专利名称：用于与风力涡轮机一起使用的支承塔架及其设计系统的制作方法
技术领域：
本文描述的主题一般地涉及风力涡轮机，且更特别地，涉及用于与风力涡轮机一起使用的支承塔架。
背景技术：
至少一些已知的风力涡轮机包括安装在塔架顶上的机舱。该机舱包括通过轴联接到发电机上的转子组件。在已知的转子组件中，多个叶片从转子延伸。叶片定向成使得越过叶片的风使转子转动并使轴旋转，从而驱动发电机产生电力。至少一些已知的风力涡轮机包括格架型支承塔架，其包括多个垂直支承腿、横梁、 以及将横梁联接到垂直支承腿上的接头。至少一些已知的格架型支承塔架包括遭受大循环负载的开口框架垂直支承腿，大循环负载导致腿构件的大的移位，以及部分地由于缺少横截面环向刚性而对腿构件引起的增大的弯曲应力以及扭曲应力。至少一些已知的格架型支承塔架具有垂直支承腿，其包括具有增大的材料质量和刚性以便于减小弯曲和扭曲应力以及移位的横截面。
发明内容
一方面，提供了用于与风力涡轮机一起使用的格架塔架。该格架塔架包括从支承表面延伸的至少一个支承件。至少一个横支承构件联接到该支承件上以形成该格架塔架。 增强组件联接到该支承件上，从而将至少一部分对该支承件引起的弯曲负载和扭曲负载传递至该增强组件，从而促进减小该支承件的局部变形。在另一方面，提供了一种风力涡轮机。该风力涡轮机包括机舱，可旋转地联接到该机舱上的转子，以及联接到该机舱上用于距支承表面一段距离而支承该机舱的格架塔架。 该格架塔架包括从支承表面延伸的至少一个支承件。至少一个横支承构件联接到该支承件上以形成该格架塔架。增强组件联接到该支承件上，从而将至少一部分对该支承件引起的弯曲负载和扭曲负载传递至该增强组件。在又另一方面，提供了一种设计用于风力涡轮机的塔架的方法。该方法包括从数据收集系统获取代表形成塔架的多个构件的第一元件数据。通过结构设计系统计算至少部分地基于所获取的第一元件数据的第一基准性能数据。标识出具有小于预定性能数据的计算基准性能数据的至少一个第一构件。标识出代表增强构件的第二元件数据，该增强构件选择性地联接到第一构件上以促进改善基准性能数据。
图1是示例性风力涡轮机的透视图。图2是适合与图1中显示的风力涡轮机一起使用的示例性支承腿的横截面视图。图3是图2中所示的支承腿的放大的透视图。图4-7是适合用于与图1中所示的风力涡轮机一起使用的支承腿的备选实施例的部分横截面视图。图8是适合与图1中所示的风力涡轮机一起使用的备选支承腿的部分透视图。图9是图8中显示的备选支承腿的部分横截面视图。图10是适合用来设计图1中所示的风力涡轮机的计算系统的方块图。图11是显示用于与图10中所示的系统一起使用的示例性服务器计算机装置的方块图。图12是显示用于与图10中所示的系统一起使用的示例性用户计算机装置的方块图。图13是显示用于设计适合用来与图1中所示的风力涡轮机一起使用的塔架的示例性方法的流程图。零部件列表10风力涡轮机
12塔架
14支承表面
15发电机
16机舱
18转子
20轮毂
22转子叶片
28方向
30旋转轴线
32桨距调节系统
40垂直支承腿
42横构件
43垂直轴线
44横支承区域
50第一垂直支承丨
52第二垂直支承丨
54较低支承构件
56较高支承构件
58底座
60过渡区域
62增强组件
64风力
66箭头
66弯曲负载
80底座构件
82第一臂
84第二臂
86支承腿内表面
88空腔
90第一翼状壁
92第二翼状壁
96第一横构件
98第二横构件
100增强组件
102第一增强构件
104凸缘
106第一凸缘延伸部
108第二凸缘延伸部
110内表面
112螺栓
114第一开口
116螺栓
117第二开口
118较高横构件
120较低横构件
124第一末端部分
126第二末端部分
128增强组件长度
129纵向轴线
130第二增强构件
132加劲件
134第一加劲构件
136第二加劲构件
138第三加劲构件
140第三增强构件
142外表面
144第一外加劲件
146第二外加劲件
150增强盒
152内表面
154空腔
156高压缩性强度材料
158增强杆
160杆桩
162通道支承件
164第一通道支承件
说明书
3/12 页
50085]166长度
0086]168第二通道支承件
0087]170宽度
0088]172主体
0089]180支 7 杆
0090]182开口
0091]184紧固件
0092]200过渡构件
0093]202第一部分
0094]204第二部分
0095]206夕卜表面
0096]208外表面
0097]210夕卜表面
0098]212支承构件外表面
0099]214中间部分
0100]216弧形外表面
0101]220拉杆托架
0102]230增强座
0103]232外构件
0104]234内构件
0105]236空腔
0106]238开口
0107]240第二开口
0108]242内表面
0109]246第一紧固件
0110]248第一开口
0111]300计算系统
0112]302网络
0113]304用户计算机装置
0114]306结构设计系统
0115]308处理器
0116]310存储区域
0117]312通信接口
0118]314数据采集系统
0119]316数据库
0120]320处理器
0121]322存储区域
0122]324呈现装置
0123]326用户0124]328输入装置0125]330通信接口0126]400方法0127]402获取代表多个结构构件的第一元件数据，其代表第一塔0128]架0129]404至少部分地基于获取的元件数据计算第一基准性能数0130]据0131]406标识出具有小于预定性能数据的计算基准性能数据的0132]至少一个第一结构构件0133]408标识出代表联接到标识的结构构件上的增强组件的第0134]二元件数据0135]410计算第二基准性能数据0136]412验证第二基准性能是否等于预定性能0137]414显示第二基准性能
具体实施例方式本文所述的实施例便于组装风力涡轮机支承塔架。更具体地，本文所述的实施例包括的增强组件，该增强组件促进减小由环境负载对风力涡轮机塔架的支承腿引起的弯曲和扭曲应力，并促进减小风力涡轮机塔架的水平移位。此外，本文所述的增强组件促进减小支承腿的局部变形。如本文所用，用语“局部变形”指的是由于弯曲应力引起的结构性构件的结构性横截形状上的变化。图1是示例性风力涡轮机10的透视图。在该示例性实施例中，风力涡轮机10为水平轴线风力涡轮机。备选地，风力涡轮机10可为垂直轴线风力涡轮机。在该示例性实施例中，风力涡轮机10包括从支承表面14延伸的塔架12，安装到塔架12上的机舱16，位于机舱16内的发电机15，以及可旋转地联接到发电机15上的转子18。转子18包括可旋转的轮毂20以及联接到轮毂20上并从轮毂20向外延伸的至少一个转子叶片22。在该示例性实施例中，转子18包括三个转子叶片22。在一个备选实施例中，转子18包括多于或少于三个转子叶片22。转子叶片22围绕轮毂20隔开，以便于旋转转子18，从而使得能够从风将动能转换成可使用的机械能，并随后转换成电能。在该示例性实施例中，转子叶片22具有从大约30 米(m) (90英尺(ft))至大约120m(394ft)变化的长度。备选地，转子叶片22可具有使得风力涡轮机10能够如本文所述起作用的任何合适的长度。例如，转子叶片长度的其它非限制性示例包括IOm或更少，20m，37m,或大于120m的长度。当风从方向28撞击转子叶片22 时，转子18围绕旋转轴线30旋转。当转子叶片22旋转并遭受离心力时，转子叶片22同样遭受各种力和力矩。因而，转子叶片22可从中性(即不偏转)位置偏转和/或旋转至偏转位置。此外，转子叶片22的桨距角或叶片桨距，即确定转子叶片22相对于风的方向观的视角的角度，可通过桨距调整系统32来改变，以通过调整至少一个转子叶片22相对于风矢量的角位置而控制由风力涡轮机10产生的负载和功率。在该示例性实施例中，塔架12是格架型塔架，其包括两个或更多垂直支承腿40以
7及在垂直支承腿40之间延伸的至少一个横构件42以形成塔架12。垂直支承腿40在支承表面14和机舱16之间延伸并限定垂直轴线43。横构件42在横支承区域44处联接到垂直支承腿40上。在一个实施例中，至少一个横构件42在第一垂直支承腿50和第二垂直支承腿52之间倾斜地延伸。在该示例性实施例中，塔架12包括五个垂直支承腿40。在一个备选实施例中，塔架12包括多于或少于五个垂直支承腿40。在该示例性实施例中，至少一个垂直支承腿40包括第一或较低支承构件M和第二或较高支承构件56。较低支承构件M联接到位于支承表面14处或附近的底座58上。 较低支承构件M从底座58向上朝较高支承构件56延伸。较高支承构件56联接到较低支承构件M和机舱16上并在较低支承构件M和机舱16之间延伸，使得机舱16从塔架12 被支承，并定位在支承表面14上方距离Cl1处。在该示例性实施例中，较低支承构件M从支承表面14倾斜地延伸，并在过渡区60 处联接到较高支承构件56上。较高支承构件56大致垂直地从较低支承构件M向机舱16 延伸。塔架12还包括联接到至少一个垂直支承腿40上的至少一个增强组件62，用于促进减小由风力(由箭头64代表)对垂直支承腿40引起的弯曲负载和扭曲负载，并促进减小垂直支承腿40的局部变形。增强组件62还构造成促进减小塔架12的水平移位和/或旋转移位。在该示例性实施例中，增强组件62在横支承区域44和/或过渡区域60处或附近联接到垂直支承腿40上。增强组件62沿支承表面14和机舱16之间的垂直支承腿40 的长度选择性地定位。在一个实施例中，增强组件62沿塔架12在任何位置处联接到垂直支承腿40上，以使得风力涡轮机10能够如本文所述操作。在一个备选实施例中，增强组件 62沿着从支承表面14到机舱16延伸的垂直支承腿40的全长联接到垂直支承腿40上。在风力涡轮机10的运行期间，作用在风力涡轮机10上的风赋予风力64，该风力 64部分地转换成旋转能，且部分地转换成弯曲负载(由箭头66代表)，该弯曲负载倾向于使塔架12沿风力64的方向弯曲，并使机舱16从垂直轴线43移位距离d2。倾向于使垂直支承腿40沿水平方向和/或旋转方向移位的弯曲负载66从风力64赋予垂直支承腿40，使得对垂直支承腿40引起弯曲和扭曲应力。垂直支承腿40至少部分地将此类弯曲和扭曲应力传递至增强组件62，使得垂直支承腿40在风力涡轮机10的运行期间遭受减小的弯曲和扭曲负载。增强组件62被构造成促进增加塔架12中的刚性强度，以便遭受风力64时促进减小塔架12的水平移位和/或旋转移位。图2是图1中的横支承区域44处或附近沿截面线2-2的示例性垂直支承腿40的一部分的横截面视图。图3是沿图2中的截面线3-3的垂直支承腿40的放大透视图。图2 和图3中所示的同一部件用图1中所用的相同标号标示。在该示例性实施例中，横支承区域44包括联接到垂直支承腿40上的增强组件100。垂直支承腿40包括底座构件80、第一臂82以及相对的第二臂84。第一臂82联接到底座构件80上或与底座构件80形成一体， 并从底座构件80大致垂直地向外延伸。第二臂84联接到底座构件80上或与底座构件80 形成一体，并从底座构件80大致平行于第一臂82向外延伸，使得第一臂82和第二臂84处于相对的关系。在该示例性实施例中，第一臂82和第二臂84从底座构件80延伸，使得垂直支承腿40包括至少部分地限定空腔88的内表面86。第一翼状壁90联接到第一臂82上或与第一臂82形成一体，并从第一臂82倾斜地向外延伸。第二翼状壁92联接到第二臂84上或与第二臂84形成一体，并从第二臂84倾斜地向外延伸，使得第一翼状壁90和第二翼状壁92从彼此延伸开。至少一个第一横构件96联接到第一翼状壁90上并从第一翼状壁 90向外延伸。至少一个第二横构件98联接到第二翼状壁92上并从第二翼状壁92向外延伸。在该示例性实施例中，增强组件100包括联接到垂直支承腿40上的第一增强构件102。第一增强构件102包括凸缘104，第一凸缘延伸部106以及相对的第二凸缘延伸部 108。凸缘104联接到垂直支承腿40上，使得凸缘104的内表面110在第一臂82和第二臂 84之间延伸，并进一步限定内表面110和垂直支承腿内表面86之间的空腔88。第一凸缘延伸部106从凸缘104大致平行于第一翼状壁90向外延伸。第二凸缘延伸部108从凸缘 104大致平行于第二翼状壁92向外延伸。在该示例性实施例中，至少一个螺栓112插过通过第一凸缘延伸部106、第一翼状壁90以及第一横构件96限定的配合第一开口 114，以固定地将第一增强构件102联接到垂直支承腿40和第一横构件96上。类似地，至少一个螺栓116插过通过第二凸缘延伸部108、第二翼状壁92以及第二横构件98限定的配合第二开口 117，以固定地将第一增强构件102联接到垂直支承腿40和第二横构件98上。在一个备选实施例中，螺栓112插过通过第一凸缘延伸部106和第一翼状壁90限定的配合第一开口 114，以固定地将第一增强构件102联接到垂直支承腿40上。类似地，螺栓116插过通过第二凸缘延伸部108和第二翼状壁92限定的配合第二开口 117，以固定地将第一增强构件 102联接到垂直支承腿40上。在另一个备选实施例中，使用焊接、紧固件、约束夹以及任何其它合适的紧固构件中的至少一种将第一增强构件102联接到垂直支承腿40上。参考图3，在该示例性实施例中，横支承区域44包括至少一个第一或较高横构件 118，以及至少一个第二或较低横构件120。在此实施例中，较高横构件118从垂直支承腿40 向机舱16倾斜地延伸。较低横构件120从垂直支承腿50向支承表面14倾斜地延伸。第一增强构件102包括第一末端部分124，相对的第二末端部分126，以及沿限定在第一末端部分IM和第二末端部分1 之间的纵向轴线1 延伸的长度128。第一末端部分124向机舱16延伸，并与较高横构件118的至少一部分重叠，以促进将较高横构件118联接到第一增强构件102上。第二末端部分126向支承表面14延伸，并与较低横构件120的至少一部分重叠，以促进将较低横构件120联接到第一增强构件102上。图4-7是图2中所示的垂直支承腿40的备选实施例的部分横截面视图。图4_7 中所示的相同部件用图2中所用的相同标号标示。参考图4，在一个备选实施例中，增强组件100包括第一增强构件102和第二增强构件130。第二增强构件130包括定位在空腔88 内的至少一个加劲件132。加劲件132联接到垂直支承腿内表面86和/或第一增强构件内表面110上。在一个实施例中，加劲件132包括联接到第一臂82上的第一加劲构件134， 联接到凸缘104上的第二加劲构件136，以及联接在第一加劲构件134和第二加劲构件136 之间的第三加劲构件138。在一个实施例中，增强组件100包括联接到垂直支承腿40的外表面142上的第三增强构件140。在此实施例中，第三增强构件140包括联接到第一臂82 和第一翼状壁90上的第一外加劲件144，以及联接到第二臂84和第二翼状壁92上的第二外加劲件146。参考图5和图6，在一个备选实施例中，增强组件100包括位于空腔88内的增强盒 150。在一个实施例中，增强盒150联接到内表面86上。增强盒150包括限定空腔154的内表面152。在一个实施例中，增强组件100包括高密度、高压缩性强度材料156(诸如位于空腔154内的混凝土)，以促进增加垂直支承腿40的抗弯强度。一个或多个增强杆158定位在空腔154内，并联接到材料156上，以促进增加材料156的抗张强度。在此实施例中， 至少一个杆桩160延伸穿过增强盒150以及垂直支承腿40，以牢固地将增强盒150联接到垂直支承腿40上。在一个备选实施例中，使用焊接、紧固件、约束夹以及任何其它合适的紧固构件中的至少一种将增强盒150联接到垂直支承腿40上。参考图6，在一个备选实施例中，增强组件100包括位于增强盒154内的一个或多个通道支承件162。在一个实施例中， 至少一个通道支承件164沿增强盒150的长度166延伸，且至少一个第二通道支承件168 沿增强盒150的宽度170延伸。在一个备选实施例中，第一通道支承件164定向成大体上垂直于第二通道支承件168。在一个实施例中，至少一个通道支承件162包括沿增强组件长度128(图3中所示)的至少一部分延伸的主体172。参考图7，在一个备选实施例中，第一增强构件102包括在第一翼状壁90和第二翼状壁92之间延伸的至少一个支承杆180。在此备选实施例中，支承杆180插过通过第一翼状壁90和第二翼状壁92限定的开口 182。一个或多个紧固件184联接到支承杆180上，以促进张紧支承杆180，从而促进减小第一翼状壁90和第二翼状壁92的移动。图8是图1中所示的过渡区60处或附近沿截面线4-4的备选垂直支承腿40的部分透视图。图9是图8中所示的沿截面线9-9的塔架12(图1中所示)的部分横截面视图。 图8和图9中所示的相同部件用图1中所用的相同标号标示。在一个备选实施例中，增强组件100在较低支承构件M和较高支承构件56之间包括过渡构件200。过渡构件200包括第一部分202和第二部分204。第一部分202联接到较高支承构件56上。第二部分204 联接到较低支承构件M上。第一部分202具有大致类似于较高支承构件56的横截面形状的横截面形状。第二部分204具有大致类似于较低支承构件M的横截面形状的横截面形状。第一部分202包括定向成大致与上支承构件56的外表面208齐平的外表面206。第二部分204包括定向成对于外表面206倾斜且定向成与较低支承构件M的外表面212大致齐平的外表面210。过渡构件200还包括在第一部分202和第二部分204之间延伸的中间部分214。中间部分214包括弧形的外表面216。在一个实施例中，过渡构件200具有大致圆形的横截面形状。在另一个实施例中，过渡构件200具有大致方形的横截面形状。在再一个备选实施例中，增强组件100包括联接到较高支承构件56和较低支承构件M上并在较高支承构件56和较低支承构件M之间延伸的一个或多个拉杆托架220。参考图9，在另一个备选实施例中，过渡构件200包括增强座230，该增强座230包括外构件232和定位成距外构件232距离d3的内构件234以限定空腔236。在此备选实施例中，第一部分202限定尺寸定制成接纳较高支承构件56的开口 238(图8中所示)。第二部分202限定尺寸定制成接纳较低支承构件M的第二开口 MO (图8中所示)。至少一部分较高支承构件56插入空腔236，使得第一部分202的内表面242与较高支承构件外表面208的至少一部分重叠。至少一部分较低支承构件M插入空腔236，使得第二部分202 的内表面(未示出)与较低支承构件外表面212的至少一部分重叠。至少一个第一紧固件 246插过延伸通过外构件232、内构件234以及较高支承构件56的至少一个第一开口对8， 以促进将过渡构件200联接到较高支承构件56上。至少一个第二紧固件未示出)插过延伸通过外构件232、内构件234以及较低支承构件M的至少一个第二开口(未示出)，以促进将过渡构件200联接到较低支承构件M上。图10是显示适合用来设计风力涡轮机10的示例性计算系统300的方块图。计算系统300包括网络302，用户计算机装置304和结构设计系统306。例如，网络302可包括但不限于因特网、局域网(LAN)、广域网(WAN)、无线LAN (WLAN)、网状网络和/或虚拟专用网 (VPN)。用户计算机装置304使用有线网络连接(例如，以太网或光纤)、无线通信手段 (诸如射频(RF))、标准总线接口 (IEEE)802. 11标准(例如，802. 11(g)或802. 11 (η))，全球微波互联接入(WIMAX)标准、蜂窝电话技术(例如，全球移动通信系统(GSM))、卫星通信链接，和/或任何其它合适的通信手段与结构设计系统306和/或网络302彼此通信。WIMAX 是俄勒冈州比弗顿WiMax论坛的注册商标。IEEE是纽约州纽约市的电气与电子工程师学会的注册商标。用户计算机设备304以及结构设计系统306的每一个均包括处理器，如本文参考图11和12所述。处理器可包括处理单元，非限制地例如集成电路(IC)、专用集成电路 (ASIC)、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)和/或任何其它可编程电路。处理器可包括多个处理单元(例如，在多核构造中)。各用户计算机装置304和结构设计系统306可配置成通过对对应的处理器进行编程执行本文所述的操作。例如，处理器可通过将操作编码成一个或多个可执行指令并通过将可执行指令包括在联接在处理器上的存储区域(同样在图 11和12中显示)中而将该可执行指令提供给处理器来编程。存储区域可非限制地包括一个或多个随机存取存储(RAM)装置、一个或多个存储装置和/或一个或多个计算机可读取介质。图11是显示用于与系统300 —起使用的结构设计系统306的方块图。在该示例性实施例中，结构设计系统306包括用于执行指令的处理器308、配置成存储指令的存储区域310以及数据采集系统314。可提供指令来执行结构设计系统应用，应用非限制地包括风力涡轮机塔架结构建模系统和/或风力涡轮机塔架性能系统。处理器308可操作地联接到通信接口 312上，使得结构设计系统306能够与远程装置(诸如一个或多个用户计算机装置304)通信。处理器308也可以可操作地联接到数据采集系统314上。数据采集系统314是适合用于存储和/或检索数据的任何计算机操作硬件。在一些实施例中，数据采集系统314集成在结构设计系统306中。例如，结构设计系统306可包括作为数据采集系统314的一个或多个硬盘装置。在其它实施例中，数据采集系统314位于结构设计系统306外部，并可由多个结构设计系统306存取。在一个实施例中，数据采集系统314包括用于存储风力涡轮机数据的数据库316，风力涡轮机数据非限制地包括风力涡轮机塔架特性、风力涡轮机特性和/或风力涡轮机塔架性能数据。在该示例性实施例中，结构设计系统306配置成在存储区域310和/或数据采集系统314中存储风力涡轮机元件数据。风力涡轮机元件数据包括代表风力涡轮机10的结构部件的一个或多个元件数据，结构部件例如比方说塔架12、机舱16和转子18。风力涡轮机元件数据包括风力涡轮机特性，诸如识别特性(例如名字)、尺寸特性(例如，转子盘面积和/或塔架高度)、部件特性(例如，一套包括的结构部件)、环境特性(例如风力条件， 诸如风向和/或风速)、结构元件特性(例如结构部件的重量、惯性力矩、部件的宽度和长度、部件的弹性模量、部件的材料特性)和/或性能特性(例如，部件负载、弯曲负载、弯曲应力、扭曲应力和/或扭曲负载)。在该示例性实施例中，风力涡轮机元件数据包括代表垂直支承腿40、横构件42和 /或增强组件62的壳体元件。在一个备选实施例中，风力涡轮机元件数据包括代表垂直支承腿40、横构件42和/或增强组件62的三维数据元件。在该示例性实施例中，数据采集系统314配置成从用户计算装置304接收风力涡轮机元件数据。图12是显示用于与系统300—起使用的示例性用户计算机装置304的方块图。用户计算机装置304包括用于执行指令的处理器320。在一些实施例中，可执行指令存储在存储区域322中。存储区域322是允许存储并检索诸如可执行指令和/或其它数据的信息的任何装置。用户计算机装置304还包括用于向用户3 呈现信息的至少一个呈现装置324。 呈现装置324是能够向用户3 传递信息的任何部件。呈现装置3M可非限制性地包括显示装置(例如，液晶显示器(LCD)，有机发光二极管(OLED)显示器，或“电子墨水”显示器) 和/或音频输出装置(例如，扬声器或耳机)。在一些实施例中，呈现装置3M包括输出适配器，诸如视频适配器和/或音频适配器。输出适配器可操作地联接到处理器320上，并配置成可操作地联接到输出装置上，诸如显示装置或音频输出装置。在一些实施例中，用户计算机装置304包括用于从用户3 接收输入的输入装置 328。输入装置3 例如可包括键盘、定点装置、鼠标、光笔、触敏控制板(例如触控板或触控屏)、陀螺仪、加速计、位置检测器和/或音频输入装置。诸如触摸屏的单独部件可起到呈现装置324的输出装置和输入装置3 两者的作用。用户计算机装置304还包括通信接口 330，其配置成与网络302和/或结构设计系统306成通信联接。存储在存储区域322中的例如是计算机可读取指令，其用于经由呈现装置324向用户3 提供用户界面，并且可选地从输入装置3 接收并处理输入。除了其它可能性，用户界面可包括网络浏览器和/或客户应用。网络浏览器和客户应用使得用户(诸如用户 326)能够显示来自诸如结构设计系统306的远程装置的媒体和其它信息并与其互动。在该示例性实施例中，数据采集系统314配置成从用户计算装置304接收风力涡轮机元件数据。结构设计系统306配置成获取代表风力涡轮机10的多个结构构件的第一风力涡轮机元件数据，风力涡轮机10包括包含垂直支承腿40和/或横构件42的塔架12、机舱16、转子18和/或转子叶片22。在该示例性实施例中，结构设计系统306配置成对各个结构构件计算基准性能数据。在一个实施例中，结构设计系统306配置成使用有限元分析计算基准性能数据。结构设计系统306还配置成计算塔架12的各结构构件的偏转、变形、 弯曲应力和/或扭曲应力。在一个实施例中，使用最大负载情形计算基准性能数据，该最大负载情形包括将最大可能的风力64沿方向观施加到塔架12上。在一个备选实施例中，使用疲劳负载情形计算基准性能数据，该疲劳负载情形包括在预定的时间段期间选择性地将风力施加于塔架12。在另一个备选实施例中，使用旋转负载情形计算基准性能数据，该旋转负载情形包括以围绕塔架12的外周边的多个方向选择性地施加风力。在该示例性实施例中，结构设计系统306配置成将各个结构构件的基准性能与预定的基准性能进行比较。结构设计系统306还配置成用小于预定性能的基准性能识别结构构件。在一个实施例中，结构设计系统306配置成识别代表增强组件62的第二风力涡轮机元件数据，当增强组件62联接到结构构件上时，其改善结构构件的基准性能。结构设计系统306还配置成基于第一元件数据和第二元件数据计算第二基准性能数据，并验证第二基准性能是否等于或大于预定基准性能。如果第二基准性能小于预定基准性能，结构设计系统306配置成识别代表增强组件62的一个备选实施例的第三风力涡轮机元件数据，基于第一元件数据和第三元件数据计算第三基准性能数据，并验证第三基准性能是否等于或大于预定基准性能。图13是用于使用系统300与风力涡轮机10 —起使用的设计塔架(诸如塔架12) 的示例性方法400的流程图。在该示例性实施例中，方法400包括获取代表形成塔架的多个结构性构件的第一元件数据(步骤402)。在一个实施例中，第一元件数据包括代表垂直支承腿40和/或横构件42的其中一个三维数据元件和壳体元件。在该示例性实施例中， 至少部分地基于所获取的元件数据计算第一基准性能数据(步骤404)。在一个实施例中， 使用最大负载、疲劳负载和旋转负载中的一个计算基准性能数据(步骤404)。在一个备选实施例中，在步骤404计算的第一基准数据包括多个结构构件的每一个的偏转、变形、弯曲应力和/或扭曲应力中的至少一个。在该示例性实施例中，识别具有小于预定性能数据的计算基准性能数据的至少一个第一结构构件(步骤406)。标识出代表第一增强组件的第二元件数据，该第一增强组件选择性地联接到标识的结构构件上，以促进改善塔架的基准性能数据(步骤408)。在一个实施例中，至少部分地基于第一元件数据和第二元件数据计算第二基准性能数据(步骤410)。验证第二基准性能数据是否等于或大于预定的性能数据 (步骤412)。如果第二基准性能数据不等于或大于预定的性能数据，使用代表联接到标识出的结构构件上的第二增强组件的第三元件数据来执行方法步骤408。如果第二基准性能数据等于或大于预定性能数据，从用户计算装置304显示第二基准性能数据(步骤414)。本文所述的方法和系统的一个示例性技术效果包括以下至少一项(a)通过结构设计系统获取代表多个构件的第一元件数据，多个构件代表第一塔架；(b)通过结构设计系统至少部分地基于所获取的元件数据计算第一基准性能数据；(c)标识具有小于预定性能数据的计算的基准性能数据的至少一个第一构件；(d)识别代表第一增强组件的第二元件数据，第一增强逐渐联接到该识别的构件上，以促进改善基准性能数据。上述系统和方法促进组装支承塔架，该支承塔架便于在运行期间减小风力涡轮机的移位。更具体地，本文所述的支承塔架包括增强组件，该增强组件联接到塔架支承构件上以促进减小由风力负载对支承塔架构件引起的应力。此外，通过提供增强组件，可使用包括减小的横截厚度和材料刚性的支承构件组装支承塔架，从而减小制造该支承塔架的整体成本。因而，组装风力涡轮机的成本被显著降低。以上详细描述了用于与风力涡轮机一起使用的支承塔架及用于设计该支承塔架的系统的示例性实施例。该系统和方法不限于本文所述的具体实施例，而是相反，该系统的部件和/或该方法的步骤可与本文所述的其它部件和/或步骤独立且单独地使用。例如，该方法也可与风力涡轮机支承系统结合使用，并且不限于仅以如本文所述的支承塔架实践。 相反，示例性实施例可结合许多其它风力涡轮机支承系统应用而实施并利用。尽管本发明的各种实施例的具体特征可在一些图形而不是在其它中显示，但这仅是为了方便。根据本发明的原理，图形中的任何特征可结合任何其他图形的任何特征引用和/或要求保护。本书面说明书使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得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，并执行任何结合的方法。本发明可授予专利的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有无异于权利要求书的字面语言的结构性元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言并无实质性区别的等价结构性元件，则此类其它示例意在处在权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种用于与风力涡轮机(10) —起使用的格架塔架(12)，所述格架塔架包括从支承表面(14)延伸的至少一个支承件；联接到所述支承件上以形成所述格架塔架的至少一个横支承构件0 ；以及增强组件(62)，其联接到所述支承件上，从而将至少一部分对所述支承件引起的弯曲负载和扭曲负载传递至所述增强组件，以促进减小所述支承件的局部变形。
2.根据权利要求1所述的格架塔架(12)，其特征在于，所述增强组件包括联接到所述支承件上以在二者之间限定空腔的第一增强构件。
3.根据权利要求2所述的格架塔架(12)，其特征在于，所述增强组件(6 包括定位在所述空腔内的第二增强构件(130)，所述第二增强构件联接到所述支承件上。
4.根据权利要求1所述的格架塔架(12)，其特征在于，所述支承件具有限定空腔(88) 的内表面(110)，并且所述增强组件(62)包括定位于所述空腔内的增强盒(150)，且高压缩性强度材料(156)定位在所述增强盒内。
5.根据权利要求1所述的格架塔架(12)，其特征在于，所述支承件具有限定空腔(88) 的内表面(110)，并且所述增强组件(62)包括定位于所述空腔内的增强盒(150)，且至少一个通道支承件(16 联接在所述增强盒的内表面(15 上。
6.根据权利要求1的格架塔架(12)，其特征在于，所述支承件包括底座(58)；第一翼状壁(90)；以及相对的第二翼状壁(92)，所述第一翼状壁和所述第二翼状壁的每一个均从所述底座向外延伸，所述增强组件(62)包括在所述第一翼状壁和所述第二翼状壁之间延伸的支承杆。
7.根据权利要求1所述的格架塔架(12)，其特征在于，所述支承件包括较高支承构件 (56)和较低支承构件64)，所述增强组件(6 包括联接在所述较高支承构件和所述较低支承构件之间的过渡构件O00)，所述过渡构件具有位于较高部分和较低部分之间的弧形外表面(216)。
8.根据权利要求7所述的格架塔架(12)，其特征在于，所述过渡构件(200)包括联接到外构件(232)上以限定空腔(236)的内构件034)，所述空腔尺寸定制成接纳所述较高支承构件(56)的至少一部分和所述较低支承构件(54)的至少一部分。
9.根据权利要求1所述的格架塔架(12)，其特征在于，所述增强组件(6 选择性地沿支承件的长度定位。
10.一种风力涡轮机(10)，包括机舱(16)；旋转地联接到所述机舱上的转子(18)；以及联接到所述机舱上以便距支承表面(14) 一段距离支承所述机舱的格架塔架(12)，所述格架塔架包括从所述支承表面延伸的至少一个支承件；联接到所述支承件上以形成所述格架塔架的至少一个横支承构件；以及增强组件(62)，其联接到所述支承件上，从而将至少一部分对所述支承件引起的弯曲负载和扭曲负载传递至所述增强组件。
全文摘要
本发明涉及用于与风力涡轮机一起使用的支承塔架及其设计系统，具体而言，提供了一种用于与风力涡轮机(10)一起使用的格架塔架(12)。该格架塔架包括从支承表面(14)延伸的至少一个支承件，联接到该支承件上以形成该格架塔架的至少一个横支承构件(42)，以及增强组件(62)，其联接到该支承件上以将对该支承件引起的弯曲负载和扭曲负载的至少一部分传递至增强组件，从而促进减小该支承件的局部变形。
文档编号F03D11/00GK102235322SQ20111011382
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月21日 优先权日2010年4月23日
发明者B·哈里达苏, L·D·维利, V·K·瓦拉穆迪, 方飙, 郑大年 申请人:通用电气公司