[发明专利]用于支撑载荷的桁架式塔

说明书

本发明涉及一种用于支撑载荷的桁架式塔，其设计成支撑高载荷的竖直结构，更具体地涉及用于风力涡轮机和其他用途的桁架式塔，并且，该桁架式塔包括围绕所述桁架式塔的竖直轴线布置成三角形的三个金属柱体，每个金属柱体均具有闭合的横截面轮廓，在塔基部的区域中，金属柱体的中心之间的距离大于4米，每个金属柱体的中心纵向轴线相对于塔的竖直轴线的倾斜角度在‑1.7度和+1.7度之间，并且桁架式塔的高度大于60米，并且所述桁架式塔包括多个风撑构件和辅助风撑构件以及设置于塔的顶部区域中的支撑平台。

本申请是申请日为2013年2月1日、申请号为201380071955.X、名称为“桁架式塔”的中国发明专利申请(该申请对应的PCT国际申请的申请号是PCT/BR2013/000036)的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于在高载荷条件下致动的桁架式塔(lattice tower)，更具体地，涉及一种用于风力涡轮机和其他应用的桁架式塔。

背景技术

用于支撑高载荷的竖直结构，例如，用于支撑风力涡轮机、输电线路和其他应用的塔等，在现有技术中是众所周知的。这种竖直结构的结构设计、部件和材料随着应用的不同而变化。

在最近数十年已经受到特殊关注的一种类型的竖直结构是用于风力涡轮机或其他高载荷的竖直结构。

风能已经变成一种非常引人注意的能源，这不仅是由于发电机的效率增加，而且是由于对清洁且可再生能源的市场需求增加。风能发电机的效率的增加与技术多方面增强的巨大成就相关，这些技术包括与风能发电机部件的设计和制造相关的许多方面，其中，这些风能发电机部件包括转子叶片、发电机、塔和控制系统。

在兆瓦级应用(目前在大约1MW至5MW的范围内变化)中使用的大多数风力涡轮机具有水平轴风力涡轮机(HAWT)构造，该构造的塔顶部具有主转子轴和发电机，并且转子轴线定向至风的流入方向，其中三个叶片逆风(upwind)定位。

逆风设计的主要优点是，避免风遮(wind shade)以及在塔后面产生的湍流。目前，大多数大型风力涡轮机采用逆风设计；然而，此设计具有多种缺点，例如，由于叶片的弯曲而需要在塔和叶片之间具有一定距离，以及需要调向机构(yaw mechanism)来保持转子面向风。偏航机构通常具有通过电子控制器与偏航驱动装置相联的风力传感器，偏航驱动装置包括一个或多个液压马达或电马达和用于增加扭矩的大齿轮箱，并且偏航机构包括偏航轴承。偏航轴承在塔和风力涡轮机的舱体(nacelle)之间提供了可旋转连接。偏航机构通常包括额外的部件，例如与液压马达或电马达配合工作的制动器，以避免由于在转子根据风向定向的过程中的反冲而在风力涡轮机部件上产生磨损和高疲劳载荷。由于风力涡轮机将通常具有使电流从发电机通过塔向下传送的线缆，线缆可能由于偏航机构的旋转而变得缠绕在一起。因此，风力涡轮机可装配有线缆测绕器，该线缆测绕器与偏航机构电子控制器相关联，以通过偏航机构来确定解绕线缆的需求。

如果转子和舱体具有使舱体被动地随着风向的合适设计，利用风力以自然地调节风力涡轮机相对于风的定向，那么，顺风设计(通过该设计，将转子放置在下风面(leeside)上，风从该下风面吹入塔)原则上会避免偏航机构的需求。这种理论上的优点在大兆瓦级风力涡轮机中是不确定的，因为如果转子在相同方向上连续转动，则通常仍需要解绕线缆。另外，该设计存在机械问题，例如由于风向的突然变化而产生的强载荷所引起的部件的疲劳。然而，顺风设计在机器的结构动力学方面仍具有重要优点，该优点是允许转子和塔的更好的平衡。在较大的风力涡轮机转子(目前该转子具有达到大约120米(大约393.6英尺)或更大的直径)的情况下，在转子叶片的设计中获得更大的灵活性是必要的。

然而，转子直径的增加通常涉及更重的转子，并且因此塔高度的增加，进而使用额外的制造塔的材料(例如钢)。

因此，由于塔通常代表风能发电机的成本的大约15％至30％，所以非常需要以更低的成本获得更高且更坚固的塔。