專利名稱：風(fēng)輪機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)及建立該支撐結(jié)構(gòu)的工藝過程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于發(fā)電或其它用途的風(fēng)輪機(jī)的豎直支撐結(jié)構(gòu)或塔，該支撐結(jié)構(gòu)或塔由預(yù)應(yīng)力混凝土(prestressed concrete)制成,形成由多個環(huán)形部材(annular sector，環(huán)形部分)構(gòu)成的、高度可變的截頭圓錐形或圓柱形的預(yù)應(yīng)力混凝土柱身，每個環(huán)形部材包括若干具有半圓形或多邊形截面的壁部件或者若干半圓形或多邊形部材，這些壁部件彼此縱向連接，并在若干部材在高度方向上疊置的情況下，利用能夠使塔的結(jié)構(gòu)保持連續(xù)性的系統(tǒng)縱向連接。在該支撐結(jié)構(gòu)或塔的頂端，或者直接設(shè)置風(fēng)輪機(jī)，或者設(shè)置將風(fēng)輪機(jī)最后固定到其上的另一金屬柱身。本發(fā)明大體上還應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，尤其是應(yīng)用于建造及安裝用于發(fā)電的風(fēng)輪機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)的產(chǎn)業(yè)。本發(fā)明的第二方案涉及基于上述壁部件的依次結(jié)合來建立該支撐結(jié)構(gòu)的工藝過程。在本說明書全文中，壁部件應(yīng)被理解為形成支撐結(jié)構(gòu)或塔的壁的部件(piece)，所述壁的厚度為5至30cm，由預(yù)應(yīng)力混凝土制成，在部段(區(qū)段，section)或纖維加強(qiáng)混凝土的周緣具有居中的預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力的加強(qiáng)件，適合于將鄰接的一個或多個部件構(gòu)成支撐結(jié)構(gòu)或塔的環(huán)形部材。
背景技術(shù)：
關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)的情況，應(yīng)提到的是，隨著可再生能源的開發(fā)而大規(guī)模擴(kuò)展的風(fēng)電行業(yè)在探索更高的成本經(jīng)濟(jì)性的方面已逐步取得進(jìn)展，由此使得需要設(shè)計出3MW乃至5MW 的功率逐漸增大的風(fēng)輪機(jī)來滿足發(fā)電的要求。這類新設(shè)計使得亟需重新考慮承載風(fēng)輪機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)或塔必須要承受比現(xiàn)今所承受的應(yīng)力大得多的應(yīng)力，并且該支承結(jié)構(gòu)達(dá)到高至120m的新高度，以便能夠容置葉片長度大于50m的機(jī)器。特別是由于這類鋼制結(jié)構(gòu)的極大的撓性、以及由于這一特性與通過這種新式塔的動力學(xué)計算所獲取的(技術(shù))要求的不相容性，現(xiàn)今的利用彎曲和電焊的板并借助凸緣橫向連接構(gòu)建的塔(高度達(dá)70m)的類推(外推)設(shè)計并不能夠以經(jīng)濟(jì)合算的方式解決上述元件所要求的新特征。因此，需要使用其它的材料，而在這些材料中，混凝土具有解決上述問題的必要特性。從這種意義上講，現(xiàn)今人們已開始作出若干首創(chuàng)一些方案使用鋼筋混凝土構(gòu)建這些塔，或者因采用滑動模板或提升模板構(gòu)筑的結(jié)果而“在原地”、即在其風(fēng)力田(wind farm，風(fēng)電場)和其最終位置上來執(zhí)行這些元件的后張。如果“在原地”進(jìn)行后張，則需將纜索穿過其中，在套管內(nèi)進(jìn)行薄混凝土壁內(nèi)部的后張，并因此將該套管留在塔內(nèi)或塔外。這些方案除成本昂貴之外，還存在著所需的執(zhí)行周期較長的問題，而這與工程的成本經(jīng)濟(jì)性直接相矛盾。
在其它情況下，已經(jīng)嘗試?yán)糜衫鐖A形拱塊(voussoir)的預(yù)制混凝土制成的小部件或者利用小板件(它們彼此連接而構(gòu)成塔)來解決該問題。這些總體上被加強(qiáng)的部件需具有相當(dāng)?shù)暮穸龋员阍谠撍坏┏惺芄ぷ鬏d荷并因此具有開裂的部段時能確保該塔執(zhí)行合適的動態(tài)操作。為此，借助在原地(就地)執(zhí)行的內(nèi)部或外部后張操作而以偶然性方式對這些設(shè)計方案進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，這種后張操作沿該塔壓緊所有部段以防止開裂。在該方案中，在原地后張操作的部件等之間存在著大量的連接，使得操作極大地復(fù)雜化，并使這些塔的組裝成本極為昂貴，也不利于組裝的實際操作。已知許多背景資料描述了使用鋼筋混凝土的各種實施例的塔，其中值得提出的是下列文件JP-A-9-2;35912、DE-A-2980卯41、DE-A-19832921、EP-A-960986、 US2006/0254168、W002/01025、US7, 114，295，JP-0R-3074144、EP-A-1474579 (MECAL APPLIED MECHANICS)、EP-A-1645761 (INNE021)、EP-A-1876316 (MONTANER)、 W02007/033991(SIKA), W02008/0319128 (GAMESA)。上述專利中所詮釋的技術(shù)方案可分成下列幾組a.在現(xiàn)場建造的塔。b.由具有疊置的環(huán)形部材的鋼筋混凝土材料制成的塔，并且在當(dāng)場執(zhí)行后張操作。c.由混凝土材料制成的塔，該混凝土材料由包括兩個或多個組裝的組件的環(huán)形結(jié)構(gòu)部材疊置而成，需要在當(dāng)場執(zhí)行后張操作。d.由混凝土或鋼制成的格框式塔。e.由在鋼板之間澆筑混凝土構(gòu)成的塔。f.其中設(shè)有多種不同形狀的部件的塔，這些部件適于在生產(chǎn)制造中起到協(xié)助作用，或者適于提高結(jié)構(gòu)效能。g.包括結(jié)合有特定加強(qiáng)元件的部件的塔。專利FR1145789述及一種建造塔或疊架(stack)的過程，該過程無需使用預(yù)制元件搭建腳手架。盡管事實上該文獻(xiàn)表明所述預(yù)制元件能夠由預(yù)應(yīng)力混凝土制成，但在描述圖8至圖10時指出，豎向連接件應(yīng)包括在上述圖中可看到的預(yù)加應(yīng)力的系桿(tie)。專利US 5809711描述了用于連接能夠形成例如立桿(mast)、塔之類的結(jié)構(gòu)或者例如橋的兩個預(yù)壓緊混凝土元件的裝置和方法。該專利描述了采用壁部件形式的預(yù)應(yīng)力混凝土元件，這些元件通過若干從壁部件延伸出并穿過配置在疊置的相鄰壁部件中的管道的預(yù)應(yīng)力股絞鋼索(strand)相連接，這些管道基本上貫穿所有的所述相鄰的部件，以便通過隨后將上述延伸的股絞鋼索張緊而聯(lián)接這些部件，實現(xiàn)多個通用的接合部。這種構(gòu)造方案的缺點是被局限于壁部件的高度較小的設(shè)計(development)，例如拱塊結(jié)構(gòu)，因為若非如此的話，在壁部件的現(xiàn)場組裝中由于必須要將股絞鋼索插入壁部件中來執(zhí)行整個壁部件后張以及疊置的壁部件之間的連接，因此將使組裝包含非常困難和復(fù)雜的操作。本發(fā)明提出一種包括若干疊置的環(huán)形結(jié)構(gòu)部段的類型的豎直支撐結(jié)構(gòu)或塔，每個環(huán)形結(jié)構(gòu)部段包括連接在其縱向邊緣的兩個或多個壁部件，并且與之前的方案不同的是， 本發(fā)明總體上是基于在塔或風(fēng)力田的實際安裝點處的纜索后張，以特別地通過在工廠內(nèi)預(yù)加應(yīng)力來構(gòu)造壁部件，以提供塔和連接接合的強(qiáng)度，預(yù)加的應(yīng)力是根據(jù)該部件在塔或結(jié)構(gòu)中占據(jù)的相對位置而計算得出，因此通過結(jié)合預(yù)加應(yīng)力而使構(gòu)成塔的部件自身已在結(jié)構(gòu)上是耐久的，僅需要執(zhí)行相鄰的疊置壁部件之間的連接以形成塔即可。此外，由于在工廠內(nèi)進(jìn)行的預(yù)加應(yīng)力是一種工業(yè)流程，并且由于不必在現(xiàn)場設(shè)置后張的纜索，因此借助本發(fā)明的方案降低了成本。另一方面，所應(yīng)用的技術(shù)不需要使用輔助的元件來運(yùn)輸，確保了部件的壓緊狀態(tài)(該狀態(tài)使塔的有效壽命最大化)，從而允許實現(xiàn)其它能夠簡化塔的構(gòu)建的新式設(shè)計及組裝的備選方案。本發(fā)明所基于的該方案的另一個特別的方面在于位于帶有預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)件的預(yù)制元件之間的連接系統(tǒng)，該連接系統(tǒng)特別適用于柱身的環(huán)形部材的連接，由此允許連續(xù)的預(yù)應(yīng)力作用的連續(xù)性而(完全或部分地)不需要例如結(jié)合桿或其它后張系統(tǒng)之類的額外的元件，并使用其本身的預(yù)應(yīng)力纜索(該纜索構(gòu)成前述預(yù)張壁部件的預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)件)來壓緊這些連接中的每個部件的擴(kuò)大端區(qū)域，但這與US 5809711中所詮釋的方案不同，僅影響疊置的部件的連接區(qū)域中每個部件的較短端的部材。其它能夠被引用的有關(guān)現(xiàn)有技術(shù)情況的文獻(xiàn)為專利DE 202005020398、EP 1876316,DE 10223429 和 JP 2004011210。以下描述本發(fā)明獨特的方案。

發(fā)明內(nèi)容
與之前提到的方案相比，本發(fā)明借助由在工業(yè)模床(bed)中預(yù)加應(yīng)力的混凝土 (借助鋼索或纜索控制施加于混凝土的應(yīng)力)制成的大型壁部件來實現(xiàn)塔的預(yù)制，其長度僅受運(yùn)輸條件的限制(長度通常為20m到40m)，并具有半圓形截面或圓形片段，或者具有多邊形截面或多邊形片段，每個部件被設(shè)計成能夠在因其自身重量和運(yùn)輸?shù)亩饝?yīng)力下工作，就如同是有預(yù)定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的大型U形梁那樣。此外，已根據(jù)所述壁部件在支撐結(jié)構(gòu)或塔中占據(jù)的相對位置而為每個壁部件計算出在工廠內(nèi)對每個部件施加的預(yù)應(yīng)力，即(該預(yù)應(yīng)力)適于對塔的每個部分中所要求的結(jié)構(gòu)載荷作出響應(yīng)。因此這些壁部件在能夠形成支撐結(jié)構(gòu)或塔的同時無需使每個部件的組裝均經(jīng)過影響整個部件的、額外的現(xiàn)場最終后張操作。如將在下文的說明中所見的，僅在只影響每個壁部件的較短的設(shè)計(通常為Im到1. 5m 的長度)的某些情況下在其端部執(zhí)行后張操作，由此允許壓縮壁部件的面對的和疊置的連接擴(kuò)大端區(qū)域。本發(fā)明提出的支撐結(jié)構(gòu)或塔包括大體為截頭圓錐形的柱身(但其也可以為圓柱形)，其部分地由通過橫向接合部彼此連接的兩個或多個疊置的、環(huán)形結(jié)構(gòu)部段或部材形成。根據(jù)本發(fā)明的原理，塔的每個環(huán)形結(jié)構(gòu)部段包括兩個或多個在工廠內(nèi)預(yù)加應(yīng)力的壁部件，如上文所述，這些壁部件在它們的側(cè)面連接而形成塔的縱向接合部。預(yù)加應(yīng)力可利用后張的加強(qiáng)件，其中在張緊容置在管道或套管中的預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)件之前執(zhí)行混凝土澆筑，當(dāng)混凝土已獲得足夠的強(qiáng)度時對其進(jìn)行張緊和錨定，或者如在此所論述的那樣，采用10根預(yù)張加強(qiáng)件(pre-tensionedreinforcement，預(yù)張緊加強(qiáng)件)，其中在將加強(qiáng)件臨時張緊并錨定在固定的元件中之后完成混凝土澆筑。在此情況下，當(dāng)混凝土已獲得足夠的強(qiáng)度時，將加強(qiáng)件從它們的臨時錨定處釋放， 并通過粘附將臨時施加于加強(qiáng)件的力轉(zhuǎn)移到混凝土。最后，從粘附條件的觀點看，加強(qiáng)筋束(tendon)可以是粘性的，如利用預(yù)張加強(qiáng)件進(jìn)行預(yù)加應(yīng)力的情況那樣，或是在加強(qiáng)件與混凝土之間注入施加應(yīng)力的粘性材料之后利用后張的加強(qiáng)件那樣，或者也可以是非粘性的，如利用后張的加強(qiáng)件進(jìn)行預(yù)加應(yīng)力的情況那樣，其中使用不形成粘附的保護(hù)加強(qiáng)件的系統(tǒng)。通過使用直接在工廠內(nèi)預(yù)加應(yīng)力的部件的塔的設(shè)計和連接系統(tǒng)提供了下列優(yōu)占.
^ \\\ ·-包含費(fèi)用的節(jié)省，假設(shè)預(yù)應(yīng)力從開始起在部件中起到耐久加強(qiáng)的作用。-允許獲得更大的部件。-預(yù)加應(yīng)力技術(shù)、高強(qiáng)度混凝土或纖維混凝土的使用，包含著設(shè)計的改變，提供了與借助預(yù)應(yīng)力的雙T梁或箱形梁構(gòu)建橋梁的當(dāng)前技術(shù)相比更大的剛性、細(xì)長度、耐用性和材料的節(jié)省。-防止開裂并因此確保塔具有更大的剛性、更長的使用壽命和更低的維護(hù)成本。-因為預(yù)應(yīng)力纜索在工廠內(nèi)的工業(yè)流程中處理，所以降低了制造成本。-通過簡化操作和降低成本，節(jié)省了組裝時間并減少了在現(xiàn)場執(zhí)行的工作。通過減少組裝時間，還減少了對現(xiàn)場的結(jié)構(gòu)所固有的氣候因素的不確定性和難題。-消除了對運(yùn)輸用輔助元件的需求，允許將大部件放在不需要支撐結(jié)構(gòu)的常規(guī)的搬運(yùn)工具車(dolly truck)上。-對于具有給定的耐用(抵抗)能力的部件，允許新的備選組裝方案的實現(xiàn)，例如本專利中所描述的，當(dāng)部件在其下部處部分地連接時，則這些部件以單獨的方式保持耐久性。-利用干接合(dryjoint)的連接系統(tǒng)允許構(gòu)建能夠拆分的塔。塔的完全拆分不需要破壞其任何元件，使得隨后可以再使用這些部件在另一區(qū)域組裝構(gòu)成該塔。這樣允許在它們的有效壽命的末期拆除風(fēng)力田，乃至再使用這些部件構(gòu)成更大高度的塔。根據(jù)前文所述，一個、兩個或多個豎直放置并縱向連接的所述壁部件構(gòu)成具有與現(xiàn)今使用的節(jié)段(跨度，span)的外觀和功能均相同的柱身的節(jié)段。無論是同樣由兩個半圓形部件構(gòu)成的新式的預(yù)應(yīng)力混凝土節(jié)段，還是金屬節(jié)段。將放在該第一截頭圓錐形體上直到達(dá)到必要的高度。每個部件由半圓形或多邊形部段或其部材構(gòu)成，這些部段具有小的厚度和變化的半徑，并且由高強(qiáng)度混凝土制成，但如需要的話，這些部段也可由自密實混凝土、高強(qiáng)度混凝土、或者纖維性混凝土制成，其具有居中的預(yù)加應(yīng)力，或者該預(yù)加應(yīng)力稍微偏離(中心) 以校正因其自重或其它臨時載荷所造成的影響，這些部段還具有加強(qiáng)件，該加強(qiáng)件可以是通過在混凝土中添加纖維而形成，或者是位于部段的周緣內(nèi)的非預(yù)應(yīng)力的加強(qiáng)件，這將在為此而準(zhǔn)備的模型和模床的水平位置中執(zhí)行。在從模具中抽出部件之前，在模床上借助套管的定位和纜索執(zhí)行的這種預(yù)加應(yīng)力、混凝土澆筑和隨后的張緊，確保了維持整個混凝土部段不開裂，保持了塔的機(jī)械特性和耐久特性。這一方面是至關(guān)重要的，因為在其它的鋼筋混凝土的方案中，在需求的承載作用下發(fā)生變形，并且為使鋼材開始起作用，需要將鋼材拉伸，造成混凝土的開裂。在從制造過程本身起即被預(yù)加應(yīng)力的部件中，確保了不發(fā)生開裂，延長塔的有效壽命，并消除在其它方案中成本非常高的維護(hù)需求。由于重要的是從制造時起就將應(yīng)力結(jié)合(施加)到壁部件中，從而為壁部件提供不取決于所使用的系統(tǒng)的上述結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因此，除了通過預(yù)加應(yīng)力制造的壁部件之外，該壁部件也可通過在工廠內(nèi)后張(不考慮操作的復(fù)雜性和成本)獲得。壁部件的處理和運(yùn)輸，直到壁部件的最終定位，將在制造場所內(nèi)完成，可能需要給定元件(某些交叉撐條(cross bracing)元件)的細(xì)長度。部件之間的縱向連接(根據(jù)截頭圓錐形體的母線)將借助濕接合，通過疊合、穿過非預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)件以及隨后填充高強(qiáng)度灰漿來完成，或者借助干接合，通過在部件的與水平面斜交并處于不同的高度的壁內(nèi)的襯套和螺栓來完成，或者通過沿部件的縱向邊緣內(nèi)側(cè)的穿孔的混凝土凸緣來實現(xiàn)，這些凸緣允許借助螺栓和螺母聯(lián)接該接合部并同時控制擰緊轉(zhuǎn)矢巨(tightening torque)。在由疊置的混凝土制成的塔的幾個節(jié)段的情況下，豎向接合部可以在水平面上呈旋轉(zhuǎn)排布(rotated，旋轉(zhuǎn)形式)，以防止沿柱身的不同節(jié)段形成連續(xù)的接合，或者可以不旋轉(zhuǎn)排布而形成連續(xù)的縱向接合部，只要適合需求即可?？赏ㄟ^沿部件的母線方向的穿孔部件的端部處的加寬(widening)來實現(xiàn)節(jié)段之間、或第一節(jié)段與地基之間的橫向連接，由此允許借助高強(qiáng)度鋼桿來進(jìn)行聯(lián)接，這些高強(qiáng)度鋼桿可借助由組裝時在現(xiàn)場進(jìn)行的疊合、螺接或連接后張錨定的濕連接來聯(lián)接接合部，這些接合部將由液態(tài)或塑性的水泥灰漿和/或樹脂以及任何其它保護(hù)性產(chǎn)品(例如蠟)加以保護(hù)。在后張的連接的情況下，除聯(lián)接兩個部件外，這些連結(jié)桿還確保了在塔的所有部段中的預(yù)應(yīng)力的連續(xù)性。因此，依據(jù)所使用的錨固系統(tǒng)(在無需輔助錨固元件的情況下執(zhí)行的預(yù)加應(yīng)力、借助輔助支撐的頭部錨定的預(yù)加應(yīng)力、或者后張)，會需要使用不同長度的加厚部(thicknessing)和聯(lián)接，該加厚部能夠在從部件的端部錨定預(yù)加應(yīng)力情況下或后張的情況下使用，設(shè)于部件的端部的混凝土部段的加厚部能夠由所述端部處的呈內(nèi)凸緣形式的厚金屬片來替代，加厚部(由于相關(guān)的穿孔的緣故)允許借助高強(qiáng)度桿連接到其余的元件，這些高強(qiáng)度桿被以螺絲擰緊并同時控制擰緊轉(zhuǎn)矩，或者被施以后張。在連接到地基的情況下，這些鋼筋(rebar)可在構(gòu)建底座時安置在地基中，或在隨后借助套管的定位安置在地基中，其中在套管填充高強(qiáng)度灰漿之前將桿插入。橫向連接和縱向連接可設(shè)有能夠使部件準(zhǔn)確定位的引導(dǎo)系統(tǒng)。鑒于如前文所述，塔的每個節(jié)段可由兩個半圓形或多邊形部件構(gòu)成，但也可通過由更多件(塊)具有半圓形或多邊形截面的部段構(gòu)成，即半個部段的四個部件、三分之一部段的六個部件、四分之一部段的八個部件等，應(yīng)指出的是，在塔的地基的起始處所述部件可具有不同長度，例如這些部件中的半數(shù)可具有一正常長度，另一半處于插入方式的部件可具有所述長度的一半的長度，由此在隨后的節(jié)段的接連的疊置中，橫向連接位于不同的高度，位于塔的端部的半數(shù)的部件同樣為該(正常)長度的一半，使得這些部件在頂部處于同 “"尚度。該組裝系統(tǒng)避免了使用輔助塔，減少了組裝時間和成本。部件的混凝土的內(nèi)部、外部的修飾可以是用于其它類型的部件的現(xiàn)有的修飾方式中的任一種，例如磨光、噴涂、加紋理、粉刷等。這些部件可具有供人和設(shè)備進(jìn)入塔內(nèi)部的必要間隙。還可在制造時，將輔助設(shè)備所需的許多插入物、錨板等設(shè)置于部件內(nèi)和部件外。從這一角度來講，應(yīng)提及的是該組裝系統(tǒng)可能需要事先組裝輔助塔，一旦工作完成，可將該輔助塔拆卸，或者不拆卸而將其留在塔內(nèi)。如之前提到的，本發(fā)明還提出用于基于其自身的預(yù)應(yīng)力纜索連接預(yù)制的預(yù)張元件的系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供了在預(yù)制元件之間利用預(yù)張加強(qiáng)件進(jìn)行連接而不再需要基于壁部件的張緊纜索的一部分的后續(xù)張緊的、額外的元件的可能性。為此，在工廠內(nèi)預(yù)加應(yīng)力的、所用的預(yù)應(yīng)力纜索在所述壁部件中延伸穿過多個節(jié)段，并伸出壁部件之外，所述延伸節(jié)段被設(shè)置為能夠供配置在相鄰壁部件中的管道插入，用以通過所述纜索延伸節(jié)段的隨后(后續(xù))的張緊(操作)而聯(lián)接到所述壁部件，布置兩個疊置的且端部面對的壁部件，獲得一橫向接合部，該橫向接合部確保了預(yù)加應(yīng)力的連續(xù)性。具體而言，根據(jù)本發(fā)明提出的系統(tǒng)，纜索的外伸部分(其在任何情況下都是張緊所必需的，然而在傳統(tǒng)的預(yù)張緊方案中必須稍后將其切割)容置在為此目的而留在連續(xù)的部件內(nèi)的管道中，這些管道可以都位于接合部的相同側(cè)或組合在任一側(cè)。為了利于所述纜索的穿行，本發(fā)明的系統(tǒng)使用具有縱向凹槽的元件乃至屬于所述分類的公共錨板。這種用于再張緊的新系統(tǒng)和工藝過程允許賦予預(yù)應(yīng)力的作用的連續(xù)性，只需要具有長度為50cm至300cm的、部件的橫截面的加厚部來容置錨固元件。原則上，該系統(tǒng)在接合部的區(qū)域中是無粘附性的，這一方面是考慮到隨后張緊的需要，另一方面則是由于混凝土在該端部的粘附性的缺失。然而，應(yīng)指出的是張緊纜索可以僅使用脂或蠟來簡單地保護(hù)，或者，可使用水泥灰漿或樹脂來提供粘附系統(tǒng)。在本發(fā)明提出的系統(tǒng)中還可看到例如蓋之類的部件用于保護(hù)錨固元件。另一方面，若待被再張緊的區(qū)域的長度縮短，則楔件嵌入量(wedge draw-in)必須要小，需要精確的計算來確定要執(zhí)行的張緊量，以及所需的錨固區(qū)域的必要尺寸。0. 5,0. 6或0. 62英寸的預(yù)應(yīng)力纜索或其它尺寸的纜索是常規(guī)的預(yù)張加強(qiáng)件所常用的。還應(yīng)指出的是，該系統(tǒng)適用于與地基的連接，為地基元件中的錨固長度，提供了充分的裕量。因此，(本發(fā)明)所提出的基于自身的預(yù)應(yīng)力纜索的、用于連接預(yù)張的預(yù)制元件的新的系統(tǒng)代表了一種新穎的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征迄今未被披露，出于此因，結(jié)合本發(fā)明的實用效果、使本發(fā)明具有可被授予其所請求的專有權(quán)的充分理由?；谇拔乃?，除了充分解決風(fēng)電行業(yè)中產(chǎn)生的對新一代風(fēng)輪機(jī)提出的技術(shù)需求之外，本發(fā)明還允許改進(jìn)塔的成本預(yù)算、提供一些額外的優(yōu)點，例如維護(hù)的需求很小，或者在干連接的情況下可以將塔拆卸和移走、以及更大的耐用性或更大的疲勞強(qiáng)度。另一方面，其使用不局限于風(fēng)電行業(yè)，有效改善了用于疊架、控制塔、通信塔等的結(jié)構(gòu)。


為了對所作的描述進(jìn)行補(bǔ)充，并且為了協(xié)助更好地理解本發(fā)明的特征，本說明書附有若干幅附圖，這些附圖被作為本說明書的一部分，在附圖中以示例和非限制性的方式繪示了下列內(nèi)容
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的用于產(chǎn)生電能的風(fēng)輪機(jī)及其它用途的支撐結(jié)構(gòu)的正視圖， 該支撐結(jié)構(gòu)由整體預(yù)制的具有圓形截面的預(yù)應(yīng)力混凝土制成，在圖中可看到該支撐結(jié)構(gòu)通過幾個節(jié)段的連接而實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)方式。圖2示出用于產(chǎn)生電能的風(fēng)輪機(jī)和其它用途的支撐結(jié)構(gòu)的根據(jù)圖1所示的截面 “A-A”的橫截面圖，該支撐結(jié)構(gòu)由整體預(yù)制的具有圓形截面的預(yù)應(yīng)力混凝土制成。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的預(yù)張的預(yù)制元件的縱向截面的截面圖，該預(yù)制元件中結(jié)合有基于預(yù)應(yīng)力纜索的、用于連接兩個疊置的壁部件的系統(tǒng)，在圖中可看到借助設(shè)于橫向接合部的相同側(cè)的多個管道的連接的示例。圖4也示出根據(jù)結(jié)合有本發(fā)明的連接系統(tǒng)的預(yù)張的預(yù)制元件的另一示例的沿縱向的截面圖，在此情況下，管道以組合方式設(shè)于橫向連接的任一側(cè)。圖5示出本發(fā)明的正視圖和若干截面圖，其中可看到在幾個節(jié)段的連接的情況下，構(gòu)成組件的部件的設(shè)置方式，每個節(jié)段中的柱身的縱向接合部呈旋轉(zhuǎn)排布。圖6示出圖2所示的細(xì)部“dl”的放大圖，其中可看到本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的內(nèi)部構(gòu)造。圖7示出圖2所示的細(xì)部“d2”的放大圖，其中可看到在濕接合的情況下形成的具有半圓形或多邊形截面的部件的連接。圖8示出圖2所示的細(xì)部“d2”的放大圖，其中可看到在利用螺栓或襯套接合的情況下形成的具有半圓形或多邊形截面的部件的連接。圖9示出圖2所示的細(xì)部“d2”的放大圖，其中可看到在利用混凝土凸緣接合的情況下形成的具有半圓形或多邊形截面的部件的連接。圖10示出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及其地基的一部分的縱向剖視圖。圖11示出根據(jù)圖10所示的截面“A-A”的結(jié)構(gòu)的剖視圖，其中可看到本發(fā)明的兩個節(jié)段之間的橫向連接的平面圖。圖12示出圖10所示的細(xì)部“el”的放大圖，其中可看到借助于部件的壁的加厚部而實現(xiàn)的橫向接合的實施例，該部件通過高強(qiáng)度鋼桿接合，確保在該塔的所有部段內(nèi)的預(yù)應(yīng)力具有連續(xù)性。圖13示出圖10所示的細(xì)部“el”的放大圖，其中可看到在從部件的端部錨定預(yù)應(yīng)力的情況下，借助與高強(qiáng)度鋼桿接合的金屬凸緣的橫向接合的實施例，這些高強(qiáng)度鋼桿被以螺絲擰緊并控制擰緊轉(zhuǎn)矩。圖14示出根據(jù)圖10所示的截面“B-B”的結(jié)構(gòu)的截面圖，其中可看到本發(fā)明的第一節(jié)段連接至地基的平面圖。圖15示出圖10所示的細(xì)部“e2”的放大圖，其中可看到借助于選擇部件的壁的加厚部而實現(xiàn)的連接到地基的實施例，該部件通過高強(qiáng)度鋼桿連接到地基，但在現(xiàn)場為制造地基本身時所用的鋼筋。圖16示出圖10所示的細(xì)部“e2”的放大圖，其中可看到借助于選擇部件的壁的加厚部而實現(xiàn)的連接到地基的實施例，該部件通過高強(qiáng)度鋼桿(但在此處為地基中的鋼筋) 并借助套管連接到地基。圖17示出本發(fā)明的節(jié)段之間的連接的平面圖，其中示出定位引導(dǎo)件的細(xì)部以及具有上述弓I導(dǎo)件的節(jié)段之間的連接的截面。圖18示出運(yùn)輸?shù)膶嵤├囊粋€細(xì)節(jié)以及該部分的橫向支撐元件。
圖19示出通過插入不同長度值的起始節(jié)段的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的另一組裝系統(tǒng)的立體圖。圖20和圖21各自示出了從圖19所示的不相同的節(jié)段直至結(jié)構(gòu)的端部的后續(xù)組裝階段的立體圖。圖22示出有關(guān)根據(jù)本發(fā)明的用于建立所提出的支撐結(jié)構(gòu)的可行的步驟的示例。
具體實施例方式基于所論述的附圖并且根據(jù)所使用的附圖標(biāo)記，可在所述附圖中看到包括下文描述的多個部分的本發(fā)明的實施例。因此，如圖1和圖2所繪示，用于產(chǎn)生電能的風(fēng)輪機(jī)或其它用途的、由整體預(yù)制的預(yù)應(yīng)力混凝土制成的支撐結(jié)構(gòu)是由高強(qiáng)度混凝土制成的預(yù)制柱身1構(gòu)成，該高強(qiáng)度混凝土被在制造模床中預(yù)加應(yīng)力或后張，具有自密實性，并且如需要的話，其具有由至少兩個半圓形或多邊形截面(圖未示)的部件2和3制成的高度變化的截頭圓錐形，其5cm至30cm厚的薄壁具有如在圖6中繪示的細(xì)部“dl”中所觀察到的居中的預(yù)應(yīng)力4以及位于部段的周緣內(nèi)的非預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)件5，并且部件2和3通過縱向接合部6彼此連接。預(yù)應(yīng)力4相對于其中心可以有輕微的變化，以便抵消其自身重量或其它臨時載荷造成的影響。另外，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)由一個或幾個上述的預(yù)制柱身1的節(jié)段構(gòu)成，預(yù)制柱身1由在制造模床中預(yù)加應(yīng)力或后張的混凝土制成，并在適當(dāng)場合通過橫向接合部7或連接系統(tǒng)彼此連接，稍后將具體參照圖3和圖4詳述該連接系統(tǒng)。本發(fā)明允許根據(jù)與上述的縱向接合部6的連接相關(guān)的優(yōu)選實施例的相應(yīng)的附圖標(biāo)記來可選擇地執(zhí)行三個替代的變型。在一優(yōu)選實施例中，本發(fā)明借助于濕接合部8，通過非預(yù)應(yīng)力的加強(qiáng)件的重疊并穿過隨后的以高強(qiáng)度灰漿填充，來實現(xiàn)上述的縱向連接6，如圖 7中所詳示。在另一實施例中，所述縱向接合部6是借助在部件的與水平面斜交并處于不同高度的壁內(nèi)安置襯套和螺栓9而實現(xiàn)，如圖8中所詳示。在第三優(yōu)選實施例選項中，所述縱向接合部6是通過沿部件的縱向邊緣內(nèi)側(cè)的穿孔的混凝土凸緣10而實現(xiàn)，這些凸緣允許借助螺栓和螺母11連接該接合部，同時控制擰緊轉(zhuǎn)矩，圖9中詳細(xì)示出了這一情況。應(yīng)指出的是，為了防止沿柱身1的不同節(jié)段形成相連續(xù)的接合，上述多個縱向接合部6可安裝成在平面中呈旋轉(zhuǎn)排布，柱身1由此構(gòu)成在圖5中所觀察到的結(jié)構(gòu)，但這些縱向接合部也可以不采用旋轉(zhuǎn)排布并且具有連續(xù)性。另外，前述連接到地基的、以及位于圖11和圖14所示的節(jié)段之間的橫向接合部7 將借助高強(qiáng)度鋼桿12聯(lián)接，高強(qiáng)度鋼桿12將在組裝時在現(xiàn)場后張并具有足夠的長度，由此確保在塔的所有部分中的預(yù)加應(yīng)力的連續(xù)性，這些橫向接合部將由液態(tài)或塑性的水泥灰漿和/或樹脂以及任何其它保護(hù)性產(chǎn)品(例如蠟)加以保護(hù)。下文將說明的圖3和圖4的系統(tǒng)也能夠用于這些橫向接合部。在本發(fā)明的一優(yōu)選實施例中，所述鋼桿12設(shè)于橫向接合部中，橫穿混凝土壁13的穿孔的加厚部，這些加厚部形成在每個節(jié)段的端部處，如圖12所詳示。在圖13所繪示的另一優(yōu)選實施例中，在從部件的端部錨定預(yù)加應(yīng)力的的情況下，這些桿橫穿在柱身內(nèi)部形成為凸緣的、非常厚的穿孔金屬板14。
在本發(fā)明的一優(yōu)選實施例中，除了連接到地基的柱身的連接之外，并且與該連接相關(guān)的是，能夠與該連接同時地直接實現(xiàn)將所述鋼桿12固定在地基15中(如圖15所示)， 或者可替代地，在圖16所繪示的另一優(yōu)選實施例中借助套管16在地基15中的定位來實現(xiàn)，在其填充高強(qiáng)度灰漿17之前將鋼桿12穿入這些套管中。在組裝時，為了能恰當(dāng)定位部件2、3和由其構(gòu)成的柱身1的不同節(jié)段，縱向接合部 6和橫向接合部7可以選擇性地設(shè)有常規(guī)的引導(dǎo)系統(tǒng)18，如圖17所詳示。最終，并且為確保在確切定位之前部件的耐久性，該部件可以選擇性地設(shè)有橫向撐桿系統(tǒng)19，如圖18所詳示。如在圖19至圖21中觀看到的，根據(jù)一可選實施例，塔的每個節(jié)段或柱身1可由兩個以上具有半圓形或多邊形截面的部段的部件2、3(在所述的示例中為三分之一的部段的六個部件)構(gòu)成，這些部件中的半數(shù)(其位于塔的地基的起始處并處于插入方式)具有正常長度2，而其余部件的3的長度近似為該正常長度的一半，使得在隨后的節(jié)段1的接連的疊置中，縱向連接6不旋轉(zhuǎn)排布，而橫向連接7位于不同高度，位于塔的端部的半數(shù)部件的長度同樣為該(正常)長度的一半，使得這些部件在頂部處于同一高度。參照圖3和圖4，在該實施例中，利用預(yù)制的壁部件2來實現(xiàn)所提出的處于預(yù)張的預(yù)制元件之間的連接系統(tǒng)，正如對這一點所做的描述那樣，(壁部件)內(nèi)部設(shè)有預(yù)張的加強(qiáng)筋束或纜索，并且纜索的一部分如外伸并容置在為此目的而設(shè)置在連續(xù)的壁部件2內(nèi)的管道M中(該纜索必須要連接到該壁部件2、。為了獲得所述連續(xù)部件2中的所述連接而制造形成其橫截面的加厚部21，該加厚部適于容置能夠結(jié)合例如蓋之類的保護(hù)元件23的錨固元件22。如在圖3繪示的實施例中所觀看到的，上述管道M可以都位于接合部的相同側(cè)，或者可如圖4的實施例所繪示的那樣的組合在任一側(cè)。為有利于纜索4在管道如內(nèi)穿過，本發(fā)明的系統(tǒng)使用具有縱向凹槽的元件乃至屬于所述分類的公共錨板(圖未示)。應(yīng)指出的是，該系統(tǒng)在加厚部區(qū)域21中是無粘附性的，而管道如設(shè)于該區(qū)域中， 這一方面是考慮到隨后張緊的需要，另一方面則是由于混凝土在該端部的粘附性的缺失。 然而，張緊纜索可以僅使用油脂或蠟來簡單地保護(hù)，或者，可隨后注入利用水泥灰漿或樹脂的連接系統(tǒng)，以便提供粘附系統(tǒng)。圖22示出能夠?qū)嵤┙⒏鶕?jù)本發(fā)明的支撐結(jié)構(gòu)或塔的方法的示例，示出如何單獨地安裝每個壁部件0、3)，如果在這種情況下，則每個壁部件通過縱向接合部連接到相鄰部件(豎向部件間的接觸邊的連接，或形成將一個部件(2、；3)連接到其下方緊鄰的一個部件的橫向接合部)。應(yīng)理解的是，大多數(shù)壁部件會依賴于它們在制造模床中制造時所獲得的結(jié)構(gòu)剛性，由此，本發(fā)明的實施與執(zhí)行塔的具有更高要求的某些部分中的局部后張或者利用僅影響一些壁部件或其一部分的后張是相容的。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)輪機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)，該種類型的支撐結(jié)構(gòu)包括部分地由兩個或多個疊置的環(huán)形結(jié)構(gòu)部段構(gòu)成的柱身(1)，所述結(jié)構(gòu)部段通過橫向接合部(7)彼此連接，每個所述結(jié)構(gòu)部段結(jié)合有至少兩個預(yù)制的混凝土壁部件0、3)，所述壁部件具有多邊形或圓形的部分橫截面， 所述壁部件鄰接地排布并通過縱向接合部連接，其特征在于每個所述壁部件是這樣獲得的借助貫穿所述壁部件的至少幾個張緊的纜索而在工廠內(nèi)預(yù)加應(yīng)力，在制造模床中預(yù)壓縮所述壁部件的本體，使得從制造所述部件時起即將預(yù)定的預(yù)應(yīng)力施加到所述部件，并起到耐久加強(qiáng)件的作用，所述工廠內(nèi)的預(yù)加應(yīng)力是根據(jù)所述壁部件在所述支撐結(jié)構(gòu)中占據(jù)的相對位置來計算得出；以及每個所述壁部件與相鄰的壁部件相疊置地組裝而構(gòu)成所述支撐結(jié)構(gòu)，僅在所述壁部件的相對的端面處構(gòu)成連接，而不會有影響整個壁部件的額外的后張。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，在一些所述壁部件中，所用的預(yù)應(yīng)力纜索穿過多個節(jié)段延伸，并從所述壁部件伸出，所述延伸節(jié)段被設(shè)置為用于插入配置在鄰接的壁部件中的多個管道，用以通過所述纜索延伸節(jié)段的隨后的張緊而聯(lián)接到所述壁部件，從而布置成兩個通過相面對的端部疊置的壁部件并獲得橫向接合部，該橫向接合部確保了預(yù)加應(yīng)力的連續(xù)性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，一個或多個所述環(huán)形部段的壁部件的一個或兩個端部中具有加厚部，其中所述管道配置為用以穿過所述預(yù)應(yīng)力纜索的所述節(jié)段延伸部來布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述加厚部包括這樣的構(gòu)造所述構(gòu)造的厚度從所述部件的一端向所述管道的出口區(qū)域增大并延伸經(jīng)過一縱向節(jié)段的50至 300cm的長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述加厚部向內(nèi)、向外或向壁部件的環(huán)形部段的內(nèi)外兩側(cè)凸伸，在大部分凸起區(qū)域中提供用于錨定所述纜索的后張的表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述加厚部包含壁部件的環(huán)形部段的整個環(huán)形部段或一部分環(huán)形部段。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述管道影響所述壁部件的包括該壁部件的整個長度的3%至5%的縱向設(shè)計。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，每個環(huán)形結(jié)構(gòu)部段包括至少兩個壁部件( 和(3)，所述至少兩個壁部件薄壁具有多邊形或半圓形橫截面，并具有居中預(yù)應(yīng)力 (4)和非預(yù)應(yīng)力的加強(qiáng)件(5)，該居中預(yù)應(yīng)力(4)或者相對于所述部件的厚度稍微偏離，或者在整個所述環(huán)形部段中完全非均勻分布，以糾正其自身重量或其它臨時載荷的造成的影響，而該非預(yù)應(yīng)力的加強(qiáng)件( 位于所述部段的周緣內(nèi)，所述壁部件(2、；3)借助橫向接合部和縱向接合部(6)彼此連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，每個壁部件(2、3)為截頭圓錐形或圓柱形，并且由橫向接合部(7)連接的不同環(huán)形截面的壁部件具有不同高度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，該支撐結(jié)構(gòu)還包括一個或多個纜索或桿，所述纜索或桿布置為穿過每個壁部件的端部的具有更大厚度的凸出部。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，該支撐結(jié)構(gòu)是由從高強(qiáng)度混凝土、自密實混凝土或纖維混凝土之中選擇的一種材料所構(gòu)建。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述縱向接合部(6)的連接是借助沿所述部件的縱向邊的內(nèi)側(cè)的穿孔的混凝土凸緣(10)來實現(xiàn)，由此允許借助螺栓和螺母(11)來閉合該接合部并同時控制擰緊轉(zhuǎn)矩。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，為了防止沿所述柱身的不同節(jié)段形成連續(xù)的縱向接合，不同的環(huán)形結(jié)構(gòu)部段的所述縱向接合部(6)沿旋轉(zhuǎn)的方向移位。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，在合適的情況下，連接到所述地基和連接在節(jié)段之間的所述橫向接合部(7)是借助設(shè)于每個壁部件的端部的套管式加厚部(1 來提供的，該套管式加厚部(1 沿所述部件的母線方向被穿孔，使得允許通過高強(qiáng)度鋼桿(1 進(jìn)行聯(lián)接，所述高強(qiáng)度鋼桿(1 在組裝時在現(xiàn)場進(jìn)行后張并具有足夠的長度， 從而盡管在股絞鋼索的錨固區(qū)域內(nèi)具有預(yù)應(yīng)力損失，仍能確保在所述塔的所有部段中的預(yù)應(yīng)力的連續(xù)性。
15.根據(jù)前述實施例所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，所插入的起始部件(2)和(3)和所插入的塔頂部的部件具有不同高度，優(yōu)選為所述長度的一半，位于接連的節(jié)段或柱身(1) 的部件之間、處于不同高度的所述橫向連接(7)使所述塔的組裝能夠無需借助輔助組裝結(jié)構(gòu)或元件來實施。
16.一種用于建立根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的支撐結(jié)構(gòu)的工藝過程，其特征在于包括如下步驟依次安裝每個壁部件(2、3)，以及將一個壁部件(2、3)聯(lián)接到另一個相鄰的壁部件，在同一高度處形成多個縱向接合部，或在疊置排布中形成橫向接合部。
全文摘要
一種風(fēng)輪機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)，包括由多個疊置的環(huán)形結(jié)構(gòu)部段構(gòu)成的柱身(1)，這些環(huán)形結(jié)構(gòu)部段通過橫向接合部(7)彼此連接，并具有多邊形或圓形部分橫截面，每個環(huán)形結(jié)構(gòu)部段包括若干所述鄰接的壁部件，這些壁部件通過縱向接合部連接，其中每個壁部件均通過在工廠內(nèi)預(yù)加應(yīng)力而制得，并且每個所述壁部件與相鄰的壁部件相疊置地組裝而構(gòu)成支撐結(jié)構(gòu)，僅在這些壁部件相對的鄰接端處具有連接，從而不會產(chǎn)生影響整個壁部件的額外的后張。
文檔編號E04H12/16GK102459787SQ201080032219
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
發(fā)明者弗朗西斯科·哈維爾·馬丁內(nèi)斯·德·卡斯塔涅達(dá), 曼努埃爾·西東查·埃斯科瓦爾 申請人:帕卡達(dá)爾有限公司