風力渦輪機塔架裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于風力渦輪機發電單元的塔架裝置。特別地，本發明涉及由支腳(footer)支撐、且具有固定到穩定粧的預應力筋的混凝土塔架。
【背景技術】
[0002]風力渦輪機發電單元的支撐塔架可包括基座部分以及位于基座頂部的塔架，基座部分位于地面上且作為地基的一部分。支撐塔架經受來自風的力，必須抵抗來自風的力以防止支撐塔架傾倒。這些風力以及支撐塔架相關聯的阻力在支撐塔架結構內形成了壓縮和拉伸應力。在支撐塔架的設計中必須對這些應力負責，以防止這些應力導致隨著時間發生的疲勞失效。
[0003]還必須考慮形成這樣的大結構的物流，其給予了運輸基礎設施限制，該運輸基礎設施用于將支撐塔架從制造點運輸到支撐塔架將會被使用的最終場所。特定地，道路和鐵路并不設計用于大支撐塔架的運輸。對此的一個解決方案是形成具有各種材料的單個模塊的模塊化的支撐塔架，所述各種材料的單個模塊可使用現有的基礎設施載運這些模塊，之后在現場組裝。然而，這種類型的運輸仍然很困難并且對部件組裝是復雜和耗時的。
[0004]另一個解決方案是使用例如滑模澆鑄的方法將混凝土支撐塔架澆鑄就位。在這種方法中，混凝土被灌注到環形形式中，它在環形形式中變硬。這種形式向上移動且重復過程直至塔架完成。但是，這個過程很昂貴，要求大量的勞動力和設備，且并不是很適于處理支撐塔架的變化直徑。然而，這種技術具有幾個優點。當基座如在這個方法中被澆鑄就位時，基座可以具有比載運和組裝的基座大得多的直徑。由于此原因，基座也可以大體地更重。
[0005]當支撐塔架澆鑄就位時，加強筋經常與澆鑄混凝體一起使用。筋可以從地基跨越至支撐塔架的頂部，且可以被拉緊地放置。由于筋在基座的底部處以及頂部處固定到支撐塔架上，拉緊在支撐塔架的混凝土上形成了壓縮負荷。這種預應力裝置利用了混凝土固有的優異的壓縮強度，且減少了混凝土必須利用它較差的抗拉伸強度來抵抗風力的時間。常規地，這些筋被放置在形成支撐塔架的混凝土內。
[0006]在所有這些方法中，基座被非常牢固的支腳支撐，支腳旨在提供防止支撐塔架下沉和提供對側向風力的抵抗的雙重角色。
【附圖說明】
[0007]在下文的描述中基于附圖解釋了本發明，所述附圖示出了:
圖1-2是澆鑄風力渦輪機塔架裝置的基座的各個示例性實施例的截面圖，其中筋在澆鑄混凝土塔架內。
[0008]圖3-4是頂板的各個示例性實施例的截面圖，頂板與裝置在澆鑄混凝土塔架內的筋一起使用。
[0009]圖5-6是澆鑄風力渦輪機塔架裝置的基座的各個示例性實施例的截面圖，其中筋在澆鑄混凝土塔架的外側。
[0010]圖7是與配置在澆鑄混凝土塔架外側的筋一起使用的頂板的示例性實施例的截面圖。
[0011]圖8是澆鑄風力渦輪機塔架裝置的基座的示例性實施例的截面圖，其中筋配置在澆鑄混凝土塔架的內部和外側。
[0012]圖9是與配置在澆鑄混凝土塔架內部和外側的筋一起使用的頂板的示例性實施例的截面圖。
【具體實施方式】
[0013]本發明人已經認識到，澆鑄混凝土基座的增加的重量和更大的直徑比更窄的組裝基座對應物為塔架提供了更大的側向穩定性。現在由澆鑄基座提供的此側向穩定性對作用于支撐塔架上的側向力提供了抵抗。發明人還已經認識到，由于這種澆鑄基座側向穩定性存在，但是支撐塔架的側向穩定性要求已保持相同，基座下方的支腳在不再需要提供之前那樣多的側向穩定性以滿足支撐塔架的側向穩定性要求，并且因此可以做得更小。更進一步地，發明人提出增加粧(其固定到筋)，以增強支撐塔架的側向穩定性。這又允許支腳的尺寸甚至更進一步減小。減小的支腳和粧裝置比常規的支腳花費更少(所述常規的支腳在尺寸上大得多)，并且當與具有更大直徑的澆鑄混凝土基座一起使用時，為支撐塔架提供了足夠的側向穩定性。
[0014]圖1示出了支撐塔架裝置10的示例性實施例的截面圖，支撐塔架裝置10包括具有上部分14和基座部分16的支撐塔架12。為了例述性目的，基座部分16被示出具有擴大的斜坡。基座可具有向外展開的形狀，使得在基座端部18處基座部分16的直徑20是最大的。基座部分16可以使用任何澆鑄技術(例如，滑模澆鑄等)在原位澆鑄。基座部分18位于支腳22上，支腳22位于地面24中和/或其上。支腳22可以具有任何合適的形狀。例如，支腳22可以采取墊圈形狀，其中存在由墊圈形狀形成的孔26。支撐塔架裝置10可進一步包括多個粧28，粧28可用作多個筋30的錨(anchors)。
[0015]粧28可以圍繞支撐塔架12配置成例如環形陣列，從而提供側向的支撐，該側向的支撐在對側向風力的抵抗方面有效的輔助支撐塔架12。粧28可以是對于本領域技術人員已知的類型，且可以位于圖1所示的墊圈的孔26內。粧28可以是本領域技術人員已知的任何材料，包括圍繞鋼筋的混凝土澆鑄。粧28的尺寸、形狀、深度和位置等在必要時可調節，以滿足被支撐的特殊支撐塔架12的要求，例如高度、基座直徑20、基座部分16的重量以及環境條件，其包括風力、地面24 (支腳22配置在其中或其上)的類型。
[0016]筋30可以至少部分地位于形成支撐塔架12的混凝土外側，且可以圍繞支撐塔架12配置成例如環形陣列，且可以固定到粧28上。筋30的環形陣列可以緊密地對應于粧28的環形陣列。為此，每個筋30可以有一個粧28。替代地，可以有固定到一個粧28的幾個筋30。筋30和粧28的任何設置可以被使用，只要它足夠提供所需的側向支撐。支腳22和筋30以這種方式的使用允許寬范圍的支撐裝置，這些支撐裝置必要時可調節以適應不同的地面條件。除了它們的結構角色外，筋30可用作支撐塔架12的電接地。此外，附加的鋼筋可以例如周向地配置在支撐塔架12內，以提供周向的壓縮預應力。
[0017]筋30可以與粧28分離，使得筋30可以附接到附接點32處的粧上，附接點32位于粧28的外部。以這種方式，粧28可以被安裝，且筋39在一些將來的點上固定到粧28上，這在設計和構造上提供了靈活性。替代地，筋30可以是粧28的整體部分。例如，筋30的第二端34可以被并入到粧28中。這可以在例如粧28由混凝土和在原位澆鑄而制成且澆鑄圍繞筋30時實現。替代地，或者另外地，筋30的第二端34可以延伸通過粧28的支承端36，且第二端34可以通過合適的緊固件38等固定到粧28的外側。用這種方式，緊固件38可以在支承端36處抵靠粧28的支承表面40。替代地，緊固件38可以與粧28 —體，筋30的第二端34不會延伸通過粧28的支承端36。
[0018]筋30還可以用于在組成支撐塔架12的壁44的混凝土 42上形成壓縮的預拉伸負荷，這導致通過支撐塔架12的整個高度的壓縮負荷路徑。在此構型中，在組裝之前，筋30被伸展，以在筋30內形成拉伸負荷。之后筋30被固定到支撐塔架12，且給予拉伸負荷的機構被釋放。筋30由壁44內的混凝土 42保持拉伸，并且因此，混凝土 42放置成處于壓縮負荷。壓縮的預應力幫助混凝土 42比不存在壓縮預應力時在更多的負荷條件下保持壓縮。這又減少了由于風力使混凝土 42處于拉緊的情況，這增加了混凝土 42的壽命。如Stiesdal的美國專利號8，220，212中所公開的，該專利的全文并入本文中，由于每個筋30至少從基座端18跨越至頂端(未示出)，混凝土 42中的壓縮負荷的量從基座端18至頂端(未示出)是均勻的。然而，混凝土 42的水平截面從基座端18至頂端(未示出)發生改變，因此混凝土 42的截面面積變化。為了使截面面積能夠(隨著支撐塔架12的高度)縮小以應付相同的壓縮力的量，混凝土 42的壓縮強度可以隨著混凝土 42的截面面積的減小而增加。
[0019]在圖2所示的替代的示例性實施例中，粧28可以穿透支腳22。在第一示例中，這可以在粧28和支腳22在原位澆鑄且兩者同時被澆鑄以形成單個結構時實現，該單個結構是第一支腳和粧結構60，其具有支腳22和粧28兩者的特征。這種類型的第一支腳和粧結構60在圖2的左側示出。替代地，粧22可以首先形成，并且支腳22圍繞已經形成的粧22澆鑄。在這種情況下，粧28可以由混凝土或者任何其他合適的材料制成。當如圖2所示放置時，粧28可以容納筋30，筋30配置在支撐塔架12形成的中空空間62中。在這種構型中，第一支腳和粧結構60可以用作底板，使得支撐塔架12將會在頂板(未示出)與第一支腳和粧結構60之間被壓縮。此外，粧28延伸到地面24中且錨定支撐塔架12，就像根支撐樹那樣。
[0020]圖3示出了筋30如何被固定到支撐塔架12的上部分14的頂端70的示例性實施例。在這個示例性的實施例中，筋30沿著壁44的內表面72配置，且筋30的第一端74固定到頂板