專利名稱：風(fēng)塔及其組裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請一般地涉及與風(fēng)力渦輪機(jī)一起使用的風(fēng)塔，并且更
具體地，涉及可使用粘膠劑來把風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的多個(gè)部分結(jié)合到一 起而組裝的風(fēng)塔。
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機(jī)正在被日益增多地用來產(chǎn)生電能。至少一些已 知的風(fēng)力渦輪機(jī)包括風(fēng)力渦輪機(jī)塔架、位于風(fēng)力渦輪機(jī)塔架上的短 艙(nacelle)和通過軸而支撐在短搶中的轉(zhuǎn)子。在至少一些已知的風(fēng)力 渦輪機(jī)中，風(fēng)力渦輪機(jī)塔架包括三個(gè)塔架部分頂部部分、中部部 分和底部部分。各塔架部分均由一個(gè)到十個(gè)或者更多的單個(gè)罐狀段 制成，這些段典型地焊接到一起。在已知的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架中，頂部部分是離地面最遠(yuǎn)的部 分，而底部部分接觸地面。中部部分在頂部部分和底部部分之間延伸。 各風(fēng)力渦輪機(jī)塔架部分提供從渦輪機(jī)到地面的具有強(qiáng)健的結(jié)構(gòu)性負(fù) 載路徑的部分。此外，風(fēng)力渦輪機(jī)塔架部分還對系統(tǒng)可能需要的任何 機(jī)械內(nèi)部部件和/或電氣內(nèi)部部件提供支撐。已知的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架部 分通過焊接、螺栓連接和/或其它已知的機(jī)械緊固件組件連接到一起以 形成風(fēng)力渦輪機(jī)塔架。特別地，把各風(fēng)力渦輪機(jī)塔架部分的罐狀段焊 接到一起以形成各個(gè)單獨(dú)的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架部分，然后把鄰近的塔架 部分聯(lián)接到 一起以形成風(fēng)力渦輪機(jī)塔架。對于已知的風(fēng)力渦輪機(jī)，在組裝之前使用長途貨運(yùn)卡車把 風(fēng)力渦輪機(jī)塔架運(yùn)輸?shù)浇ㄔ靾鏊?。用車輛來運(yùn)輸具有從大約60英尺 到大約150英尺的長度的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架部分，除了其可操作性不夠
4以外，道路運(yùn)輸長為60英尺到150英尺的塔架部分也可能是昂貴的。 此外，由于難于駕駛通過急彎，所以必須安排專門的路徑來運(yùn)輸。而 且，從卡車上裝載和卸載長的塔架也可能是困難的。因此，有時(shí)必須 通過船只或直升飛機(jī)來運(yùn)輸塔架部分，這兩種方式都會(huì)增加成本?？紤]到前述情況，如果可以在建造場所處容易地組裝用于 風(fēng)力渦輪機(jī)的塔架，那么這將是有利的。然而，在建造場所處可能不
樣，就需要一種備選方式來把風(fēng)力渦輪機(jī)塔架部分連接到一起，以制 造可以承受風(fēng)力渦輪機(jī)典型地所經(jīng)受的風(fēng)力條件和溫度條件的風(fēng)力 渦輪機(jī)。特別地，使用用于把塔架部分結(jié)合到一起的粘膠劑來在建造 場所處形成風(fēng)力渦輪機(jī)塔架將是有利的。此外，使用粘膠劑來結(jié)合塔 架部分的罐狀段以在建造場所處形成塔架部分自身將更有利。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面中，提供了組裝用于和風(fēng)力渦輪機(jī)一起使用的 塔架的方法。該方法包括提供多個(gè)塔架段。各塔架段均包括第一界面 和第二界面。該方法還包括使用粘膠劑把第 一塔架段的第 一界面結(jié)合 到第二塔架段的第二界面上。在另 一個(gè)方面中，提供了用于和風(fēng)力渦輪機(jī)一起使用的塔 架。該塔架包括多個(gè)塔架段。各塔架段均包括第一界面和第二界面。 通過粘膠劑把第一塔架段的第一界面結(jié)合到第二塔架段的第二界面 上。在又一個(gè)方面中，提供了風(fēng)力渦輪機(jī)組件。該組件包括風(fēng) 力渦輪機(jī)和塔架。把風(fēng)力渦輪機(jī)聯(lián)接到塔架上。該塔架包括多個(gè)塔架 段。各塔架段均包括第一界面和第二界面。通過粘膠劑把第一塔架段 的第一界面結(jié)合到第二塔架段的第二界面上。


圖1是示范性風(fēng)力渦輪機(jī)的透視圖；
圖2是在圖1中所示的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的一部分的放大透 視圖；圖3是在圖2中所示的罐狀段的局部截面圖；圖4是在圖3中所示的罐狀段被聯(lián)接到一起以形成在圖1
和圖2中所示的塔架部分的放大圖；圖5是在圖4中所示并且被連接到一起的罐狀段的一部分
的截面圖；和圖6是在圖5中所示并且沿著區(qū)域6選取的罐狀段的一部 分的放大圖。
部件列表
100風(fēng)力渦輪沖幾
120風(fēng)力渦輪機(jī)塔架
160葉片
162葉片
164葉片
240頂部^荅架部分 260中部塔架部分 262罐狀段 264罐狀段 280底部塔架部分 330第一界面 340第二界面 432丘狀突起 435粘膠劑 442凹槽
具體實(shí)施例方式圖1是包括風(fēng)力渦輪機(jī)塔架120和三個(gè)葉片160、162和164 的示范性風(fēng)力渦輪機(jī)100的透視圖。圖2是風(fēng)力渦輪機(jī)塔架120的一 部分的放大透視圖。在示范性實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)塔架120由三個(gè) 部分組裝而成分別是，頂部塔架部分240、中部塔架部分260和底 部塔架部分280。本領(lǐng)域技術(shù)人員將能理解的是，盡管圖1和圖2圖 示了風(fēng)力渦輪機(jī)塔架120僅包括三個(gè)塔架部分240、 260和280，但是 在不偏離本申請范圍的情況下，風(fēng)力渦輪機(jī)塔架可用多于三個(gè)的部分 或少于三個(gè)的部分組裝而成。此外，在示范性實(shí)施例中，各塔架部分 240、 260和280的長度L！都在大約二十英尺和大約兩百英尺之間。 而且，在示范性實(shí)施例中，各塔架部分240、 260和280的直徑D,都 是大約三十英尺。在示范性實(shí)施例中，例如，各風(fēng)力渦輪機(jī)塔架部分240、 260 和280均由 一個(gè)或多個(gè)罐狀段262和264制成。圖3是被聯(lián)接到 一起 以形成風(fēng)力塔架部分260的罐狀段262和264的局部截面圖。在示范 性實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)部分260僅分別包括兩個(gè)罐狀段262和264。 在備選實(shí)施例中，各塔架部分240、 260和280均可包括任何適當(dāng)個(gè) 數(shù)的罐狀段。在示范性實(shí)施例中，各罐狀段262和264均具有在大約 十英尺和二十英尺之間的長度L2，以及大約三十英尺的直徑D,。此 外，在示范性實(shí)施例中，罐狀段262和264各由相同的鋼材料制成。 其它的非金屬材料，例如但不局限于復(fù)合材料和/或混凝土，也可適合 用來制造罐狀,殳262和264。在示范性實(shí)施例中，罐狀段262和264各形成有第一界面 330和第二界面340。各第一界面330通過粘膠劑(圖未示)聯(lián)接到相應(yīng) 的罐狀段264的第二界面340上，以形成塔架部分260。在示范性實(shí) 施例中，當(dāng)把罐狀段262聯(lián)接到罐狀段264上時(shí)，界面330和界面340 重疊。重疊的長度L3取決于所需的面積量，以便于控制引入到粘膠劑 上的剪應(yīng)力和拉應(yīng)力，并且該重疊的長度L3將典型地在大約十五厘米
7到大約一百厘米的范圍內(nèi)。圖4是被聯(lián)接到一起以形成塔架部分260的罐狀段262和 264的放大圖。圖5是被聯(lián)接到一起的罐狀段262和264的一部分的 截面圖。圖6是罐狀段262和264的一部分的放大圖。對于風(fēng)力渦輪 機(jī)領(lǐng)域中技術(shù)人員而言，界面330和界面340可以是任何已知的界面。 例如，在一個(gè)實(shí)施例中，界面330和界面340是機(jī)加工的階梯界面。 在另一個(gè)實(shí)施例中，界面330和界面340是構(gòu)造成一旦連接就互鎖在 一起的丘狀突起和凹槽界面。例如，圖4到圖6圖示了具有多個(gè)丘狀 突起432的罐狀段262的第一界面330和具有多個(gè)凹槽442的罐狀段 264的第二界面340。在示范性實(shí)施例中，界面330和340各形成有漸縮的構(gòu)造。 更特別地，在示范性實(shí)施例中，界面330和340各在大約一度和大約 五度之間漸縮。在另一個(gè)實(shí)施例中，并且如本領(lǐng)域技術(shù)人員將能理解 的，界面330和340可以以任何適當(dāng)?shù)亩葦?shù)漸縮，該度數(shù)使得罐狀段 262和264能夠如在本文中所描述的那樣聯(lián)接。此外，在示范性實(shí)施 例中，使用任何適當(dāng)?shù)姆椒?，例如但不局限于槽模涂布方法、直接?印方法、帶有逆轉(zhuǎn)輥轉(zhuǎn)印的照相凹印方法、簾式涂布方法、坡流(級聯(lián)) 涂布方法、前輥和逆輥式涂布方法、擠壓涂布方法、回轉(zhuǎn)篩方法、噴 霧嘴應(yīng)用、柔版印刷方法、刷涂和拉粘方法(pull and stick),將粘膠劑 涂敷到界面330和340中的至少一個(gè)界面上。在一個(gè)實(shí)施例中，把粘膠劑應(yīng)用到第一罐狀段262的第一 界面330上，并且把第一罐狀段262聯(lián)接到第二罐狀段264的第二界 面340上，以形成風(fēng)力渦輪機(jī)塔架部分260。典型地，把具有從大約 0.5毫米(mm)到大約5mm厚度的粘膠劑層涂敷到第 一罐狀段262的第 一界面330上。在另一個(gè)實(shí)施例中，把粘膠劑涂敷到第二罐狀段264 的第二界面340上。在又一個(gè)實(shí)施例中，把粘膠劑涂敷到第一罐狀段 262的第一界面330和第二罐狀段264的第二界面340 二者上。參考圖4到圖6,在一個(gè)實(shí)施例中，在已經(jīng)把粘膠劑435涂敷到罐狀段262和264上之后，把段262和段264擠壓到 一起以形成 過盈配合。特別地，如在圖6中所描繪的，使用粘膠劑435和過盈配 合把第一罐狀段262的第一界面330聯(lián)接到第二罐狀段264的第二界 面340上。典型地，使用任何適當(dāng)?shù)姆绞剑ǖ痪窒抻趭A子，把 罐狀段262和264彼此相靠地保持就位。過盈配合在罐狀段262和264 的兩個(gè)界面330和340之間產(chǎn)生摩擦，因此便于更堅(jiān)固的結(jié)合。在一 些實(shí)施例中，由于過盈配合所產(chǎn)生的更堅(jiān)固的結(jié)合使得能夠使用較低 強(qiáng)度的粘膠劑，以用來產(chǎn)生具有如在下面所討論的各種功能特性的風(fēng) 力渦輪機(jī)塔架段。在制造了風(fēng)力渦輪機(jī)塔架部分240、 260和280之后，使用 在本文中所描述的方法在這些塔架部分各自的界面330和340處把它 們結(jié)合到一起。特別地，如對于罐狀段262和264，把粘膠劑435涂 敷到第一塔架部分240的第一界面330上，然后使第一塔架部分240 的第一界面330與第二塔架部分260的第二界面340相接觸，以形成 塔架120。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以使用具有特定的物理特性和功能特性的任 何粘膠劑把被用于本公開的風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架和風(fēng)力渦 輪機(jī)塔架部分的罐狀段適當(dāng)?shù)剡B接到一起，以制造滿足Germanischer Lloyd(GL)-風(fēng)機(jī)認(rèn)證(Wind Certification)的風(fēng)力渦輪機(jī)。特別地，在示范性實(shí)施例中， 一旦組裝，風(fēng)力渦輪機(jī)100 就將具有在大約160英尺到大約600英尺之間的總高度，并具有在大 約15英尺到大約45英尺之間的直徑。為了被實(shí)施以用作風(fēng)力渦輪機(jī)， 風(fēng)力渦輪機(jī)100必須進(jìn)行GL-風(fēng)機(jī)認(rèn)證。為了認(rèn)證，制造商就必須設(shè) 計(jì)在經(jīng)受極端的風(fēng)力條件和溫度條件的同時(shí)將能可靠地產(chǎn)生低成本 能源20年的風(fēng)力渦輪機(jī)。盡管風(fēng)力渦輪機(jī)所經(jīng)受的平均負(fù)載是最小 的，但具有顯著強(qiáng)度的隨機(jī)力會(huì)以不可預(yù)知的間隔撞擊結(jié)構(gòu)。這樣， Germanischer Lloyd(GL)發(fā)現(xiàn)了在這些條件下用于精確地評估疲勞壽 命的設(shè)計(jì)。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用粘膠結(jié)合的罐狀段和塔架部分來組 裝風(fēng)力渦輪機(jī)100，并且該風(fēng)力渦輪機(jī)100是GL-風(fēng)機(jī)認(rèn)證的。這就 是說，風(fēng)力渦輪機(jī)100在從大約-40。C(-40。F)到大約5CTC(122。F)的溫 度條件下具有如GL-風(fēng)機(jī)認(rèn)證所要求的20年的風(fēng)力疲勞壽命。而且， 通過使用粘膠劑，可以不再需要傳統(tǒng)所使用的焊接方法和材料或者其 它機(jī)械連接器，這樣，可以在建造場所處把罐狀段262和264與風(fēng)力 渦輪機(jī)塔架部分240、 260和280聯(lián)接到一起。特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)某 些粘膠劑能夠?yàn)檫@樣產(chǎn)生的風(fēng)力渦輪機(jī)提供適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，以替代鉚 接、點(diǎn)焊和其它的永久機(jī)械緊固件。在示范性實(shí)施例中，本文所述的粘膠劑具有至少大約500 kPa(72.5 lb/in"的抗拉強(qiáng)度。更適當(dāng)?shù)?，在一個(gè)實(shí)施例中，粘膠劑具有 至少大約600kPa(87.01b/ii^)的抗拉強(qiáng)度；甚至更適當(dāng)?shù)?，具有至少?約620kPa(89.91b/in勺的抗拉強(qiáng)度。在一個(gè)實(shí)施例中，在本文中所使用 的粘膠劑適當(dāng)?shù)鼐哂兄辽俅蠹s30 MPa(4350 lb/in勺的抗拉強(qiáng)度。此外，在示范性實(shí)施例中，在本文中所使用的粘膠劑具有 至少大約210 N/mm的剝離強(qiáng)度。更適當(dāng)?shù)?，在一個(gè)實(shí)施例中，粘膠 劑具有至少大約300 N/mm的剝離強(qiáng)度；甚至更優(yōu)選地，具有至少大 約350N/mm的剝離強(qiáng)度。而且，在示范性實(shí)施例中，在本文中所使用的粘膠劑具有 至少大約450kPa(62.3 lb/in"的動(dòng)剪強(qiáng)度。更適當(dāng)?shù)?，在一個(gè)實(shí)施例中， 粘膠劑具有至少大約480 kPa(69.6 lb/in勺的動(dòng)剪強(qiáng)度；更優(yōu)選地，具有 至少大約500kPa(72.51b/in"的動(dòng)剪強(qiáng)度；甚至更適當(dāng)?shù)兀哂兄辽俅?約550 kPa(79.8 lb/inS)的動(dòng)剪強(qiáng)度。此外，在示范性實(shí)施例中，在本文中所使用的粘膠劑在大 約72。F(22。C)的溫度下適當(dāng)?shù)鼐哂兄辽俅蠹s1000克的靜剪強(qiáng)度。更適 當(dāng)?shù)兀衬z劑在大約72°F (22°C)的溫度下具有至少大約1250克的靜剪 強(qiáng)度；甚至更適當(dāng)?shù)?，在大約72。F(22。C)的溫度下具有至少大約1500 克的靜剪強(qiáng)度。此外，在本文中所使用的粘膠劑在大約150。F(66。C)的溫度下適當(dāng)?shù)鼐哂兄辽俅蠹s500克的靜剪強(qiáng)度。更適當(dāng)?shù)?，粘膠劑 在大約150。F(66。C)的溫度下具有至少大約750克的靜剪強(qiáng)度；甚至更 適當(dāng)?shù)?，在大約150T(66。C)的溫度下具有至少大約IOOO克的靜剪強(qiáng)度。在本公開中使用的特別優(yōu)選的粘膠劑是例如可從3M Woridwide(St. Paul, Minnesota)商業(yè)上獲得的VHB頂(極高粘性)粘合 劑。特別地，VHBTM粘合劑典型地是顯示出粘彈特性的丙烯酸泡沫粘 合劑。泡沫粘膠劑吸收能量以提供高強(qiáng)度水平，以及卓越的抗疲勞性 和聲音阻尼特性與振動(dòng)阻尼特性。可以在本公開中使用各種VHB 粘合劑。VHB 粘合劑的實(shí)例包括多用途的丙烯酸VHB 粘合劑(例 如，4941號和4945號VHBTM粘合劑)；通用用途的丙烯酸VHB頂粘 合劑(例如，4950號；4611號和4622號VHB頂粘合劑)；以及可適用 于低溫的丙烯酸VHB 粘合劑(例如，4951號VHB 粘合劑)。在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，粘膠劑還包括阻尼材料，該 阻尼材料可以減弱動(dòng)態(tài)振動(dòng)負(fù)載，并且還可以用來減小噪聲傳輸。當(dāng)介紹本公開或者其優(yōu)選實(shí)施例的元件時(shí)，用語"一，，、 "一個(gè)"、"該"和"所述"意指存在一個(gè)或多個(gè)該元件。用語"包 括"、"包含"和"具有"意指包含性的并且意指除了所列出的元件 以外可能還有另外的元件。上述系統(tǒng)和方法便于提供可以在建造場所處組裝的風(fēng)力渦 輪機(jī)塔架。因此，風(fēng)力渦輪機(jī)塔架部分可以以比已知的風(fēng)力渦輪機(jī)塔 架部分更小的部分來運(yùn)輸。因而，上述系統(tǒng)和方法便于減小與運(yùn)輸和 組裝風(fēng)力渦輪機(jī)塔架相關(guān)的成本。由于在不偏離本公開范圍的情況下可以對上面的結(jié)構(gòu)和方 法做出各種變化，因此預(yù)期的是，包含在上面描述中以及顯示在附圖 中的所有內(nèi)容都應(yīng)該以說明性而非限制性的意義來解釋。
權(quán)利要求
1.一種與風(fēng)力渦輪機(jī)(100)一起使用的塔架(120)，所述塔架包括多個(gè)塔架段(262，264)，其中各塔架段均包括第一界面(330)；和第二界面(340)，其中用粘膠劑(435)把第一塔架段的第一界面結(jié)合到第二塔架段的第二界面上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔架(120),其特征在于 所述第一界面(330)包括多個(gè)丘狀突起(432);和 所述第二界面(340)包括多個(gè)凹槽(422)，所述第一塔架段(262)的所述多個(gè)丘狀突起構(gòu)造成與所述第二塔架段(264)的所述多個(gè)凹槽互 鎖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔架(120),其特征在于把多個(gè)所述塔架段(262，264)結(jié)合到一起，以形成至少一個(gè)塔架部 分(240,260);和把至少兩個(gè)所述塔架部分結(jié)合到一起以形成所述塔架。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔架(120),其特征在于，所述粘膠劑 (435)具有至少210 N/mm的剝離強(qiáng)度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔架(120)，其特征在于，所述粘膠劑 (435)具有至少500 kPa的抗拉強(qiáng)度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔架(120)，其特征在于，所述粘膠劑 (435)具有至少450kPa的動(dòng)剪強(qiáng)度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔架(120),其特征在于，所述粘膠劑 在大約22。C的溫度下具有至少IOOO克的靜剪強(qiáng)度，而在大約66。C的 溫度下具有至少500克的靜剪強(qiáng)度。
8. —種風(fēng)力渦輪機(jī)組件，包括 風(fēng)力渦輪機(jī)(100);和塔架(120)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)聯(lián)接在所述塔架上，所述塔架包括多個(gè)塔架段(262,264)，其中各塔架段均包括 第一界面(330);和第二界面(340),其中用粘膠劑(435)把第一塔架段的第一界面 結(jié)合到第二塔架段的第二界面上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)力渦輪機(jī)組件，其特征在于 所述第一界面(330)包括多個(gè)丘狀突起(432);和 所述第二界面(340)包括多個(gè)凹槽(422)，所述多個(gè)丘狀突起構(gòu)造成與所述多個(gè)凹槽互鎖。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)力渦專侖機(jī)組件，其特征在于，所述 粘膠劑(435)具有至少210 N/mm的剝離強(qiáng)度。
全文摘要
本發(fā)明涉及風(fēng)塔及其組裝方法，具體而言，提供了一種與風(fēng)力渦輪機(jī)(100)一起使用的塔架(120)。該塔架(120)包括多個(gè)塔架段(262，264)，其中各塔架段均包括第一界面(330)和第二界面(340)，其中用粘膠劑(435)把第一塔架段的第一界面結(jié)合到第二塔架段的第二界面上。
文檔編號F03D11/00GK101514671SQ20081016939
公開日2009年8月26日 申請日期2008年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月11日
發(fā)明者B·S·貝吉帕利, D·J·萬貝克, J·P·達(dá)維斯, T·M·格爾日波夫斯基 申請人:通用電氣公司