專利名稱：復(fù)合式風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的豎直制造技術(shù)
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題大體涉及風(fēng)力渦輪機(jī)塔架結(jié)構(gòu)和形成復(fù)合式風(fēng)力渦輪機(jī)塔架結(jié) 構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機(jī)是用于將風(fēng)中的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的機(jī)器。如果該機(jī)械能直接被機(jī)器 用來(例如)泵水或研磨小麥，則風(fēng)力渦輪機(jī)可稱為風(fēng)車。類似地，如果將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電， 則該機(jī)器也可稱為風(fēng)力發(fā)電機(jī)或風(fēng)力發(fā)電裝置。通常根據(jù)葉片圍繞其旋轉(zhuǎn)的豎直軸或水平軸來對風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)行分類。圖1中示 意性地示出了一種所謂的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，且可從通用電氣公司獲得該水平軸風(fēng)力發(fā)電 機(jī)。風(fēng)力渦輪機(jī)2的這種特定構(gòu)造包括支承包圍傳動(dòng)系8的機(jī)艙6的塔架4。葉片10布 置在輪轂9上，以在機(jī)艙6外部、傳動(dòng)系8的一端處形成“轉(zhuǎn)子”。旋轉(zhuǎn)葉片10驅(qū)動(dòng)齒輪箱 12，齒輪箱12在傳動(dòng)系8的另一端處連接到發(fā)電機(jī)14上，該發(fā)電機(jī)14與接收來自風(fēng)速計(jì) 18的輸入的控制系統(tǒng)16 —起布置在機(jī)艙6內(nèi)部。當(dāng)葉片10的大小增大時(shí)，塔架4的大小也增大。目前的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架4通常由 鋼板制成，鋼板在較遠(yuǎn)的地方制造，且然后在渦輪機(jī)2的地點(diǎn)處組裝。但是，制造、運(yùn)輸和組 裝這些材料通常是困難和昂貴的。雖然使用復(fù)合材料可降低塔架4的構(gòu)件的重量和運(yùn)輸成 本，但是傳統(tǒng)技術(shù)往往仍然需要運(yùn)輸多個(gè)零件，然后這些零件必須在戶外施工現(xiàn)場連結(jié)在一起。

發(fā)明內(nèi)容
本文中通過在各種實(shí)施例中提供制造復(fù)合式塔架的方法來解決與這樣的傳統(tǒng)措 施相關(guān)聯(lián)的這些和其它缺點(diǎn)，該方法包括用可固化的樹脂至少部分地填充模板；使模板中 的樹脂至少部分地固化；使模板部分地升高到至少部分地固化的樹脂上方；以及利用抵靠 固化的樹脂應(yīng)用的更多可固化的樹脂來至少部分地填充升高的模板。


現(xiàn)在將參照以下附圖(“圖”)來描述本技術(shù)的各種方面，附圖未必是按比例繪制的，而是在幾個(gè)視圖中的所有各個(gè)中使用相同參考標(biāo)號來標(biāo)明對應(yīng)的部件。圖1是傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的示意性側(cè)視圖。圖2是用于圖1所示的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的豎直制造的系統(tǒng)的示意性截面圖。圖3是用于圖2所示的系統(tǒng)的加強(qiáng)系統(tǒng)的示意圖。圖4是用于圖2所示的系統(tǒng)的加強(qiáng)布置的示意圖。圖5是用于圖2所示的系統(tǒng)的另一種加強(qiáng)布置的示意圖。圖6是用于圖2所示的系統(tǒng)的又一種加強(qiáng)布置的示意圖。部件列表2.風(fēng)力渦輪機(jī)4.塔架6.機(jī)艙8.傳動(dòng)系9.輪轂10.葉片12.齒輪箱14.發(fā)電機(jī)16.控制系統(tǒng)18.風(fēng)速計(jì)20.豎直制造系統(tǒng)22.模板23.蓋24.纜繩26.緊固件28.滑輪29.支承結(jié)構(gòu)30.絞盤32.樹脂供給34.槽36.輻射源38.環(huán)件40.軸向線卷42.突起44.纖維46.帶
具體實(shí)施例方式圖2是用于圖1所示的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架4或者任何其它塔架的豎直制造的系統(tǒng)20 的一個(gè)實(shí)施例的示意性截面圖。雖然所示塔架4具有沿豎直方向具有遞減的直徑的基本圓 形的截面，但是也可使用其它兩種截面，包括橢圓形和/或多邊形。
豎直制造系統(tǒng)20包括在塔架4的下部部分形成時(shí)升高的模板或套環(huán)22。模板22 可為完全或部分地圍繞塔架4延伸的環(huán)形。在此處顯示的實(shí)例中，模板22由可松開的緊固 件26 (例如鉤或扣)連接到鏈條或纜繩24上。纜繩24經(jīng)過支承結(jié)構(gòu)29上的一個(gè)或多個(gè) 滑輪28和/或其它滑車而延伸到絞盤30，纜繩繞在絞盤30上，以便使模板22升高。因此 系統(tǒng)20可稱為“自升式套環(huán)”。但是，也可使用各種其它技術(shù)來升高和/或降低模板22。各 個(gè)新的樹脂層可為約二分之一英尺至一英尺高?？商峁┛蛇x的蓋23來保護(hù)塔架4的內(nèi)部 在制造期間不受環(huán)境的影響，且允許在內(nèi)部放置生產(chǎn)材料。樹脂供給32對形成于模板22的內(nèi)壁和外壁之間的槽34提供樹脂和任何可選的 加強(qiáng)材料。例如，可通過軟管從地面泵送樹脂。合適的樹脂基質(zhì)材料可包括但不限于聚酯、 聚乙烯、環(huán)氧樹脂或適用于形成復(fù)合材料的任何其它基質(zhì)。在初始位置上，當(dāng)用樹脂裝填模板22時(shí)，模板22的底部將擱靠在基礎(chǔ)上。如有必 要，可使用各種密封技術(shù)來防止樹脂從模板22中漏出。例如，模板22的底部可提供有永久 的或可用后即棄的橡膠裙，該橡膠裙靠著塔架4的下部部分緊密地固定。備選地或另外，模 板22的壁可提供這樣的表面靠著該表面，使用濕式或干式積層過程來形成塔架4。允許樹脂在模板22升高到新位置之前固化或部分固化。例如，可提供諸如紅外線 輻射或紫外線輻射的能量源36來促進(jìn)固化過程。一旦樹脂固化，或者部分固化，且模板22 升高到新位置，就重復(fù)該過程。這樣，塔架4就以擱靠在之前的層上的一系列相對薄的層逐 步建立起來?？墒褂酶鞣N技術(shù)來對塔架4提供加強(qiáng)，以便提高樹脂基質(zhì)的彎曲強(qiáng)度和/或硬度。 如圖3所示，一個(gè)或多個(gè)肋環(huán)件38可布置在槽34中。例如，環(huán)件38可在樹脂固化或部分固 化的同時(shí)固定到模板22上。也可利用軸向支承件(例如軸向線卷)40連接或以別的方式 連結(jié)兩個(gè)或更多個(gè)環(huán)件38。雖然圖3中僅顯示了兩個(gè)軸向線卷40，但也可提供任何數(shù)量的 線卷，且它們可在環(huán)件38周圍延伸。連結(jié)的環(huán)件38中的一個(gè)可浸入裝有樹脂的槽34中， 其它環(huán)件布置在槽34上方，以便在模板22向上移動(dòng)時(shí)接收用于下一個(gè)環(huán)件的軸向線卷40。如圖4所示，豎直突起42可從塔架4的壁延伸到槽34中，以提供軸向加強(qiáng)。如圖 5所示，突起42可起心軸44的作用，可圍繞該心軸44纏繞加強(qiáng)纖維44。備選地或另外，槽 34的內(nèi)壁可提供合適的心軸，以便于纏繞纖維44。就此而言，也可為模板22提供各種旋轉(zhuǎn) 能力，以便有利于纏繞纖維44。備選地或另外，可在槽34中提供短心軸(未顯示)，纖維44 可抵靠該短心軸而纏繞。模板22也可提供有多個(gè)壁，該多個(gè)壁充當(dāng)用于纖維纏繞過程和樹 脂固化模具的心軸兩者。還可在槽34中使用纖維預(yù)成形件。如2008年2月27日提交的關(guān)于“復(fù)合式風(fēng)力渦輪機(jī)塔架”(Composite Wind Turbine Tower)的序號為No. 12/038，471 (律師案號No. 227235)的共同擁有共同未決的美 國專利申請中所論述，纖維44可包括縱向纖維和環(huán)向纖維。備選地或另外，可在塔架4周 圍纏繞帶46，如圖6所示。軸向線卷40、豎直突起42、纖維44和/或帶46可為天然纖維 或人造纖維，例如玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維或適用于形成復(fù)合材料的任何其它纖維。帶 46可為具有高的軸向定向的織物帶。線卷40、突起42和纖維44的數(shù)量不受限制，且可包 括適用于提供合適的結(jié)實(shí)的復(fù)合材料的任何數(shù)量和任何密度。以上描述的技術(shù)提供了優(yōu)于傳統(tǒng)措施的各種優(yōu)點(diǎn)。例如，豎直制造系統(tǒng)20允許塔 架4形成為連續(xù)的主體，而非多個(gè)段。一件式構(gòu)造通過消除對內(nèi)段法蘭和伴隨的螺栓扭矩
5維護(hù)的需要，大大降低了塔架的成本。系統(tǒng)20提供了對復(fù)合材料的使用，同時(shí)避免了與從 工廠地點(diǎn)運(yùn)輸塔架段以及提供重要的現(xiàn)場制造設(shè)施相關(guān)聯(lián)的昂貴的后勤補(bǔ)給。
應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，上面描述的實(shí)施例，且尤其是任何“優(yōu)選”實(shí)施例，僅是本文已經(jīng)闡 述以便提供對本技術(shù)的各方面的清楚理解的各種實(shí)現(xiàn)的實(shí)例。在不顯著偏離僅由所附的權(quán) 利要求書的適當(dāng)解釋限定的保護(hù)范圍的情況下，普通技術(shù)人員將能夠更改這些實(shí)施例中的 許多實(shí)施例。
權(quán)利要求
一種制造復(fù)合式塔架(4)的方法，包括用可固化的樹脂至少部分地填充模板(22)；使所述模板(22)中的樹脂至少部分地固化；使所述模板(22)部分地升高到所述至少部分地固化的樹脂上方；以及利用抵靠所述固化的樹脂應(yīng)用的更多可固化的樹脂來至少部分地填充所述升高的模板(22)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將加強(qiáng)材料添加到所述 可固化的樹脂的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述加強(qiáng)材料包括至少一個(gè)環(huán)件(38)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述加強(qiáng)材料包括連結(jié)在一起的多個(gè)環(huán)件。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述加強(qiáng)材料包括延伸到所 述更多可固化的樹脂中的多個(gè)豎直突起(42)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述加強(qiáng)材料包括螺旋帶 (46)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，將加強(qiáng)材料添加到所述可固化的樹脂中 的所述步驟包括圍繞心軸纏繞纖維(44)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述心軸包括所述模板(22)的壁。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述模板(22)包括環(huán)形模板。
10. 一種用于復(fù)合式塔架(4)的豎直制造的裝置，包括 環(huán)形模板(22)；用于為所述模板(22)提供可固化的樹脂的樹脂供給(32)；以及 用于在所述樹脂至少部分地固化之后使所述模板(22)部分地升高到所述可固化的樹 脂上方的絞盤(30)。
全文摘要
本發(fā)明涉及復(fù)合式風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的豎直制造。一種制造復(fù)合式塔架(4)的方法包括用可固化的樹脂至少部分地填充模板(22)；使模板(22)中的樹脂至少部分地固化；使模板(22)部分地升高到至少部分地固化的樹脂上方；以及利用抵靠固化的樹脂應(yīng)用的更多可固化的樹脂來至少部分地填充升高的模板(22)。
文檔編號B29C39/04GK101920538SQ20101016776
公開日2010年12月22日 申請日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日
發(fā)明者L·D·威利, 林玫玲, 鄭大年 申請人:通用電氣公司