[发明专利]同心金属和水泥质风力涡轮塔架结构及其制造方法

说明书

一种风力涡轮的塔架结构包括多个塔架区段，该多个塔架区段沿着竖直轴线以端对端的构造彼此上下地堆叠，以在风力涡轮现场处形成风力涡轮的塔架结构。塔架区段中的各个由至少一个第一管状部分和至少一个第二管状部分形成。此外，多个塔架区段中的各个的第一管状部分和第二管状部分与彼此同心。此外，第一管状部分至少部分地由水泥质材料形成，并且第二管状部分由具有多个孔的穿孔材料形成。

技术领域

本公开大体上涉及风力涡轮塔架，并且更特别地涉及同心金属和水泥质(cementitious)风力涡轮塔架结构及其制造方法。

背景技术

风力被认为是目前可用的最清洁、对环境最友好的能源之一，并且，在这点上，风力涡轮已得到越来越多的关注。现代的风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱以及一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型件原理来捕获风的动能。转子叶片将动能以旋转能的形式传送，以便使将转子叶片联接到齿轮箱或在未使用齿轮箱的情况下将转子叶片直接地联接到发电机的轴转动。然后，发电机使机械能转换成可部署到公用电网的电能。

高的风力涡轮塔架大体上由钢管区段、混凝土环或将混凝土底部区段与钢管顶部组合的混合设计构成。钢管和/或混凝土区段典型地在异地形成，在现场运送，并且然后布置在一起，以架设塔架。例如，一种制造方法包括：形成预铸造的混凝土环；将环运送到现场；将环彼此上下地布置；以及然后使环固定在一起。然而，随着风力涡轮持续在大小上扩大，常规制造方法受到禁止运送具有大于大约4米至5米的直径的塔架区段的运输条例的限制。因此，某些塔架制造方法包括形成多个弧形节段并且在现场例如经由螺栓连接来使节段固定在一起以形成塔架的直径。然而，这样的方法要求大量的劳动力并且可为耗时的。

另外，钢管经受屈曲问题并且由于焊接性问题而在壁厚方面受限，而混凝土区段必须被预加应力或被后张紧，以克服混凝土固有的抗拉强度不足。

因此，本公开针对解决前面提到的问题的用于制造风力涡轮塔架结构的方法。特别地，本公开针对同心金属和水泥质风力涡轮塔架结构及其制造方法，该同心金属和水泥质风力涡轮塔架结构将钢管、复合管或另外高抗拉强度的管的抗拉强度与廉价的水泥质材料的抗压强度/抗屈曲性组合。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而为显然的，或可通过实践本发明而了解。

在一个方面中，本公开针对一种风力涡轮的塔架结构。塔架结构包括至少一个塔架区段，其沿着竖直轴线从基座延伸，以在风力涡轮现场处形成风力涡轮的塔架结构。(多个)塔架区段由至少一个第一管状部分和至少一个第二管状部分形成。此外，多个塔架区段中的各个的第一管状部分和第二管状部分与彼此同心。此外，第一管状部分至少部分地由水泥质材料(诸如混凝土)形成，并且第二管状部分由具有多个孔的穿孔材料形成。

在一个实施例中，塔架结构可包括多个塔架区段，该多个塔架区段沿着竖直轴线以端对端的构造彼此上下地堆叠。在另一实施例中，(多个)塔架区段可包括布置在第一管状部分内的第二管状部分。备选地，(多个)塔架区段可包括布置在第二管状部分内的第一管状部分。

在另外的实施例中，(多个)塔架区段可包括多个第一管状部分。在这样的实施例中，(多个)塔架区段可包括夹在两个第一管状部分之间的第二管状部分。

在另外的实施例中，(多个)塔架区段可包括多个第二管状部分。在这样的实施例中，(多个)塔架区段可包括夹在两个第二管状部分之间的第一管状部分。

在额外的实施例中，第二管状部分可由实心壁或穿孔壁中的至少一个形成。在另外的实施例中，第一管状部分可经由喷涂沉积、铸造或增材制造中的至少一种来形成。在若干实施例中，水泥质材料可至少部分地填充穿孔材料的多个孔。此外，水泥质材料可增材打印至第二管状部分。另外，穿孔材料可由金属、金属合金、复合材料或任何其它合适的高抗拉强度材料构成。