风塔及其组装方法.pdf

本发明涉及风塔及其组装方法，具体而言，提供了一种与风力涡轮机(100)一起使用的塔架(120)。该塔架(120)包括多个塔架段(262，264)，其中各塔架段均包括第一界面(330)和第二界面(340)，其中用粘胶剂(435)把第一塔架段的第一界面结合到第二塔架段的第二界面上。

1.  一种与风力涡轮机(100)一起使用的塔架(120)，所述塔架包括多个塔架段(262，264)，其中各塔架段均包括：
第一界面(330)；和
第二界面(340)，其中用粘胶剂(435)把第一塔架段的第一界面结合到第二塔架段的第二界面上。

2.  根据权利要求1所述的塔架(120)，其特征在于：
所述第一界面(330)包括多个丘状突起(432)；和
所述第二界面(340)包括多个凹槽(422)，所述第一塔架段(262)的所述多个丘状突起构造成与所述第二塔架段(264)的所述多个凹槽互锁。

3.  根据权利要求1所述的塔架(120)，其特征在于：
把多个所述塔架段(262，264)结合到一起，以形成至少一个塔架部分(240，260)；和
把至少两个所述塔架部分结合到一起以形成所述塔架。

4.  根据权利要求1所述的塔架(120)，其特征在于，所述粘胶剂(435)具有至少210N/mm的剥离强度。

5.  根据权利要求1所述的塔架(120)，其特征在于，所述粘胶剂(435)具有至少500kPa的抗拉强度。

6.  根据权利要求1所述的塔架(120)，其特征在于，所述粘胶剂(435)具有至少450kPa的动剪强度。

7.  根据权利要求1所述的塔架(120)，其特征在于，所述粘胶剂在大约22℃的温度下具有至少1000克的静剪强度，而在大约66℃的温度下具有至少500克的静剪强度。

8.  一种风力涡轮机组件，包括：
风力涡轮机(100)；和
塔架(120)，所述风力涡轮机联接在所述塔架上，所述塔架包括多个塔架段(262，264)，其中各塔架段均包括：
第一界面(330)；和
第二界面(340)，其中用粘胶剂(435)把第一塔架段的第一界面结合到第二塔架段的第二界面上。

9.  根据权利要求8所述的风力涡轮机组件，其特征在于：
所述第一界面(330)包括多个丘状突起(432)；和
所述第二界面(340)包括多个凹槽(422)，所述多个丘状突起构造成与所述多个凹槽互锁。

10.  根据权利要求8所述的风力涡轮机组件，其特征在于，所述粘胶剂(435)具有至少210N/mm的剥离强度。

风塔及其组装方法
技术领域
[0001]本申请一般地涉及与风力涡轮机一起使用的风塔，并且更具体地，涉及可使用粘胶剂来把风力涡轮机塔架的多个部分结合到一起而组装的风塔。
背景技术
[0002]风力涡轮机正在被日益增多地用来产生电能。至少一些已知的风力涡轮机包括风力涡轮机塔架、位于风力涡轮机塔架上的短舱(nacelle)和通过轴而支撑在短舱中的转子。在至少一些已知的风力涡轮机中，风力涡轮机塔架包括三个塔架部分：顶部部分、中部部分和底部部分。各塔架部分均由一个到十个或者更多的单个罐状段制成，这些段典型地焊接到一起。
[0003]在已知的风力涡轮机塔架中，顶部部分是离地面最远的部分，而底部部分接触地面。中部部分在顶部部分和底部部分之间延伸。各风力涡轮机塔架部分提供从涡轮机到地面的具有强健的结构性负载路径的部分。此外，风力涡轮机塔架部分还对系统可能需要的任何机械内部部件和/或电气内部部件提供支撑。已知的风力涡轮机塔架部分通过焊接、螺栓连接和/或其它已知的机械紧固件组件连接到一起以形成风力涡轮机塔架。特别地，把各风力涡轮机塔架部分的罐状段焊接到一起以形成各个单独的风力涡轮机塔架部分，然后把邻近的塔架部分联接到一起以形成风力涡轮机塔架。
[0004]对于已知的风力涡轮机，在组装之前使用长途货运卡车把风力涡轮机塔架运输到建造场所。用车辆来运输具有从大约60英尺到大约150英尺的长度的风力涡轮机塔架部分，除了其可操作性不够以外，道路运输长为60英尺到150英尺的塔架部分也可能是昂贵的。此外，由于难于驾驶通过急弯，所以必须安排专门的路径来运输。而且，从卡车上装载和卸载长的塔架也可能是困难的。因此，有时必须通过船只或直升飞机来运输塔架部分，这两种方式都会增加成本。
[0005]考虑到前述情况，如果可以在建造场所处容易地组装用于风力涡轮机的塔架，那么这将是有利的。然而，在建造场所处可能不能方便地实施焊接及其它典型地被用来制造塔架的机械联接方法。这样，就需要一种备选方式来把风力涡轮机塔架部分连接到一起，以制造可以承受风力涡轮机典型地所经受的风力条件和温度条件的风力涡轮机。特别地，使用用于把塔架部分结合到一起的粘胶剂来在建造场所处形成风力涡轮机塔架将是有利的。此外，使用粘胶剂来结合塔架部分的罐状段以在建造场所处形成塔架部分自身将更有利。
发明内容
[0006]在一个方面中，提供了组装用于和风力涡轮机一起使用的塔架的方法。该方法包括提供多个塔架段。各塔架段均包括第一界面和第二界面。该方法还包括使用粘胶剂把第一塔架段的第一界面结合到第二塔架段的第二界面上。
[0007]在另一个方面中，提供了用于和风力涡轮机一起使用的塔架。该塔架包括多个塔架段。各塔架段均包括第一界面和第二界面。通过粘胶剂把第一塔架段的第一界面结合到第二塔架段的第二界面上。
[0008]在又一个方面中，提供了风力涡轮机组件。该组件包括风力涡轮机和塔架。把风力涡轮机联接到塔架上。该塔架包括多个塔架段。各塔架段均包括第一界面和第二界面。通过粘胶剂把第一塔架段的第一界面结合到第二塔架段的第二界面上。
附图说明
[0009]图1是示范性风力涡轮机的透视图；
[0010]图2是在图1中所示的风力涡轮机塔架的一部分的放大透视图；
[0011]图3是在图2中所示的罐状段的局部截面图；
[0012]图4是在图3中所示的罐状段被联接到一起以形成在图1和图2中所示的塔架部分的放大图；
[0013]图5是在图4中所示并且被连接到一起的罐状段的一部分的截面图；和
[0014]图6是在图5中所示并且沿着区域6选取的罐状段的一部分的放大图。
部件列表
100风力涡轮机
120风力涡轮机塔架
160叶片
162叶片
164叶片
240顶部塔架部分
260中部塔架部分
262罐状段
264罐状段
280底部塔架部分
330第一界面
340第二界面
432丘状突起
435粘胶剂
442凹槽
具体实施方式
[0015]图1是包括风力涡轮机塔架120和三个叶片160、162和164的示范性风力涡轮机100的透视图。图2是风力涡轮机塔架120的一部分的放大透视图。在示范性实施例中，风力涡轮机塔架120由三个部分组装而成：分别是，顶部塔架部分240、中部塔架部分260和底部塔架部分280。本领域技术人员将能理解的是，尽管图1和图2图示了风力涡轮机塔架120仅包括三个塔架部分240、260和280，但是在不偏离本申请范围的情况下，风力涡轮机塔架可用多于三个的部分或少于三个的部分组装而成。此外，在示范性实施例中，各塔架部分240、260和280的长度L₁都在大约二十英尺和大约两百英尺之间。而且，在示范性实施例中，各塔架部分240、260和280的直径D₁都是大约三十英尺。
[0016]在示范性实施例中，例如，各风力涡轮机塔架部分240、260和280均由一个或多个罐状段262和264制成。图3是被联接到一起以形成风力塔架部分260的罐状段262和264的局部截面图。在示范性实施例中，风力涡轮机部分260仅分别包括两个罐状段262和264。在备选实施例中，各塔架部分240、260和280均可包括任何适当个数的罐状段。在示范性实施例中，各罐状段262和264均具有在大约十英尺和二十英尺之间的长度L₂，以及大约三十英尺的直径D₁。此外，在示范性实施例中，罐状段262和264各由相同的钢材料制成。其它的非金属材料，例如但不局限于复合材料和/或混凝土，也可适合用来制造罐状段262和264。
[0017]在示范性实施例中，罐状段262和264各形成有第一界面330和第二界面340。各第一界面330通过粘胶剂(图未示)联接到相应的罐状段264的第二界面340上，以形成塔架部分260。在示范性实施例中，当把罐状段262联接到罐状段264上时，界面330和界面340重叠。重叠的长度L₃取决于所需的面积量，以便于控制引入到粘胶剂上的剪应力和拉应力，并且该重叠的长度L₃将典型地在大约十五厘米到大约一百厘米的范围内。
[0018]图4是被联接到一起以形成塔架部分260的罐状段262和264的放大图。图5是被联接到一起的罐状段262和264的一部分的截面图。图6是罐状段262和264的一部分的放大图。对于风力涡轮机领域中技术人员而言，界面330和界面340可以是任何已知的界面。例如，在一个实施例中，界面330和界面340是机加工的阶梯界面。在另一个实施例中，界面330和界面340是构造成一旦连接就互锁在一起的丘状突起和凹槽界面。例如，图4到图6图示了具有多个丘状突起432的罐状段262的第一界面330和具有多个凹槽442的罐状段264的第二界面340。
[0019]在示范性实施例中，界面330和340各形成有渐缩的构造。更特别地，在示范性实施例中，界面330和340各在大约一度和大约五度之间渐缩。在另一个实施例中，并且如本领域技术人员将能理解的，界面330和340可以以任何适当的度数渐缩，该度数使得罐状段262和264能够如在本文中所描述的那样联接。此外，在示范性实施例中，使用任何适当的方法，例如但不局限于槽模涂布方法、直接凹印方法、带有逆转辊转印的照相凹印方法、帘式涂布方法、坡流(级联)涂布方法、前辊和逆辊式涂布方法、挤压涂布方法、回转筛方法、喷雾嘴应用、柔版印刷方法、刷涂和拉粘方法(pull and stick)，将粘胶剂涂敷到界面330和340中的至少一个界面上。
[0020]在一个实施例中，把粘胶剂应用到第一罐状段262的第一界面330上，并且把第一罐状段262联接到第二罐状段264的第二界面340上，以形成风力涡轮机塔架部分260。典型地，把具有从大约0.5毫米(mm)到大约5mm厚度的粘胶剂层涂敷到第一罐状段262的第一界面330上。在另一个实施例中，把粘胶剂涂敷到第二罐状段264的第二界面340上。在又一个实施例中，把粘胶剂涂敷到第一罐状段262的第一界面330和第二罐状段264的第二界面340二者上。
[0021]参考图4到图6，在一个实施例中，在已经把粘胶剂435涂敷到罐状段262和264上之后，把段262和段264挤压到一起以形成过盈配合。特别地，如在图6中所描绘的，使用粘胶剂435和过盈配合把第一罐状段262的第一界面330联接到第二罐状段264的第二界面340上。典型地，使用任何适当的方式，包括但不局限于夹子，把罐状段262和264彼此相靠地保持就位。过盈配合在罐状段262和264的两个界面330和340之间产生摩擦，因此便于更坚固的结合。在一些实施例中，由于过盈配合所产生的更坚固的结合使得能够使用较低强度的粘胶剂，以用来产生具有如在下面所讨论的各种功能特性的风力涡轮机塔架段。
[0022]在制造了风力涡轮机塔架部分240、260和280之后，使用在本文中所描述的方法在这些塔架部分各自的界面330和340处把它们结合到一起。特别地，如对于罐状段262和264，把粘胶剂435涂敷到第一塔架部分240的第一界面330上，然后使第一塔架部分240的第一界面330与第二塔架部分260的第二界面340相接触，以形成塔架120。
[0023]已经发现，可以使用具有特定的物理特性和功能特性的任何粘胶剂把被用于本公开的风力涡轮机的风力涡轮机塔架和风力涡轮机塔架部分的罐状段适当地连接到一起，以制造满足GermanischerLloyd(GL)-风机认证(Wind Certification)的风力涡轮机。
[0024]特别地，在示范性实施例中，一旦组装，风力涡轮机100就将具有在大约160英尺到大约600英尺之间的总高度，并具有在大约15英尺到大约45英尺之间的直径。为了被实施以用作风力涡轮机，风力涡轮机100必须进行GL-风机认证。为了认证，制造商就必须设计在经受极端的风力条件和温度条件的同时将能可靠地产生低成本能源20年的风力涡轮机。尽管风力涡轮机所经受的平均负载是最小的，但具有显著强度的随机力会以不可预知的间隔撞击结构。这样，Germanischer Lloyd(GL)发现了在这些条件下用于精确地评估疲劳寿命的设计。
[0025]在一个实施例中，使用粘胶结合的罐状段和塔架部分来组装风力涡轮机100，并且该风力涡轮机100是GL-风机认证的。这就是说，风力涡轮机100在从大约-40℃(-40°F)到大约50℃(122°F)的温度条件下具有如GL-风机认证所要求的20年的风力疲劳寿命。而且，通过使用粘胶剂，可以不再需要传统所使用的焊接方法和材料或者其它机械连接器，这样，可以在建造场所处把罐状段262和264与风力涡轮机塔架部分240、260和280联接到一起。特别地，已经发现某些粘胶剂能够为这样产生的风力涡轮机提供适当的强度，以替代铆接、点焊和其它的永久机械紧固件。
[0026]在示范性实施例中，本文所述的粘胶剂具有至少大约500kPa(72.5lb/in²)的抗拉强度。更适当地，在一个实施例中，粘胶剂具有至少大约600kPa(87.0lb/in²)的抗拉强度；甚至更适当地，具有至少大约620kPa(89.9lb/in²)的抗拉强度。在一个实施例中，在本文中所使用的粘胶剂适当地具有至少大约30MPa(4350lb/in²)的抗拉强度。
[0027]此外，在示范性实施例中，在本文中所使用的粘胶剂具有至少大约210N/mm的剥离强度。更适当地，在一个实施例中，粘胶剂具有至少大约300N/mm的剥离强度；甚至更优选地，具有至少大约350N/mm的剥离强度。
[0028]而且，在示范性实施例中，在本文中所使用的粘胶剂具有至少大约450kPa(62.3lb/in²)的动剪强度。更适当地，在一个实施例中，粘胶剂具有至少大约480kPa(69.6lb/in²)的动剪强度；更优选地，具有至少大约500kPa(72.5lb/in²)的动剪强度；甚至更适当地，具有至少大约550kPa(79.8lb/in²)的动剪强度。
[0029]此外，在示范性实施例中，在本文中所使用的粘胶剂在大约72°F(22℃)的温度下适当地具有至少大约1000克的静剪强度。更适当地，粘胶剂在大约72°F(22℃)的温度下具有至少大约1250克的静剪强度；甚至更适当地，在大约72°F(22℃)的温度下具有至少大约1500克的静剪强度。此外，在本文中所使用的粘胶剂在大约150°F(66℃)的温度下适当地具有至少大约500克的静剪强度。更适当地，粘胶剂在大约150°F(66℃)的温度下具有至少大约750克的静剪强度；甚至更适当地，在大约150°F(66℃)的温度下具有至少大约1000克的静剪强度。
[0030]在本公开中使用的特别优选的粘胶剂是例如可从3MWorldwide(St.Paul，Minnesota)商业上获得的VHB^TM(极高粘性)粘合剂。特别地，VHB^TM粘合剂典型地是显示出粘弹特性的丙烯酸泡沫粘合剂。泡沫粘胶剂吸收能量以提供高强度水平，以及卓越的抗疲劳性和声音阻尼特性与振动阻尼特性。可以在本公开中使用各种VHB^TM粘合剂。VHB^TM粘合剂的实例包括多用途的丙烯酸VHB^TM粘合剂(例如，4941号和4945号VHB^TM粘合剂)；通用用途的丙烯酸VHB^TM粘合剂(例如，4950号；4611号和4622号VHB^TM粘合剂)；以及可适用于低温的丙烯酸VHB^TM粘合剂(例如，4951号VHB^TM粘合剂)。
[0031]在一个特别优选的实施例中，粘胶剂还包括阻尼材料，该阻尼材料可以减弱动态振动负载，并且还可以用来减小噪声传输。
[0032]当介绍本公开或者其优选实施例的元件时，用语“一”、“一个”、“该”和“所述”意指存在一个或多个该元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意指包含性的并且意指除了所列出的元件以外可能还有另外的元件。
[0033]上述系统和方法便于提供可以在建造场所处组装的风力涡轮机塔架。因此，风力涡轮机塔架部分可以以比已知的风力涡轮机塔架部分更小的部分来运输。因而，上述系统和方法便于减小与运输和组装风力涡轮机塔架相关的成本。
[0034]由于在不偏离本公开范围的情况下可以对上面的结构和方法做出各种变化，因此预期的是，包含在上面描述中以及显示在附图中的所有内容都应该以说明性而非限制性的意义来解释。