本发明专利技术披露一种应用于高地势、重负载的具有空加架构结构的结构塔，尤其是直接应用在风力涡轮机上的那种。该结构塔的空间架构的纵向、斜向或横向部件中包括减振的或非减振的支柱。结构塔中的一个或多个支柱降低了共振或由非周期的强风或持续的高速风引起的振动。结构塔的各种纵向和斜向部件可以用销钉、螺钉、凸缘或焊接来固定在空间架构的相应纵向或斜向接头上。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请要求以在先的60/681,235号、标题为“结构塔”、2005年5月13日提交的美国专利申请为优先权。
本专利技术涉及结构塔和结构塔中用于减振的设备，以及结构塔在风力涡轮机中的具体应用。
技术介绍
风力涡轮机在美国和欧洲以及地球上的许多其他国家中都是一种越来越普及的能源。为了实现从风中捕获能量的标准效率，开发者正在竖立包括有越来越多的带有位于更高处的涡轮的风力涡轮机的风力涡轮机农场。例如，在大风力涡轮机农场的设计中，开发者通常使用25个或更多的具有大约1.2MW的位于50米或更高处的涡轮的风力涡轮机。这些数量提供了标准效率、缩减了能量损耗，该设计对于开发者是有利可图的。将更大的涡轮置于更高处能够使得每个涡轮运行时几乎没有由于风的切变和与地面轮廓上的近地不规则物如石头和树的不规则的相互作用而产生的边界层效应。更大的涡轮高度也使得在更高的持续风速下有更加稳定的运行条件，从而使得平均每单位时间内生成更多能量。相应的，也就有经济学和工程学动机将更大的涡轮置于更高处。但是，将更大的涡轮置于更高处也带来花费。这些花费与更大和更多用来支撑更大的涡轮的附加重量以及支撑由将建筑物置于风速也更大更持续的更高处而产生的风荷载的巨型塔相关。附加的花费关系到需要纵向立风力涡轮机的装备。例如，用于风力涡轮机的传统的管式塔--如使用铁或混凝土构造的具有管状截面的塔--的重量与塔的高度的比例增加到5/3次幂。这样，一个标准65米高、重176,000lbs的典型的1.5MW塔在85米高时重量大约是275,000lbs，增加大约56％。但是，超出250,000lbs或者高于100米的塔通常需要特殊的、昂贵的吊架来将塔部件和涡轮组装起来。对于一个典型的-->1.5MW的涡轮来说，仅仅是运输和组装一个这些吊架的花费就能够超过$250,000。为了分摊与这些大吊架的费用，风力涡轮机农场的开发者期望将尽可能多的风力涡轮机组装到该项目的覆盖区上，这样吊架的花费分散到很多风力涡轮机上。但是，在具有有限覆盖区的位置处，开发者被迫使用较少的涡轮分摊吊架的运输和组装费用，这可能在经济上是很难实施的。由于经济上的很难实施以及在这种地方放置吊架的工程上的困难，位于山顶边缘或其他计算困难的位置处的项目同样也是差一点就被排除掉。与更大更重的塔相关联的还有其他利害关系。例如，涡轮高度达到高过大约90米时，传统的管状塔的管径可能超过道路的高度或重量限制。风力涡轮机工厂已经研究了纵向切割该塔部件、运输、然后在目的地组装这些部件。但是，这些附加的组装费用使得这种替代方式也没有吸引力。甚至在80米的，此时管径比那些用于更高塔的小，最高处的塔部件也超过了州际公路的80,000lb承受力。每个风力涡轮机的用于特大型拖车和该塔部件的特殊通行证的运费都能够超出数十千美元。因此，运输大钢管塔的费用也会打消或阻碍用于风力涡轮机的其他可行的站点的发展。传统的管状风力涡轮机塔的高度能够超过65米，并具有超过70米的转子直径(或者叶片转子长度大约是35米)。使用甚至更大的转子直径以及增加的涡轮高度给工厂提出了其他挑战。在更高处的更大的转子直径对于每单位时间内从低风速中捕获并传输给涡轮更大的能量是有益的。但是，在更高处的更大的转子直径也容易导致整个风力涡轮机结构有更大的风感应振动，尤其是支撑风力涡轮机的塔。涡轮高度达到或超过80-100米、带有超过70米的转子直径时，风感应振动--尤其是塔内的横向共振和扭转振动--将会超过正常界限。为了控制由共振引起的结构上的问题，风力涡轮机设计者通常被迫将涡轮的速率降低到较低风速、限制转子直径的最大值或者减小塔的高度。但是，这些选项中的每一个都会降低每个风力涡轮机的整个经济效率。设计者也曾经尝试通过改变塔的刚度来避免共振，例如通过增加塔的质量来增加塔的刚度。但是，由于塔的质量通常都是和塔的高度成指数增长，建筑物的花费也成指数增长，这样，通过将更长的涡轮转子置于更高处将减小经济上的利益。-->
技术实现思路
本专利技术围绕先前讨论的多个问题提供一种结构属性--如弯曲和扭转刚度和减振-与重量之间具有更理想的平衡的结构塔，从而能够发展经济上可行的、具有提高了每单位成本的能量输出的风力涡轮机农场。本专利技术的优点有多个，包括通过降低塔、运输、组装的成本而降低能源的成本。该优点进一步包括通过使用具有更长转子、位于更高地势的更大的涡轮而更有效地发电。这些优点降低了风力发电的成本，并使得风力涡轮机农场在更多位置的建立比用传统管状塔更经济，从而降低了对非再生能源的依赖。此外，不管风力涡轮机的结构是构造为单独的或者大量的，在陆地或是在海的海面上，其每个优点都是可以实现的。通过使用本专利技术的空间架构塔而进一步降低成本可以通过除去与传统管状塔相关的运输瓶颈而提高。使用更大容量的涡轮的能力进一步提高了节约的比例。本专利技术包括一种减振结构塔，在塔的一个或多个部件或机架中具有空间架构结构，该塔包括多个向上定向的纵向部件和多个与该纵向部件互接的斜向部件，其中至少一个纵向部件和斜向部件，或者一个横向部件，是减振部件--如包括减振器或类似的用于减振的装置的纵向、斜向或横向部件。在一个实施例中，结构塔包括至少一个具有粘性液体的减振部件。在更进一步的实施例中，结构塔包括至少一个具有粘弹性或橡胶类材料的减振部件。在两个实施例中，粘性摩擦应力出现在粘性液体或粘弹性或橡胶类材料内，影响振动能量的减振。参看，如Chopra，Anli K.的“结构的动态”，在接近共振频率的振动的结构上的减振效果的讨论Prentice-Hall(2001)。就像通过本专利技术的披露将显而易见的一样，这里所披露的减振部件通常包括整体成型构造的减振器和弹簧元件。该弹簧元件(如，铁、铝或合成梁)给减振部件提供刚度，该减振器(如粘性的或液压减振器)用于抑止振动能量。这里披露的多个减振部件的实施例包括作为整体单元、并行运行的弹簧和减振器元件。但是，需要注意的是，该减振器和弹簧元件可以以非整体成型的方式构造--如它们可以被构造并设置在塔的一个或多个机架内，实质上为并行排列或实质上为一个垂直于另一个。具体而言，后面的实施例打算将减振器--如液体减震器--放置在靠近弹簧元件(或非减振部件)比如钢梁的-->位置处。下面将参考附图描述前述的各个实施例。例如，在减振部件的一个实施例中，粘性液体减振部件包括具有配置来与一对纵向部件互接的第一和第二端部的第一斜向部件，位于第一部件之内、具有连接到第一部件的一端上的第一端的第二部件，和可操作来连接到第二部件的第二端上的粘性或液压减震器。在一个实施例中，粘性或液压减震器包括缸体、可以与缸体滑动配合的活塞，和具有与活塞连接的第一端以及与第二部件的第二端连接的第二端的连接部件。为了方便说明，术语粘性液体减震部件或简单的粘性减震部件通常是指包括液体减震器的空间架构结构塔的斜向、纵向或横向部件，或者更具体的说，顺便给出一个实例，减震器是影响振动能量的减震性能的粘性或液压减震器或是气动减震器。术语粘性减震器和液压减震器在此可以互换使用，通常是指具有用于减小振动能量的粘性液体的减震器设备。类似的，气动减震器是指用空气或者类似气体作为用于减小振动能量的作业流体的减震器设备。至于另一示例，在一个实施例中的减震部件中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于风力涡轮机的应用中的结构塔，包括： 多个向上定向的纵向部件； 多个与纵向部件互连的斜向部件；并且 其中至少一个纵向和斜向部件是减震部件。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-5-13 60/681,2351.一种用于风力涡轮机的应用中的结构塔，包括：多个向上定向的纵向部件；多个与纵向部件互连的斜向部件；并且其中至少一个纵向和斜向部件是减震部件。2.根据权利要求1所述的结构塔，其中至少一个减震部件包括减震器。3.根据权利要求1所述的结构塔，其中至少一个减震部件包括：第一部件，具有配置来使一对纵向部件互连的第一和第二端；第二部件，位于第一部件内，具有连接到第一部件的第一端，以及第二端，该第二部件具有与第一部件不同的有效刚度；和粘性减震器，储存可操作地连接到第一和第二部件的粘性液体。4.根据权利要求3所述的结构塔，其中粘性减震器包括：缸体；与缸体滑动适配的活塞；和连接部件，具有与活塞连接的第一端和与第二部件的第二端连接的第二端。5.根据权利要求4所述的结构塔，其中粘性减震器进一步包括与粘性液体联通的储液池。6.根据权利要求1所述的结构塔，其中至少一个减震部件斜向位于一对纵向部件之间并与之互连。7.根据权利要求1所述的结构塔，其中至少一个减震部件纵向位于一对纵向部件之间并与之互连。8.根据权利要求1所述的结构塔，其中至少一个减震部件基本上横向位于一对纵向部件之间并与之互连。9.根据权利要求1所述的结构塔，其中多个纵向部件和多个斜向部件以向上伸展多个机架构造的方式排列和连接。10.根据权利要求9所述的结构塔，其中多个机架构造的每一个都包括至少三个向上定向的纵向部件。11.根据权利要求9所述的结构塔，其中多个机架构造的每一个都包括：至少三个围绕着纵轴基本上等距间隔地向上定向的纵向部件。12.根据权利要求1所述的结构塔，其中至少一个减震部件包括外管状部件和位于外管状部件内的内管状部件，该内、外管状部件具有第一和第二端，并在第一端彼此固定连接，外管状部件的第一和第二端与一对纵向部件互连，内管状部件的第二端可操作地连接到具有粘性液体的粘性减震器上。13.一种用于风力涡轮机的应用的结构塔，包括：多个向上定向的纵向部件；多个与纵向部件互连的斜向部件；其中多个纵向部件和多个斜向部件以向上伸展多个机架构造的方式排列和连接；和销钉，将纵向部件连接到相邻的纵向部...
【专利技术属性】
技术研发人员：特雷西利文斯顿，托德安德森，
申请(专利权)人：特雷西利文斯顿，托德安德森，
类型：发明
国别省市：US[]
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