БАШЕННАЯ СБОРНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ВЕТРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2018 года по МПК F03D13/20 E04H12/08 E04H12/12 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Настоящее изобретение относится в целом к башенной сборной конструкции для обеспечения опоры для ветротурбины и к ветротурбинной установке, содержащей подобную башенную сборную конструкцию.

[0002] Современные ветротурбины характеризуются увеличенной мощностью, которую они могут генерировать, что привело к увеличению размеров подобных ветротурбин. Следовательно, желательна соответствующая опорная конструкция для использования ветротурбин с большей мощностью и, соответственно, с бóльшими размерами. Одним из существенных факторов при определении мощности ветротурбин является высота подобной опорной конструкции. Более высокие опорные конструкции, такие как башни, позволяют ветротурбине отбирать бóльшую энергию ветра на большей высоте, что приводит к выработке большего количества энергии.

[0003] Однако по мере увеличения высоты ветротурбины нагрузка, воздействию которой подвергаются опорные башни, также увеличивается. Во время работы помимо статических нагрузок, подобных огромному весу ветротурбины, могут также возникать различные эксплуатационные нагрузки. К примерам подобных нагрузок относятся изгибающие моменты, возникающие вследствие сопротивления, которое установка создает при воздействии набегающего воздушного потока, или изгибающие моменты, возникающие вследствие вращения лопастей ветротурбины. Статические и динамические нагрузки, включая изгибающие моменты, действующие на башню работающей ветротурбины, в совокупности в большей степени действуют на нижнюю часть по сравнению с верхней частью. Для выдерживания увеличенных нагрузок данные более высокие башни обычно имеют сужающуюся форму, то есть диаметры подобных опорных башен увеличиваются по направлению к основанию, и, следовательно, подобные башни имеют трубчатое основание большего размера. Кроме того, базовая часть подобных башен может также быть более толстой для выдерживания напряжений, возникающих в нижней части башни вследствие изгибающих моментов. Несмотря на то, что подобные опорные башни с сужающимся основанием придают конструкции дополнительную прочность, они могут также привести к определенным недостаткам.

[0004] Например, затраты, связанные с созданием подобных сужающихся башен, являются высокими, поскольку нижняя часть, в частности, должна быть более толстой и, следовательно, требует больше материала для создания. В результате стоимость ветротурбинной установки будет увеличиваться. Размеры подобных башен также могут оказаться ограничивающими факторами в других аспектах, связанных с сооружением башен для ветротурбин, таких как выбор места и транспортировка. Транспортировка может представлять серьезную проблему на юрисдикционных территориях, на которых действуют одно или более верхних предельных значений для нагрузки, размеров и масс изделий, которые могут транспортироваться по дорогам, имеющимся на подобной юрисдикционной территории. Транспортировка башен, имеющих большую площадь поперечного сечения, также может оказаться серьезной проблемой, поскольку размеры подобных башенных конструкций могут не соответствовать габаритным высотам для мостов или туннелей, которые могут использоваться для транспортировки. Поскольку подобные башни являются сужающимися, различные сегменты, которые изготовлены для использования при сборке башни, также будут иметь различные размеры. Кроме того, сборка сегментов башни, имеющих разные поперечные сечения, на месте приводит к дополнительным сложным эксплуатационным проблемам, неудобству и дополнительным затратам.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] В соответствии с базовой идеей предмета настоящего изобретения разработана башенная сборная конструкция для обеспечения опоры для ветротурбины. Башенная сборная конструкция содержит бетонную часть башни, имеющую два или более бетонных сегментов башни, расположенных друг над другом, при этом каждый из указанных двух или более сегментов башни представляет собой полый сегмент, предпочтительно имеющий постоянный наружный диаметр в его продольном направлении. Тем не менее, как будет понятно для специалиста в данной области техники, сегменты, имеющие переменный наружный диаметр, также будут находиться в пределах объема предмета настоящего изобретения. Башенная сборная конструкция дополнительно содержит одно или более опорных средств, способных воспринимать изгибающие нагрузки, действующие со стороны указанной бетонной части башни, при этом указанные одно или более опорных средств присоединены к указанной бетонной части башни на заданной высоте на одном конце и прикреплены к грунту на другом конце на заданном расстоянии от бетонной части башни. В этой связи опорное средство следует понимать как любое средство, которое способно воспринимать изгибающие нагрузки или создавать противодействующую силу, противодействующую изгибающим нагрузкам. Соответственно, любые пригодные средства, придающие устойчивость башенной сборной конструкции, должны охватываться термином «опорные средства». Соответственно, существует возможность уменьшения изгибающих нагрузок, действующих на бетонную часть башни в башенной сборной конструкции. Следовательно, устойчивость и жесткость бетонной части башни повышаются. Поскольку изгибающие нагрузки передаются от башни к грунту посредством средств натяжения, нижние участки бетонных частей башни будут, таким образом, в меньшей степени подвергаться воздействию подобных изгибающих нагрузок. Поскольку изгибающие моменты уменьшаются вдоль продольного направления по направлению к основанию башни, сегменты башни могут быть выполнены с такой конфигурацией, что средняя толщина стенки бетонного сегмента башни из указанных двух или более бетонных сегментов башни будет отличаться от средней толщины стенки соседнего верхнего бетонного сегмента башни.

[0006] В соответствии с предметом настоящего изобретения каждый из двух или более бетонных сегментов башни предпочтительно представляет собой полый сегмент, который предпочтительно имеет постоянный наружный диаметр в его продольном направлении. Следовательно, два или более бетонных сегментов башни имеют простую конструкцию и могут быть легко изготовлены.

[0007] Для достижения подобного предпочтительного эффекта данные одно или более опорных средств присоединены к бетонной части башни на заданной высоте и прикреплены к грунту на заданном расстоянии от бетонной части башни. Заданная высота и заданное расстояние предпочтительно заданы таким образом, чтобы данные одно или более опорных средств могли соответствующим образом передавать изгибающие нагрузки, воспринятые от бетонной части башни, к грунту. Соответственно, жесткость башенной сборной конструкции дополнительно повышается.

[0008] Башенная сборная конструкция в соответствии с предметом настоящего изобретения содержит два или более бетонных сегментов башни, расположенных друг над другом и образующих бетонную часть башни, при этом каждый из бетонных сегментов башни имеет постоянный наружный диаметр в его продольном направлении. При использовании двух или более бетонных сегментов башни можно образовать бетонную часть башни с бетонными сегментами башни, спроектированными в соответствии с верхними предельными значениями для нагрузки, размеров и масс, которые предписаны на различных юрисдиксионных территориях. Соответственно, увеличиваются возможности транспортировки.

[0009] Кроме того, изгибающие нагрузки, действующие на нижнюю часть бетонной части башни, уменьшаются. Следовательно, в соответствии с предметом настоящего изобретения толщина стенки нижнего из двух соседних бетонных сегментов башни отличается от толщины стенки верхнего из двух соседних бетонных сегментов башни. Другими словами, толщина стенки может уменьшаться от верха к низу бетонной части башни.

[0010] В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения средняя толщина стенки бетонного сегмента башни из указанных двух или более бетонных сегментов башни меньше средней толщины стенки соседнего верхнего бетонного сегмента башни. Как уже описано выше, существует возможность уменьшения толщины стенки благодаря выполнению опорных средств, которые уменьшают изгибающие моменты, действующие на определенные части башни. В этой связи понятие «средняя толщина стенки» также должно охватывать конструкции, в которых толщина стенки не является постоянной в продольном направлении бетонного сегмента башни. Например, концевые части соответствующих бетонных сегментов башни могут иметь другую толщину стенки с учетом лучшего распределения нагрузки между двумя соседними бетонными сегментами башни или с учетом возможности лучшего крепления к другому сегменту башни.

[0011] В соответствии с дополнительным вариантом осуществления предмета настоящего изобретения два или более бетонных сегментов башни имеют идентичные наружные диаметры. Использование двух или более бетонных сегментов башни, имеющих идентичные наружные диаметры, имеет преимущество, заключающееся в том, что бетонная часть башни имеет однородную форму.

[0012] В соответствии с еще одним вариантом осуществления предмета настоящего изобретения башенная сборная конструкция содержит один или более первых переходных сегментов, предназначенных для соединения одного из указанных двух или более бетонных сегментов башни с другим из указанных двух или более бетонных сегментов башни. При использовании первого переходного сегмента для соединения двух бетонных сегментов башни можно обеспечить надежное и простое соединение. Первый переходный сегмент выполнен с возможностью соответствующего присоединения к двум соседним бетонным сегментам башни. Подобное соединение предпочтительно не только с точки зрения надежного соединения между двумя бетонными сегментами башни, но также с точки зрения легкости обеспечения и экономичности соединения между различными бетонными сегментами башни.

[0013] В соответствии с еще одним вариантом осуществления указанные один или более первых переходных сегментов содержат U-образный желоб для размещения определяемого в аксиальном направлении конца верхнего бетонного сегмента башни из двух соседних бетонных сегментов башни и L-образный фланец, выполненный с возможностью соединения с нижним бетонным сегментом башни из двух соседних бетонных сегментов башни. При использовании U-образного желоба для размещения аксиального конца верхнего бетонного сегмента башни из двух соседних бетонных сегментов башни возможность установки верхнего бетонного сегмента башни из двух соседних бетонных сегментов башни улучшается, поскольку верхний бетонный сегмент башни из двух соседних бетонных сегментов башни должен быть просто вставлен в U-образный желоб. Соответственно U-образный желоб также служит в качестве направляющей при монтаже. L-образный фланец предпочтительно выполнен с такой конструкцией, что одна полка L-образного профиля выступает в направлении вниз, когда первый переходный сегмент установлен на бетонном сегменте башни. Свободный конец выступающей полки L-образного фланца предпочтительно находится в контакте с нижним бетонным сегментом башни из двух соседних бетонных сегментов башни. Соответственно, существует возможность обеспечить постепенное увеличение внутреннего диаметра от одного бетонного сегмента башни к другому.

[0014] В соответствии с еще одним вариантом осуществления предмета настоящего изобретения башенная сборная конструкция дополнительно содержит стальную часть башни, содержащую один или более стальных сегментов башни, расположенных над бетонной частью башни. Соответственно, обеспечивается гибридная башенная сборная конструкция, содержащая бетонную часть башни и стальную часть башни. При такой конструкции получают башенную сборную конструкцию, имеющую высокую целостность конструкции и простую конструкцию.

[0015] В соответствии с еще одним вариантом осуществления предмета настоящего изобретения указанные один или более стальных сегментов башни имеют круглое поперечное сечение и имеют постоянный наружный диаметр в продольном направлении. Соответственно, получают гибридную башенную сборную конструкцию с, по меньшей мере, одним стальным сегментом башни, имеющим наружную форму в виде прямого цилиндра. Следовательно, стальной сегмент башни, который имеет упрощенную конструкцию и может быть легко изготовлен, используется для создания верхней части башенной сборной конструкции. Следовательно, затраты на башенную сборную конструкцию уменьшаются.

[0016] В соответствии с еще одним вариантом осуществления предмета настоящего изобретения указанный наружный диаметр указанных одного или более стальных сегментов башни идентичен наружному диаметру указанного самого верхнего из указанных двух или более бетонных сегментов башни. Соответственно, наружный диаметр данных одного или более стальных сегментов башни такой же, как наружный диаметр самого верхнего из двух или более бетонных сегментов башни. Кроме того, в том случае, когда все сегменты башни имеют одинаковый наружный диаметр, получают однородную башенную сборную конструкцию.

[0017] В соответствии с еще одним вариантом осуществления предмета настоящего изобретения указанный наружный диаметр указанных одного или более стальных сегментов башни меньше наружного диаметра указанного самого верхнего из указанных двух или более бетонных сегментов башни. При такой конструкции существует возможность ступенчатого уменьшения наружного диаметра башенной сборной конструкции по направлению к верхней части.

[0018] В соответствии с еще одним вариантом осуществления предмета настоящего изобретения башенная сборная конструкция дополнительно содержит второй переходный сегмент для соединения самого верхнего бетонного сегмента башни с самым нижним стальным сегментом башни из стальной части башни. При использовании подобного второго переходного сегмента для соединения бетонного сегмента башни со стальным сегментом башни существует возможность установления надежного соединения между бетонной частью башни и стальной частью башни.

[0019] В соответствии с еще одним вариантом осуществления предмета настоящего изобретения второй переходный сегмент содержит U-образный желоб для размещения аксиального конца самого верхнего бетонного сегмента башни и Т-образный или L-образный фланец, выполненный с возможностью присоединения к указанной стальной части башни. При выполнении U-образного желоба существует возможность надежного размещения аксиального конца самого верхнего бетонного сегмента башни. Кроме того, улучшаются возможности установки второго переходного сегмента на бетонном сегменте башни. При использовании Т-образного фланца в качестве средства соединения со стальной частью башни существует возможность соединения стального сегмента башни, имеющего уменьшенный наружный диаметр по сравнению с самым верхним бетонным сегментом башни на бетонной части башни. В том случае, когда стальной сегмент башни, соединенный с самым верхним бетонным сегментом башни, имеет наружный диаметр, который идентичен наружному диаметру бетонного сегмента башни, предпочтительно использовать L-образный фланец, выполненный с такой конструкцией, что полка L-образного профиля выступает от второго переходного сегмента по направлению к аксиальному концу самого нижнего стального сегмента башни. Соответственно, второй переходный сегмент обеспечивает простое и надежное соединение между самым верхним бетонным сегментом башни и самым нижним стальным сегментом башни.

[0020] В соответствии с еще одним вариантом осуществления предмета настоящего изобретения башенная сборная конструкция дополнительно содержит одно или более соединительных средств, предусмотренных на наружной периферийной поверхности одного или более из указанных переходных сегментов для соединения указанных одного или более опорных средств с указанными одним или более из указанных переходных сегментов. При выполнении одного или более соединительных средств на наружной периферийной поверхности одного или более из указанных переходных сегментов существует возможность присоединения одного или более опорных средств к одному или более из переходных сегментов для повышения жесткости бетонной части башни в башенной сборной конструкции. По меньшей мере, второй переходный сегмент, предназначенный для соединения самого верхнего бетонного сегмента башни с самым нижним стальным сегментом башни, предпочтительно содержит указанные соединительные средства для повышения жесткости бетонной части башни. Выполнение соединительных средств на наружной периферийной поверхности одного или более указанных переходных сегментов имеет преимущество, заключающееся в том, что подобное соединительное средство необязательно должно быть предусмотрено на наружной периферийной поверхности бетонных сегментов башни. Следовательно, сохраняется конструктивная целостность бетонных сегментов башни. Кроме того, в отличие от конструкций бетонных башен, в которых жесткость повышается посредством предварительно напряженных тросов, которые проходят внутри стенки башни, также избегают необходимости в предварительно напряженных тросах, поскольку тот же эффект может быть достигнут за счет опорных средств.

[0021] В соответствии с еще одним вариантом осуществления предмета настоящего изобретения три или более соединительных средств предусмотрены на одинаковых расстояниях друг от друга на одном или более из указанных первых и второго переходных сегментов. При выполнении трех или более соединительных средств, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, на одном или более из первых и второго переходных сегментов повышается устойчивость башенной сборной конструкции. Три или более соединительных средств предпочтительно предусмотрены на наружной окружной периферии данных одного или более из указанных первых и второго переходных сегментов и на одинаковом расстоянии друг от друга в направлении вдоль окружности.

[0022] В соответствии с еще одним вариантом осуществления предмета настоящего изобретения указанные одно или более опорных средств представляют собой оттяжку из троса или оттяжку из трубы, или их комбинацию. При использовании оттяжки из троса или оттяжки из трубы, или их комбинации в качестве опорного средства обеспечивается дешевое и простое в обращении опорное средство.

[0023] В соответствии с другим вариантом осуществления предмета настоящего изобретения разработана ветротурбинная установка, содержащая башенную сборную конструкцию, подобную описанной выше, и ветротурбинный узел, установленный на указанной башне, при этом указанный ветротурбинный узел содержит, по меньшей мере, гондолу, в которой размещен генератор мощности, соединенный со ступицей ротора, несущей комплект лопастей. Соответственно, получают улучшенную ветротурбинную установку.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 показывает башенную сборную конструкцию для обеспечения опоры для ветротурбины в соответствии с одним вариантом осуществления предмета настоящего изобретения на виде сбоку.

Фиг.2 показывает ветротурбинную установку в соответствии с одним вариантом осуществления предмета настоящего изобретения на виде сбоку.

Фиг.3 показывает башенную сборную конструкцию, показанную на фиг.1, и соответствующую эпюру моментов, показывающую распределение моментов вдоль башенной сборной конструкции.

Фиг.4 показывает переходный сегмент в соответствии с вариантом осуществления предмета настоящего изобретения в разрезе.

Фиг.5 показывает дополнительный переходный сегмент в соответствии с одним вариантом осуществления предмета настоящего изобретения в разрезе.

Фиг.6 показывает вид сверху башенной сборной конструкции, показанной на фиг.1.

Фиг.7 показывает концевые части двух бетонных сегментов башни в соответствии с модификацией варианта осуществления предмета настоящего изобретения в разрезе.

Фиг.8 показывает башенную сборную конструкцию в соответствии с модификацией варианта осуществления предмета настоящего изобретения на виде сбоку.

Фиг.9 показывает дополнительный переходный сегмент в соответствии с модификацией варианта осуществления предмета настоящего изобретения в разрезе.

[0024] В дальнейшем один вариант осуществления предмета настоящего изобретения разъяснен на основе чертежей. Дополнительные альтернативные модификации вариантов осуществления, которые по меньшей мере частично не проиллюстрированы, также указаны в нижеследующем описании.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0025] Фиг.1 показывает башенную сборную конструкцию для обеспечения опоры для ветротурбины в соответствии с одним вариантом осуществления предмета настоящего изобретения. В дальнейшем сначала будут разъяснены элементы, образующие башенную сборную конструкцию.

[0026] Башенная сборная конструкция, показанная на фиг.1, содержит множество сегментов башни, расположенных один поверх другого. Более точно, башенная сборная конструкция содержит три бетонных сегмента башни, расположенных в нижней части башенной сборной конструкции, и множество стальных сегментов башни, расположенных в верхней части башенной сборной конструкции. В дальнейшем нижняя часть башни, содержащая бетонные сегменты башни, также названа бетонной частью 104 башни, в то время как верхняя часть башенной сборной конструкции, содержащая стальные сегменты башни, ниже также названа стальной частью 102 башни.

[0027] Как показано на фиг.1, самый верхний бетонный сегмент башни в бетонной части 104 башни обозначен ссылочной позицией 110-n, что означает, что может быть выбрано произвольное число бетонных сегментов 110-1 – 110-n башни. В представленном варианте осуществления, показанном на фиг.1, показаны три бетонных сегмента 110-1, 110-2, 110-n башни. Бетонные сегменты 110-1, 110-2, 110-n башни расположены друг над другом для образования бетонной части 104 башни. Как также очевидно из фиг.1, наружный диаметр бетонных сегментов 110-1, 110-2, 110-n башни является постоянным в продольном направлении каждого бетонного сегмента башни. Кроме того, наружные диаметры бетонных сегментов 110-1, 110-2, 110-n башни являются одинаковыми. Следовательно, бетонные сегменты 110-1, 110-2, 110-n башни образуют бетонную часть 104 башни, имеющую по существу постоянный наружный диаметр.

[0028] В соответствии с представленным вариантом осуществления бетонные сегменты 110-1, 110-2, 110-n башни имеют трубчатую форму. Кроме того, бетонные сегменты 110-1, 110-2, 110-n башни имеют разную толщину стенок. Более точно, в соответствии с представленным вариантом осуществления толщина стенки бетонных сегментов 110-1, 110-2, 110-n башни уменьшается от бетонного сегмента башни к бетонному сегменту башни от верха бетонной части 104 башни к ее низу. В соответствии с представленным вариантом осуществления каждый из бетонных сегментов 110-1, 110-2, 110-n башни имеет отличающуюся от других сегментов, но постоянную толщину стенки, что приводит к конструкции, в которой каждый из бетонных сегментов 110-1, 110-2, 110-n башни имеет постоянный внутренний диаметр в продольном направлении. Однако, как уже описано выше, толщина стенки бетонных сегментов 110-1, 110-2, 110-n башни уменьшается от верха бетонной части 104 башни к ее низу. То есть, в соответствии с представленным вариантом осуществления самый верхний бетонный сегмент 110-n башни имеет наибольшую толщину стенки, в то время как самый нижний бетонный сегмент 110-1 башни имеет наименьшую толщину стенки. Поскольку наружные диаметры бетонных частей 110-1, 110-2, 110-n башни являются идентичными, внутренние диаметры бетонных сегментов 110-1, 110-2, 110-n башни увеличиваются от самого верхнего бетонного сегмента 110-n башни к самому нижнему бетонному сегменту 110-1 башни для обеспечения соответствующего уменьшения толщины стенки.

[0029] Как дополнительно показано на фиг.1, бетонные сегменты 110-1, 110-2, 110-n башни соединены друг с другом посредством переходных сегментов. Более подробно, в соответствии с представленным вариантом осуществления самый нижний бетонный сегмент 110-1 башни присоединен к промежуточному бетонному сегменту 110-2 башни посредством первого переходного сегмента 114-2, и промежуточный бетонный сегмент 110-2 башни присоединен к самому верхнему бетонному сегменту 110-n башни посредством другого первого переходного сегмента 114-2. Соответственно, при установке трех бетонных сегментов 110-1, 110-2, 110-n башни друг над другом путем использования переходных сегментов 114-1, 114-2 создают бетонную часть 104 башни.

[0030] Как дополнительно показано на фиг.1, башенная сборная конструкция содержит множество стальных сегментов 108-1 – 108-n башни, которые в комбинации образуют стальную часть 102 башни. Как показано пунктирными линиями между самой верхней стальной частью 108-n башни и самой нижней стальной частью 108-1 башни, а также посредством ссылочной позиции 108-n, произвольное число стальных сегментов башни может быть предусмотрено между самым верхним стальным сегментом 108-n башни и самым нижним стальным сегментом 108-1 башни. Также можно установить самый верхний стальной сегмент 108-n башни непосредственно на самом нижнем стальном сегменте 108-1 башни, в результате чего образуется стальная часть 102 башни, имеющая только два стальных сегмента башни. Кроме того, в альтернативном варианте также можно выполнить стальную часть башни, содержащую только один стальной сегмент башни.

[0031] Аналогично бетонным сегментам 110-1, 110-2, 110-n башни, каждый стальной сегмент 108-1, 108-n башни имеет постоянный наружный диаметр в продольном направлении на всей его соответствующей длине. Кроме того, стальные сегменты 108-1, 108-n башни имеют идентичные наружные диаметры. В результате получают конструкцию, в которой стальная часть 102 башни имеет постоянный наружный диаметр в продольном направлении. Как можно видеть на фиг.1, наружные диаметры стальных сегментов 108-1, 108-n башни меньше наружных диаметров бетонных сегментов 110-1, 110-2, 110-n башни, в результате чего получают башенную сборную конструкцию, имеющую стальную часть 102 башни с меньшим наружным диаметром по сравнению с диаметром бетонной части 104 башни. Другими словами, диаметр башенной сборной конструкции уменьшается от бетонной части 104 башни к стальной части 102 башни. Данная конструкция была выбрана вследствие того, что нагрузка на башенную сборную конструкцию уменьшается при увеличении высоты. Соответственно, можно использовать стальную часть башни в качестве верхней части башенной сборной конструкции, поскольку отсутствует необходимость в использовании бетонных сегментов башни, способных нести бóльшие нагрузки, вплоть до конца башенной сборной конструкции.

[0032] Стальные сегменты 108-1, 108-n башни имеют по существу постоянные внутренние диаметры вдоль всей длины каждого стального сегмента 108-1, 108-n башни. Соответственно, толщина стенки каждого стального сегмента 108-1, 108-n башни также является по существу постоянной на всей длине соответствующего стального сегмента 108-1, 108-n башни. Таким образом, получают стальную часть 102 башни, имеющую постоянную толщину стенки. Тем не менее, также существует возможность использования стальных сегментов башни, имеющих разную толщину стенок. Например, существует возможность выбора толщины стенки стальных сегментов башни так, чтобы самый верхний стальной сегмент башни имел наименьшую толщину стенки и самый нижний стальной сегмент башни имел наибольшую толщину стенки. Само собой разумеется, подобное изменение толщины стенки от стального сегмента башни к стальному сегменту башни может сочетаться с уменьшением наружного диаметра стальных сегментов башни от верха стальной части башни к ее низу.

[0033] Как показано на фиг.1, бетонная часть 104 башни соединена со стальной частью 102 башни посредством второго переходного сегмента 114-1. Переходный сегмент 114-1 соответственно выполнен с возможностью его присоединения к частям башни, имеющим разные наружные и внутренние диаметры.

[0034] Башенная сборная конструкция зафиксирована на грунте 106. Для этого на грунте 106 предусмотрен базовый элемент, который выполнен с возможностью обеспечения достаточной опоры для башенной сборной конструкции.

[0035] К верхней части башенной сборной конструкции, то есть к верху стальной части 102 башни, может быть прикреплена гондола, содержащая ступицу ротора, несущую комплект лопастей, и генератор мощности, с которым соединен комплект лопастей. Башенная сборная конструкция 100, на которой смонтирована подобная гондола 101, показана, например, на фиг.2.

[0036] Как показано на фиг.1, 2 и 3, множество опорных средств 112 присоединены к башенной сборной конструкции 100 в зоне переходных сегментов 114-1, 114-2. Кроме того, другие концы опорных средств 112 присоединены к грунту 106. Опорное средство 112 может представлять собой, например, оттяжку из троса или оттяжку из трубы, или их комбинацию. В соответствии с представленным вариантом осуществления башенная сборная конструкция 100 снабжена тремя опорными средствами 112 на каждом переходном сегменте для придания дополнительной устойчивости башенной сборной конструкции 100. В соответствии с вариантом осуществления три оттяжки 112 из троса закреплены на каждом переходном сегменте 114-1, 114-2. Другие концы оттяжек 112 из троса зафиксированы на грунте 106, например, посредством якоря. Как можно видеть на фиг.6, которая представляет собой вид сверху башенной сборной конструкции 100, показанной на фиг.1 и 3, оттяжки 112 из троса предусмотрены у переходных сегментов 114-1, 114-2 на одинаковых расстояниях друг от друга в направлении вдоль окружности.

[0037] Как показано на фиг.3, оттяжки 112 из троса обладают способностью воспринимать изгибающие нагрузки от башенной сборной конструкции 100 и передавать данные нагрузки грунту. Соответственно, как показано на эпюре моментов по фиг.3, изгибающие моменты, действующие на башню, могут быть уменьшены. Как показано на эпюре по фиг.3, нагрузка, приложенная к верхней части башенной сборной конструкции 100 в горизонтальном направлении, создает изгибающий момент в башенной сборной конструкции 100. Данный изгибающий момент увеличивается при увеличении расстояния от точки приложения нагрузки, то есть верхнего конца башенной сборной конструкции 100. Соответственно, в показанном случае изгибающий момент увеличивается при увеличении расстояния от верхней части башенной сборной конструкции 100. Как показано на эпюре, увеличению избегающих моментов противодействуют оттяжки 112 из троса, присоединенные к переходным сегментам 114-1, 114-2. Следовательно, на эпюре, показанной на фиг.3, изгибающие моменты увеличиваются до точки, в которой оттяжки из троса зафиксированы на переходных сегментах. Более подробно, при переходе от верха к низу башенной сборной конструкции 100 изгибающие моменты сначала увеличиваются при увеличении расстояния от верхней части стальной части 102 башни. Изгибающие моменты увеличиваются линейно. Максимальная величина изгибающего момента достигается на высоте башенной сборной конструкции 100, на которой предусмотрен переходный сегмент 114-1, соединяющий стальную часть 102 башни и бетонную часть 104 башни. Благодаря тому, что изгибающие нагрузки воспринимаются оттяжками 112 из троса на данной высоте, изгибающие моменты уменьшаются до промежуточного минимального значения. После достижения промежуточного минимального значения, изгибающие моменты дополнительно увеличиваются до высоты башенной сборной конструкции 100, на которой предусмотрен переходный сегмент 114-2, присоединенный к дополнительным оттяжкам 112 из троса. Аналогично оттяжкам 112 из троса, присоединенным к самому верхнему переходному сегменту 114-1, оттяжки 112 из троса, присоединенные к промежуточному переходному сегменту 114-2, воспринимают изгибающие нагрузки от башенной сборной конструкции 100, что приводит к уменьшению изгибающих моментов, как показано на эпюре моментов. При переходе дальше вниз на башенной сборной конструкции 100 имеет место дополнительное увеличение изгибающих моментов до тех пор, пока не будет достигнута высота самого нижнего переходного элемента. Как описано в связи с остальными переходными элементами, три оттяжки 112 из троса также присоединены к самому нижнему переходному сегменту, что приводит к дополнительному уменьшению изгибающих моментов. Соответственно, обеспечивается устойчивость башенной сборной конструкции 100.

[0038] Как уже описано выше, бетонная часть 104 башни и стальная часть 102 башни присоединены друг к другу посредством переходного сегмента 114-1. В башенной сборной конструкции 100 данный переходный сегмент 114-1 соединяет самый верхний бетонный сегмент 110-n башни с самым нижним стальным сегментом 108-1 башни, предусмотренным в стальной части 102 башни. В дальнейшем данный переходный сегмент 114-1 также назван вторым переходным сегментом 114-1.

[0039] Как показано на фиг.4, второй переходный сегмент 114-1, соединяющий самую нижнюю стальную часть 108-1 башни с самой верхней бетонной частью 110-n башни, имеет кольцеобразную форму и предпочтительно образован посредством стального или металлического корпуса. В соответствии с представленным вариантом осуществления второй переходный сегмент 114-1 включает в себя U-образный фланец 202. Другими словами, выполнена канавка, в которую может входить конец самой верхней бетонной части 110-n башни. Для этого U-образный фланец 202 ориентируют в направлении вниз при установке второго переходного сегмента 114-1. Кроме того, второй переходный сегмент 114-1 также включает в себя T-образный фланец 204 для обеспечения опоры для стальной части 102 башни. Самый нижний стальной сегмент 108-1 башни расположен на T-образном фланце 204. Стальной сегмент 108-1 башни закреплен на T-образном фланце с помощью средств, традиционно известных в данной области техники. При использовании комбинации U-образного фланца и T-образного фланца можно обеспечить переход от определенной толщины стенки и/или другого диаметра стенки бетонного сегмента 110-n башни к другой толщине стенки и/или другому диаметру стенки стального сегмента 108-1 башни. Следовательно, в том случае, когда наружный диаметр стального сегмента 108-1 башни меньше наружного диаметра самого верхнего бетонного сегмента 110-n башни, данная конструкция является пригодной для подобного различия в наружных диаметрах. Соответственно, получают башенную сборную конструкцию 100, которая имеет однородный наружный профиль на всей ее нижней бетонной части 104 и верхней стальной части 102 башни, при этом наружный диаметр стальной части 102 башни меньше наружного диаметра бетонной части 104 башни.

[0040] Далее описана конструкция переходного сегмента 114-2, соединяющего два соседних бетонных сегмента башни, в соответствии с вариантом осуществления предмета настоящего изобретения. Переходный сегмент 114-2, присоединенный к соседним бетонным сегментам башни, также назван в дальнейшем первым переходным сегментом. Первый переходный сегмент создан в виде комбинации L-образного фланца и U-образного фланца.

[0041] U-образный фланец выполнен с возможностью размещения в нем концевой части верхнего бетонного сегмента башни из двух соседних бетонных сегментов башни. Соответственно, при установке переходного сегмента в башенной сборной конструкции 100 U-образный фланец размещают так, чтобы он был направлен в вертикальном направлении вверх. Как также очевидно из фиг.5, L-образный фланец предусмотрен на стороне первого переходного сегмента 114-2, которая противоположна по отношению к стороне, на которой предусмотрен U-образный фланец. L-образный фланец выполнен с возможностью соединения с нижним бетонным сегментом башни из двух соседних бетонных сегментов башни.

[0042] Кроме того, L-образный фланец выполнен таким образом, что одна полка выступает от переходного сегмента 114-2 в направлении вниз. При размещении поверх нижнего бетонного сегмента башни из двух соседних бетонных сегментов башни свободный конец полки L-образного фланца находится в контакте с верхним концом нижней бетонной части башни из двух соседних бетонных частей башни. L-образный фланец может быть зафиксирован на верхнем конце нижней бетонной части башни из двух соседних частей башни с помощью любых пригодных средств, известных в данной области техники.

[0043] В представленном варианте осуществления L-образный фланец и U-образный фланец соответственно выполнены такими, что бетонные сегменты башни, имеющие одинаковые наружные диаметры, могут быть соединены друг с другом.

[0044] Кроме того, на наружной периферийной поверхности второго переходного сегмента 114-2 предусмотрены три соединителя 208, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга в направлении вдоль окружности. Только один соединитель 208 показан на фиг.5. Оттяжка 112 из троса жестко присоединена к соединителю 208. Соответственно, получают башенную сборную конструкцию, имеющую повышенную жесткость.

МОДИФИКАЦИИ

[0045] Как описано выше со ссылкой на фиг.1, бетонные сегменты 110-1, 110-2, 110-n башни соединены друг с другом посредством переходных сегментов в варианте осуществления, описанном выше. Тем не менее, следует упомянуть, что не все сегменты обязательно должны быть соединены посредством переходного сегмента. Можно предусмотреть подобные переходные сегменты только там, где опорные средства, например, оттяжки из троса, должны быть закреплены на бетонной части башни. В этой связи дополнительная модификация представленного варианта осуществления показана на фиг.7. В данном случае показано особое соединение между двумя соседними бетонными сегментами 110-1, 110-2 башни, которое не включает в себя переходные сегменты. В соответствии с модификацией каждый из бетонных сегментов башни может быть выполнен с выступами на нижнем конце и полостью на верхнем конце. Форма выступов и полостей может быть комплементарной. В результате наличия комплементарной формы бетонные сегменты башни могут быть собраны легче, поскольку улучшается установка бетонных сегментов башни в заданном положении. Кроме того, поскольку выступ верхнего бетонного сегмента башни размещается в полости нижнего бетонного сегмента башни, достигается надлежащее прилегание двух бетонных сегментов башни. Выступы и полости предпочтительно могут быть выполнены сужающимися для обеспечения возможности лучшего восприятия боковых нагрузок соответствующими бетонными сегментами башни.

[0046] В соответствии с вариантом осуществления новая башенная сборная конструкция 100 содержит бетонные сегменты башни, имеющие одинаковый наружный диаметр. Тем не менее, также существует возможность использования бетонных сегментов башни, имеющих разный наружный диаметр.

[0047] Фиг.5 показывает модификацию первого переходного сегмента 114-2, который выполнен с возможностью соединения двух бетонных сегментов башни, имеющих разную толщину стенки и разные наружные диаметры. Более точно, в соответствии с данной модификацией наружный диаметр верхнего бетонного сегмента 110-n башни немного меньше наружного диаметра нижнего бетонного сегмента 110-(n-1) башни. Наружный диаметр L-образного фланца 204 и наружный диаметр U-образного фланца идентичны. Кроме того, наружный диаметр L-образного фланца 204 также идентичен наружному диаметру нижнего бетонного сегмента башни из двух соседних бетонных сегментов башни. Соответственно, переход от наружной поверхности нижнего бетонного сегмента башни к наружной периферийной поверхности первого переходного сегмента 114-2 является равномерным.

[0048] Как дополнительно показано на фиг.5, толщина стенки нижнего бетонного сегмента 110-(n-1) башни соответствует толщине полки L-образного фланца 204. Соответственно, когда переходный сегмент 114-2 установлен на нижнем бетонном сегменте 110-(n-1) башни, достигается плавный переход от нижнего бетонного сегмента башни к переходному сегменту 114-2. Кроме того, нижний конец верхнего бетонного сегмента 110-n башни размещается в U-образном фланце и фиксируется относительно него посредством болта 206.

[0049] В соответствии с вариантом осуществления, описанным выше, толщина стенки бетонных сегментов 110-1, 110-2, 110-n башни уменьшается от бетонного сегмента башни к бетонному сегменту башни от верха бетонной части 104 башни к ее низу. Тем не менее, возможна другая конструкция с точки зрения толщины стенки. Как правило, только нижняя часть бетонной части башни может быть выполнена с последовательно уменьшающимся диаметром. Например, при переходе от верха к низу бетонной части башни может быть предусмотрено то, что толщина стенки сначала будет увеличиваться от верха бетонной части башни по направлению к части, находящейся в середине бетонной части башни, и затем будет последовательно уменьшаться от средней части до самой нижней части бетонной части башни. Кроме того, толщина стенки необязательно должна изменяться от каждого сегмента к соседнему сегменту. Также существует возможность создания части башни, имеющей один или более участков рядом с местом изменения толщины стенки, на которых соседние бетонные сегменты башни имеют одинаковую толщину стенки и предпочтительно одинаковый наружный диаметр. Например, возможна конструкция, в которой толщина стенки изменяется, предпочтительно уменьшается, от верхнего бетонного сегмента башни к соседнему нижнему бетонному сегменту башни в каждых двух или более сегментах. Кроме того, даже одно изменение толщины стенки в бетонной части башни от одного бетонного сегмента башни к другому бетонному сегменту башни, предпочтительно уменьшение от верхнего бетонного сегмента башни к соседнему нижнему бетонному сегменту башни, находится в пределах объема предмета настоящего изобретения.

[0050] Еще одна модификация представленного варианта осуществления показана на фиг.8. В отличие от башенной сборной конструкции, показанной на фиг.1, башенная сборная конструкция, показанная на фиг.8, имеет стальную часть 102 башни, имеющую наружный диаметр, который почти идентичен наружному диаметру бетонной части 104 башни. Более точно, наружный диаметр стальной части 108-1 башни немного больше наружного диаметра бетонной части 110-n башни. Соответственно, башенная сборная конструкция, созданная так, как показано на фиг.8, имеет более однородную наружную форму.

[0051] Для соединения стальной части 102 башни и бетонной части 104 башни создан переходный сегмент 114-1, подобный показанному на фиг.9. Переходный сегмент 114-1 в соответствии с представленной модификацией варианта осуществления по существу содержит L-образный фланец 204 и U-образный фланец 202. Конструкция переходного сегмента, показанная на фиг.9, в основном соответствует конструкции переходного сегмента, показанной на фиг.5, при этом отличие состоит в том, что расположение фланцев 202 и 204 изменено на противоположное. Кроме того, в отличие от конструкции, показанной на фиг.5, бетонный сегмент башни установлен в U-образном фланце 202, и стальная часть башни установлена на L-образном фланце 204.

[0052] При использовании вышеописанной усовершенствованной башенной сборной конструкции существует возможность размещения ветротурбины на большей высоте для отбора максимальной кинетической энергии у набегающего воздушного потока. Кроме того, компоненты башни могут быть изготовлены экономично, и сооружение башенной сборной конструкции в месте сборки также улучшается. При монтаже башенной сборной конструкции из сегментов башни транспортировка компонентов для башенной сборной конструкции является удобной, поскольку размеры могут быть выбраны в соответствии с нормативными документами на различных юрисдикционных территориях.

[0053] При стальной части башни, расположенной поверх бетонной части башни, стоимость башни уменьшается. При использовании опорных средств обеспечивается лучшее восприятие изгибающих моментов, действующих на башню, так что башня будет конструктивно более прочной. Поскольку опорные средства, например, оттяжки из троса, предусмотрены снаружи бетонной части башни, требуется меньшая степень предварительного напряжения по сравнению с конструкциями, в которых в бетонную башню включены арматурные проволоки, вызывающие напряжение.

Изобретение относится к опорным башенным конструкциям ветротурбин. Башенная сборная конструкция (100) для обеспечения опоры ветротурбины содержит бетонную часть (104) башни, имеющую два или более бетонных сегментов (110-1, …, 110-n) башни, расположенных друг над другом, при этом каждый из указанных двух или более бетонных сегментов (110-1, …, 110-n) башни представляет собой полый сегмент, и опорное средство (112), способное воспринимать изгибающие нагрузки от указанной бетонной части (104) башни, при этом опорное средство присоединено к бетонной части (104) башни на заданной высоте на одном конце и прикреплено к грунту (106) на другом конце на заданном расстоянии от бетонной части (104) башни, при этом средняя толщина стенки бетонного сегмента башни из указанных двух или более бетонных сегментов (110-1, …, 110-n) башни меньше средней толщины стенки соседнего верхнего бетонного сегмента (…, 110-n) башни. Изобретение направлено на повышение устойчивости и жесткости башенной конструкции 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Башенная сборная конструкция (100) для обеспечения опоры ветротурбины, содержащая:

бетонную часть (104) башни, имеющую два или более бетонных сегментов (110-1, …, 110-n) башни, расположенных друг над другом, при этом каждый из указанных двух или более бетонных сегментов (110-1, …, 110-n) башни представляет собой полый сегмент, и

опорное средство (112), способное воспринимать изгибающие нагрузки от указанной бетонной части (104) башни, при этом опорное средство присоединено к бетонной части (104) башни на заданной высоте на одном конце и прикреплено к грунту (106) на другом конце на заданном расстоянии от бетонной части (104) башни, при этом

средняя толщина стенки бетонного сегмента башни из указанных двух или более бетонных сегментов (110-1, …, 110-n) башни меньше средней толщины стенки соседнего верхнего бетонного сегмента (…, 110-n) башни.

2. Башенная сборная конструкция (100) по п.1, в которой каждый из указанных двух или более бетонных сегментов (110-1, …, 110-n) башни имеет постоянный наружный диаметр в его продольном направлении.

3. Башенная сборная конструкция (100) по п.1 или 2, в которой указанные два или более бетонных сегментов (110-1, …, 110-n) башни имеют идентичные наружные диаметры.

4. Башенная сборная конструкция (100) по п.1, дополнительно содержащая один или более первых переходных сегментов (114-2) для соединения одного из указанных двух или более бетонных сегментов (110-1, …, 110-n) башни с другим бетонным сегментом башни из указанных двух или более бетонных сегментов (110-1, …, 110-n) башни.

5. Башенная сборная конструкция (100) по п.4, в которой указанные один или более первых переходных сегментов (114-2) содержат U-образный фланец (202) для размещения аксиального конца верхнего бетонного сегмента башни из двух соседних бетонных сегментов (110-1, …, 110-n) башни и L-образный фланец (204), выполненный с возможностью соединения с нижним бетонным сегментом башни из двух соседних бетонных сегментов (110-1, …, 110-n) башни.

6. Башенная сборная конструкция (100) по п.1, дополнительно содержащая стальную часть (102) башни, содержащую один или более стальных сегментов (108-1, …, 108-n) башни.

7. Башенная сборная конструкция (100) по п.6, в которой указанные один или более стальных сегментов (108-1, …, 108-n) башни имеют круглое поперечное сечение и имеют постоянный наружный диаметр в продольном направлении.

8. Башенная сборная конструкция (100) по п.6 или 7, в которой указанный наружный диаметр указанных одного или более стальных сегментов (108-1, …, 108-n) башни идентичен наружному диаметру самого верхнего бетонного сегмента (110-n) башни из указанных двух или более бетонных сегментов (110-1, …, 110-n) башни.

9. Башенная сборная конструкция (100) по п.6 или 7, в которой указанный наружный диаметр указанных одного или более стальных сегментов (108-1, …, 108-n) башни меньше наружного диаметра самого верхнего бетонного сегмента (110-n) башни из указанных двух или более бетонных сегментов (110-1, …, 110-n) башни.

10. Башенная сборная конструкция (100) по п.6, дополнительно содержащая второй переходный сегмент (114-1) для соединения самого верхнего бетонного сегмента (110-n) башни с самым нижним стальным сегментом (108-1) башни из стальной части (102) башни.

11. Башенная сборная конструкция (100) по п.10, в которой указанный второй переходный сегмент (114-1) содержит U-образный фланец (202) для размещения аксиального конца самого верхнего бетонного сегмента (110-n) башни и Т-образный или L-образный фланец (204), выполненный с возможностью присоединения к указанному самому нижнему стальному сегменту (108-1) башни из указанной стальной части (102) башни.

12. Башенная сборная конструкция (100) по одному из пп.4, 5, 10 и 11, дополнительно содержащая одно или более соединительных средств (208), предусмотренных на наружной периферийной поверхности одного или более из указанных переходных сегментов (114-1, 114-2) для соединения указанных одного или более опорных средств (112) с одним или более из указанных переходных сегментов (114-1, 114-2).

13. Башенная сборная конструкция (100) по п.12, в которой на одном или более из указанных переходных сегментов (114-1, 114-2) предусмотрены на одинаковых расстояниях друг от друга три или более соединительных средств (208).

14. Башенная сборная конструкция (100) по п.1 или 2, в которой указанные одно или более опорных средств (112) представляют собой оттяжку из троса или оттяжку из трубы или их комбинацию.

15. Ветротурбинная установка, содержащая

башенную сборную конструкцию (100) по одному из предшествующих пунктов и

ветротурбинный узел, установленный на указанной башенной сборной конструкции (100), при этом указанный ветротурбинный узел содержит, по меньшей мере, гондолу (101), в которой размещен генератор мощности, соединенный со ступицей ротора, несущей комплект лопастей.