JP2011052692A - 風力タービンタワー並びにそれを製作するためのシステム及び方法 - Google Patents

風力タービンタワー並びにそれを製作するためのシステム及び方法 Download PDF

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Abstract

【課題】複数のタワーセクション（１０６）を備えた風力タービンタワー（１０２）を提供する。
【解決手段】タワーセクションの少なくとも１つは、第１のコンクリートセグメントと、該第１のコンクリートセグメントとは別個に形成された第２のコンクリートセグメントと、該第１のコンクリートセグメント及び第２のコンクリートセグメントとは別個に形成されかつ該第１のコンクリートセグメント及び第２のコンクリートセグメント間に配置された第３のコンクリートセグメントとを含む。
【選択図】 図１

Description

本明細書に記載した主題は、総括的には風力タービンに関し、より具体的には、風力タービンタワー並びに風力タービンタワーを組立てる又は製作するためのシステム及び方法に関する。
多くの公知の風力タービンは、タワー及びナセルを介して該タワー上に取付けられたロータを含む。ロータは、風力エネルギーを回転エネルギーに変換するのを可能にする幾つかのブレードを含む。ロータは、ロータシャフトによりギヤボックスを介して発電機を駆動し、またギヤボックスは、発電機が機械エネルギーを電気エネルギーに変換することができるように、本質的に低いロータシャフトの回転速度を高める。
多くの公知の風力タービンは厳しい環境条件に曝されるので、風力タービンタワーは、風力タービンの構造的健全性を高めるのを可能にするために補強される（例えば、鋼で）ことが多い。しかしながら、少なくとも幾つかの風力タービンは、湿潤環境（例えば、海洋ウィンドファーム）で利用され、また高い湿度は、風力タービンタワー及び／又は風力タービンタワー補強材の腐食の一因となることが知られている。
米国特許第６，８１１，８６１号公報
従って、風力タービンタワーの構造的健全性を維持すると同時に腐食を受け難くて、それによって風力タービンの有効寿命を増大させる風力タービンタワーを得ることは有用であると言える。
１つの態様では、風力タービンタワーを製作する方法を提供する。本方法は、少なくとも１つの繊維強化プラスチック（「ＦＲＰ」）ストランドを準備するステップと、ＦＲＰストランドの第１の部分を第１のコンクリートセグメント内に埋込むステップと、ＦＲＰストランドの第３の部分が第１のコンクリートセグメントから第２のコンクリートセグメントまで延びるように、該ＦＲＰストランドの第２の部分を第２のコンクリートセグメント内に埋込むステップとを含む。本方法はさらに、ＦＲＰストランドの第３の部分に対して張力が加わるように、第１のコンクリートセグメント及び第２のコンクリートセグメントの少なくとも一方を他方に対して移動させるステップを含む。
別の態様では、複数のタワーセクションを備えた風力タービンタワーを提供する。タワーセクションの少なくとも１つは、第１のコンクリートセグメントと、該第１のコンクリートセグメントとは別個に形成された第２のコンクリートセグメントと、該第１のコンクリートセグメント及び第２のコンクリートセグメントとは別個に形成され第３のコンクリートセグメントとを含む。第３のコンクリートセグメントは、第１のコンクリートセグメント及び第２のコンクリートセグメント間に配置される。
別の態様では、風力タービンタワーセクションを製作するためのシステムを提供する。本システムは、第１のフランジフランジ型枠及び第２のフランジ型枠を含む。第１のフランジフランジ型枠及び第２のフランジ型枠の各々は、環状空洞及び該環状空洞へのアクセスを可能にするように構成された第１のアパーチャを形成する。本システムはまた、内側枠及び外側枠を備えた壁型枠を含む。壁型枠は、第１のフランジフランジ型枠及び第２のフランジ型枠間に結合されて、該第１のフランジフランジ型枠の第１のアパーチャ及び該第２のフランジ型枠の第１のアパーチャが内側枠及び外側枠間で互いに向かって配向されるようになるように構成される。
風力タービンの側面図。 切断線２−２に沿って取った、図１に示す風力タービンのタワーセクションの拡大断面図。 図２に示すタワーセクションの拡大部分を示す図。 図２に示すタワーセクションの拡大部分を示す図。 図２に示すタワーセクションを製作するのに使用する型枠の斜視図。 切断線６−６に沿って取った、図５に示す型枠の断面図。 図５に示す型枠を使用する製作時における、図２に示すタワーセクションの骨組みの断面図。 図５に示す型枠内にコンクリートを付加しかつ図５に示す型枠を取外した後における、図７に示す骨組みの断面図。 フレームに結合された、図８に示す骨組みの断面図。 それに結合された壁型枠と共に図９のフレームに結合された、図８に示す骨組みの断面図。 図１０に示す骨組みの一部分及びフレームの一部分の拡大断面図。 図２に示すタワーセクションを製作する方法のフローチャート。
以下の詳細な説明は、限定としてではなくて実施例として、タワーを組立てる又は製作するためのシステム及び方法について記述している。この説明により、当業者は本開示を製作しかつ使用することが可能になり、またこの説明は、現時点で本開示を実施する最良の形態であると思われるものを含む本開示の幾つかの実施形態について記述している。本明細書では、例示的な実施形態すなわち風力タービンタワーに適用されるものとして本開示を説明している。しかしながら、本開示は風力タービン以外の広範なシステム及び多様な用途におけるタワーの一般的な用途を有すると考えられる。
図１は、例示的な風力タービン１００の側面図である。この例示的な実施形態では、風力タービン１００は、水平軸風力タービンである。それに代えて、風力タービン１００は、垂直軸風力タービンとすることができる。風力タービン１００は、基礎（図示せず）から直立したタワー１０２、該タワー１０２上に取付けられたナセル１０４、及び該ナセル１０４に回転可能に結合されたロータ１０８を含む。タワー１０２は、互いの上に積重ねられ、かつ例えば複数のボルトのような好適なカプラ又はファスナを使用して互いに結合された複数のタワーセクション１０６を含む。１つの実施形態では、タワーセクション１０６は、ほぼ同じである（例えば、下記で説明するように、ほぼ同じプロセスで製作される）。他の実施形態では、タワーセクション１０６は、実質的に同じものにしない場合がある。
この例示的な実施形態では、ロータ１０８は、回転ハブ１１０及び該ハブ１１０に結合されかつ該ハブ１１０から外向きに延びる複数のロータブレード１１２を含む。この例示的な実施形態では、ロータブレード１１２は、第１のロータブレード１１４、第２のロータブレード１１６及び第３のロータブレード１１８を含む。他の実施形態では、ロータ１０８は、あらゆる好適な数のロータブレード１１２を含むことができる。この例示的な実施形態では、ロータブレード１１２は、ハブ１１０の周りに等距離に間隔を置いて配置されて、風力の運動エネルギーを回転エネルギーに、次いで電気エネルギーに変換することができるのを可能にする。それに代えて、ロータブレード１１２は、ハブ１１０の周りに互いにあらゆる好適な間隔を置いて配置することができる。
図２は、図１に示しかつ切断線２−２に沿って取ったタワーセクション１０６の拡大断面図である。図３は、図２に示すようなタワーセクション１０６の拡大部分である。図４は、図２に示すようなタワーセクション１０６の別の拡大部分である。この例示的な実施形態では、タワーセクション１０６は、長手方向軸線Ｌ及び半径Ｒを有し、またタワーセクション１０６は、第１のセグメント（例えば、第１のフランジ２０２）、第２のセグメント（例えば、第２のフランジ２０４）、及び長手方向軸線Ｌに沿って第１のセグメントから第２のセグメントまで延びる第３のセグメント（例えば、壁セクション２０６）を含む。１つの実施形態では、タワーセクション１０６は、ほぼ円筒形である。他の実施形態では、タワーセクション１０６は、あらゆる好適な寸法及び／又は形状を有することができる（例えば、タワーセクション１０６は、テーパ状とすることができる）。
この例示的な実施形態では、第１のフランジ２０２は、環状であり、かつ該第１のフランジ２０２のほぼ四辺形（例えば、矩形）断面を形成した、第１の合せ表面２０８、該第１の合せ表面２０８に隣接する第１の内側表面２１０、該第１の内側表面２１０に隣接する第１の支持表面２１２、並びに第１の合せ表面及び第１の支持表面２１２間に位置する第１の外側表面２１４を含む。同様に、第２のフランジ２０４は、環状であり、かつ該第２のフランジ２０４のほぼ四辺形（例えば、矩形）断面を形成した、第２の合せ表面２１６、該第２の合せ表面２１６に隣接する第２の内側表面２１８、該第２の内側表面２１８に隣接する第２の支持表面２２０、並びに第２の合せ表面２１６及び第２の支持表面２２０間に位置する第２の外側表面２２２を含む。第１のフランジ２０２は、第１の内側表面２１０によって形成された第１の内側周辺部ＰＩ１及び第１の外側表面２１４によって形成された第１の外側周辺部ＰＯ１を有し、また第２のフランジ２０４は、第２の内側表面２１８によって形成された第２の内側周辺部ＰＩ２及び第２の外側表面２２２によって形成された第２の外側周辺部ＰＯ２を有する。
この例示的な実施形態では、第１のフランジ２０２は複数の第１のファスナアパーチャ２２４を含み、また第２のフランジ２０４は複数の第２のファスナアパーチャ２２６を含み、これらのファスナアパーチャは、あらゆる好適なファスナ（例えば、ボルト）によってタワーセクション１０６を隣接するタワーセクション１０６に締結するのを可能にする。第１のファスナアパーチャ２２４は、第１のフランジ２０２の周りでの所定のパターン（この例示的な実施形態では、円周方向パターン）で第１の支持表面２１２から第１の合せ表面２０８を貫通して延び、また第２のファスナアパーチャ２２６は、第２のフランジ２０４の周りでの所定のパターン（例えば、この例示的な実施形態では、円周方向パターン）で第２の支持表面２２０から第２の合せ表面２１６を貫通して延びる。幾つかの実施形態では、第１のファスナアパーチャ２２４及び／又は第２のファスナアパーチャ２２６は、あらゆる好適なパターンで配置することができる。他の実施形態では、第１のフランジ２０２及び／又は第２のフランジ２０４は、それぞれ第１のファスナアパーチャ２２４及び／又は第２のファスナアパーチャ２２６を含まない場合がある。この例示的な実施形態では、第１のフランジ２０２及び第２のフランジ２０４は、超高性能コンクリート（「ＵＨＰＣ」）で製作される。本明細書で使用する場合に、「超高性能コンクリート」（又は、「ＵＨＰＣ」）という用語は、従来型のコンクリート材料に勝る高い圧縮強度、引張強度及び／又は延性を有するコンクリート材料を意味している。１つの実施形態では、ＵＨＰＣは、約１５０メガパスカル〜約３００メガパスカルの圧縮強度及び約１５メガパスカル〜３０メガパスカルの引張強度を有する。他の実施形態では、ＵＨＰＣは、該ＵＨＰＣが本明細書で説明するように機能することができるのを可能にするあらゆる好適な圧縮強度、引張強度及び／又は延性を有することができる。それに代えて、第１のフランジ２０２及び／又は第２のフランジ２０４は、タワーセクション１０６が本明細書で説明するように機能するのを可能にする、それに限定されないが他の好適なコンクリート材料を含むあらゆる好適な材料で製作することができる。
この例示的な実施形態では、壁セクション２０６は、第１の端部表面２２８、第２の端部表面２３０、内部表面２３２及び外部表面２３４を含む。第１の端部表面２２８は、第１のファスナアパーチャ２２４（すなわち、第１のファスナアパーチャ２２４の円周方向パターン）が半径方向に壁セクション２０６の内部表面２３２及び第１の内側表面２１０間に配置されるように、第１の外側周辺部ＰＯ１に隣接して第１のフランジ２０２の第１の支持表面２１２に対して着座している。同様に、第２の端部表面２３０は、第２のファスナアパーチャ２２６（すなわち、第２のファスナアパーチャ２２６の円周方向パターン）が半径方向に内部表面２３２及び第２の内側表面２１８間に配置されるように、第２の外側周辺部ＰＯ２に隣接して第２のフランジ２０４の第２の支持表面２２０に対して着座している。他の実施形態では、壁セクション２０６は、第１のフランジ２０２及び／又は第２のフランジ２０４に対してあらゆる好適な半径方向位置を有することができる（例えば、壁セクション２０６は、第１のファスナアパーチャ２２４並びに／或いは第２のファスナアパーチャ２２６が壁セクション２０６とフランジ２０２の外側表面２１４及び／又はフランジ２０４の外側表面２２２との間に配置されるように、位置決めすることができる）。この例示的な実施形態では、壁セクション２０６は、コンクリート材料で製作される。１つの実施形態では、壁セクション２０６のコンクリート材料は、第１のフランジ２０２及び／又は第２のフランジ２０４のＵＨＰＣとその組成が異なっている。他の実施形態では、壁セクション２０６のコンクリート材料は、第１のフランジ２０２及び／又は第２のフランジ２０４のＵＨＰＣと少なくともほぼ同じものとすることができる。それに代えて、壁セクション２０６は、タワーセクション１０６が本明細書で説明するように機能するのを可能にするあらゆる好適な材料で製作することができる。
この例示的な実施形態では、壁セクション２０６は、その内部に埋込まれた複数のプレストレスト繊維強化プラスチック（「ＦＲＰ」）ストランド２３６（例えば、炭素繊維強化プラスチック（「ＣＦＲＰ」）ストランド）を含む。ＦＲＰストランド２３６は、各ＦＲＰストランド２３６が第１の支持表面２１２を貫通して第１のフランジ２０２内に延びまた／又は第２の支持表面２２０を貫通して第２のフランジ２０４内に延びるように、長手方向軸線Ｌに沿って第１のフランジ２０２から第２のフランジ２０４まで壁セクション２０６を貫通して延びる。この例示的な実施形態では、ＦＲＰストランド２３６は、壁セクション２０６のコンクリート材料に直接結合されると共に第１のフランジ２０２及び第２のフランジ２０４のＵＨＰＣに直接結合される。本明細書で使用する場合に、「直接結合される」という用語は、それらと接触状態になりかつそれらの間に如何なるバリヤ又はバッファも有しないものとして定義される。他の実施形態では、ＦＲＰストランド２３６は、第１のフランジ２０２、第２のフランジ２０４及び／又は壁セクション２０６とあらゆる好適な接触状態を有することができる（例えば、ＦＲＰストランド２３６と第１のフランジ２０２、第２のフランジ２０４及び／又は壁セクション２０６との間に中間材料を配置することができる。）
図５は、第１のフランジ２０２及び／又は第２のフランジ２０４の製作に使用するのに好適なフランジ型枠３００の斜視図である。図６は、切断線６−６に沿って取ったフランジ型枠３００の断面図である。この例示的な実施形態では、フランジ型枠３００は、第１のフランジ２０２及び／又は第２のフランジ２０４のほぼ四辺形断面と一致するような寸法にされたほぼ四辺形（例えば、矩形）断面を有する空洞Ｃを形成した、内側壁３０２、該内側壁３０２に隣接する合せ壁３０４、該合せ壁３０４に隣接する外側壁３０６、並びに該外側壁３０６及び内側壁３０２間に位置する支持壁３０８を備えた環状の木製材料で形成される。１つの実施形態では、内側壁３０２、合せ壁３０４、外側壁３０６及び／又は支持壁３０８は、互いに別個に形成しかつあらゆる好適なファスナ（例えば、ねじ、釘及び／又は接着剤）を使用して互いに結合することができる。別の実施形態では、内側壁３０２、合せ壁３０４、外側壁３０６及び／又は支持壁３０８は、互いに一体形に形成することができる（すなわち、単一の、連続したかつ未結合の材料で形成することができる）。幾つかの実施形態では、フランジ型枠３００は、あらゆる好適な材料で形成することができると共に本明細書で説明するように所望の寸法及び／又は構成を有する第１のフランジ２０２及び／又は第２のフランジ２０４を製作するのを可能にするあらゆる好適な構成として配置したあらゆる好適な数の壁を有することができる（例えば、フランジ型枠３００は、環状形状以外の形状を有することができる）。
この例示的な実施形態では、支持壁３０８は、それを貫通して延びる複数の支持壁ストランドアパーチャ３１０を含み、また合せ壁３０４は、それを貫通して延びる複数の合せ壁ストランドアパーチャ３１２を含む。合せ壁ストランドアパーチャ３１２の円周方向パターンが支持壁ストランドアパーチャ３１０の円周方向パターンとほぼ一致するように、支持壁ストランドアパーチャ３１０は、支持壁３０８の周りでの所定のパターン（例えば、この例示的な実施形態では、円周方向パターン）として配置され、また合せ壁ストランドアパーチャ３１２は、合せ壁３０４周りでの所定のパターン（例えば、この例示的な実施形態では、円周方向パターン）として配置される（すなわち、各支持壁ストランドアパーチャ３１０は、対応する合せ壁ストランドアパーチャ３１２と図６に示すＸ軸線に沿ってほぼ同軸に整列する）。この例示的な実施形態では、フランジ型枠３００はまた、支持壁３０８から合せ壁３０４まで延びる複数のファスナボス３１４を含む。ファスナボス３１４は、半径方向にストランドアパーチャ３１０、３１２及び内側壁３０２間に位置した円周方向パターンとして配置される（すなわち、該ファスナボス３１４の円周方向パターンは、図２に示すように第１のフランジ２０２及び／又は第２のフランジ２０４を貫通する第１のファスナアパーチャ２２４及び／又は第２のファスナアパーチャ２２６の円周方向パターンを生じるように位置決めされる）。
図７及び図８は、タワーセクション１０６の製作に使用するのに好適な骨組み４００の断面図である。この例示的な実施形態では、図７に示すように、骨組み４００は先ず、第１のフランジ型枠４０２、第２のフランジ型枠４０２、及びほぼ張力がない状態で第１のフランジ型枠４０２から第２のフランジ型枠４０４まで延びる複数のＦＲＰストランド２３６を含む。第１のフランジ型枠４０２及び第２のフランジ型枠４０４は、図５に示すフランジ型枠３００とほぼ同じであり、同じ構成要素は、図５の同じ符号を使用して説明することにする。
１つの実施形態では、各ＦＲＰストランド２３６の第１の部分４０６は、１つの支持壁ストランドアパーチャ３１０及び対応するほぼ同軸の合せ壁ストランドアパーチャ３１２を通して第１のフランジ型枠４０２内に各ＦＲＰストランド２３６を挿入しかつ各ＦＲＰストランド２３６を第１のフランジ型枠４０２の合せ壁３０４の外側表面４１２に対して締結して（例えば、ノッチング、ステープリングなどによって）合せ壁ストランドアパーチャ３１２及び／又は支持壁ストランドアパーチャ３１０内でＦＲＰストランド２３６が戻るような引込みを防止又は制限することによって、第１のフランジ型枠４０２の空洞Ｃ内に配置される。同様に、各ＦＲＰストランド２３６の第２の部分４０８は、１つの支持壁ストランドアパーチャ３１０及び対応するほぼ同軸の合せ壁ストランドアパーチャ３１２を通して第２のフランジ型枠４０４内に各ＦＲＰストランド２３６を挿入しかつ各ＦＲＰストランド２３６を第２のフランジ型枠４０４の合せ壁３０４の外側表面４１４に対して締結して（例えば、ノッチング、ステープリングなどによって）合せ壁ストランドアパーチャ３１２及び／又は支持壁ストランドアパーチャ３１０内でＦＲＰストランド２３６が戻るような引込みを防止又は制限することによって、第２のフランジ型枠４０４の空洞Ｃ内に配置される。
ＦＲＰストランド２３６がほぼ張力がない状態で第１のフランジ型枠４０２から第２のフランジ型枠４０４まで延びる状態で、第１のフランジ型枠４０２及び第２のフランジ型枠４０４の空洞Ｃ内にＵＨＰＣを付加する。１つの実施形態では、ＵＨＰＣは、あらゆる好適なコンクリート注入法により第１のフランジ型枠４０２及び／又は第２のフランジ型枠４０４内に注入することができる。別の実施形態では、第１のフランジ型枠４０２及び／又は第２のフランジ型枠４０４が内側壁３０２を含まない場合には、ＵＨＰＣは、スピニング法により第１のフランジ型枠４０２及び／又は第２のフランジ型枠４０４内に付加する（すなわち、スパンコンクリートを得るのを可能にする）ことができる。それに代えて、ＵＨＰＣは、本明細書で述べるように第１のフランジ型枠４０２及び／又は第２のフランジ型枠４０４によりそれぞれ第１のフランジ２０２及び第２のフランジ２０４の形成を可能にするあらゆる好適な方法で、第１のフランジ型枠４０２及び／又は第２のフランジ型枠４０４に付加することができる。
この例示的な実施形態では、第１のフランジ型枠４０２及び／又は第２のフランジ型枠４０４に対してＵＨＰＣを付加した後に、ＵＨＰＣは、図８に示すように、それぞれ第１のフランジ２０２及び第２のフランジ２０４になるように（例えば、第１のフランジ２０２及び／又は第２のフランジ２０４の各々が、その厚さＴが約１０〜２０センチメートルとなり、またＦＲＰストランド２３６が、第１のフランジ２０２及び第２のフランジ２０４内に距離Ｄほど延びると共に該第１のフランジ２０２及び第２のフランジ２０４のＵＨＰＣに直接結合するように）硬化させることができる。１つの実施形態では、各ＦＲＰストランドの第１の部分４０６は、第１の支持表面２１２から第１の合せ表面２０８まで第１のフランジ２０２を貫通して延び、各ＦＲＰストランド２３６の第２の部分４０８は、第２の支持表面２２０から第２の合せ表面２１６まで第２のフランジ２０４を貫通して延び、また各ＦＲＰストランド２３６の第３の部分４１０は、第１のフランジ２０２から第２のフランジ２０４まで延びる。それに代えて、第１のフランジ２０２及び／又は第２のフランジ２０４は、あらゆる好適な厚さＴを有することができ、またＦＲＰストランド２３６の第１の部分４０６及び／又は第２の部分４０８は、それぞれ第１のフランジ２０２及び／又は第２のフランジ２０４内にあらゆる好適な距離Ｄほど延びることができ、これにより、タワーセクション１０６が本明細書で説明するように機能することかつ／又は製作されることが可能になる。この例示的な実施形態では、ＵＨＰＣが硬化しかつ第１のフランジ２０２及び第２のフランジ２０４が形成された後に、図８に示すように、第１のフランジ型枠４０２及び第２のフランジ型枠４０４が取外される。別の実施形態では、第１のフランジ型枠４０２及び／又は第２のフランジ型枠４０４は、タワーセクション１０６の少なくとも１つの後続の製作段階時に、それぞれ第１のフランジ２０２及び／又は第２のフランジ２０４に結合された状態を維持することができる。
図９は、タワーセクション１０６の後続の製作段階時における骨組み４００の断面図である。この例示的な実施形態では、第１のフランジ型枠４０２及び第２のフランジ型枠４０４を取外した後に、下記に説明するようにフレーム６００内に骨組み４００を挿入して、ＦＲＰストランド２３６に張力を加えるのを可能にする。フレーム６００は、ベース６０２、該ベース６０２から外向きに延びる第１の側壁６０４、及び該ベース６０２から外向きに延びる第２の側壁６０６を含む。第１の側壁６０４及び第２の側壁６０６は、第１のフランジ２０２の第１のファスナアパーチャ２２４及び／又は第２のフランジ２０４の第２のファスナアパーチャ２２６に対応するパターン（例えば、円周方向パターン）として配置された複数のフレームアパーチャ６０８を含む。この例示的な実施形態では、フレーム６００は、剛性材料（例えば、鋼）で製作される。他の実施形態では、フレーム６００は、該フレーム６００が本明細書で説明するように機能するのを可能にするあらゆる好適な材料で製作することができる。
フレーム６００内に骨組み４００が挿入されると、第１フランジ２０２の第１の外側表面２１４及び第２のフランジ２０４の第２の外側表面２２２は、それぞれ側壁６０４、６０６のフレームアパーチャ６０８を通してかつ第１のフランジ２０２及び第２のフランジ２０４のファスナアパーチャ２２４、２２６内に挿入されて、それによって第１のフランジ２０２及び第２のフランジ２０４に係合した複数のファスナ６１０（例えば、ボルト）によりベース６０２の上方に持上げられる。次に第１の側壁６０４及び第２の側壁６０６に対してファスナ６１０を締付けて、それぞれ方向Ｄ１で第１の側壁６０４に向かって及び方向Ｄ２で第２の側壁６０６に向かって（すなわち、互いに離れる方向に）、それぞれ第１のフランジ２０２及び第２のフランジ２０４を移動させ、それによってＦＲＰストランド２３６に所望の張力を加えるのを可能にする。この例示的な実施形態では、ＦＲＰストランド２３６に対して所望の張力を加えた後には、各ＦＲＰストランド２３６の第１の部分４０６は、第１の張力を有し、各ＦＲＰストランド２３６の第２の部分４０８は、第２の張力を有し、また各ＦＲＰストランド２３６の第３の部分４１０は、第１の張力及び第２の張力よりも大きくなった第３の張力を有するようになる。幾つかの実施形態では、第１の部分４０６の第１の張力及び／又は第２の部分４０８の第２の張力は、距離Ｄに沿って変化させることができる（例えば、第３の部分４１０に近接しては該第３の部分４１０の第３の張力とほぼ同じものとすることができ、また第３の部分４１０から離れては該第３の部分４１０の第３の張力よりも低いものとすることができる）。他の実施形態では、各ＦＲＰストランド２３６の第１の部分４０６、第２の部分４０８及び／又は第３の部分４１０は、互いに対してあらゆる好適な張力を有することができる（例えば、互いに異なるものとすることができ或いは互いにほぼ同じものとすることができる）。
この例示的な実施形態では、第１のフランジ２０２及び第２のフランジ２０４のＵＨＰＣは、ＦＲＰストランド２３６及びフランジ２０２、２０４間の直接的結合との組合せにより、該第１のフランジ２０２及び第２のフランジ２０４に大きな引張強度（例えば、割れ発生がない状態で引張応力に耐える大きな能力）を与えるのを可能にする。このような大きな引張強度は、少なくともその一部はＵＨＰＣ及びＦＲＰストランド２３６間の直接的結合の強度に因るものであり、これにより、タワーセクション１０６の製作時に、第１のフランジ２０２及び／又は第２のフランジ２０４の割れ発生の危険が少ない状態で、ファスナ６１０によってより大きな引張荷重をＦＲＰストランド２３６に加えることが可能になる。さらに、ＦＲＰストランド２３６は、第１のフランジ２０２及び第２のフランジ２０４内に距離Ｄほど（例えば、幾つかの実施形態では、第１のフランジ２０２及び／又は第２のフランジ２０４をほぼ完全に貫通して）延びるので、第１のフランジ２０２及び／又は第２のフランジ２０４によって（例えば、ファスナの締付け時にＦＲＰストランド２３６に加えられた引張応力の反力として）ＦＲＰストランド２３６に加えられた横方向（すなわち、半径方向）力は、第１のフランジ２０２及び／又は第２のフランジ２０４のより大きな部分全体にわたって分散し、それにより、タワーセクション１０６の製作時にＦＲＰストランド２３６を破壊させずに、ＦＲＰストランド２３６に対してより大きな引張荷重を加えることができるのを可能にする。
図１０は、ＦＲＰストランド２３６に所望の張力を加えた状態でのかつタワーセクション１０６の後続の製作段階時における、フレーム６００内に挿入された骨組み４００の断面図である。図１１は、図１０に示すような骨組み４００及びフレーム６００の一部分の拡大断面図である。この例示的な実施形態では、ＦＲＰストランド２３６に所望の張力を加えた後に、第１のフランジ２０２及び第２のフランジ２０４に対して壁型枠７００が結合される。この例示的な実施形態では、壁型枠７００は、環状外側枠７０２及び環状内側枠７０４を含む。内側枠７０４は、第１の端部７０６及び第２の端部７０８を含み、また外側枠７０２は、第１の端部７０６及び第２の端部７１２を含む。内側枠７０４は、該内側枠７０４が半径方向にファスナアパーチャ２２４の円周方向パターン及びＦＲＰストランド２３６の円周方向配列間に設置されるようにかつ該内側枠７０４の第１の端部７０６が第１のフランジ２０２の第１の支持表面２１２に当接すると共に該内側枠７０４の第２の端部７０８が第２のフランジ２０４の第２の支持表面２２０に当接するように、第１のフランジ２０２及び第２のフランジ２０４間に配置される。さらに、外側枠７０２は、該外側枠７０２がそれぞれ第１のフランジ２０２及び第２のフランジ２０４の外側表面２１４、２２２上に着座するようにかつ該外側枠７０２の第１の端部７１０が第１のフランジ２０２の第１の合せ表面２０８とほぼ整列すると共に該外側枠７０２の第２の端部７１２が第２のフランジ２０４の第２の合せ表面２１６とほぼ整列するように、ＦＲＰストランド２３６の半径方向外側に配置される。
内側枠７０４がＦＲＰストランド２３６の半径方向内側に配置されかつ外側枠７０２がＦＲＰストランド２３６の半径方向外側に配置されると、内側枠７０４及び外側枠７０２間に円周方向隙間Ｇが形成されかつＦＲＰストランド２３６がその隙間Ｇを貫通して長手方向に延びる。１つの実施形態では、壁型枠７００は、第１のフランジ２０２及び第２のフランジ２０４間で外側枠７０２及び／又は内側枠７０４を突出させるかつ／又は後退させるのを可能にするように（例えば、異なる寸法のタワーセクション１０６の製作時に同じ壁型枠７００を使用するのを可能にするように並びに／或いは第１のフランジ２０２及び／又は第２のフランジ２０４間での壁型枠７００の容易な挿入及び／又は取外しを可能にするように）、拡張可能な（例えば、伸縮自在な）ものとすることができる。幾つかの実施形態では、内側枠７０４及び／又は外側枠７０２は、本明細書で説明するようなタワーセクション１０６の製作ができるのを可能にするあらゆる好適な位置に配置することができる。他の実施形態では、第１のフランジ型枠４０２、第２のフランジ型枠４０４及び／又は壁型枠７００は、単体構造体（すなわち、単一の、連続したかつ未結合状態の材料）として、第１のフランジ２０２、第２のフランジ２０４及び／又は壁セクション２０６が硬化した後に該単体構造体を取外すようにすることができる。１つの実施形態では、第１のフランジ型枠４０２、第２のフランジ型枠４０４及び／又は壁型枠７００が単体構造体である場合には、第１のフランジ２０２及び／又は第２のフランジ２０４の形成（例えば、注入及び硬化）時に、空洞Ｃ及び隙間Ｇ間に一時的壁を形成して、隙間Ｇ内へのＵＨＰＣの流れを防止するのを可能にすることができる。
この例示的な実施形態では、ＦＲＰストランド２３６が隙間Ｇを貫通して延びている状態で、内側枠７０４及び外側枠７０２間の隙間Ｇ内にコンクリート材料を付加しかつ該コンクリート材料を硬化させ、それによって壁セクション２０６（図２に示す）を形成することが可能になる。この例示的な実施形態では、ほぼ水平位置にフレーム６００を配向させた状態（例えば、地表面又はテーブル面のような平らな表面上にベース６０２を配置した状態）で、隙間Ｇ内にコンクリート材料が付加される。１つの実施形態では、コンクリート材料は、あらゆる好適なコンクリート注入法により隙間Ｇ内に付加することができる。他の実施形態では、壁型枠７００が内側枠７０４を含まない場合には、壁セクション２０６のコンクリート材料は、スピニング法により付加することができる（例えば、長手方向軸線Ｌの周りで骨組み４００及び／又はフレーム６００を回転させて、「スパンコンクリート」を得るのを可能にすることができる）。それに代えて、垂直位置にフレーム６００を配向させた状態で、隙間Ｇ内に壁セクション２０６のコンクリート材料を付加することができる。この例示的な実施形態では、壁セクション２０６のコンクリート材料が硬化した後に、内側枠７０４及び外側枠７０２は取外される。内側枠７０４及び外側枠７０２を取外した状態で、タワーセクション１０６は完全に製作され（図２に示すように）、かつタワーセクション１０６をフレーム６００から取外すことができる。
フレーム６００から取外した後に、タワーセクション１０６は次に、図１に示すように、隣接するタワーセクション１０６と積重ねかつ／又は該隣接するタワーセクション１０６に締結する（例えば、互いに隣接タワーセクション１０６を第１のファスナアパーチャ２２４及び／又は第２のファスナアパーチャ２２６を介してボルト止めすることによって）ことができる。この例示的な実施形態では、風力タービン１００の運転時に、壁セクション２０６及びフランジ２０２、２０４は互いに結合するのではなくて、むしろ、各タワーセクション１０６の製作時にＦＲＰストランド２３６に加えた張力及び他のタワーセクションの上での各タワーセクション１０６の重量により、フランジ２０２、２０４及び壁セクション２０６を互いに当接状態に維持することが可能になる（すなわち、フランジ２０２、２０４及び／又は壁セクション２０６が互いに対して横方向に移動するのを防止することが可能になる）。他の実施形態では、付加的ファスナ（例えば、機械的ファスナ及び／又は粘着性ファスナ）を設けて、風力タービン１００の運転時にフランジ２０２、２０４及び／又は壁セクション２０６を互いに対して適当な位置に維持するのを可能にすることができる。１つの実施形態では、タワーセクション１０６の製造時に、複数のより短い、応力が掛っていないＦＲＰストランド２３６をフランジ２０２、２０４及び壁セクション２０６内に埋込んで、該より短い、応力が掛っていないＦＲＰストランド２３６がフランジ２０２、２０４及び壁セクション２０６間で延びて、風力タービン１００の運転時にフランジ２０２、２０４及び壁セクション２０６を当接状態に維持するのを可能にする（例えば、フランジ２０２、２０４及び／又は壁セクションが、互いに対して横方向に移動するのを防止することを可能にする）ようにすることができる。
図１２は、本明細書で説明するように風力タービンタワーを組立てる又は製作する方法８００のフローチャートである。この例示的な実施形態では、本方法は、少なくとも１つの繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）ストランドを準備するステップ８０２と、ＦＲＰストランドの第１の部分を第１のコンクリートセグメント内に埋込むステップ８０４と、ＦＲＰストランドの第３の部分が第１のコンクリートセグメントから第２のコンクリートセグメントまで延びるように、該ＦＲＰストランドの第２の部分を第２のコンクリートセグメント内に埋込むステップ８０６とを含む。本方法８００はまた、ＦＲＰストランドの第３の部分に対して張力が加わるように、第１のコンクリートセグメント及び第２のコンクリートセグメントの少なくとも一方を他方に対して移動させるステップ８０８を含む。
本明細書で説明する方法及びシステムは、タワーに非腐食性補強材を使用して、該タワーを薄い厚さ（補強材を囲むより小さいコンクリート層）で製作して、それによって該タワー（及び個々のタワーセクション）の全重量を低減すると共に建設現場までの該タワーの輸送をより容易にすることができるようにするのを可能にする。さらに、本明細書で説明する方法及びシステムは、薄い厚さにも拘らずタワーを強化するのを可能にする（例えば、本明細書で説明する方法及びシステムは、タワーの疲労強度及び引張強度を高めるのを可能にし、それにより、ナセル近傍でのタワーの直径を縮小するのを可能にすることができる）。
以上、風力タービンタワー並びにそれを組立てる又は製作するためのシステム及び方法の例示的な実施形態について詳細に説明している。本明細書で説明した方法及びシステムは、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ本システムの構成要素及び／又は本方法のステップは、本明細書に記載した他の構成要素及び／又はステップとは独立してかつ別個に利用することができる。例えば、本明細書で説明した方法及びステップは、本明細書に記載したような風力タービンで実施することに限定されない他の用途を有することができる。むしろ、本明細書で説明した方法及びシステムは、様々な他の産業と関連させて実施しかつ利用することができる。
本明細書は最良の形態を含む実施例を使用して、本発明を開示し、また当業者が、あらゆる装置又はシステムを製作しかつ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の実施を行うことを可能にもする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって定まり、また当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになることを意図している。
１００ 風力タービン
１０２ タワー
１０４ ナセル
１０６ タワーセクション
１０８ ロータ
１１０ ハブ
１１２ ロータブレード
１１４ 第１のロータブレード
１１６ 第２のロータブレード
１１８ 第３のロータブレード
２０２ 第１のフランジ
２０４ 第２のフランジ
２０６ 壁セクション
２０８ 第１の合せ表面
２１０ 第１の内側表面
２１２ 第１の支持表面
２１４ 外側表面
２１６ 第２の合せ表面
２１８ 第２の内側表面
２２０ 第２の支持表面
２２２ 第２の外側表面
２２４ 第１のファスナアパーチャ
２２６ 第２のファスナアパーチャ
２２８ 第１の端部表面
２３０ 第２の端部表面
２３２ 内部表面
２３４ 外部表面
２３６ ＦＲＰストランド
３００ フランジ型枠
３０２ 内側壁
３０４ 合せ壁
３０６ 外側壁
３０８ 支持壁
３１０ 支持壁ストランドアパーチャ
３１２ 合せ壁ストランドアパーチャ
３１４ 複数のファスナボス
４００ 骨組み
４０２ 第１のフランジ型枠
４０４ 第２のフランジ型枠
４０６ 第１の部分
４０８ 第２の部分
４１０ 第３の部分
４１２ 外側表面
４１４ 外側表面
６００ フレーム
６０２ ベース
６０４ 第１の側壁
６０６ 第２の側壁
６０８ フレームアパーチャ
６１０ ファスナ
７００ 壁型枠
７０２ 外側枠
７０４ 内側枠
７０６ 第１の端部
７０８ 第２の端部
７１０ 第１の端部
７１２ 第２の端部
８００ 方法
８０２ 少なくとも１つの繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）ストランドを準備するステップ
８０４ ＦＲＰストランドの第１の部分を第１のコンクリートセグメント内に埋込むステップ
８０６ ＦＲＰストランドの第３の部分が第１のコンクリートセグメントから第２のコンクリートセグメントまで延びるように、該ＦＲＰストランドの第２の部分を第２のコンクリートセグメント内に埋込むステップ
８０８ ＦＲＰストランドの第３の部分に対して張力が加わるように、第１のコンクリートセグメント及び第２のコンクリートセグメントの少なくとも一方を他方に対して移動させるステップ

Claims (10)

  1. 風力タービンタワー（１０２）であって、
    複数のタワーセクション（１０６）を含み、前記タワーセクションの少なくとも１つが、
    第１のコンクリートセグメントと、
    前記第１のコンクリートセグメントとは別個に形成された第２のコンクリートセグメントと、
    前記第１のコンクリートセグメント及び第２のコンクリートセグメントとは別個に形成されかつ該第１のコンクリートセグメント及び第２のコンクリートセグメント間に配置された第３のコンクリートセグメントと、を含む、
    風力タービンタワー（１０２）。
  2. 前記第１のコンクリートセグメント内に埋込まれた第１の部分（４０６）、前記第２のコンクリートセグメント内に埋込まれた第２の部分（４０８）及び前記第３のコンクリートセグメント内に埋込まれた第３の部分（４１０）を備えた少なくとも１つの繊維強化プラスチック（「ＦＲＰ」）ストランド（２３６）をさらに含む、請求項１記載の風力タービンタワー（１０２）。
  3. 前記第１の部分（４０６）が、第１の張力を有し、
    前記第２の部分（４０８）が、前記第１の張力とほぼ同じ第２の張力を有し、また
    前記第３の部分（４１０）が、前記第１の張力及び第２の張力とほぼ同じ第３の張力を有する、
    請求項２記載の風力タービンタワー（１０２）。
  4. 前記第１部分（４０６）が、第１の張力を有し、
    前記第２の部分（４０８）が、第２の張力を有し、また
    前記第３の部分（４１０）が、前記第１の張力及び第２の張力とは異なる第３の張力を有する、
    請求項２記載の風力タービンタワー（１０２）。
  5. 前記第１のコンクリートセグメント及び第２のコンクリートセグメントの少なくとも１つが、超高性能コンクリート（「ＵＨＰＣ」）で製作される、請求項１乃至４のいずれか１項記載の風力タービンタワー（１０２）。
  6. 前記第３のコンクリートセグメントが、前記ＵＨＰＣとは異なる組成を含むコンクリート材料で製作される、請求項５記載の風力タービンタワー（１０２）。
  7. 前記第１の部分（４０６）の少なくとも１つが、前記第１のコンクリートセグメントに直接結合され、
    前記第２の部分（４０８）が、前記第２のコンクリートセグメントに直接結合され、また
    前記第３の部分（４１０）が、前記第３のコンクリートセグメントに直接結合される、
    請求項２乃至６のいずれか１項記載の風力タービンタワー（１０２）。
  8. 風力タービンタワーセクション（１０６）を製作するためのシステムであって、
    その各々が環状空洞及び該環状空洞へのアクセスを可能にするように構成された第１のアパーチャを形成した第１のフランジ型枠（４０２）及び第２のフランジ型枠（４０４）と、
    内側枠（７０４）及び外側枠（７０２）を備えかつ前記第１のフランジフランジ型枠及び第２のフランジ型枠間に結合されて、該第１のフランジフランジ型枠の第１のアパーチャ（６０８）及び該第２のフランジ型枠の第１のアパーチャが該内側枠及び外側枠間で互いに向かって配向されるようになるように構成された壁型枠（７００）と、を含む、
    システム。
  9. ベース（６０２）、該ベースから延びる第１の側壁（６０４）及び該ベースから延びる第２の側壁（６０６）を備えかつ前記壁型枠のギャップ内にコンクリート材料を付加する時に前記第１の側壁及び第２の側壁間に前記タワーセクション（１０６）を支持するように構成されたフレーム（６００）をさらに含む、請求項８記載のシステム。
  10. 前記第１のフランジ型枠（４０２）及び第２のフランジ型枠（４０４）の各々が、前記第１のアパーチャと対向して第２のアパーチャ（６０８）を、該第１のアパーチャ及び第２のアパーチャが前記空洞を横切ってほぼ同軸に整列するように形成する、請求項８又は９記載のシステム。
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