CN106164396B - 用于风力涡轮机的混合型混凝土-复合材料塔架 - Google Patents

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Abstract

一种风力涡轮机塔架，包括轴向对准并连接在一起的多个塔架节段。每个塔架节段包括具有逐渐变细的圆筒形形状的内壁，内壁同心地定位在具有逐渐变细的圆筒形形状的外壁内。环形空间被限定在内壁和外壁之间，并且混凝土层置于环形空间内。多个后张线缆在环形空间内或者在外壁的外部纵向地延伸，使得所述多个塔架节段中的第一塔架节段通过多个后张线缆而连接至所述多个塔架节段中的第二塔架节段。

Description

用于风力涡轮机的混合型混凝土-复合材料塔架
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年2月28日提交的美国临时申请No.61/945,942的优先权，该美国临时申请的公开内容并入本文中以作为参考。
技术领域
本发明总体上涉及风力涡轮机塔架。特别地，本发明涉及一种具有混合型混凝土-复合材料结构的改进型风力涡轮机塔架以及一种制造该混合型混凝土-复合材料塔架的方法。
背景技术
已知各种传统的风力涡轮机塔架并且每种塔架均具有局限性，包括难以竖立起高于大约80米的塔架。管状钢塔架例如还典型地受限于大约4.6米的直径，以便它们能够通过卡车移动。尽管已经建造了中枢高度超过大约80米的塔架，但是这样高的塔架很昂贵并且非常难以通过使用传统的构建方法而构建和竖立。例如，高于大约80米的塔架所需的管状钢塔架节段的高度、直径和重量不仅难以制造，而且非常难以或不可能从制造地点移动到塔架构建地点。另外，这种管状钢塔架节段难以或不可能使用传统的起重机而升高到高度为80米或更高的位置处。
其它传统类型的风力涡轮机塔架包括典型地也由钢形成的空间框架式或格架式塔架、典型地由板组装而成的后张式混凝土塔架、和混合型钢-混凝土塔架，但是每种均具有缺陷。格架式塔架需要在其整个寿命期间重新拧紧紧固件、竖立非常消耗劳动力、产生不期望的鸟的栖息地、并且难以攀爬。后张式混泥土塔架的板非常重并且需要重型起重机来竖立。并且混合型钢-混凝土塔架的节段铸造或制造消耗大量劳动力，并且也非常重且需要重型起重机来竖立。
因此，一直存在需求来提供轻质、耐用、能够竖立至比传统的风力涡轮机塔架更高的高度处的改进型风力涡轮机塔架以及制造这种塔架的改进方法。
发明内容
本发明涉及改进型风力涡轮机塔架和制造这种塔架的方法。在一个实施例中，风力涡轮机塔架包括轴向对准且连接在一起的多个塔架节段。每个塔架节段包括具有逐渐变细的圆筒形形状的内壁，内壁同心地定位在具有逐渐变细的圆筒形形状的外壁内。环形空间被限定在内壁和外壁之间，并且混凝土层置于环形空间内。多个后张线缆在环形空间内或者在外壁的外部纵向地延伸，使得所述多个塔架节段中的第一塔架节段通过多个后张线缆而连接至所述多个塔架节段中的第二塔架节段。
一种形成改进型风力涡轮机塔架的方法包括形成基底、形成具有逐渐变细的圆筒形形状的多个外壁、形成具有逐渐变细的圆筒形形状的多个内壁、以及将各个内壁连结在外壁之一内以限定多个壳，从而使得环形空间被限定在每个壳的内壁和外壁之间，并且每个壳具有第一端部和第二端部。壳中的第一壳的第一端部安装在基底上。限定线缆通道的细长管纵向地放置在环形空间中。湿混凝土被引入到壳中的第一壳的环形空间中。在混凝土固化后，多个后张线缆延伸通过细长管并且在基底和壳中的第一壳的第二端部之间延伸。将张力施加至所述多个后张线缆，以将壳中的第一壳连接至基底。
当参考附图阅读时，根据下文的详细描述，对本领域技术人员而言本发明的其它优势将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的改进型风力涡轮机塔架的第一实施例的部分剖切的正视图。
图2是沿着图1的线2-2截取的塔架节段的剖面图。
图3是沿着图1的线3-3截取的塔架节段的替代性剖面图。
图4是图3中示出的塔架节段的内壁的外侧表面的正视图，示出了形成于其上的剪切力传递构件。
图5是图3中示出的塔架节段的外壁的内侧表面的剖面正视图，示出了形成于其上的剪切力传递构件。
图6是图1示出的基底的平面图。
图7是沿着图6的线7-7截取的基底的剖面图。
图8是根据本发明的改进型风力涡轮机塔架的第二实施例的正视图。
图9是根据本发明的改进型风力涡轮机塔架的第三实施例的正视图。
图10是车厢上的扁圆形风力塔架节段的平面图。
图11是示出处于制造过程中的图1中示出的改进型风力涡轮机塔架的最下侧塔架节段的部分剖切的正视图。
图12是示出处于完成形式的图11中示出的最下侧塔架节段的一部分的截面的放大正视图。
具体实施方式
现在将偶尔参照本发明的具体实施例来描述本发明。但是，本发明可以以不同的形式实施，并且不应当被解释为限制于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本发明全面和完整，并且这些实施例将向本领域技术人员完全地传达本发明的保护范围。
在此使用时，术语“中枢高度”定义为风力机塔架的高度，例如从地面G至中枢18的中央轴线A1测得的风力机塔架12的高度。
现在参照图1至图5，以附图标记12示出了改进型风力涡轮机塔架的第一实施例。风力涡轮机塔架12示出为被竖立、附接至构建在地面G中的基底14上、并且支撑风力涡轮机16。风力涡轮机塔架12和附接的风力涡轮机16限定风力涡轮机塔架组件10。
在此处所示的实施例中，风力涡轮机16是水平轴线型风力涡轮机。作为替代，风力涡轮机16可以是竖直轴线型风力涡轮机(未示出)。风力涡轮机16的大小将根据风力涡轮机塔架12的大小和强度、风力涡轮机塔架12所竖立的位置处的风况以及期望的功率输出而变化。例如，风力涡轮机16可以具有约5MW的输出。作为替代，风力涡轮机16可以具有介于从约1MW至约10MW的范围内的输出。
所示的风力涡轮机16是传统型的并且包括可旋转的中枢18。至少一个转子叶片联接至中枢18并从所述中枢向外延伸。中枢18可旋转地联接至发电机(未示出)。发电机可以经由变压器(未示出)而联接至电力电缆(未示出)、并联接至电网(未示出)。在所示的实施例中，中枢18具有三个转子叶片20。在其它实施例中，中枢18可以具有多于或少于三个的转子叶片20。机舱22对着中枢18地附接至风力涡轮机16。机舱22可以通过适配器或连接器24(例如，钢制的机舱偏航轴承连接器)而附接至风力涡轮机塔架12。
风力涡轮机塔架12具有逐渐变细的圆筒形形状。风力涡轮机塔架12的直径从在其基部25处的第一直径D1逐渐变细至在其上端27处的更小的第二直径D2。例如，风力涡轮机塔架12可以具有介于从约3米至约15米的范围内的第一直径D1和也介于从约3米到约15米的范围内的第二直径D2。将理解的是，风力涡轮机塔架12还可以具有小于约3米或大于约15米的直径D1和D2。将理解的是，所示的风力涡轮机塔架12的逐渐变细的圆筒形形状不是必须的，并且风力涡轮机塔架12可以具有其它形状。例如，风力涡轮机塔架12可以不是逐渐变细的，即，风力涡轮机塔架12可以大致呈圆筒形形状。另外，风力涡轮机塔架12还可以逆向地逐渐变细，使得第一直径D1小于第二直径D2，即：其中，风力涡轮机塔架12从在其上端27处的第二直径D2到在其基部25处的较小的第一直径D1逐渐变细。
风力涡轮机塔架12可以具有任何期望的高度H1，比如介于从约117米至约197米的范围内的高度，从而允许风力涡轮机组件10构造成中枢高度H4大于传统风力涡轮机塔架的中枢高度(即约80米)。重要的是，风力涡轮机组件10可以构造成中枢高度H4介于从约120米至约200米范围内。将理解的是，风力涡轮机组件10还可以具有小于约120米或大于约200米的中枢高度H4。
如下文详细描述的，风力涡轮机塔架12可以由一个或多个塔架节段形成。在所示的实施例中，风力涡轮机塔架12由五个塔架节段12a-12e形成。自地面G向上的第一至第四塔架节段12a-12d分别为约30米长。第五塔架节段12e为约27米长。作为替代，塔架节段12a-12e可以具有任何期望的第一直径D1和第二直径D2以及任何期望的长度。
如图1中所示，每个塔架节段12b-12e小于临近的下方塔架节段。每个塔架节段的第一直径或基部直径等于该塔架节段安装于其上的塔架节段的第二直径或上部直径。
如图2至图5中最佳地示出的，风力涡轮机塔架12的每个塔架节段12b-12e具有逐渐变细的圆筒形形状并且包括由复合材料形成的两层式壁或壳26。沿着塔架节段12c截取了图2和图3中的剖面图。然而，将理解的是，其它的塔架节段12a、12b、12d和12e被相同地构造。两层式壳26包括第一表层或外壁26a和第二表层或内壁26b。内壁26b小于外壁26a并且同心地定位在所述外壁中，使得环形空间28限定在内壁26b的外表面和外壁26a的内表面之间。环形空间28可以具有任何期望的宽度，即：内壁26b的外表面和外壁26a的内表面之间的径向距离R。例如，径向距离R可以是任何距离，例如介于从约10厘米至约30厘米的范围内。外壁26a和内壁26b可以分别由任何期望的复合材料形成，比如纤维增强的聚合物(FRP)。将理解的是，径向距离R还可以小于约10厘米或大于约30厘米。
如下文详细地描述的，外壁26a和内壁26b单独地形成。内壁26b插入到外壁26a中并且同心地定位在所述外壁中。紧固件(例如带螺纹的紧固件30，在图2中示出了一个代表性的紧固件)可以用来将内壁26b连结到外壁26a并且确保内壁26b与外壁26a均匀地间隔开。当通过多个紧固件30而连接时，外壁26a和内壁26b限定了壳26。
混凝土32置于环形空间28中。混凝土32包括限定导管或通道的多个管34，后张杆或线缆36延伸通过所述导管或通道。
壳26用作框架，以用于快速铸造混凝土32层，如下文详细地描述的。壳26在混凝土32层已经固化之后用作外骨架，因此避免需要传统钢筋来增强混凝土32层。由于壳26用作增强外骨架且不需要钢筋，因此对可以形成的壳26的直径没有限制。塔架节段12a-12e以及由此形成的塔架12在塔架的整个寿命期间仅需要非常少的维护，并且不需要涂漆。
作为紧固件30的替代形式，间隔构件80可以定位在内壁26b和外壁26a之间。在图2中示出了这种间隔构件80的一个代表性的间隔构件。间隔构件80在内壁26b的外表面和外壁26a的内表面之间延伸，以确保内壁26b与外壁26a均匀地间隔开。如果需要的话，则间隔构件80可以通过任意期望的器件(例如，粘合剂或紧固件，比如带螺纹的紧固件)而附接至内壁26b和外壁26a中的一者或两者上。在所示的实施例中，间隔构件80由拉挤的FRP形成并且具有矩形的横截面形状。作为替代，间隔构件80可以由任何期望的材料通过任何期望的制造方法而形成，并且可以具有其它形状。
参照图3，下文详细描述的多个剪切力传递柱38可以在毗邻的塔架节段12a-12e之间以及在基底14和第一塔架节段12a之间纵向延伸。
基底14形成在地面G中的将竖立起风力涡轮机塔架12的位置处，如图1、6和7所示。基底14由浇铸就位的增强混凝土形成。如图6和7所示，基底14包括环形基部40。基本圆筒形的基底本体42从基部40向上延伸至径向向内延伸的安装凸缘44。安装凸缘44限定了一表面，最下部的塔架节段12a将安装至所述表面上。
在所示的实施例中，只有安装凸缘44向上延伸到地平面上方。如塔架节段12a-12e那样，安装凸缘44包括多个通道34a，后张杆或线缆36将延伸通过所述多个通道。多个剪切力传递柱38嵌入在安装凸缘44中并向外(当从图7中观察时为向上延伸)并且垂直于安装凸缘44的上表面地延伸。
基底本体42可以具有介于从约1.2米至约3.5米的范围内的高度H2。将理解的是，基底本体42的高度H2还可以小于约1.2米或大于约3.5米。
由基底本体42限定在基部40和安装凸缘44之间的空间限定了进出空间或凹坑46，并且所述空间提供了进出通道34a和延伸通过那里的后张线缆36的末端端部的途径。进出凹坑46足够大以定位和操作顶举装置，并且足够大以用于人员进入和实施维护和修补功能(例如检查和监视基底14、通道34a、线缆36、风力涡轮机塔架12的结构良好性)以及根据需要调整线缆36的张力。
现在参照图8，以附图标记50示出了改进型风力涡轮机塔架的第二实施例。风力涡轮机塔架50类似于风力涡轮机塔架12、被附接至基底并且支撑风力涡轮机16。风力涡轮机塔架50的尺寸及其零部件可以与上文针对风力涡轮机塔架12描述的相同。
所示的风力涡轮机塔架50包括第一或下部部分50a和第二或上部部分50b。下部部分50a占据风力涡轮机塔架50的总高度的约2/3，而上部部分50b占据风力涡轮机塔架50的总高度的约1/3。作为替代，下部部分50a可以占据风力涡轮机塔架50的总高度的多于或少于约2/3，而上部部分50b可以占据风力涡轮机塔架50的总高度的多于或少于约1/3。
下部部分50a可以由类似于塔架节段12a-12e的塔架节段52a、52b和52c形成。尽管所示的下部部分50a具有三个塔架节段52a、52b和52c，但是将理解的是，下部部分50a可以由一个塔架节段或三个以上的塔架节段构造而成。
为了降低其重量，上部部分50b可以由塔架节段壳54形成。塔架节段壳54类似于塔架节段壳26并且包括环形空间28。当使用塔架节段壳26或54而不使用混凝土32时，环形空间28可以填充有轻质填充材料，例如聚合泡沫或木材。多个通道(未示出)可以形成在聚合泡沫或木材填充材料中，后张线缆36可以延伸通过所述多个通道。如果使用塔架节段壳54而在环形空间28中未使用这种填充材料，则将理解的是，适当的引导构件(未示出)可以安装在环形空间28中，以定位和引导其中的后张线缆36。尽管在所示的风力涡轮机塔架50的实施例中只示出了一个塔架节段壳54，但将理解的是，上部部分50b可以由两个或更多个的塔架节段壳54形成。作为替代，上部部分50b可以由类似于塔架节段壳54的塔架节段(未示出)形成，但是仅具有一个壁。在这样的塔架节段中，例如由下文描述的刚性管34限定的通道沿着仅具有一个壁的塔架节段的表面的内侧延伸、并且附接至所述内侧。
现在参照图9，以附图标记60示出了改进型风力涡轮机塔架的第三实施例。塔架60类似于风力涡轮机塔架50并且支撑风力涡轮机16。塔架60的尺寸及其零部件可以与上文针对塔架12和50描述的相同。
所示的塔架60包括第一或下部部分60a、第二或上部部分60b，但是在其基部处与风力涡轮机塔架50不同。如图9所示，可以提供基底70的第二实施例。基底70类似于基底14，由浇铸就位的增强混凝形成，并且包括环形基部72。基底本体74从基部72逐渐变细并且向上延伸。基底本体74从位于环形基部72处的较大的第一直径逐渐变细至位于其上端部74a处的较小的第二直径。基底本体74的上表面76限定了安装表面，下部部分60a的最下塔架节段将安装至所述安装表面上。基底本体74的内部限定了进出凹坑78。
下部部分60a可以由类似于塔架节段52a、52b和52c的塔架节段62a和62b形成。尽管示出的塔架部分60a仅具有两个塔架节段62a和62b，但将理解的是，下部部分60a可以由一个塔架节段或两个以上的塔架节段构造而成。为了降低其重量，上部部分60b可以由一个或多个塔架节段壳64形成，所述塔架节段壳与风力涡轮机塔架50的塔架节段壳54相似。
基底本体74可以具有介于从约3米到约15米的范围内的高度H3。将理解的是，基底本体74的高度H3还可以小于约3米或大于约15米。通过形成高度为H3的基底本体74，下部部分60a的最下塔架节段62a将比图8中的风力涡轮机塔架50的最下塔架节段52a轻得多。
作为替代，塔架60可以竖立在基底14上，但是包括类似于塔架节段50a而由预浇铸增强混凝土形成的下部塔架节段。
现在将描述制造风力涡轮机塔架12的方法。在制造风力涡轮机塔架12的方法的第一步骤中，如图1、6和7中所示且如上所述的基底14由使用传统框架(未示出)浇铸就位的增强混凝土形成。
在制造风力涡轮机塔架12的方法的第二步骤中，每个塔架节段12b-12e的外壁26a和内壁26b被形成并且与紧固件30连结在一起，以限定在图2至图5中示出的壳26。可以在完成形成基底14的第一步骤之前、期间或之后执行制造风力涡轮机塔架12的方法的第二步骤。
可以使用任意期望的方法就地由FRP形成外壁26a和内壁26b。用于形成外壁26a和内壁26b的一种适当的方法是现场外周曲绕制造方法(field circumferential windingmanufacturing process)，例如在Ershings公司网站：http://www.ershigs.com上描述的。一旦已形成，则每个内壁26b被同心地定位在其对应的外壁26a内，并且壁26a和26b利用紧固件30连结在一起，以限定壳26。将理解的是，壁26a和26b可以以非常大的尺寸形成，包括30米或更大的直径、60米或更大的长度。
剪切力传递构件可以形成在内壁26b的外表面(如图4所示)和外壁26a的内表面(如图5所示)中的一者或两者上。如图所示，剪切力传递构件可以是形成在内壁26b的外表面上的肋或脊82和沟槽84中的一者或两者。剪切力传递构件还可以是形成在外壁26a的内表面上的肋或脊86和沟槽88中的一者或两者。这些剪切力传递构件促使剪切力在混凝土32和每一个内壁26b和外壁26a之间传递，并且避免需要在混凝土32中使用传统钢筋增强件，从而降低了重量和成本。
在所示的实施例中，脊82和86以及沟槽84和88示出为基本上垂直于内壁26b和外壁26a的轴线A2。作为替代，脊82和86和/或沟槽84和88可以按照任意期望的几何形状或形状的组合(未示出)的重复图案或不规则排列(例如，重复的六边形图案(未示出))而构造。
外壁26a和内壁26b还可以在与将竖立风力涡轮机塔架12的地点远离的制造地点处形成。这样在远处形成的外壁26a和内壁26b可以运输至将竖立风力涡轮机塔架12的地点。为了运输外壁和内壁26a和26b(在图10中由外壁26a表示，其可以具有介于从约3m到约15米或更大的范围内的直径)，外壁26a可以是扁圆的，即：压扁成具有椭圆形横截面形状的扁圆体，使得其能够布放在车箱90上。扁圆的外壁26a可以利用任何器件(例如利用桩杆92和/或带94)以其扁圆状态而固定至车箱90。将理解的是，在运输期间暂时扁圆化外壁26a的处理将不会破坏外壁26a，并且外壁26a在移除桩杆92和/或带94时将返回至其圆筒形形状。因此，通过将大直径的外壁26a压扁成扁圆形状，外壁能够布放到车箱90上并且被安全地运输至将竖立风力涡轮机塔架12的地点处。
在制造风力涡轮机塔架12的方法的第三步骤中，限定最下塔架节段12a的壳26将定位在基底14上，如图11所示。如图所示，塔架节段12a例如利用起重机(未示出)而定位在安装凸缘44上，使得剪切力传递柱38延伸到环形空间28中。可以使用任何适当的起重机。有利的是，相对轻质的塔架节段12a-12e可以利用自竖立塔架安装起重机(self-erectingtower-mounted crane)(未示出)而被升起和定位。因为塔架节段12a-12e尚未包括混凝土32层，因此塔架节段12a-12e相对轻质，并且不需要重型起重机来升起和定位塔架节段12a-12e。
塔架节段12a的内部可以利用暂时支承或临时支撑材料(例如图11中以附图标记96所示的)而得以支承。临时支撑材料96可以是任何适当的临时支撑材料，例如木材。如果需要的话，则临时支撑材料96可以是可膨胀的。另外或作为替代，塔架节段12a可以通过布置在环形空间28内的多个暂时张力杆98而支承并暂时地附接至基底14。
刚性管34(例如，钢管)可以布置在环形空间28内，以限定通道，后张线缆36和暂时张力杆98将延伸通过所述通道。限定通道的刚性管34可以被附接至内壁26b和外壁26a两者，因此将内壁26b附接至外壁26a。作为替代，限定通道的刚性管34可以在将塔架节段12a定位在基底14上之前或之后被安装至外壁26a的外表面上。还有，限定通道的刚性管34可以被安装至内壁26b的内表面上。
多个剪切力传递柱38被定位在环形空间28中并且位于塔架节段12a的上端部处，使得剪切力传递柱38的一部分将被浇铸到随后将放置在环形空间28内的混凝土32中。
在制造风力涡轮机塔架12的方法的第四步骤中，湿混凝土例如通过泵送而被放置在环形空间28中。如图11所示，湿混凝土能够从混凝土源(以附图标记100示意性地示出)经由软管102而被泵送至环形空间28，直至环形空间28充满湿混凝土为止。允许湿混凝土固化，由此限定混凝土32层。
如在图12中最佳地示出的，当最下的塔架阶段12a中的混凝土32层固化时，多个后张线缆36(例如，两个或更多个后张线缆36)延伸通过位于塔架节段12a的上端部和基底14的安装凸缘44之间的通道34中的一些。然后将张力施加至线缆36上，从而在基底14和塔架节段12a之间施加压缩力。
一旦混凝土32层固化，则制造风力涡轮机塔架12的方法的第三步骤将被重复用于每个剩余的塔架节段，例如塔架节段12b-12e。如果需要的话，则密封剂(未示出)可以施加在基底14和塔架节段12a之间以及毗邻的塔架节段12b-12e之间。
当在每个塔架节段12b-12e中的混凝土32层固化时，多个后张线缆36(例如，两个或更多个后张线缆36)延伸通过位于已固化的塔架节段12b-12e的上端部和基底14的安装凸缘44之间的通道34中的一些，并且进一步通过位于基底14和刚完成的塔架节段之间的每个塔架节段。然后将张力施加至线缆36，从而在基底14和塔架节段12a之间施加压缩力。
在后张线缆36的部分被延伸通过每个塔架节段12a-12e的通道34之后，可以移除在此使用的任何暂时张力杆98。另外，可以移除临时支撑材料96。
同样地，当最上的塔架节段12e中的混凝土32层固化时，一部分后张线缆36延伸通过介于基底14的安装凸缘44和塔架节段12e的上端部之间的剩余敞开通道34。然后，将张力施加至线缆36，从而在基底14和塔架节段12e之间施加压缩力，并且完成风力涡轮机塔架12的后加张力。
然后，连接器24可以被附接至风力涡轮机塔架12，并且包括中枢18、转子叶片20和机舱22的风力涡轮机16可以被附接至连接器24。如果需要的话，则转子叶片20可以以节段形成，从而使得转子叶片更容易升起和定位。连接器24和风力涡轮机16的部件还可以通过上文描述的自竖立塔架安装起重机而被升起和定位。
现在将描述制造风力涡轮机塔架50的方法。风力涡轮机塔架50的下部部分50a可以按照与上文描述的风力涡轮机塔架12相同的方式形成。一旦下部部分50a的塔架节段52a、52b和52c已形成，由此限定下部部分50a，则塔架节段壳54可以定位在已完成的下部部分50a上并且被后加张力，如上所述。然后，连接器24和风力涡轮机16可以附接至风力涡轮机塔架50，如上所述。
现在将描述制造风力涡轮机塔架60的方法。在制造风力涡轮机塔架60的方法的第一步骤中，图9示出且上文描述的基底70以与基底14相同的方式由增强混凝土形成，所述增强混凝土使用传统框架(未示出)浇铸就位。风力涡轮机塔架60的下部部分60a可以按照与风力涡轮机50的下部部分50a(如上所述)相同的方式形成并且被附接至基底70。一旦下部部分60a的塔架节段62a、62b和62c已形成，从而限定了下部部分60a，则塔架节段壳64可以定位在已完成的下部部分60a上并且被后加张力，如上所述。然后，连接器24和风力涡轮机16可以被附接至风力涡轮机60，如上所述。
本文描述的制造风力涡轮机塔架12、50和60的方法的实施例提供了比制造传统风力涡轮机塔架的传统方法更好的优势，并且提供了降低的平准化能量成本(LCOE)。该优势包括消除了对非常大的塔架节段12a-12e的道路运输的限制，因为塔架节段12a-12e可以在现场形成，或者在远处形成、被压扁成扁圆形状并且在车箱上输运。消除了对重型起重机的需求，因为塔架节段12a-12e被首先升起和定位，同时呈相对轻质的壳16的形式。另外，相对轻质的塔架节段12a-12e可以利用上文描述的自竖立塔架安装起重机而被升起和定位。风力涡轮机塔架12、50和60的维护成本非常低，并且比传统钢制塔架具有更长的寿命。使用剪切力传递柱38和后张线缆36的组合避免需要在传统风力涡轮机塔架中使用的螺栓，以及消除了所需的周期性扭转和对这些螺栓的维护。因为外壁26a和内壁26b可以在现场由FRP形成，可以在将竖立风力涡轮机塔架12、50和60的地点处干活。还有，用于形成壳26的复合材料在其阻尼振动的能力上优于钢，并且已经示出的是在针对风力涡轮机12、50和60的描述中如上所述地构造的风力涡轮机塔架具有优越的动态结构阻尼特性。
本发明的原理和操作模式已经在其优选的实施例中得以描述。然而，应当注意的是，本文描述的本发明可以按照与具体示出和描述的方法不同的其它方式实施而不脱离其范围。

Claims (24)

1.一种风力涡轮机塔架(12)，包括：
轴向对准并且连接在一起的多个塔架节段(12a-12e)；
其特征在于：
每个塔架节段(12a-12e)均包括：具有逐渐变细的圆筒形形状的内壁(26b)，所述内壁同心地定位在具有逐渐变细的圆筒形形状的外壁(26a)中，并且在内壁(26b)和外壁(26a)之间限定了环形空间(28)；和位于环形空间(28)中的混凝土(32)层；
形成在所述环形空间(28)内位于外壁(26a)的纵向延伸内表面和内壁(26b)的纵向延伸外表面中的一者上的剪切力传递构件(82,84，86,88)；和
多个后张线缆(36)，后张线缆(36)在环形空间(28)内和外壁(26a)的外部之一纵向地延伸，使得塔架节段(12a-12e)中的第一塔架节段通过多个后张线缆(36)而被连接至塔架节段(12a-12e)中的第二塔架节段。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机塔架，其中，剪切力传递构件是脊和沟槽中的一者。
3.根据权利要求1所述的风力涡轮机塔架，还包括：
所述多个塔架节段中的第三塔架节段，第三塔架节段包括具有逐渐变细的圆筒形形状的内壁，第三塔架节段的所述内壁同心地定位在第三塔架节段的具有逐渐变细的圆筒形形状的外壁中并附接至所述外壁，并且在第三塔架节段的所述内壁和外壁之间限定了环形空间，所述多个塔架节段中的第三塔架节段在第三塔架节段的环形空间内不具有填充材料；
其中，后张线缆在所述多个塔架节段中的第三塔架节段的环形空间内和外壁外部之一纵向地延伸，使得所述多个塔架节段中的第三塔架节段通过所述多个后张线缆而被连接至所述多个塔架节段中的第一塔架节段和第二塔架节段。
4.根据权利要求1所述的风力涡轮机塔架，还包括形成在地面中的基底，其中，所述多个塔架节段中的第一塔架节段被定位在基底上，所述多个塔架节段中的第三塔架节段被连接到所述多个塔架节段中的第二塔架节段，并且所述多个后张线缆将基底以及第一塔架节段、第二塔架节段和第三塔架节段连接在一起。
5.根据权利要求4所述的风力涡轮机塔架，其中，基底由增强混凝土形成并且包括基部(40)、从所述基部(40)向外延伸并且在其中限定进出空间的大致圆筒形本体、以及形成在所述本体内的径向向内延伸的安装凸缘(44)，所述安装凸缘(44)限定一表面，所述第一塔架节段(12a)安装至所述表面上。
6.根据权利要求1所述的风力涡轮机塔架，还包括限定通道的纵向延伸的管，后张线缆延伸通过所述通道，其中，管按如下之一延伸：在塔架节段的外表面上延伸、在塔架节段的内表面上延伸、以及延伸通过环形空间。
7.根据权利要求6所述的风力涡轮机塔架，其中，管延伸通过环形空间并且被附接至内壁和外壁两者上，从而将内壁附接至外壁。
8.一种形成风力涡轮机塔架(12)的方法，其特征在于：
形成基底(14)；
形成具有逐渐变细的圆筒形形状的多个外壁(26a)；
形成具有逐渐变细的圆筒形形状的多个内壁(26b)；
利用多个径向延伸的紧固件(30)将各个内壁(26b)连接在外壁(26a)之一内，以限定多个壳(26)，使得环形空间(28)被限定在每个壳(26)的内壁(26b)和外壁(26a)之间，每个壳(26)具有第一端部和第二端部；
在所述环形空间(28)内在所述外壁(26a)的纵向延伸内表面和所述内壁(26b)的纵向延伸外表面中的一者上形成剪切力传递构件(82,84,86,88)；
将所述多个壳(26)中的第一壳的第一端部安装在基底(14)上；
将限定线缆通道的细长管(34)纵向地布置在环形空间(28)内；
将湿混凝土引入到所述多个壳(26)中的第一壳的环形空间(28)中；和
在混凝土(32)固化之后，使多个后张线缆(36)延伸通过细长管(34)并且在基底(14)和所述多个壳(26)中的第一壳的第二端部之间延伸，以及将张力施加到所述多个后张线缆(3)上，以将所述多个壳(26)中的第一壳连接至基底(14)。
9.根据权利要求8所述的形成风力涡轮机塔架的方法，还包括：
将所述多个壳中的第二壳的第一端部安装至所述多个壳中的第一壳的第二端部上；
将限定线缆通道的细长管纵向地放置在所述多个壳中的第二壳的环形空间内；
将湿混凝土引入到所述多个壳中的第二壳的环形空间内；和
在所述多个壳中的第二壳的环形空间中的混凝土固化之后，使多个后张线缆延伸通过细长管并且在基底和所述多个壳中的第二壳的第二端部之间延伸，并且将张力施加至所述多个后张线缆上，以将所述多个壳中的第二壳连接至所述多个壳中的第一壳和基底。
10.根据权利要求9所述的形成风力涡轮机塔架的方法，还包括：
将所述多个壳中的第三壳的第一端部安装至所述多个壳中的第二壳的第二端部上，在所述第三壳的环形空间内没有填充材料；
将限定线缆通道的细长管纵向地放置在所述多个壳中的第三壳的环形空间中；和
使多个后张线缆在基底和所述多个壳中的第三壳的第二端部之间延伸，并且将张力施加至所述多个后张线缆上，以将所述多个壳中的第三壳连接至所述多个壳中的第一壳和第二壳以及基底。
11.根据权利要求10所述的形成风力涡轮机塔架的方法，还包括将风力涡轮机安装到所述多个壳中的第三壳的第二端部上。
12.根据权利要求10所述的形成风力涡轮机塔架的方法，其中，填充材料未被引入到所述多个壳中的第三壳的环形空间中。
13.根据权利要求8所述的形成风力涡轮机塔架的方法，还包括：
在与形成基底的位置远离的位置处形成所述多个外壁和所述多个内壁；
使外壁和内壁压扁成扁圆形状；
将已经被压扁成扁圆形状的外壁和内壁中的一者定位在车箱上；
将车箱以及定位在车箱上的已经被压扁成扁圆形状的外壁和内壁中的所述一者移动至形成基底的位置处。
14.根据权利要求8所述的形成风力涡轮机塔架的方法，其中，基底由增强混凝土形成并且包括基部(40)、从所述基部(40)向外延伸并且在其中限定进出空间的大致圆筒形本体、以及形成在所述本体内的径向向内延伸的安装凸缘(44)，所述安装凸缘(44)限定一表面，所述第一塔架节段(12a)安装至所述表面上。
15.根据权利要求14所述的形成风力涡轮机塔架的方法，其中，大致圆筒形本体从基底纵向向外延伸，使得大致圆筒形本体限定风力涡轮机塔架的下部塔架节段。
16.根据权利要求8所述的形成风力涡轮机塔架的方法，其中，在将湿混凝土引入到所述多个壳中的第一壳的环形空间中的步骤之前，还包括将暂时的后张杆插入到细长管中，以将所述多个壳中的第一壳暂时地固定至基底。
17.根据权利要求9所述的形成风力涡轮机塔架的方法，其中，在将湿混凝土引入到所述多个壳中的第二壳的环形空间中的步骤之前，还包括将暂时的后张杆插入到细长管中，以将所述多个壳中的第二壳暂时地固定至所述多个壳中的第一壳。
18.根据权利要求8所述的形成风力涡轮机塔架的方法，还包括在将形成并竖立风力涡轮机塔架的位置处、以现场曲绕制造方法由纤维增强聚合物形成所述多个外管和内管。
19.根据权利要求9所述的形成风力涡轮机塔架的方法，还包括将自竖立塔架安装起重机安装至所述多个壳中的第一壳；并且还包括利用所述自竖立塔架安装起重机将所述多个壳中的第二壳升起并定位在所述多个壳中的第一壳上。
20.根据权利要求8所述的形成风力涡轮机塔架的方法，还包括：
形成仅具有一个壁的第二壳；
将第二壳的第一端部安装至所述多个壳中的第一壳的第二端部上；
将限定线缆通道的细长管纵向地布置在第二壳的内表面上；和
将张力施加至所述多个后张线缆，以将第二壳连接至所述多个壳中的第一壳和基底。
21.根据权利要求8所述的形成风力涡轮机塔架的方法，其中，将各个内壁连结在外壁之一中的步骤包括将环形空间中的细长管附接至内壁和外壁两者，从而将内壁连结至外壁。
22.一种组装风力涡轮机塔架(12)的方法，其特征在于：
形成基底(14)；
形成多个外壁(26a)，所述多个外壁具有逐渐变细的圆筒形形状并且还包括形成在外壁的纵向延伸内表面上的剪切力传递构件(86、88)；
形成多个内壁(26b)，所述多个内壁具有逐渐变细的圆筒形形状并且还包括形成在内壁的纵向延伸外表面上的剪切力传递构件(82、84) ；
将各个内壁(26b)同心地定位并连结在外壁(26a)之一中，以限定多个壳(26)，使得环形空间(28)被限定在每个壳(26)的内壁(26b)和外壁(26a)之间，每个壳(26)具有第一端部和第二端部；
将所述多个壳(26)中的第一壳的第一端部安装在基底(14)上；
将限定线缆通道的细长管(34)纵向地布置在环形空间(28)中；
将暂时的后张杆(98)插入到细长管中，以暂时地将所述多个壳(26)中的第一壳固定至基底(14)；
将湿混凝土引入到所述多个壳(26)中的第一壳的环形空间(28)中；
在混凝土(32)固化之后，使多个后张线缆(36)延伸通过细长管(34)并且在基底(14)和所述多个壳(26)中的第一壳的第二端部之间延伸，并且将张力施加至所述多个后张线缆(36)上，以将所述多个壳(26)中的第一壳连接至基底(14)；
将所述多个壳(26)中的第二壳的第一端部安装至所述多个壳(26)中的第一壳的第二端部上；
将限定线缆通道的细长管(34)纵向地放置在所述多个壳(26)中的第二壳的环形空间(28)中；
将暂时的后张杆(98)插入到细长管(34)中，以将所述多个壳(26)中的第二壳暂时地固定至所述多个壳(26)中的第一壳；
将湿混凝土引入到所述多个壳(26)中的第二壳的环形空间(28)中；和
在所述多个壳(26)中的第二壳的环形空间(28)中的混凝土(32)固化之后，使多个后张线缆(36)延伸通过细长管(34)并且在基底(14)和所述多个壳(26)中的第二壳的第二端部之间延伸，并且将张力施加至所述多个后张线缆(36)上，以将所述多个壳(26)中的第二壳连接至所述多个壳(26)中的第一壳和基底(14)。
23.一种形成风力涡轮机塔架(12)的方法，其特征在于：
形成基底(14)；
形成具有逐渐变细的圆筒形形状的多个外壁(26a)；
形成具有逐渐变细的圆筒形形状的多个内壁(26b)；
将各个内壁(26b)连接在外壁(26a)之一内，以限定多个壳(26)，使得环形空间(28)被限定在每个壳(26)的内壁(26b)和外壁(26a)之间，每个壳(26)具有第一端部和第二端部；
将所述多个壳(26)中的第一壳的第一端部安装在基底(14)上；
将限定线缆通道的细长管(34)纵向地布置在环形空间(28)内；
将暂时的后张杆插入到细长管中，以将所述多个壳中的第一壳暂时地固定至基底；
将湿混凝土引入到所述多个壳(26)中的第一壳的环形空间(28)中；和
在混凝土(32)固化之后，使多个后张线缆(36)延伸通过细长管(34)并且在基底(14)和所述多个壳(26)中的第一壳的第二端部之间延伸，以及将张力施加到所述多个后张线缆(3)上，以将所述多个壳(26)中的第一壳连接至基底(14)。
24.一种形成风力涡轮机塔架(12)的方法，其特征在于：
形成基底(14)；
形成具有逐渐变细的圆筒形形状的多个外壁(26a)；
形成具有逐渐变细的圆筒形形状的多个内壁(26b)；
将各个内壁(26b)连接在外壁(26a)之一内，以限定多个壳(26)，使得环形空间(28)被限定在每个壳(26)的内壁(26b)和外壁(26a)之间，每个壳(26)具有第一端部和第二端部；
将所述多个壳(26)中的第一壳的第一端部安装在基底(14)上；
将限定线缆通道的细长管(34)纵向地布置在环形空间(28)内；
将湿混凝土引入到所述多个壳(26)中的第一壳的环形空间(28)中；和
在混凝土(32)固化之后，使多个后张线缆(36)延伸通过细长管(34)并且在基底(14)和所述多个壳(26)中的第一壳的第二端部之间延伸，以及将张力施加到所述多个后张线缆(3)上，以将所述多个壳(26)中的第一壳连接至基底(14)；
将所述多个壳中的第二壳的第一端部安装在所述多个壳中的第一壳的第二端部；
将限定线缆通道的细长管纵向地布置在所述多个壳中的第二壳的环形空间内；
将暂时的后张杆插入到细长管中，以将所述多个壳中的第二壳暂时地固定至所述多个壳中的第一壳；
将湿混凝土引入到所述多个壳中的第二壳的环形空间中；和
在所述多个壳中的第二壳的环形空间中的混凝土固化之后，使多个后张线缆延伸通过细长管并且在基底和所述多个壳中的第二壳的第二端部之间延伸，以及将张力施加到所述多个后张线缆上，以将所述多个壳中的第二壳连接至所述多个壳中的第一壳并连接至基底。
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