專利名稱：結(jié)構(gòu)塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)塔和結(jié)構(gòu)塔中用于減振的設(shè)備，以及結(jié)構(gòu)塔在風(fēng)力渦輪 ;f幾中的具體應(yīng)用。
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機(jī)在美國(guó)和歐洲以及地球上的許多其他國(guó)家中都是一種越來越 普及的能源。為了實(shí)現(xiàn)從風(fēng)中捕獲能量的標(biāo)準(zhǔn)效率，開發(fā)者正在豎立包括有 越來越多的帶有位于更高處的渦輪的風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)農(nóng)場(chǎng)。例如， 在大風(fēng)力渦輪機(jī)農(nóng)場(chǎng)的設(shè)計(jì)中，開發(fā)者通常使用25個(gè)或更多的具有大約 1. 2MW的位于50米或更高處的渦輪的風(fēng)力渦輪機(jī)。這些數(shù)量提供了標(biāo)準(zhǔn)效率、 縮減了能量損耗，該設(shè)計(jì)對(duì)于開發(fā)者是有利可圖的。將更大的渦輪置于更高 處能夠使得每個(gè)渦輪運(yùn)行時(shí)幾乎沒有由于風(fēng)的切變和與地面輪廓上的近地不 規(guī)則物如石頭和樹的不規(guī)則的相互作用而產(chǎn)生的邊界層效應(yīng)。更大的渦輪高 度也使得在更高的持續(xù)風(fēng)速下有更加穩(wěn)定的運(yùn)行條件，從而使得平均每單位 時(shí)間內(nèi)生成更多能量。相應(yīng)的，也就有經(jīng)濟(jì)學(xué)和工程學(xué)動(dòng)機(jī)將更大的渦輪置 于更高處。
但是，將更大的渦輪置于更高處也帶來花費(fèi)。這些花費(fèi)與更大和更多用 來支撐更大的渦輪的附加重量以及支撐由將建筑物置于風(fēng)速也更大更持續(xù)的 更高處而產(chǎn)生的風(fēng)荷載的巨型塔相關(guān)。附加的花費(fèi)關(guān)系到需要縱向立風(fēng)力渦 輪機(jī)的裝備。例如，用于風(fēng)力渦輪機(jī)的傳統(tǒng)的管式塔一如使用鐵或混凝土構(gòu) 造的具有管狀截面的塔-一的重量與塔的高度的比例增加到5/3次冪。這樣，
一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)65米高、重176， 000 lbs的典型的1. 5MW纟荅在85米高時(shí)重量大約 是275， 0001bs,增加大約56%。但是，超出250， OOOlbs或者高于100米的塔 通常需要特殊的、昂貴的吊架來將塔部件和渦輪組裝起來。對(duì)于一個(gè)典型的 1.5MW的渦輪來說，僅僅是運(yùn)輸和組裝一個(gè)這些吊架的花費(fèi)就能夠超過
$250,000。為了分?jǐn)偱c這些大吊架的費(fèi)用，風(fēng)力渦輪機(jī)農(nóng)場(chǎng)的開發(fā)者期望將 盡可能多的風(fēng)力渦輪機(jī)組裝到該項(xiàng)目的覆蓋區(qū)上，這樣吊架的花費(fèi)分散到很 多風(fēng)力渦輪機(jī)上。但是，在具有有限覆蓋區(qū)的位置處，開發(fā)者被迫使用較少 的渦輪分?jǐn)偟跫艿倪\(yùn)輸和組裝費(fèi)用，這可能在經(jīng)濟(jì)上是很難實(shí)施的。由于經(jīng) 濟(jì)上的很難實(shí)施以及在這種地方放置吊架的工程上的困難，位于山頂邊緣或 其他計(jì)算困難的位置處的項(xiàng)目同樣也是差一點(diǎn)就被排除掉。
與更大更重的塔相關(guān)聯(lián)的還有其他利害關(guān)系。例如，渦輪高度達(dá)到高過 大約90米時(shí)，傳統(tǒng)的管狀塔的管徑可能超過道路的高度或重量限制。風(fēng)力渦 輪機(jī)工廠已經(jīng)研究了縱向切割該塔部件、運(yùn)輸、然后在目的地組裝這些部件。 但是，這些附加的組裝費(fèi)用使得這種替代方式也沒有吸引力。甚至在80米的， 此時(shí)管徑比那些用于更高塔的小，最高處的塔部件也超過了州際公路的 80， OOOlb承受力。每個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的用于特大型拖車和該塔部件的特殊通行 證的運(yùn)費(fèi)都能夠超出數(shù)十千美元。因此，運(yùn)輸大鋼管塔的費(fèi)用也會(huì)打消或阻 礙用于風(fēng)力渦輪機(jī)的其他可行的站點(diǎn)的發(fā)展。
傳統(tǒng)的管狀風(fēng)力渦輪機(jī)塔的高度能夠超過65米，并具有超過70米的轉(zhuǎn) 子直徑(或者葉片轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度大約是35米)。使用甚至更大的轉(zhuǎn)子直徑以及增 加的渦輪高度給工廠提出了其他挑戰(zhàn)。在更高處的更大的轉(zhuǎn)子直徑對(duì)于每單 位時(shí)間內(nèi)從低風(fēng)速中捕獲并傳輸給渦輪更大的能量是有益的。但是，在更高 處的更大的轉(zhuǎn)子直徑也容易導(dǎo)致整個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)有更大的風(fēng)感應(yīng)振動(dòng)， 尤其是支撐風(fēng)力渦輪機(jī)的塔。渦輪高度達(dá)到或超過80-100米、帶有超過70 米的轉(zhuǎn)子直徑時(shí)，風(fēng)感應(yīng)振動(dòng)--尤其是塔內(nèi)的橫向共振和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)一將會(huì)超 過正常界限。
為了控制由共振引起的結(jié)構(gòu)上的問題，風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)計(jì)者通常被迫將渦 輪的速率降低到較低風(fēng)速、限制轉(zhuǎn)子直徑的最大值或者減小塔的高度。但是， 這些選項(xiàng)中的每一個(gè)都會(huì)降低每個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的整個(gè)經(jīng)濟(jì)效率。設(shè)計(jì)者也曾
經(jīng)嘗試通過改變塔的剛度來避免共振，例如通過增加塔的質(zhì)量來增加塔的剛 度。但是，由于塔的質(zhì)量通常都是和塔的高度成指數(shù)增長(zhǎng)，建筑物的花費(fèi)也 成指數(shù)增長(zhǎng)，這樣，通過將更長(zhǎng)的渦輪轉(zhuǎn)子置于更高處將減小經(jīng)濟(jì)上的利益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明圍繞先前討論的多個(gè)問題提供一種結(jié)構(gòu)屬性一如彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度 和減振一與重量之間具有更理想的平衡的結(jié)構(gòu)塔，從而能夠發(fā)展經(jīng)濟(jì)上可行 的、具有提高了每單位成本的能量輸出的風(fēng)力渦輪機(jī)農(nóng)場(chǎng)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有 多個(gè)，包括通過降低塔、運(yùn)輸、組裝的成本而降低能源的成本。該優(yōu)點(diǎn)進(jìn)一 步包括通過使用具有更長(zhǎng)轉(zhuǎn)子、位于更高地勢(shì)的更大的渦4侖而更有效地發(fā)電。 這些優(yōu)點(diǎn)降低了風(fēng)力發(fā)電的成本，并使得風(fēng)力渦輪機(jī)農(nóng)場(chǎng)在更多位置的建立 比用傳統(tǒng)管狀塔更經(jīng)濟(jì)，從而降低了對(duì)非再生能源的依賴。此外，不管風(fēng)力 渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)是構(gòu)造為單獨(dú)的或者大量的，在陸地或是在海的海面上，其每 個(gè)優(yōu)點(diǎn)都是可以實(shí)現(xiàn)的。通過使用本發(fā)明的空間架構(gòu)塔而進(jìn)一步降低成本可 以通過除去與傳統(tǒng)管狀塔相關(guān)的運(yùn)輸瓶頸而提高。使用更大容量的渦輪的能 力進(jìn)一步提高了節(jié)約的比例。
本發(fā)明包括一種減振結(jié)構(gòu)塔，在塔的一個(gè)或多個(gè)部件或機(jī)架中具有空間 架構(gòu)結(jié)構(gòu)，該塔包括多個(gè)向上定向的縱向部件和多個(gè)與該縱向部件互接的斜 向部件，其中至少一個(gè)縱向部件和斜向部件，或者一個(gè)橫向部件，是減振部 件一如包括減振器或類似的用于減振的裝置的縱向、斜向或橫向部件。在一 個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)塔包括至少一個(gè)具有粘性液體的減振部件。在更進(jìn)一步的 實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)塔包括至少一個(gè)具有粘彈性或橡膠類材料的減振部件。在兩 個(gè)實(shí)施例中，粘性摩擦應(yīng)力出現(xiàn)在粘性液體或粘彈性或橡膠類材料內(nèi)，影響
振動(dòng)能量的減振。參看，如Chopra, Anli L的"結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)"，在接近共振 頻率的振動(dòng)的結(jié)構(gòu)上的減振效果的討論P(yáng)rentice-Hall (2001)。
就像通過本發(fā)明的披露將顯而易見的一樣，這里所披露的減振部件通常 包括整體成型構(gòu)造的減振器和彈簧元件。該彈簧元件(如，鐵、鋁或合成梁) 給減振部件提供剛度，該減振器(如粘性的或液壓減振器)用于抑止振動(dòng)能 量。這里披露的多個(gè)減振部件的實(shí)施例包括作為整體單元、并行運(yùn)行的彈簧 和減振器元件。但是，需要注意的是，該減振器和彈簧元件可以以非整體成 型的方式構(gòu)造一如它們可以被構(gòu)造并設(shè)置在塔的一個(gè)或多個(gè)機(jī)架內(nèi)，實(shí)質(zhì)上 為并行排列或?qū)嵸|(zhì)上為一個(gè)垂直于另一個(gè)。具體而言，后面的實(shí)施例打算將 減振器一如液體減震器一放置在靠近彈簧元件(或非減振部件)比如鋼梁的
位置處。下面將參考附圖描述前述的各個(gè)實(shí)施例。
例如，在減振部件的一個(gè)實(shí)施例中，粘性液體減振部件包括具有配置來 與 一對(duì)縱向部件互接的第 一和第二端部的第 一斜向部件，位于第 一部件之內(nèi)、 具有連接到第 一部件的 一端上的第 一端的第二部件，和可操作來連接到第二 部件的第二端上的粘性或液壓減震器。在一個(gè)實(shí)施例中，粘性或液壓減震器 包括缸體、可以與缸體滑動(dòng)配合的活塞，和具有與活塞連接的第一端以及與 第二部件的第二端連接的第二端的連接部件。為了方便說明，術(shù)語(yǔ)粘性液體
減震部件或簡(jiǎn)單的粘性減震部件通常是指包括液體減震器的空間架構(gòu)結(jié)構(gòu)塔 的斜向、縱向或橫向部件，或者更具體的說，順便給出一個(gè)實(shí)例，減震器是 影響振動(dòng)能量的減震性能的粘性或液壓減震器或是氣動(dòng)減震器。術(shù)語(yǔ)粘性減 震器和液壓減震器在此可以互換使用，通常是指具有用于減小振動(dòng)能量的粘 性液體的減震器設(shè)備。類似的，氣動(dòng)減震器是指用空氣或者類似氣體作為用 于減小振動(dòng)能量的作業(yè)流體的減震器設(shè)備。
至于另一示例，在一個(gè)實(shí)施例中的減震部件中，粘彈性減震部件包括第 一和第二管狀部件，每個(gè)部件具有第一端和第二端，而且第一管狀部件位于 第二管狀部件內(nèi)部。第 一管狀部件具有以第 一矩陣排列的強(qiáng)化纖維的第 一 圖 案，第二管狀部件具有以第二矩陣排列的強(qiáng)化纖維的第二圖案。粘彈性材料 位于強(qiáng)化纖維的第一和第二圖案之間。在一個(gè)實(shí)施例中，第一連接器位于第 一和第二管狀部件的第一端，第二連接器位于第一和第二管狀部件的第二端， 連接器被配置為與一對(duì)縱向部件互接。為了方便說明，術(shù)語(yǔ)粘彈性減震部件 通常是指包括非液體減震器的空間架構(gòu)結(jié)構(gòu)塔的斜向、縱向或橫向部件，或 者更具體的說，順便給出一個(gè)實(shí)例，非液體減震器是影響振動(dòng)能量的減震性 能的粘彈性或橡膠類材料。
如本文中所用，術(shù)語(yǔ)減震器通常是指影響減震能量的減震或消散性能的 設(shè)備，可以包括減小能量的液體或非液體方式中的任一個(gè)或兩者都包括，例 如以液體或非液體方式——例如分別為液壓或粘性流體或物質(zhì)——生成的抗 剪應(yīng)力。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員將注意到，減震器一般意義上通常是指振動(dòng) 系統(tǒng)中的消散能量或影響減震性能的任意手段。因此，還需要說明書的一點(diǎn) 是，術(shù)語(yǔ)減震部件通常是指包括如一般意義上的減震器的空間架構(gòu)結(jié)構(gòu)塔的
斜向、縱向或橫向部件。
在塔的一個(gè)實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)減震部件斜向設(shè)置，與相鄰的縱向部 件互接。在第二實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)減震部件縱向設(shè)置，與相鄰的縱向部 件互接。在第三實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)減震部件橫向設(shè)置，與相鄰的縱向部 件或斜向部件相互連接。在另一實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)減震部件或減震器組 合件可操作的連接到放大部件，該放大部件用來將塔的各種部件的小位移放 大成減震部件或減震器組合件的相對(duì)較大的位移。在其他實(shí)施例中，減震部 件的各種組合替代了 一個(gè)或多個(gè)組成一個(gè)機(jī)架或多個(gè)機(jī)架、空間架構(gòu)結(jié)構(gòu)的 結(jié)構(gòu)塔的不同縱向、斜向或橫向部件。
本發(fā)明進(jìn)一步包括具有多個(gè)向上定向的縱向部件和多個(gè)與縱向部件相互 連接的斜向部件的結(jié)構(gòu)塔，其中多個(gè)縱向部件和多個(gè)斜向部件以向上伸展一 個(gè)或多個(gè)機(jī)架的形式排列和連接，機(jī)架使用銷釘將縱向部件連接到相鄰的縱 向部件相鄰的斜向部件而固定。結(jié)構(gòu)塔包括至少三個(gè)圍繞著縱軸基本上等距 間隔的向上定向的縱向部件。在一個(gè)實(shí)施例中，^f向部件與每個(gè)至少三個(gè)向 上定向的縱向部件的相鄰一對(duì)互接。在另一個(gè)實(shí)施例中，用銷釘接頭來使每 個(gè)斜向部件與相應(yīng)的相鄰一對(duì)縱向部件互接。在另一個(gè)實(shí)施例中，斜向部件 的每端都包括具有孔的凸緣部件，孔的尺寸和設(shè)置都適于緊緊接納銷釘，而 相應(yīng)的相鄰一對(duì)縱向部件的每一個(gè)都包括相應(yīng)的具有孔的凸緣，孔的尺寸和 設(shè)置也都適于緊緊接納銷釘。
本發(fā)明還包括一種裝配具有空間架構(gòu)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)塔的方法，包括步驟 提供多個(gè)第一縱向部件和斜向部件和用于結(jié)構(gòu)塔的基座，該基座具有多個(gè)配 置來接納縱向部件的端部的支撐部件。多個(gè)第一縱向部件中的每一個(gè)的一端 都固定到多個(gè)支撐部件中的相應(yīng)一個(gè)上，縱向部件彼此用斜向部件互接，其 中多個(gè)縱向部件和多個(gè)斜向部件以向上伸展機(jī)架的配置形式排列和連接。
在一個(gè)實(shí)施例中，構(gòu)造塔的另一步驟包括提供第二類多個(gè)縱向部件和 斜向部件。多個(gè)第二縱向部件的端部連接到多個(gè)第一縱向部件的相應(yīng)端部， 而且多個(gè)第二縱向部件彼此用多個(gè)第二斜向部件互接，其中多個(gè)第一和第二 縱向部件和多個(gè)第一和第二斜向部件以向上伸展多個(gè)機(jī)架的配置形式來排列 和連接。
本發(fā)明的上述任一實(shí)施例中的特征都可以彼此組合使用。而且，通過考 慮說明書、附圖和權(quán)利要求書，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人 員來說將是顯而易見的。


圖2圖示了圖1所示的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)塔的機(jī)架部分的透視圖； 圖3圖示了圖2所示的機(jī)架部分的典型連接部分的近視分剖面圖5圖示了兩個(gè)縱向部件之間和斜向部件的縱向和斜向連接結(jié)構(gòu)的分解 圖和部分剖面圖6圖示了圖5的分解部件完全組裝形式的視圖7圖示了圖1所示的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)塔的圓柱形機(jī)架部分的側(cè)視圖，風(fēng) 力渦輪機(jī)附著于結(jié)構(gòu)塔上；
圖8圖示了裝配固定到組合支柱上的連接器的剖面透視圖9圖示了本發(fā)明的用作縱向部件的組合支柱；
圖10圖示了本發(fā)明的用作橫向峽向部件的組合支柱；
圖11圖示了裝配固定到組合減振支柱上的連接器的剖面透視圖12圖示了裝配固定到另一種組合減振支柱上的連接器的剖面透視圖13圖示了本發(fā)明的可供選擇的組合減振支柱的剖面圖14圖示了本發(fā)明的第二個(gè)可供選擇的組合減振支柱的剖面圖15圖示了粘性減振支柱的剖面圖16圖示了可供選擇的粘性減振支柱的剖面圖17圖示了可供選擇的粘性減振支柱的剖面圖18圖示了裝配有減振的和非減的振斜向部件的可供選擇的機(jī)架的透 視視圖20圖示了裝配有減振的和非減振的斜向部件，以及減振放大部件的可
供選擇的機(jī)架的透視圖21A和B圖示了圖20所示的放大部件的運(yùn)行原理；
圖22圖示了裝配有減振的和非減振的斜向部件，以及減振放大部件的可 供選擇的機(jī)架的透視圖23圖示了具有用本發(fā)明的減振支柱替代鋼管機(jī)架部分的傳統(tǒng)的管狀
塔；
圖24圖示了圖23中的減振支柱的近一見圖25圖示了一種裝配來和本發(fā)明一起使用的可供選擇的機(jī)架；
圖26圖示了一種用于和本發(fā)明一起使用的可供選擇的銷釘連接。
具體實(shí)施例方式
通常，本發(fā)明涉及一種包括適于應(yīng)用于重負(fù)荷、高地勢(shì)的空間架構(gòu)的結(jié) 構(gòu)塔。更詳細(xì)的，本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)塔，該塔包括空間架構(gòu)，并具有用于 抑止共振和其他例如由正常的風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行和極端的風(fēng)荷載？ 1起的振動(dòng)的 減振部件。本發(fā)明進(jìn)一步涉及風(fēng)力渦輪機(jī)的應(yīng)用，其中該風(fēng)力渦輪機(jī)被提升 到達(dá)到80-100米或更高的高度，轉(zhuǎn)子直徑達(dá)到70米或更大。下面將闡明本 發(fā)明的實(shí)施例的細(xì)節(jié)。
圖1圖示了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)塔10的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。結(jié)構(gòu)塔10包括 多個(gè)空間架構(gòu)部分，也稱為機(jī)架組件或部分12、 13、 19， 一個(gè)組裝在另一個(gè) 之上直到達(dá)到結(jié)構(gòu)塔10的所需高度。結(jié)構(gòu)塔10的最底層機(jī)架組件13固定到 地基11上。結(jié)構(gòu)塔10具有位于最上層機(jī)架組件19的頂上的橫向軸風(fēng)力渦輪 機(jī)14,雖然縱軸渦輪也可以同樣位于該塔之上。 一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)塔10也可 以連接在一起來支撐該風(fēng)力渦輪機(jī)或多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)。傳統(tǒng)的管狀機(jī)架部分 55將風(fēng)力渦輪才幾14連接到最頂層機(jī)架組件19,但是風(fēng)力渦輪機(jī)14也可以用 本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的或者如下所述的連接件連接到最頂層機(jī)架組件19。風(fēng) 力渴輪機(jī)14承載著以典型模式隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)的多個(gè)葉片16。葉片16的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng) 集成在風(fēng)力渦輪機(jī)14上的通常用于發(fā)電的發(fā)生器(未圖示)。但是，如同本 領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，風(fēng)力渦輪機(jī)可以用于其他事情，比如，驅(qū)動(dòng)用于泵 水的泵或者驅(qū)動(dòng)磨糧食的磨面機(jī)。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)塔10具有傳統(tǒng)的1.5MW容量的風(fēng)力渦輪
機(jī)14和位于其上的葉片16,該塔在地基11之上伸展到80-100米或更高。 雖然每個(gè)單獨(dú)的機(jī)架部分12的長(zhǎng)度是可以隨著結(jié)構(gòu)塔10的長(zhǎng)度方向特別是 朝向結(jié)構(gòu)塔10的基部而變化的，但是每個(gè)單獨(dú)的機(jī)架部分12長(zhǎng)度都是30-80 米，其中基部的機(jī)架部分通常具有比那些位于靠近塔頂?shù)闹睆酱蟮闹睆?。?個(gè)單獨(dú)的機(jī)架部分12的直徑沿著塔的中部和上部是3-4米，并通常會(huì)在地基 11處增大到大約8-12米。更大或更小的機(jī)架部分直徑分別要隨著塔的整個(gè) 高度的升高或降低而設(shè)置，并依賴于想要的應(yīng)用和預(yù)料到的塔的負(fù)載。從結(jié) 構(gòu)塔10的上部取得的機(jī)架部分12的實(shí)施例將在下面描述，描述的重點(diǎn)在于 風(fēng)力渦輪機(jī)的應(yīng)用，該風(fēng)力渦輪機(jī)位于高度達(dá)到100米或更高處，轉(zhuǎn)子直徑 達(dá)到70米或更大的情況下。雖然示例性的機(jī)架部分的描述通常應(yīng)用于結(jié)構(gòu)塔 的每個(gè)機(jī)架部分，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到可以合并到塔的任何特殊機(jī) 架部分上的結(jié)構(gòu)上和組裝上的一定變形。
圖2圖示了結(jié)構(gòu)塔10的典型機(jī)架部分12的透視圖。在一個(gè)實(shí)施例中， 每個(gè)機(jī)架部分12包括多個(gè)基本上垂直延伸的縱向部件20,該部件在以結(jié)構(gòu) 塔10的中心軸為中心的圓徑上基本上等距間隔的設(shè)置?？v向部件20通常是 各個(gè)機(jī)架部分12的長(zhǎng)度，或是大約3-8米長(zhǎng)，這些依賴于機(jī)架部分在結(jié)構(gòu)塔 IO長(zhǎng)度上的位置。在另一個(gè)實(shí)施例中，各個(gè)縱向部件可以跨越兩個(gè)或更多機(jī) 架部分的長(zhǎng)度，這樣就可以減少相鄰機(jī)架部分的至縱向的連接器的數(shù)量?？v 向部件20通常用高強(qiáng)度的、中空的、橫截面為方形的鐵來構(gòu)造，但是也可以 考慮用圓形的、傾斜向的、工字梁和C字槽的橫截面幾何形狀或類似物。方 形橫截面的縱向部件20的典型的橫截面尺寸是10 x 10英寸的，每個(gè)部件的 壁厚是二分之一或四分之三英寸厚，而且在一個(gè)實(shí)施例中大約是八分之五英 寸厚?？梢允褂帽热玟X和合成物等材料作為適當(dāng)?shù)奶鎿Q物來構(gòu)造縱向部件20。 例如，在一個(gè)替換實(shí)施例中，縱向部件用合成材料構(gòu)造成橫截面為圓形、橫 截面尺寸大約是10英寸、壁厚大約是1-2英寸厚。
仍然參看圖2,縱向部件20被基本上在相鄰一對(duì)縱向部件20之間橫向 延伸的多個(gè)橫向部件22連接起來。在一個(gè)實(shí)施例中，橫向部件22在多邊形 的邊23和機(jī)架交叉線25上都設(shè)置，相互連接機(jī)架部分12的成對(duì)的連續(xù)縱向 部件20，但是也可以不設(shè)置機(jī)架交叉線25而只設(shè)置多邊形邊23,反之亦然。具有基本上等于縱向部件的間隔的直徑的剛性環(huán)件(未圖示)比如鋼圈提供 一種適當(dāng)?shù)氖褂胇f黃向部件22的替代物，也可能是值得稱贊的一種方式。在任 何一種形式中，都可以使用螺釘、銷釘(例如，如下所述)或通過焊接將橫
向部件22或環(huán)件連接到縱向部件20。在一個(gè)實(shí)施例中，橫向部件22使用高 強(qiáng)度的鐵來構(gòu)造，但是如鋁和合成物這些材料也可以作為適當(dāng)?shù)奶娲?。?如，橫向部件22可以使用高強(qiáng)度的角形梁，側(cè)邊尺寸大約是2-4英寸寬，厚 度大約是八分之三至二分之一英寸?？商鎿Q的，橫向部件22可以使用任何合 適的橫截面形狀的鐵、鋁或合成材料，比如圓形的、方形的、工字梁或C字 槽形都是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠明白的。
仍然參看圖2，斜向部件26在相鄰的縱向部件對(duì)20之間斜向著延伸。 斜向部件26沿著每個(gè)機(jī)架部分12的周邊與連續(xù)的縱向部件對(duì)20相互連接。 斜向部件26通常是大約3-8米長(zhǎng)，朝向是相對(duì)于相鄰縱向部件20的角度大 約為30-60度?；旧希總€(gè)斜向部件26的長(zhǎng)度將依賴于斜向部件26所連 接的相鄰縱向部件20的長(zhǎng)度、相鄰縱向部件的間隔和斜向部件相對(duì)于縱向部 件20的傾斜向角度。例如，位于朝向塔10的基座上的機(jī)架部分12的斜向部 件26的長(zhǎng)度相對(duì)于位于靠近結(jié)構(gòu)塔10頂部的機(jī)架部分12的斜向部件26的 長(zhǎng)度將增大。斜向部件26通常由高強(qiáng)度的、中空的、橫截面為方形的鐵構(gòu)造， 但是也可以考慮使用圓形的、角狀的、工字梁形和C形槽形橫截面幾何形狀 或類似物。方形橫截面的縱向部件20的典型的橫截面尺寸是10 x 10英寸的， 每個(gè)部件的壁厚是二分之一或四分之三英寸厚，而且在一個(gè)實(shí)施例中大約是 八分之五英寸厚?？梢允褂帽热玟X和合成物等材料作為適當(dāng)?shù)奶鎿Q物來構(gòu)造 斜向部件26。例如，在一個(gè)替換實(shí)施例中，斜向部件用合成材料構(gòu)造成橫截 面為圓形、橫截面尺寸大約是10英寸、壁厚大約是1-2英寸厚。
前述的關(guān)于圖2的描述應(yīng)用于包括圖1所示的結(jié)構(gòu)塔的上半部分的機(jī)架 部分12上。但是，該描述通常也可適用于包括含有塔下半部分的機(jī)架部分的 類似組件上。如果有什么不同，通常也就限于特殊的機(jī)架部分的幾何形狀上。 在一個(gè)實(shí)施例中，例如，含有結(jié)構(gòu)塔10的下端的機(jī)架部分包括相對(duì)較長(zhǎng)的橫 向部件22從而適應(yīng)每個(gè)機(jī)架部分的相對(duì)較大的尺寸，該機(jī)架部分是塔的與地 基11相鄰的基座所靠近的部分。類似的形式，斜向部件26的長(zhǎng)度也要增大
以適應(yīng)每個(gè)機(jī)架部分的相對(duì)較大的尺寸，或者與之一致的相鄰縱向部件對(duì)20
之間的相對(duì)較大的間隔。而且，在一個(gè)實(shí)施例中，縱向部件20位于與結(jié)構(gòu)塔 10的中心軸有微小角度處以適應(yīng)每個(gè)機(jī)架部分12的尺寸隨著靠近地基11而 呈現(xiàn)的逐漸增大。進(jìn)一步的，使用一系列板子或支撐件(未圖示)將縱向部 件20固定到地基11上。板子或支撐件是螺釘固定或其他固定到地基11上。 可以通過將該下端直接焊接到板子或支撐件上，也可以通過將凸緣部件(未 圖示)焊接到下端然后將凸緣部件螺釘固定到板子或支撐件上，來將縱向部 件的連接到地基的下端固定到板子或支撐件上。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到其 他合適的方式來將下端固定到板子或支撐件上，比如通過使用銷釘與縱向連 接配合，其結(jié)構(gòu)將在下面詳細(xì)論述。
如同本領(lǐng)域:汰術(shù)人員所理解的，各個(gè)機(jī)架部分的確切凄t量和每個(gè)機(jī)架部
分一一或其變形，包括結(jié)構(gòu)塔10長(zhǎng)度上的每個(gè)機(jī)架部分的各種部件的尺寸一
一的精確尺寸，都可以根據(jù)想要的應(yīng)用、所期望或預(yù)料到的由于風(fēng)或其他原 因而產(chǎn)生的負(fù)載，或者通過改變塔的剛度來改變一個(gè)或多個(gè)共振頻率的愿望 而變化。然而，在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)塔長(zhǎng)度上的每個(gè)機(jī)架部分與每個(gè)其它
機(jī)架部分相同，也就是說所有的縱向部件20是彼此相同的或者幾乎是彼此相 同的，所有的斜向部件26是彼此相同的或者幾乎是彼此相同的，所有的橫向 部件22是彼此相同的或者幾乎是彼此相同的。更進(jìn)一步的，如上所述，本領(lǐng) 域技術(shù)人員將意識(shí)到包括每個(gè)機(jī)架部件一一即縱向、斜向、橫向部件一一的 各種部件可以被省略或包含，可以使用鐵、鋁或合成材料來構(gòu)造，例如，或 者使用具有各種橫截面幾何圖形的組合來構(gòu)造。例如，增加附加的多邊形構(gòu) 件將可以去掉一個(gè)或多個(gè)橫向和縱向部件。無(wú)論如何，組件、它們的構(gòu)造材 料和它們的橫截面幾何形狀的具體選擇都依賴于它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)塔中的位置。例 如，可以預(yù)料到靠近塔頂?shù)母鞣N部件所經(jīng)歷的應(yīng)力和負(fù)載比靠近塔底的各種 部件所經(jīng)歷的要小，這樣就允許靠近塔頂?shù)牟考哂欣巛^小的橫截面幾何 圖形或壁厚，或者用呈現(xiàn)出相對(duì)降低了成本或最后強(qiáng)度的材料來構(gòu)造。
已經(jīng)描述的了包括本發(fā)明的結(jié)構(gòu)塔10的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的各種組件 的某些特性，下面將用使用銷釘將組件彼此固定的新手段的描述來繼續(xù)描述。 圖3和4圖示了 ，例如，展示出一套縱向部件20、橫向組件22和斜向部件26的交叉點(diǎn)的連接部分30的一個(gè)實(shí)施例。通過將銷釘32延伸穿過縱向接頭 31的相應(yīng)的陽(yáng)性端34和陰性端36將縱向部件20在每個(gè)縱向接頭31處固定 在一起。在一個(gè)實(shí)施例中銷釘32直徑是4英寸，用鐵構(gòu)造。參看圖4，銷釘 32延伸穿過一對(duì)管狀部分33 (圖中只圖示了 一個(gè))，該部分具有與銷釘32緊 密匹配的直徑公差?？v向接頭31的陽(yáng)性端34的翼片部件37夾在管狀部分 33之間。管狀部分33在一個(gè)實(shí)施例中裝配在前緣38處，以方便翼片部件37 的插入。翼片部件37具有孔35，其尺寸也與銷釘32的直徑緊密匹配。當(dāng)縱 向接頭31裝配時(shí)，成對(duì)的管狀部分33阻止或最小化翼片部件37的側(cè)移，同 時(shí)銷釘32的外徑和管狀部分33以及孔35的內(nèi)徑之間的緊公差維持了縱向接 頭31處的緊配合。在一個(gè)實(shí)施例中，使用直徑為4英寸的銷釘32時(shí)，銷釘 32的外徑和管狀部分33以及孔35的內(nèi)徑之間的直徑公差可能不超過一英寸 的百分之三(0. 030 )。
再次參看圖3，每個(gè)橫向部件22用螺釘38固定到相鄰縱向部件20上， 該螺釘38延伸穿過焊接到縱向部件20上的翼片部件40。可替換的，橫向部 件22也可以直接焊接到縱向部件20上，或者用上述或下述的任一種方式銷 接到縱向部件上。每個(gè)斜向部件26的端部用銷釘42固定到相應(yīng)的縱向部件 20的斜向接頭41，該銷釘40延伸穿過形成為銷結(jié)合連接器28的一部分的一 對(duì)端部凸緣44.斜向接頭41處的銷釘連接類似于上述關(guān)于縱向接頭31的銷 釘連接。在一個(gè)實(shí)施例中，銷釘42的直徑是4英寸，用鐵構(gòu)造。銷釘42延 伸穿過具有孔的端部凸緣對(duì)"，該孔直徑與銷釘42的直徑緊密匹配。夾在 端部凸緣44之間是具有孔(未圖示)的翼片部件46，該孔的尺寸也與銷釘 42的直徑緊密匹配。裝配斜向接頭41時(shí)，端部凸緣對(duì)44防止連接器側(cè)向移 動(dòng)。銷釘42的外徑與端部凸緣44以及翼片部件46的孔的內(nèi)徑之間的緊公差 維持了斜向接頭41的緊配合。在一個(gè)實(shí)施例中，使用直徑為4英寸的銷釘時(shí)， 銷釘42的外徑與翼片部件44和孔的內(nèi)徑之間的直徑公差不超過一英寸的百 分之三(0. 030 )。翼片部件46在一個(gè)實(shí)施例中是悍接到縱向部件20上的。 雖然使用的是一個(gè)翼片部件46和兩個(gè)端部凸緣44,但是顯然也可以在連接 器上使用兩個(gè)翼片部件和一個(gè)端部凸緣來將斜向部件26固定到相應(yīng)的縱向 部件20上。 圖5和6圖示了連接部分130的另一個(gè)實(shí)施例，該連接部分展示了一套 縱向部件120和斜向部件126的交叉點(diǎn)?？v向部件120在每個(gè)縱向接頭131 處用銷釘組合件132固定在一起，該銷釘組合件延伸穿過縱向接頭131的插 入端134和接收端136。在一個(gè)實(shí)施例中，銷釘組合件132包括其每個(gè)端部 都有錐形部分151的銷釘部件150.銷釘組合件132還包括具有內(nèi)壁154的套 環(huán)部件153,該內(nèi)壁154配置來在套環(huán)部件完全固定到銷釘部件150的錐形 部分151上時(shí)與銷釘部件150的錐形部分151緊密嚙合。銷釘組合件132進(jìn) 一步包括一對(duì)墊圈155和配置來擰入銷釘部件150端部的螺孔157中的一對(duì) 螺釘156?？v向接頭131的插入端134包括含有孔135的翼片部件137，孔的 尺寸與銷釘部件150的錐形部分151中間位置處的非錐形部分158的直徑緊 密匹配。銷釘部件150延伸穿過一對(duì)管狀部分133,充分膨脹時(shí)該部分具有 與套圏部件153緊密匹配的直徑公差?？v向槽159位于每個(gè)套圏部件153的 長(zhǎng)度方向上，用以在充分受力而置于銷釘部件150的錐形部分151上時(shí)允許 套圈部件153徑向膨脹。與上面的論述類似，在一個(gè)實(shí)施例中，管狀部分在 前緣138處被修正以便于翼片部件137的插入。
在一個(gè)實(shí)施例中，錐形銷釘?shù)目v向"l妄頭131的組裝如下進(jìn)行?？v向部件 120的插入端134和接收端136用位于臨近管狀部分133處的翼片部件137 的孔連接在一起。銷釘部件150插入管狀部件133和翼片部件137的孔135。 孔135和銷釘部件150的非錐形部分158之間的公差非常小，在一個(gè)實(shí)施例 中，大約是百分之三(0.030 )英寸或更小。通常，公差太小以至于需要壓力 (或錘子)來將銷釘部件150的非錐形部分158嚙合到翼片部件137的孔135 中。然后將套圏部件153置于銷釘部件150的錐形部分151和管狀部分133 之間。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)套圈部件153的內(nèi)表面154的尺寸小于銷釘部 件150的錐形部分151的外尺寸，這樣就可以防止套圈部分153充分插入超 過銷釘部件150的錐形部分151。在同一個(gè)實(shí)施例中，套圈部件153的外徑 只是比管狀部分133的內(nèi)徑小稍微一點(diǎn)。然后將墊圈155放在臨近銷釘150 的端部處，并將螺釘156插入到螺孔157中。然后將螺釘156完全擰入螺孔 157，這將迫使套圏部件153壓靠在銷釘部件150的錐形部分151上。隨著套 圈部件153壓靠在各自的銷釘部件150的錐形部分151上，套圈部件153的
外表面膨脹靠在各自的管狀部件133的內(nèi)表面上。
現(xiàn)在參看圖6,當(dāng)通過將螺釘156完全獰入各自螺孔中而充分膨脹時(shí)， 每個(gè)套圈部件153的外表面與各自的管狀部分133的內(nèi)表面緊密嚙合，同時(shí) 每個(gè)套圈部件154的內(nèi)表面與各自的銷釘部件150的錐形部分151緊密嚙合。 在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)套圈部件還包括鄰接翼片部件137的各自的側(cè)面的內(nèi) 邊緣160,以協(xié)助防止翼片部分137相對(duì)于管狀部分133或縱向接頭131的 接收端136側(cè)向移動(dòng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以使用螺絲緊固件如LoctiteR 來更好地將螺釘156固定到銷釘部件150上，或者，也可以使用焊接來永久 固定組合的銷釘組合件132。在與前述描述類似的方式中，可以使用第二銷 釘組合件142來將每個(gè)斜向部件126固定到各自的縱向部件120的每個(gè)斜向 接頭處。
前面關(guān)于縱向和斜向接頭31、 41、 131的連接器的描述是對(duì)使用具有緊 公差的銷釘將各種縱向和斜向部件彼此固定的原理特性的示例性描述。但是， 本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到位于結(jié)構(gòu)塔中的任何連接點(diǎn)都可以通過披露的銷釘 組合件或其變形物來固定。而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到固定接頭的其 他方法也是可以利用的。例如，凸緣可以焊接到縱向部件的相對(duì)端，凸緣可 以使用一系列螺釘彼此連接?？商鎿Q的，上述的銷釘可以用螺釘替換。還可 以替換的是，連接可以用焊接、或焊接、螺釘和銷釘?shù)慕M合來形成。不管選 擇來固定連接的方法是什么，接頭連接的實(shí)質(zhì)特性是連接完成時(shí)連接是緊的。 一旦連接起來，在各種縱向、斜向和橫向組件之間的各個(gè)接頭處必須沒有或 者有極小的相對(duì)平移、滑動(dòng)，或者超出平面的扭曲，而且銷接必須呈現(xiàn)出同 樣的特性，但是在塔從結(jié)構(gòu)上被加載時(shí)可以允許連接部件繞著銷釘?shù)闹行妮S 旋轉(zhuǎn)。
再次參看圖1，結(jié)構(gòu)塔IO被圖示為具有11個(gè)機(jī)架組合件12 ——如頂部 機(jī)架組合件19、底部機(jī)架組合件13和一系列中間機(jī)架組合件12，廣義而言， 其包括頂部和底部機(jī)架組合件。最底層機(jī)架組合件13具有比最頂層機(jī)架組合 件19相對(duì)較大的直徑。上部機(jī)架組合件12的直徑較小，主要容納風(fēng)力渦輪 機(jī)14和轉(zhuǎn)子葉片16。上部機(jī)架組合件的較小的直徑使得其不阻礙轉(zhuǎn)子葉片 16的旋轉(zhuǎn)，并允許風(fēng)力渦輪機(jī)14和轉(zhuǎn)子葉片16組合起來以繞著結(jié)構(gòu)塔10
的中心軸完全旋轉(zhuǎn)，從而適應(yīng)風(fēng)向的改變。最底層才幾架組合件13和那些與其 相鄰的或相近的組合件直徑都相對(duì)較大，從而適應(yīng)靠近地基ll的較大的覆蓋
區(qū)，這樣就可以給結(jié)構(gòu)塔io提供更好的橫向穩(wěn)定性。與提供上述另一連接的 手段類似，縱向部件20 (120)的最低端包括可以用焊接、螺釘或銷^T連接 固定到地基11上的最底層機(jī)架組合件13—一例如，縱向部件20 ( 120 )的最 低端可以用與上述用于縱向連接部分31 (131)的相同的連接手段固定到從 地基ll向上延伸的翼片部件(未圖示)上。
現(xiàn)在參看圖7，風(fēng)力渦輪機(jī)14被固定到傳統(tǒng)的管狀圓柱體機(jī)架部分55 上。在一個(gè)實(shí)施例中，該圓柱體機(jī)架部分55是用鐵構(gòu)造的，并具有向下延伸 的多個(gè)鋼翼片部件37 ( 137 )。每個(gè)翼片部件37 ( 1 37 )被配置為與最上層機(jī) 架部分19的縱向部件20 (120)的上端相互連接。該連接用焊接、螺釘或與 上述用于縱向連接部分31 ( 131 )相同的銷接手段形成。風(fēng)力渦輪機(jī)14用本 領(lǐng)域技術(shù)人員已知的用于將風(fēng)力渦輪機(jī)附著于傳統(tǒng)的管狀塔的標(biāo)準(zhǔn)裝置或連 接系統(tǒng)可旋轉(zhuǎn)地固定到圓柱形機(jī)架部分55上。
如上所述，使用鐵之外的材料來構(gòu)造包括結(jié)構(gòu)塔在內(nèi)的各種組件可以顯 示出優(yōu)越性，尤其是關(guān)于包括靠近塔頂?shù)臋C(jī)架部分12的縱向和斜向部件。例
變剛性特征，以及i荅的共^展頻率。參看圖8來描述本發(fā)明的合成的斜向部件 226的實(shí)施例，并結(jié)合將這種斜向部件226固定到各自相鄰的縱向部件上的 方法。所圖示的斜向部件226在其一端附著有本發(fā)明的連接器27.斜向部件 226包括合成材料的管狀部件60。連接器27固定在管狀件60的兩端上。連 接器27包括內(nèi)套筒62和外套筒64.內(nèi)套筒62以套筒的外徑67提供外接觸 面66.同樣的，外套筒64以套筒的內(nèi)徑69提供內(nèi)接觸面68。管狀部件60還 在管狀部件60的兩端都提供內(nèi)接觸面70和外接觸面71。當(dāng)如下所述裝配時(shí)， 內(nèi)套筒62、外套筒64和管狀部件60的尺寸被選擇來形成連接器27和管狀 部件60之間的緊配合。在一個(gè)實(shí)施例中，管狀部件60的內(nèi)接觸面70的直徑 大約是10英寸，而管狀部件60的外接觸面71的直徑大約是ll. 5英寸，其 結(jié)果是壁厚大約是1.5英寸。在這個(gè)實(shí)施例中，負(fù)公差最好是大約百分之十 至二十。與前述的接觸面尺寸一致，在一個(gè)實(shí)施例中，外套筒的內(nèi)徑69大約
是11. 48至49 ( 11. 48-11. 49 )英寸,而內(nèi)套筒62的外徑67大約是10. 01-02 (10. 01-10. 02)英寸。在該實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)塔10的管狀部件60的長(zhǎng)度在從 大約3至大約8米的范圍之內(nèi)，這依賴于它在塔中的位置。這個(gè)實(shí)施例中的 每個(gè)不同的接觸面66、 68、 70、 71的軸向長(zhǎng)度61是大約4-6英寸。上述尺 寸用于該實(shí)施例中的位于結(jié)構(gòu)塔10的上部機(jī)架組合件上的斜向部件226。但 是，該尺寸可以根據(jù)結(jié)構(gòu)塔的高度、直徑和預(yù)期負(fù)載或者任何特定應(yīng)用的運(yùn) 行狀況來增大或減小。
下面描述將聯(lián)機(jī)器27裝配到合成管狀部件60的一種方法。將外套筒64 加熱到足夠高的溫度以使內(nèi)接觸面68膨脹從而接納管狀部件60的外接觸面 71。類似的，將內(nèi)套筒62降溫到足夠低的溫度以使外接觸面66收縮接納管 狀部件60的內(nèi)接觸面70。在一個(gè)實(shí)施例中，套筒和部件連接時(shí)，外套筒64 被加熱到大約300華氏度(300。F)，該溫度高到足以影響內(nèi)接觸面68的所需 膨脹，但還不至于高到會(huì)破壞管狀部件60的合成矩陣。同時(shí)，內(nèi)套筒62被 冷卻到大約負(fù)350華氏度(-350°F)。當(dāng)內(nèi)套筒62和外套筒64都達(dá)到所需 溫度時(shí)，將組件連接在一起并使溫度平衡至室溫。 一旦溫度平衡，外、內(nèi)套 筒以非常高的徑向壓力或應(yīng)力夾緊合成管狀部件60,在接觸面上形成一種壓 力和張力兩方面都能夠傳遞巨大荷載的緊配合。
連接器27的一個(gè)實(shí)施例包括內(nèi)套筒62上的向外伸展的唇部76和外套筒 44上的向內(nèi)伸展的唇部77。內(nèi)套筒62上的唇部76伸展越過管狀部件60的 圓周壁區(qū)域78。類似的，外套筒64上的唇部77伸展大約與內(nèi)套筒62上的 唇部76相等的距離，但是是在相反的方向上。當(dāng)合成斜向部件226在張力作 用下放置時(shí)，外、內(nèi)套筒62、 64的重疊的唇部76、 77可以更好地分配管狀 部件60的內(nèi)外接觸面之間的摩擦負(fù)荷。與上述提供連接的方法相類似，合成 斜向部件226的連接器27用螺釘、焊接或銷接一一如與上述的用于斜向接頭 部分41 (141)的相同的銷接方法固定到縱向部件20 ( 120 )上。
前面對(duì)將合成管狀部件60用于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)塔10的構(gòu)造中的描述主要 集中在將這種合成部件60用于合成斜向部件226中。同樣的原理通常也應(yīng)用 于縱向和橫向部件上。例如，圖9和10圖示了分別用于構(gòu)成合成縱向部件 220和合成橫向部件222以達(dá)到相同的減少重量的好處的合成管狀部件。如
上所述的鐵部件的合成部件的構(gòu)造可用來可選擇的做整個(gè)結(jié)構(gòu)塔IO—_即用 于任一個(gè)或多個(gè)，或者甚至全部的縱向、斜向和橫向部件，而不用考慮它們 在結(jié)構(gòu)塔10中的位置。例如，圖9和10圖示了合成部件的構(gòu)造——類似于
上述的合成斜向部件226——分別用于典型的機(jī)架組合件12中出現(xiàn)的縱向部 件20和橫向部件22。
參看圖9，例如，合成縱向部件220圖示為具有端部連接器225的合成 支柱。端部連接器以與上述關(guān)于用于合成斜向部件226的緊配合連接器27相 類似的方式固定到合成縱向部件220上。但是，端部連接器225并不具有一 對(duì)端部凸緣44,而是具有栓接或焊接到對(duì)面的端部連接器225的相應(yīng)凸緣上 的凸緣221?？商鎿Q的，端部連接器225包括與上述能夠用螺栓或上述關(guān)于 縱向接頭31 (131)的銷釘連接組件來固定連接相類似的陽(yáng)性翼片和陰性翼 片。以相同的方式，圖10圖示了具有用銷接、螺釘連接或其他方式固定到鐵 縱向部件20上的端部連接器223的合成橫向部件2"。在圖9和10中，斜 向部件229是鐵部件，或者是合成斜向部件226,用上述用于構(gòu)造斜向接頭 41 ( 141 )的技術(shù)來銷接到縱向部件20或端部凸緣225上。但是，如圖9所 示，使用合成縱向部件220時(shí)，最好將斜向部件26 ( 226 )直接固定到端部 凸緣上，而不是合成管狀部件上。雖然圖9和10分別圖示了具有合成縱向部 件220或者合成橫向部件222的機(jī)架部分，但是需要注意的是另一實(shí)施例打 算用合成縱向部件220、斜向部件226和橫向部件222,或者它們的組合來構(gòu) 造整個(gè)結(jié)構(gòu)塔IO。
本方面的另一實(shí)施例中，在結(jié)構(gòu)塔IO的一個(gè)或多個(gè)縱向、斜向或橫向部 件中的結(jié)合入配置來減緩振動(dòng)的部件一一例如，粘性的或粘彈性的減振部件， 更通常的是，減振部件或支柱一一給在正常條件下，以及適應(yīng)極端條件、運(yùn) 行條件，尤其是風(fēng)力渦輪機(jī)應(yīng)用到非常高處時(shí)的塔提供集成的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。下 面討論減振的(被減振的)支柱或部件的各種實(shí)施例。該討論集中在兩類減 振支柱上。第一類是使用粘彈性材料和合成的或其他剛性部件來形成集成到 一根支柱上的平行簧片和減震器，這樣減振部件就包括顯著的剛度和減幅。 第二類是使用集成到一個(gè)部件上的粘性的或液壓的減震器形成并行簧片和減 震器，以包括顯著的剛度和減幅?？商鎿Q的，去掉剛性供應(yīng)件，只剩下提供
主要減振的減震器。雖然用于影響減振的其它手段一一如磁力一一也是本領(lǐng) 域技術(shù)人員所公知的，但是這里所描述的類別已經(jīng)在用于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)塔10 的高地勢(shì)風(fēng)力渦輪機(jī)應(yīng)用中證明了其優(yōu)點(diǎn)。但無(wú)論如何，這些討論不應(yīng)該理 解為是限制或者排除使用類似的具有減震器屬性的減振裝置落入本發(fā)明的范 圍之內(nèi)。而且，隨后的討論以直接主要描述減振的斜向部件而繼續(xù)進(jìn)行。但 是，從上面的討論可以得知，需要注意的是這種描述通常也應(yīng)用于縱向和橫 向部件，因此，關(guān)于減振的斜向部件的描述也不應(yīng)該被理解為是對(duì)本發(fā)明范
圍的限制，這里和上面所描述的原則通常應(yīng)用到結(jié)構(gòu)塔10的每個(gè)縱向、斜向
和橫向部件上。
現(xiàn)在參看圖11，減振的斜向部件126的一個(gè)實(shí)施例被圖示為一端附著有 本發(fā)明的連接器127。圖示于圖11的實(shí)施例包括內(nèi)管狀部件81和外管狀部 件82。在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)、外管狀部件81、 82用纖維材料構(gòu)造，該纖維 材料具有以不同圖案層疊的纖維層。夾在內(nèi)、外合成管狀部件81、 82之間的 粘彈性材料層83。粘彈性層83夾在內(nèi)、外管狀部件81、 82之間的組合提供 了為結(jié)構(gòu)塔10減振用的合成減振支柱。連接器127以與上述關(guān)于用于具有單 個(gè)合成管狀部件60的合成斜向部件226的緊配合相同的方式固定到內(nèi)、外管 狀部件81、 82和粘彈性層83的組合上。減振的斜向部件126的尺寸可以與 上述用于合成斜向部件226的相同。粘彈性層的厚度與合成管的壁厚相比相
對(duì)較d---在一個(gè)實(shí)施例中大約是十分之二毫米(0. 2誦)，該合成管與前述
的斜向部件的相一致，如果總壁厚是大約一又二分之一英寸，它則是大約是 四分之三英寸。而且，該實(shí)施例中的粘彈性層并不延伸到連接器區(qū)域。如果 需要，適當(dāng)?shù)牟牧媳热绾铣刹牧系姆浅１〉妮S向套環(huán)可以延伸到連接器區(qū)大 約粘彈性層的厚度那么深，而不是將粘彈性層延伸到連接器區(qū)域。后面的這 種配置對(duì)于粘彈性層的厚度是大約1毫米或更大的實(shí)施例是有益的。
使用合成減振部件(或支柱)來減振在美國(guó)5,203，435 (Dolgin)號(hào)專利 中已經(jīng)提出，其所披露的內(nèi)容通過該參考文獻(xiàn)引入本文。制造合成減振支柱 的方法也已經(jīng)在美國(guó)6，048,426 (Pratt)號(hào)專利、美國(guó)6， 287664 (Pratt)號(hào)專 利、美國(guó)6,453, 962 (Pratt)號(hào)專利和美國(guó)6， 467, 521 (Pratt)號(hào)專利中披露 了，其披露的內(nèi)容也通過該參考文獻(xiàn)引入本文。本發(fā)明的合成減振支柱一一 比如，減振的斜向部件126——被構(gòu)造成具有下面的結(jié)構(gòu)上的和功能上的屬
性。內(nèi)、外合成管狀部件81、 82如此制造，即管內(nèi)的纖維矩陣按照已定的圖 案鋪設(shè)，內(nèi)管狀部件81的圖案與外管狀部件82的圖案異相。尤其是，實(shí)用 的圖案包括具有穩(wěn)定的或隨著部件的軸向長(zhǎng)度或負(fù)荷方向變化的頻率和振幅 的正弦波。交替的圖案包括鋸齒形(或V形)波和螺旋狀螺線。該圖案的一 個(gè)特征是內(nèi)管上的圖案的至少 一部分與外管上的圖案是異相的或者相對(duì)于外 管上的圖案周相位移。當(dāng)合成支柱在壓力或張力上有負(fù)載時(shí)這將在粘彈性層 83內(nèi)產(chǎn)生切變應(yīng)力。該切變應(yīng)力在粘彈性層內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)部摩擦，這將產(chǎn)生熱， 隨后擴(kuò)散到周圍環(huán)境中，從而影響結(jié)構(gòu);荅IO通過使用減振支柱而進(jìn)行的減振 一一如，通過使用減振的斜向部件126。內(nèi)、外管中的圖案的替代實(shí)施例包 括通過在減振支柱的端部施加壓力或張力而影響粘彈性層內(nèi)的切變應(yīng)力的任 何圖案。該替代圖案可以通過例如沿著合成管狀部件81、 82的軸向、螺旋形 或環(huán)形(或圓周的)方向而生成。
仍然參看圖11,內(nèi)管狀部件81包括合成(強(qiáng)化)纖維的第一圖案87。 該強(qiáng)化纖維的第一圖案87繞著該管內(nèi)、外圓周(也是該管的厚度之內(nèi))放射 狀延伸，并沿著管的長(zhǎng)度軸向延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，加強(qiáng)纖維87的第一圖 案是具有穩(wěn)定的波長(zhǎng)(或頻率)和振幅的正弦波(只圖示了該圖案的一部分)。 外管狀部件82包括加強(qiáng)纖維第二圖案88。加強(qiáng)纖維第二圖案88也是具有穩(wěn) 定的波長(zhǎng)和振幅的正弦波(第二圖案的一部分圖示為用虛線添加到內(nèi)管狀部 件上)的形式。也可以使用不脫離本發(fā)明的范圍的其它圖案。在一個(gè)實(shí)施例 中，加強(qiáng)纖維第一和第二圖案87、 88沿著管狀部件81、 82的整個(gè)長(zhǎng)度彼此 異相180度。但是，需要本領(lǐng)域技術(shù)人員注意的是，該圖案并不需要徹底異 相180度。而且，需要注意的是，粘彈性層僅需要沿著長(zhǎng)度上用于減振的那 部分駐留。當(dāng)減振的斜向部件126在壓力上或張力上有負(fù)載是，正弦波圖案 的波峰和波谷和其它部分相對(duì)于彼此移動(dòng)，這樣就會(huì)影響粘彈性層的切變應(yīng) 力和振動(dòng)的最終阻尼。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到合成纖維的任何圖案 都將影響粘彈性層內(nèi)的切變應(yīng)力和最終阻尼一一切變應(yīng)力越大，阻尼就越大。
雖然圖11圖示了一層粘彈性材料夾在一對(duì)合成管狀部件之間，但是對(duì)于 本領(lǐng)域技術(shù)人員來說很顯然的是也可以使用多層粘彈性材料和合成管狀部件
來影響阻尼。參看圖12，例如，圖示了一種上述合成減振部件的替代品。具
體而言，替代的合成減振支柱136包括第一合成管狀部件183,位于第一個(gè) 之內(nèi)的第二合成管狀部件184，和挨著第二個(gè)的第三管狀部件185。第一粘彈 性層188位于第一和第二管狀部件183、 184之間，第二粘彈性層位于第二和 第三管狀部件184、 185之間。第一合成管狀部件185包括繞著管的圓周環(huán)狀 或圓周狀延伸并沿著管的長(zhǎng)度軸向延伸的加強(qiáng)纖維第一圖案(未圖示)。在一 個(gè)實(shí)施例中，加強(qiáng)纖維第一圖案是具有穩(wěn)定波長(zhǎng)(或頻率)和振幅的正弦波 形式。第二合成管狀部件184包括加強(qiáng)纖維第二圖案，在一個(gè)實(shí)施例中，與 加強(qiáng)纖維第一圖案異相。第三合成管狀部件183包括加強(qiáng)纖維第三圖案，在 一個(gè)實(shí)施例中與加強(qiáng)纖維第二圖案異相(并且如果需要，可以與加強(qiáng)纖維第 一圖案完全同相)。當(dāng)合成減振支柱一一例如替換的斜向部件136 — 一在壓力 或張力上有負(fù)載時(shí)，正弦波的波峰和波谷和其它部分相對(duì)于彼此周相移位， 這樣就影響了粘彈性層內(nèi)的切變應(yīng)力，并引起振動(dòng)的最終阻尼。與前面的實(shí) 施例相同，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，不同管狀部件之間的合成纖維的任何 圖案都會(huì)影響粘彈性層內(nèi)的切變應(yīng)力和最終阻尼一一切變應(yīng)力越大，阻尼也 即越大。
如上所提到的，前面的將減振的合成部件用于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)塔10的構(gòu)造 中的描述集中在將這種合成部件用于斜向部件126、 136中。但是，同樣的原 理通常也可以應(yīng)用于縱向和橫向部件中。相應(yīng)的，上述如圖9和10所示的關(guān) 于將合成管狀部件用于構(gòu)造縱向和橫向部件的論述同樣也可以應(yīng)用到減振的 縱向和橫向合成部件的構(gòu)造中。而且，用上述的鐵部件(或非粘彈性減振部 件)替換減振的合成部件可以在整個(gè)結(jié)構(gòu)塔10中選擇性的進(jìn)行一一也即是， 可以替換任一個(gè)或多個(gè)，或者甚至全部的縱向、斜向和橫向部件，而不用考 慮它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)塔IO中的位置。
用于減振結(jié)構(gòu)塔10的各種替代實(shí)施例或系統(tǒng)都考慮在本發(fā)明的范圍之 內(nèi)。例如，參看圖13圖示了替換的減振支柱226。減振支柱"6包括內(nèi)管狀 部件227、外管狀部件228和位于內(nèi)、外管狀部件227、 228之間的粘彈性(或 橡膠類)材料229。內(nèi)、外管狀部件227、 228用具有以上述圖案鋪設(shè)的纖維 的合成材料來構(gòu)造。合適的替代物可以包括具有與上述記在粘彈性層的表面 上的圖案類似的圖案的鐵、鋁或塑料?？商鎿Q的，可以根本不使用圖案，致
使切變應(yīng)力較低，最終阻尼較低。內(nèi)、外管狀部件227、 228包括用于將減振 支柱226以與上述方式相同的方式連接到結(jié)構(gòu)塔10的縱向部件20的連接器 部分222、 223。減振支柱226承載張力或壓力時(shí)，內(nèi)、外管狀部件227、 228 在軸向上相對(duì)于彼此可以自由平移。由于減振支柱承載著張力或壓力，粘彈 性層中出現(xiàn)切變應(yīng)力，產(chǎn)生熱，然后消散到周圍環(huán)境中，從而影響結(jié)構(gòu)塔IO 的阻尼。
參看圖14，圖示了本發(fā)明的減振支柱的另一個(gè)替代實(shí)施例。替代的減振 支柱326包括一對(duì)板狀部件327、 328嵌在一起，將粘彈性(或橡膠類)材料 層夾在中間。板狀部件327、 328使用具有以上述圖案鋪設(shè)的纖維的合成材料 構(gòu)造；只是這里圖案出現(xiàn)在實(shí)質(zhì)上與軸面相對(duì)的平面上。合適的替代物包括 上述具有記在上述接觸面上的圖案的鐵、鋁或塑料。連接器部分322、 323用 上述方式將減振支柱326固定到結(jié)構(gòu)塔10的縱向部件20上。板狀部件327 、 328用合適的手段(未圖示)固定以在減振支柱承載張力或壓力時(shí)在縱向方 向彼此轉(zhuǎn)化。當(dāng)減振支柱承載張力或壓力時(shí)，粘彈性材料內(nèi)出現(xiàn)切變應(yīng)力， 產(chǎn)生熱，然后消散到周圍環(huán)境中，從而影響結(jié)構(gòu)塔10的阻尼。
如，在用在精密街架結(jié)構(gòu)中的d形支柱(d-strut)技術(shù)中應(yīng)用的粘性的或液 壓的裝置可以用來減振。該"d形支柱"技術(shù)在例如Anderson et al.的"用 于精密桁架結(jié)構(gòu)的粘性無(wú)源減震器"的第2796-2808頁(yè)(AIAA paper, 1991) 中已經(jīng)披露，其所披露的內(nèi)容用該參考文獻(xiàn)引入本文。該d形支柱技術(shù)使用 以內(nèi)外管支柱配置的粘性的或液壓的減震器。參看圖15和16，例如，外支 柱400 ( 500 )用比如鋁材料來構(gòu)造，而內(nèi)管狀支柱402 ( 502 )用具有比外支 柱的剛度或彈性系數(shù)高的材料來構(gòu)造。內(nèi)外支柱400、 402 ( 500、 502 )之間 的有效剛度(或者用彈性系統(tǒng)乘以橫截面面積)的差別越大，得到的阻尼越 多。減震器可以將前述的兩個(gè)實(shí)施例一一即在圖15和16中圖示的那些一一 去掉提供給外管狀支柱400 ( 500 )的剛度而得到，這樣就可以將減振部件的 有效剛度降低到幾乎為零，其余部件影響主要的阻尼。在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi) 支柱402 ( 502 )在共用端404 ( 504 )連接外支柱400 ( 500 )。內(nèi)支柱402 ( 502 )
的相對(duì)端405 ( 505 )上附著粘性或液壓減震器406 ( 506 ),該減震器包括波 紋管組件407 ( 507 )或其它彈性部件、小孔409 ( 509 )和彈簧部件410 ( 510 ) 和活塞411 (511)裝置或類似的蓄水池設(shè)備。外支柱400 ( 500 )的端部利用 例如上述關(guān)于斜向接頭41、 141的技術(shù)或者其它適當(dāng)?shù)氖侄瓮ㄟ^端部連接器 421、 422 ( 521、 522 )連接到縱向部件20。在壓力或張力的負(fù)載作用下，外 支柱400 ( 500 )在軸向上拉緊，在內(nèi)外支柱之間產(chǎn)生相對(duì)位移，從而激活粘 性或液壓減震器406 ( 506 )。穿過小孔409 ( 509 )流動(dòng)的液體420 ( 520 )產(chǎn) 生粘性液體內(nèi)的切變應(yīng)力，為結(jié)構(gòu)塔10提供減振。粘性或液壓減震器的蓄水 池部分——比如彈簧部件410 (510)和活塞411 (511)——可以位于如圖 16所示的d形支柱的內(nèi)部或者如圖15所示的d形支柱的外部?？商鎿Q的， 粘性或液壓減震器406 ( 506 )的蓄水池部分也可以位于內(nèi)外支柱400、 402 (500、 502 )之間。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到減震器的彈簧和活塞部分是可 以用已知的類似液壓蓄水池來替換的蓄水池，還將進(jìn)一步意識(shí)到彈簧410上 的張力或蓄氣池的充氣壓力必須足夠大以減少?gòu)男纬稍谝后w中的氣泡，從而 防止降低張力負(fù)載下的減振。
現(xiàn)在參看圖17，圖示了粘性減振支柱或部件的另一個(gè)實(shí)施例。外管狀支 柱600罩住內(nèi)管狀支柱602。與上述的d形支柱類似，外管狀支柱600用比 如鋁材料構(gòu)造，而內(nèi)管狀支柱602用具有比外支柱的剛度或彈性系數(shù)高的材 料一一比如鐵一一來構(gòu)造。內(nèi)外支柱600、 602之間的有效剛度(或者用彈性 系統(tǒng)乘以橫截面面積)的差別越大，得到的阻尼越多。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意 識(shí)到只創(chuàng)建減震器的替代裝置包括去掉外管狀支柱(600 )。外管狀支柱具有 第一端601和第二端603。端蓋605具有配置來與位于外支柱600的第一端 601處的互補(bǔ)凸緣部件相配合的凸緣部件607。使用一系列螺栓609來將端蓋 605緊緊固定到外支柱600的第一端601上。內(nèi)支柱602具有用任何適當(dāng)?shù)?手段比如焊接固定到端蓋605上的第一端617。內(nèi)支柱具有形成為自身附著 到連接桿620上的第二凸緣619的第二端。連接桿620的第一端用任何適當(dāng) 的手段固定到第二凸緣619，比如將連接桿的外螺紋部分621擰到凸緣619 的相應(yīng)的內(nèi)螺紋部分623上。
第二端蓋630具有配置來與位于外支柱600的第二端603處的凸緣部件
相配合的凸緣部件631。使用一系列螺栓609來將端蓋630緊緊固定到外支 柱600的第二端603上。密封殼體624固定到位于外支柱600的第二端603 處的凸緣部件的內(nèi)部626上。密封殼體624使用一系列螺栓637或者其它適 當(dāng)?shù)氖侄喂潭ǖ酵咕壊考膬?nèi)部626上。該密封殼體具有被精密加工來適配 連接桿620的外壁表面的內(nèi)壁表面643。密封件641位于連4妻桿620和密封 殼體624之間，用來防止減振液體——例如粘性或液壓流體——沿著存在于 兩個(gè)部件之間的分界面泄漏。聚合體類磨損帶環(huán)645可以放置在密封殼體624 和連接桿620之間，以防止由于兩部分的相對(duì)位移而產(chǎn)生的部件磨損?？商?換的，內(nèi)壁表面643的直徑可以增大，這樣就會(huì)在內(nèi)壁表面643個(gè)連接桿的 外壁表面之間形成縫隙。由于分離而產(chǎn)生的縫隙可以用柔軟的機(jī)械裝置來填 充，比如，實(shí)質(zhì)上沿著其長(zhǎng)度粘到連接桿620和密封殼體624上的波紋管或 橡膠材料，從而排除對(duì)密封件641的需要。這種柔軟材料替代物對(duì)于用于其 中出現(xiàn)大約小于1英寸的小位移的減振支柱中尤其有益，因?yàn)榉莿傂圆牧峡?以伸展以容納相對(duì)位移。去掉密封件641還可以為密封該液體提供非滑動(dòng)表 面，從而延長(zhǎng)其壽命?；钊?22用螺栓627或一系列螺栓固定到連接桿620 的第二端。第二端蓋630具有精密加工來適配活塞622的外壁表面635的內(nèi) 壁表面633。
減振液體650 (例如粘性或液壓液體)儲(chǔ)存在由活塞620、第二端蓋630 和密封殼體624形成的第一凹槽651和第二凹槽653內(nèi)。減振支柱承載壓力 或張力負(fù)載時(shí)，由于內(nèi)支柱602和外支柱600之間的相對(duì)位移活塞620向著 或遠(yuǎn)離第二端蓋630的基部632移動(dòng)，從而發(fā)生減振。更具體的，當(dāng)活塞620 朝向基部632移動(dòng)時(shí)，從第一凹槽651流出的液體被迫穿過由第二端蓋630 的內(nèi)壁633和活塞620的外壁635之間的空隙限定的圓周區(qū)域進(jìn)入到第二凹 槽653?？商鎿Q的，小管道或孔可以;陂加工成從一面穿過活塞620的本體到 另一面，這樣當(dāng)流體通過一個(gè)或多個(gè)小管道從活塞620的一側(cè)流到另一側(cè)時(shí) 就會(huì)產(chǎn)生減振。蓄水池660通過輸送管662連接到第一凹槽?？商鎿Q的，蓄 水池可以位于支柱內(nèi)部的不同位置處，輸送管662可以連接到第二流體凹槽 653。蓄水池660或類似設(shè)備需要容納連接桿619的本體在第二凹槽653中所 占據(jù)的空間的體積。更具體的，由于活塞620向基部632位移一段距離，所
以第一凹槽651的體積將減小，第二凹槽653的體積增加。但是，由于連接 桿619出現(xiàn)在第二凹槽653中，從第一凹槽651流出的液體的體積要比由于 活塞620的位移而^f吏第二凹槽653生成的空間體積大。由于桿位移入第二凹 槽653，體積與第二凹槽653的被連接桿占據(jù)的空間體積相等的額外的液體 通過輸送管662送入蓄水池?？刂崎y664位于第一凹槽651和蓄水池660之 間，用以允許液體在減振支柱處于壓力作用下——即活塞620向基部632位 移時(shí)——流進(jìn)蓄水池，并用以允許液體在減振支柱處于張力作用下一一即活 塞620離開基部632位移時(shí)——從蓄水池返回到第一凹槽651。上述對(duì)由于 連接桿619而提供額外液體的蓄水池的描述是提供補(bǔ)償液體所必需的原理特 性的示例性說明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到其它的已知設(shè)備或裝置也 能夠以正確的比例提供這種液體來實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行。
如上所述，在一個(gè)實(shí)施例中，液體650穿過第二端蓋630的內(nèi)壁633和 活塞620的外壁635之間的空隙從第一凹槽651流到第二凹槽653,反之亦 然。如下所述，液體的這種流動(dòng)方式使得減振支柱對(duì)溫度變化的敏感度小于 液體通過穿過活塞本體延伸的小管道的流動(dòng)的方式。更具體的，由于作為溫 度的一種功能而出現(xiàn)的減振液體的粘性的附帶改變，減振效率可以通過溫度 的改變而改變。例如，隨著溫度升高，減振液體的粘性通常將降低，導(dǎo)致用 于活塞620的給定位移的減振效率降低。活塞620用具有比用于構(gòu)造第二端 蓋630 (或與活塞相鄰的圓柱壁)的材料高的熱膨脹系數(shù)的材料構(gòu)造時(shí)，這 種趨勢(shì)是可以是相反的。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，活塞620用鋁來構(gòu)造，第 二端蓋630用鐵構(gòu)造。鋁具有比鐵高的熱膨脹系數(shù)，也就是作為溫度的一種 功能，鋁將會(huì)以比鐵大的比例膨脹和收縮。這種熱膨脹比例的不一致使得第 二端蓋630的內(nèi)壁633和活塞620的外壁635之間的空隙隨著溫度相對(duì)于指 定溫度的降低而增大，并隨著溫度相對(duì)于指定溫度的升高而變小。由于在兩
空隙或距離——距離越大，減振越小。因此，隨著溫度升高，由于液體粘性
633與活塞620的外壁635之間的空隙或距離來調(diào)整。由于它降低了減振支 柱對(duì)于溫度隨著天氣由于日?；蚣竟?jié)變化而變化的敏感度，所以本發(fā)明的這 個(gè)特征尤其有用。
上述描述提供了關(guān)于構(gòu)造包括位于結(jié)構(gòu)塔的一個(gè)或多個(gè)機(jī)架組合件中的 減振的或非減振的縱向、斜向和橫向組件的結(jié)構(gòu)塔的各種模式和方法。但是， 本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到上述組合方式的各種變形。例如，機(jī)架部分12被圖
示為在機(jī)架部分12的每個(gè)面上具有位于一對(duì)縱向部件20之間的單個(gè)斜向部 件26。然而，本領(lǐng)域技術(shù)技術(shù)人員將意識(shí)到成對(duì)的斜向部件26可以交叉的 形式位于成對(duì)的縱向部件20之間，也可以越過塔空間的內(nèi)部位于任何成對(duì)的 縱向部件之間，而且單個(gè)斜向部件26的走向可以是混合的——即斜向部件可 以位于順時(shí)針和逆時(shí)4十兩個(gè)方向上(或右走向和左走向配置為相鄰的機(jī)架部 分沿著塔10的中心軸線按順序排好)?？商鎿Q的，斜向部件也可以從機(jī)架組 合件的各個(gè)面上去除；縱向部件可以跨越一個(gè)或多個(gè)機(jī)架組合件?，F(xiàn)在參看
塔的各種其它替代實(shí)施例。不過這些圖示和說明都是以 一般形式提供的一 一 即沒有圖示具體部件的某些細(xì)節(jié)一一需要注意的是上面提供的關(guān)于各種減振 的或非減振的部件的各種結(jié)構(gòu)或應(yīng)用的細(xì)節(jié)都能用于下面提供的各種應(yīng)用 中。
例如，參看圖18,它圖示了替代實(shí)施例的機(jī)架組合件712。該機(jī)架組合 件712包括非減振的——即鐵、鋁或合成的——用上述各種實(shí)施例中的一個(gè) 和多個(gè)構(gòu)造出來的縱向部件720、斜向部件726和橫向部件722。在一個(gè)實(shí)施 例中，機(jī)架組合件712還包括一系列減振的斜向部件730,與每個(gè)非減振的 斜向部件726有間隔的相鄰并平行于它。關(guān)于這個(gè)實(shí)施例，當(dāng)結(jié)構(gòu)塔遭受負(fù) 載時(shí)，非減振的部件726將由于斜向部件726所經(jīng)受的壓力和張力而經(jīng)受輕 微的軸向偏斜向。非減振的斜向部件726經(jīng)受軸向上的這種偏斜向時(shí)，相鄰 的減振部件730將同樣的軸向偏斜向，從而使得能量分散。非減振的和減振 的斜向部件726、 730的配置在這點(diǎn)上可以被認(rèn)為大概類似于動(dòng)態(tài)負(fù)載的一維 彈簧和減震器并排連接。由于上述的各種減振部件的任一種都可以用作圖18 所示的減振斜向部件730,所以替代實(shí)施例可以使用幾乎純粹用來提供減振 的、剛度非常低的大型震動(dòng)吸收器(或減震器)。事實(shí)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員將 意識(shí)到并排排列的震動(dòng)吸收器(減震器)和剛性非減振部件類似于上述減振
部件，其中每個(gè)這樣的部件都包括彈簧類剛性部件(非減振部件)和減振部
件——即各種減振部件400、 500、 600的外管狀部件提供非減振的剛性組件， 而內(nèi)管狀部件402、 502、 602和液壓減震器組件提供減振組件。該討論可以
應(yīng)用于下面出現(xiàn)的各種其它替代物中。主要用于減振目的的吸收震動(dòng)的減振 器一一與這里所一坡露的減振部件或支柱相對(duì)而言，具有彈簧類和減震器類特
性--通過例^口紐約North Tonawanda的Taylor Device/>司在商業(yè)上是可
以獲得的。
現(xiàn)在參看圖19,圖18所示實(shí)施例的替代實(shí)施例設(shè)想了位于相鄰的非減 振斜向支柱726以及相鄰的正時(shí)針741走向或逆時(shí)針743走向或其組合走向 的減振和非減振支柱對(duì)之上或之下的減振斜向支柱730。如圖19進(jìn)一步所示， 機(jī)架組合件的替代實(shí)施例設(shè)想了在機(jī)架組合件的一個(gè)或多個(gè)面上使用減振和 非減振斜向支柱對(duì)，機(jī)架組合件的外側(cè)面746、 747具有減振或非減振斜向支 柱的一個(gè)或另一個(gè)，或者既沒有減振斜向支柱也沒有非減振斜向支柱。
現(xiàn)在參看圖20,圖示了機(jī)架部分中的支柱配置的另一個(gè)替代實(shí)施例。在 這個(gè)實(shí)施例中，機(jī)架組合件762包括用上述各種實(shí)施例中一個(gè)或多個(gè)構(gòu)造出 來的非減振縱向部件770、斜向部件776和橫向部件772。在一個(gè)實(shí)施例中， 機(jī)架組合件762還包括一系列減振支柱780,與每個(gè)非減振斜向部件7%有 間隔的相鄰并實(shí)質(zhì)上垂直于它。減振支柱780具有連接到相鄰縱向部件770 上的第一端781和連接到一對(duì)增強(qiáng)部件785上的第二端782，其中每個(gè)增強(qiáng) 部件是可以用上述方法和技術(shù)構(gòu)造的非減振部件。放大部件對(duì)785中的每一 個(gè)都相對(duì)于相鄰斜向部件776有夾角一一在一個(gè)實(shí)施例中，是從大約5度至 大約十五度。放大部件785的第一端786和減振支柱的第二端782在鉸接點(diǎn) 790處耦合在一起。關(guān)于這個(gè)實(shí)施例，當(dāng)結(jié)構(gòu)塔遭受負(fù)載時(shí)，斜向部件776 將由于斜向部件776所經(jīng)受的壓力和張力負(fù)載而經(jīng)受輕微的軸向偏斜向。當(dāng) 斜向部件776經(jīng)受軸向上的這種偏斜向時(shí)，連接相鄰的放大部件785和減振 支柱780的鉸接點(diǎn)790將根據(jù)負(fù)載是張力或是壓力而分別向著或遠(yuǎn)離斜向部 件776位移。鉸接點(diǎn)790的位移致使減振支柱780偏離軸向，從而使得能量 分散。
現(xiàn)在參看圖21A,參考直角三角形的勾股定理很好理解放大部件785提供的用于減振的放大效應(yīng)。具體而言，圖示了具有底邊751的三角形750。
三角形750的底邊751相當(dāng)于圖20中圖示的非減振斜向部件776。類似的， 圖20中圖示的放大部件對(duì)785可以相當(dāng)于三角形750的其余兩個(gè)側(cè)邊752、 753 (其長(zhǎng)度沒必要相等)。角(3和9 (其也沒必要相等)相當(dāng)于每個(gè)放大部 件785相對(duì)于非減振斜向支柱776的夾角。如圖21B所示，該配置提供了兩 個(gè)直角三角形754、 755，每個(gè)三角形具有斜向邊H、底邊B和側(cè)邊S。首先 看三角形755,如果斜向邊H被認(rèn)為是固定的，那么底邊B由于壓力或張力 負(fù)載而出現(xiàn)的長(zhǎng)度改變將導(dǎo)致側(cè)邊S的長(zhǎng)度相應(yīng)改變。基礎(chǔ)代數(shù)提供了下面 的關(guān)系式dS/dB--(B/S)--(l/tane)。這樣，由于初始的S相對(duì)于初始的B較 小(或e較小)，與B的改變相比S的改變將相對(duì)較大。換句話說，非減振斜 向支柱776的長(zhǎng)度上的輕微軸向偏斜向?qū)?dǎo)致減振支柱780的軸向位移相對(duì) 較大，假設(shè)它們之間的夾角很小。在一個(gè)實(shí)施例中，使用具有相對(duì)較高彈性 模數(shù)的材料來構(gòu)造放大部件785,比如鐵，使用具有相對(duì)較低彈性模數(shù)的材 料來構(gòu)造非減振斜向部件776,比如鋁，以此來確保;改大效應(yīng)。
現(xiàn)在參看圖22，圖示了另一個(gè)實(shí)施例的^^架部分812。該機(jī)架部分812 包括用上述各種實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)造出來的非減振的縱向部件820、 斜向部分826和橫向部分822。機(jī)架部分812還包括放大部件821和減振支 柱823。放大部件821和減振支柱823在構(gòu)造上和功能上都類似于上述那些； 只是，在圖示的實(shí)施例中，放大部分821與縱向部件820相鄰而不是與斜向 部件相鄰。
現(xiàn)在參看圖23和24，圖示了具有減振的斜向部件230和鐵縱向部件231 的改造了的傳統(tǒng)管狀塔232。該改造了傳統(tǒng)塔具有以典型形式組裝的傳 統(tǒng)的管狀部件234、 235。上部的鐵或混凝土管狀部件235具有配置來接納多 個(gè)縱向部件231的端部的鐵環(huán)或其它合適的部件。斜向支柱——如減振的或 非減振的斜向支柱或者減震器與彈簧部件的組合一一用上述關(guān)于銷接的斜向 接頭41、 141的方式或其它適當(dāng)?shù)氖侄伪热缏葆?、焊接或安裝凸緣來固定到 相鄰的縱向部件對(duì)231。類似的支柱——如減振的或非減振的縱向支柱或減 震器和彈簧部件的組合一一也可以用來代替縱向部件231，并用上述的任意 方式一一如螺釘、焊接、銷接或安裝凸緣來固定到傳統(tǒng)的管狀部件234、 235
上。然后將最上層管狀部件236固定到縱向部件230的上端。支柱機(jī)架組合 件239位于管狀塔的任意位置處，并可以用鋼管殼(未圖示)罩著，如果需 要為了感覺上的或結(jié)構(gòu)上的目的也可以用其它合適的材料，如鋁。改造了的 管狀塔也可以設(shè)計(jì)為具有放置在整個(gè)塔中的任意數(shù)量的機(jī)架部分239。很顯 然，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)塔10可以包括替換本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)機(jī)架組合件12的 管狀部分。還需要注意的是上述各種實(shí)施例或它們的變形中的任意一種都可 以被用于構(gòu)造機(jī)架組合件239,例如具有放大部件、鐵或合成部件的，或者 粘性的或基于粘彈性的減振部件實(shí)施例。
現(xiàn)在參看圖25，披露了本發(fā)明的另一機(jī)架部分700。該機(jī)架部分700包 括位于機(jī)架部分700的每個(gè)面上的成對(duì)的第一斜向部件701和第二斜向部件 702。；鏡向部件703圍繞著機(jī)架部分700的周長(zhǎng)設(shè)置，但是如果^/L架部分700 合并入如圖24所示的傳統(tǒng)管狀塔可以去掉橫向部件。在機(jī)架部分的一個(gè)或多
部件701和第二斜向部件702的每一端都連接到法蘭705。如圖進(jìn)一步所示， 連接彼此錯(cuò)位以使斜向部件對(duì)701、 702十字交叉。通常，機(jī)架部分700可以 如圖1所示沿著結(jié)構(gòu)塔的長(zhǎng)度重復(fù)設(shè)置，或者替換任意一個(gè)或多個(gè)通常包括 縱向部件和斜向部件的機(jī)架部分。進(jìn)一步的，機(jī)架部分700可以包括減振或 非減振斜向部件的組合或減震器與彈簧部件的組合，其示例性細(xì)節(jié)如上所述。 類似的，各個(gè)機(jī)架部分可以只包括縱向部件，并以此替換任意一個(gè)或多個(gè)通 常包括縱向部件和斜向部件的機(jī)架部分，也可以包括減振或非減振縱向部件 的組合或者減震器與彈簧部件的組合，其示例性的細(xì)節(jié)如上所述。
現(xiàn)在參看圖26，圖示了本發(fā)明的構(gòu)造銷接的替換實(shí)施例。該替換的釘球 接頭741包括銷釘742、 一對(duì)凸緣部件或翼片743和與減振的或非減振的斜 向部件(或，可替換的，減震器或彈簧部件)746的端部凸緣745滑動(dòng)接觸 的球形凸起744。該銷釘742 (或，可替換的，上述的膨脹螺栓)以與上述方 法類似的方式插入穿過翼片743和凸起744,從而創(chuàng)建允許斜向部件相對(duì)于 相應(yīng)的縱向部件747做零或最小軸向位移的剖面接頭?？商鎿Q的，縱向部件 747上的翼片743也可以位于斜向部件746上，此時(shí)翼片745和球形凸起744 位于縱向部件747上，接頭的功能也不發(fā)生變化。但是，組裝的釘球接頭741允許左右移動(dòng)和繞著銷釘742旋轉(zhuǎn)，這有利于構(gòu)造一個(gè)或多個(gè)包括本發(fā)明的
空間構(gòu)架塔的機(jī)架組合件。這里所描述的球形接頭組合件741的各種尺寸的 都是可以通過例如紐約North Tonawanda的Taylor Device公司來從商業(yè)上 獲得。如前所述，釘球接頭741也可以用以將縱向、斜向或橫向部件彼此連 接，或?qū)⑦@些部件中的任一個(gè)連接到用于后繼連接的凸緣上。
雖然前述描述主要集中在以陸地為基礎(chǔ)安裝的結(jié)構(gòu)塔的使用上，但是本 發(fā)明的結(jié)構(gòu)塔在海上使用時(shí)也具有相同的應(yīng)用。在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)塔的 在水面下延伸的縱向和斜向部件是用具有方形橫截面部分的鐵構(gòu)造的時(shí)，其 壁厚增大到大約四分之三至大約一英寸，也可以使用具有例如圓形、工字梁 或C形槽的橫截面的部件。在水面之上，該實(shí)施例使用與上述部件相同的一 個(gè)或多個(gè)減振的或非減振的縱向和斜向部件。水面下的鐵部件的壁厚的增加 使得抵擋水流和波浪沖擊的能力增強(qiáng)。水面上的結(jié)構(gòu)塔的其它部分如上所述 構(gòu)造以抵擋塔的共振。如果需要，可以將減振部件也合并入水面下的部分結(jié) 構(gòu)塔中以減小由海洋的水流和波浪作用所引起的振動(dòng)。照這樣，塔構(gòu)造于15 -100米深的水中，t荅的水上部分延伸到地勢(shì)達(dá)到65-100米處。由于本發(fā) 明的結(jié)構(gòu)塔構(gòu)在于岸上或海上，可以將由任何適當(dāng)?shù)牟牧献龀傻姆e木式外殼 固定到縱向或斜向部件上以遮蓋結(jié)構(gòu)塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該外殼給結(jié)構(gòu)塔10以比 本發(fā)明的管狀塔更加傳統(tǒng)的外表。
雖然為了說明本發(fā)明，這里以及發(fā)明附加披露的事實(shí)中包括了某些實(shí)施 例和細(xì)節(jié)，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說在不脫離由附屬的權(quán)利要求書所限 定的本發(fā)明的范圍的情況下，顯然可以對(duì)本文所披露的方法和裝置做各種改
變
權(quán)利要求
1.一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)塔，包括多個(gè)向上定向的縱向部件；多個(gè)與縱向部件互連的斜向部件；并且其中至少一個(gè)縱向和斜向部件是減震部件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)塔，其中至少一個(gè)減震部件包括減震器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)塔，其中至少一個(gè)減震部件包括 第一部件，具有配置來使一對(duì)縱向部件互連的第一和第二端； 第二部件，位于第一部件內(nèi)，具有連接到第一部件的第一端，以及第二端，該第二部件具有與第一部件不同的有效剛度；和粘性減震器，儲(chǔ)存可操作地連接到第一和第二部件的粘性液體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)塔，其中粘性減震器包括 缸體；與缸體滑動(dòng)適配的活塞；和連接部件，具有與活塞連接的第一端和與第二部件的第二端連接的第二二山袖。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)塔，其中粘性減震器進(jìn)一步包括與粘性液體^:通的儲(chǔ)液池。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)塔，其中至少一個(gè)減震部件斜向位于一對(duì) 縱向部件之間并與之互連。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)塔，其中至少一個(gè)減震部件縱向位于一 對(duì)縱向部件之間并與之互連。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)塔，其中至少一個(gè)減震部件基本上橫向 位于一對(duì)縱向部件之間并與之互連。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)塔，其中多個(gè)縱向部件和多個(gè)斜向部件 以向上伸展多個(gè)機(jī)架構(gòu)造的方式排列和連接。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)塔，其中多個(gè)機(jī)架構(gòu)造的每一個(gè)都包括 至少三個(gè)向上定向的縱向部件。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)塔，其中多個(gè)機(jī)架構(gòu)造的每一個(gè)都包括 至少三個(gè)圍繞著縱軸基本上等距間隔地向上定向的縱向部件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)塔，其中至少一個(gè)減震部件包括外管狀 部件和位于外管狀部件內(nèi)的內(nèi)管狀部件，該內(nèi)、外管狀部件具有第一和第二端，并在第一端彼此固定連接，外管狀部件的第一和第二端與一對(duì)縱向部件 互連，內(nèi)管狀部件的第二端可操作地連接到具有粘性液體的粘性減震器上。
13. —種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的應(yīng)用的結(jié)構(gòu)塔，包括 多個(gè)向上定向的縱向部件；多個(gè)與縱向部件互連的斜向部件；其中多個(gè)縱向部件和多個(gè)斜向部件以向上伸展多個(gè)機(jī)架構(gòu)造的方式排 歹'J和連接；和銷釘，將縱向部件連接到相鄰的縱向部件或相鄰的斜向部件中的一個(gè)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)塔，其中多個(gè)機(jī)架構(gòu)造的第一機(jī)架包 括至少三個(gè)圍繞著縱軸基本上等距間隔地向上定向的縱向部件。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)塔，進(jìn)一步包括與至少三個(gè)向上定向 的縱向部件的相鄰對(duì)互連的斜向部件。
16. 拫據(jù)權(quán)利要求15所述的結(jié)構(gòu)塔，進(jìn)一步包括使斜向部件的一端與 相鄰的縱向部件對(duì)中的相應(yīng) 一 個(gè)互連的銷釘。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)塔，其中斜向部件的一端包括具有孔 的凸緣部件，孔的尺寸被配置為緊緊容納銷釘。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)塔，其中相鄰的縱向部件對(duì)中的相應(yīng)一 個(gè)包括具有孔的凸緣部件，孔的尺寸被配置為緊緊容納銷釘。
19. 一種裝配用于風(fēng)力渦輪機(jī)的應(yīng)用的結(jié)構(gòu)塔的方法，包括步驟 提供多個(gè)第一縱向部件，每個(gè)縱向部件具有第一端和第二端； 提供多個(gè)第一斜向部件；提供用于結(jié)構(gòu)塔的基座，該基座具有多個(gè)支撐部件，每個(gè)支撐部件配置 為容納多個(gè)第 一縱向部件中的 一個(gè)的端部；將多個(gè)第 一縱向部件中的第 一個(gè)的端部連接到多個(gè)支撐部件中的相應(yīng)的 第一個(gè)上； 將多個(gè)第 一縱向部件中的第二個(gè)的端部連接到多個(gè)支撐部件中的相應(yīng)的第二個(gè)上；將多個(gè)第 一縱向部件中的第 一和第二個(gè)用多個(gè)第 一斜向部件中的第 一個(gè) 互連；將多個(gè)第 一縱向部件中的其余部件的端部連接到多個(gè)支撐部件的其余的 相應(yīng)支撐部件上；和將多個(gè)第一縱向部件中的其余部件的端部用多個(gè)第一斜向部件的其余的 相應(yīng)斜向部件互連；其中多個(gè)縱向部件和多個(gè)斜向部件以向上伸展機(jī)架構(gòu)造的形式排列和連接。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，包括進(jìn)一步的步驟 提供多個(gè)第二縱向部件，每個(gè)縱向部件具有第一端和第二端； 提供多個(gè)第二斜向部件；將多個(gè)第二縱向部件中的第 一個(gè)的端部連接到多個(gè)第 一縱向部件中的第 一個(gè)的相應(yīng)端部上；將多個(gè)第二縱向部件中的第二個(gè)的端部連接到多個(gè)第 一縱向部件中的第 二個(gè)的相應(yīng)端部上；將多個(gè)第二縱向部件中的第一和第二個(gè)與多個(gè)第二斜向部件中的第一個(gè)互聯(lián)；將多個(gè)第二縱向部件中的其余部件的端部連接到多個(gè)第 一縱向部件中的其余部件的相應(yīng)端部上；和將多個(gè)第二縱向部件中的其余部件與多個(gè)第二斜向部件中的其余的相應(yīng) 斜向部件互連；其中多個(gè)第一和第二縱向部件以及多個(gè)第一和第二斜向部件以向上伸 展機(jī)架構(gòu)造的形式排列和連接。
全文摘要
本發(fā)明披露一種應(yīng)用于高地勢(shì)、重負(fù)載的具有空加架構(gòu)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)塔，尤其是直接應(yīng)用在風(fēng)力渦輪機(jī)上的那種。該結(jié)構(gòu)塔的空間架構(gòu)的縱向、斜向或橫向部件中包括減振的或非減振的支柱。結(jié)構(gòu)塔中的一個(gè)或多個(gè)支柱降低了共振或由非周期的強(qiáng)風(fēng)或持續(xù)的高速風(fēng)引起的振動(dòng)。結(jié)構(gòu)塔的各種縱向和斜向部件可以用銷釘、螺釘、凸緣或焊接來固定在空間架構(gòu)的相應(yīng)縱向或斜向接頭上。
文檔編號(hào)E04H12/00GK101351606SQ200680012358
公開日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2006年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月13日
發(fā)明者托德·安德森, 特雷西·利文斯頓 申請(qǐng)人:特雷西·利文斯頓;托德·安德森