法蘭和風能系統的制作方法

專利名稱：法蘭和風能系統的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及用于連接風能系統的部件的方法和系統，并且更特別地涉及用于通過法蘭連接風能系統的部件的方法和系統。
背景技術：
至少ー些已知的風カ渦輪機包括塔架和安裝在塔架上的機艙。轉子可旋轉地安裝到機艙并且通過軸聯接到發電機。多個葉片從轉子延伸。葉片被定向，以使得在葉片上通過的風轉動轉子并且旋轉該軸，由此驅動發電機發電。
為了安裝風カ渦輪機，不同部件彼此連接。例如，一些風カ渦輪機的塔架可能由于風カ渦輪機的尺寸而由若干部件組成。這些連接可以是法蘭，所述法蘭允許這樣的部件之間的可靠連接。然而，用于風カ渦輪機的連接不得不滿足關于強度、剛度、耐用性和穩定性的若干要求。這些要求適應安全規定、安裝風カ渦輪機的地點、安裝地點的風況、風カ渦輪機的尺寸等。隨著風力渦輪機的尺寸的增加，風カ渦輪機的一些部件各自尺寸的增加，對連接法蘭的要求也増加。通常，法蘭用于連接那些由于其幾何形狀、運動等的變化而對高負荷尤其敏感的風カ渦輪機的部件。因此，常常需要法蘭適應負荷增加的狀況，這也導致將由法蘭連接的部件的適應。通常，相鄰部件至少在各個連接側適應法蘭的設計和所需尺寸，由此需要風カ渦輪機的部分新設計。

發明內容
在ー個方面中，提供了ー種法蘭。包括縱軸線的所述法蘭包括頸部，所述頸部大致沿著限定第一方向的所述法蘭的所述縱軸線延伸；以及法蘭盤，所述法蘭盤連接到所述頸部并且包括在連接側的連接部分。所述法蘭盤的所述連接部分用于保持連接裝置。所述法蘭盤還包括非連接側，所述非連接側處于在徑向不同于所述連接側的位置。此外，所述法蘭包括限定所述頸部的第一水平的第一平面，限定所述法蘭盤和所述頸部連接處的第二水平的第二平面，以及限定所述法蘭盤的第三水平的第三平面。所述第一、第二和第三平面大致垂直于所述法蘭的所述縱軸線延伸。所述法蘭至少在所述非連接側包括凸起，其中所述凸起從位于所述第一平面和所述第二平面之間的第四水平延伸到所述第三平面。在另ー個方面中，提供了ー種法蘭。所述法蘭包括包括外側的頸部，其中所述頸部用于連接到法蘭盤；法蘭盤，所述法蘭盤包括用于保持連接裝置的面向內連接部分；以及所述法蘭的內側和外側，其中所述法蘭的所述內側位于在徑向不同于所述法蘭的所述外側的位置。此外，所述外側包括凸起，所述凸起限定不同于所述頸部的所述外側的第一直徑900的第二直徑901。在又ー個方面中，提供了一種風能系統。所述風能系統包括塔架，所述塔架用于連接到所述風能系統的機艙；在所述塔架的頂部上的偏航軸承；以及法蘭，所述法蘭位于所述偏航軸承和所述塔架之間。所述法蘭包括頸部，所述頸部大致沿著限定第一方向的所述法蘭的縱軸線延伸；以及法蘭盤，所述法蘭盤連接到所述頸部并且包括在連接側的連接部分。所述法蘭盤的所述連接部分用于保持連接裝置。所述法蘭盤還包括非連接側，所述非連接側處于在徑向不同于所述連接側的位置。此外，所述法蘭包括限定所述頸部的第一水平的第一平面，限定所述法蘭盤和所述頸部連接處的第二水平的第二平面，以及限定所述法蘭盤的第三水平的第三平面。所述第一、第二和第三平面大致垂直于所述法蘭的所述縱軸線延伸。所述法蘭至少在所述非連接側包括凸起，其中所述凸起從所述第一平面和所述第二平面之間的水平延伸到所述第三平面。本發明的更多方面、優點和特征由從屬權利要求、說明書和附圖變得明顯。


在包括參考附圖的說明書的其他部分中更特別地闡述了包括對于本領域的技術人員來說是本發明的最佳模式的本發明的完整公開，這種公開使得本領域的技術人員能夠 實現本發明，在附圖中圖I是示例性風ヵ渦輪機的透視圖。圖2是根據本發明所述的實施例的法蘭的俯視圖。圖3是根據本發明所述的實施例的沿著圖2中所示的線A-A的圖2的法蘭的剖面圖。圖4是根據本發明所述的實施例的圖2和3中所示的法蘭的仰視圖。圖5顯示了根據本發明所述的實施例的法蘭和相應平面的剖面圖。圖6顯示了根據本發明所述的實施例的法蘭和相應平面的剖面圖。圖7顯示了根據本發明所述的實施例的法蘭和相應平面的剖面圖。圖8顯示了根據發明中所述的實施例的法蘭的剖面圖。圖9顯示了根據本發明所述的實施例的塔架段上的法蘭的剖面圖。圖10顯示了根據本發明中所述的實施例的塔架段和軸承之間的法蘭的剖面圖。圖11顯示了根據本發明所述的實施例的風能系統中的法蘭的剖面圖。圖12顯示了根據本發明所述的實施例的塔架段之間的法蘭的剖面圖。附圖標記列表(圖I至12): 頸部120，220，320，520風カ渦輪機10 法蘭盤140，240，340，塔架12 540支撐系統14 第一方向130，630機艙16 連接側150，450轉子18 非連接側151，451可旋轉轂20 半徑325轉子葉片22 凸起 160，260，360，460，560，660葉片根部24 塔架510，610，710負荷轉移區域26 塔架段811，812方向28 偏航軸承670，770旋轉軸線30 第一直徑900
變槳調節系統 32第二直徑901控制系統 36直徑902偏航軸線 38第一、第二和第三平面910，處理器40920,930法蘭100，200，300，400，法蘭的縱軸線940500，600，700，800，801法蘭的徑向方向950連接部分 110，410延伸部960
具體實施方式

現在將詳細地參考各種實施例，所述實施例的一個或多個例子在附圖中示出。每個例子都以解釋的方式給出，并不意味著限制。例如，作為ー個實施例的一部分示出或描述的特征可以用于其他實施例上或與其他實施例結合以產生另外的實施例。本發明g在包括這樣的修改和變型。本申請中所述的實施例包括ー種風カ渦輪機系統，所述風カ渦輪機系統在使用法蘭來連接風能系統的部件的區域中提供改善的應カ流。更具體地，本申請中所述的實施例提供了一種法蘭，所述法蘭與具有較低應力性能的法蘭相比，允許改善的應カ分布，而使用相同或更少量的原材料并且產生相同或更小的制造成本。如本申請中的實施例中所述的法蘭提供更高的應カ性能而不需要相鄰部件或由法蘭連接的部件的適應。當在本申請中使用吋，術語“法蘭” g在表示用于連接部件的連接裝置。待連接的部件可以呈管、環、大致圓形裝置等的形狀。連接裝置可以適用于風能系統中，例如適用于連接風能系統的塔架的部件。根據ー些實施例，法蘭也可以用于連接風能系統的塔架的至少一部分和風能系統的軸承。此外，法蘭可以用于將塔架的至少一部分連接到風能系統的機艙。而且，法蘭可以用于連接塔架的段。如本申請中所述的法蘭可以用于風能系統中，但是也可以應用于使用法蘭的其他技木。當在本申請中使用吋，術語“葉片” g在表示當相對于周圍流體運動時提供反作用力的任何裝置。當在本申請中使用時，術語“風カ渦輪機” g在表示從風能生成轉動能，并且更具體地，將風的動能轉換為機械能的任何裝置。當在本申請中使用時，術語“風カ發電機”旨在表示從風能生成的轉動能生成電力，并且更具體地，將從風的動能轉換的機械能轉換為電力的任何風カ渦輪機。圖I是示例性風カ渦輪機10的透視圖。在示例性實施例中，風カ渦輪機10是水平軸線風カ渦輪機。或者，風カ渦輪機10可以是垂直軸線風カ渦輪機。在示例性實施例中，風カ渦輪機10包括從支撐系統14延伸的塔架12，安裝在塔架12上的機艙16，和聯接到機艙16的轉子18。轉子18包括可旋轉轂20和聯接到轂20并且從轂20向外延伸的至少ー個轉子葉片22。在示例性實施例中，轉子18具有三個轉子葉片22。在另ー實施例中，轉子18包括三個以上或以下的轉子葉片22。在一個實施例中，塔架12是具有任何合適高度的任何合適類型的塔架。轉子葉片22圍繞轂20而間隔以便于旋轉轉子18，從而能夠使來自風的動能轉變為可使用的機械能，并且隨后轉變為電能。通過在多個負荷轉移區域26將葉片根部24聯接到轂20而將轉子葉片22匹配到轂20。負荷轉移區域26具有轂負荷轉移區域和葉片負荷轉移區域(兩者未在圖I中顯示)。引至轉子葉片22的負荷經由負荷轉移區域26轉移到轂20。在一個實施例中，轉子葉片22具有在大約15米(m)至大約IOOm的范圍內的長度。或者，轉子葉片22可以具有能夠使風力渦輪機10如本申請中所述運行的任何合適長度。例如，葉片長度的其他非限定性例子包括IOm或以下、20m、37m或大于91m的長度。當風從方向28吹向轉子葉片22時，轉子18圍繞旋轉軸線30旋轉。當轉子葉片22旋轉并且受到離心カ時，轉子葉片22也受到各種カ和カ矩。因而，轉子葉片22可以從中立或非偏轉位置偏轉和/或旋轉到一個偏轉位置。在示例性實施例中，控制系統36被顯示為在機艙16內居中，然而，控制系統36可以是遍布風カ渦輪機10、在支撐系統14上、在風カ發電場內和/或在遠程控制中心的分布式系統。控制系統36包括處理器40，所述處理器被配置成執行本申請中所述的方法和/或步驟。此外，本申請中所述的許多其他部件包括處理器。當在本申請中使用時，術語“處理器”不限于在本領域中被稱為計算機的集成電路，而是廣義地表示控制器、微控制器、微型 計算機、可編程邏輯控制器(PLC)、專用集成電路和其他可編程電路，并且這些術語在本申請中可互換使用。應當理解處理器和/或控制系統也可以包括存儲器、輸入通道和/或輸出通道。在本申請中所述的實施例中，存儲器可以非限定性地包括計算機可讀介質，例如隨機存取存儲器(RAM)，以及計算機可讀非易失性介質，例如閃存。或者，也可以使用軟盤、只讀光盤存儲器(CD-ROM)、磁光盤(MOD)和/或數字通用光盤(DVD)。而且，在本申請中所述的實施例中，輸入通道非限定性地包括與操作界面關聯的傳感器和/或計算機外圍設備，例如鼠標和鍵盤。此外，在示例性實施例中，輸出通道可以非限定性地包括控制裝置、操作界面監視器和/或顯示器。本申請中所述的處理器處理從多個電氣裝置和電子裝置傳輸的信息，所述電氣裝置和電子裝置可以非限定性地包括傳感器、致動器、壓縮器、控制系統和/或監視裝置。這樣的處理器可以物理地位于例如控制系統、傳感器、監視裝置、桌上型計算機、膝上型計算機、可編程邏輯控制器(PLC)機殼和/或分布式控制系統(DCS)機殼中。RAM和存儲裝置存儲并且傳送將由(ー個或多個)處理器執行的信息和指令。RAM和存儲裝置也可以用于在由(ー個或多個)處理器執行指令期間存儲并且提供臨時變量、靜態(或非變化)信息和指令或其他中間信息至處理器。被執行的指令可以非限定性地包括風カ渦輪機控制系統控制指令。指令序列的執行不限于硬件電路和軟件指令的任何特定組合。機艙16也包括偏航驅動機構(未顯示)，所述偏航驅動機構可以用于在偏航軸線38上旋轉機艙16和轂20以控制相對于風的方向28的轉子葉片22的方位(perspective)。機艙16也包括至少ー個氣象桅桿(未顯示)，所述氣象桅桿包括風向標和風速計。桅桿將可以包括風向和/或風速的信息提供給控制系統36。機艙安裝在允許機艙圍繞偏航軸線38旋轉的偏航軸承上。典型地，偏航軸承通過法蘭連接到風能系統的塔架。連接偏航軸承和塔架的法蘭也被稱為風能系統的頂部法蘭。頂部法蘭由于由機艙和轉子的旋轉運動所產生的負荷傳遞而面臨高負荷。增加的轉子直徑(例如從大約80m至大約100m)也導致偏航軸承和頂部法蘭中的負荷水平増加。在該情況下，期望法蘭部件適應更高負荷。
在已知的風能系統中，例如針對負荷增加的解決方案由如下ー些方案組成，重新設計并且改變偏航軸承的構思以減小從偏航軸承引入到塔架的頂部法蘭的負荷的偏心率、增加偏航軸承和頂部法蘭、塔架外殼的外徑，和相應地設計諸如主塔架和機艙的其他部件，或顯著地增加法蘭的厚度，尤其是法蘭頸部的長度。然而，對于高達75%的負荷增加(這可能通過使轉子直徑増加幾米的量(例如在以上例子中為大約20m)而發生)，這些構思在經重新 設計的部件的期望尺寸內是不適用的。此外，為了增加轉子葉片直徑而設計并且重新構造具有新塔架和新偏航軸承的風能系統是費用高且耗時的。因此，期望的是盡管負荷增加，但是頂部法蘭的外徑不發生變化。根據本申請中所述的實施例的法蘭允許將塔架和法蘭的直徑保持在現有風能系統的水平并且保持其他部件(例如偏航軸承、主框架、機艙等)的設計在増加的負荷水平與已知系統相比幾乎相同。典型地，本申請中所述的法蘭也克服了關于負荷増加的對于更多材料使用的需要。本申請中所述的實施例提供了ー種法蘭設計，所述法蘭設計減小了法蘭中的應カ(例如，在法蘭的內部)并且改善了法蘭中的總應カ分布。圖2顯示了根據本申請中所述的實施例的法蘭的俯視圖。典型地，法蘭100具有大致圓形，這可以在圖2的俯視圖中看到。術語“大致圓形”表示法蘭的形狀可以在某種程度上偏離圓形。例如，由于構造公差，形狀可以在法蘭的某些位置偏離圓形。典型地，法蘭的形狀也可以由于構造或制造考慮而偏離圓形。根據ー些實施例，本申請中所述的法蘭可以具有適合于連接將由法蘭連接的部件的任何形狀。例如，法蘭可以具有橢圓形而非圓形的形狀。根據另外的實施例，法蘭的形狀可以為矩形等。通常，法蘭的形狀取決于將由該法蘭連接的部件和存在于連接位置的負荷。為了簡潔起見，法蘭的形狀在下面描述的圖中被顯示為大致圓形，但不限于特定形狀。在圖2中示例性地顯示了四個連接部分110。連接部分110被顯示為通孔，這從圖3中的沿著線A-A的截面圖和圖4的仰視圖變得明顯。通孔可以用于保持連接裝置。根據ー些實施例，如本申請中所述的連接部分可以是螺紋孔并且連接裝置可以是螺釘。而且，通孔也可以是適于保持諸如螺栓的連接裝置的孔。可以使用適合于將法蘭固定到待連接的部件中的至少ー個的另外的連接部分和相應的連接裝置。典型地，連接部分的數量取決于負荷狀況和法蘭的尺寸。例如，連接裝置的數量可以大于四，例如五、八、十或者甚至十以上。典型地，用于風能系統的塔架段中的法蘭的連接部分的數量在大約10至200之間、更典型地在大約30至180之間并且更加典型地在大約50至160之間。根據其他實施例，連接裝置的數量可以小于四，例如三或ニ。圖3的剖面圖顯示了沿著線A-A的圖2的法蘭的剖面。法蘭具有縱軸線940。典型地，第一方向130由縱軸線940限定。此外，圖3中所示的法蘭具有頸部120，所述頸部大致沿著并且圍繞縱軸線940延伸。術語“大致沿著”在本申請中表示頸部可以形成為使得它不是精確地沿著縱軸線延伸。例如，頸部可以形成為使得僅僅頸部的一部分沿著縱軸線延伸。根據進一歩的例子，頸部可以形成以使得頸部的縱軸線相對于法蘭的縱軸線形成角。典型地，該角可以小，例如在大約0.1°至大約5°之間。典型地，頸部可以形成以使得它偏離沿著縱軸線的方向，這可能是由于構造或制造考慮，或者是由于構造公差。根據本申請中所述的實施例的法蘭的頸部可以用于連接到風能系統的部件。例如，頸部可以連接到塔架或塔架段。根據ー些實施例，法蘭的頸部可以焊接到塔架，這將在下面詳細地進行顯示和描述。在圖2和3中，也可以看到大致垂直于第一方向延伸的徑向方向950。根據ー些實施例，徑向方向從縱軸線940延伸到法蘭的圓周。典型地，徑向方向950大致垂直于第一方向 130。
術語“大致垂直”在本申請中表示正表示為大致垂直的方向之間的角可以在某種程度上偏離直角。根據ー些實施例，法蘭100提供法蘭盤140。法蘭盤140適于連接到頸部120。根據ー些實施例，法蘭盤140和頸部一體地形成以整體地形成法蘭100。法蘭盤140包括上述的連接部分110。典型地，法蘭盤140包括連接側150和非連接側151。根據ー些實施例，連接側150是包括連接部分110的法蘭100的ー側。非連接側151是不包括連接部分110并且設置于在徑向不同于連接側的位置的法蘭的ー側。例如，非連接側151可以處于比連接側150徑向更向外的位置。S卩，非連接側151在徑向軸線950上具有比連接側150更大的值。根據ー些實施例，連接側可以是相對于徑向位置的法蘭的內側。典型地，非連接側可以是法蘭的外側。連接側作為內側的設置在圖3中僅僅作為例子被顯示。如本申請中所述的ー些實施例中所示，連接部分可以示例性地被描述為面向內。當在本申請中使用時術語“向內”可以被理解為表示從法蘭的圓周沿著徑向至縱軸線的方向。典型地，圖3的法蘭100顯示了在非連接側151上的凸起160。典型地，凸起160在第一方向130上從頸部120延伸到法蘭盤140。在徑向方向950上，凸起包括不同于頸部120的第一直徑900的外徑901。根據ー些實施例，第一直徑900是在頸部120上凸起160還未開始的位置的外側的直徑。根據ー些實施例，法蘭包括法蘭的內側和外側，其中內側位于在徑向不同于外側的位置。法蘭包括法蘭盤和頸部。典型地，法蘭的法蘭盤包括正好在內側和外側之ー處的連接部分。包括連接部分的側可以被表示為連接側。連接部分用于保持連接裝置。法蘭的內側和外側的另ー側提供凸起。另ー側可以被表示為非連接側。典型地，提供凸起的另ー側不包括任何連接部分。凸起限定不同于在提供凸起的側的頸部的第一直徑900的第二直徑 901。在圖5中，顯示了三個平面910、920和930。第一平面910限定頸部120的第一水平。頸部120的第一平面910的水平可以根據法蘭100的用途進行選擇。第二平面920限定法蘭盤140和頸部120連接處的第二水平。如果頸部120和法蘭盤140成一體地形成，則第二平面920限定頸部合并到法蘭盤140處的第二水平。根據本申請中所述的實施例，法蘭盤140和頸部120可以以連續方式合并，這可以在圖5中看到。在該情況下，第二平面920被限定為沿著法蘭100的第一方向130位于法蘭盤140的底側上。第三平面930被限定為位于法蘭盤140的第三水平中。根據ー些實施例，平面910、920和930大致垂直于法蘭100的縱軸線940。
圖5顯示了頸部120和法蘭盤的連續合并以及都在非連接側151處的頸部120和凸起160的連續合并。在本申請中，術語“連續”或“以連續方式”應當被理解為未由幾何形狀突然變化中斷。即，術語“連續”可以被理解為是“連續可微分的”。典型地，頸部和法蘭盤的合并可以具有任何合適的形狀，例如圓形或橢圓形，如圖5中示例性地所示。根據ー些實施例,頸部和凸起的合并可以具有任何合適的形狀，例如圓形或橢圓形。頸部和凸起的圓形合并在圖5中示例性地顯示。典型地，合并的半徑可以根據法蘭的構造和操作狀況而變化。圖6顯示了法蘭200的例子，其中從頸部220至法蘭盤240的合并以及頸部220至凸起260的合并為橢圓形方式。圖6也顯示了平面910、920和930。根據ー些實施例，圖6的凸起260開始于第一平面910的水平。在圖6中可以看到，凸起260開始于頸部220至凸起260的橢圓形合并的開始處。凸起260的起點也可以被顯示為凸起160的開始位置。典型地，凸起260延續到第三平面930，所述第三平面示例性地位于在法蘭200的第一方向 130上的法蘭盤240的頂側。根據ー些實施例，圖6的凸起260包括不同于在第一平面910的水平之下的頸部220的直徑900的外徑901。典型地，當在本申請中使用時術語“凸起”應當被理解為是在徑向方向950上延イ申的法蘭的一部分。因此，凸起在徑向增加法蘭的相應側的延伸部。例如，如果凸起位于示例性地為法蘭的外側的非連接側，則凸起將增加法蘭的外徑。根據ー些實施例，通過典型地大約O. 1%至大約10%、更典型地大約O. 2%至大約5%并且更加典型地大約O. 3%至大約3%的量的法蘭頸部的延伸，凸起在徑向方向上的相應側增加法蘭的延伸部-。例如，直徑901比第一直徑900大典型地大約O. 1%至大約10%、更典型地大約O. 2%至大約5%并且更加典型地大約O. 3%至大約3%。在以上描述中僅僅作為例子描述了法蘭的不同部分的彼此之間的關系。而且，附圖顯示示意圖。根據本申請中所述的實施例的法蘭的比例可以適于法蘭的操作狀況的要求，例如負荷、待連接的部件的尺寸、風能系統的尺寸等。例如，圖7顯示了法蘭300的實施例。再次地，顯示了平面910、920和930。此外，圖7的實施例顯示了法蘭頸部320以大致圓形合并到凸起360，并提供該圓形的限定半徑325。頸部至凸起的合并的半徑可以根據相應的幾何條件進行選擇。例如，半徑可以典型地在大約2mm至大約40mm之間、更典型地在大約5mm至大約30mm之間并且更加典型地在大約8mm至大約20mm之間。典型地，法蘭頸部320至法蘭盤340的合并具有大致橢圓形。圖8顯示了如本申請中所述的法蘭400的實施例。在圖8的實施例中，連接側450是外側并且非連接側451是內側。可以看到平面910、920和930，如上所述。凸起460從法蘭400的非連接側451延伸。連接側450包括連接部分410。連接部分410可以如上所述被構造。圖9顯示了如上所述的法蘭500，所述法蘭連接到塔架510。典型地，塔架510可以是風能系統的塔架。法蘭500可以在頸部520連接到塔架510。例如，法蘭500可以焊接到塔架510。
根據可以與本申請中所述的其他實施例組合的一些實施例，法蘭可以由鋼(例如構造鋼等)組成。可以在圖9中看到法蘭500的凸起560的延伸部960。作為例子，在大約2500mm的頸部520的外徑902處，凸起560的延伸部960可以典型地在大約IOmm至大約50mm之間、更典型地在大約15mm至大約40mm之間并且更加典型地在大約20mm至大約30mm之間。根據ー些實施例，在大約2500mm的頸部520的外徑902處，凸起560的延伸部960可以典型地在大約2. 5mm至大約250mm之間、更典型地在大約5. Omm至大約125mm之間并且更加典型地在大約7. 5mm至大約75mm之間。根據ー些實施例，如本申請中所述的法蘭在第一方向上的厚度可以與凸起的延伸部一起減小。圖10顯示了如本申請中所述的法蘭的應用的例子。法蘭600連接到風能系統的塔架610。風能系統可以是如關于圖I所述的風能系統。法蘭600連接到風能系統的偏航軸承670。偏航軸承670允許風能系統的機艙圍繞偏航軸線(圖I中的軸線38)旋轉。圖10的法蘭600提供風能系統的塔架610和偏航軸承670之間的連接。平面910、920和930顯不了在第一方向上的凸起660的延伸部。圖11顯示了如本申請中所述的法蘭700，所述法蘭連接到風能系統的塔架710。法蘭700用于連接風能系統的塔架710的頂部和偏航軸承770。而且，機艙780的下部分在圖10中顯示。機艙780位于偏航軸承770上。機艙780可以在偏航軸承770上相對于塔架710旋轉。 圖12顯示了如上所述的法蘭的又ー個用途。法蘭800被提供以連接到另ー個法蘭801。法蘭800和801兩者連接到塔架的段811、812。根據本申請中所述的實施例，塔架可以是風能系統的塔架。典型地，本申請中所述的法蘭可以用于風能技術中，而且也可以用于使用法蘭的其他技術中。本申請中所述的法蘭可以適合于結合高疲勞負荷偏心地引入到法蘭中的負荷狀況。此外，本申請中所述的法蘭可以用于臨界負荷變化以用于獲得期望的負荷分布。上述系統和方法便于具有增加負荷的風能系統的設計和構造。通過在連接到偏航軸承的法蘭的ー側(例如風能系統的頂部法蘭的外側)増加材料，應カ流和總應カ分布被改善。總尺寸(例如，厚度和法蘭頸部長度)與已知法蘭設計相比可以減小。具有改進的幾何形狀的法蘭設計允許法蘭在相同或更低的原材料使用和相同的制造成本下耐受更高的極限和疲勞負荷。因此，結果是改善的疲勞和極限負荷耐受性而不需額外成本，甚至更低的成本。在法蘭的ー側(例如，風能系統的頂部法蘭的外側)的不同形狀設計改善了應カ流和應カ再分布。通過法蘭的所述設計，負荷分布在法蘭中變得更平滑。這意味著負荷峰值不如在已知法蘭中的那么高并且負荷分布在法蘭的更大區域中。例如，通過上述法蘭設計改善了負荷在法蘭圓角的區域以及聯接法蘭頸部和塔架外殼的焊接位置中的分布。因此，塔架的外徑可以保持在用于提供較低負荷狀況的風能系統(例如由于較小的轉子葉片直徑)和用于具有高負荷狀況的風能系統(例如由于轉子葉片直徑從大約80m増加到大約100m)的水平。盡管所述法蘭的設計在法蘭的ー側提供了増加的材料，但是總材料使用可以由于改善的負荷分布而大致被保持。相對而言，單位負荷使用的材料更少。法蘭的厚度可以相應地減小。根據其他實施例，如本申請中所述的法蘭的厚度可以不減小，由此提供更加改善的應カ抗性。根據另外的其他實施例，如本申請中所述的法蘭的厚度可以增加。通過增加所述設計的法蘭的厚度，更加多的負荷可以由法蘭承載。法蘭的厚度根據各種負荷狀況和使用狀況進行選擇。此外，由于改善的負荷分布和產生的較低負荷峰值，因此法蘭的外徑可以從先前的設計得以保持。這意味著對于新負荷狀況不必重新設計相鄰部件。其結果是具有不同負荷狀況、但是具有相似設計的整系列風能系統的成本節省。此外，從制造的觀點來看所述法蘭(例如風能系統的頂部法蘭)的制造過程沒有變化。僅僅改變制造順序，這對制造過程的影響有限。這也意味著為了獲得法蘭的更高負荷抗性而制造所述法蘭本身不產生額外成本。考慮到以上情況，所述法蘭設計可以用于具有増加的轉子直徑(例如高達IOOm或以上的轉子直徑)的風能系統。 在上面詳細地描述了用于法蘭的系統和方法的示例性實施例。所述系統和方法不限于本申請中所述的具體實施例，而是相反地，系統的部件和/或方法的步驟可以獨自的和與本申請中所述的其他部件和/或步驟分開的使用。例如，所述法蘭不限于僅僅與如本申請中所述的風カ渦輪機系統一起實施。相反地，示例性實施例可以與許多其他轉子葉片應用結合來執行和使用。盡管本發明的各種實施例的具體特征可能在一些附圖中顯示而在其他附圖中未顯示，但是這僅僅是為了方便起見。根據本發明的原理，附圖的任何特征可以與任何其他附圖的任何特征的組合用以參考和/或以要求權利。該書面描述使用例子來公開包括最佳模式的本發明，并且也使本領域的任何技術人員能夠實施本發明，包括制造和使用任何裝置或系統并且執行任何所包含的方法。盡管在上申請中已公開了各種具體實施例，但是本領域的技術人員將認識到權利要求的精神和范圍允許等效修改。尤其是，上述實施例的相互非排他性特征可以彼此組合。本發明的專利范圍由權利要求限定，并且可以包括本領域的技術人員想到的其他例子。這些其他例子應當屬于權利要求的范圍內，只要它們包括與權利要求的文字語言沒有區別的結構元件，或者只要它們包括與權利要求的文字語言無實質區別的等效結構元件。
權利要求
1.一種包括縱軸線的法蘭，包括 a)頸部，所述頸部大致沿著限定第一方向的所述法蘭的所述縱軸線延伸； b)法蘭盤，所述法蘭盤連接到所述頸部并且包括用于在連接側保持連接裝置的連接部分，所述法蘭盤還包括非連接側，所述非連接側處于在徑向上不同于所述連接側的位置； 所述法蘭包括限定所述頸部的第一水平的第一平面，限定所述法蘭盤和所述頸部連接處的第二水平的第二平面，以及限定所述法蘭盤的第三水平的第三平面，其中所述第一、第二和第三平面大致垂直于所述法蘭的所述縱軸線延伸； 其中所述法蘭至少在所述非連接側包括凸起；以及 其中所述凸起從位于所述第一平面和所述第二平面之間的第四水平延伸到所述第三平面。
2.根據權利要求I所述的法蘭，其特征在于，所述第三平面位于在所述第一方向上的所述法蘭盤的端部。
3.根據權利要求I所述的法蘭，其特征在于，所述非連接側是所述法蘭的內側并且所述連接側是所述法蘭的外側。
4.根據權利要求I所述的法蘭，其特征在于，所述連接側是所述法蘭的內側并且所述非連接側是所述法蘭的外側。
5.根據權利要求I所述的法蘭，其特征在于，所述頸部和所述法蘭盤之間的連接是連續的。
6.根據權利要求I所述的法蘭，其特征在于，所述凸起包括在所述第一平面和所述第二平面之間的開始位置，所述凸起從所述頸部在徑向方向上在所述開始位置以連續方式延伸。
7.根據權利要求6所述的法蘭，其特征在于，所述凸起從所述頸部在所述開始位置以大致圓形方式延伸。
8.根據權利要求6所述的法蘭，其特征在于，所述凸起從所述頸部在所述開始位置以大致橢圓形方式延伸。
9.根據權利要求I所述的法蘭，其特征在于，所述凸起使所述頸部的直徑擴大大約0.1%至大約10%的量。
10.根據權利要求I所述的法蘭，其特征在于，所述頸部和所述法蘭盤成一體地形成。
11.根據權利要求I所述的法蘭，其特征在于，在所述第一方向上所述第二平面和所述第三平面之間的差異由所述連接部分在所述第一方向上的尺寸限定。
12.根據權利要求I所述的法蘭，其特征在于，所述法蘭是用于風能系統的塔架的法AA~o
13.根據權利要求I所述的法蘭，其特征在于，所述法蘭用于在風能系統中的塔架和偏航軸承之間。
14.一種法蘭,包括 a)包括外側的頸部，其中所述頸部用于連接到法蘭盤； b)法蘭盤，所述法蘭盤包括用于保持連接裝置的面向內連接部分；以及 c)所述法蘭的內側和外側，其中所述法蘭的所述內側位于在徑向上不同于所述法蘭的所述外側的位置；其中所述法蘭的所述外側包括凸起，所述凸起限定不同于所述頸部的所述外側的第一直徑的第二直徑。
15.根據權利要求14所述的法蘭，其特征在于，所述凸起至少部分地沿著所述頸部在所述外側延伸。
16.根據權利要求15所述的法蘭，其特征在于，所述凸起和所述頸部以連續方式彼此I=I TT。
17.根據權利要求14所述的法蘭，其特征在于，所述法蘭用于風能系統的塔架中。
18.—種風能系統,包括 塔架，所述塔架適合于連接到所述風能系統的機艙； 在所述塔架的頂部上的偏航軸承；以及 包括縱軸線的法蘭，其中所述法蘭適合于連接所述偏航軸承和所述塔架，所述法蘭包括 a)頸部，所述頸部大致沿著限定第一方向的所述法蘭的縱軸線延伸； b)法蘭盤，所述法蘭盤連接到所述頸部并且包括用于在連接側保持連接裝置的連接部分，所述法蘭盤還包括非連接側，所述非連接側處于在徑向上不同于所述連接側的位置； 所述法蘭包括限定所述頸部的第一水平的第一平面，限定所述法蘭盤和所述頸部連接處的第二水平的第二平面，以及限定所述法蘭盤的第三水平的第三平面，其中所述第一、第二和第三平面大致垂直于所述法蘭的所述縱軸線延伸； 其中所述法蘭至少在所述非連接側包括凸起；以及 其中所述凸起從位于所述第一平面和所述第二平面之間的第四水平延伸到所述第三平面。
19.根據權利要求18所述的風能系統，其特征在于，所述法蘭的所述非連接側是所述法蘭的內側并且所述連接側是所述法蘭的外側。
20.根據權利要求18所述的風能系統，其特征在于，所述凸起包括在所述第一平面和所述第二平面之間的開始位置，所述凸起從所述頸部在徑向方向上在所述開始位置以連續方式延伸。
全文摘要
本發明涉及一種法蘭，所述法蘭包括限定第一方向的縱軸線，大致垂直于所述第一方向的徑向方向，沿著所述第一方向延伸的頸部，法蘭盤，所述法蘭盤連接到所述頸部并且包括用于在連接側保持連接裝置的連接部分，所述法蘭盤還包括非連接側，所述非連接側處于在徑向不同于所述連接側的位置；所述法蘭包括限定所述頸部的第一水平的第一平面，限定所述法蘭盤和所述頸部連接處的第二水平的第二平面，以及限定所述法蘭盤的第三水平的第三平面，其中所述三個平面延伸大致垂直于所述法蘭的所述縱軸線；所述法蘭至少在所述非連接側包括凸起，所述凸起從所述第一平面和所述第二平面之間的水平延伸到所述第三平面。
文檔編號F16B1/00GK102705174SQ20121007768
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月12日 優先權日2011年3月11日
發明者I·保拉, V·本努里 申請人:通用電氣公司