，其特征在于，为了适配该固有频率，在液体填充的、具有两个提升管(72，72')的一个调谐液柱缓冲器(70，70')中减小或增大在该振动缓冲器(70，70')的至少一个提升管(72，72')中的液体(78)上的空气柱(81)的空气弹簧效应，通过打开或关闭在该相应的、处于最大偏转的液位(80)上方在一个提升管(72，72')中或在两个提升管(72，72')中的一个开口或多个开口或一个泄压阀(88)或多个泄压阀(88)和/或打开或关闭在使这两个提升管(72，72')中的这些空气柱(81)彼此相连接的连接管(84)中的一个截止阀(86)。
20.根据权利要求14所述的振动缓冲器(50，60，70，70')，其特征在于，为了适配该固有频率，在一个悬摆缓冲器(60)中增大或减小该悬摆长度(L1，L2)，其中通过在承载件处或在塔(20)中的一个临时平台(66)处的弯折或者通过由链节固定来设定该悬摆长度(L1，L2)。
21.风力发电设备(10)，该风力发电设备具有由多个塔区段(22l-22v)组成的塔(20)和在该塔(20)的尖端上安排的一个机舱(40)以及具有基本水平的转子轴线的一个转子(30)，该风力发电设备根据权利要求1至13之一所述的方法建造，该风力发电设备包括至少一个根据权利要求14至20之一所述的振动缓冲器(50，60，70，70')，该振动缓冲器在塔(20)中被安排在位于该塔(20)的最顶部的塔区段(22v)的一个上部区域中该机舱(40)下方，并且能够在该振动缓冲器的固有频率中适配于未放置机舱(40)的塔身构造(24)的振动基频并且能够适配于该完全建造的风力发电设备(10)的振动基频。
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