專利名稱：具有張緊纜索的塔架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致涉及塔架。特別地，但不限于此，本發(fā)明涉及具有張緊纜索的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，風(fēng)力渦輪機(jī)作為環(huán)境安全且相對(duì)廉價(jià)的替代能源已經(jīng)獲得更多的注意。 隨著該日益增長(zhǎng)的興趣，已經(jīng)做出了大量的努力來(lái)開(kāi)發(fā)更可靠且有效的風(fēng)力渦輪機(jī)通常，風(fēng)力渦輪機(jī)包括具有多個(gè)葉片的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子安裝在殼體或機(jī)艙中，其定位在桁架或管狀塔架頂上。公用級(jí)風(fēng)力渦輪機(jī)(即，設(shè)計(jì)用來(lái)向公用電網(wǎng)提供電力的風(fēng)力渦輪機(jī))可具有大的轉(zhuǎn)子(例如，直徑為30米或更多)。這些轉(zhuǎn)子的葉片將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)一個(gè)或更多發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)扭矩或力，發(fā)電機(jī)通過(guò)齒輪箱可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到轉(zhuǎn)子上。齒輪箱為發(fā)電機(jī)增大了渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子固有的低旋轉(zhuǎn)速度，以便有效地將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成饋入公用電網(wǎng)的電能。若干技術(shù)設(shè)備需要該設(shè)備安裝到其上的塔架或桅桿。此類設(shè)備的非限制性示例是風(fēng)力渦輪機(jī)、用于廣播或移動(dòng)通信的天線塔、用于橋梁工程的塔式建筑或電線桿。典型地， 塔架由鋼制成并必須連接到由混凝土制成的基礎(chǔ)上。在這些情況下，典型的技術(shù)方案是在塔架的底部提供大型、實(shí)心的鋼筋混凝土基礎(chǔ)。在典型的應(yīng)用中，塔架基礎(chǔ)在地平面下延伸大約12米，并且直徑可為大約18米或更多。在大型公用級(jí)風(fēng)力渦輪機(jī)中(例如2. 5MW或更多)常期望使塔架具有80米或更高的高度。由較大塔架提供的更高的輪轂高度使得風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子能夠存在更高的平均風(fēng)速區(qū)域，并且這導(dǎo)致增加的能量生產(chǎn)。塔架高度上的增加總是導(dǎo)致塔架的質(zhì)量、長(zhǎng)度和直徑上的相應(yīng)增加。然而，要建造和運(yùn)輸大型風(fēng)力渦輪機(jī)塔架變得困難，因?yàn)榈胤竭\(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施(例如道路、橋梁、車(chē)輛等)常對(duì)塔架部件的長(zhǎng)度、重量和直徑有限制。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種塔架。塔架包括具有多根張緊纜索的至少一個(gè)混凝土塔架段。張緊纜索構(gòu)造成在混凝土塔架段上引起壓縮力。張緊纜索從混凝土塔架段的外表面隔開(kāi)大體一致的距離。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種風(fēng)力渦輪機(jī)塔架。塔架包括具有多根張緊纜索的至少一個(gè)混凝土塔架段。張緊纜索構(gòu)造成在混凝土塔架段上引起壓縮力。張緊纜索從混凝土塔架段的外表面隔開(kāi)大體一致的距離。


圖1圖示了本發(fā)明的方面可應(yīng)用于其上的風(fēng)力渦輪機(jī)；圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的風(fēng)力渦輪機(jī)和風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的側(cè)視圖；圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的混凝土塔架段的側(cè)視圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的一部分的剖切透視圖；圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的側(cè)視圖；圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的在其外壁中結(jié)合凹槽的混凝土塔架段的側(cè)視圖；圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的混凝土塔架段的頂視圖；圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的具有罩蓋的混凝土塔架段的頂視圖；圖9圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面帶有如圖8中所示罩蓋的混凝土塔架段得一部分的部分透視圖。零部件列表100風(fēng)力渦輪機(jī)110 塔架112上部塔架段113 凸緣120 機(jī)艙130轉(zhuǎn)子輪轂140 葉片150 基礎(chǔ)200風(fēng)力渦輪機(jī)202 風(fēng)向210 塔架215混凝土塔架段260 混凝土壁270錨固板280張緊纜索361混凝土塔架段362混凝土塔架段371錨固板372錨固板381張緊纜索382張緊纜索405轉(zhuǎn)接段500風(fēng)力渦輪機(jī)塔架615混凝土塔架段660 混凝土壁670錨固板680張緊纜索690外部凹槽 810 罩蓋
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的各個(gè)方面，在圖中圖示了其一個(gè)或多個(gè)示例。各示例作為本發(fā)明的解釋提供，而不意味著作為本發(fā)明的限制。例如，作為一個(gè)方面的部分圖示或 描述的特征可用在其他方面上或結(jié)合其它方面使用，以產(chǎn)生又另一方面。其意圖在于本發(fā)明包括此類改型和變型。圖1圖示了本發(fā)明的方面可有利地應(yīng)用于其上的風(fēng)力渦輪機(jī)。然而，應(yīng)該理解的是本發(fā)明不限于或拘于風(fēng)力渦輪機(jī)，而是可應(yīng)用于用在其他技術(shù)領(lǐng)域中的塔架結(jié)構(gòu)。特別是，本發(fā)明的各個(gè)方面還可應(yīng)用于用在廣播或無(wú)線通信中的天線塔或用在橋梁工程中的塔式建筑。因此，盡管本發(fā)明的方面將參考風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)行例示，但本發(fā)明的范圍不應(yīng)限于此。圖1中所示的風(fēng)力渦輪機(jī)100包括在其頂端上支承機(jī)艙120的塔架110。包括轉(zhuǎn)子輪轂130和轉(zhuǎn)子葉片140的轉(zhuǎn)子附接在機(jī)艙120的一側(cè)上。塔架110安裝在基礎(chǔ)150上。 塔架可由軋制鋼形成，并具有多個(gè)堆疊的段112 (例如，大約三個(gè)或四個(gè)主要的段)。備選地，塔架120可由桁架狀結(jié)構(gòu)形成且/或可具有圓柱形或錐形輪廓。典型地，塔架基礎(chǔ)150 由鋼筋混凝土的實(shí)心塊制成。增加塔架高度以便捕獲由于更高平均風(fēng)速導(dǎo)致的更多的能量將會(huì)是有利的。本發(fā)明的一個(gè)方面提供了由混凝土制成的塔架或塔架段。可使用混凝土基段來(lái)升高常規(guī)的軋制鋼塔架，或者整個(gè)塔架都可以由混凝土形成?；炷料薅榛炷虾宛ず蟿┗蛉魏魏线m的磚石支架的混合物。僅作為一個(gè)非限制性示例，混凝料可為沙和礫石或碎石，而黏合劑可為水和水泥。盡管混凝土在壓力方面是牢固的，但是在張力方面是脆弱的。鋼在張緊力下是牢固的，因此兩種要件的組合導(dǎo)致形成非常牢固的混凝土部件。在常規(guī)鋼筋混凝土中，鋼的高張力強(qiáng)度與混凝土的大壓縮強(qiáng)度組合，以形成在壓力和張力方面都牢固的結(jié)構(gòu)性材料。預(yù)應(yīng)力混凝土后的原理是加載前由高強(qiáng)度鋼筋在混凝土構(gòu)件中引起的壓縮應(yīng)力將平衡在使用期間在構(gòu)件中強(qiáng)加的張緊應(yīng)力。壓縮應(yīng)力可通過(guò)預(yù)張緊或后張緊鋼筋而在預(yù)應(yīng)力混凝土中產(chǎn)生。在預(yù)張緊中，鋼在放置混凝土前被拉伸。高強(qiáng)度鋼筋或鋼纜放置在兩個(gè)支柱之間，并被拉伸至它們最大長(zhǎng)度的一部分。將混凝土澆入圍繞鋼筋/鋼纜的模具并允許其固化。一旦混凝土達(dá)到所需的強(qiáng)度，則釋放張力。由于鋼起反應(yīng)以恢復(fù)其初始長(zhǎng)度，拉伸應(yīng)力被轉(zhuǎn)換成混凝土中的壓縮應(yīng)力。在后張緊中，鋼或纜索在混凝土硬化后被拉伸?；炷帘皇紫纫云谕男螤顫沧?。 一旦混凝土已經(jīng)硬化到需要的強(qiáng)度，鋼筋或鋼纜就被抵靠單元的末端被附接或拉伸，并在外部遠(yuǎn)離錨固，將混凝土置于壓縮狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，后張緊的混凝土用于風(fēng)力渦輪機(jī)塔架或風(fēng)力渦輪機(jī)塔架段。圖2以部分分解視示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架。風(fēng)力渦輪機(jī)200包括塔架210，塔架210包括一個(gè)或更多段112。塔架段112可由軋制鋼形成?；炷了芏?15位于塔架的底部并支撐上部段112?；炷了芏?15包括混凝土壁260，該混凝土壁260可由一個(gè)或更多段形成，并具有錐形(如所示)或圓柱形形狀。備選地，塔架段210和/或215可具有任何期望的橫截面，諸如但不限于，橢圓形、矩形、多邊形等。一個(gè)或更多錨固板270緊固在混凝土壁260的頂部上。錨固板270可徑向向外延伸過(guò)壁260的上部外邊緣。多根張緊纜索280在一端緊固到錨固板270上，且在另一端緊固到基礎(chǔ)250 上。
張緊纜索280周向地圍繞混凝土壁260定位并位于混凝土壁260外部，且定位成靠近混凝土壁260的外部或外表面且距其大體一致的距離處。用語(yǔ)“大體一致”可定義為具有大致相同、或具有輕微變化的距離(例如輕微的錐形)。換言之，張緊纜索280可平行于或近似平行于混凝土壁260的外表面。僅作為一個(gè)非限制性示例，張緊纜索280可從混凝土壁260的頂部部分的外表面隔開(kāi)大約兩英寸，而纜索280可從混凝土壁260的底部部分的外表面隔開(kāi)大約六英寸。纜索280可為后張緊類型，并且它們對(duì)混凝土壁260施加壓縮力。外部纜索的使用導(dǎo)致更大的力臂和更小的纜索力，并且最終，當(dāng)與在混凝土段的內(nèi)部使用纜索相比時(shí)，將需要較小的纜索。在本發(fā)明的其它方面，張緊纜索280定位成靠近混凝土壁260的外表面，但可構(gòu)造成距混凝土壁260的外表面具有輕微增加或輕微減少的距離。在風(fēng)力渦輪機(jī)200的運(yùn)行期間，風(fēng)沿由箭頭202指示的方向流動(dòng)。風(fēng)力在風(fēng)力渦輪機(jī)和塔架上產(chǎn)生負(fù)載。塔架的迎風(fēng)側(cè)(即，如圖2中所示的塔架的左側(cè))將處在張力下， 而塔架的下風(fēng)側(cè)(即，如圖2中所示的塔架的右側(cè))將處在壓力下。如之前所述，混凝土在壓力下表現(xiàn)非常好。然而，混凝土在張力下表現(xiàn)沒(méi)有那么好。張緊纜索280幫助對(duì)抗塔架段215上風(fēng)引起的張緊力。由本發(fā)明提供的一個(gè)益處是減小了塔架段215上的有效力臂。通過(guò)使張緊纜索 280定位成靠近塔架210，215的混凝土壁280的外表面并位于外表面外，減小了其有效力臂，以提供對(duì)風(fēng)負(fù)載的抵抗力。此發(fā)明將纜索向外移，但緊靠塔架壁。例如，當(dāng)與具有外部纜索的較大直徑的塔架相比時(shí)，具有內(nèi)部纜索的非常小直徑的塔架將需要更厚的壁以及更粗的纜索以對(duì)抗由風(fēng)施加的力。當(dāng)與非常小直徑的塔架相比時(shí)，較大直徑的塔架可由較薄混凝土壁制成并具有較小直徑的纜索。圖3圖示了混凝土塔架段215的側(cè)視圖。張緊纜索280在一端加接到(多個(gè))錨固板270上，且在另一端加接到基礎(chǔ)250上。錨固板270附接(例如通過(guò)螺栓或緊固件) 到混凝土塔架260的頂部上，且錨固板270的一部分超出混凝土塔架260的頂部的外直徑而向外突出。張緊纜索280在錨固板的外懸部分處附接到錨固板270上。錨固板270可由大體覆蓋混凝土壁260的頂部的多個(gè)節(jié)段(例如，三個(gè)或四個(gè)段)形成。錨固板270還可具有孔(未示出)，凸緣附接螺栓穿過(guò)孔嵌入混凝土壁260。這些可用來(lái)將混凝土壁260的上部附接到常規(guī)鋼管塔架段112上。在底端處，纜索被緊固/附接到基礎(chǔ)中。圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的一部分的部分透視圖?？蛇x的轉(zhuǎn)接段405可用在混凝土塔架段260和上部塔架段112之間。在一個(gè)示例中，轉(zhuǎn)接段可由混凝土和/或鋼形成，而上部塔架段112可由軋制鋼形成。錨固板270充當(dāng)用于緊固纜索280以及上部塔架段112的凸緣113的附接點(diǎn)。凸緣可通過(guò)任何合適的緊固裝置(例如，螺母、墊圈和螺栓系統(tǒng))附接到錨固板270上。張緊纜索280還可以以相似的方式附接到錨固板上并可具有設(shè)計(jì)成接納墊圈和螺母的螺紋端。圖5圖示了具有多個(gè)混凝土塔架段260、361、362的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架500的側(cè)視圖。第二混凝土塔架段361經(jīng)由錨固板270或經(jīng)由凸緣(未示出)附接到底部段260上。 張緊纜索381周向地圍繞混凝土塔架段361的外表面放置，并附接到錨固板270和371上。第三混凝土塔架段362經(jīng)由錨固板371或經(jīng)由凸緣(未示出)附接到第二混凝土塔架段 361上。張緊纜索382周向地圍繞混凝土塔架段362的外表面放置，并附接到錨固板371和錨固板372上。備選地，單個(gè)張緊纜索280、381、382可通過(guò)連接從基礎(chǔ)250到頂部錨固板 372延伸的單個(gè)纜索而代替。如之前所述，上部混凝土塔架段361和362可用一個(gè)或更多鋼塔架段代替。上部鋼塔架段將不需要張緊纜索381和382。在本發(fā)明的另一方面，圖6圖示了具有外部凹槽690的混凝土塔架段61 5的側(cè)視圖，張緊纜索680可位于外部凹槽690中。此構(gòu)造幫助將纜索負(fù)載的中心置于混凝土壁660 的主體中，從而確?；炷帘?60中更均勻的壓縮負(fù)載。此構(gòu)造還可減少混凝土壁660中張緊負(fù)載的發(fā)生。圖7圖示了混凝土塔架段615的上下視圖?；炷帘?60和其中形成的凹槽690 用虛影顯示。錨固板670可構(gòu)造成從混凝土壁660的外部外懸，或者錨固板670可使得其外直徑(未示出)與壁660的外直徑對(duì)齊或大致齊平。錨固板670可通過(guò)螺栓672或任何其它合適的緊固件或緊固件裝置附接到混凝土壁660上。圖8圖示了本發(fā)明的另一個(gè)方面的上下視圖?？刹鹦兜姆墙Y(jié)構(gòu)性或半結(jié)構(gòu)性罩蓋810可結(jié)合在混凝土塔架段615的外側(cè)上，覆蓋張緊纜索680和混凝土壁660兩者。罩蓋810可由塑料、復(fù)合物、金屬板或任何其它合適的織物或材料制成。罩蓋810可包括一個(gè)或更多段，并且可具有一個(gè)或更多接縫。接縫可豎直、水平和/或以二者之間的任何方向布置。罩蓋810還可為張緊纜索680和/或混凝土壁660提供保護(hù)(例如，免受氣候、破壞影響)。圖9圖示了罩蓋810的安裝期間混凝土塔架段615的部分透視圖?；炷帘?60中的凹槽690提供了若干益處，其中一些是，(1)保護(hù)外部張緊纜索 680 (通過(guò)罩蓋810甚至保護(hù)更多)，(2)保持纜索680遠(yuǎn)離視線(即，減少視覺(jué)沖擊)，(3) 允許通過(guò)便于外部接近而易于維護(hù)纜索680，以及(4)將壓縮負(fù)載的中心置于混凝土壁660 的主體中的混凝土上(由于后張緊的纜索680)。盡管已經(jīng)關(guān)于各個(gè)具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本發(fā)明可用在權(quán)力要求的精神和范圍內(nèi)的改型來(lái)實(shí)踐。
權(quán)利要求
1.一種塔架(210)，包括:具有多根張緊纜索(280)的至少一個(gè)混凝土塔架段(215)，所述多根張緊纜索構(gòu)造成在所述至少一個(gè)混凝土塔架段上引起壓縮力；其中所述多根張緊纜索的每一根均與所述至少一個(gè)混凝土塔架段的外表面隔開(kāi)大體一致的距離。
2.如權(quán)利要求1所述的塔架，其特征在于，所述塔架還包括附接到所述至少一個(gè)混凝土塔架段的頂部部分上的至少一個(gè)錨固板(270)； 其中，所述多根張緊纜索(280)的每一根均附接到所述至少一個(gè)錨固板上。
3.如權(quán)利要求2所述的塔架，其特征在于，所述多根張緊纜索(280)的每一根均附接到所述塔架的基礎(chǔ)(250)上。
4.如權(quán)利要求1所述的塔架，其特征在于，所述塔架還包括 一個(gè)或更多上部塔架段(112)；轉(zhuǎn)接段(405)，其位于所述至少一個(gè)混凝土塔架段(215，260)和所述一個(gè)或更多上部塔架段(112)之間；附接到所述一個(gè)或更多上部塔架段的至少其中一個(gè)上的至少一個(gè)錨固板(270)； 其中，所述多根張緊纜索(280)的每一根均附接到所述至少一個(gè)錨固板上。
5.如權(quán)利要求4所述的塔架，其特征在于，所述多根張緊纜索(280)的每一根均附接到所述塔架的基礎(chǔ)(250)上。
6.如權(quán)利要求1所述的塔架，其特征在于，所述塔架還包括附接到所述至少一個(gè)混凝土塔架段上的至少一個(gè)上部塔架段(112)。
7.如權(quán)利要求6所述的塔架，其特征在于，所述至少一個(gè)上部塔架段(112)由軋制鋼構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1所述的塔架，其特征在于，所述至少一個(gè)混凝土塔架段(615)還包括 設(shè)置在所述至少一個(gè)混凝土塔架段(615)的外表面中的多個(gè)凹槽(690)；其中所述多根張緊纜索(680)的每一根均大體上包含在所述多個(gè)凹槽的每一個(gè)內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的塔架，其特征在于，所述塔架還包括 構(gòu)造成附接到所述塔架上的至少一個(gè)罩蓋(810)；其中所述多個(gè)凹槽內(nèi)的所述多根張緊纜索(680)大體上由所述至少一個(gè)罩蓋覆蓋。
10.如權(quán)利要求1所述的塔架，其特征在于，所述多根張緊纜索(680)的每一根均構(gòu)造成與所述至少一個(gè)混凝土塔架段的底部外表面相比更靠近所述至少一個(gè)混凝土塔架段 (615)的頂部外表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有張緊纜索的塔架，具體而言，提供了一種塔架(210)，其可用于風(fēng)力渦輪機(jī)(200)。該塔架(210)包括具有多根張緊纜索(280)的至少一個(gè)混凝土塔架段(215)。張緊纜索(280)構(gòu)造成在混凝土塔架段(215)上引起壓縮力。張緊纜索(280)從混凝土塔架段(215)的外表面隔開(kāi)大體一致的距離。
文檔編號(hào)F03D11/04GK102312799SQ20111018998
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者B·S·貝奇帕利, C·M·O·塞耶斯 申請(qǐng)人:通用電氣公司