CN105008717B - 风力涡轮机塔架装置 - Google Patents

Abstract

一种风力涡轮机塔架装置（10），其具有：混凝土塔架（12）、支脚（22）、多个筋（30）以及多个桩（28），所述混凝土塔架（12）包括上部分（14）和基座部分（16），所述支脚（22）在基座部分下方，每个筋跨越所述混凝土塔架的整个高度，每个所述筋的至少一部分设置在形成所述混凝土塔架的混凝土（42）的外部，且每个所述塔架被施加预压力，以提供压缩力至所述混凝土塔架中的所述混凝土。所述筋由多个桩固定。

Description

风力涡轮机塔架装置

技术领域

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、且具有固定到稳定桩的预应力筋的混凝土塔架。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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

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，发明人提出增加桩（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。减小的支脚和桩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。

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可进一步包括多个桩28，桩28可用作多个筋30的锚（anchors）。

桩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。桩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。桩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。桩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。

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，且可以固定到桩28上。筋30的环形阵列可以紧密地对应于桩28的环形阵列。为此，每个筋30可以有一个桩28。替代地，可以有固定到一个桩28的几个筋30。筋30和桩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。

筋30可以与桩28分离，使得筋30可以附接到附接点32处的桩上，附接点32位于桩28的外部。以这种方式，桩28可以被安装，且筋39在一些将来的点上固定到桩28上，这在设计和构造上提供了灵活性。替代地，筋30可以是桩28的整体部分。例如，筋30的第二端34可以被并入到桩28中。这可以在例如桩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可以延伸通过桩28的支承端36，且第二端34可以通过合适的紧固件38等固定到桩28的外侧。用这种方式，紧固件38可以在支承端36处抵靠桩28的支承表面40。替代地，紧固件38可以与桩28一体，筋30的第二端34不会延伸通过桩28的支承端36。

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。

在图2所示的替代的示例性实施例中，桩28可以穿透支脚22。在第一示例中，这可以在桩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桩结构60，其具有支脚22和桩28两者的特征。这种类型的第一支脚和桩结构60在图2的左侧示出。替代地，桩22可以首先形成，并且支脚22围绕已经形成的桩22浇铸。在这种情况下，桩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，桩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，第一支脚和桩结构60可以用作底板，使得支撑塔架12将会在顶板（未示出）与第一支脚和桩结构60之间被压缩。此外，桩28延伸到地面24中且锚定支撑塔架12，就像根支撑树那样。

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76。顶板76可以由例如钢、或者适于将单个筋30的拉伸负荷传递到支撑塔架12的上部分14的顶端70的任何其他材料制成。筋30的第一端74可以经合适的紧固件78固定到或者通过顶板76。顶板76可具有顶板支承表面80，顶板支承表面80与顶端支承表面82邻接，在该处拉伸负荷被传递。根据设计要求，各种装置可用于传递负荷。顶端支承表面82必要时可以被附加地支撑，以确保它可以适应传递到它的负荷。

图4示出了顶端70处的装置的替代性的示例性实施例。在这个示例性的实施例中，筋30的第一端74穿透支撑塔架12的壁44，且通过顶端支承表面82和顶板支承表面80固定到顶板76。这可以避免图3的示例性实施例在顶端支承表面82上可能具有的任何悬臂效应（cantilever effect），且导致力穿过顶端支承表面82和顶板支承表面80更均匀的分布。

在图5示出的替代的示例性实施例中，桩28配置在支脚22的外侧，且可以配置为之前那样的环形阵列。为了例述的目的，支撑塔架装置10的部件的相对位置被扩大。在此构型中，筋30不再配置在由支撑塔架12限定的中空空间62中。代替地，筋30还布置在支撑塔架12的外侧且与桩28相关联。可能存在固定到每个桩28的一个或多个筋30。

基座端18和支脚22在界面90处彼此邻接，使得支脚22的覆盖区域92直接位于界面90下方且可以具有第一厚度94。支脚还可以包括中心区域96，中心区域96具有第二厚度98。中心区域96可以用于支撑附加的设备等。因此，中心区域不要求很大的强度，且因此第一厚度94可以大于第二厚度98。

在图6所示的替代的示例性实施例中，桩28位于支撑塔架12的壁44外侧。图6中的左侧所示出的是第二支脚和桩结构110，其中桩28再次结合为支脚22的一部分，但是桩28位于壁44外侧。在此装置中，通过压缩在顶板76与第二支脚和桩结构110之间的壁44，压缩负荷可以被传递到壁44。图6右侧所示出的替代的示例性实施例示出了被埋在支脚22下方且与支脚22分离的桩28。如所示出的，筋30与被埋的桩28一体。然而，筋30可使用附接点32固定，该附接点32还可以配置在支脚22下方。在该装置中，桩28可以首先安装，并且支脚安装在桩28上方。在该装置中，还可能通过将支脚硬件112安装在支脚22中以将筋30固定到支脚22，而对在顶板（未示出）和支脚22之间的壁施加预应力。以这种方式，来自筋30的拉紧可以提供必要的压缩力。此外，由于筋30在支脚22下方延伸，它还可以将支撑塔架12锚定到下方的桩28。

图7示出了顶板76的示例性实施例，当筋30配置在壁44外侧时，顶板76可被使用。在这种构型中，通过将顶板支承表面80邻接抵靠顶端支承表面82，顶板76再次将筋30的第一端74固定到壁44的顶端70。可能存在捕获特征114，其固定顶板76而抵抗侧向运动。

在图8所示出的另一个替代的示例性实施例中，支撑塔架装置10可以包括在壁44两侧上的桩29。内部的筋120可能或可能不会环形地配置，且可以配置在孔26内，或者与支脚22一体，或者以上两者。类似地，外部的筋122可能或可能不会环形地配置，且可能或可能不会与支脚22一体。此外，可以有这样的设计：支撑塔架12的周围部分被内部的筋120压缩，且其他的周围部分被外部的筋122压缩。

图9示出了顶板76的示例性实施例，顶板76被构造为使用适当的紧固件78固定内部的筋120和外部的筋122的第一端74。在此示例性的实施例中，由于与内部的筋120相关联的力和与外部的筋122相关联的力的固有平衡，筋的任何悬臂效应都可以被减小或者消除。

从上文可以看出，发明人已经设计了一种新的支撑塔架装置，减小了与常规的支脚相关联的尺寸和成本。此独特的设备使用了单个构造技术的灵巧组合，其可以被应用以产生在本文中公开的构型。这种更新的装置是简单、有效、容易实施的，将会节省时间和金钱，因此它表示了该技术中的改进。

虽然本文已经示出和描述了本发明的不同实施例，但是很明显的是，这样的实施例仅通过示例的方式提供。可以做出许多变型、改变和替代，而不偏离本文的发明。因此，本发明旨在仅由所附的权利要求书的精神和范围来限制。

Claims (20)

1.一种风力涡轮机塔架装置，包括：

混凝土塔架，其包括上部分和基座部分；

支脚，其在所述基座部分下方；

多个筋，其每个跨越所述混凝土塔架的整个高度，每个所述筋的至少一部分设置在形成所述混凝土塔架的混凝土的外部，且每个所述筋被施加预应力，以提供压缩力至所述混凝土塔架的所述混凝土；以及

多个桩，其中所述多个筋由所述多个桩固定。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机塔架装置，其中所述支脚包括垫圈形状。

3.根据权利要求1所述的风力涡轮机塔架装置，还包括顶板，所述顶板配置在所述上部分上，且被构造为将所述多个筋固定到所述上部分。

4.根据权利要求1所述的风力涡轮机塔架装置，其中所述多个筋的至少一个在所述上部分穿透所述混凝土塔架的所述混凝土。

5.根据权利要求1所述的风力涡轮机塔架装置，其中所述多个筋与所述多个桩分离。

6.根据权利要求1所述的风力涡轮机塔架装置，其中所述多个桩包括混凝土，且其中所述多个桩中的至少一个桩包封所述多个筋中的至少一个筋。

7.根据权利要求1所述的风力涡轮机塔架装置，其中所述支脚和所述多个桩中的至少一个是分离的。

8.根据权利要求7所述的风力涡轮机塔架装置，其中所述支脚包括垫圈形状，且其中所述多个桩的至少一个配置在所述支脚的垫圈形状的孔内。

9.根据权利要求7所述的风力涡轮机塔架装置，其中所述多个桩的至少一个配置在所述支脚的下方，且所述多个筋的至少一个延伸通过由所述多个桩的至少一个固定的所述支脚。

10.根据权利要求1所述的风力涡轮机塔架装置，其中所述多个桩的至少一个穿透所述支脚。

11.根据权利要求10所述的风力涡轮机塔架装置，其中所述多个桩的至少一个和所述支脚包括混凝土且作为单个结构被浇铸。

12.一种风力涡轮机塔架装置，包括：

浇铸混凝土塔架，其包括上部分和基座部分，所述基座部分包括展开部，所述展开部包括在所述基座部分的基座端处的最大直径；

支脚，其在展开的基座端下方；

多个筋，每个筋在第一端处固定在所述上部分的顶端，且在第二端处以这样的方式固定，即经由所述浇铸混凝土塔架的整个高度提供压缩负荷路径，且每个筋至少部分地配置在所述浇铸混凝土塔架的浇铸混凝土外部；以及

多个桩，其构造为锚定所述多个筋。

13.根据权利要求12所述的风力涡轮机塔架装置，其中配置在所述浇铸混凝土塔架的所述浇铸混凝土的界面下方的所述支脚的厚度大于没有配置在所述界面下方的所述支脚的厚度。

14.根据权利要求12所述的风力涡轮机塔架装置，还包括顶板，所述顶板固定到所述塔架的顶端，且固定到所述多个筋的第一端。

15.根据权利要求14所述的风力涡轮机塔架装置，其中所述支脚固定到所述多个筋，且其中所述多个筋中的拉紧压缩在所述顶板和所述支脚之间的所述浇铸混凝土。

16.根据权利要求15所述的风力涡轮机塔架装置，其中所述多个桩的至少一个被并入到所述支脚，且所述多个筋被固定到所述多个桩。

17.根据权利要求15所述的风力涡轮机塔架装置，其中所述多个桩的至少一个被并入到所述支脚，且所述多个桩的至少一个围绕所述多个桩的至少一端被浇铸。

18.根据权利要求12所述的风力涡轮机塔架装置，其中所述支脚与所述多个桩的至少一个分离。

19.根据权利要求18所述的风力涡轮机塔架装置，其中所述支脚包括垫圈形状，且所述多个桩的至少一个配置在所述支脚的垫圈形状的孔中。

20.根据权利要求12所述的风力涡轮机塔架装置，其中所述多个筋的至少一个至少部分地配置在所述浇铸混凝土塔架的中空空间中。