專利名稱：尤其是用于風能渦輪機的塔基的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種尤其是適用于風能渦輪機的塔。更具體地說，本發(fā)明涉及一種復合塔，該復合塔包括一由混凝土材料制成的塔段(tower segment)和至少一個由鋼制成的其它塔段。尤其是，本發(fā)明涉及混凝土塔段和鋼塔段之間的連接。
背景技術(shù)：
已知一些用于支撐各種元件的塔，這些塔在不同的技術(shù)領(lǐng)域中使用。例如，管狀的塔被用于支撐風能渦輪機的發(fā)動機艙，其中發(fā)動機艙可轉(zhuǎn)動地安裝在塔的頂部。
為了滿足對電力分布網(wǎng)絡的再生能源資源利用的日益增長需求，要求現(xiàn)代風能渦輪機增加更大的發(fā)電能力。此外，風能渦輪機的轉(zhuǎn)子直徑尺寸的增大，也要求增大塔的高度。
到達一定高度，用于風能渦輪機的塔可由管狀鋼段制成。管狀鋼段可以是圓柱形的、或圓錐形的，或者采用兩種類型的管狀塔段的組合。
對于相當高的塔來說，為了能利用鋼制的管狀塔段，已知的是在塔的基部或下部采用鋼筋混凝土制成的管狀塔段?；旧嫌袃煞N已知的設計方案用于將管狀鋼段連接到管狀混凝土段上。
圖4中表示出了這種連接的一種可選擇的方案。根據(jù)這種設計方案，具有預應力元件2的一管狀鋼筋混凝土段1在其上端與一帶有突緣的鋼段3相連接，該鋼段3也是管狀的。在混凝土段1和鋼段3之間設置有一間隙4，該間隙需要被密封起來。由于該間隙的尺寸大小可能會產(chǎn)生波動，特別是當塔受到徑向荷載時，因此，難以對該間隙進行密封。
圖5中(在這個附圖中，與圖4相同的附圖標記用于表示類似的元件)表示出了另一種已知的用于將一管狀鋼塔段連接到管狀混凝土塔段上的設計方案。這種結(jié)構(gòu)的混凝土塔段1包括加強元件5(鋼筋)，且沒有任何預應力元件。鋼塔段3的下部被埋置在混凝土塔段1的混凝土中，并且包括一平的環(huán)狀錨固元件6，該錨固元件6也埋置在混凝土中。錨固元件6的外邊緣近似朝著混凝土塔段1的外表面7延伸。通常會觀察到有裂縫9形成，這是由于在這個區(qū)域8內(nèi)具有相當大的張力集中。
本發(fā)明的目的是提供一種復合塔，它包括由混凝土制成的塔段和由鋼制成的塔段，其中改善了混凝土塔段和鋼制塔段之間的連接。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種尤其是用于風能渦輪機的塔，該塔包括一具有包括混凝土材料的一壁并且一般呈管狀的第一塔段；和一具有包括鋼的一壁并且一般呈管狀的第二塔段；其中，第二塔段的壁包括一軸向端部，該軸向端部被埋置在第一塔段的壁的一埋置部分中；和其中，第二塔段在其被埋置端部分中包括至少一個錨固元件，該錨固元件從第二塔段的壁的一內(nèi)表面或一外表面徑向突起，或者既從內(nèi)表面又從外表面徑向突起，錨固元件沿著第二塔段的軸向設置。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提高了具有混凝土材料的第一塔段(下文中被稱作混凝土塔段)中的處理剪切力的能力。這些剪切力由作用于第二塔段或一些塔段(下文中被稱作鋼塔段)的側(cè)向荷載所產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明，剪切力分布于混凝土塔段的埋置部分中，埋置部分用于接收鋼塔段的被埋置端部分。在鋼塔段的被埋置端部分內(nèi)設置多個單獨的錨固元件，使得這些錨固元件從鋼塔段的壁的內(nèi)表面或外表面徑向突起，或者既從內(nèi)表面又從外表面徑向突起。錨固元件被布置成沿著管狀的鋼塔段的軸向方向彼此相鄰。
由于剪切力的分布是從鋼塔段至混凝土塔段，于是顯著地避免了不希望的張力集中。因此，能夠獲得的復合塔在相鄰的鋼塔段和混凝土塔段之間無間隙，也不會發(fā)生在混凝土塔段的混凝土壁中形成裂縫的危險。
取代管狀或中空形，鋼塔段可包括至少一個、更優(yōu)選的是幾個埋置在混凝土塔段的端部或終止于混凝土塔段的鋼梁。
在本發(fā)明的另一個實施例中，錨固元件包括頭栓(headed stud)或者類似于凸緣的周邊延伸的環(huán)狀部分。通常，更優(yōu)選的是，具有一位于與鋼塔段的壁相對的擴大的自由端部分的錨固元件。具體的是，能夠使用沿著鋼塔段的周邊方向的一部分延伸的錨固元件。
能夠以各種各樣的方法來完成錨固元件與鋼塔段的鋼壁之間的連接。在一實施例中用螺釘把錨固元件旋擰到鋼塔段的壁上。在另一個實施例中，將錨固元件焊接到鋼塔段的壁上。關(guān)于錨固元件與鋼塔段的壁之間連接的一個重要方面是，將錨固元件固定地安裝到防止它們之間相對運動的壁上。
根據(jù)本發(fā)明，一管狀的混凝土塔段與一管狀的鋼塔段之間的這種連接能夠被用來加強混凝土塔段，該混凝土塔段可包括軸向延伸至少穿過混凝土塔段的埋置部分的預應力元件。在由鋼筋混凝土制成的一塔段(沒有預應力元件)中，鋼塔段的錨固元件能夠從內(nèi)表面或外表面突起，或者既從內(nèi)表面又從外表面突起。如果使用一種包括具有預應力元件的預應力混凝土的混凝土塔段，那么，錨固元件就應該從面向預應力元件的鋼塔段那一側(cè)突起。由于這種安置，錨固元件與混凝土塔段的預應力部分交互作用，這對于剪切力的分布引入是有利的。


下面將參照附圖來描述和部分地說明本發(fā)明的一些上述以及其它更詳細的方面。如同這里所采用的，不同附圖中的相同附圖標記表示本發(fā)明的相同或相等的特征。其中圖1表示根據(jù)本發(fā)明裝備有一塔的風能渦輪機的側(cè)視圖，該塔具有被連接的塔段；圖2是圖1中區(qū)段II所標記的塔段連接區(qū)域的放大剖面圖；圖3是圖1中區(qū)段II的另一實施例；國4是已知塔段連接區(qū)域的一剖面圖；圖5是已知塔段連接區(qū)域的另一剖面圖。
具體實施例方式
圖1表示出了一風能渦輪機10的一側(cè)視圖。風能渦輪機10包括一塔12和一發(fā)動機艙14，該發(fā)動機艙可轉(zhuǎn)動地設置在塔12的頂部。發(fā)動機艙14配備有一圍繞一水平軸可轉(zhuǎn)動地安裝的轉(zhuǎn)子16。在塔12處安裝發(fā)動機艙14，同時可圍繞著一垂直軸轉(zhuǎn)動。雖然圖1中表示出了一具有可圍繞一水平軸轉(zhuǎn)動的一轉(zhuǎn)子的風能渦輪機10，但是，本發(fā)明并不局限于這種風能渦輪機的設計，而是也能用于具有可圍繞一垂直軸轉(zhuǎn)動的一轉(zhuǎn)子的風能渦輪機。
如同從圖1所看到的那樣，塔12包括幾個管狀的塔段。具體在這個實施例中，包括混凝土的一壁20的一第一塔段18設置在塔12的基底部分。如這里所示，第一塔段呈管狀。此外，第一塔段18配備有設置在地面24里的一基礎22。
與第一管狀塔段18相鄰且相連的是一第二塔段26，該第二塔段具有由鋼制成的一壁28。如這里所示，第二塔段呈管狀。第二塔段26的壁28的下端部30被埋置在第一塔段18的混凝土壁20的上埋置部分32中。從圖2和圖3中能夠看到更為詳細的埋置結(jié)構(gòu)，并將結(jié)合圖2和圖3來作詳細說明。
在該實施例中，第二塔段26頂上布置有兩個附加塔段34和36，每個塔段都具有由鋼制成的壁。這三個由鋼制成的塔段26、34和36經(jīng)由凸緣部分相互連接，這一點對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說基本上是已知的。在這個實施例中，雖然第二塔段26大體上呈圓柱形，但是，由鋼制成的兩個其它管狀塔段34、36則呈圓錐形。根據(jù)本發(fā)明，塔段可以呈圓柱或圓錐形，或者任何其它中空的形狀，并且典型地是呈管狀。當然，塔段也可以具有諸如正方形、矩形以及類似的其它幾何形狀。這一點對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說可以理解，然而，那種管狀形狀更常用并且對于結(jié)構(gòu)完整性來說更可取。
下面將參照圖2對第一塔段18和第二塔段26之間連接的第一實施例作更為詳細地說明。在圖2中能夠看到，第二塔段26的壁28的端部分30被埋置在第一塔段18的壁20的埋置部分32的混凝土中。在壁28的被埋置端部分30中，幾個類似的或不同類型的錨固元件38、40從壁28的一內(nèi)表面42處突起。在這個實施例中，這些錨固元件38、40被焊接到壁28上。然而，如上文所述，也可以采用其它一些方法將錨固元件38、40和壁28進行連接。圖2通過虛線表示出了錨固元件也能設置在壁28的一外表面44處。應當注意，錨固元件38、40沿著壁28的軸向方向分布，以便在不同高度范圍內(nèi)設置錨固元件38、40。錨固元件40被構(gòu)造成頭栓，這些頭栓具有與壁28相對的擴大的自由端，錨固元件從壁28突起。沿著壁28的周邊方向布置幾個頭栓。以38來表示另一種類型的錨固元件，其代表沿壁28的周邊方向延伸的環(huán)狀部分。作為供替代的選擇，錨固元件38也能設計成環(huán)的一部分，從而代替封閉的環(huán)狀部分。
此外，圖2中表示出了第一塔段18的壁20包括具有預應力元件46的預應力混凝土，預應力元件46延伸至少穿過壁20的埋置部分32。這些預應力元件46布置成相鄰于第二塔段26的壁28的內(nèi)表面42。由于錨固元件38、40側(cè)面的混凝土壁20的埋置部分32受到內(nèi)壓力和張力，從而改進了塔段18、26的錨固性能和剪切力特性。
圖3的剖面圖中表示出了塔段18與塔段26之間連接的另一實施例。
圖2和圖3的實施例之間的一個不同之處在于，根據(jù)圖3實施例的第一塔段18的壁20通過加強元件50被加強了。圖3的第一塔段18的壁20中沒有配備預應力元件。
在圖3的實施例中，錨固元件38、40、52定位在壁28的內(nèi)表面42以及外表面44上。圖3中還表示出了錨固元件52的另一實施例。錨固元件52設計成焊接或者連接到壁28上的L形凸緣。
根據(jù)圖2和圖3中所示的本發(fā)明的實施例，并且如上文所述，作用于塔段18與塔段26之間的剪切力沿著鋼塔段18的被埋置端部分布到混凝土壁20中。通過以這種方式分布集中的力和張力，就能夠避免第一塔段18的壁20的埋置部分32中的剪切力。根據(jù)本發(fā)明，將相對薄的鋼壁埋置在混凝土壁20內(nèi)的優(yōu)點，即防止水平間隙的存在，能在不會產(chǎn)生裂縫的危險情況下使用，這是由于在圖中所示的以及在這里所描述的分布的剪切連接原理而使得能夠防止在混凝土壁20內(nèi)的內(nèi)力集中。
盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的一些具體的實施例描述和說明了本發(fā)明，但是，本發(fā)明并不局限于這些實施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員認識到，在未脫離由所附的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的真正范圍，可對本發(fā)明作出各種變型和改變。因此，本發(fā)明應包括那些落入到所附權(quán)利要求或其等效方案范圍內(nèi)的所有變型和改變。
權(quán)利要求
1.一種尤其是用于風能渦輪機的塔，包括一具有包括混凝土材料的一壁(20)的第一塔段(18)；和一具有包括鋼的一壁(28)的第二塔段(26)；其中，第二塔段(26)的壁(28)包括一被埋置在第一塔段(18)的壁(20)的一埋置部分(32)中的端部(30)；和其中，第二塔段(26)在其被埋置端部(30)中包括至少一個錨固元件(38、40、52)，其從第二塔段(26)的壁(28)的一內(nèi)表面(42)或一外表面(44)徑向突起、或者既從內(nèi)表面(42)又從外表面(44)徑向突起，錨固元件(38、40、52)沿著第二塔段(26)的軸向設置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔，其中，所述第一塔段(18)是管狀的，尤其是呈圓柱形或圓錐形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的塔，其中，所述第二塔段(26)是管狀的，尤其是呈圓柱形或圓錐形，或者包括至少一個梁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的塔，其中，所述錨固元件(40)還具有一與第二塔段(26)的壁(28)相對的擴大的自由端部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的塔，其中，所述具有擴大自由端部的錨固元件(40)還包括頭栓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的塔，其中，所述錨固元件(38)沿著第二塔段(26)的周向相鄰地延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的塔，其中，所述相鄰的錨固元件(38)還包括環(huán)狀部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的塔，其中，所述錨固元件(38、40、52)被焊接到第二塔段(26)的壁(28)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的塔，其中，所述第一塔段(18)的壁(20)至少在其埋置部分(32)中還包括一加強元件(46、50)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的塔，其中，所述第一塔段(18)的壁(20)至少在其埋置端部分中包括預應力混凝土。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的塔，其中，所述第一塔段(18)的壁(20)包括軸向延伸至少穿過埋置部分(32)并且被設置成的預應力元件(46)，以便面向第二塔段(26)的被埋置端部分(30)的內(nèi)表面(42)或外表面(44)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的塔，其中，所述錨固元件(38、40、52)被設置成在第二塔段(26)的壁(28)的被埋置端部分(30)的表面(42、44)處，相鄰于第一塔段(18)的預應力元件(46)。
全文摘要
一種尤其是用于風能渦輪機的塔，包括一第一塔段(18)和一第二塔段(26)，第一塔段具有由混凝土材料制成的壁(20)，第二塔段具有由鋼制成的壁(28)。第二塔段(26)的壁(28)包括端部(30)，該端部被埋置在第一塔段(18)的壁(20)的埋置部分(32)中。第二塔段(26)在其被埋端部(30)中包括至少一個錨固元件(38、40、52)，該錨固元件從第二塔段(26)的壁(28)的內(nèi)表面(42)或外表面(44)徑向突起，或者既從內(nèi)表面(42)又從外表面(44)徑向突起，錨固元件(38、40、52)沿著第二塔段(26)的軸向設置。
文檔編號F03D1/00GK1788156SQ03826677
公開日2006年6月14日 申請日期2003年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月9日
發(fā)明者馬克·塞德爾 申請人:通用電氣公司