專利名稱：風塔及其組裝方法
技術領域：
本申請一般地涉及與風力渦輪機一起使用的風塔，并且更
具體地，涉及可使用粘膠劑來把風力渦輪機塔架的多個部分結合到一 起而組裝的風塔。
背景技術：
風力渦輪機正在被日益增多地用來產生電能。至少一些已 知的風力渦輪機包括風力渦輪機塔架、位于風力渦輪機塔架上的短 艙(nacelle)和通過軸而支撐在短搶中的轉子。在至少一些已知的風力 渦輪機中，風力渦輪機塔架包括三個塔架部分頂部部分、中部部 分和底部部分。各塔架部分均由一個到十個或者更多的單個罐狀段 制成，這些段典型地焊接到一起。在已知的風力渦輪機塔架中，頂部部分是離地面最遠的部 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。 各風力渦輪機塔架部分提供從渦輪機到地面的具有強健的結構性負 載路徑的部分。此外，風力渦輪機塔架部分還對系統(tǒng)可能需要的任何 機械內部部件和/或電氣內部部件提供支撐。已知的風力渦輪機塔架部 分通過焊接、螺栓連接和/或其它已知的機械緊固件組件連接到一起以 形成風力渦輪機塔架。特別地，把各風力渦輪機塔架部分的罐狀段焊 接到一起以形成各個單獨的風力渦輪機塔架部分，然后把鄰近的塔架 部分聯(lián)接到 一起以形成風力渦輪機塔架。對于已知的風力渦輪機，在組裝之前使用長途貨運卡車把 風力渦輪機塔架運輸?shù)浇ㄔ靾鏊?。用車輛來運輸具有從大約60英尺 到大約150英尺的長度的風力渦輪機塔架部分，除了其可操作性不夠
4以外，道路運輸長為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，有時必須 通過船只或直升飛機來運輸塔架部分，這兩種方式都會增加成本?？紤]到前述情況，如果可以在建造場所處容易地組裝用于 風力渦輪機的塔架，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力渦輪機塔架部分連接到一起，以制 造可以承受風力渦輪機典型地所經(jīng)受的風力條件和溫度條件的風力 渦輪機。特別地，使用用于把塔架部分結合到一起的粘膠劑來在建造 場所處形成風力渦輪機塔架將是有利的。此外，使用粘膠劑來結合塔 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)明內容
在一個方面中，提供了組裝用于和風力渦輪機一起使用的 塔架的方法。該方法包括提供多個塔架段。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 一界面結合 到第二塔架段的第二界面上。在另 一個方面中，提供了用于和風力渦輪機一起使用的塔 架。該塔架包括多個塔架段。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合到第二塔架段的第二界面 上。在又一個方面中，提供了風力渦輪機組件。該組件包括風 力渦輪機和塔架。把風力渦輪機聯(lián)接到塔架上。該塔架包括多個塔架 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 的第一界面結合到第二塔架段的第二界面上。


圖1是示范性風力渦輪機的透視圖；
圖2是在圖1中所示的風力渦輪機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風力渦輪沖幾
120風力渦輪機塔架
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
具體實施例方式圖1是包括風力渦輪機塔架120和三個葉片160、162和164 的示范性風力渦輪機100的透視圖。圖2是風力渦輪機塔架120的一 部分的放大透視圖。在示范性實施例中，風力渦輪機塔架120由三個 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。本領域技術人員將能理解的是，盡管圖1和圖2圖 示了風力渦輪機塔架120僅包括三個塔架部分240、 260和280，但是 在不偏離本申請范圍的情況下，風力渦輪機塔架可用多于三個的部分 或少于三個的部分組裝而成。此外，在示范性實施例中，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。在示范性實施例中，例如，各風力渦輪機塔架部分240、 260 和280均由 一個或多個罐狀段262和264制成。圖3是被聯(lián)接到 一起 以形成風力塔架部分260的罐狀段262和264的局部截面圖。在示范 性實施例中，風力渦輪機部分260僅分別包括兩個罐狀段262和264。 在備選實施例中，各塔架部分240、 260和280均可包括任何適當個 數(shù)的罐狀段。在示范性實施例中，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 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 施例中，當把罐狀段262聯(lián)接到罐狀段264上時，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 上的剪應力和拉應力，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。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。對于風力渦輪 機領域中技術人員而言，界面330和界面340可以是任何已知的界面。 例如，在一個實施例中，界面330和界面340是機加工的階梯界面。 在另一個實施例中，界面330和界面340是構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圖示了具有多個丘狀 突起432的罐狀段262的第一界面330和具有多個凹槽442的罐狀段 264的第二界面340。在示范性實施例中，界面330和340各形成有漸縮的構造。 更特別地，在示范性實施例中，界面330和340各在大約一度和大約 五度之間漸縮。在另一個實施例中，并且如本領域技術人員將能理解 的，界面330和340可以以任何適當?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，在示范性實施 例中，使用任何適當?shù)姆椒?，例如但不局限于槽模涂布方法、直接?印方法、帶有逆轉輥轉印的照相凹印方法、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、回轉篩方法、噴 霧嘴應用、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中的至少一個界面上。在一個實施例中，把粘膠劑應用到第一罐狀段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，以形成風力渦輪機塔架部分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。在另一個實施例中，把粘膠劑涂敷到第二罐狀段264 的第二界面340上。在又一個實施例中，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,在一個實施例中，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?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 的兩個界面330和340之間產生摩擦，因此便于更堅固的結合。在一 些實施例中，由于過盈配合所產生的更堅固的結合使得能夠使用較低 強度的粘膠劑，以用來產生具有如在下面所討論的各種功能特性的風 力渦輪機塔架段。在制造了風力渦輪機塔架部分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力渦輪機的風力渦輪機塔架和風力渦 輪機塔架部分的罐狀段適當?shù)剡B接到一起，以制造滿足Germanischer Lloyd(GL)-風機認證(Wind Certification)的風力渦輪機。特別地，在示范性實施例中， 一旦組裝，風力渦輪機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。為了被實施以用作風力渦輪機， 風力渦輪機100必須進行GL-風機認證。為了認證，制造商就必須設 計在經(jīng)受極端的風力條件和溫度條件的同時將能可靠地產生低成本 能源20年的風力渦輪機。盡管風力渦輪機所經(jīng)受的平均負載是最小 的，但具有顯著強度的隨機力會以不可預知的間隔撞擊結構。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 命的設計。
在一個實施例中，使用粘膠結合的罐狀段和塔架部分來組 裝風力渦輪機100，并且該風力渦輪機100是GL-風機認證的。這就 是說，風力渦輪機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-風機認證所要求的20年的風力疲勞壽命。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 它機械連接器，這樣，可以在建造場所處把罐狀段262和264與風力 渦輪機塔架部分240、 260和280聯(lián)接到一起。特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)某 些粘膠劑能夠為這樣產生的風力渦輪機提供適當?shù)膹姸?，以替代鉚 接、點焊和其它的永久機械緊固件。在示范性實施例中，本文所述的粘膠劑具有至少大約500 kPa(72.5 lb/in"的抗拉強度。更適當?shù)?，在一個實施例中，粘膠劑具有 至少大約600kPa(87.01b/ii^)的抗拉強度；甚至更適當?shù)兀哂兄辽俅?約620kPa(89.91b/in勺的抗拉強度。在一個實施例中，在本文中所使用 的粘膠劑適當?shù)鼐哂兄辽俅蠹s30 MPa(4350 lb/in勺的抗拉強度。此外，在示范性實施例中，在本文中所使用的粘膠劑具有 至少大約210 N/mm的剝離強度。更適當?shù)?，在一個實施例中，粘膠 劑具有至少大約300 N/mm的剝離強度；甚至更優(yōu)選地，具有至少大 約350N/mm的剝離強度。而且，在示范性實施例中，在本文中所使用的粘膠劑具有 至少大約450kPa(62.3 lb/in"的動剪強度。更適當?shù)?，在一個實施例中， 粘膠劑具有至少大約480 kPa(69.6 lb/in勺的動剪強度；更優(yōu)選地，具有 至少大約500kPa(72.51b/in"的動剪強度；甚至更適當?shù)?，具有至少?約550 kPa(79.8 lb/inS)的動剪強度。此外，在示范性實施例中，在本文中所使用的粘膠劑在大 約72。F(22。C)的溫度下適當?shù)鼐哂兄辽俅蠹s1000克的靜剪強度。更適 當?shù)?，粘膠劑在大約72°F (22°C)的溫度下具有至少大約1250克的靜剪 強度；甚至更適當?shù)兀诖蠹s72。F(22。C)的溫度下具有至少大約1500 克的靜剪強度。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?shù)鼐哂兄辽俅蠹s500克的靜剪強度。更適當?shù)兀衬z劑 在大約150。F(66。C)的溫度下具有至少大約750克的靜剪強度；甚至更 適當?shù)?，在大約150T(66。C)的溫度下具有至少大約IOOO克的靜剪強度。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度水平，以及卓越的抗疲勞性 和聲音阻尼特性與振動阻尼特性?？梢栽诒竟_中使用各種VHB 粘合劑。VHB 粘合劑的實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)。在一個特別優(yōu)選的實施例中，粘膠劑還包括阻尼材料，該 阻尼材料可以減弱動態(tài)振動負載，并且還可以用來減小噪聲傳輸。當介紹本公開或者其優(yōu)選實施例的元件時，用語"一，，、 "一個"、"該"和"所述"意指存在一個或多個該元件。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力渦 輪機塔架。因此，風力渦輪機塔架部分可以以比已知的風力渦輪機塔 架部分更小的部分來運輸。因而，上述系統(tǒng)和方法便于減小與運輸和 組裝風力渦輪機塔架相關的成本。由于在不偏離本公開范圍的情況下可以對上面的結構和方 法做出各種變化，因此預期的是，包含在上面描述中以及顯示在附圖 中的所有內容都應該以說明性而非限制性的意義來解釋。
權利要求
1.一種與風力渦輪機(100)一起使用的塔架(120)，所述塔架包括多個塔架段(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合到第二塔架段的第二界面上。
2. 根據(jù)權利要求1所述的塔架(120),其特征在于 所述第一界面(330)包括多個丘狀突起(432);和 所述第二界面(340)包括多個凹槽(422)，所述第一塔架段(262)的所述多個丘狀突起構造成與所述第二塔架段(264)的所述多個凹槽互 鎖。
3. 根據(jù)權利要求1所述的塔架(120),其特征在于把多個所述塔架段(262，264)結合到一起，以形成至少一個塔架部 分(240,260);和把至少兩個所述塔架部分結合到一起以形成所述塔架。
4. 根據(jù)權利要求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的剝離強度。
5. 根據(jù)權利要求1所述的塔架(120)，其特征在于，所述粘膠劑 (435)具有至少500 kPa的抗拉強度。
6. 根據(jù)權利要求1所述的塔架(120)，其特征在于，所述粘膠劑 (435)具有至少450kPa的動剪強度。
7. 根據(jù)權利要求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克的靜剪強度，而在大約66。C的 溫度下具有至少500克的靜剪強度。
8. —種風力渦輪機組件，包括 風力渦輪機(100);和塔架(120)，所述風力渦輪機聯(lián)接在所述塔架上，所述塔架包括多個塔架段(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 結合到第二塔架段的第二界面上。
9. 根據(jù)權利要求8所述的風力渦輪機組件，其特征在于 所述第一界面(330)包括多個丘狀突起(432);和 所述第二界面(340)包括多個凹槽(422)，所述多個丘狀突起構造成與所述多個凹槽互鎖。
10. 根據(jù)權利要求8所述的風力渦專侖機組件，其特征在于，所述 粘膠劑(435)具有至少210 N/mm的剝離強度。
全文摘要
本發(fā)明涉及風塔及其組裝方法，具體而言，提供了一種與風力渦輪機(100)一起使用的塔架(120)。該塔架(120)包括多個塔架段(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·達維斯, T·M·格爾日波夫斯基 申請人:通用電氣公司