风力涡轮机塔架装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于风力涡轮机发电单元的塔架装置。特别地，本发明涉及由支脚(footer)支撑、且具有固定到稳定粧的预应力筋的混凝土塔架。
【背景技术】
[0002]风力涡轮机发电单元的支撑塔架可包括基座部分以及位于基座顶部的塔架，基座部分位于地面上且作为地基的一部分。支撑塔架经受来自风的力，必须抵抗来自风的力以防止支撑塔架倾倒。这些风力以及支撑塔架相关联的阻力在支撑塔架结构内形成了压缩和拉伸应力。在支撑塔架的设计中必须对这些应力负责，以防止这些应力导致随着时间发生的疲劳失效。
[0003]还必须考虑形成这样的大结构的物流，其给予了运输基础设施限制，该运输基础设施用于将支撑塔架从制造点运输到支撑塔架将会被使用的最终场所。特定地，道路和铁路并不设计用于大支撑塔架的运输。对此的一个解决方案是形成具有各种材料的单个模块的模块化的支撑塔架，所述各种材料的单个模块可使用现有的基础设施载运这些模块，之后在现场组装。然而，这种类型的运输仍然很困难并且对部件组装是复杂和耗时的。
[0004]另一个解决方案是使用例如滑模浇铸的方法将混凝土支撑塔架浇铸就位。在这种方法中，混凝土被灌注到环形形式中，它在环形形式中变硬。这种形式向上移动且重复过程直至塔架完成。但是，这个过程很昂贵，要求大量的劳动力和设备，且并不是很适于处理支撑塔架的变化直径。然而，这种技术具有几个优点。当基座如在这个方法中被浇铸就位时，基座可以具有比载运和组装的基座大得多的直径。由于此原因，基座也可以大体地更重。
[0005]当支撑塔架浇铸就位时，加强筋经常与浇铸混凝体一起使用。筋可以从地基跨越至支撑塔架的顶部，且可以被拉紧地放置。由于筋在基座的底部处以及顶部处固定到支撑塔架上，拉紧在支撑塔架的混凝土上形成了压缩负荷。这种预应力装置利用了混凝土固有的优异的压缩强度，且减少了混凝土必须利用它较差的抗拉伸强度来抵抗风力的时间。常规地，这些筋被放置在形成支撑塔架的混凝土内。
[0006]在所有这些方法中，基座被非常牢固的支脚支撑，支脚旨在提供防止支撑塔架下沉和提供对侧向风力的抵抗的双重角色。
【附图说明】
[0007]在下文的描述中基于附图解释了本发明，所述附图示出了:
图1-2是浇铸风力涡轮机塔架装置的基座的各个示例性实施例的截面图，其中筋在浇铸混凝土塔架内。
[0008]图3-4是顶板的各个示例性实施例的截面图，顶板与装置在浇铸混凝土塔架内的筋一起使用。
[0009]图5-6是浇铸风力涡轮机塔架装置的基座的各个示例性实施例的截面图，其中筋在浇铸混凝土塔架的外侧。
[0010]图7是与配置在浇铸混凝土塔架外侧的筋一起使用的顶板的示例性实施例的截面图。
[0011]图8是浇铸风力涡轮机塔架装置的基座的示例性实施例的截面图，其中筋配置在浇铸混凝土塔架的内部和外侧。
[0012]图9是与配置在浇铸混凝土塔架内部和外侧的筋一起使用的顶板的示例性实施例的截面图。
【具体实施方式】
[0013]本发明人已经认识到，浇铸混凝土基座的增加的重量和更大的直径比更窄的组装基座对应物为塔架提供了更大的侧向稳定性。现在由浇铸基座提供的此侧向稳定性对作用于支撑塔架上的侧向力提供了抵抗。发明人还已经认识到，由于这种浇铸基座侧向稳定性存在，但是支撑塔架的侧向稳定性要求已保持相同，基座下方的支脚在不再需要提供之前那样多的侧向稳定性以满足支撑塔架的侧向稳定性要求，并且因此可以做得更小。更进一步地，发明人提出增加粧(其固定到筋)，以增强支撑塔架的侧向稳定性。这又允许支脚的尺寸甚至更进一步减小。减小的支脚和粧装置比常规的支脚花费更少(所述常规的支脚在尺寸上大得多)，并且当与具有更大直径的浇铸混凝土基座一起使用时，为支撑塔架提供了足够的侧向稳定性。
[0014]图1示出了支撑塔架装置10的示例性实施例的截面图，支撑塔架装置10包括具有上部分14和基座部分16的支撑塔架12。为了例述性目的，基座部分16被示出具有扩大的斜坡。基座可具有向外展开的形状，使得在基座端部18处基座部分16的直径20是最大的。基座部分16可以使用任何浇铸技术(例如，滑模浇铸等)在原位浇铸。基座部分18位于支脚22上，支脚22位于地面24中和/或其上。支脚22可以具有任何合适的形状。例如，支脚22可以采取垫圈形状，其中存在由垫圈形状形成的孔26。支撑塔架装置10可进一步包括多个粧28，粧28可用作多个筋30的锚(anchors)。
[0015]粧28可以围绕支撑塔架12配置成例如环形阵列，从而提供侧向的支撑，该侧向的支撑在对侧向风力的抵抗方面有效的辅助支撑塔架12。粧28可以是对于本领域技术人员已知的类型，且可以位于图1所示的垫圈的孔26内。粧28可以是本领域技术人员已知的任何材料，包括围绕钢筋的混凝土浇铸。粧28的尺寸、形状、深度和位置等在必要时可调节，以满足被支撑的特殊支撑塔架12的要求，例如高度、基座直径20、基座部分16的重量以及环境条件，其包括风力、地面24 (支脚22配置在其中或其上)的类型。
[0016]筋30可以至少部分地位于形成支撑塔架12的混凝土外侧，且可以围绕支撑塔架12配置成例如环形阵列，且可以固定到粧28上。筋30的环形阵列可以紧密地对应于粧28的环形阵列。为此，每个筋30可以有一个粧28。替代地，可以有固定到一个粧28的几个筋30。筋30和粧28的任何设置可以被使用，只要它足够提供所需的侧向支撑。支脚22和筋30以这种方式的使用允许宽范围的支撑装置，这些支撑装置必要时可调节以适应不同的地面条件。除了它们的结构角色外，筋30可用作支撑塔架12的电接地。此外，附加的钢筋可以例如周向地配置在支撑塔架12内，以提供周向的压缩预应力。
[0017]筋30可以与粧28分离，使得筋30可以附接到附接点32处的粧上，附接点32位于粧28的外部。以这种方式，粧28可以被安装，且筋39在一些将来的点上固定到粧28上，这在设计和构造上提供了灵活性。替代地，筋30可以是粧28的整体部分。例如，筋30的第二端34可以被并入到粧28中。这可以在例如粧28由混凝土和在原位浇铸而制成且浇铸围绕筋30时实现。替代地，或者另外地，筋30的第二端34可以延伸通过粧28的支承端36，且第二端34可以通过合适的紧固件38等固定到粧28的外侧。用这种方式，紧固件38可以在支承端36处抵靠粧28的支承表面40。替代地，紧固件38可以与粧28 —体，筋30的第二端34不会延伸通过粧28的支承端36。
[0018]筋30还可以用于在组成支撑塔架12的壁44的混凝土 42上形成压缩的预拉伸负荷，这导致通过支撑塔架12的整个高度的压缩负荷路径。在此构型中，在组装之前，筋30被伸展，以在筋30内形成拉伸负荷。之后筋30被固定到支撑塔架12，且给予拉伸负荷的机构被释放。筋30由壁44内的混凝土 42保持拉伸，并且因此，混凝土 42放置成处于压缩负荷。压缩的预应力帮助混凝土 42比不存在压缩预应力时在更多的负荷条件下保持压缩。这又减少了由于风力使混凝土 42处于拉紧的情况，这增加了混凝土 42的寿命。如Stiesdal的美国专利号8，220，212中所公开的，该专利的全文并入本文中，由于每个筋30至少从基座端18跨越至顶端(未示出)，混凝土 42中的压缩负荷的量从基座端18至顶端(未示出)是均匀的。然而，混凝土 42的水平截面从基座端18至顶端(未示出)发生改变，因此混凝土 42的截面面积变化。为了使截面面积能够(随着支撑塔架12的高度)缩小以应付相同的压缩力的量，混凝土 42的压缩强度可以随着混凝土 42的截面面积的减小而增加。
[0019]在图2所示的替代的示例性实施例中，粧28可以穿透支脚22。在第一示例中，这可以在粧28和支脚22在原位浇铸且两者同时被浇铸以形成单个结构时实现，该单个结构是第一支脚和粧结构60，其具有支脚22和粧28两者的特征。这种类型的第一支脚和粧结构60在图2的左侧示出。替代地，粧22可以首先形成，并且支脚22围绕已经形成的粧22浇铸。在这种情况下，粧28可以由混凝土或者任何其他合适的材料制成。当如图2所示放置时，粧28可以容纳筋30，筋30配置在支撑塔架12形成的中空空间62中。在这种构型中，第一支脚和粧结构60可以用作底板，使得支撑塔架12将会在顶板(未示出)与第一支脚和粧结构60之间被压缩。此外，粧28延伸到地面24中且锚定支撑塔架12，就像根支撑树那样。
[0020]图3示出了筋30如何被固定到支撑塔架12的上部分14的顶端70的示例性实施例。在这个示例性的实施例中，筋30沿着壁44的内表面72配置，且筋30的第一端74固定到顶板