專利名稱：螺旋焊接的圓錐塔架段的制作方法
螺旋焊接的圓錐塔架段
背景技術：
本發明涉及分別根據權利要求1和12的前序部分用于制造圓錐形狀結構的方法以及設備。此外，符合本發明的裝置、系統和方法涉及用于焊接圓錐段、包括圓錐塔架段的方法和設備。相關技術的描述當前，金屬圓錐塔架的裝配和制造是通過連接圓錐的段或筒(can)來完成。這些圓錐塔架通常用于風塔發電機，該風塔發電機由風產生電力，并且典型在高度上超過60 米。因為塔架的總尺寸非常大并且要求巨大的焊接資源，因此，它們是在遠離最終安裝位置的地方制造的。然而，因為從制造地點到安裝位置的裝運限制，整個圓錐塔架不能被組裝并運輸到安裝地點。因為這些限制，一系列的圓錐筒被焊接到一起形成高度約20-30米的塔架段(tower section)，這些塔架段可以被裝運。因此，裝配完整的塔架必須由一系列個別的圓錐筒制備三個03)20至30米長的段，然后裝運到所述塔架的最終安裝位置。該過程典型地要求一周來制造單個風力發電機塔架的組件。此外，由于所述復雜形狀必須要在制作圓錐筒前制造，當前圓錐筒的制造牽涉產生實質性的材料浪費和拖延。這在圖IA和IB中被展示。圖IB圖示說明如上所述的圓錐筒100。典型的圓錐塔架段由若干圓錐筒100構成，每個圓錐筒100具有不同的直徑使得塔架段能夠被形成。圓錐筒100種的每一個由金屬(例如，鋼鐵)板段101制成，該金屬板段卷制并在縫105處焊接，形成所示的圓錐筒形狀。然而，如圖IA所示，需要形成筒100的板段101不是矩形的。如圖IA所示，板101(當平放時)具有兩個彎曲的邊(如所示的頂部和底部)和兩個成角度的邊(如所示的邊)。這種形狀是需要的，以導致如圖IB中所示的完成的圓錐形狀。如圖IA所示，板101由矩形片材供應物103形成。這就產生了大量的廢料(大約10% -15% )。這些額外的加工和形成步驟還增加了勞動時間和花費。隨著對替代能源的日益上升興趣，存在著對風塔發電機的日益上升的興趣。因此， 就出現了更加有效果并且有效率地制造圓錐塔架的需要。發明的簡要說明本發明在一個實施方案中，提供了用于制造根據權利要求1圓錐形狀結構的方法，該方法包括提供板給卷板裝置，用所述卷板裝置以具有縫的螺旋方式來卷制所述板。所述方法進一步包括改變所述縫的角度來卷制所述板使其成為圓錐形狀，然后焊接所述縫。 在另一個實施方案中，本發明提供了設備。其他實施方案可從說明書、權利要求書和附圖中推斷出。
通過詳細描述本發明示例性實施方案，并參考所述附圖，本發明上述和/或其他方面將更加明顯，其中圖IA示出用于制造圓錐筒的板的示意圖。圖IB示出由圖IA的板制成的圓錐筒示意圖。
圖2A示出根據本發明的實施方案的圓錐塔架段的示意圖。圖2B示出根據本發明的另一個實施方案的圓錐塔架段的示意圖。圖2C示出根據本發明的再一個實施方案的圓錐塔架段的示意圖。圖2D示出根據本發明的一個實施方案的圓錐塔架的示意圖。圖3示出根據本發明的實施方案制造圓錐塔架段的方法示意圖。示例件實施方式的詳細說明現在本發明的示例性實施方案將參考附圖詳細說明如下。所描述的示例性實施方案旨在幫助理解本發明的目的，而不是意圖以任何方式限制本發明范圍。在全文中，類似的參考數字是指類似的要素。圖2A-2C繪示了根據本發明各種實施方案制造圓錐塔架段200的各種實施方案。 如圖2A所示，圓錐塔架段200由矩形形狀的板201制造，該矩形形板以螺旋方式被連續卷制并且在縫202處被焊接。然而，與典型的螺旋方式不同，在這個實施方案中，縫(相對于水平方向-如圖虛線所示)的角度θ 1/ θ 2沿著圓錐塔架段200的長度改變。通過改變沿著長度的角度θ 1/θ 2，圓錐塔架段200的直徑改變以致獲得圓錐形狀。因此，在段200的一端，直徑大于位于另一端。例如，如圖所示，底端206具有比頂端207更大的直徑。當然， 應理解的是，連同直徑之間的區別，每個端的相對直徑是段200設計參數的函數。為了制造段200 (將在下面更詳細地討論)，板201具有大體上矩形的形狀，以及足以完成段200整個高度的長度。板201然后以如圖所示的角度θ 1/θ 2連續卷制，使得角度θ 1/θ 2不斷地變化，導致段200的整體圓錐形狀。在卷制過程期間，縫202采用適當的焊接方法和技術連續焊接。在本發明的實施方案中，角度θ 1(從水平方向)大于所述角度 θ 2。這樣的角度差將會引起段200的直徑較小，而此時角度θ 2較大。也就是說，當角度 θ 2相對于角度θ 1增加，段的直徑將減小。因為上述實施方案的連續本性，段200的制造被極大地簡化了并且所需的時間顯著減少。例如，上述實施方案能夠將塔架段的制造時間從大約一(1)周減少到幾個小時，這是可以預期的。在本發明的另一個實施方案中，用于制造段200的板201不含矩形的形狀，而是被制成具有這樣的幾何形狀的不規則四邊形，即，使得不必在制造期間引起板201定向的改變就獲得了段200所期望的圓錐形狀。下面將進行進一步討論。圖2Β繪示了本發明的再一個示例性實施方案。特別地，如圖2Β所示，段200由多塊板201Α和201Β制成。注意到盡管展示了兩( 塊板201A和201B，本發明不受限于該配置，因為能夠使用多于兩( 塊板是被預期的。本發明不受限于此。在該實施方案中，所用板的數量是可獲得的這些板的長度的函數和/或這些板需要的厚度的函數。例如，因為段200的總長度能夠高達30米(或更高，取決于其應用)，取得具有所需長度的單一塊板201可能是困難的。因此，多塊板201A/201B能夠與焊接縫203 一起使用以達到期望的段200的高度。另外，如眾所周知的，在塔架較高部分的板所經受的結構載荷小于在塔架較低部分的板所經受的結構載荷。因此，在所述塔架底部所需的板的厚度(典型地大約36mm)并非所述塔架頂部所需的厚度(在那里，所需的典型地僅為約10_12mm)。在現有的建造方法中(如針對圖IA和IB所描述的)，圓錐筒100由依次更薄的板101制成。因此，對于要用相同厚度制作的整個塔架而言，這是沒有必要的且是浪費的。在本發明的實施方案中，較厚的板201A在接合處203焊接到較薄的板201B，來構成一個單板結構，如參照圖2A在上文中所討論的。然后，該單板結構如之前所述被卷制和焊接來獲得圓錐形狀。這在圖2B所示的實施方案中被繪示，其中較厚的板201A在縫203 處被焊接到較薄的板201B。組合后的板結構然后被卷制來創建如上文描述的圓錐段200。 每個板段201A/201B的總長度和相對厚度是所要求設計參數的函數。在本發明的可替換的實施方案中，能夠使用沿其長度變化厚度的單塊板201。在這樣的實施方案中，期望的不同厚度是連同段200的高度一起達到的，而不需要連接分開的板 201A/201Bo圖2C為本發明另一實施方案的示意圖，除了段200的上端207沒有水平切割，該實施方案在結構上與圖2A類似。取而代之的是，端207由板201的端209形成。本發明的段200采用諸如采用螺栓連接(未示出)的現有方法固定到其他段上是被預期的。在這樣的實施方案中，相鄰的段(在圖2C中未示出)被這樣配置使得相鄰的段的底端與板端209 和之前的段的上端207聯鎖，以提供在兩個段之間的聯鎖型配合。在這樣的實施方案中，段能夠以諸如焊接、螺栓等任意適當的方式固定至彼此。圖2D圖示了根據本發明實施方案制作的完整的圓錐塔架201。如圖所示，塔架201 由三個段200-1、200-2和200-3構成。然而，本發明不受限于采用三(；3)個段來制作塔架 201。事實上，塔架201能夠由單一塊板201(因此是一單個的段)或兩個段、或者多于三的段構成是被預期的。就這一點而言，本發明不受限制。如在示例性的、不受限的圖2D所示，底部的段200-1是由第一板201A-1和在縫 203-1處固定到彼此的第二板201B-1構成。這里，板201A-1比板201B-1更厚，但也可以具有類似的厚度。在另一個實施方案中，如之前所述，段200-1由具有或是不變的或是變化的厚度的單一塊板制成。中間的段200-2通過焊接、螺接或是任意合適方法在接合處205固定到底部的段 200-1。中間的段200-2由第一板201A-2和在縫203-2處固定至彼此的第二板201B-2構成。在一個實施方案中，板201A-2比板201B-2厚，板201A-2比來自底部的段200-1的板 201B-1薄。但是，板201A-1和201B-2也能夠具有彼此類似的厚度、與板201B-1類似的厚度或比板201B-1薄。在另一個實施方案中，如之前所述，段200-2由具有或是不變的或是變化厚度的單一塊板制成。段200-2可以具有類似的、薄于段200-1的厚度。當然，被預期的是，段200-2可以，至少在段200-2的一些部分，比段200-1厚，以將檢修門的提供等等考慮進去ο上部的段200-3通過焊接、螺接或任何一個適當的方式在接合處205固定到中間的段200-2。上部的段200-3由第一板201A-3和在縫203-3處固定至彼此的第二板201B-3 制成。在一個實施方案中，板201A-3比板201B-3厚，板201A-3比來自中間的段200-2的板201B-2薄。但是，板201A-3和201B-3也能夠具有彼此類似的厚度，并且具有類似的薄于板201B-2的厚度。在另一個實施方案中，如之前所述，段200-3由具有或是不變的或是變化厚度的單一塊板制成。段200-3可以具有類似與或薄于段200-2的厚度。在本發明的另一個實施方案中，整個圓錐塔架210由具有或是一致的或是變化厚度的單一塊板制成。進一步地，盡管接合處205如所示具有基于水平方向的連接，被預期的是，能夠使用其他接合處結構。例如，每個段200-1和200-2可以采用如在圖2C中頂端207 所示的接合處配置。現在轉向圖3，該圖繪示了用于制造本發明的圓錐塔架段的設備300的示例性實施方案。當然，本發明不限于在圖3中提出的系統或方法。設備300包含卷板裝置301，該卷板裝置用于卷制所述板201A/B到所必需的直徑來創建所需的圓錐段。卷板裝置301的結構和配置與在工業應用中的用于螺旋卷制鋼鐵板的已知或是現有設備等等是相一致。因為存在這樣的設備，這文將不包括對設備301或其操作的詳細討論。耦合到卷板設備301的是臺板結構303。如圖所示，臺板結構303作為引入的板 201A/B的支撐或是床進行操作，其中，所述引入的板201A/B被送入所述卷板裝置301。臺板303的結構和/或配置使得在卷制過程期間為板201A/B提供足夠的支撐。可使用現有的或是已知的臺板結構。進一步地，因為本發明可以采用用于制造的特別長的板，臺板結構 303具有長度長于已知典型臺板結構，從而為板201A/B的長度提供充分的支撐，這是被預期的。在本發明的一個實施方案中，臺板結構303相對于卷制結構301是可旋轉的，以便在卷制過程期間板201A/B的引入角度θ是可變的。因此，在段200的制造期間，臺板結構 303的角度θ被改變以便改變縫202的角度θ，這種改變實現了段200的圓錐形狀。在本發明的一個實施方案中，在卷制過程期間臺板的角度θ連續變化，以實現縫202的角度θ 3 的連續變化。假定板201Α/Β的板縱向邊L是彼此平行的，隨著臺板結構303的角度θ變化，縫的角度θ 3發生變化。這樣的變化將改變段200的圓錐形狀。例如，隨著縫角度θ 3增加， 段200的直徑將減小。被預期的是，該角度的變化能夠在卷制過程期間逐步地發生，或者， 如段200的設計參數所要求的，該角度的變化能夠連續地發生。如圖3所示，要被卷制的板由在縫203處連接的兩塊板20IA和20IB制成。如之前所述，這些板201Α和201Β能夠具有相同的或是不同的厚度。進一步地，當卷制過程仍在進行時、或者在所述卷制過程之前，這些板可以在縫203處焊接或者以其他方式固定到彼此上。如上文討論，被預期的是，單一塊板或是多塊板被卷制來制作段200。在本發明的實施方案中，不是改變所述臺板結構303的角度，而是相對于卷板裝置301的引入的板201Α/Β的角度被改變。通過移動相對于臺板結構303和/或卷板裝置 301的板201Α/Β的源(未示出)，能夠實現這種改變。例如，板201Α/Β的源(未示出)可以是相對于所述臺板結構303和/或裝置301可移動的一卷材料。在本發明的實施方案中，如其所示，控制器305用于在卷制過程期間控制板201Α/ B和/或臺板結構303的角度θ。控制器305可以是計算機裝置等。在一個實施方案中， 控制器305基于預編程的制造信息、和/或關于所述卷制過程的反饋、和/或關于縫202的角度的反饋、和/或關于段200的直徑和/或其他源自動地控制角度。在再一個實施方案中，控制器305可以采用手動使用者輸入來控制所述角度或自動和手動輸入組合。因為本領域的技術人員能夠開發出有效實施本發明的卷板操作的控制器，控制機理的詳細討論將不在文本中被描述。在本發明的另一個實施方案中，不改變相對于卷板裝置301的板201Α/Β和/或臺板結構303的角度，而是板201A/B的形狀被這樣設計，使得通過采用典型的卷制過程，就能獲得成為段200的圓錐形狀。這樣的實施方案要求板201A/B預先成形為期望的形狀來實現段200的所需圓錐形狀。在再另一個可替換的實施方案中，改變相對于正在被卷制的板201A/B和/或卷制裝置301的段200的角度，而不改變板201A/B或臺板結構303到卷板裝置301的角度。在這樣的實施方案中，采用的卷板裝置301和臺板結構303可以是常規的技術。在制造過程期間，段200被斜置，使得在段200的制造期間，縫202的角Θ3被改變(或是連續地或是逐步地)。段200的在制造期間的運動/斜置能夠由可旋轉的和/或可運動的支撐結構309 來引起，該支撐結構在制造過程期間支撐段200。正如之前討論過的實施方案，控制器305能夠控制支撐結構309的運動和/或旋轉，來實現所需角度在所述縫的改變。在本發明的再一個實施方案中，控制器305控制臺板結構303、和/或板201A/B、 和/或支撐結構309的運動，以控制縫202的角度，從而獲得段200的期望的圓錐形狀。也就是說，可改變這三個要素中任何一個或全部來獲得期望的形狀。如圖3所示，縫202通過焊接設備307進行焊接。焊接設備307是任何通常已知的或是被使用的焊接設備，所述焊接設備能夠執行對正在被制造的段200需要的期望的焊接操作。被預期的是，焊接設備307或是自動焊接設備或是手動操作的/控制的焊接設備。 本發明不限于此。因為本發明的益處，在以前的制造圓錐塔架段的方法花費大約一周的情況下，圓錐塔架段能夠在幾個小時制造。鑒于本申請依據風力發電機塔架描述了本發明，但本發明不受限于此。本發明能夠在圓錐形狀結構要被制造的任何應用、尤其是焊接的鋼鐵結構中被采用。盡管本發明已參考示例性實施方案被具體地展示和描述，本發明不受限于這些實施方案。本領域的技術人員將理解，可在其中做出形式上的和細段上的各種改變而不背離所附權利要求書所定義的本發明的精神和范圍。參考標號
101較薄的板200塔架段200-1段200-2段200-3段201成形的板201A板201A-1第一板201A-2第一板201A-3板201B
201B-1
201B-2
201B-3
202
203
203-1
203-2
203-3
205
207
209
210
300
301 303 305 307 309
置構備構
板板處 裝結器設結二二合端架備板板制接撐板第第板縫縫縫縫縫接上端塔設卷臺控焊支
權利要求
1.一種制造圓錐形狀結構的方法，其特征在于，所述方法包括提供板(201)給卷板裝置(301)；用所述卷板裝置(301)以具有縫Q02)的螺旋方式來卷制所述板O01)；改變所述縫O02)的角度(θ )以將所述板(201)卷制為圓錐形狀；以及焊接所述縫(202)。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述卷制步驟期間連續地改變所述縫 (202)的所述角度(θ )。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，逐步地改變所述角度(θ)。
4.如權利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述板Ο01)由耦合到彼此的多塊板(201Α-1、201Α-2、201Α-3)構成。
5.如權利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，所述角度(θ)通過改變在所述卷制步驟期間所述板Ο01)中的至少一個的角度(Θ )，臺板(303)，卷制所述板Ο01)的卷板裝置(301)以及用于所述被卷制的板的支承結構(309)來改變，其中在所述卷制步驟期間所述板Ο01)被安置在所述臺板(303)上。
6.如權利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，所述板Ο01)的形狀是矩形。
7.如權利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，所述板Ο01)由至少兩個耦合到彼此的板部分構成，其中所述至少兩個板部分具有彼此不同的物理尺寸。
8.如權利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，所述板Ο01)不具有一致的厚度。
9.如權利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，所述縫(20 的所述焊接經所述卷制步驟后連續地發生。
10.如權利要求1至9之一所述的方法，其特征在于，在所述卷制過程期間將另一板 (201)耦合到所述板001)。
11.如權利要求1至10之一所述的方法，其特征在于，所述角度(Θ)由于所述板(201) 的形狀而被改變。
12.用于執行如權利要求1至11之一所述的方法的設備(300)。
13.如權利要求12所述的設備，其特征在于，所述設備包括支承結構(309)，用于以具有縫(20 的螺旋方式來卷制板O01)的卷板裝置(301)，以及用于焊接所述縫(20 的焊接設備(307)。
全文摘要
提供一種用于制造圓錐塔架段的設備和方法，在該方法中，板件(201)被連續卷制，使得塔架段(200)被賦予圓錐形狀。板(201)被卷制，使得縫的角度(θ)連續改變，以達到在塔架段中直徑變化的目的，從而創建圓錐形狀。
文檔編號B21C37/18GK102176986SQ200980140504
公開日2011年9月7日 申請日期2009年10月22日 優先權日2008年10月22日
發明者E·施維爾, P·S·瓦倫, T·A·梅爾菲 申請人:林肯環球股份有限公司