[发明专利]加强焊接接头的方法、塔架的元件、塔架和风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于加强焊接接头(包括焊缝)和/或用于相对于疲劳载荷提高焊接接头耐受性的方法。本发明还涉及一种用于风力涡轮机塔架的元件、一种风力涡轮机的塔架和一种风力涡轮机。

背景技术

风力涡轮机的塔架通常包括多个中空的圆柱形元件，这些元件被焊接在一起构成了两端具有凸缘的塔架的一个节段。数个这样的节段用螺栓固定在一起构成塔架。每个这样的圆柱形元件都由钢板制成。每个钢板都被切割成需要的长度和宽度。接下来轧制钢板，以形成具有在轧制过的钢板两端之间的缝隙的中空圆柱形元件。最后将所述两端焊接起来以封闭中空的圆柱形元件。然后将数个这样的中空圆柱形元件焊接起来构造成如上所述的风力涡轮机的塔架的节段。通常，对中空圆柱形元件的内部和外部都要进行焊接。因此每个焊接接头都包括内部的焊缝和外部的焊缝。通常具有基本垂直延伸的焊接接头或焊缝以及基本水平延伸的焊接接头或焊缝，其中每个垂直延伸的焊接接头或焊缝封闭中空圆柱形元件，而每个水平延伸的焊接接头或焊缝连接两个中空的圆柱形元件。

原则上，风力涡轮机塔架的尺寸是根据两个因素确定的。其中一个因素是塔架必须具有一定的强度，另一个因素是塔架必须承受一定的疲劳载荷。这两个主要因素是用于确定塔架不同部件尺寸的相关因素。

在本文中，焊接接头，特别是中空圆柱形元件之间的焊缝是最相关的。通常与中空圆柱形元件的平板部分相比，焊缝对疲劳载荷和/或应力载荷的耐受性较差。因此当风力涡轮机的塔架直立起来时，水平延伸的焊缝会承受更高的载荷。因而焊缝是最不牢固的环节，且这些焊缝与尺寸相关。特别是焊缝的疲劳载荷，通常是用于确定塔架尺寸的相关因素。因此通常是按照较弱的焊缝来确定中空圆柱形元件的平板部分的尺寸。因而通常需要板材较厚以便提供较强的焊缝。目前所采用的板厚约为70mm-80mm。在制造用于风力涡轮机塔架的中空圆柱形元件时，由于能够处理厚板的轧辊并不普遍，因此80mm是这一类型的极限。另外需要更多的钢材来制造中空圆柱形元件和塔架。

通过增大中空圆柱形元件的直径以及由此增大塔架的直径，来获得具有不变的板厚或者所述中空圆柱形元件的板材较厚的、具有较高强度的风力涡轮机塔架。但是因为塔架必须要经过运输(例如在公路上运输)，所以直径的上限值通常为约4.5m。板材越厚，塔架的强度就能够再度增强。

因此本发明的目的是提供一种如前所述的方法，通过该方法，焊接接头的强度能够提高并且/或者焊接接头相对于疲劳载荷的耐受性能够增加。本发明进一步的目的是提供一种用于风力涡轮机塔架的相应的元件，相应的风力涡轮机的塔架以及相应的风力涡轮机。

发明内容

本发明的第一目的通过一种用于加强包括至少一个焊缝的焊接接头和/或用于相对于疲劳载荷提高焊接接头耐受性的方法来实现，所述焊接接头将一个部件的至少两部分或将第一部件的至少一部分和第二部件的至少一部分彼此连接起来，其中通过以规定的方式从至少一个焊缝除去焊接材料，以及通过从至少一个部件的至少一部分上除去毗连至少一个焊缝的材料，来逐一改变至少一个焊缝的几何形状、外形或形态和至少一个部件的至少一部分的几何形状、外形或形态，这里所述至少一部分毗连至少一个焊缝。发明人已经认识到焊接接头的高灵敏度，特别是焊缝对疲劳载荷的高灵敏度是基于焊缝的切口效应。由于切口效应，疲劳导致的裂纹通常出现在靠近表面处的、位于部件或部件的一部分和焊缝的焊接材料之间的熔化带或熔合线处。在静载荷或动载荷的作用下，这些裂纹导致焊缝损坏。发明人进一步认识到，当焊接接头的几何形状改变时，焊接接头特别是焊缝的强度以及/或者焊接接头特别是焊缝相对于疲劳载荷的耐受性能够增加。如此照例分别形成焊接接头和焊缝，其中一个部件(例如风力涡轮机塔架的中空圆柱形元件)的两部分，或者两个或多个部件(例如风力涡轮机塔架的两个中空圆柱形元件)的两部分焊接在一起。之后以下面限定的方式逐一改变所形成焊缝的几何形状，以及另外改变至少一个部件的至少一部分的几何形状，这里所述至少一部分毗连至少一个焊缝，所述方式即除去焊缝的特定部分和/或焊缝的特定或少量的焊接材料，以及从焊缝的外表面开始除去至少一个部件的至少一部分的材料。

通常沿着焊接接头或焊缝，优选沿着整个焊接接头或焊缝，以基本相同的方式改变焊接接头、焊缝和至少一个部件的至少一部分的几何形状。根据如上所述，沿着焊接接头或焊缝的横截面基本相同。如此焊接接头不会被削弱，但是其几何形状改变了。这种改变了的焊接接头和焊缝与未经改变的焊接接头或焊缝相比，相应地能够承受更高的载荷，特别是疲劳载荷。因此通过改变焊接接头的几何形状，能够增加包括焊缝的整个焊接接头的强度。