專利名稱：用于風(fēng)塔桁架式結(jié)構(gòu)的螺栓連接的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及風(fēng)力渦輪機(jī)塔架結(jié)構(gòu)，并且更具體地，涉及用于桁架式塔架結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的螺栓連接。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架通常包括圓筒狀桿或桁架式結(jié)構(gòu)以將風(fēng)力渦輪機(jī)支承在相當(dāng)?shù)母叨葟亩东@風(fēng)能。相比桁架式結(jié)構(gòu)，圓筒狀桿的構(gòu)造相對(duì)更加簡(jiǎn)單并且更易于組裝。但是，圓筒狀桿相比桁架式結(jié)構(gòu)使用更多的鋼，從而隨著鋼的價(jià)格增加而造成成本劣勢(shì)。盡管桁架式結(jié)構(gòu)使用較少的鋼，但是仍然由于眾多的接頭而相對(duì)更加復(fù)雜。這些接頭增加了施工時(shí)間并且?guī)砹丝赡苣p和需要維護(hù)的位置。例如，隨著時(shí)間的流逝，由相對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的風(fēng)造成的振動(dòng)能夠使螺栓連接變松?？梢允褂没『附宇^代替螺栓連接?？上У氖?，弧焊接頭同樣可能具有缺點(diǎn)。
已知的用于桁架式塔架結(jié)構(gòu)中的螺栓連接示于圖4和圖5中。通過這種構(gòu)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(tài)下通過墊圈22和螺母24接合。斜切軸段14位于螺栓頭部12與螺紋端段16之間并且以相對(duì)緊密的摩擦配合接合到連接的桁架式部件20中的對(duì)準(zhǔn)通孔18內(nèi)。盡管由于斜切軸段14與通孔18之間的過盈(interference)配合的長(zhǎng)度26,使這個(gè)螺栓構(gòu)造提供強(qiáng)度與維護(hù)之間相對(duì)較好的平衡，但是為實(shí)現(xiàn)螺母預(yù)緊需要的軸上留有的待拉伸的自由長(zhǎng)度(預(yù)緊長(zhǎng)度(Pretension length)) 28較小。缺乏預(yù)緊可能導(dǎo)致螺母接觸的早期失效并且隨后導(dǎo)致螺栓-螺母組合的變松。因此，期望得到改進(jìn)的螺栓連接構(gòu)造，該螺栓連接構(gòu)造在提供了圖4和圖5的現(xiàn)有技術(shù)螺栓連接的強(qiáng)度和維護(hù)方面的同時(shí)沿螺栓軸提供增加的預(yù)緊長(zhǎng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各個(gè)方面以及優(yōu)點(diǎn)將會(huì)在以下的說明中進(jìn)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(shí)施本發(fā)明而獲悉。根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面，提供一種螺栓連接組件，該螺栓連接組件尤其非常適于用于連接桁架式結(jié)構(gòu)風(fēng)塔的部件。但是，該螺栓連接組件并不限于這個(gè)用途并且可以在螺栓連接組件的獨(dú)特益處有利的環(huán)境或應(yīng)用(例如建筑或橋梁結(jié)構(gòu))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(jìn)一步包括螺紋內(nèi)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(nèi)孔中。在銷部件和螺栓部件的組裝狀態(tài)下，螺紋軸具有自由長(zhǎng)度段，該自由長(zhǎng)度段延伸到銷部件的螺紋內(nèi)孔中，以用于增加螺栓部件的特定預(yù)緊的分配。進(jìn)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(nèi)。
進(jìn)一步的，所述銷部件軸和螺紋內(nèi)孔限定所述銷部件的末端。進(jìn)一步的，所述銷部件軸和所述螺栓部件的螺紋軸具有相應(yīng)的長(zhǎng)度，使得所述螺紋軸在所述螺栓連接組件的組裝狀態(tài)下與所述銷部件軸的長(zhǎng)度的至少一半相接合。在特定實(shí)施例中，銷部件軸的末端由織紋軸段的端部和螺紋內(nèi)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(nèi)孔?？锥蔚倪h(yuǎn)端在部件的組裝狀態(tài)下與螺栓部件的頭部間隔開足夠的程度，以提供用于限定的預(yù)緊變形的充分暴露的螺栓長(zhǎng)度。應(yīng)當(dāng)理解，銷部件軸、內(nèi)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(jìn)行組裝的結(jié)構(gòu)構(gòu)件大小、特定的負(fù)載和期望的預(yù)緊變形度等的函數(shù)。本發(fā)明并不限于相應(yīng)部件的任何特定的尺寸。本發(fā)明還包括任何方式的風(fēng)力渦輪機(jī)桁架式塔架結(jié)構(gòu)，該風(fēng)力渦輪機(jī)桁架式塔架 結(jié)構(gòu)具有多個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)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(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面，多個(gè)螺栓連接組件設(shè)置在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接接合處。進(jìn)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(nèi)摩擦地接合并且產(chǎn)生過盈配合連接。進(jìn)一步的，所述銷部件軸和螺紋內(nèi)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(jié)構(gòu)部件的所述通孔并且進(jìn)入鄰近的第二結(jié)構(gòu)部件的所述通孔中。進(jìn)一步的，所述銷部件軸和所述螺栓部件的螺紋軸具有相應(yīng)的長(zhǎng)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(jié)構(gòu)部件的組裝狀態(tài)下與所述銷部件軸的長(zhǎng)度的至少一半相接合。參照以下說明以及所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它的特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)將得到更好地理解。結(jié)合在本說明書中的并且構(gòu)成本說明書一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且，其與以下說明一起用于對(duì)本發(fā)明的原理進(jìn)行解釋。


參照附圖，說明書中闡述了對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的本發(fā)明(包括本發(fā)明的最佳模式)的完整而可實(shí)現(xiàn)的公開，，其中圖I是具有桁架式塔架結(jié)構(gòu)的風(fēng)力渦輪機(jī)的透視圖；圖2是具有桁架式塔架結(jié)構(gòu)的風(fēng)力渦輪機(jī)的備選實(shí)施例的透視圖；圖3是風(fēng)力渦輪機(jī)桁架式塔架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)部件的詳細(xì)透視圖，尤其示出了位于部件的連接接合處的螺栓連接組件；圖4是現(xiàn)有技術(shù)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(xiàn)有技術(shù)的連接組件的側(cè)視剖視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的螺栓連接組件的實(shí)施例的部件視圖；以及，圖7是圖6的螺栓連接組件的側(cè)視剖視圖。52對(duì)角支撐件
附圖標(biāo)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(zhǎng)度74通孔
28預(yù)緊長(zhǎng)度76第一結(jié)構(gòu)部件
40風(fēng)力渦輪機(jī)78第二結(jié)構(gòu)部件
42葉片80螺栓部件
44轂82螺紋軸
46機(jī)艙84頭部
48塔架86墊圈
50腿部(角鐵/管)
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)地參照本發(fā)明的實(shí)施例，其中的一個(gè)或多個(gè)示例示于附圖中。每個(gè)示例都以對(duì)發(fā)明進(jìn)行解釋的方式給出，并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制。實(shí)際上，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員而言顯而易見的是，能夠在不偏離本發(fā)明的范圍或者精神的前提下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改變和變型。例如，作為一個(gè)實(shí)施例的一部分示出或者進(jìn)行描述的特征能夠用于另一個(gè)實(shí)施例，從而產(chǎn)生又一個(gè)實(shí)施例。因此，本發(fā)明旨在覆蓋落入所附權(quán)利要求及其等同形式的范圍內(nèi)的這些改變以及變型。圖I和圖2是示例性風(fēng)力渦輪機(jī)40的透視圖。如本領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的，風(fēng)力渦輪機(jī)40包括安裝于轉(zhuǎn)子轂44的多個(gè)葉片42，轉(zhuǎn)子轂44接著以任何方式由容納在機(jī)艙46內(nèi)的發(fā)電部件旋轉(zhuǎn)地支承。機(jī)艙46被支承在塔架結(jié)構(gòu)48的頂上，塔架結(jié)構(gòu)48在所示實(shí)施例中是由腿部50、水平支撐件54和對(duì)角支撐件52形成的開放桁架式結(jié)構(gòu)。腿部50通常是角鐵構(gòu)件或管構(gòu)件，并且支撐件52、54通常是角鐵構(gòu)件。這些桁架式框架塔架結(jié)構(gòu)48在本領(lǐng)域中也稱作“空間框架”塔架。桁架式塔架結(jié)構(gòu)48可以分段制成并且在風(fēng)力渦輪機(jī)現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)。在圖I的實(shí)施例中，覆層材料56被應(yīng)用在桁架式結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)的建筑織物。覆層56保護(hù)塔架內(nèi)的工人和設(shè)備并且為風(fēng)力渦輪機(jī)40提供美觀外形。圖3是桁架式結(jié)構(gòu)塔架48的部件的更詳細(xì)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(duì)準(zhǔn)部段之間的連接位置。多個(gè)螺栓連接組件60用于這些不同的連接位置。以下對(duì)螺栓連接組件60進(jìn)行了更加詳細(xì)的描述。圖6和圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)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尤其適于用于連接桁架式結(jié)構(gòu)風(fēng)塔48的部件。但是，螺栓連接組件60并不限于這個(gè)特定用途，并且可以在例如橋梁施工、建筑施工等的各種其它應(yīng)用中具有效用。再次參照?qǐng)D6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并不限于任何特定的尺寸或長(zhǎng)度，并且軸66具有用于將桁架式塔架結(jié)構(gòu)48的第一結(jié)構(gòu)部件76和第二結(jié)構(gòu)部件78連接在一起的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度。軸66具有便于延伸到結(jié)構(gòu)部件76、78的對(duì)準(zhǔn)的孔74中的長(zhǎng)度，軸66至少部分地延伸到第二結(jié)構(gòu)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?？梢砸愿鞣N方式限定這個(gè)表面68。在所示實(shí)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(fā)明的范圍和精神內(nèi)。軸66具有這樣的直徑該直徑使得織紋表面68在結(jié)構(gòu)部件76、78的對(duì)準(zhǔn)的孔74內(nèi)形成相對(duì)緊密的摩擦配合，并且防止銷部件62在孔74內(nèi)的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。特別參照?qǐng)D7，銷部件62還包括軸66內(nèi)的螺紋內(nèi)孔70。這個(gè)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(shí)施例中，孔70可以完全延伸通過軸66。組件60進(jìn)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(nèi)螺紋孔70中，如圖7所示。參照?qǐng)D7，在銷部件62和螺栓部件80的組裝狀態(tài)下，螺紋軸82相比圖4和圖5的現(xiàn)有技術(shù)的構(gòu)造具有顯著增大的自由長(zhǎng)度段
28。這個(gè)增大的自由長(zhǎng)度段28提供了置于螺栓組件60的組裝狀態(tài)下的螺栓部件80上需要的特定預(yù)緊的增強(qiáng)的并且增加的分配。本發(fā)明的螺栓組件60與圖5和圖7的現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造的對(duì)比顯示了銷部件62的軸66可以具有這樣的長(zhǎng)度該長(zhǎng)度具有與現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造中大體相同的在軸66與結(jié)構(gòu)部件76、78之間的過盈摩擦配合長(zhǎng)度26，同時(shí)仍然提供如上所討論的顯著增大的自由長(zhǎng)度28。就這一點(diǎn)而言，銷部件軸66可以延伸到第二結(jié)構(gòu)部件78中的至少大約中間處，同時(shí)螺栓部件80的螺紋軸82與處于組裝狀態(tài)的銷部件軸66的至少大約一半的長(zhǎng)度相接合，如圖7所示。應(yīng)當(dāng)易于理解，本發(fā)明還包括這樣的風(fēng)力渦輪機(jī)桁架式塔架結(jié)構(gòu)48，如圖I至圖3所示，該風(fēng)力渦輪機(jī)桁架式塔架結(jié)構(gòu)48結(jié)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(fā)明，其中包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，其中包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行所包含的任何方法。本發(fā)明的專利范圍通過權(quán)利要求進(jìn)行限定，并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的其它示例。如果這些其它的示例包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言沒有區(qū)別的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其它的示例包括于權(quán)利要求的字面語(yǔ)言沒有實(shí)質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其它的示例應(yīng)落入權(quán)利要求的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種螺栓連接組件(60)，所述螺栓連接組件(60)尤其適于用于連接桁架式結(jié)構(gòu)風(fēng)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(jìn)一步包括螺紋內(nèi)孔(70)； 螺栓部件(80)，所述螺栓部件(80)具有接合在所述螺紋內(nèi)孔中的螺紋軸(82);并且 其中在所述銷部件和所述螺栓部件的組裝狀態(tài)下，所述螺紋軸具有延伸到所述螺紋內(nèi)孔中的自由長(zhǎng)度段，以用于增加所述螺栓部件的特定預(yù)緊的分配。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的螺栓連接組件(60)，其特征在于，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(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的螺栓連接組件(60)，其特征在于，所述銷部件軸￠6)和螺紋內(nèi)孔(70)限定所述銷部件的末端(72)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的螺栓連接組件(60)，其特征在于，所述銷部件軸￠6)和所述螺栓部件的螺紋軸(82)具有相應(yīng)的長(zhǎng)度，使得所述螺紋軸(82)在所述螺栓連接組件的組裝狀態(tài)下與所述銷部件軸￠6)的長(zhǎng)度的至少一半相接合。
5.一種風(fēng)力渦輪機(jī)桁架式塔架結(jié)構(gòu)(48)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)桁架式塔架結(jié)構(gòu)(48)包括 多個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件(50，52，54)，所述多個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件(50，52，54)連接在一起以限定開放桁架式塔架； 多個(gè)螺栓連接組件(60)，所述多個(gè)螺栓連接組件(60)位于所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接接合處，所述螺栓連接組件進(jìn)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)； 所述軸延伸通過并且摩擦地接合在第一(76)和第二(78)鄰近的所述結(jié)構(gòu)部件的對(duì)準(zhǔn)的通孔(74)內(nèi)； 所述軸進(jìn)一步包括螺紋內(nèi)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(nèi)孔中；并且 其中所述螺紋軸具有自由長(zhǎng)度段，所述自由長(zhǎng)度段延伸到所述螺紋內(nèi)孔中，以用于增加所述螺栓部件的特定預(yù)緊的分配。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力渦輪機(jī)桁架式塔架結(jié)構(gòu)(48)，其特征在于，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(nèi)摩擦地接合并且產(chǎn)生過盈配合連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力渦輪機(jī)桁架式塔架結(jié)構(gòu)(48)，其特征在于，所述銷部件軸(66)和螺紋內(nèi)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(jié)構(gòu)部件(76)的所述通孔(74)并且進(jìn)入鄰近的第二結(jié)構(gòu)部件(78)的所述通孔(74)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力渦輪機(jī)桁架式結(jié)構(gòu)(48)，其特征在于，所述銷部件軸 (66)和所述螺栓部件的螺紋軸(82)具有相應(yīng)的長(zhǎng)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(jié)構(gòu)部件的組裝狀態(tài)下與所述銷部件軸(66)的長(zhǎng)度 的至少一半相接合。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于風(fēng)塔桁架式結(jié)構(gòu)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(jìn)一步包括螺紋內(nèi)孔。螺栓部件具有螺紋軸，螺紋軸接合在螺紋內(nèi)孔中。在銷部件和螺栓部件的組裝狀態(tài)下，螺紋軸具有自由長(zhǎng)度段，該自由長(zhǎng)度段延伸到螺紋內(nèi)孔中，以用于增加螺栓部件的特定預(yù)緊的分配。
文檔編號(hào)F03D11/04GK102797738SQ201210174568
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者鄭大年, W·F·格弗斯 申請(qǐng)人:通用電氣公司