CN101351606A - 结构塔 - Google Patents

Abstract

本发明披露一种应用于高地势、重负载的具有空加架构结构的结构塔，尤其是直接应用在风力涡轮机上的那种。该结构塔的空间架构的纵向、斜向或横向部件中包括减振的或非减振的支柱。结构塔中的一个或多个支柱降低了共振或由非周期的强风或持续的高速风引起的振动。结构塔的各种纵向和斜向部件可以用销钉、螺钉、凸缘或焊接来固定在空间架构的相应纵向或斜向接头上。

Description

结构塔

本申请要求以在先的60/681,235号、标题为“结构塔”、2005年5月13日提交的美国专利申请为优先权。

技术领域

本发明涉及结构塔和结构塔中用于减振的设备，以及结构塔在风力涡轮机中的具体应用。

背景技术

风力涡轮机在美国和欧洲以及地球上的许多其他国家中都是一种越来越普及的能源。为了实现从风中捕获能量的标准效率，开发者正在竖立包括有越来越多的带有位于更高处的涡轮的风力涡轮机的风力涡轮机农场。例如，在大风力涡轮机农场的设计中，开发者通常使用25个或更多的具有大约1.2MW的位于50米或更高处的涡轮的风力涡轮机。这些数量提供了标准效率、缩减了能量损耗，该设计对于开发者是有利可图的。将更大的涡轮置于更高处能够使得每个涡轮运行时几乎没有由于风的切变和与地面轮廓上的近地不规则物如石头和树的不规则的相互作用而产生的边界层效应。更大的涡轮高度也使得在更高的持续风速下有更加稳定的运行条件，从而使得平均每单位时间内生成更多能量。相应的，也就有经济学和工程学动机将更大的涡轮置于更高处。

但是，将更大的涡轮置于更高处也带来花费。这些花费与更大和更多用来支撑更大的涡轮的附加重量以及支撑由将建筑物置于风速也更大更持续的更高处而产生的风荷载的巨型塔相关。附加的花费关系到需要纵向立风力涡轮机的装备。例如，用于风力涡轮机的传统的管式塔--如使用铁或混凝土构造的具有管状截面的塔--的重量与塔的高度的比例增加到5/3次幂。这样，一个标准65米高、重176,000lbs的典型的1.5MW塔在85米高时重量大约是275,000lbs，增加大约56％。但是，超出250,000lbs或者高于100米的塔通常需要特殊的、昂贵的吊架来将塔部件和涡轮组装起来。对于一个典型的1.5MW的涡轮来说，仅仅是运输和组装一个这些吊架的花费就能够超过$250,000。为了分摊与这些大吊架的费用，风力涡轮机农场的开发者期望将尽可能多的风力涡轮机组装到该项目的覆盖区上，这样吊架的花费分散到很多风力涡轮机上。但是，在具有有限覆盖区的位置处，开发者被迫使用较少的涡轮分摊吊架的运输和组装费用，这可能在经济上是很难实施的。由于经济上的很难实施以及在这种地方放置吊架的工程上的困难，位于山顶边缘或其他计算困难的位置处的项目同样也是差一点就被排除掉。

与更大更重的塔相关联的还有其他利害关系。例如，涡轮高度达到高过大约90米时，传统的管状塔的管径可能超过道路的高度或重量限制。风力涡轮机工厂已经研究了纵向切割该塔部件、运输、然后在目的地组装这些部件。但是，这些附加的组装费用使得这种替代方式也没有吸引力。甚至在80米的，此时管径比那些用于更高塔的小，最高处的塔部件也超过了州际公路的80,000lb承受力。每个风力涡轮机的用于特大型拖车和该塔部件的特殊通行证的运费都能够超出数十千美元。因此，运输大钢管塔的费用也会打消或阻碍用于风力涡轮机的其他可行的站点的发展。

传统的管状风力涡轮机塔的高度能够超过65米，并具有超过70米的转子直径(或者叶片转子长度大约是35米)。使用甚至更大的转子直径以及增加的涡轮高度给工厂提出了其他挑战。在更高处的更大的转子直径对于每单位时间内从低风速中捕获并传输给涡轮更大的能量是有益的。但是，在更高处的更大的转子直径也容易导致整个风力涡轮机结构有更大的风感应振动，尤其是支撑风力涡轮机的塔。涡轮高度达到或超过80-100米、带有超过70米的转子直径时，风感应振动--尤其是塔内的横向共振和扭转振动--将会超过正常界限。

为了控制由共振引起的结构上的问题，风力涡轮机设计者通常被迫将涡轮的速率降低到较低风速、限制转子直径的最大值或者减小塔的高度。但是，这些选项中的每一个都会降低每个风力涡轮机的整个经济效率。设计者也曾经尝试通过改变塔的刚度来避免共振，例如通过增加塔的质量来增加塔的刚度。但是，由于塔的质量通常都是和塔的高度成指数增长，建筑物的花费也成指数增长，这样，通过将更长的涡轮转子置于更高处将减小经济上的利益。

发明内容

本发明围绕先前讨论的多个问题提供一种结构属性--如弯曲和扭转刚度和减振-与重量之间具有更理想的平衡的结构塔，从而能够发展经济上可行的、具有提高了每单位成本的能量输出的风力涡轮机农场。本发明的优点有多个，包括通过降低塔、运输、组装的成本而降低能源的成本。该优点进一步包括通过使用具有更长转子、位于更高地势的更大的涡轮而更有效地发电。这些优点降低了风力发电的成本，并使得风力涡轮机农场在更多位置的建立比用传统管状塔更经济，从而降低了对非再生能源的依赖。此外，不管风力涡轮机的结构是构造为单独的或者大量的，在陆地或是在海的海面上，其每个优点都是可以实现的。通过使用本发明的空间架构塔而进一步降低成本可以通过除去与传统管状塔相关的运输瓶颈而提高。使用更大容量的涡轮的能力进一步提高了节约的比例。

本发明包括一种减振结构塔，在塔的一个或多个部件或机架中具有空间架构结构，该塔包括多个向上定向的纵向部件和多个与该纵向部件互接的斜向部件，其中至少一个纵向部件和斜向部件，或者一个横向部件，是减振部件--如包括减振器或类似的用于减振的装置的纵向、斜向或横向部件。在一个实施例中，结构塔包括至少一个具有粘性液体的减振部件。在更进一步的实施例中，结构塔包括至少一个具有粘弹性或橡胶类材料的减振部件。在两个实施例中，粘性摩擦应力出现在粘性液体或粘弹性或橡胶类材料内，影响振动能量的减振。参看，如Chopra，Anli K.的“结构的动态”，在接近共振频率的振动的结构上的减振效果的讨论Prentice-Hall(2001)。

就像通过本发明的披露将显而易见的一样，这里所披露的减振部件通常包括整体成型构造的减振器和弹簧元件。该弹簧元件(如，铁、铝或合成梁)给减振部件提供刚度，该减振器(如粘性的或液压减振器)用于抑止振动能量。这里披露的多个减振部件的实施例包括作为整体单元、并行运行的弹簧和减振器元件。但是，需要注意的是，该减振器和弹簧元件可以以非整体成型的方式构造--如它们可以被构造并设置在塔的一个或多个机架内，实质上为并行排列或实质上为一个垂直于另一个。具体而言，后面的实施例打算将减振器--如液体减震器--放置在靠近弹簧元件(或非减振部件)比如钢梁的位置处。下面将参考附图描述前述的各个实施例。

例如，在减振部件的一个实施例中，粘性液体减振部件包括具有配置来与一对纵向部件互接的第一和第二端部的第一斜向部件，位于第一部件之内、具有连接到第一部件的一端上的第一端的第二部件，和可操作来连接到第二部件的第二端上的粘性或液压减震器。在一个实施例中，粘性或液压减震器包括缸体、可以与缸体滑动配合的活塞，和具有与活塞连接的第一端以及与第二部件的第二端连接的第二端的连接部件。为了方便说明，术语粘性液体减震部件或简单的粘性减震部件通常是指包括液体减震器的空间架构结构塔的斜向、纵向或横向部件，或者更具体的说，顺便给出一个实例，减震器是影响振动能量的减震性能的粘性或液压减震器或是气动减震器。术语粘性减震器和液压减震器在此可以互换使用，通常是指具有用于减小振动能量的粘性液体的减震器设备。类似的，气动减震器是指用空气或者类似气体作为用于减小振动能量的作业流体的减震器设备。

至于另一示例，在一个实施例中的减震部件中，粘弹性减震部件包括第一和第二管状部件，每个部件具有第一端和第二端，而且第一管状部件位于第二管状部件内部。第一管状部件具有以第一矩阵排列的强化纤维的第一图案，第二管状部件具有以第二矩阵排列的强化纤维的第二图案。粘弹性材料位于强化纤维的第一和第二图案之间。在一个实施例中，第一连接器位于第一和第二管状部件的第一端，第二连接器位于第一和第二管状部件的第二端，连接器被配置为与一对纵向部件互接。为了方便说明，术语粘弹性减震部件通常是指包括非液体减震器的空间架构结构塔的斜向、纵向或横向部件，或者更具体的说，顺便给出一个实例，非液体减震器是影响振动能量的减震性能的粘弹性或橡胶类材料。

如本文中所用，术语减震器通常是指影响减震能量的减震或消散性能的设备，可以包括减小能量的液体或非液体方式中的任一个或两者都包括，例如以液体或非液体方式--例如分别为液压或粘性流体或物质--生成的抗剪应力。当然，本领域技术人员将注意到，减震器一般意义上通常是指振动系统中的消散能量或影响减震性能的任意手段。因此，还需要说明书的一点是，术语减震部件通常是指包括如一般意义上的减震器的空间架构结构塔的斜向、纵向或横向部件。

在塔的一个实施例中，一个或多个减震部件斜向设置，与相邻的纵向部件互接。在第二实施例中，一个或多个减震部件纵向设置，与相邻的纵向部件互接。在第三实施例中，一个或多个减震部件横向设置，与相邻的纵向部件或斜向部件相互连接。在另一实施例中，一个或多个减震部件或减震器组合件可操作的连接到放大部件，该放大部件用来将塔的各种部件的小位移放大成减震部件或减震器组合件的相对较大的位移。在其他实施例中，减震部件的各种组合替代了一个或多个组成一个机架或多个机架、空间架构结构的结构塔的不同纵向、斜向或横向部件。

本发明进一步包括具有多个向上定向的纵向部件和多个与纵向部件相互连接的斜向部件的结构塔，其中多个纵向部件和多个斜向部件以向上伸展一个或多个机架的形式排列和连接，机架使用销钉将纵向部件连接到相邻的纵向部件相邻的斜向部件而固定。结构塔包括至少三个围绕着纵轴基本上等距间隔的向上定向的纵向部件。在一个实施例中，斜向部件与每个至少三个向上定向的纵向部件的相邻一对互接。在另一个实施例中，用销钉接头来使每个斜向部件与相应的相邻一对纵向部件互接。在另一个实施例中，斜向部件的每端都包括具有孔的凸缘部件，孔的尺寸和设置都适于紧紧接纳销钉，而相应的相邻一对纵向部件的每一个都包括相应的具有孔的凸缘，孔的尺寸和设置也都适于紧紧接纳销钉。

本发明还包括一种装配具有空间架构结构的结构塔的方法，包括步骤：提供多个第一纵向部件和斜向部件和用于结构塔的基座，该基座具有多个配置来接纳纵向部件的端部的支撑部件。多个第一纵向部件中的每一个的一端都固定到多个支撑部件中的相应一个上，纵向部件彼此用斜向部件互接，其中多个纵向部件和多个斜向部件以向上伸展机架的配置形式排列和连接。

在一个实施例中，构造塔的另一步骤包括：提供第二类多个纵向部件和斜向部件。多个第二纵向部件的端部连接到多个第一纵向部件的相应端部，而且多个第二纵向部件彼此用多个第二斜向部件互接，其中多个第一和第二纵向部件和多个第一和第二斜向部件以向上伸展多个机架的配置形式来排列和连接。

本发明的上述任一实施例中的特征都可以彼此组合使用。而且，通过考虑说明书、附图和权利要求书，本发明的其他特征和优点对于本领域技术人员来说将是显而易见的。

附图说明

图1图示了本发明的具有组装于其上的风力涡轮机的结构塔的透视图；

图2图示了图1所示的本发明的结构塔的机架部分的透视图；

图3图示了图2所示的机架部分的典型连接部分的近视图；

图4图示了图3所示的两个纵向部件之间的纵向连接结构的分解图和部分剖面图；

图5图示了两个纵向部件之间和斜向部件的纵向和斜向连接结构的分解图和部分剖面图；

图6图示了图5的分解部件完全组装形式的视图；

图7图示了图1所示的本发明的结构塔的圆柱形机架部分的侧视图，风力涡轮机附着于结构塔上；

图8图示了装配固定到组合支柱上的连接器的剖面透视图；

图9图示了本发明的用作纵向部件的组合支柱；

图10图示了本发明的用作横向峡向部件的组合支柱；

图11图示了装配固定到组合减振支柱上的连接器的剖面透视图；

图12图示了装配固定到另一种组合减振支柱上的连接器的剖面透视图；

图13图示了本发明的可供选择的组合减振支柱的剖面图；

图14图示了本发明的第二个可供选择的组合减振支柱的剖面图；

图15图示了粘性减振支柱的剖面图；

图16图示了可供选择的粘性减振支柱的剖面图；

图17图示了可供选择的粘性减振支柱的剖面图；

图18图示了装配有减振的和非减的振斜向部件的可供选择的机架的透视图；

图19图示了装配有减振的和非减振的斜向部件的可供选择的机架的透视图；

图20图示了装配有减振的和非减振的斜向部件，以及减振放大部件的可供选择的机架的透视图；

图21A和B图示了图20所示的放大部件的运行原理；

图22图示了装配有减振的和非减振的斜向部件，以及减振放大部件的可供选择的机架的透视图；

图23图示了具有用本发明的减振支柱替代钢管机架部分的传统的管状塔；

图24图示了图23中的减振支柱的近视图；

图25图示了一种装配来和本发明一起使用的可供选择的机架；

图26图示了一种用于和本发明一起使用的可供选择的销钉连接。

具体实施方式

通常，本发明涉及一种包括适于应用于重负荷、高地势的空间架构的结构塔。更详细的，本发明涉及一种结构塔，该塔包括空间架构，并具有用于抑止共振和其他例如由正常的风力涡轮机运行和极端的风荷载引起的振动的减振部件。本发明进一步涉及风力涡轮机的应用，其中该风力涡轮机被提升到达到80-100米或更高的高度，转子直径达到70米或更大。下面将阐明本发明的实施例的细节。

图1图示了本发明的结构塔10的一个实施例的透视图。结构塔10包括多个空间架构部分，也称为机架组件或部分12、13、19，一个组装在另一个之上直到达到结构塔10的所需高度。结构塔10的最底层机架组件13固定到地基11上。结构塔10具有位于最上层机架组件19的顶上的横向轴风力涡轮机14，虽然纵轴涡轮也可以同样位于该塔之上。一个或多个结构塔10也可以连接在一起来支撑该风力涡轮机或多个风力涡轮机。传统的管状机架部分55将风力涡轮机14连接到最顶层机架组件19，但是风力涡轮机14也可以用本领域技术人员已知的或者如下所述的连接件连接到最顶层机架组件19。风力涡轮机14承载着以典型模式随风转动的多个叶片16。叶片16的旋转驱动集成在风力涡轮机14上的通常用于发电的发生器(未图示)。但是，如同本领域技术人员所理解的，风力涡轮机可以用于其他事情，比如，驱动用于泵水的泵或者驱动磨粮食的磨面机。

在一个实施例中，本发明的结构塔10具有传统的1.5MW容量的风力涡轮机14和位于其上的叶片16，该塔在地基11之上伸展到80-100米或更高。虽然每个单独的机架部分12的长度是可以随着结构塔10的长度方向特别是朝向结构塔10的基部而变化的，但是每个单独的机架部分12长度都是30-80米，其中基部的机架部分通常具有比那些位于靠近塔顶的直径大的直径。每个单独的机架部分12的直径沿着塔的中部和上部是3-4米，并通常会在地基11处增大到大约8-12米。更大或更小的机架部分直径分别要随着塔的整个高度的升高或降低而设置，并依赖于想要的应用和预料到的塔的负载。从结构塔10的上部取得的机架部分12的实施例将在下面描述，描述的重点在于风力涡轮机的应用，该风力涡轮机位于高度达到100米或更高处，转子直径达到70米或更大的情况下。虽然示例性的机架部分的描述通常应用于结构塔的每个机架部分，但是本领域技术人员将意识到可以合并到塔的任何特殊机架部分上的结构上和组装上的一定变形。

图2图示了结构塔10的典型机架部分12的透视图。在一个实施例中，每个机架部分12包括多个基本上垂直延伸的纵向部件20，该部件在以结构塔10的中心轴为中心的圆径上基本上等距间隔的设置。纵向部件20通常是各个机架部分12的长度，或是大约3-8米长，这些依赖于机架部分在结构塔10长度上的位置。在另一个实施例中，各个纵向部件可以跨越两个或更多机架部分的长度，这样就可以减少相邻机架部分的至纵向的连接器的数量。纵向部件20通常用高强度的、中空的、横截面为方形的铁来构造，但是也可以考虑用圆形的、倾斜向的、工字梁和C字槽的横截面几何形状或类似物。方形横截面的纵向部件20的典型的横截面尺寸是10×10英寸的，每个部件的壁厚是二分之一或四分之三英寸厚，而且在一个实施例中大约是八分之五英寸厚。可以使用比如铝和合成物等材料作为适当的替换物来构造纵向部件20。例如，在一个替换实施例中，纵向部件用合成材料构造成横截面为圆形、横截面尺寸大约是10英寸、壁厚大约是1-2英寸厚。

仍然参看图2，纵向部件20被基本上在相邻一对纵向部件20之间横向延伸的多个横向部件22连接起来。在一个实施例中，横向部件22在多边形的边23和机架交叉线25上都设置，相互连接机架部分12的成对的连续纵向部件20，但是也可以不设置机架交叉线25而只设置多边形边23，反之亦然。具有基本上等于纵向部件的间隔的直径的刚性环件(未图示)比如钢圈提供一种适当的使用横向部件22的替代物，也可能是值得称赞的一种方式。在任何一种形式中，都可以使用螺钉、销钉(例如，如下所述)或通过焊接将横向部件22或环件连接到纵向部件20。在一个实施例中，横向部件22使用高强度的铁来构造，但是如铝和合成物这些材料也可以作为适当的替代物。例如，横向部件22可以使用高强度的角形梁，侧边尺寸大约是2-4英寸宽，厚度大约是八分之三至二分之一英寸。可替换的，横向部件22可以使用任何合适的横截面形状的铁、铝或合成材料，比如圆形的、方形的、工字梁或C字槽形都是本领域技术人员能够明白的。

仍然参看图2，斜向部件26在相邻的纵向部件对20之间斜向着延伸。斜向部件26沿着每个机架部分12的周边与连续的纵向部件对20相互连接。斜向部件26通常是大约3-8米长，朝向是相对于相邻纵向部件20的角度大约为30-60度。基本上，每个斜向部件26的长度将依赖于斜向部件26所连接的相邻纵向部件20的长度、相邻纵向部件的间隔和斜向部件相对于纵向部件20的倾斜向角度。例如，位于朝向塔10的基座上的机架部分12的斜向部件26的长度相对于位于靠近结构塔10顶部的机架部分12的斜向部件26的长度将增大。斜向部件26通常由高强度的、中空的、横截面为方形的铁构造，但是也可以考虑使用圆形的、角状的、工字梁形和C形槽形横截面几何形状或类似物。方形横截面的纵向部件20的典型的横截面尺寸是10×10英寸的，每个部件的壁厚是二分之一或四分之三英寸厚，而且在一个实施例中大约是八分之五英寸厚。可以使用比如铝和合成物等材料作为适当的替换物来构造斜向部件26。例如，在一个替换实施例中，斜向部件用合成材料构造成横截面为圆形、横截面尺寸大约是10英寸、壁厚大约是1-2英寸厚。

前述的关于图2的描述应用于包括图1所示的结构塔的上半部分的机架部分12上。但是，该描述通常也可适用于包括含有塔下半部分的机架部分的类似组件上。如果有什么不同，通常也就限于特殊的机架部分的几何形状上。在一个实施例中，例如，含有结构塔10的下端的机架部分包括相对较长的横向部件22从而适应每个机架部分的相对较大的尺寸，该机架部分是塔的与地基11相邻的基座所靠近的部分。类似的形式，斜向部件26的长度也要增大以适应每个机架部分的相对较大的尺寸，或者与之一致的相邻纵向部件对20之间的相对较大的间隔。而且，在一个实施例中，纵向部件20位于与结构塔10的中心轴有微小角度处以适应每个机架部分12的尺寸随着靠近地基11而呈现的逐渐增大。进一步的，使用一系列板子或支撑件(未图示)将纵向部件20固定到地基11上。板子或支撑件是螺钉固定或其他固定到地基11上。可以通过将该下端直接焊接到板子或支撑件上，也可以通过将凸缘部件(未图示)焊接到下端然后将凸缘部件螺钉固定到板子或支撑件上，来将纵向部件的连接到地基的下端固定到板子或支撑件上。本领域技术人员将意识到其他合适的方式来将下端固定到板子或支撑件上，比如通过使用销钉与纵向连接配合，其结构将在下面详细论述。

如同本领域技术人员所理解的，各个机架部分的确切数量和每个机架部分--或其变形，包括结构塔10长度上的每个机架部分的各种部件的尺寸--的精确尺寸，都可以根据想要的应用、所期望或预料到的由于风或其他原因而产生的负载，或者通过改变塔的刚度来改变一个或多个共振频率的愿望而变化。然而，在一个实施例中，结构塔长度上的每个机架部分与每个其它机架部分相同，也就是说所有的纵向部件20是彼此相同的或者几乎是彼此相同的，所有的斜向部件26是彼此相同的或者几乎是彼此相同的，所有的横向部件22是彼此相同的或者几乎是彼此相同的。更进一步的，如上所述，本领域技术人员将意识到包括每个机架部件--即纵向、斜向、横向部件--的各种部件可以被省略或包含，可以使用铁、铝或合成材料来构造，例如，或者使用具有各种横截面几何图形的组合来构造。例如，增加附加的多边形构件将可以去掉一个或多个横向和纵向部件。无论如何，组件、它们的构造材料和它们的横截面几何形状的具体选择都依赖于它们在结构塔中的位置。例如，可以预料到靠近塔顶的各种部件所经历的应力和负载比靠近塔底的各种部件所经历的要小，这样就允许靠近塔顶的部件具有例如较小的横截面几何图形或壁厚，或者用呈现出相对降低了成本或最后强度的材料来构造。

已经描述的了包括本发明的结构塔10的一个或多个实施例的各种组件的某些特性，下面将用使用销钉将组件彼此固定的新手段的描述来继续描述。图3和4图示了，例如，展示出一套纵向部件20、横向组件22和斜向部件26的交叉点的连接部分30的一个实施例。通过将销钉32延伸穿过纵向接头31的相应的阳性端34和阴性端36将纵向部件20在每个纵向接头31处固定在一起。在一个实施例中销钉32直径是4英寸，用铁构造。参看图4，销钉32延伸穿过一对管状部分33(图中只图示了一个)，该部分具有与销钉32紧密匹配的直径公差。纵向接头31的阳性端34的翼片部件37夹在管状部分33之间。管状部分33在一个实施例中装配在前缘38处，以方便翼片部件37的插入。翼片部件37具有孔35，其尺寸也与销钉32的直径紧密匹配。当纵向接头31装配时，成对的管状部分33阻止或最小化翼片部件37的侧移，同时销钉32的外径和管状部分33以及孔35的内径之间的紧公差维持了纵向接头31处的紧配合。在一个实施例中，使用直径为4英寸的销钉32时，销钉32的外径和管状部分33以及孔35的内径之间的直径公差可能不超过一英寸的百分之三(0.030)。

再次参看图3，每个横向部件22用螺钉38固定到相邻纵向部件20上，该螺钉38延伸穿过焊接到纵向部件20上的翼片部件40。可替换的，横向部件22也可以直接焊接到纵向部件20上，或者用上述或下述的任一种方式销接到纵向部件上。每个斜向部件26的端部用销钉42固定到相应的纵向部件20的斜向接头41，该销钉40延伸穿过形成为销结合连接器28的一部分的一对端部凸缘44.斜向接头41处的销钉连接类似于上述关于纵向接头31的销钉连接。在一个实施例中，销钉42的直径是4英寸，用铁构造。销钉42延伸穿过具有孔的端部凸缘对44，该孔直径与销钉42的直径紧密匹配。夹在端部凸缘44之间是具有孔(未图示)的翼片部件46，该孔的尺寸也与销钉42的直径紧密匹配。装配斜向接头41时，端部凸缘对44防止连接器侧向移动。销钉42的外径与端部凸缘44以及翼片部件46的孔的内径之间的紧公差维持了斜向接头41的紧配合。在一个实施例中，使用直径为4英寸的销钉时，销钉42的外径与翼片部件44和孔的内径之间的直径公差不超过一英寸的百分之三(0.030)。翼片部件46在一个实施例中是焊接到纵向部件20上的。虽然使用的是一个翼片部件46和两个端部凸缘44，但是显然也可以在连接器上使用两个翼片部件和一个端部凸缘来将斜向部件26固定到相应的纵向部件20上。

图5和6图示了连接部分130的另一个实施例，该连接部分展示了一套纵向部件120和斜向部件126的交叉点。纵向部件120在每个纵向接头131处用销钉组合件132固定在一起，该销钉组合件延伸穿过纵向接头131的插入端134和接收端136。在一个实施例中，销钉组合件132包括其每个端部都有锥形部分151的销钉部件150.销钉组合件132还包括具有内壁154的套环部件153，该内壁154配置来在套环部件完全固定到销钉部件150的锥形部分151上时与销钉部件150的锥形部分151紧密啮合。销钉组合件132进一步包括一对垫圈155和配置来拧入销钉部件150端部的螺孔157中的一对螺钉156。纵向接头131的插入端134包括含有孔135的翼片部件137，孔的尺寸与销钉部件150的锥形部分151中间位置处的非锥形部分158的直径紧密匹配。销钉部件150延伸穿过一对管状部分133，充分膨胀时该部分具有与套圈部件153紧密匹配的直径公差。纵向槽159位于每个套圈部件153的长度方向上，用以在充分受力而置于销钉部件150的锥形部分151上时允许套圈部件153径向膨胀。与上面的论述类似，在一个实施例中，管状部分在前缘138处被修正以便于翼片部件137的插入。

在一个实施例中，锥形销钉的纵向接头131的组装如下进行。纵向部件120的插入端134和接收端136用位于临近管状部分133处的翼片部件137的孔连接在一起。销钉部件150插入管状部件133和翼片部件137的孔135。孔135和销钉部件150的非锥形部分158之间的公差非常小，在一个实施例中，大约是百分之三(0.030)英寸或更小。通常，公差太小以至于需要压力(或锤子)来将销钉部件150的非锥形部分158啮合到翼片部件137的孔135中。然后将套圈部件153置于销钉部件150的锥形部分151和管状部分133之间。在一个实施例中，每个套圈部件153的内表面154的尺寸小于销钉部件150的锥形部分151的外尺寸，这样就可以防止套圈部分153充分插入超过销钉部件150的锥形部分151。在同一个实施例中，套圈部件153的外径只是比管状部分133的内径小稍微一点。然后将垫圈155放在临近销钉150的端部处，并将螺钉156插入到螺孔157中。然后将螺钉156完全拧入螺孔157，这将迫使套圈部件153压靠在销钉部件150的锥形部分151上。随着套圈部件153压靠在各自的销钉部件150的锥形部分151上，套圈部件153的外表面膨胀靠在各自的管状部件133的内表面上。

现在参看图6，当通过将螺钉156完全拧入各自螺孔中而充分膨胀时，每个套圈部件153的外表面与各自的管状部分133的内表面紧密啮合，同时每个套圈部件154的内表面与各自的销钉部件150的锥形部分151紧密啮合。在一个实施例中，每个套圈部件还包括邻接翼片部件137的各自的侧面的内边缘160，以协助防止翼片部分137相对于管状部分133或纵向接头131的接收端136侧向移动。在另一个实施例中，可以使用螺丝紧固件如LoctiteR来更好地将螺钉156固定到销钉部件150上，或者，也可以使用焊接来永久固定组合的销钉组合件132。在与前述描述类似的方式中，可以使用第二销钉组合件142来将每个斜向部件126固定到各自的纵向部件120的每个斜向接头处。

前面关于纵向和斜向接头31、41、131的连接器的描述是对使用具有紧公差的销钉将各种纵向和斜向部件彼此固定的原理特性的示例性描述。但是，本领域技术人员将意识到位于结构塔中的任何连接点都可以通过披露的销钉组合件或其变形物来固定。而且，本领域技术人员可以认识到固定接头的其他方法也是可以利用的。例如，凸缘可以焊接到纵向部件的相对端，凸缘可以使用一系列螺钉彼此连接。可替换的，上述的销钉可以用螺钉替换。还可以替换的是，连接可以用焊接、或焊接、螺钉和销钉的组合来形成。不管选择来固定连接的方法是什么，接头连接的实质特性是连接完成时连接是紧的。一旦连接起来，在各种纵向、斜向和横向组件之间的各个接头处必须没有或者有极小的相对平移、滑动，或者超出平面的扭曲，而且销接必须呈现出同样的特性，但是在塔从结构上被加载时可以允许连接部件绕着销钉的中心轴旋转。

再次参看图1，结构塔10被图示为具有11个机架组合件12--如顶部机架组合件19、底部机架组合件13和一系列中间机架组合件12，广义而言，其包括顶部和底部机架组合件。最底层机架组合件13具有比最顶层机架组合件19相对较大的直径。上部机架组合件12的直径较小，主要容纳风力涡轮机14和转子叶片16。上部机架组合件的较小的直径使得其不阻碍转子叶片16的旋转，并允许风力涡轮机14和转子叶片16组合起来以绕着结构塔10的中心轴完全旋转，从而适应风向的改变。最底层机架组合件13和那些与其相邻的或相近的组合件直径都相对较大，从而适应靠近地基11的较大的覆盖区，这样就可以给结构塔10提供更好的横向稳定性。与提供上述另一连接的手段类似，纵向部件20(120)的最低端包括可以用焊接、螺钉或销钉连接固定到地基11上的最底层机架组合件13--例如，纵向部件20(120)的最低端可以用与上述用于纵向连接部分31(131)的相同的连接手段固定到从地基11向上延伸的翼片部件(未图示)上。

现在参看图7，风力涡轮机14被固定到传统的管状圆柱体机架部分55上。在一个实施例中，该圆柱体机架部分55是用铁构造的，并具有向下延伸的多个钢翼片部件37(137)。每个翼片部件37(137)被配置为与最上层机架部分19的纵向部件20(120)的上端相互连接。该连接用焊接、螺钉或与上述用于纵向连接部分31(131)相同的销接手段形成。风力涡轮机14用本领域技术人员已知的用于将风力涡轮机附着于传统的管状塔的标准装置或连接系统可旋转地固定到圆柱形机架部分55上。

如上所述，使用铁之外的材料来构造包括结构塔在内的各种组件可以显示出优越性，尤其是关于包括靠近塔顶的机架部分12的纵向和斜向部件。例如，使用合成材料来构造斜向或横向部件实质上降低了塔的重量，还能够转变刚性特征，以及塔的共振频率。参看图8来描述本发明的合成的斜向部件226的实施例，并结合将这种斜向部件226固定到各自相邻的纵向部件上的方法。所图示的斜向部件226在其一端附着有本发明的连接器27.斜向部件226包括合成材料的管状部件60。连接器27固定在管状件60的两端上。连接器27包括内套筒62和外套筒64.内套筒62以套筒的外径67提供外接触面66.同样的，外套筒64以套筒的内径69提供内接触面68。管状部件60还在管状部件60的两端都提供内接触面70和外接触面71。当如下所述装配时，内套筒62、外套筒64和管状部件60的尺寸被选择来形成连接器27和管状部件60之间的紧配合。在一个实施例中，管状部件60的内接触面70的直径大约是10英寸，而管状部件60的外接触面71的直径大约是11.5英寸，其结果是壁厚大约是1.5英寸。在这个实施例中，负公差最好是大约百分之十至二十。与前述的接触面尺寸一致，在一个实施例中，外套筒的内径69大约是11.48至49(11.48-11.49)英寸，而内套筒62的外径67大约是10.01-02(10.01-10.02)英寸。在该实施例中，结构塔10的管状部件60的长度在从大约3至大约8米的范围之内，这依赖于它在塔中的位置。这个实施例中的每个不同的接触面66、68、70、71的轴向长度61是大约4-6英寸。上述尺寸用于该实施例中的位于结构塔10的上部机架组合件上的斜向部件226。但是，该尺寸可以根据结构塔的高度、直径和预期负载或者任何特定应用的运行状况来增大或减小。

下面描述将联机器27装配到合成管状部件60的一种方法。将外套筒64加热到足够高的温度以使内接触面68膨胀从而接纳管状部件60的外接触面71。类似的，将内套筒62降温到足够低的温度以使外接触面66收缩接纳管状部件60的内接触面70。在一个实施例中，套筒和部件连接时，外套筒64被加热到大约300华氏度(300°F)，该温度高到足以影响内接触面68的所需膨胀，但还不至于高到会破坏管状部件60的合成矩阵。同时，内套筒62被冷却到大约负350华氏度(-350°F)。当内套筒62和外套筒64都达到所需温度时，将组件连接在一起并使温度平衡至室温。一旦温度平衡，外、内套筒以非常高的径向压力或应力夹紧合成管状部件60，在接触面上形成一种压力和张力两方面都能够传递巨大荷载的紧配合。

连接器27的一个实施例包括内套筒62上的向外伸展的唇部76和外套筒44上的向内伸展的唇部77。内套筒62上的唇部76伸展越过管状部件60的圆周壁区域78。类似的，外套筒64上的唇部77伸展大约与内套筒62上的唇部76相等的距离，但是是在相反的方向上。当合成斜向部件226在张力作用下放置时，外、内套筒62、64的重叠的唇部76、77可以更好地分配管状部件60的内外接触面之间的摩擦负荷。与上述提供连接的方法相类似，合成斜向部件226的连接器27用螺钉、焊接或销接--如与上述的用于斜向接头部分41(141)的相同的销接方法固定到纵向部件20(120)上。

前面对将合成管状部件60用于本发明的结构塔10的构造中的描述主要集中在将这种合成部件60用于合成斜向部件226中。同样的原理通常也应用于纵向和横向部件上。例如，图9和10图示了分别用于构成合成纵向部件220和合成横向部件222以达到相同的减少重量的好处的合成管状部件。如上所述的铁部件的合成部件的构造可用来可选择的做整个结构塔10--即用于任一个或多个，或者甚至全部的纵向、斜向和横向部件，而不用考虑它们在结构塔10中的位置。例如，图9和10图示了合成部件的构造--类似于上述的合成斜向部件226--分别用于典型的机架组合件12中出现的纵向部件20和横向部件22。

参看图9，例如，合成纵向部件220图示为具有端部连接器225的合成支柱。端部连接器以与上述关于用于合成斜向部件226的紧配合连接器27相类似的方式固定到合成纵向部件220上。但是，端部连接器225并不具有一对端部凸缘44，而是具有栓接或焊接到对面的端部连接器225的相应凸缘上的凸缘221。可替换的，端部连接器225包括与上述能够用螺栓或上述关于纵向接头31(131)的销钉连接组件来固定连接相类似的阳性翼片和阴性翼片。以相同的方式，图10图示了具有用销接、螺钉连接或其他方式固定到铁纵向部件20上的端部连接器223的合成横向部件222。在图9和10中，斜向部件229是铁部件，或者是合成斜向部件226，用上述用于构造斜向接头41(141)的技术来销接到纵向部件20或端部凸缘225上。但是，如图9所示，使用合成纵向部件220时，最好将斜向部件26(226)直接固定到端部凸缘上，而不是合成管状部件上。虽然图9和10分别图示了具有合成纵向部件220或者合成横向部件222的机架部分，但是需要注意的是另一实施例打算用合成纵向部件220、斜向部件226和横向部件222，或者它们的组合来构造整个结构塔10。

本方面的另一实施例中，在结构塔10的一个或多个纵向、斜向或横向部件中的结合入配置来减缓振动的部件--例如，粘性的或粘弹性的减振部件，更通常的是，减振部件或支柱--给在正常条件下，以及适应极端条件、运行条件，尤其是风力涡轮机应用到非常高处时的塔提供集成的加强结构。下面讨论减振的(被减振的)支柱或部件的各种实施例。该讨论集中在两类减振支柱上。第一类是使用粘弹性材料和合成的或其他刚性部件来形成集成到一根支柱上的平行簧片和减震器，这样减振部件就包括显著的刚度和减幅。第二类是使用集成到一个部件上的粘性的或液压的减震器形成并行簧片和减震器，以包括显著的刚度和减幅。可替换的，去掉刚性供应件，只剩下提供主要减振的减震器。虽然用于影响减振的其它手段--如磁力--也是本领域技术人员所公知的，但是这里所描述的类别已经在用于本发明的结构塔10的高地势风力涡轮机应用中证明了其优点。但无论如何，这些讨论不应该理解为是限制或者排除使用类似的具有减震器属性的减振装置落入本发明的范围之内。而且，随后的讨论以直接主要描述减振的斜向部件而继续进行。但是，从上面的讨论可以得知，需要注意的是这种描述通常也应用于纵向和横向部件，因此，关于减振的斜向部件的描述也不应该被理解为是对本发明范围的限制，这里和上面所描述的原则通常应用到结构塔10的每个纵向、斜向和横向部件上。

现在参看图11，减振的斜向部件126的一个实施例被图示为一端附着有本发明的连接器127。图示于图11的实施例包括内管状部件81和外管状部件82。在一个实施例中，内、外管状部件81、82用纤维材料构造，该纤维材料具有以不同图案层叠的纤维层。夹在内、外合成管状部件81、82之间的粘弹性材料层83。粘弹性层83夹在内、外管状部件81、82之间的组合提供了为结构塔10减振用的合成减振支柱。连接器127以与上述关于用于具有单个合成管状部件60的合成斜向部件226的紧配合相同的方式固定到内、外管状部件81、82和粘弹性层83的组合上。减振的斜向部件126的尺寸可以与上述用于合成斜向部件226的相同。粘弹性层的厚度与合成管的壁厚相比相对较小--在一个实施例中大约是十分之二毫米(0.2mm)，该合成管与前述的斜向部件的相一致，如果总壁厚是大约一又二分之一英寸，它则是大约是四分之三英寸。而且，该实施例中的粘弹性层并不延伸到连接器区域。如果需要，适当的材料比如合成材料的非常薄的轴向套环可以延伸到连接器区大约粘弹性层的厚度那么深，而不是将粘弹性层延伸到连接器区域。后面的这种配置对于粘弹性层的厚度是大约1毫米或更大的实施例是有益的。

使用合成减振部件(或支柱)来减振在美国5,203,435(Dolgin)号专利中已经提出，其所披露的内容通过该参考文献引入本文。制造合成减振支柱的方法也已经在美国6,048,426(Pratt)号专利、美国6,287664(Pratt)号专利、美国6,453,962(Pratt)号专利和美国6,467,521(Pratt)号专利中披露了，其披露的内容也通过该参考文献引入本文。本发明的合成减振支柱--比如，减振的斜向部件126--被构造成具有下面的结构上的和功能上的属性。内、外合成管状部件81、82如此制造，即管内的纤维矩阵按照已定的图案铺设，内管状部件81的图案与外管状部件82的图案异相。尤其是，实用的图案包括具有稳定的或随着部件的轴向长度或负荷方向变化的频率和振幅的正弦波。交替的图案包括锯齿形(或V形)波和螺旋状螺线。该图案的一个特征是内管上的图案的至少一部分与外管上的图案是异相的或者相对于外管上的图案周相位移。当合成支柱在压力或张力上有负载时这将在粘弹性层83内产生切变应力。该切变应力在粘弹性层内产生内部摩擦，这将产生热，随后扩散到周围环境中，从而影响结构塔10通过使用减振支柱而进行的减振--如，通过使用减振的斜向部件126。内、外管中的图案的替代实施例包括通过在减振支柱的端部施加压力或张力而影响粘弹性层内的切变应力的任何图案。该替代图案可以通过例如沿着合成管状部件81、82的轴向、螺旋形或环形(或圆周的)方向而生成。

仍然参看图11，内管状部件81包括合成(强化)纤维的第一图案87。该强化纤维的第一图案87绕着该管内、外圆周(也是该管的厚度之内)放射状延伸，并沿着管的长度轴向延伸。在一个实施例中，加强纤维87的第一图案是具有稳定的波长(或频率)和振幅的正弦波(只图示了该图案的一部分)。外管状部件82包括加强纤维第二图案88。加强纤维第二图案88也是具有稳定的波长和振幅的正弦波(第二图案的一部分图示为用虚线添加到内管状部件上)的形式。也可以使用不脱离本发明的范围的其它图案。在一个实施例中，加强纤维第一和第二图案87、88沿着管状部件81、82的整个长度彼此异相180度。但是，需要本领域技术人员注意的是，该图案并不需要彻底异相180度。而且，需要注意的是，粘弹性层仅需要沿着长度上用于减振的那部分驻留。当减振的斜向部件126在压力上或张力上有负载是，正弦波图案的波峰和波谷和其它部分相对于彼此移动，这样就会影响粘弹性层的切变应力和振动的最终阻尼。但是，本领域技术人员将认识到合成纤维的任何图案都将影响粘弹性层内的切变应力和最终阻尼--切变应力越大，阻尼就越大。

虽然图11图示了一层粘弹性材料夹在一对合成管状部件之间，但是对于本领域技术人员来说很显然的是也可以使用多层粘弹性材料和合成管状部件来影响阻尼。参看图12，例如，图示了一种上述合成减振部件的替代品。具体而言，替代的合成减振支柱136包括第一合成管状部件183，位于第一个之内的第二合成管状部件184，和挨着第二个的第三管状部件185。第一粘弹性层188位于第一和第二管状部件183、184之间，第二粘弹性层位于第二和第三管状部件184、185之间。第一合成管状部件185包括绕着管的圆周环状或圆周状延伸并沿着管的长度轴向延伸的加强纤维第一图案(未图示)。在一个实施例中，加强纤维第一图案是具有稳定波长(或频率)和振幅的正弦波形式。第二合成管状部件184包括加强纤维第二图案，在一个实施例中，与加强纤维第一图案异相。第三合成管状部件183包括加强纤维第三图案，在一个实施例中与加强纤维第二图案异相(并且如果需要，可以与加强纤维第一图案完全同相)。当合成减振支柱--例如替换的斜向部件136--在压力或张力上有负载时，正弦波的波峰和波谷和其它部分相对于彼此周相移位，这样就影响了粘弹性层内的切变应力，并引起振动的最终阻尼。与前面的实施例相同，本领域技术人员将认识到，不同管状部件之间的合成纤维的任何图案都会影响粘弹性层内的切变应力和最终阻尼--切变应力越大，阻尼也即越大。

如上所提到的，前面的将减振的合成部件用于本发明的结构塔10的构造中的描述集中在将这种合成部件用于斜向部件126、136中。但是，同样的原理通常也可以应用于纵向和横向部件中。相应的，上述如图9和10所示的关于将合成管状部件用于构造纵向和横向部件的论述同样也可以应用到减振的纵向和横向合成部件的构造中。而且，用上述的铁部件(或非粘弹性减振部件)替换减振的合成部件可以在整个结构塔10中选择性的进行--也即是，可以替换任一个或多个，或者甚至全部的纵向、斜向和横向部件，而不用考虑它们在结构塔10中的位置。

用于减振结构塔10的各种替代实施例或系统都考虑在本发明的范围之内。例如，参看图13图示了替换的减振支柱226。减振支柱226包括内管状部件227、外管状部件228和位于内、外管状部件227、228之间的粘弹性(或橡胶类)材料229。内、外管状部件227、228用具有以上述图案铺设的纤维的合成材料来构造。合适的替代物可以包括具有与上述记在粘弹性层的表面上的图案类似的图案的铁、铝或塑料。可替换的，可以根本不使用图案，致使切变应力较低，最终阻尼较低。内、外管状部件227、228包括用于将减振支柱226以与上述方式相同的方式连接到结构塔10的纵向部件20的连接器部分222、223。减振支柱226承载张力或压力时，内、外管状部件227、228在轴向上相对于彼此可以自由平移。由于减振支柱承载着张力或压力，粘弹性层中出现切变应力，产生热，然后消散到周围环境中，从而影响结构塔10的阻尼。

参看图14，图示了本发明的减振支柱的另一个替代实施例。替代的减振支柱326包括一对板状部件327、328嵌在一起，将粘弹性(或橡胶类)材料层夹在中间。板状部件327、328使用具有以上述图案铺设的纤维的合成材料构造；只是这里图案出现在实质上与轴面相对的平面上。合适的替代物包括上述具有记在上述接触面上的图案的铁、铝或塑料。连接器部分322、323用上述方式将减振支柱326固定到结构塔10的纵向部件20上。板状部件327、328用合适的手段(未图示)固定以在减振支柱承载张力或压力时在纵向方向彼此转化。当减振支柱承载张力或压力时，粘弹性材料内出现切变应力，产生热，然后消散到周围环境中，从而影响结构塔10的阻尼。

可以将各种其它替代的减振实施例用于本发明的结构塔10中来减振。例如，在用在精密桁架结构中的d形支柱(d-strut)技术中应用的粘性的或液压的装置可以用来减振。该“d形支柱”技术在例如Anderson et al.的“用于精密桁架结构的粘性无源减震器”的第2796-2808页(AIAA paper，1991)中已经披露，其所披露的内容用该参考文献引入本文。该d形支柱技术使用以内外管支柱配置的粘性的或液压的减震器。参看图15和16，例如，外支柱400(500)用比如铝材料来构造，而内管状支柱402(502)用具有比外支柱的刚度或弹性系数高的材料来构造。内外支柱400、402(500、502)之间的有效刚度(或者用弹性系统乘以横截面面积)的差别越大，得到的阻尼越多。减震器可以将前述的两个实施例--即在图15和16中图示的那些--去掉提供给外管状支柱400(500)的刚度而得到，这样就可以将减振部件的有效刚度降低到几乎为零，其余部件影响主要的阻尼。在一个实施例中，内支柱402(502)在共用端404(504)连接外支柱400(500)。内支柱402(502)的相对端405(505)上附着粘性或液压减震器406(506)，该减震器包括波纹管组件407(507)或其它弹性部件、小孔409(509)和弹簧部件410(510)和活塞411(511)装置或类似的蓄水池设备。外支柱400(500)的端部利用例如上述关于斜向接头41、141的技术或者其它适当的手段通过端部连接器421、422(521、522)连接到纵向部件20。在压力或张力的负载作用下，外支柱400(500)在轴向上拉紧，在内外支柱之间产生相对位移，从而激活粘性或液压减震器406(506)。穿过小孔409(509)流动的液体420(520)产生粘性液体内的切变应力，为结构塔10提供减振。粘性或液压减震器的蓄水池部分--比如弹簧部件410(510)和活塞411(511)--可以位于如图16所示的d形支柱的内部或者如图15所示的d形支柱的外部。可替换的，粘性或液压减震器406(506)的蓄水池部分也可以位于内外支柱400、402(500、502)之间。本领域技术人员将意识到减震器的弹簧和活塞部分是可以用已知的类似液压蓄水池来替换的蓄水池，还将进一步意识到弹簧410上的张力或蓄气池的充气压力必须足够大以减少从形成在液体中的气泡，从而防止降低张力负载下的减振。

现在参看图17，图示了粘性减振支柱或部件的另一个实施例。外管状支柱600罩住内管状支柱602。与上述的d形支柱类似，外管状支柱600用比如铝材料构造，而内管状支柱602用具有比外支柱的刚度或弹性系数高的材料--比如铁--来构造。内外支柱600、602之间的有效刚度(或者用弹性系统乘以横截面面积)的差别越大，得到的阻尼越多。本领域技术人员将意识到只创建减震器的替代装置包括去掉外管状支柱(600)。外管状支柱具有第一端601和第二端603。端盖605具有配置来与位于外支柱600的第一端601处的互补凸缘部件相配合的凸缘部件607。使用一系列螺栓609来将端盖605紧紧固定到外支柱600的第一端601上。内支柱602具有用任何适当的手段比如焊接固定到端盖605上的第一端617。内支柱具有形成为自身附着到连接杆620上的第二凸缘619的第二端。连接杆620的第一端用任何适当的手段固定到第二凸缘619，比如将连接杆的外螺纹部分621拧到凸缘619的相应的内螺纹部分623上。

第二端盖630具有配置来与位于外支柱600的第二端603处的凸缘部件相配合的凸缘部件631。使用一系列螺栓609来将端盖630紧紧固定到外支柱600的第二端603上。密封壳体624固定到位于外支柱600的第二端603处的凸缘部件的内部626上。密封壳体624使用一系列螺栓637或者其它适当的手段固定到凸缘部件的内部626上。该密封壳体具有被精密加工来适配连接杆620的外壁表面的内壁表面643。密封件641位于连接杆620和密封壳体624之间，用来防止减振液体--例如粘性或液压流体--沿着存在于两个部件之间的分界面泄漏。聚合体类磨损带环645可以放置在密封壳体624和连接杆620之间，以防止由于两部分的相对位移而产生的部件磨损。可替换的，内壁表面643的直径可以增大，这样就会在内壁表面643个连接杆的外壁表面之间形成缝隙。由于分离而产生的缝隙可以用柔软的机械装置来填充，比如，实质上沿着其长度粘到连接杆620和密封壳体624上的波纹管或橡胶材料，从而排除对密封件641的需要。这种柔软材料替代物对于用于其中出现大约小于1英寸的小位移的减振支柱中尤其有益，因为非刚性材料可以伸展以容纳相对位移。去掉密封件641还可以为密封该液体提供非滑动表面，从而延长其寿命。活塞622用螺栓627或一系列螺栓固定到连接杆620的第二端。第二端盖630具有精密加工来适配活塞622的外壁表面635的内壁表面633。

减振液体650(例如粘性或液压液体)储存在由活塞620、第二端盖630和密封壳体624形成的第一凹槽651和第二凹槽653内。减振支柱承载压力或张力负载时，由于内支柱602和外支柱600之间的相对位移活塞620向着或远离第二端盖630的基部632移动，从而发生减振。更具体的，当活塞620朝向基部632移动时，从第一凹槽651流出的液体被迫穿过由第二端盖630的内壁633和活塞620的外壁635之间的空隙限定的圆周区域进入到第二凹槽653。可替换的，小管道或孔可以被加工成从一面穿过活塞620的本体到另一面，这样当流体通过一个或多个小管道从活塞620的一侧流到另一侧时就会产生减振。蓄水池660通过输送管662连接到第一凹槽。可替换的，蓄水池可以位于支柱内部的不同位置处，输送管662可以连接到第二流体凹槽653。蓄水池660或类似设备需要容纳连接杆619的本体在第二凹槽653中所占据的空间的体积。更具体的，由于活塞620向基部632位移一段距离，所以第一凹槽651的体积将减小，第二凹槽653的体积增加。但是，由于连接杆619出现在第二凹槽653中，从第一凹槽651流出的液体的体积要比由于活塞620的位移而使第二凹槽653生成的空间体积大。由于杆位移入第二凹槽653，体积与第二凹槽653的被连接杆占据的空间体积相等的额外的液体通过输送管662送入蓄水池。控制阀664位于第一凹槽651和蓄水池660之间，用以允许液体在减振支柱处于压力作用下--即活塞620向基部632位移时--流进蓄水池，并用以允许液体在减振支柱处于张力作用下--即活塞620离开基部632位移时--从蓄水池返回到第一凹槽651。上述对由于连接杆619而提供额外液体的蓄水池的描述是提供补偿液体所必需的原理特性的示例性说明。然而，本领域技术人员将意识到其它的已知设备或装置也能够以正确的比例提供这种液体来实现适当的运行。

如上所述，在一个实施例中，液体650穿过第二端盖630的内壁633和活塞620的外壁635之间的空隙从第一凹槽651流到第二凹槽653，反之亦然。如下所述，液体的这种流动方式使得减振支柱对温度变化的敏感度小于液体通过穿过活塞本体延伸的小管道的流动的方式。更具体的，由于作为温度的一种功能而出现的减振液体的粘性的附带改变，减振效率可以通过温度的改变而改变。例如，随着温度升高，减振液体的粘性通常将降低，导致用于活塞620的给定位移的减振效率降低。活塞620用具有比用于构造第二端盖630(或与活塞相邻的圆柱壁)的材料高的热膨胀系数的材料构造时，这种趋势是可以是相反的。在一个实施例中，例如，活塞620用铝来构造，第二端盖630用铁构造。铝具有比铁高的热膨胀系数，也就是作为温度的一种功能，铝将会以比铁大的比例膨胀和收缩。这种热膨胀比例的不一致使得第二端盖630的内壁633和活塞620的外壁635之间的空隙随着温度相对于指定温度的降低而增大，并随着温度相对于指定温度的升高而变小。由于在两个面之间的液体中产生的切变应力而生成的减振效果部分地依赖于面之间的空隙或距离--距离越大，减振越小。因此，随着温度升高，由于液体粘性的降低而出现的减振效率的降低部分地可以通过减小第二端盖630的内壁633与活塞620的外壁635之间的空隙或距离来调整。由于它降低了减振支柱对于温度随着天气由于日常或季节变化而变化的敏感度，所以本发明的这个特征尤其有用。

上述描述提供了关于构造包括位于结构塔的一个或多个机架组合件中的减振的或非减振的纵向、斜向和横向组件的结构塔的各种模式和方法。但是，本领域技术人员将意识到上述组合方式的各种变形。例如，机架部分12被图示为在机架部分12的每个面上具有位于一对纵向部件20之间的单个斜向部件26。然而，本领域技术技术人员将意识到成对的斜向部件26可以交叉的形式位于成对的纵向部件20之间，也可以越过塔空间的内部位于任何成对的纵向部件之间，而且单个斜向部件26的走向可以是混合的--即斜向部件可以位于顺时针和逆时针两个方向上(或右走向和左走向配置为相邻的机架部分沿着塔10的中心轴线按顺序排好)。可替换的，斜向部件也可以从机架组合件的各个面上去除；纵向部件可以跨越一个或多个机架组合件。现在参看图18-24，其中图示并说明了具有减振的非减振的支柱或部件的组合的结构塔的各种其它替代实施例。不过这些图示和说明都是以一般形式提供的--即没有图示具体部件的某些细节--需要注意的是上面提供的关于各种减振的或非减振的部件的各种结构或应用的细节都能用于下面提供的各种应用中。

例如，参看图18，它图示了替代实施例的机架组合件712。该机架组合件712包括非减振的--即铁、铝或合成的--用上述各种实施例中的一个和多个构造出来的纵向部件720、斜向部件726和横向部件722。在一个实施例中，机架组合件712还包括一系列减振的斜向部件730，与每个非减振的斜向部件726有间隔的相邻并平行于它。关于这个实施例，当结构塔遭受负载时，非减振的部件726将由于斜向部件726所经受的压力和张力而经受轻微的轴向偏斜向。非减振的斜向部件726经受轴向上的这种偏斜向时，相邻的减振部件730将同样的轴向偏斜向，从而使得能量分散。非减振的和减振的斜向部件726、730的配置在这点上可以被认为大概类似于动态负载的一维弹簧和减震器并排连接。由于上述的各种减振部件的任一种都可以用作图18所示的减振斜向部件730，所以替代实施例可以使用几乎纯粹用来提供减振的、刚度非常低的大型震动吸收器(或减震器)。事实上，本领域技术人员将意识到并排排列的震动吸收器(减震器)和刚性非减振部件类似于上述减振部件，其中每个这样的部件都包括弹簧类刚性部件(非减振部件)和减振部件--即各种减振部件400、500、600的外管状部件提供非减振的刚性组件，而内管状部件402、502、602和液压减震器组件提供减振组件。该讨论可以应用于下面出现的各种其它替代物中。主要用于减振目的的吸收震动的减振器--与这里所披露的减振部件或支柱相对而言，具有弹簧类和减震器类特性--通过例如纽约North Tonawanda的Taylor Device公司在商业上是可以获得的。

现在参看图19，图18所示实施例的替代实施例设想了位于相邻的非减振斜向支柱726以及相邻的正时针741走向或逆时针743走向或其组合走向的减振和非减振支柱对之上或之下的减振斜向支柱730。如图19进一步所示，机架组合件的替代实施例设想了在机架组合件的一个或多个面上使用减振和非减振斜向支柱对，机架组合件的外侧面746、747具有减振或非减振斜向支柱的一个或另一个，或者既没有减振斜向支柱也没有非减振斜向支柱。

现在参看图20，图示了机架部分中的支柱配置的另一个替代实施例。在这个实施例中，机架组合件762包括用上述各种实施例中一个或多个构造出来的非减振纵向部件770、斜向部件776和横向部件772。在一个实施例中，机架组合件762还包括一系列减振支柱780，与每个非减振斜向部件776有间隔的相邻并实质上垂直于它。减振支柱780具有连接到相邻纵向部件770上的第一端781和连接到一对增强部件785上的第二端782，其中每个增强部件是可以用上述方法和技术构造的非减振部件。放大部件对785中的每一个都相对于相邻斜向部件776有夹角--在一个实施例中，是从大约5度至大约十五度。放大部件785的第一端786和减振支柱的第二端782在铰接点790处耦合在一起。关于这个实施例，当结构塔遭受负载时，斜向部件776将由于斜向部件776所经受的压力和张力负载而经受轻微的轴向偏斜向。当斜向部件776经受轴向上的这种偏斜向时，连接相邻的放大部件785和减振支柱780的铰接点790将根据负载是张力或是压力而分别向着或远离斜向部件776位移。铰接点790的位移致使减振支柱780偏离轴向，从而使得能量分散。

现在参看图21A，参考直角三角形的勾股定理很好理解放大部件785提供的用于减振的放大效应。具体而言，图示了具有底边751的三角形750。三角形750的底边751相当于图20中图示的非减振斜向部件776。类似的，图20中图示的放大部件对785可以相当于三角形750的其余两个侧边752、753(其长度没必要相等)。角β和θ(其也没必要相等)相当于每个放大部件785相对于非减振斜向支柱776的夹角。如图21B所示，该配置提供了两个直角三角形754、755，每个三角形具有斜向边H、底边B和侧边S。首先看三角形755，如果斜向边H被认为是固定的，那么底边B由于压力或张力负载而出现的长度改变将导致侧边S的长度相应改变。基础代数提供了下面的关系式：dS/dB≈-(B/S)≈-(1/tanθ)。这样，由于初始的S相对于初始的B较小(或θ较小)，与B的改变相比S的改变将相对较大。换句话说，非减振斜向支柱776的长度上的轻微轴向偏斜向将导致减振支柱780的轴向位移相对较大，假设它们之间的夹角很小。在一个实施例中，使用具有相对较高弹性模数的材料来构造放大部件785，比如铁，使用具有相对较低弹性模数的材料来构造非减振斜向部件776，比如铝，以此来确保放大效应。

现在参看图22，图示了另一个实施例的机架部分812。该机架部分812包括用上述各种实施例中的一个或多个构造出来的非减振的纵向部件820、斜向部分826和横向部分822。机架部分812还包括放大部件821和减振支柱823。放大部件821和减振支柱823在构造上和功能上都类似于上述那些；只是，在图示的实施例中，放大部分821与纵向部件820相邻而不是与斜向部件相邻。

现在参看图23和24，图示了具有减振的斜向部件230和铁纵向部件231的改造了的传统管状塔232。该改造了传统塔232具有以典型形式组装的传统的管状部件234、235。上部的铁或混凝土管状部件235具有配置来接纳多个纵向部件231的端部的铁环或其它合适的部件。斜向支柱--如减振的或非减振的斜向支柱或者减震器与弹簧部件的组合--用上述关于销接的斜向接头41、141的方式或其它适当的手段比如螺钉、焊接或安装凸缘来固定到相邻的纵向部件对231。类似的支柱--如减振的或非减振的纵向支柱或减震器和弹簧部件的组合--也可以用来代替纵向部件231，并用上述的任意方式--如螺钉、焊接、销接或安装凸缘来固定到传统的管状部件234、235上。然后将最上层管状部件236固定到纵向部件230的上端。支柱机架组合件239位于管状塔的任意位置处，并可以用钢管壳(未图示)罩着，如果需要为了感觉上的或结构上的目的也可以用其它合适的材料，如铝。改造了的管状塔也可以设计为具有放置在整个塔中的任意数量的机架部分239。很显然，本发明的结构塔10可以包括替换本发明的一个或多个机架组合件12的管状部分。还需要注意的是上述各种实施例或它们的变形中的任意一种都可以被用于构造机架组合件239，例如具有放大部件、铁或合成部件的，或者粘性的或基于粘弹性的减振部件实施例。

现在参看图25，披露了本发明的另一机架部分700。该机架部分700包括位于机架部分700的每个面上的成对的第一斜向部件701和第二斜向部件702。横向部件703围绕着机架部分700的周长设置，但是如果机架部分700合并入如图24所示的传统管状塔可以去掉横向部件。在机架部分的一个或多个面上使用成对的斜向部件可以去掉相应的横向部件。如图所示，第一斜向部件701和第二斜向部件702的每一端都连接到法兰705。如图进一步所示，连接彼此错位以使斜向部件对701、702十字交叉。通常，机架部分700可以如图1所示沿着结构塔的长度重复设置，或者替换任意一个或多个通常包括纵向部件和斜向部件的机架部分。进一步的，机架部分700可以包括减振或非减振斜向部件的组合或减震器与弹簧部件的组合，其示例性细节如上所述。类似的，各个机架部分可以只包括纵向部件，并以此替换任意一个或多个通常包括纵向部件和斜向部件的机架部分，也可以包括减振或非减振纵向部件的组合或者减震器与弹簧部件的组合，其示例性的细节如上所述。

现在参看图26，图示了本发明的构造销接的替换实施例。该替换的钉球接头741包括销钉742、一对凸缘部件或翼片743和与减振的或非减振的斜向部件(或，可替换的，减震器或弹簧部件)746的端部凸缘745滑动接触的球形凸起744。该销钉742(或，可替换的，上述的膨胀螺栓)以与上述方法类似的方式插入穿过翼片743和凸起744，从而创建允许斜向部件相对于相应的纵向部件747做零或最小轴向位移的剖面接头。可替换的，纵向部件747上的翼片743也可以位于斜向部件746上，此时翼片745和球形凸起744位于纵向部件747上，接头的功能也不发生变化。但是，组装的钉球接头741允许左右移动和绕着销钉742旋转，这有利于构造一个或多个包括本发明的空间构架塔的机架组合件。这里所描述的球形接头组合件741的各种尺寸的都是可以通过例如纽约North Tonawanda的Taylor Device公司来从商业上获得。如前所述，钉球接头741也可以用以将纵向、斜向或横向部件彼此连接，或将这些部件中的任一个连接到用于后继连接的凸缘上。

虽然前述描述主要集中在以陆地为基础安装的结构塔的使用上，但是本发明的结构塔在海上使用时也具有相同的应用。在一个实施例中，结构塔的在水面下延伸的纵向和斜向部件是用具有方形横截面部分的铁构造的时，其壁厚增大到大约四分之三至大约一英寸，也可以使用具有例如圆形、工字梁或C形槽的横截面的部件。在水面之上，该实施例使用与上述部件相同的一个或多个减振的或非减振的纵向和斜向部件。水面下的铁部件的壁厚的增加使得抵挡水流和波浪冲击的能力增强。水面上的结构塔的其它部分如上所述构造以抵挡塔的共振。如果需要，可以将减振部件也合并入水面下的部分结构塔中以减小由海洋的水流和波浪作用所引起的振动。照这样，塔构造于15-100米深的水中，塔的水上部分延伸到地势达到65-100米处。由于本发明的结构塔构在于岸上或海上，可以将由任何适当的材料做成的积木式外壳固定到纵向或斜向部件上以遮盖结构塔的内部结构。该外壳给结构塔10以比本发明的管状塔更加传统的外表。

虽然为了说明本发明，这里以及发明附加披露的事实中包括了某些实施例和细节，但是对于本领域技术人员来说在不脱离由附属的权利要求书所限定的本发明的范围的情况下，显然可以对本文所披露的方法和装置做各种改变。

Claims (20)

1.一种用于风力涡轮机的应用中的结构塔，包括：

多个向上定向的纵向部件；

多个与纵向部件互连的斜向部件；并且

其中至少一个纵向和斜向部件是减震部件。

2.根据权利要求1所述的结构塔，其中至少一个减震部件包括减震器。

3.根据权利要求1所述的结构塔，其中至少一个减震部件包括：

第一部件，具有配置来使一对纵向部件互连的第一和第二端；

第二部件，位于第一部件内，具有连接到第一部件的第一端，以及第二端，该第二部件具有与第一部件不同的有效刚度；和

粘性减震器，储存可操作地连接到第一和第二部件的粘性液体。

4.根据权利要求3所述的结构塔，其中粘性减震器包括：

缸体；

与缸体滑动适配的活塞；和

连接部件，具有与活塞连接的第一端和与第二部件的第二端连接的第二端。

5.根据权利要求4所述的结构塔，其中粘性减震器进一步包括与粘性液体联通的储液池。

6.根据权利要求1所述的结构塔，其中至少一个减震部件斜向位于一对纵向部件之间并与之互连。

7.根据权利要求1所述的结构塔，其中至少一个减震部件纵向位于一对纵向部件之间并与之互连。

8.根据权利要求1所述的结构塔，其中至少一个减震部件基本上横向位于一对纵向部件之间并与之互连。

9.根据权利要求1所述的结构塔，其中多个纵向部件和多个斜向部件以向上伸展多个机架构造的方式排列和连接。

10.根据权利要求9所述的结构塔，其中多个机架构造的每一个都包括至少三个向上定向的纵向部件。

11.根据权利要求9所述的结构塔，其中多个机架构造的每一个都包括：

至少三个围绕着纵轴基本上等距间隔地向上定向的纵向部件。

12.根据权利要求1所述的结构塔，其中至少一个减震部件包括外管状部件和位于外管状部件内的内管状部件，该内、外管状部件具有第一和第二端，并在第一端彼此固定连接，外管状部件的第一和第二端与一对纵向部件互连，内管状部件的第二端可操作地连接到具有粘性液体的粘性减震器上。

13.一种用于风力涡轮机的应用的结构塔，包括：

多个向上定向的纵向部件；

多个与纵向部件互连的斜向部件；

其中多个纵向部件和多个斜向部件以向上伸展多个机架构造的方式排列和连接；和

销钉，将纵向部件连接到相邻的纵向部件或相邻的斜向部件中的一个。

14.根据权利要求13所述的结构塔，其中多个机架构造的第一机架包括至少三个围绕着纵轴基本上等距间隔地向上定向的纵向部件。

15.根据权利要求14所述的结构塔，进一步包括与至少三个向上定向的纵向部件的相邻对互连的斜向部件。

16.根据权利要求15所述的结构塔，进一步包括使斜向部件的一端与相邻的纵向部件对中的相应一个互连的销钉。

17.根据权利要求16所述的结构塔，其中斜向部件的一端包括具有孔的凸缘部件，孔的尺寸被配置为紧紧容纳销钉。

18.根据权利要求16所述的结构塔，其中相邻的纵向部件对中的相应一个包括具有孔的凸缘部件，孔的尺寸被配置为紧紧容纳销钉。

19.一种装配用于风力涡轮机的应用的结构塔的方法，包括步骤：

提供多个第一纵向部件，每个纵向部件具有第一端和第二端；

提供多个第一斜向部件；

提供用于结构塔的基座，该基座具有多个支撑部件，每个支撑部件配置为容纳多个第一纵向部件中的一个的端部；

将多个第一纵向部件中的第一个的端部连接到多个支撑部件中的相应的第一个上；

将多个第一纵向部件中的第二个的端部连接到多个支撑部件中的相应的第二个上；

将多个第一纵向部件中的第一和第二个用多个第一斜向部件中的第一个互连；

将多个第一纵向部件中的其余部件的端部连接到多个支撑部件的其余的相应支撑部件上；和

将多个第一纵向部件中的其余部件的端部用多个第一斜向部件的其余的相应斜向部件互连；

其中多个纵向部件和多个斜向部件以向上伸展机架构造的形式排列和连接。

20.根据权利要求19所述的方法，包括进一步的步骤：

提供多个第二纵向部件，每个纵向部件具有第一端和第二端；

提供多个第二斜向部件；

将多个第二纵向部件中的第一个的端部连接到多个第一纵向部件中的第一个的相应端部上；

将多个第二纵向部件中的第二个的端部连接到多个第一纵向部件中的第二个的相应端部上；

将多个第二纵向部件中的第一和第二个与多个第二斜向部件中的第一个互联；

将多个第二纵向部件中的其余部件的端部连接到多个第一纵向部件中的其余部件的相应端部上；和

将多个第二纵向部件中的其余部件与多个第二斜向部件中的其余的相应斜向部件互连；

其中多个第一和第二纵向部件以及多个第一和第二斜向部件以向上伸展机架构造的形式排列和连接。

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