專利名稱：具有塔架底座的風(fēng)力渦輪機組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容的領(lǐng)域大體上涉及風(fēng)力渦輪機組件，并且更具 體地涉及一種用于將此類風(fēng)力渦輪機組件的塔架安裝到基底
(foundation)上的底座。
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機越來越多地用來產(chǎn)生電能。風(fēng)力渦輪機通常包 括安裝在塔架頂上的轉(zhuǎn)子驅(qū)動式渦輪發(fā)電機，塔架由疊置并緊固在一 起的多個塔架段構(gòu)成。這些塔架段可為圓柱形、截頭圓錐形或其它適 合的形狀，并且通?？蔀閷嵭?、管狀或格架型段。例如， 一種常規(guī)風(fēng) 力渦輪機組件包括塔架，其中，各塔架段均包括一體式的圓柱形或截 頭圓錐形鍛鋼段。這些塔架段連結(jié)在一起，以達到高于地面的一定高 度，足以提供用于渦輪葉片的間距，以及支承處于一定高度上的發(fā)電 機，在該高度上存在足以充分發(fā)電的風(fēng)速。風(fēng)力渦輪機組件塔架最下方的塔架段(通常稱為底部段)緊 固到基底(例如，混凝土板或其它適合的基底)上。各塔架段且尤其是 底部段的直徑，必須在截面(例如直徑)上足夠大，以承受由風(fēng)力產(chǎn)生 的空氣動力負載，以及由渦輪機的重型渦輪發(fā)電機和驅(qū)動段的質(zhì)量所 施加的重力負載。隨著風(fēng)力渦輪機塔架變得越來越高，塔架底部段的
難題，這由尺寸限制或這些塔架段在通向其組裝目的地的路線上必須 經(jīng)過的道路、橋梁和隧道所引起。風(fēng)力渦輪機塔架的制造商必須使用其它方式，如增大塔架 段的外殼厚度或使用張索，以將截面較小的塔架保持就位并克服塔架所遇到的空氣動力負載和結(jié)構(gòu)負載來支承塔架。盡管這些措施有所幫 助，但它們具有其局限性，并且不能充分地滿足具有較大橫截面的也 能夠進行地面運輸?shù)娘L(fēng)力渦輪機塔架底部段的需要。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，提供了 一種構(gòu)造成用于豎立在基底上的風(fēng)力 渦輪機組件。該風(fēng)力渦輪機組件包括風(fēng)力渦輪發(fā)電機，以及具有上端 和下端的塔架。塔架構(gòu)造成用以支承大致鄰近塔架上端的風(fēng)力渦輪發(fā) 電機。風(fēng)力渦輪機組件還包括用于支承塔架的塔架底座。塔架底座具 有上端和下端。塔架底座的上端可與塔架的下端相連接，而塔架底座 的下端可安裝在基底上以將風(fēng)力渦輪機組件緊固在基底上。塔架底座 為管狀，并且具有一定的高度和外部橫截面尺寸，該外部橫截面尺寸 顯著大于塔架底座的高度。塔架底座包括多個周向區(qū)段，該周向區(qū)段 可以大體為端對端的關(guān)系進行連接以形成管狀塔架底座。在另 一個方面，提供了 一種用于將風(fēng)力渦輪機組件安裝在 基底上的塔架底座。塔架底座包括多個周向延伸的區(qū)段，該區(qū)段可以 大體為端對端的關(guān)系彼此相連，使其在組裝好時塔架底座大體為管 狀。塔架底座具有上端和下端，并且塔架底座的上端可與風(fēng)力渦輪機 組件相連接，以將風(fēng)力渦輪機組件支承在塔架底座上。塔架底座的下 端可安裝在基底上，以將風(fēng)力渦輪機組件和塔架底座緊固在基底上。 塔架底座構(gòu)造成用以承受傾覆力矩。在另一個方面，提供了一種組裝風(fēng)力渦輪機的方法。該方 法包括提供具有上端和底端的塔架，以及提供與塔架相關(guān)聯(lián)的機搶和 葉片。該方法還包括提供分段式底環(huán)狀件，以在塔架底部支承塔架。


圖1為通過塔架底座安裝到基底上的風(fēng)力渦輪機組件的一 個實施例的簡圖。
圖2為圖1中的風(fēng)力渦輪機組件的塔架底座的一個實施例 的透^L圖；圖3為從圖2中的線3-3的平面所截取的截面； [OOll]圖4為圖3中的部分截面的局部放大截面；
圖5為現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力渦輪機組件的現(xiàn)有技術(shù)的塔架段的 簡圖；圖6為由類似于圖2中的塔架底座所支承的并具有與圖5 中的現(xiàn)有技術(shù)塔架相同高度的塔架段的簡圖；圖7為拆開且置于地面運輸車輛上以便運輸?shù)膱D2中的多 個塔架底座的簡圖；以及圖8為塔架底座的第二實施例的透視截面圖。
零件清單
100風(fēng)力渦輪機組件 102塔架 104基底
105風(fēng)力渦輪發(fā)電機 106機搶 108轉(zhuǎn)子 110漿轂 112葉片 114水平軸 120葉片才艮部 122負載轉(zhuǎn)移區(qū)i或 124最下方塔架段 127塔架底座 128上端 130下端131凸緣部件
132側(cè)壁
134凸緣部件
135區(qū)段
137凸緣
139開口
141周向端部
150第一組
151第二組
161成組的內(nèi)部開口
163成組的外部開口
165多個開口
227塔架底座
232側(cè)壁
具體實施例方式現(xiàn)參看附圖，并且特別地參看圖1，總體上以IOO示出了風(fēng) 力渦輪機組件的一個實施例。在該實施例中，風(fēng)力渦輪機組件100包 括水平軸114風(fēng)力渦輪機。作為備選，風(fēng)力渦輪機組件IOO可包括豎 軸風(fēng)力渦輪機。風(fēng)力渦輪機組件100通常包括豎立在適合的基底 104(例如，混凝土板、地面或其它適合的基底)上的塔架102，以及總 體上以105顯示的風(fēng)力渦輪發(fā)電機。風(fēng)力渦輪發(fā)電機105通常包括安 裝在塔架102上的機搶106,以及聯(lián)接到機搶106上的轉(zhuǎn)子108。轉(zhuǎn) 子108具有可旋轉(zhuǎn)的漿轂110，以及聯(lián)接到漿轂110上的多個轉(zhuǎn)子葉 片112。所示的轉(zhuǎn)子108適于包括三個轉(zhuǎn)子葉片112。作為備選，轉(zhuǎn) 子108可具有多于或少于三個的轉(zhuǎn)子葉片112。葉片112定位成圍繞 轉(zhuǎn)子漿轂110,以便于旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子108將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為可用的機械 能，以及隨后的電能。通過在多個負載轉(zhuǎn)移區(qū)域122處將葉片的根部120聯(lián)接到漿轂110上，使葉片112與漿轂IIO相配合。負載轉(zhuǎn)移區(qū) 域122具有漿轂負載轉(zhuǎn)移區(qū)域和葉片負載轉(zhuǎn)移區(qū)域(圖1中均未示出)。 葉片112中造成的負載經(jīng)由負載轉(zhuǎn)移區(qū)域122轉(zhuǎn)移到漿轂110上。塔架102適于為管狀，且在所示的實施例中，其為環(huán)形， 且具有在塔架102內(nèi)從基底104沿縱向向上延伸至機餘106的內(nèi)腔(未 示出)。塔架102通常包括多個獨立的塔架段124，其可以疊置的端對 端(例如， 一個位于另一個上)的關(guān)系彼此相連，以形成塔架102。各塔 架段124均可具有大致恒定的橫截面尺寸(例如，在所示實施例中的恒 定直徑，其中，各塔架段124均大致為環(huán)形)，或塔架段124中的一個 或多個塔架段可為截頭圓錐形，以及/或者塔架段124中的一個或多個 塔架段的橫截面尺寸可為恒定的，但不同于塔架段中的一個或多個其 它塔架段的尺寸，例如在成梯狀的構(gòu)造中，各塔架段124的橫截面尺 寸隨塔架段朝向塔架102的頂部疊置而減小。如圖1中所示，塔架底座127位于且適合地緊固到基底104 上，以便支承塔架102。具體參看圖2,塔架底座127大體為呈塔架 段124形式的管狀，且在所示實施例中，其大體為環(huán)形，并且具有上 端128、下端130(圖2中所示)，以及在其間延伸的周向側(cè)壁132(圖2 中所示)。本文根據(jù)如圖1中所示的塔架102的定向，使用用語"上" 和"下"。下端130適合地構(gòu)造成用于將塔架底座127緊固到基底104 上。例如，如在圖3和圖4中最佳地觀察到，下端130包括凸緣部件 131,凸緣部件131相對于側(cè)壁132沿橫向向內(nèi)和沿橫向向外地延伸， 并且與鄰近的側(cè)壁132部分一起構(gòu)造成T型凸緣。成組的內(nèi)部開口 161 和成組的外部開口 163形成在凸緣部件131中(例如，在側(cè)壁132的相 對側(cè)上)，例如通過適合的螺紋緊固件(未示出)和相應(yīng)的螺母，用來將 塔架底座127緊固到基底104上。如圖3中所示，在塔架底座127的下端130處凸緣部件131 的沿橫向向外延伸的部分提供塔架底座127位于基底104上的較大的 覆蓋區(qū)(footprint)或橫截面尺寸(例如，所示實施例中的外徑)。該橫截面尺寸適合地大于塔架102最下方的塔架段124(位于塔架底座127上 的塔架段)的尺寸。塔架102的該較寬的覆蓋區(qū)對塔架102提供增強的 能力，用以承受由塔架102頂部處的空氣動力和重力所引起的塔架底 座127處的傾覆力矩。具體而言，這種增強的負載處理能力容許(如果 期望的話)塔架102最下方的塔架段124的相對較小的橫截面尺寸，而 不會對最下方的塔架段124或塔架102的其它塔架段增加顯著的厚度 要求。舉例來說，圖5示出了現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力渦輪機組件的塔架 T。塔架T包括三個塔架段tl,t2，t3，其中，最下方的或底部段t3安裝 在基底F上。塔架T的高度為大約77.3米(大約253英尺)，其中，底 部段t3在其置于基底F上的部位按直徑計為大約4.5米(大約15英尺)。 在圖6中，塔架102與圖5中的塔架T的高度大致相同，并且由類似 于圖2的塔架底座的塔架底座127支承。由塔架底座127的凸緣部件 131所限定的覆蓋區(qū)(外部橫截面尺寸)為大約5米(大約16.4英尺)。由 于塔架底座127提供了較寬的覆蓋區(qū)，故塔架102最下方的塔架段124 具有大約4米(大約13.1英尺)的橫截面尺寸(即圖6的實施例中的直 徑)，其中，盡管塔架T、 102具有相同的總高度，但該尺寸小于圖5 中的現(xiàn)有技術(shù)的塔架T的尺寸。減小塔架102最下方的塔架段124的 大小相應(yīng)地降低了該最下方塔架段(以及塔架102的其它塔架段)的總 重量，使得塔架段更易于運輸。塔架底座127的上端128適合地構(gòu)造成用于將塔架102連 接(即緊固)到塔架底座127上。舉例來說，在所示的實施例中，上端 128包括凸緣部件134，凸緣部件134相對于周向側(cè)壁132沿橫向向 內(nèi)地延伸，并且具有多個開口 165以便經(jīng)由其收容適合的螺紋緊固件 (未示出)。塔架102最下方的塔架段124的下端具有相應(yīng)的多個開口 (未示出)，以用于與凸緣部件134中開口相對齊進而容許通過螺紋緊 固件(未示出)和相應(yīng)的螺母(未示出)將塔架102緊固到凸緣部件134 上。設(shè)想到的是，除通過螺紋緊固件外，例如可通過焊接或其它適合的連接來將塔架102連接到塔架底座127的上端128上，這并未脫離 本發(fā)明的范圍。還應(yīng)當(dāng)理解到，上端128可構(gòu)造成使得凸緣部件134 從側(cè)壁132上橫向向外地延伸，或其可(與側(cè)壁132—起)構(gòu)造為類似 于》荅架底座127下端130的T型凸緣。返回參看圖2，塔架底座127適合地由多個單獨的周向延伸 的區(qū)段135構(gòu)成，這些區(qū)段135構(gòu)造成彼此相連以形成管狀(例如，所 示實施例中為環(huán)形)塔架底座127。例如，在圖2中所示的實施例中， 塔架底座127包括兩個半環(huán)形區(qū)段135,其可在各區(qū)段的相應(yīng)周向端 部141處相連。然而，應(yīng)當(dāng)理解到，塔架底座127可包括兩個以上的 區(qū)4爻135，這并未脫離本發(fā)明的范圍。在備選實施例中，中間區(qū)段(未 示出)在兩個區(qū)段135之間延伸，并且在各區(qū)段135的相應(yīng)周向端部 141處進行連接。在各塔架底座區(qū)段135的周向端部141處或附近，外部連 接凸緣137緊固到塔架127側(cè)壁132的外表面上，并且更適合地與其 整體地形成(例如通過鑄造)。在所示的實施例中，各連接凸緣137大 體為矩形，并且沿側(cè)壁132至少部分地豎直延伸，而在所示實施例中， 沿側(cè)壁132完全地豎直延伸。然而，應(yīng)當(dāng)理解到，連接凸緣137可不 同于矩形，這并未脫離本發(fā)明的范圍。所示的連接凸緣137還適合地 沿側(cè)壁132/人塔架底座127的上端到下端大致延伸側(cè)壁132的整個高 度。在備選實施例中，連接凸緣137延伸不足塔架底座127的整個高 度。開口 139以隔開的關(guān)系沿凸緣的長度設(shè)置在各連接凸緣 137中。對于塔架底座127的各周向區(qū)段135而言，連接凸緣137和 開口 139的定位和尺寸大致相同。因此，在將區(qū)^殳135以周向端對端 的關(guān)系定位以形成塔架底座127時，鄰近的連接凸緣137的開口 139 彼此對齊，以收容經(jīng)由其穿過的適合的螺紋緊固件，如圖2中所示。 相應(yīng)的螺母用于將螺紋緊固件緊固在連接凸緣137上，從而將連接凸 緣137且因此將區(qū)段135緊固在一起。
為了充分地處理連接凸緣137上的切應(yīng)力，在連接凸緣137 連結(jié)側(cè)壁132的位置形成具有適合半徑的圓角(未示出)。在一個適合 的實施例中，圓角半徑適合地處于大約10mm至大約30mm的范圍內(nèi)， 并且更適合為大約25mm。然而，應(yīng)當(dāng)理解到，圓角半徑可不同于上 文所述，而是取決于需要承受的應(yīng)力(減小的應(yīng)力通常伴隨著較大的圓 角半徑)，并且仍然在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在一個實施例中，塔架底座127適合地由鋼構(gòu)成。例如， 塔架底座127可適合地包括ASTMA36鋼及其衍生物。然而，可使用 其它適合的材料來制造塔架底座127，這并未脫離本發(fā)明的范圍。更 適合地講，各塔架底座區(qū)段135(即，上端128、下端130、側(cè)壁132, 以及包括將側(cè)壁132與連接凸緣137相連結(jié)的圓角的連接凸緣137)均 整體地形成，并且還更適合地通過鑄造而形成。以此方式進行的鑄造 提供了優(yōu)于其它制造技術(shù)的成本和設(shè)計優(yōu)點。但應(yīng)當(dāng)理解到，可使用 其它適合的制造技術(shù)和方法來制造塔架底座區(qū)段135而并不脫離本發(fā) 明的范圍。圖7示出了將多個塔架底座127設(shè)置在諸如卡車(如所示實 施例中)或軌道車的地面運輸車輛上的方法的一個實施例。在該實施例 中，各塔架底座127均包括如圖2的實施例中的兩個周向區(qū)段135。 將區(qū)段135拆開，并布置成沿卡車車廂(bed)縱向布置的一組150區(qū)段 135，以及沿卡車車廂縱向布置的但相對于第一組150區(qū)段135沿縱 向偏移的第二組151區(qū)段135，使得第二組151區(qū)段135中的區(qū)段的 周向端部131可延伸至第一組150區(qū)l殳中的區(qū)^殳135中間部分附近， 反之亦然。以這種方式，由區(qū)段135所占據(jù)的卡車車廂上的整個寬度 大致小于塔架底座段127組裝好時的橫截面。區(qū)段135還直立地置放 在卡車上(即，區(qū)段135的下端抵靠卡車車廂平直地放置)，以便相對 最大限度地減小卡車車廂上方的區(qū)段135高度。設(shè)想到的是，只要將 區(qū)段135拆開并直立地置放在地面運輸車輛上，則塔架底座127區(qū)段 135的其它布置也可容許減小在卡車上所需的區(qū)段135總寬度，這并未脫離本發(fā)明的范圍?，F(xiàn)參看圖8，在第二實施例中，塔架底座227類似于塔架底座127,包括具有向內(nèi)延伸的凸緣部件的上端、具有沿橫向向內(nèi)和向外延伸的凸緣部件的下端，以及在其間延伸的側(cè)壁232。然而，在該實施例中，側(cè)壁232從其下端至其上端向內(nèi)成一定角度，以便使塔架底座227大體為截頭圓錐形。側(cè)壁232相對于水平線的角度適合地處于大約60度至大約89度的范圍內(nèi)。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在并未脫離本發(fā)明范圍的情況下，該角度可不在此范圍內(nèi)。在介紹本發(fā)明及其最優(yōu)實施例的元件時，用語"一個"、"一種"、"該"和"所述"旨在表示存在這些元件中的一個或多個。用語"包括"、"包含"和"具有"旨在為包括性的，并且意指可存在除列出元件之外的其它元件。本書面說明使用了包括最佳方式的實例來公開本發(fā)明，且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何并入的方法。本發(fā)明可取得專利的范圍由權(quán)利要求所限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所構(gòu)思出的其它實例。如果這些其它實例與權(quán)利要求中的書面語言并無不同，或者如果這些其它實例包括與權(quán)利要求的書面語言無實質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件，則將意味著這樣的實例處在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。在不脫離本發(fā)明范圍的情況下當(dāng)對上述構(gòu)造和方法作出各種變化時，期望的是，包含在上述說明中以及顯示在附圖中的所有物件均應(yīng)解釋為示范性的而非有限制意義
權(quán)利要求
1.一種構(gòu)造成用于豎立在基底(104)上的風(fēng)力渦輪機組件(100)，所述風(fēng)力渦輪機組件包括風(fēng)力渦輪發(fā)電機(105)；具有上端和下端的塔架(102)，其被構(gòu)造成用以支承大致鄰近于所述塔架上端的所述風(fēng)力渦輪發(fā)電機；以及用于支承所述塔架的塔架底座(127)，所述塔架底座具有上端(128)和下端(130)，所述塔架底座的上端可與所述塔架的下端相連接，所述塔架底座的下端可安裝在所述基底上，以將所述風(fēng)力渦輪機組件緊固在所述基底上，所述塔架底座為管狀，并且具有一定高度以及顯著大于所述塔架底座高度的外部橫截面尺寸，所述塔架底座包括可以大體為端對端的關(guān)系進行連接以形成所述管狀塔架底座的多個周向區(qū)段(135)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機組件(IOO),其特征在于，所 述塔架底座(127)大體為環(huán)形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機組件(IOO),其特征在于，所 述塔架底座的各周向區(qū)段(135)均具有位于所述各區(qū)段的周向相對的 端部(141)處或附近的一對連接凸緣(137)，其中，各連接凸緣均沿所述 塔架底座(127)的至少一部分高度至少部分地豎直延伸， 一個周向區(qū)段 的各連接凸緣均可連接到周向鄰近的周向區(qū)段的相應(yīng)連接凸緣上，以 將所述區(qū)段連接在一起來組裝所述塔架底座。
4. 才艮據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機組件(IOO)，其特征在于，所 述塔架(102)在其下端處具有外部橫截面尺寸，所述塔架底座(127)的外 部橫截面尺寸大于所述塔架下端的外部橫截面尺寸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機組件(IOO)，其特征在于，所 述塔架底座(127)的外部橫截面尺寸由所述塔架底座的下端(130)限定。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力渦輪機組件(100)，其特征在于，所延伸的側(cè)壁(132),所述塔架底座的下端包括從所述塔架底座側(cè)壁至少 部分地橫向向外延伸的凸緣部件(131,134)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機組件(100),其特征在于，所 述塔架底座(127)還包括在所述塔架底座的上端(128)與下端(130)之間 延伸的側(cè)壁(132),所述側(cè)壁在其從所述塔架底座的所述下端延伸至所 述上端時4黃向向內(nèi)成一定角度。
8. —種用于將風(fēng)力渦輪機組件(100)安裝在基底(104)上的塔架底 座(127),所述塔架底座包括多個周向延伸的區(qū)段(135)，所述區(qū)段(135) 可以大致為端對端的關(guān)系彼此相連，以便使所述塔架底座在其組裝好 時大致為管狀，所述塔架底座具有上端(128)和下端(130),所述塔架底 座的上端可與所述風(fēng)力渦輪機組件相連接，以將所述風(fēng)力渦輪機組件 支承在所述塔架底座上，所述塔架底座的下端可安裝在所述基底上， 以將所述風(fēng)力渦輪機組件和塔架底座緊固在所述基底上，其中，所述 塔架底座構(gòu)造成用以承受傾覆力矩。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的塔架底座(127),其特征在于，所述塔架 底座具有一定的高度和外部橫截面尺寸，所述塔架底座的外部橫截面 尺寸顯著大于所述塔架底座的高度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的塔架底座(127),其特征在于，所述塔 架底座可連接到塔架段(124)上，以及所述塔架底座的橫截面尺寸大于 連接到其上的所述塔架段的橫截面尺寸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有塔架底座的風(fēng)力渦輪機組件。風(fēng)力渦輪機組件(100)構(gòu)造成用于豎立在基底(104)上。風(fēng)力渦輪機組件包括風(fēng)力渦輪發(fā)電機(105)，以及具有上端和下端的塔架(102)。塔架構(gòu)造成用以支承大致鄰近塔架上端的風(fēng)力渦輪發(fā)電機。風(fēng)力渦輪機組件還包括用于支承塔架的塔架底座(127)。塔架底座具有上端(128)和下端(130)。塔架底座的上端可與塔架下端相連，而塔架底座的下端可安裝在基底上，以將風(fēng)力渦輪機組件緊固在基底上。塔架底座為管狀，并且具有一定高度和顯著大于塔架底座高度的外部橫截面尺寸。塔架底座包括多個周向區(qū)段(135)，其可以大體為端對端的關(guān)系進行連接以形成管狀塔架底座。
文檔編號F03D9/00GK101639047SQ200910159238
公開日2010年2月3日 申請日期2009年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月30日
發(fā)明者D·J·萬貝克, M·A·沙克爾 申請人:通用電氣公司