結(jié)構(gòu)塔制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)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(lái)固定在空間架構(gòu)的相應(yīng)縱向或斜向接頭上。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】本申請(qǐng)要求以在先的60/681,235號(hào)、標(biāo)題為“結(jié)構(gòu)塔”、2005年5月13日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)為優(yōu)先權(quán)。
本專利技術(shù)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)力渦輪機(jī)中的具體應(yīng)用。
技術(shù)介紹
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(lái)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(lái)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(lái)花費(fèi)。這些花費(fèi)與更大和更多用來(lái)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--如使用鐵或混凝土構(gòu)造的具有管狀截面的塔--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176,000lbs的典型的1.5MW塔在85米高時(shí)重量大約是275,000lbs，增加大約56％。但是，超出250,000lbs或者高于100米的塔通常需要特殊的、昂貴的吊架來(lái)將塔部件和渦輪組裝起來(lái)。對(duì)于一個(gè)典型的-->1.5MW的渦輪來(lái)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80,000lb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)--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(lái)避免共振，例如通過增加塔的質(zhì)量來(lái)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。-->
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)圍繞先前討論的多個(gè)問題提供一種結(jié)構(gòu)屬性--如彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度和減振-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)。本專利技術(shù)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)的更大的渦輪而更有效地發(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。通過使用本專利技術(shù)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。本專利技術(shù)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--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?K.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)。就像通過本專利技術(shù)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--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--如液體減震器--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(lái)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(lái)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，本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
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。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】US 2005-5-13 60/681,2351.一種用于風(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(lái)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端。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聯(lián)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1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。13.一種用于風(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)造的方式排列和連接；和銷釘，將縱向部件連接到相鄰的縱向部...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：特雷西利文斯頓，托德安德森，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：特雷西利文斯頓，托德安德森，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：US[]