[发明专利]结构混凝土塔和组装方法

说明书

发明领域

本发明涉及利用风获得电能产生的系统，且更具体地，涉及由风力作用驱动的涡轮机支持塔，所述塔根据土木建筑技术由结构材料制造成，优选地由混凝土制造成。

现有技术

利用风的电能产生是基于使用由风力作用驱动的涡轮机，所述涡轮机组装在被安装在塔顶上的舱(pod)中，涡轮机的高度倾向于更高。更高塔是重要的，这是因为风的速度随着距地面的距离的增加而增加，并且风力涡轮机产生的功率随着风速的立方而变化的事实。因此，目前使用的塔具有100米或更高的高度，并且可以由具有金属结构或混合结构的混凝土结构制成，在混合结构中较高部分是金属结构。

塔的高度的限制因素是以下事实，即，已知技术基于使用非常大并且具有高负载能力的起重机，其高度高于正在建造的塔的高度。因此，所述起重机使得增加塔(主要是由混凝土制成的那些)的高度在经济上是不可行的。

克服上述问题的已知技术包括使用由塔区段(tower section)(是大体圆柱形的并且具有逐渐变小的直径)制成的可伸缩结构，所述塔区段借助于安装在区段自身中的设备被连续地提升，所述设备是例如张力千斤顶(tensile jack)、液压千斤顶、小齿轮齿条组和类似的其它设备。鉴于在受到风力作用的构造中，其结构中的作用力随着高度迅速增长，塔区段的直径朝向顶部减小，从基部处的约10米到顶部处的约3米。

专利文献WO2013/083852和WO2013/083853是现有技术的代表，第一个描述了可伸缩的塔组件的已知技术。本申请的图1(基于公开WO2013/083852的图3)描述了圆柱形塔区段组，包括将被提升到上部位置的具有较小直径的区段2，以及具有依次变小的直径的同心区段4、6和8，它们占据组装塔中的中间位置，塔基部是区段10，区段10可以具有圆柱形形状，或者如图所示，包括截头圆锥形的下部部分。

根据在题为“Telescopic Tower Assembly and Method”的美国专利申请第2012/0159875号中描述的已知技术，通过将同心地组装在公共基部之上的圆筒区段联接在一起来制成所述塔区段。具有最小直径的内部区段是第一个要组装的，并且依次组装具有连续变大的直径的另外的区段，并且该组类似于已经提及的图1所示的外观，其中塔区段2、4、6以及8仍在与外部塔区段10相关联的公共基部15之上。尽管该图示出了处于较高位置的所述基部，但是所述塔区段可以被支撑在模制在地面中的混凝土基部之上。

图2描绘了代表性塔区段的整体外观，在图1中被称为4的塔区段的情况下，其中注意到，圆柱形主体在其下端设置有增厚部，从而形成突出的环4a。上端设置有形成凹入环的另外的增厚部4b。因此，并且如图3所示，塔区段2设置有下突出环2a和在上端处的向内的环2b；塔区段4设置有一个下突出环4a和一个上部向内的环4b，诸如此类，但除了外部塔区段10之外，外部塔区段10仅具有向内的上环10b。

塔组装包括借助于下端附接到塔区段2、4、6以及8的缆索17-2、17-4、17-6以及17-8连续提升塔区段。所述缆索分别通过例如被支撑在向内的环4b、6b等的上表面上的千斤顶14-2、14-4等张紧。尽管附图仅示出了两个缆索和两个千斤顶，但是应理解，能够使用多个缆索和相应的千斤顶，所述缆索和千斤顶规律地分布在所述环的整个外围。

图3涉及操作的开始，其中塔区段2处于中间高度，通过由千斤顶14-2张紧的缆索17-2被悬挂。在该初始步骤结束时，向内的环2a的上表面与突出环4b的下表面接触，如图4详细示出的。因此，此联合部通过螺栓16来一体化，以确保塔区段2和4的单体式表现。

图5示出塔组装过程的更靠后的阶段，其中，联合部在区段2和区段4之间，以及在区段4和区段6之间一体化，千斤顶14-2和14-4被移除。根据此图和相应的细节，千斤顶14-6正在张紧缆索17，该缆索的下端附接到区段6的环6a的下表面，区段6与区段2和4一起被抬升。

在这种情况下，组2-4-6通过缆索17来悬挂，因此，塔的竖直度并且相应地其稳定性与千斤顶14-6的正确的同步操作密切相关。事实上，并且根据此图中所示的细节图，环6a和环8b之间不存在刚性连接，这样的连接仅在所述环接触时才是可能的。由于在组2-4-6的提升过程中，这样的环被缆索17周围的间隙隔开的事实，所述组呈现不稳定的平衡，这种平衡可能会受到由图5中的水平箭头标出的侧向风压的进一步损害。

此外，现场实践已经表明，在包括大量区段的堆叠的塔中(这就是上述示例的情况)，鉴于数个操作必须由组装团队来执行，组装操作需要相对较长的时间。