CN115298029A - 用于制造具有嵌入式增强元件的风力涡轮塔架结构的方法 - Google Patents
用于制造具有嵌入式增强元件的风力涡轮塔架结构的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115298029A CN115298029A CN202080099345.0A CN202080099345A CN115298029A CN 115298029 A CN115298029 A CN 115298029A CN 202080099345 A CN202080099345 A CN 202080099345A CN 115298029 A CN115298029 A CN 115298029A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- assembly
- printer head
- reinforcement
- annular support
- members
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 title claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 53
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 58
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims abstract description 56
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 41
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 40
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 20
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 5
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 14
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 239000011178 precast concrete Substances 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- 239000004606 Fillers/Extenders Substances 0.000 description 1
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000004067 bulking agent Substances 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 description 1
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 1
- 229920003041 geopolymer cement Polymers 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229920005646 polycarboxylate Polymers 0.000 description 1
- -1 pozzolan Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000009718 spray deposition Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
- E04H12/00—Towers; Masts or poles; Chimney stacks; Water-towers; Methods of erecting such structures
- E04H12/34—Arrangements for erecting or lowering towers, masts, poles, chimney stacks, or the like
- E04H12/341—Arrangements for casting in situ concrete towers or the like
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
- B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
- B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
- B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
- E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
- E04G21/02—Conveying or working-up concrete or similar masses able to be heaped or cast
- E04G21/04—Devices for both conveying and distributing
- E04G21/0418—Devices for both conveying and distributing with distribution hose
- E04G21/0427—Devices for both conveying and distributing with distribution hose on a static support, e.g. crane
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
- E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
- E04G21/02—Conveying or working-up concrete or similar masses able to be heaped or cast
- E04G21/04—Devices for both conveying and distributing
- E04G21/0418—Devices for both conveying and distributing with distribution hose
- E04G21/0445—Devices for both conveying and distributing with distribution hose with booms
- E04G21/0463—Devices for both conveying and distributing with distribution hose with booms with boom control mechanisms, e.g. to automate concrete distribution
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
- E04H12/00—Towers; Masts or poles; Chimney stacks; Water-towers; Methods of erecting such structures
- E04H12/02—Structures made of specified materials
- E04H12/12—Structures made of specified materials of concrete or other stone-like material, with or without internal or external reinforcements, e.g. with metal coverings, with permanent form elements
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
- E04H12/00—Towers; Masts or poles; Chimney stacks; Water-towers; Methods of erecting such structures
- E04H12/16—Prestressed structures
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
- E04H12/00—Towers; Masts or poles; Chimney stacks; Water-towers; Methods of erecting such structures
- E04H12/34—Arrangements for erecting or lowering towers, masts, poles, chimney stacks, or the like
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
- F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2230/00—Manufacture
- F05B2230/30—Manufacture with deposition of material
- F05B2230/31—Layer deposition
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/728—Onshore wind turbines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Treatment Of Fiber Materials (AREA)
- Ink Jet (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
一种用于制造结构的系统,其包括能够在结构的竖直方向上移动的支承框架组件(104)。此外,系统包括装固于支承框架组件的增材打印组件(118)。增材打印组件包括构造成分配第一水泥质材料的至少一个打印机头部(120,122,130)。系统还包括由支承框架组件支承的增强分配组件(136)。因此,增强分配组件构造成在结构经由至少一个打印机头部打印和构建时,以及在支承框架组件在竖直方向上移动时,自动且连续地分配多个增强部件。
Description
技术领域
本公开大体上涉及风力涡轮塔架,并且更具体而言,涉及制造具有嵌入式增强元件的风力涡轮塔架结构的方法。
背景技术
风力发电被认为是目前可用的最清洁、最环保的能源之一,并且风力涡轮在这方面获得越来越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱,以及一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型原理来捕获风的动能。转子叶片以旋转能的形式传输动能,以便使轴转动,该轴将转子叶片联接于齿轮箱,或者如果不使用齿轮箱,则直接地联接于发电机。发电机接着将机械能转换为电能,该电能可部署至公用电网。
风力涡轮塔架大体上由钢管、预制混凝土区段或它们的组合构成。此外,管和/或混凝土区段典型地在场外形成,在现场运送,并且接着布置在一起,以使塔架竖立。例如,一种制造方法包括形成预铸混凝土环形物,将环形物运送至现场,将环形物布置在彼此的顶上,并且接着将环形物装固在一起。然而,在风力涡轮在大小方面继续增长时,常规制造方法受到运输法规的限制,该运输法规禁止具有大于大约4至5米的直径的塔架区段的运送。因此,某些塔架制造方法包括形成多个弧形节段,并且在现场将节段装固在一起,以例如经由螺栓连接形成塔架的直径。然而,此类方法需要大量的劳动,并且可为耗时的。
鉴于前述,本领域不断地寻求用于制造风力涡轮塔架的改进方法。因此,本公开涉及解决上述问题的、用于制造风力涡轮塔架结构的方法。具体而言,本公开涉及用于制造具有嵌入式增强元件的风力涡轮塔架结构的方法。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述,或者可从描述为明显的,或者可通过本发明的实践学习。
在一个方面中,本公开涉及一种用于制造结构(诸如风力涡轮的塔架结构)的系统。系统包括能够在结构的竖直方向上移动的支承框架组件。此外,系统包括装固于支承框架组件的增材打印组件。增材打印组件包括至少一个打印机头部,该打印机头部构造成分配第一水泥质材料。系统还包括由支承框架组件支承的增强分配组件。因此,增强分配组件构造成在结构经由至少一个打印机头部打印和构建时,以及在支承框架组件在竖直方向上移动时,自动且连续地分配多个增强部件。
在实施例中,增材打印组件的(多个)打印机头部可至少包括用于打印结构的外壁的外打印机头部和用于打印结构的内壁的内打印机头部。此外,在另一实施例中,增材打印组件可包括装固在外打印机头部与内打印机头部之间的中间打印机头部,用于利用第二水泥质材料填充外塔架壁与内塔架壁之间的区域。
在某些实施例中,第二水泥质材料可不同于第一水泥质材料。具体而言,在一个实施例中,第二水泥质材料可为自密实水泥质材料。
在另外的实施例中,支承框架组件可包括由多个棒部件支承的至少一个环形形状平台组件。更具体而言,在实施例中,环形形状平台组件可包括支承外环形支承部件和内环形支承部件的平台,该外环形支承部件和该内环形支承部件与彼此同心地布置,其中多个棒部件在该外环形支承部件和该内环形支承部件之间延伸。在特定的实施例中,外环形支承部件和内环形支承部件均可具有可调节的直径。
在附加的实施例中,系统可包括起重千斤顶,其能够沿着多个棒部件中的每个移动,以便通过升高外环形支承部件和内环形支承部件而在竖直方向上移动支承框架组件。在某些实施例中,起重千斤顶可为液压驱动的、气动驱动的,或机械驱动的(诸如经由螺杆),和/或它们的组合。
在另一实施例中,增强分配组件还可包括多个辊装置,并且多个增强部件可为增强线缆。在此类实施例中,增强线缆可通过在张力之下从多个辊装置自动且连续地滚动增强线缆而从多个辊装置分配。此外,在实施例中,辊装置可布置在外环形支承部件或内环形支承部件的顶上。
备选地,增强分配组件可包括多个滑轮组,其中多个滑轮组中的一个与多个辊装置中的每个一起布置,多个滑轮组布置在至少一个环形形状平台组件的顶上,多个辊装置布置成低于多个滑轮组。
在又一实施例中,增强分配组件可包括多个供给器装置,该多个供给器装置布置在外环形支承部件或内环形支承部件中的至少一个的顶上。在此类实施例中,增强部件可为增强杆。因此,增强杆可通过从多个供给器装置自动且连续地推动增强杆而从多个供给器装置分配。
在另一方面中,本公开可涉及一种用于制造结构的方法。方法包括(a)提供支承框架组件,该支承框架组件具有由多个棒部件支承的至少一个环形形状平台组件。此外,方法包括(b)将增材打印组件和增强分配组件与至少一个环形形状平台组件一起布置。此外,方法包括(c)通过沿着多个棒部件移动至少一个环形形状平台组件,将至少一个环形形状平台组件在竖直方向上升高一定距离。另外,方法包括(d)在张力之下从增强分配组件分配多个增强部件。方法还包括(e)经由增材打印组件的至少一个打印机头部来打印经由至少一种水泥质材料的结构的至少一部分,以便将分配的多个增强部件嵌入在其中。
在实施例中,方法可包括重复步骤(c)至(d),以完成结构。
在另一实施例中,使至少一个环形形状平台组件在竖直方向上沿着多个棒部件移动可包括经由多个起重千斤顶沿着多个棒部件来液压驱动至少一个环形形状平台组件。
在另外的实施例中,经由增材打印组件的至少一个打印机头部来打印经由至少一种水泥质材料的结构的至少一部分可包括:经由增材打印组件的外打印机头部和内打印机头部来打印结构的第一水泥质材料的外壁和内壁;以及经由装固在外打印机头部与内打印机头部之间的中间打印机头部,利用第二水泥质材料填充结构的外壁和内壁之间的区域。应当理解的是,方法还可包括如本文中描述的附加特征和/或步骤中的任何。
本发明的这些及其它的特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入在本说明书中并且构成本说明书的部分的附图示出本发明的实施例,并且连同描述阐释本发明的原理。
附图说明
包括针对本领域技术人员的其最佳模式的本发明的完整且能实现的公开在参照附图的说明书中阐述,在该附图中:
图1示出根据本公开的风力涡轮的一个实施例的透视图;
图2示出根据本公开的风力涡轮的塔架结构的一个实施例的截面视图;
图3示出根据本公开的用于制造塔架结构的系统的一个实施例的局部透视图;
图4示出根据本公开的用于制造塔架结构的系统的一个实施例的截面视图;
图5示出根据本公开的用于制造塔架结构的系统的增强分配组件的一个实施例的示意图;
图6示出根据本公开的用于制造塔架结构的系统的增强分配组件的另一实施例的示意图;
图7示出根据本公开的用于制造塔架结构的系统的增强分配组件的又一实施例的示意图;
图8示出根据本公开的用于制造塔架结构的系统的外环形支承部件和内环形支承部件中的一个的俯视图;
图9示出根据本公开的用于制造塔架结构的方法的一个实施例的流程图;以及
图10示出根据本公开的增材打印装置的控制器的一个实施例的框图。
具体实施方式
现在将详细地参照本发明的实施例,其一个或多个实例在附图中示出。每个实例经由阐释本发明提供,而不限制本发明。实际上,对本领域技术人员而言将显而易见的是,可在本发明中作出各种改型和变型,而不脱离本发明的范围或精神。例如,示为或描述为一个实施例的部分的特征可与另一个实施例一起使用以产生又一个实施例。因此,意图是,本发明覆盖归入所附权利要求和它们的等同物的范围内的此类改型和变型。
大体上,本公开涉及用于经由技术使用水泥质材料的自动沉积来制造结构(诸如塔架结构)的系统和方法,该技术为诸如增材制造、3-D打印、喷涂沉积、挤压增材制造、混凝土打印、自动纤维沉积,以及利用计算机数字控制和多自由度来沉积材料的其它技术。更具体而言,本公开的系统和方法包括自动增强集成模块,以在建造过程期间将增强部件逐渐地供给到塔架结构中,这允许连续的竖直增强部件到完成的混凝土结构中的并入。
因此,本文中描述的方法提供现有技术中不存在的许多优点。例如,本公开的系统和方法允许在建造期间将竖直增强部件和水平增强部件两者集成到塔架结构中的自动化,实现混凝土结构建造的完全自动化,以较快的速度使建造过程简化,将钢索和常规钢筋两者提供为增强物,并且直接地形成混凝土塔架所必需的、用于后张杆或线缆的导管。
现在参照附图,图1示出根据本公开的风力涡轮10的一个实施例。如示出的,风力涡轮10包括从底座15或支承表面延伸的塔架12,其中机舱14安装在塔架12的顶上。多个转子叶片16安装于转子毂18,转子毂18继而连接于使主转子轴转动的主法兰。风力涡轮功率生成和控制构件收纳在机舱14内。仅出于说明目的而提供图1的视图,以将本发明放置在示例性使用领域中。应当认识到的是,本发明不限于任何特定类型的风力涡轮构造。另外,本发明不限于与风力涡轮塔架一起使用,而是可在任何应用中利用,该任何应用具有除了风力塔架之外的混凝土结构和/或高塔架,其包括例如住宅、桥梁、高塔架以及混凝土行业的其它方面。此外,本文中描述的方法还可应用于制造任何类似结构,其受益于本文中描述的优点。
现在参照图2,示出根据本公开制造的风力涡轮10的塔架结构12的截面视图。如在示出的实施例中显示的,塔架结构12限定具有外表面22和内表面24的圆周塔架壁20。此外,如示出的,圆周塔架壁20大体上限定中空内部26,中空内部26通常用于收纳各种涡轮构件(例如,功率转换器、变压器等)。另外,如将在下面更详细地描述的,塔架结构12使用增材制造形成。此外,如示出的,塔架结构12由水泥质材料28形成,水泥质材料28利用一个或多个增强元件30增强。在特定的实施例中,(多个)增强元件30可包括例如细长的增强线缆或线、增强杆(也被称为钢筋)(中空或实心的)、纤维(诸如金属、玻璃或碳纤维)和/或如可在本领域中已知的、用以增强混凝土结构的任何此类结构或材料。例如,如图2中示出的,塔架结构12可包括嵌入在水泥质材料28中的多个预张紧的线性线缆32。
另外,本文中描述的水泥质材料28可包括任何合适的可加工糊状物,其构造成在固化之后粘合在一起,以形成结构。作为实例,水泥质材料可包括石灰或硅酸钙基水硬性凝固材料,诸如波特兰水泥、飞灰、高炉矿渣、火山灰、石灰石细粉、石膏或硅灰,以及这些材料的组合。在一些实施例中,水泥质材料28可另外或备选地包括非水硬性凝固材料,诸如熟石灰和/或通过碳化硬化的其它材料。水泥质材料可与细骨料(例如,沙子)结合以形成砂浆,或者与粗骨料(沙子和砾石)结合以形成混凝土,其包括水泥基混凝土和非水泥基混凝土两者。例如,在某些实施例中,水泥质材料可包括地质聚合物混凝土、生物聚合物混凝土,或任何其它合适的混凝土。水泥质材料可以以泥浆的形式提供,该泥浆可通过将任何一种或多种水泥质材料与水以及其它已知的添加剂结合来形成,该其它已知的添加剂包括促进剂、缓凝剂、增量剂、增重剂、分散剂、滤失控制剂、失循环剂、强度回退防止剂、自由水/自由流体控制剂、膨胀剂、增塑剂(例如,超塑化剂,诸如聚羧酸盐超塑化剂或聚萘磺酸盐超塑化剂)等。可以以任何方式改变待提供在水泥质材料中的相应材料的相对量,以获得期望的效果。
现在参照图3-9,本公开涉及用于经由增材制造来制造塔架结构(诸如风力涡轮塔架)的系统和方法。如本文中使用的,增材制造大体上被理解为涵盖用于合成三维物体的过程,其中在计算机控制之下形成连续的材料层,以创建物体。就此而言,几乎任何大小和/或形状的物体可从数字模型数据产生。还应当理解的是,本公开的增材制造方法可涵盖三个自由度,以及多于三个自由度,使得打印技术不限于打印堆叠的二维层,而是还能够打印弯曲和/或不规则的形状。
特别地参照图3,示出根据本公开的用于制造塔架结构102的系统100的一个实施例的透视图。如示出的,系统100包括支承框架组件104,支承框架组件104能够在塔架结构102的竖直方向上移动。更具体而言,如图3和图4中示出的,支承框架组件104可包括由多个棒部件108支承的环形形状平台组件106。例如,如在示出的实施例中显示的,环形形状平台组件106可包括支承外环形支承部件112和内环形支承部件114的平台110,外环形支承部件112和内环形支承部件114与彼此同心地布置,其中多个棒部件108在外环形支承部件112和内环形支承部件114之间延伸。
在特定的实施例中,外环形支承部件112和内环形支承部件114均可具有可调节的直径。例如,如图8中示出的,外环形支承部件112和内环形支承部件114可为分段的,其中节段115经由可滑动的中空套筒117连结在一起。因此,如示出的,可滑动的中空套筒117构造成接收不同长度的节段115,以便调节外环形支承部件112和内环形支承部件114的直径。在某些实施例中,中空套筒117和/或节段115可为足够柔性的,以使得曲率半径能够在塔架直径的范围内变化。因此,可调节外环形支承部件112和内环形支承部件114,以适应不同大小的塔架结构。
现在特别地参照图3和图4,系统100可包括起重千斤顶116,其能够沿着多个棒部件108中的每个移动,以便使支承框架组件104在竖直方向V上移动(即,通过连续或递增地升高外环形支承部件112和内环形支承部件114)。在某些实施例中,起重千斤顶116可为液压驱动的螺旋千斤顶。在另外的实施例中,起重千斤顶116可使用任何合适的手段(诸如气动的手段、机械的手段等)来驱动。因此,通过使(多个)起重千斤顶116升起,支承框架组件104可升起到任何期望的高度。
特别地参照图3,系统100还包括装固于支承框架组件104的增材打印组件118。应当理解的是,本文中描述的增材打印组件118大体上指具有一个或多个喷嘴或打印机头部的任何合适的增材打印装置,该一个或多个喷嘴或打印机头部用于将材料(诸如本文中描述的水泥质材料)沉积到由控制器自动地控制的表面上,以形成在计算机(诸如CAD文件)内编程的对象。更具体而言,如示出的,增材打印组件118可包括至少一个打印机头部120,122,其构造成分配第一水泥质材料124。例如,在如图3中示出的实施例中,增材打印组件118的(多个)打印机头部120,122可至少包括用于打印塔架结构102的外壁126的外打印机头部120和用于打印塔架结构102的内壁128的内打印机头部122。
此外,如示出的,增材打印组件118还可包括装固在外打印机头部120与内打印机头部122之间的中间打印机头部130。就此而言,在某些实施例中,中间打印机头部130可为泵,其用于利用第二水泥质材料134填充外塔架壁126与内塔架壁128之间的区域132,第二水泥质材料134可不同于第一水泥质材料124。具体而言,在一个实施例中,第一水泥质材料124可为速凝混凝土。因此,打印的外壁和内壁可非常迅速地硬化,并且可因此保持浇筑混凝土的静水压力。因此,第二水泥质材料134可为自密实水泥质材料。在另外的实施例中,增材打印组件118可包括任何合适数量的打印机头部,其包括多于三个打印机头部或少于三个打印机头部。
现在参照图3-7,系统100还包括由支承框架组件104支承的增强分配组件136。因此,增强分配组件136构造成在塔架结构102经由(多个)打印机头部120,122,130打印和构建时,以及在支承框架组件104在竖直方向V上移动时,自动且连续地分配多个增强部件138。例如,如图3-5和图7中示出的,增强分配组件136可包括多个辊装置140。在此类实施例中,增强部件138可为增强线缆142或线。在此类实施例中,例如,通过在张力之下从辊装置140自动且连续地滚动增强线缆142,增强线缆40可从辊装置140分配。此外,在如图3-5中示出的实施例中,辊装置140可布置在外环形支承部件112或内环形支承部件114的顶上。
备选地,如图7中示出的,增强分配组件136可包括多个滑轮组144,其中多个滑轮组144中的一个与多个辊装置140中的每个一起布置。因此,如示出的,滑轮组144可布置在外环形支承部件112或内环形支承部件114的顶上,并且辊装置140可布置成低于滑轮组144,诸如布置在地面上。
参照图6,在备选实施例中,增强分配组件136可包括多个供给器装置146,其布置在外环形支承部件112或内环形支承部件114的顶上。在此类实施例中,增强部件138可为增强杆。因此,如示出的,通过从供给器装置146自动且连续地推动增强杆148,增强杆148可从供给器装置146分配。
特别地参照图9,示出示出根据本公开的用于制造塔架结构102的方法200的一个实施例的流程图。大体上,方法200将在本文中参照塔架结构102(诸如风力涡轮塔架)来描述,塔架结构102(诸如风力涡轮塔架)使用图3-8中示出的系统100形成。然而,应当认识到的是,可实施公开的方法200,以形成具有任何其它合适构造的其它类似塔架结构。另外,尽管为了说明和论述的目的,图9描绘以特定顺序执行的步骤,但是本文中论述的方法不限于任何特定顺序或布置。使用本文中提供的公开的本领域技术人员将认识到的是,本文中公开的方法的各个步骤可以以各种方式省略、重新布置、组合和/或改编,而不偏离本公开的范围。
如(202)处示出的,方法200可包括提供本文中描述的支承框架组件104。如(204)处示出的,方法200可包括将增材打印组件118和增强分配组件136与支承框架组件104的环形形状平台组件106一起布置。如(206)处示出的,方法200可包括通过例如经由多个起重千斤顶116沿着多个棒部件108移动环形形状平台组件106,将环形形状平台组件106在竖直方向V上升高到一定距离。
在环形形状平台组件106升起时或之后,如(208)处示出的,方法200可包括从增强分配组件136分配多个增强部件138。例如,如提及的,在实施例中,(多个)增强部件138可为增强线缆142,其在张力之下从滚动装置140展开。备选地,如提及的,(多个)增强部件138可为增强杆148,其向下推动并且推动到最终将利用水泥质材料填充或打印的空间中。
应当理解的是,(多个)增强部件138可沿着塔架结构102的整个高度或仅沿着塔架高度的部分延伸。另外,在此类实施例中,增材打印组件118构造成围绕(多个)增强部件138打印水泥质材料。在备选实施例中,增强分配组件136可构造成将张力提供至(多个)增强部件138,诸如当(多个)部件为线缆时,在塔架结构102的打印期间和/或在支承框架组件104的升起期间。在此类实施例中,方法200还可包括在打印过程期间随塔架结构102的截面变化而改变一个或多个(多个)增强部件138的张力。因此,此类(多个)增强部件138构造成管理塔架结构102的拉伸应力。
仍然参照图9,如(210)处示出的,方法200可包括经由增材打印组件118的至少一个打印机头部来打印经由至少一种水泥质材料的塔架结构102的至少一部分,以便将分配的多个增强部件138嵌入在其中。例如,在如图4中示出的实施例中,方法200可包括经由增材打印组件118的外打印机头部120和内打印机头部122打印第一水泥质材料124的塔架结构102的外壁126和内壁128。此类壁126,128可同时打印,以节省时间,或者按需要单独地打印。接着,方法200可包括经由装固在外打印机头部120与内打印机头部122之间的中间打印机头部130,利用第二水泥质材料134填充外壁126与内壁128之间的区域132,以便完全地铸造塔架结构102,可重复该过程(即,步骤206、208和210),以完成直到任何合适的高度的塔架结构102。此外,在某些实施例中,支承框架组件104的棒部件108可在塔架结构102的建造之后移除,由此产生孔或通道,该孔或通道可用作用于后张杆或线缆的导管。
另外,在某些实施例中,增材打印组件118构造成以考虑水泥质材料的固化速率的方式打印水泥质材料,使得塔架结构102在其形成时可联结于其自身。另外,增材打印组件118构造成以如下方式打印塔架结构102,使得在增材形成的水泥质材料可在打印期间为脆弱的时,塔架结构102可耐受壁126,128的重量。因此,提供塔架结构12的(多个)增强元件138,以使得塔架能够耐受风载荷,该风载荷可使塔架12易受破裂影响。
现在参照图10,示出控制器300的一个实施例的框图,控制器300构造成控制本文中描述的增材打印组件118。如示出的,控制器300可包括一个或多个(多个)处理器302和相关联的(多个)存储装置304,它们构造成执行多种计算机实施的功能(例如,执行方法、步骤、计算等,并且储存相关的数据,如本文中公开的)。另外,控制器300还可包括通信模块306,以促进控制器300与增材打印组件118的各种构件之间的通信。此外,通信模块306可包括传感器接口308(例如,一个或多个模拟-数字转换器),以容许从一个或多个传感器310,312传输的信号转换成可由(多个)处理器302理解并处理的信号。应当认识到的是,传感器可使用任何合适的手段通信地耦合于通信模块306。例如,如图10中示出的,传感器310,312可经由有线连接耦合于传感器接口308。然而,在其它实施例中,传感器310,312可经由无线连接(诸如通过使用本领域中已知的任何合适的无线通信协议)耦合于传感器接口308。就此而言,(多个)处理器302可构造成从传感器接收一个或多个信号。
如本文中使用的,用语“处理器”不仅指本领域中被称为包括在计算机中的集成电路,而且指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路,以及其它可编程电路。(多个)处理器302还构造成计算高级控制算法并与多种以太网或基于串行的协议(Modbus、OPC、CAN等)通信。另外,(多个)存储装置304可大体上包括(多个)存储元件,其包括但不限于计算机可读介质(例如,随机存取存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如,闪存)、软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能光盘(DVD)和/或其它合适的存储元件。此类(多个)存储装置304可大体上构造成储存合适的计算机可读指令,当由(多个)处理器302实施时,该合适的计算机可读指令将控制器300构造成执行各种功能,如本文中描述的。
该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式),并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可授予专利权的范围由权利要求限定,并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件,或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件,则这些其它实例意图在权利要求的范围内。
Claims (20)
1.一种用于制造结构的系统,所述系统包括:
支承框架组件,其能够在所述结构的竖直方向上移动;
增材打印组件,其装固于所述支承框架组件,所述增材打印组件包括构造成分配第一水泥质材料的至少一个打印机头部;以及,
增强分配组件,其由所述支承框架组件支承,所述增强分配组件构造成在所述结构经由所述至少一个打印机头部打印和构建时,以及在所述支承框架组件在所述竖直方向上移动时,自动且连续地分配多个增强部件。
2.根据权利要求1所述的系统,其中,所述增材打印组件的所述至少一个打印机头部还至少包括用于打印所述结构的外壁的外打印机头部和用于打印所述结构的内壁的内打印机头部。
3.根据权利要求2所述的系统,其中,所述增材打印组件还包括中间打印机头部,所述中间打印机头部装固在所述外打印机头部与所述内打印机头部之间,用于利用第二水泥质材料填充所述外塔架壁与所述内塔架壁之间的区域。
4.根据权利要求3所述的系统,其中,所述第二水泥质材料不同于所述第一水泥质材料。
5.根据权利要求4所述的系统,其中,所述第二水泥质材料为自密实水泥质材料。
6.根据前述权利要求中的任何所述的系统,其中,所述支承框架组件包括由多个棒部件支承的至少一个环形形状平台组件。
7.根据权利要求6所述的系统,其中,所述至少一个环形形状平台组件包括支承外环形支承部件和内环形支承部件的平台,所述外环形支承部件和所述内环形支承部件与彼此同心地布置,其中所述多个棒部件在所述外环形支承部件和所述内环形支承部件之间延伸。
8.根据权利要求6所述的系统,其中,所述外环形支承部件和所述内环形支承部件均包括可调节的直径。
9.根据权利要求6所述的系统,所述系统还包括起重千斤顶,所述起重千斤顶与所述多个棒部件中的每个一起布置,并且能够沿着所述多个棒部件中的每个移动,以便通过升高所述外环形支承部件和所述内环形支承部件来在所述竖直方向上移动所述支承框架组件。
10.根据权利要求9所述的系统,其中,所述起重千斤顶经由液压、气动或机械中的至少一种来驱动。
11.根据权利要求7所述的系统,其中,所述增强分配组件还包括多个辊装置,所述多个增强部件包括增强线缆,所述增强线缆通过在张力之下从所述多个辊装置自动且连续地滚动所述增强线缆而从所述多个辊装置分配。
12.根据权利要求11所述的系统,其中,所述多个辊装置布置在所述外环形支承部件或所述内环形支承部件中的至少一个的顶上。
13.根据权利要求7所述的系统,其中,所述增强分配组件还包括多个滑轮组,其中所述多个滑轮组中的一个与所述多个辊装置中的每个一起布置,所述多个滑轮组布置在所述至少一个环形形状平台组件的顶上,所述多个辊装置布置成低于所述多个滑轮组。
14.根据前述权利要求中的任何所述的系统,其中,所述增强分配组件还包括多个供给器装置,所述多个供给器装置布置在所述外环形支承部件或所述内环形支承部件中的至少一个的顶上,所述多个增强部件包括增强杆,其中,所述增强杆通过从所述多个供给器装置自动且连续地推动所述增强杆而从所述多个供给器装置分配。
15.一种用于制造结构的方法,所述方法包括:
(a)提供支承框架组件,所述支承框架组件具有由多个棒部件支承的至少一个环形形状平台组件;
(b)将增材打印组件和增强分配组件与所述至少一个环形形状平台组件一起布置;
(c)通过沿着所述多个棒部件移动所述至少一个环形形状平台组件,将所述至少一个环形形状平台组件在竖直方向上升高一定距离;
(d)从所述增强分配组件分配多个增强部件;
(e)经由所述增材打印组件的至少一个打印机头部来打印经由至少一种水泥质材料的所述结构的至少一部分,以便将分配的多个增强部件嵌入在其中。
16.根据权利要求15所述的方法,所述方法还包括重复步骤(c)至(d),以完成所述结构。
17.根据权利要求15-16所述的方法,其中,使所述至少一个环形形状平台组件在所述竖直方向上沿着所述多个棒部件移动还包括经由多个起重千斤顶沿着所述多个棒部件来液压驱动所述至少一个环形形状平台组件。
18.根据权利要求15-17所述的方法,其中,经由所述增材打印组件的所述至少一个打印机头部来打印经由所述至少一种水泥质材料的所述结构的所述至少一部分还包括:
经由所述增材打印组件的外打印机头部和内打印机头部来打印所述结构的第一水泥质材料的外壁和内壁;以及,
经由装固在所述外打印机头部与所述内打印机头部之间的中间打印机头部,利用第二水泥质材料填充所述结构的所述外壁和所述内壁之间的区域。
19.根据权利要求15-18所述的方法,其中,所述至少一个环形形状平台组件包括支承外环形支承部件和内环形支承部件的平台,所述外环形支承部件和所述内环形支承部件与彼此同心地布置,其中所述多个棒部件在所述外环形支承部件和所述内环形支承部件之间延伸。
20.根据权利要求15-19所述的方法,其中,所述增强分配组件还包括多个辊装置,所述多个增强部件包括增强线缆,其中在张力之下从所述增强分配组件分配所述多个增强部件还包括通过在张力之下从所述多个辊装置自动且连续地滚动所述增强线缆而从所述多个辊装置分配所述增强线缆。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/US2020/025929 WO2021201840A1 (en) | 2020-03-31 | 2020-03-31 | Method for manufacturing wind turbine tower structure with embedded reinforcement elements |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115298029A true CN115298029A (zh) | 2022-11-04 |
Family
ID=70465396
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202080099345.0A Pending CN115298029A (zh) | 2020-03-31 | 2020-03-31 | 用于制造具有嵌入式增强元件的风力涡轮塔架结构的方法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20230135767A1 (zh) |
EP (1) | EP4126546A1 (zh) |
CN (1) | CN115298029A (zh) |
BR (1) | BR112022018747A2 (zh) |
CA (1) | CA3176296A1 (zh) |
WO (1) | WO2021201840A1 (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20240157644A1 (en) * | 2022-11-16 | 2024-05-16 | General Electric Company | Methods of additively manufacturing tower structures with coiled polymer reinforcement members |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1711328B1 (en) * | 2004-01-20 | 2013-03-13 | University of Southern California | Robotic system for automated construction |
GB2525400A (en) * | 2014-04-22 | 2015-10-28 | Senake Atureliya | Products and the apparatus for their manufacture and transportation |
FI126878B (en) * | 2014-06-27 | 2017-07-14 | Fimatec Finnish Intelligent Module Apartments Oy | Device for building |
-
2020
- 2020-03-31 WO PCT/US2020/025929 patent/WO2021201840A1/en unknown
- 2020-03-31 US US17/915,727 patent/US20230135767A1/en active Pending
- 2020-03-31 CN CN202080099345.0A patent/CN115298029A/zh active Pending
- 2020-03-31 BR BR112022018747A patent/BR112022018747A2/pt unknown
- 2020-03-31 EP EP20722026.0A patent/EP4126546A1/en active Pending
- 2020-03-31 CA CA3176296A patent/CA3176296A1/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20230135767A1 (en) | 2023-05-04 |
WO2021201840A1 (en) | 2021-10-07 |
CA3176296A1 (en) | 2021-10-07 |
EP4126546A1 (en) | 2023-02-08 |
BR112022018747A2 (pt) | 2022-11-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11970875B2 (en) | Multi-head additive printing device for manufacturing wind turbine tower structure | |
US11970868B2 (en) | System and method for manufacturing a wind turbine tower structure | |
CN114651106B (zh) | 用于制造塔架结构的系统和方法 | |
CN112805140B (zh) | 用于制造伸缩式风力涡轮塔架结构的方法 | |
US11767681B2 (en) | Concentric metal and cementitious wind turbine tower structure and method of manufacturing same | |
EP4008511B1 (en) | Method of manufacturing a tower structure | |
CN115298029A (zh) | 用于制造具有嵌入式增强元件的风力涡轮塔架结构的方法 | |
EP3857056B1 (en) | Methods for manufacturing wind turbine tower structure using materials with different cure rates | |
US11992968B2 (en) | Method for manufacturing a wind turbine tower structure based on wind direction | |
US20220034116A1 (en) | Method for manufacturing wind turbine tower structure with embedded reinforcement sensing elements | |
US20240141674A1 (en) | Wind turbine tower structure with stacked tower sections | |
US11697222B2 (en) | Additively manufactured structure with reinforced access opening | |
CN117445391A (zh) | 用于跟踪增材制造结构中增强构件放置的系统和方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
TA01 | Transfer of patent application right | ||
TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20240109 Address after: Barcelona, Spain Applicant after: Ge renewable energy Spain Ltd. Address before: New York State, USA Applicant before: General Electric Co. |