タワーを現地で形成するための装置、複合部分、および方法
【課題】大型発電風力タービンタワーの現地形成を可能にする装置及び方法を提供する。
【解決手段】間に隙間２１４を有する内側積層板２２０および外側積層板２３０は、どちらも基質材および織物層を含む。内部空洞２５４を有する複数のチューブ２５２が、内側積層板２２０と外側積層板２３０の隙間２１４の中に位置している。複数のチューブ２５２によって占有されていない隙間の中に同心配置の全長に沿って強化材２５０が配置され、複合部分１２０をもたらす。複数の引張り部材２５６が複数のチューブ２５２に通されて、複合部分１２０のそれぞれにポストテンションを与える。
【解決手段】間に隙間２１４を有する内側積層板２２０および外側積層板２３０は、どちらも基質材および織物層を含む。内部空洞２５４を有する複数のチューブ２５２が、内側積層板２２０と外側積層板２３０の隙間２１４の中に位置している。複数のチューブ２５２によって占有されていない隙間の中に同心配置の全長に沿って強化材２５０が配置され、複合部分１２０をもたらす。複数の引張り部材２５６が複数のチューブ２５２に通されて、複合部分１２０のそれぞれにポストテンションを与える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にタワーに関し、より具体的にはタワーの現地形成を可能にする装置、方法および複合部分に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型の発電風力タービンは、ますます高くなっている。しかし、一定の高さを超えると、標準的なスチールパイプ製のタワーは、経済的でない、すなわち、さらなる高さを構築するコストが、より高高度のより優れた風況の利益に勝ることになると実証されている。このことが、より高いタワーを達成する代替のタワー技術の研究を促す。
【０００３】
モジュール化またはパネル化されたコンクリートのタワーは、材料が低コストのうえに実地／現地での組立てが可能なため、風力タービンタワー産業の新しい傾向になっている。コンクリートは、圧縮に対する優れた選択肢として知られているが、張力に耐えるように特別な取扱いをしなければならない。一般に、コンクリートを強化するのに、鉄筋およびポストテンションケーブルが使用される。さらに、コンクリート部分を形成するとき、必要とされる公差を満たすために、スチール製の型が使用される。スチール製の型は、２ｍｍ以内の厳しい公差を維持しなければならない。結果として、スチール製の型は、タワーの複合部分向けのモジュールまたはパネルの５０〜１００回の成形の後に交換する必要がある。さらなる難点として、一般にコンクリートは、スチール製のタワーより約４〜５倍重く、タワーを支持するための大きい基礎を構築しなければならないことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７８１１４９５号公報明細書
【発明の概要】
【０００５】
したがって、上記難点の影響を受けない装置、複合部分、および現地でタワーを形成する方法が望まれる。
【０００６】
本開示の例示的実施形態によれば、タワーの複合部分を現地で形成する方法が提供される。この方法には、複合シェルの構築が含まれる。構築するステップは、内側積層板と外側積層板の同心配置を形成するステップを含み、同心配置は、強化層を収容するのに適した隙間を含む。内側積層板および外側積層板を形成するステップは、織物層に基質材を与えるステップと、基質材および織物層を硬化するステップとを含む。複数のチューブが複合シェルの隙間に配置され、複数のチューブは、内部空洞を含み、複合シェルの全長にわたる。次に、複数のチューブによって占有されていない複合シェルの隙間が、強化材の量で満たされる。最終的に、複合シェルと強化材が一緒に接合され、タワーの複合部分が現地で形成される。
【０００７】
本開示の別の例示的実施形態によれば、タワーの複合部分が提供される。タワーの複合部分は、内側積層板と外側積層板の同心配置を含む。内側積層板および外側積層板は、基質材および織物層を含む。同心配置は、強化層を収容するのに適した全長および隙間を含む。複合部分は、内部空洞を有する複数のチューブを含み、複数のチューブは、隙間の中に同心配置の全長に沿って位置する。複数のチューブによって占有されていない同心配置の隙間に強化材が配置され、タワーの複合部分の現地形成が可能になる。
【０００８】
本開示の別の例示的実施形態によれば、タワー複合部分を現地で形成するための装置が提供される。この装置は、複数の取外し可能な型と、複数の取外し可能な型の上に構成して配置された内側積層板と外側の積層板の同心配置を含む。内側積層板および外側積層板は、基質材および織物層を含む。内側積層板と外側積層板の同心配置は、強化層を収容するのに適した隙間を含む。基質材を硬化させる際、内側積層板および外側積層板は、複数の取外し可能な型から取り出される。隙間に強化材が追加されて、タワーの複合部分が現地で形成される。
【０００９】
本発明の他の特徴および利点が、好ましい実施形態の以下のより詳細な説明から、本発明の原理を一例として示す添付図面とともに解釈されて明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の実施形態の、現地で構築されるタワーの図である。
【図２】本開示の実施形態の図１に示されたタワーの、ライン２−２に沿って得られた複合部分の断面図である。
【図３】本開示の実施形態の複合シェルの斜視図である。
【図４】本開示の実施形態の複合部分の斜視カッタウェイ断面図である。
【図５】本開示の実施形態の複合部分を形成するための装置の斜視図である。
【図６】本開示の実施形態の図５に示された装置のライン６−６に沿って得られた部分の断面図である。
【図７】本開示の実施形態のライン７−７に沿って得られた部分の断面図である。
【図８】本開示の実施形態のタワーを現地で形成する方法の流れ図である。図面の全体にわたって、可能性な限り、同じ参照番号は同じ部品を表すように使用されることになる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
従来技術の難点に苦しまない装置、複合部分、および現地でタワーを形成する方法が提供される。これらの装置、複合部分および方法により、現地でタワーを組み立てるための、費用対効果が大きく、容易に運送可能な手段が提供される。
【００１２】
図１は、装置５００（例えば図５を参照されたい）、複合部分１２０、および本開示で説明される方法を使用して形成されるタワー１０４の実施形態を示す。風力タービンタワーのタワー１０４は、発電機（図１には示されていない）を収容するナセル１０２を含む。タワー１０４の高さは、当技術分野で既知の係数および条件に基づいて選択されており、１００メートル以上までの高さに延ばすことができる。風力タービン１００は、望ましい風況を有する地域へのアクセスをもたらす任意の地形上に設置され得る。地形は、大幅に変化する可能性があり、山岳地帯または沖合の位置を含み得るがこれらに限定されない。風力タービン１００は、回転ハブ１１０に取り付けられた１つまたは複数の回転翼１０８を含むロータ１０６も備える。図１に示された風力タービン１００は３つの回転翼１０８を含んでいるが、本開示によって必要とされる回転翼１０８の数に対する特別な制限はない。
【００１３】
図１に示されるように、風向１１２は、タワー１０４のロータ１０６の方に向けられる。風向１１２は、タワー１０４の風向１１２の反対側の部分に対して圧縮力１２４をもたらす。風向１１２の経路のタワー１０４の部分上に、張力１２２が直接存在する。張力１２２および圧縮力１２４は、風向１１２次第で変化し、推定の張力および圧縮力は、現場にタワー１０４を設置する前の風調査に基づいて計算される。
【００１４】
タワー１０４は、複数の複合部分１２０を積み重ねて接合することにより、現地で形成される。複数の複合部分１２０も現地で形成される。一実施形態では、複合部分１２０のそれぞれの高さ１６０は、おおよそ５メートルからおおよそ５０メートルまで、またはおおよそ１０メートルからおおよそ４０メートルまで、またはおおよそ１５メートルからおおよそ２５メートルまでである。一実施形態では、複合部分１２０のそれぞれの高さ１６０は同一である。別の実施形態では、各複合部分１２０の高さ１６０は、１つの複合部分１２０が第２の複合部分１２０とは別の高さを有するように変化される。さらに別の実施形態では、タワー１０４は、全体のタワー高さを構成する１つの複合部分１２０から形成される。図１に示されるように、タワー１０４は、隣接した複合部分１２０を、複数の引張り部材２５６（破線で示されている）および／または複数の接続手段１２８で接合することにより形成される。一実施形態では、接続手段１２８は、タワー１０４を形成するために複数の複合部分１２０を接合して固定するように適切な支持をもたらすのに必須ではない。接続手段１２８は、複合部分１２０を取り付けることができる任意の適切な構成要素である。接続手段１２８の実例には、Ｌ字形フランジ、垂直方向オスメス継手、グラウト、および他の任意の適切な接続デバイスがあるが、これらに限定されない。
【００１５】
図２は、図１に示されたタワーのライン２−２に沿って得られた複合部分１２０の断面図であり、複合部分１２０は現地で形成される。タワー１０４の複合部分１２０は、それぞれが内側積層板２２０と外側積層板２３０の同心配置を含む。内側積層板２２０および外側積層板２３０は、基質材８２０および織物層７３４を含む（図７を参照されたい）。内側積層板２２０と外側の積層板２３０の同心配置は、全長２１６および隙間２１４を含む（図３を参照されたい）。図２に示されるように、複合部分１２０は、それぞれが内部空洞２５４を有する複数のチューブ２５２も含む。複数のチューブ２５２が、隙間２１４の中に、内側積層板２２０と外側積層板２３０によってもたらされた複合部分１２０の同心配置の全長２１６に沿って位置している（図３を参照されたい）。基質材８２０および織物層７３４が硬化された後、複数のチューブ２５２によって占有されていない同心配置の隙間２１４に強化材２５０が配置され、それによって複合部分１２０が現地で形成され得る。
【００１６】
図３は、強化材２５０が隙間２１４に堆積される前の、内側積層板２２０と外側積層板２３０の同心配置を強調表示する複合シェル３００の部分的斜視図である。示されるように、図３では、内側積層板２２０と外側積層板２３０の全長２１６にわたる複数のチューブ２５２が、内側積層板２２０と外側積層板２３０の間の同心配置によって形成された隙間２１４の中に位置している。内蔵された複数のチューブ２５２のそれぞれが、複数の緊張材または引張り部材２５６を収容するための内部空洞２５４を含む（図４を参照されたい）。一実施形態では、複数のチューブ２５２は、耐久性のある金属またはプラスチックから構築される。複数のチューブ２５２の材料の一例にはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）管があるが、これに限定されない。一実施形態では、チューブ２５２は、隙間２１４の厚さ３１６にほぼ等しい外径を有する。別の実施形態では、チューブは、隙間２１４の厚さ３１６未満の外径を有する。別の実施形態では、チューブ２５２の直径は、おおよそ２５．４ミリメートル（１インチ）からおおよそ１０１．６ミリメートル（４インチ）まで、あるいはおおよそ３８．１ミリメートル（１．５インチ）からおおよそ８８．９ミリメートルまで、あるいはおおよそ５０．８ミリメートル（２インチ）からおおよそ７６．２ミリメートル（３インチ）までである。
【００１７】
複数のチューブ２５２の数および間隔は、計算されたタワー条件１０４に基づいて求められる。タワー条件を求めるために、いくつかのステップが採用される。第１のステップは、強化材２５０の圧縮能力に基づいて設計タワーの強化材の厚さを求めることである。第２のステップでは、タワー位置の地域で行なわれた風調査から一般に求められる、タワー部分の風上方向の合計張力を計算する。第３のステップでは、合計の張力および引張り部材の直径に基づいて、複合材料の引張り応力に対する引張り部材２５６の数を計算する。最後のステップで、計算された数の引張り部材２５６を隙間２１４の周囲のまわりに均一に配置して必要な支持をもたらす。一実施形態では、複合部分１２０のチューブ２５２の数は、計算されたタワー条件１０４に基づいて、おおよそ８本からおおよそ３０本、またはおおよそ１０本からおおよそ２５本、またはおおよそ１２本からおおよそ２０本である。
【００１８】
図４に示されるように、引張り部材２５６は、単一より線、強化材のバー、または織ってある、巻いてある、もしくは一緒に編まれた強化材の複数のより線である。一実施形態では、複数の引張り部材２５６は、ステンレス鋼などであるがこれに限定されない金属から選択される。一実施形態では、引張り部材２５６は、腐食抑制グリースでコーティングして押出し成型のプラスチック保護外装で覆われた多重より線から選択される。引張り部材２５６は、おおよそ３ミリメートル（おおよそ１／８インチ）からおおよそ５０ミリメートル（おおよそ２インチ）まで、あるいはおおよそ３ミリメートル（おおよそ１／８インチ）からおおよそ３０ミリメートル（おおよそ１インチ）まで、あるいはおおよそ３ミリメートル（おおよそ１／８インチ）からおおよそ１０ミリメートル（おおよそ３／８インチ）まで、およびその間のすべてのサブ範囲であるが、複合部分１２０およびタワー１０４を形成するのに必要な張力次第で、より薄いかまたはより厚いことがある。一実施形態では、引張り部材２５６は、非束縛であって、強化材２５０に対して自由に動くことができる。引張り部材２５６の数、引張り部材２５６のサイズ、および引張り部材２５６用固定点は、タワー１０４用の強化材２５０の計算された引張り応力に従って計画される。一実施形態では、引張り部材２５６の数は、複合部分１２０のチューブ２５２の数と同一である。
【００１９】
図４は、本開示の実施形態の複合部分１２０の斜視カッタウェイ断面図である。強化材２５０は、内側積層板２２０と外側積層板２３０の間に挟まれている。強化材２５０は、内側積層板２２０と外側積層板２３０の間の隙間２１４に注入されるか、あるいは隙間２１４を充填するかまたは占有する。強化材２５０の実例には、コンクリート、セラミック材料、木（バルサ）、コア材料（Ｗｅｂｃｏｒｅ）、ならびにポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ウレタン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、およびそれらの組合せなどであるがこれらに限定されない材料から作製された発泡体材料があるが、これに限定されない。一実施形態では、強化材２５０の厚さ２６０は、おおよそ２．５４センチメートル（１インチ）からおおよそ２５．４センチメートル（１０インチ）まで、またはおおよそ５．０８センチメートル（２インチ）からおおよそ２０．３２センチメートル（８インチ）まで、またはおおよそ７．６２センチメートル（３インチ）からおおよそ１５．２４センチメートル（６インチ）までである。図４に示されるように、引張り部材２５６を含む内部空洞２５４を有するチューブ２５２を、強化材２５０が取り巻いている。一実施形態では、強化材２５０が、内側積層板２２０と外側積層板２３０を連結するかまたは接着する。また、強化材２５０ならびに内側積層板２２０および外側積層板２３０は、タワー１０４上に加わるせん断力によって結合される。一実施形態では、複合部分１２０を構築するために使用される強化材２５０はコンクリートである。この実施形態では、タワー１０４を構築するための複合部分１２０の組立てに先立って、コンクリートを硬化させることができる。硬化時間は、使用されるセメントのタイプ、温度、および他の環境要因次第で変化する。一実施形態では、コンクリートは、おおよそ６日からおおよそ３０日までの期間にわたって硬化される。
【００２０】
図４に示されるように、内側積層板２２０は、少なくとも１つの織物層７３４および基質材８２０から構築される（図７を参照されたい）。内側積層板２２０の厚さ４１４は、おおよそ５．０８ミリメートル（０．２インチ）からおおよそ１２．７ミリメートル（０．５インチ）まで、またはおおよそ６．３５ミリメートル（０．２５インチ）からおおよそ１１．４３ミリメートル（０．４５インチ）まで、またはおおよそ７．６２ミリメートル（０．３インチ）からおおよそ１０．１６ミリメートル（０．４インチ）までである。また、外側積層板２３０は、少なくとも１つの織物層７３４または複数の織物層７３２と基質材８２０とから構築される（図７を参照されたい）。外側積層板２３０の厚さ４１６は、おおよそ５．０８ミリメートル（０．２インチ）からおおよそ１２．７ミリメートル（０．５インチ）まで、またはおおよそ６．３５ミリメートル（０．２５インチ）からおおよそ１１．４３ミリメートル（０．４５インチ）まで、またはおおよそ７．６２ミリメートル（０．３インチ）からおおよそ１０．１６ミリメートル（０．４インチ）までである。
【００２１】
内側積層板２２０および外側積層板２３０の少なくとも１つの織物層７３４は、少なくとも１つのプライ、しかし、より好ましくは複数のプライ７３２、または複数の織物層を含む。複数のプライ７３２は、基質材８２０をしみ込ませる前に、積み重ねるか、レイアップするか、または織り交ぜる。内側積層板２２０および外側積層板２３０の複数のプライ７３２の配向は、０°、±４５°、９０°またはそれらの組合せである。一実施形態では、織物層７３４は、０°および９０°の配向を有するプライ７３２から構築され、より多くのプライが、軸方向または９０°の配向で設けられる。複数のプライ７３２のそれぞれが、複数のファイバ８１０を含む（図７を参照されたい）。一実施形態では、複数のプライ７３２は、一方向の配向を有するファイバ８１０、２軸配向を有するファイバ８１０、ファイバ８１０の細断マット、ファイバ８１０の連続ストランドマットまたはそれらの組合せを含む。複数のファイバ８１０は、例えば、ガラスの軽量ファイバ、炭素、炭素および黒鉛、ホウ素、アラミド、パラアラミド（例えばＫｅｖｌａｒ）、他の有機材料、およびそれらの組合せから選択されるが、それに限定されない。ファイバ８１０の配向および構造は、タワー１０４が耐えなければならない条件に基づいて決定され、様々な実施形態に応じて変化する可能性がある。一実施形態では、複数のプライ７３２は、外板または複数の織物層として工場であらかじめ製作され、現場へ移送して複合部分１２０に構成される。あらかじめ製作された外板は、軽量かつ柔軟であり、タワー１０４を構築するのに必要な所望のファイバ８１０、繊維配向、織物層７３２および織物層配向、ならびに強度特性を含む。
【００２２】
図７に示されるように、複数のプライ７３２およびファイバ８１０は、基質材８２０または樹脂で取り巻くかまたは基質材８２０を浸透させる。一実施形態では、基質材８２０は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂から選択される。熱硬化性樹脂の実例には、エポキシ樹脂、ポリエステル、ビニールエステル、フェノール類、ビスマレイミド、ポリイミド、およびそれらの組合せがあるが、これに限定されない。熱可塑性樹脂の実例には、ナイロンポリスルフホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、およびそれらの組合せがあるが、これに限定されない。一実施形態では、基質材８２０は、エポキシ樹脂、ポリエステル、ビニールエステルおよびそれらの組合せから選択される。樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）、樹脂フィルム注入、ならびに開放成形および真空バッグレイアップなどであるがこれに限定されない任意の適切な処理法を用いて、織物層７３４に基質材８２０を注入するかまたは浸透させる。内側積層板２２０または外側積層板２３０の織物層７３４に、基質材８２０を浸透させるかまたは注入した後、熱硬化および／または紫外線放射硬化などであるがこれに限定されない任意の適切な硬化プロセスを用いて、織物層７３４を硬化させる。
【００２３】
内側積層板２２０および外側積層板２３０は、同時にまたは別個に形成することができ、間に隙間２１４を有する同心円を形成するように配置される（図３を参照されたい）。一般に、内側積層板２２０は、タワー１０４の複合部分１２０に対して軸方向の補強をもたらし、外側積層板２３０は、タワー１０４の複合部分１２０に対して円周方向の補強をもたらす。
【００２４】
図５に示されるように、本開示の別の実施形態には、タワー１０４の複合部分１２０を現地で形成するための装置５００が含まれる。装置５００は、複数の取外し可能な型７１０および７２０を含む。一実施形態では、取外し可能な型は、第１の円筒状のフレームおよび第２の円筒状のフレームから構成される。この実施形態では、第１および第２の円筒状のフレームは、取外し可能な型７１０および７２０を形成するために、プラスチックまたは他の適切な材料のカバーで包まれるべきである。別の実施形態では、取外し可能な型は、剛体の円筒容器から構成される。第１の取外し可能な型７１０および第２の取外し可能な型７２０は、円筒状の形状を保つ任意の適切な変形しない材料から構成される。取外し可能な型７１０および７２０用の適切な材料の実例には、金属、熱可塑性物質、およびそれらの組合せが含まれるが、これに限定されない。装置５００は、内側積層板２２０と外側積層板２３０のどちらを形成するのにも同様に使用され、唯一の差は、外側積層板２３０を形成するのに、装置５００の直径５１０がより大きくなることである。一実施形態では、内側積層板２２０および外側積層板２３０は、装置５００を使用して別個に形成され、次いで同心に配置される。別の実施形態では、装置５００は、内側積層板２２０と外側積層板２３０の両方を同時に形成するように構成することができる。
【００２５】
図６は、ライン６−６に沿って得られた装置５００の断面図である。装置５００は、プラスチック層７３０を取り巻く取外し可能な型７１０および７２０を含む。最初に、プラスチック層７３０が、少なくとも１つの織物層７３４を構成する乾燥した複数のプライ７３２を取り巻く。一実施形態では、樹脂または基質材の８２０が、注入チューブ５２０を通って導かれ、圧力または他の適切な手段によって複数のプライ７３２の全体にわたって分散される。複数のプライ７３２および基質材８２０が、任意の適切な方法を用いて硬化されて、複合シェル３００の内側積層板２２０および外側積層板２３０を形成する。別の実施形態では、樹脂または基質材の８２０を含むあらかじめ浸透されたファイバ（プリプレグ）が、装置５００とともに使用される。この実施形態では、プリプレグファイバは、取外し可能な型７１０および７２０の中でレイアップされ、プリプレグを現地で硬化させるために温度を上げるように熱が加えられる。さらに別の実施形態では、装置５００とともに手動レイアップ技法が用いられ、ファイバは樹脂でコーティングされ、取外し可能な型７１０および７２０を使用してｉｎ ｓｉｔｕで組み立てられる。
【００２６】
内側積層板２２０および外側積層板２３０を形成するために、装置５００の複数の取外し可能な型７１０および７２０上に、複数の織物層７３４が構成して配置される。図５に示されるように、装置５００は、内側積層板２２０および外側積層板２３０を形成するために織物層７３４の中へ基質材８２０を導入するための複数の樹脂注入チューブ５２０を含む。織物層の中の導入された基質材８２０が硬化するのと同時に、内側積層板２２０および外側積層板２３０が形成される。形成された内側積層板２２０および外側積層板２３０は、複数の取外し可能な型７１０および７２０ならびにプラスチック７３０から取り出される。内側積層板２２０と外側積層板２３０は、図３に示されるように同心に配置される。内側積層板２２０と外側積層板２３０の同心配置に、複数のチューブ２５２が追加される（図３を参照されたい）。次に、タワー１０４の複合部分１２０を現地で形成するために、図２および図４に示されるように、複数のチューブ２５２によって占有されていない内側積層板２２０と外側積層板２３０の隙間２１４に、強化材２５０が追加される。
【００２７】
図８は、少なくとも１つの複合部分１２０からタワー１０４を現地で形成する方法の図である。最初に、ステップ８０３で、複数の複合シェル３００が現地で構築される。複数の複合シェル３００のそれぞれが、内側積層板２２０および外側積層板２３０を含む。ステップ８０３は、成形装置５００を使用して、織物をレイアップし、含浸して硬化することによって内側積層板２２０および外側積層板２３０を形成するステップを含む。内側積層板２２０と外側積層板２３０は、その間に隙間２１４を生成する同心配置に形成される（図３を参照されたい）。次に、ステップ８０５で、複合シェル３００の隙間２１４に、複数のチューブ２５２が配置されるかまたは挿入される。ステップ８０７で、複数のチューブ２５２によって占有されていない隙間２１４の残存部分が、強化材２５２で満たされる。ステップ８０９で、複合シェル３００と強化材２５２を接合して複数の複合部分１２０を形成する。ステップ８０９は、一般に、強化材２５０の硬化を可能にするステップを含み、それによって複合シェル３００と効果的に接着する。次に、ステップ８１１で、緊張材または引張り部材２５６（図１および図４を参照されたい）が、複合部分１２０の複数のチューブ２５２を通される。ステップ８１３で、複合部分１２０のうちの１つが頂部１７０に指定され、アダプタ１３２（図１を参照されたい）が、固定手段１３０を使用して複合部分１２０に固定される。頂部のアダプタ１３２は、構成されたタワー１０４（図１を参照）の頂部に取り付けられるべき揺首またはナセルなどであるがこれに限定されない、タワー設備への付着点をもたらす。ステップ８１５で、形成された複合部分１２０のうちの１つが基礎部１８０に指定され、基礎アダプタ１２６（図１を参照されたい）が、固定手段１３０を使用して複合部分１２０に固定される。次に、ステップ８１７で、基礎部分１８０が、タワー１０４の基礎１９０に対して固定される（図１を参照されたい）。ステップ８１９で、１つの複合部分１２０が、基礎部分１８０に対して、積み重ねられ、整列して固定される。ステップ８２１で、タワー１０４の所望の高さに到達するまで、クレーンまたは他の適切な設備を使用して、残りの複合部分１２０が、隣接する複合部分１２０に対して、積み重ねられ、整列して固定される。ステップ８２３で、既に形成された複合部分１２０に対して、頂部の複合部分１７０が取り付けられる。複合部分１２０が十分に固定された後に、ステップ８２５で、緊張部材２５６に対してポストテンションが与えられる。ポストテンションは、油圧ジャッキおよびタワー１０４の計算された引張り応力を克服するように所望の張力をもたらすことができる他の設備などであるがこれに限定されない任意の適切な手段によって与えられる。
【００２８】
本開示の実施形態の利点の１つに、遠隔地において現地でタワーを形成する方法が含まれる。
【００２９】
本開示の実施形態の別の利点には、タワーを現地で形成するための、移送が容易な品目が含まれる。
【００３０】
本開示の実施形態の別の利点には、柔軟で、現地での組立てに先立って移送するのが容易な複合部分が含まれる。
【００３１】
本開示の実施形態の別の利点には、大きな周期的負荷を受けるタワーの圧縮および引張りの応力に耐える現地組立ての例示的タワーがある。
【００３２】
本開示の実施形態の別の利点には、高い機械的強度を有する複合部分から形成されるタワーがある。
【００３３】
本開示の実施形態のさらに別の利点には、従来型のタワー構造より使用する材料が少ない軽量タワーがある。
【００３４】
本開示の実施形態の別の利点には、拡張性のあるタワーがある。
【００３５】
本開示の実施形態の別の利点には、従来型のタワー構造で必要とされる厳しい公差の要件なしで構築されるタワーがある。
【００３６】
本開示の実施形態の別の利点には、廉価で交換可能な型を使用して形成されるタワーがある。
【００３７】
本開示の実施形態のさらに別の利点には、タワーの製造、設置、および運送の費用削減がもたらされることがある。
【００３８】
本発明が、好ましい実施形態を参照しながら説明されてきたが、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更がなされ得ること、および本発明の諸要素が等価物で置換され得ることが当業者には理解されよう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく本発明の教示に特定の状況または材料を適合させるために、多くの変更形態が作製され得る。したがって、本発明は、本発明を実施するために企図された最良の様式として開示された特定の実施形態に限定されるのでなく、添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施形態を含むように意図されている。
【符号の説明】
【００３９】
１００ 風タービン
１０２ ナセル
１０４ タワー
１０６ ロータ
１０８ タービン翼
１１０ 回転ハブ
１１２ 風向
１２０ タワーの複合部分
１２２ タワーの引張られる部分
１２４ タワーの圧縮される部分
１２６ 基礎アダプタ
１２８ 取付け手段（Ｌ字形バーなど）
１３０ 固定手段（ねじなど）
１３２ 頂部アダプタ
１３４ グラウト
１５０ ポストテンション部材
１６０ 複合部分の高さ
１７０ 頂部
１８０ 基礎部分
１９０ 基礎
２１４ 隙間
２１６ 同心配置の全長
２２０ 内側積層板
２３０ 外側積層板
２５０ 強化材（コンクリート）
２５２ 複数のチューブ（引張り部材用）
２５４ 複数のチューブの内部空洞
２５６ 引張り部材
２６０ 厚さ
３００ 複合シェル／同心配置
３１６ 隙間の厚さ
４１４ 内側積層板の厚さ
４１６ 外側積層板の厚さ
５００ 複合部分の積層板を形成するための装置
５１０ 装置の直径
５２０ 樹脂（基質）注入チューブ
５６０ 第１の取外し可能な型
５６２ 第２の取外し可能な型
７１０ 第１の取外し可能な型
７２０ 第２の取外し可能な型
７３０ プラスチック
７３２ 複数の織物層（プライ）／外板
７３４ 織物層（プライ）
８１０ （織物層の）ファイバ
８２０ 基質材（樹脂）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にタワーに関し、より具体的にはタワーの現地形成を可能にする装置、方法および複合部分に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型の発電風力タービンは、ますます高くなっている。しかし、一定の高さを超えると、標準的なスチールパイプ製のタワーは、経済的でない、すなわち、さらなる高さを構築するコストが、より高高度のより優れた風況の利益に勝ることになると実証されている。このことが、より高いタワーを達成する代替のタワー技術の研究を促す。
【０００３】
モジュール化またはパネル化されたコンクリートのタワーは、材料が低コストのうえに実地／現地での組立てが可能なため、風力タービンタワー産業の新しい傾向になっている。コンクリートは、圧縮に対する優れた選択肢として知られているが、張力に耐えるように特別な取扱いをしなければならない。一般に、コンクリートを強化するのに、鉄筋およびポストテンションケーブルが使用される。さらに、コンクリート部分を形成するとき、必要とされる公差を満たすために、スチール製の型が使用される。スチール製の型は、２ｍｍ以内の厳しい公差を維持しなければならない。結果として、スチール製の型は、タワーの複合部分向けのモジュールまたはパネルの５０〜１００回の成形の後に交換する必要がある。さらなる難点として、一般にコンクリートは、スチール製のタワーより約４〜５倍重く、タワーを支持するための大きい基礎を構築しなければならないことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７８１１４９５号公報明細書
【発明の概要】
【０００５】
したがって、上記難点の影響を受けない装置、複合部分、および現地でタワーを形成する方法が望まれる。
【０００６】
本開示の例示的実施形態によれば、タワーの複合部分を現地で形成する方法が提供される。この方法には、複合シェルの構築が含まれる。構築するステップは、内側積層板と外側積層板の同心配置を形成するステップを含み、同心配置は、強化層を収容するのに適した隙間を含む。内側積層板および外側積層板を形成するステップは、織物層に基質材を与えるステップと、基質材および織物層を硬化するステップとを含む。複数のチューブが複合シェルの隙間に配置され、複数のチューブは、内部空洞を含み、複合シェルの全長にわたる。次に、複数のチューブによって占有されていない複合シェルの隙間が、強化材の量で満たされる。最終的に、複合シェルと強化材が一緒に接合され、タワーの複合部分が現地で形成される。
【０００７】
本開示の別の例示的実施形態によれば、タワーの複合部分が提供される。タワーの複合部分は、内側積層板と外側積層板の同心配置を含む。内側積層板および外側積層板は、基質材および織物層を含む。同心配置は、強化層を収容するのに適した全長および隙間を含む。複合部分は、内部空洞を有する複数のチューブを含み、複数のチューブは、隙間の中に同心配置の全長に沿って位置する。複数のチューブによって占有されていない同心配置の隙間に強化材が配置され、タワーの複合部分の現地形成が可能になる。
【０００８】
本開示の別の例示的実施形態によれば、タワー複合部分を現地で形成するための装置が提供される。この装置は、複数の取外し可能な型と、複数の取外し可能な型の上に構成して配置された内側積層板と外側の積層板の同心配置を含む。内側積層板および外側積層板は、基質材および織物層を含む。内側積層板と外側積層板の同心配置は、強化層を収容するのに適した隙間を含む。基質材を硬化させる際、内側積層板および外側積層板は、複数の取外し可能な型から取り出される。隙間に強化材が追加されて、タワーの複合部分が現地で形成される。
【０００９】
本発明の他の特徴および利点が、好ましい実施形態の以下のより詳細な説明から、本発明の原理を一例として示す添付図面とともに解釈されて明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の実施形態の、現地で構築されるタワーの図である。
【図２】本開示の実施形態の図１に示されたタワーの、ライン２−２に沿って得られた複合部分の断面図である。
【図３】本開示の実施形態の複合シェルの斜視図である。
【図４】本開示の実施形態の複合部分の斜視カッタウェイ断面図である。
【図５】本開示の実施形態の複合部分を形成するための装置の斜視図である。
【図６】本開示の実施形態の図５に示された装置のライン６−６に沿って得られた部分の断面図である。
【図７】本開示の実施形態のライン７−７に沿って得られた部分の断面図である。
【図８】本開示の実施形態のタワーを現地で形成する方法の流れ図である。図面の全体にわたって、可能性な限り、同じ参照番号は同じ部品を表すように使用されることになる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
従来技術の難点に苦しまない装置、複合部分、および現地でタワーを形成する方法が提供される。これらの装置、複合部分および方法により、現地でタワーを組み立てるための、費用対効果が大きく、容易に運送可能な手段が提供される。
【００１２】
図１は、装置５００（例えば図５を参照されたい）、複合部分１２０、および本開示で説明される方法を使用して形成されるタワー１０４の実施形態を示す。風力タービンタワーのタワー１０４は、発電機（図１には示されていない）を収容するナセル１０２を含む。タワー１０４の高さは、当技術分野で既知の係数および条件に基づいて選択されており、１００メートル以上までの高さに延ばすことができる。風力タービン１００は、望ましい風況を有する地域へのアクセスをもたらす任意の地形上に設置され得る。地形は、大幅に変化する可能性があり、山岳地帯または沖合の位置を含み得るがこれらに限定されない。風力タービン１００は、回転ハブ１１０に取り付けられた１つまたは複数の回転翼１０８を含むロータ１０６も備える。図１に示された風力タービン１００は３つの回転翼１０８を含んでいるが、本開示によって必要とされる回転翼１０８の数に対する特別な制限はない。
【００１３】
図１に示されるように、風向１１２は、タワー１０４のロータ１０６の方に向けられる。風向１１２は、タワー１０４の風向１１２の反対側の部分に対して圧縮力１２４をもたらす。風向１１２の経路のタワー１０４の部分上に、張力１２２が直接存在する。張力１２２および圧縮力１２４は、風向１１２次第で変化し、推定の張力および圧縮力は、現場にタワー１０４を設置する前の風調査に基づいて計算される。
【００１４】
タワー１０４は、複数の複合部分１２０を積み重ねて接合することにより、現地で形成される。複数の複合部分１２０も現地で形成される。一実施形態では、複合部分１２０のそれぞれの高さ１６０は、おおよそ５メートルからおおよそ５０メートルまで、またはおおよそ１０メートルからおおよそ４０メートルまで、またはおおよそ１５メートルからおおよそ２５メートルまでである。一実施形態では、複合部分１２０のそれぞれの高さ１６０は同一である。別の実施形態では、各複合部分１２０の高さ１６０は、１つの複合部分１２０が第２の複合部分１２０とは別の高さを有するように変化される。さらに別の実施形態では、タワー１０４は、全体のタワー高さを構成する１つの複合部分１２０から形成される。図１に示されるように、タワー１０４は、隣接した複合部分１２０を、複数の引張り部材２５６（破線で示されている）および／または複数の接続手段１２８で接合することにより形成される。一実施形態では、接続手段１２８は、タワー１０４を形成するために複数の複合部分１２０を接合して固定するように適切な支持をもたらすのに必須ではない。接続手段１２８は、複合部分１２０を取り付けることができる任意の適切な構成要素である。接続手段１２８の実例には、Ｌ字形フランジ、垂直方向オスメス継手、グラウト、および他の任意の適切な接続デバイスがあるが、これらに限定されない。
【００１５】
図２は、図１に示されたタワーのライン２−２に沿って得られた複合部分１２０の断面図であり、複合部分１２０は現地で形成される。タワー１０４の複合部分１２０は、それぞれが内側積層板２２０と外側積層板２３０の同心配置を含む。内側積層板２２０および外側積層板２３０は、基質材８２０および織物層７３４を含む（図７を参照されたい）。内側積層板２２０と外側の積層板２３０の同心配置は、全長２１６および隙間２１４を含む（図３を参照されたい）。図２に示されるように、複合部分１２０は、それぞれが内部空洞２５４を有する複数のチューブ２５２も含む。複数のチューブ２５２が、隙間２１４の中に、内側積層板２２０と外側積層板２３０によってもたらされた複合部分１２０の同心配置の全長２１６に沿って位置している（図３を参照されたい）。基質材８２０および織物層７３４が硬化された後、複数のチューブ２５２によって占有されていない同心配置の隙間２１４に強化材２５０が配置され、それによって複合部分１２０が現地で形成され得る。
【００１６】
図３は、強化材２５０が隙間２１４に堆積される前の、内側積層板２２０と外側積層板２３０の同心配置を強調表示する複合シェル３００の部分的斜視図である。示されるように、図３では、内側積層板２２０と外側積層板２３０の全長２１６にわたる複数のチューブ２５２が、内側積層板２２０と外側積層板２３０の間の同心配置によって形成された隙間２１４の中に位置している。内蔵された複数のチューブ２５２のそれぞれが、複数の緊張材または引張り部材２５６を収容するための内部空洞２５４を含む（図４を参照されたい）。一実施形態では、複数のチューブ２５２は、耐久性のある金属またはプラスチックから構築される。複数のチューブ２５２の材料の一例にはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）管があるが、これに限定されない。一実施形態では、チューブ２５２は、隙間２１４の厚さ３１６にほぼ等しい外径を有する。別の実施形態では、チューブは、隙間２１４の厚さ３１６未満の外径を有する。別の実施形態では、チューブ２５２の直径は、おおよそ２５．４ミリメートル（１インチ）からおおよそ１０１．６ミリメートル（４インチ）まで、あるいはおおよそ３８．１ミリメートル（１．５インチ）からおおよそ８８．９ミリメートルまで、あるいはおおよそ５０．８ミリメートル（２インチ）からおおよそ７６．２ミリメートル（３インチ）までである。
【００１７】
複数のチューブ２５２の数および間隔は、計算されたタワー条件１０４に基づいて求められる。タワー条件を求めるために、いくつかのステップが採用される。第１のステップは、強化材２５０の圧縮能力に基づいて設計タワーの強化材の厚さを求めることである。第２のステップでは、タワー位置の地域で行なわれた風調査から一般に求められる、タワー部分の風上方向の合計張力を計算する。第３のステップでは、合計の張力および引張り部材の直径に基づいて、複合材料の引張り応力に対する引張り部材２５６の数を計算する。最後のステップで、計算された数の引張り部材２５６を隙間２１４の周囲のまわりに均一に配置して必要な支持をもたらす。一実施形態では、複合部分１２０のチューブ２５２の数は、計算されたタワー条件１０４に基づいて、おおよそ８本からおおよそ３０本、またはおおよそ１０本からおおよそ２５本、またはおおよそ１２本からおおよそ２０本である。
【００１８】
図４に示されるように、引張り部材２５６は、単一より線、強化材のバー、または織ってある、巻いてある、もしくは一緒に編まれた強化材の複数のより線である。一実施形態では、複数の引張り部材２５６は、ステンレス鋼などであるがこれに限定されない金属から選択される。一実施形態では、引張り部材２５６は、腐食抑制グリースでコーティングして押出し成型のプラスチック保護外装で覆われた多重より線から選択される。引張り部材２５６は、おおよそ３ミリメートル（おおよそ１／８インチ）からおおよそ５０ミリメートル（おおよそ２インチ）まで、あるいはおおよそ３ミリメートル（おおよそ１／８インチ）からおおよそ３０ミリメートル（おおよそ１インチ）まで、あるいはおおよそ３ミリメートル（おおよそ１／８インチ）からおおよそ１０ミリメートル（おおよそ３／８インチ）まで、およびその間のすべてのサブ範囲であるが、複合部分１２０およびタワー１０４を形成するのに必要な張力次第で、より薄いかまたはより厚いことがある。一実施形態では、引張り部材２５６は、非束縛であって、強化材２５０に対して自由に動くことができる。引張り部材２５６の数、引張り部材２５６のサイズ、および引張り部材２５６用固定点は、タワー１０４用の強化材２５０の計算された引張り応力に従って計画される。一実施形態では、引張り部材２５６の数は、複合部分１２０のチューブ２５２の数と同一である。
【００１９】
図４は、本開示の実施形態の複合部分１２０の斜視カッタウェイ断面図である。強化材２５０は、内側積層板２２０と外側積層板２３０の間に挟まれている。強化材２５０は、内側積層板２２０と外側積層板２３０の間の隙間２１４に注入されるか、あるいは隙間２１４を充填するかまたは占有する。強化材２５０の実例には、コンクリート、セラミック材料、木（バルサ）、コア材料（Ｗｅｂｃｏｒｅ）、ならびにポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ウレタン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、およびそれらの組合せなどであるがこれらに限定されない材料から作製された発泡体材料があるが、これに限定されない。一実施形態では、強化材２５０の厚さ２６０は、おおよそ２．５４センチメートル（１インチ）からおおよそ２５．４センチメートル（１０インチ）まで、またはおおよそ５．０８センチメートル（２インチ）からおおよそ２０．３２センチメートル（８インチ）まで、またはおおよそ７．６２センチメートル（３インチ）からおおよそ１５．２４センチメートル（６インチ）までである。図４に示されるように、引張り部材２５６を含む内部空洞２５４を有するチューブ２５２を、強化材２５０が取り巻いている。一実施形態では、強化材２５０が、内側積層板２２０と外側積層板２３０を連結するかまたは接着する。また、強化材２５０ならびに内側積層板２２０および外側積層板２３０は、タワー１０４上に加わるせん断力によって結合される。一実施形態では、複合部分１２０を構築するために使用される強化材２５０はコンクリートである。この実施形態では、タワー１０４を構築するための複合部分１２０の組立てに先立って、コンクリートを硬化させることができる。硬化時間は、使用されるセメントのタイプ、温度、および他の環境要因次第で変化する。一実施形態では、コンクリートは、おおよそ６日からおおよそ３０日までの期間にわたって硬化される。
【００２０】
図４に示されるように、内側積層板２２０は、少なくとも１つの織物層７３４および基質材８２０から構築される（図７を参照されたい）。内側積層板２２０の厚さ４１４は、おおよそ５．０８ミリメートル（０．２インチ）からおおよそ１２．７ミリメートル（０．５インチ）まで、またはおおよそ６．３５ミリメートル（０．２５インチ）からおおよそ１１．４３ミリメートル（０．４５インチ）まで、またはおおよそ７．６２ミリメートル（０．３インチ）からおおよそ１０．１６ミリメートル（０．４インチ）までである。また、外側積層板２３０は、少なくとも１つの織物層７３４または複数の織物層７３２と基質材８２０とから構築される（図７を参照されたい）。外側積層板２３０の厚さ４１６は、おおよそ５．０８ミリメートル（０．２インチ）からおおよそ１２．７ミリメートル（０．５インチ）まで、またはおおよそ６．３５ミリメートル（０．２５インチ）からおおよそ１１．４３ミリメートル（０．４５インチ）まで、またはおおよそ７．６２ミリメートル（０．３インチ）からおおよそ１０．１６ミリメートル（０．４インチ）までである。
【００２１】
内側積層板２２０および外側積層板２３０の少なくとも１つの織物層７３４は、少なくとも１つのプライ、しかし、より好ましくは複数のプライ７３２、または複数の織物層を含む。複数のプライ７３２は、基質材８２０をしみ込ませる前に、積み重ねるか、レイアップするか、または織り交ぜる。内側積層板２２０および外側積層板２３０の複数のプライ７３２の配向は、０°、±４５°、９０°またはそれらの組合せである。一実施形態では、織物層７３４は、０°および９０°の配向を有するプライ７３２から構築され、より多くのプライが、軸方向または９０°の配向で設けられる。複数のプライ７３２のそれぞれが、複数のファイバ８１０を含む（図７を参照されたい）。一実施形態では、複数のプライ７３２は、一方向の配向を有するファイバ８１０、２軸配向を有するファイバ８１０、ファイバ８１０の細断マット、ファイバ８１０の連続ストランドマットまたはそれらの組合せを含む。複数のファイバ８１０は、例えば、ガラスの軽量ファイバ、炭素、炭素および黒鉛、ホウ素、アラミド、パラアラミド（例えばＫｅｖｌａｒ）、他の有機材料、およびそれらの組合せから選択されるが、それに限定されない。ファイバ８１０の配向および構造は、タワー１０４が耐えなければならない条件に基づいて決定され、様々な実施形態に応じて変化する可能性がある。一実施形態では、複数のプライ７３２は、外板または複数の織物層として工場であらかじめ製作され、現場へ移送して複合部分１２０に構成される。あらかじめ製作された外板は、軽量かつ柔軟であり、タワー１０４を構築するのに必要な所望のファイバ８１０、繊維配向、織物層７３２および織物層配向、ならびに強度特性を含む。
【００２２】
図７に示されるように、複数のプライ７３２およびファイバ８１０は、基質材８２０または樹脂で取り巻くかまたは基質材８２０を浸透させる。一実施形態では、基質材８２０は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂から選択される。熱硬化性樹脂の実例には、エポキシ樹脂、ポリエステル、ビニールエステル、フェノール類、ビスマレイミド、ポリイミド、およびそれらの組合せがあるが、これに限定されない。熱可塑性樹脂の実例には、ナイロンポリスルフホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、およびそれらの組合せがあるが、これに限定されない。一実施形態では、基質材８２０は、エポキシ樹脂、ポリエステル、ビニールエステルおよびそれらの組合せから選択される。樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）、樹脂フィルム注入、ならびに開放成形および真空バッグレイアップなどであるがこれに限定されない任意の適切な処理法を用いて、織物層７３４に基質材８２０を注入するかまたは浸透させる。内側積層板２２０または外側積層板２３０の織物層７３４に、基質材８２０を浸透させるかまたは注入した後、熱硬化および／または紫外線放射硬化などであるがこれに限定されない任意の適切な硬化プロセスを用いて、織物層７３４を硬化させる。
【００２３】
内側積層板２２０および外側積層板２３０は、同時にまたは別個に形成することができ、間に隙間２１４を有する同心円を形成するように配置される（図３を参照されたい）。一般に、内側積層板２２０は、タワー１０４の複合部分１２０に対して軸方向の補強をもたらし、外側積層板２３０は、タワー１０４の複合部分１２０に対して円周方向の補強をもたらす。
【００２４】
図５に示されるように、本開示の別の実施形態には、タワー１０４の複合部分１２０を現地で形成するための装置５００が含まれる。装置５００は、複数の取外し可能な型７１０および７２０を含む。一実施形態では、取外し可能な型は、第１の円筒状のフレームおよび第２の円筒状のフレームから構成される。この実施形態では、第１および第２の円筒状のフレームは、取外し可能な型７１０および７２０を形成するために、プラスチックまたは他の適切な材料のカバーで包まれるべきである。別の実施形態では、取外し可能な型は、剛体の円筒容器から構成される。第１の取外し可能な型７１０および第２の取外し可能な型７２０は、円筒状の形状を保つ任意の適切な変形しない材料から構成される。取外し可能な型７１０および７２０用の適切な材料の実例には、金属、熱可塑性物質、およびそれらの組合せが含まれるが、これに限定されない。装置５００は、内側積層板２２０と外側積層板２３０のどちらを形成するのにも同様に使用され、唯一の差は、外側積層板２３０を形成するのに、装置５００の直径５１０がより大きくなることである。一実施形態では、内側積層板２２０および外側積層板２３０は、装置５００を使用して別個に形成され、次いで同心に配置される。別の実施形態では、装置５００は、内側積層板２２０と外側積層板２３０の両方を同時に形成するように構成することができる。
【００２５】
図６は、ライン６−６に沿って得られた装置５００の断面図である。装置５００は、プラスチック層７３０を取り巻く取外し可能な型７１０および７２０を含む。最初に、プラスチック層７３０が、少なくとも１つの織物層７３４を構成する乾燥した複数のプライ７３２を取り巻く。一実施形態では、樹脂または基質材の８２０が、注入チューブ５２０を通って導かれ、圧力または他の適切な手段によって複数のプライ７３２の全体にわたって分散される。複数のプライ７３２および基質材８２０が、任意の適切な方法を用いて硬化されて、複合シェル３００の内側積層板２２０および外側積層板２３０を形成する。別の実施形態では、樹脂または基質材の８２０を含むあらかじめ浸透されたファイバ（プリプレグ）が、装置５００とともに使用される。この実施形態では、プリプレグファイバは、取外し可能な型７１０および７２０の中でレイアップされ、プリプレグを現地で硬化させるために温度を上げるように熱が加えられる。さらに別の実施形態では、装置５００とともに手動レイアップ技法が用いられ、ファイバは樹脂でコーティングされ、取外し可能な型７１０および７２０を使用してｉｎ ｓｉｔｕで組み立てられる。
【００２６】
内側積層板２２０および外側積層板２３０を形成するために、装置５００の複数の取外し可能な型７１０および７２０上に、複数の織物層７３４が構成して配置される。図５に示されるように、装置５００は、内側積層板２２０および外側積層板２３０を形成するために織物層７３４の中へ基質材８２０を導入するための複数の樹脂注入チューブ５２０を含む。織物層の中の導入された基質材８２０が硬化するのと同時に、内側積層板２２０および外側積層板２３０が形成される。形成された内側積層板２２０および外側積層板２３０は、複数の取外し可能な型７１０および７２０ならびにプラスチック７３０から取り出される。内側積層板２２０と外側積層板２３０は、図３に示されるように同心に配置される。内側積層板２２０と外側積層板２３０の同心配置に、複数のチューブ２５２が追加される（図３を参照されたい）。次に、タワー１０４の複合部分１２０を現地で形成するために、図２および図４に示されるように、複数のチューブ２５２によって占有されていない内側積層板２２０と外側積層板２３０の隙間２１４に、強化材２５０が追加される。
【００２７】
図８は、少なくとも１つの複合部分１２０からタワー１０４を現地で形成する方法の図である。最初に、ステップ８０３で、複数の複合シェル３００が現地で構築される。複数の複合シェル３００のそれぞれが、内側積層板２２０および外側積層板２３０を含む。ステップ８０３は、成形装置５００を使用して、織物をレイアップし、含浸して硬化することによって内側積層板２２０および外側積層板２３０を形成するステップを含む。内側積層板２２０と外側積層板２３０は、その間に隙間２１４を生成する同心配置に形成される（図３を参照されたい）。次に、ステップ８０５で、複合シェル３００の隙間２１４に、複数のチューブ２５２が配置されるかまたは挿入される。ステップ８０７で、複数のチューブ２５２によって占有されていない隙間２１４の残存部分が、強化材２５２で満たされる。ステップ８０９で、複合シェル３００と強化材２５２を接合して複数の複合部分１２０を形成する。ステップ８０９は、一般に、強化材２５０の硬化を可能にするステップを含み、それによって複合シェル３００と効果的に接着する。次に、ステップ８１１で、緊張材または引張り部材２５６（図１および図４を参照されたい）が、複合部分１２０の複数のチューブ２５２を通される。ステップ８１３で、複合部分１２０のうちの１つが頂部１７０に指定され、アダプタ１３２（図１を参照されたい）が、固定手段１３０を使用して複合部分１２０に固定される。頂部のアダプタ１３２は、構成されたタワー１０４（図１を参照）の頂部に取り付けられるべき揺首またはナセルなどであるがこれに限定されない、タワー設備への付着点をもたらす。ステップ８１５で、形成された複合部分１２０のうちの１つが基礎部１８０に指定され、基礎アダプタ１２６（図１を参照されたい）が、固定手段１３０を使用して複合部分１２０に固定される。次に、ステップ８１７で、基礎部分１８０が、タワー１０４の基礎１９０に対して固定される（図１を参照されたい）。ステップ８１９で、１つの複合部分１２０が、基礎部分１８０に対して、積み重ねられ、整列して固定される。ステップ８２１で、タワー１０４の所望の高さに到達するまで、クレーンまたは他の適切な設備を使用して、残りの複合部分１２０が、隣接する複合部分１２０に対して、積み重ねられ、整列して固定される。ステップ８２３で、既に形成された複合部分１２０に対して、頂部の複合部分１７０が取り付けられる。複合部分１２０が十分に固定された後に、ステップ８２５で、緊張部材２５６に対してポストテンションが与えられる。ポストテンションは、油圧ジャッキおよびタワー１０４の計算された引張り応力を克服するように所望の張力をもたらすことができる他の設備などであるがこれに限定されない任意の適切な手段によって与えられる。
【００２８】
本開示の実施形態の利点の１つに、遠隔地において現地でタワーを形成する方法が含まれる。
【００２９】
本開示の実施形態の別の利点には、タワーを現地で形成するための、移送が容易な品目が含まれる。
【００３０】
本開示の実施形態の別の利点には、柔軟で、現地での組立てに先立って移送するのが容易な複合部分が含まれる。
【００３１】
本開示の実施形態の別の利点には、大きな周期的負荷を受けるタワーの圧縮および引張りの応力に耐える現地組立ての例示的タワーがある。
【００３２】
本開示の実施形態の別の利点には、高い機械的強度を有する複合部分から形成されるタワーがある。
【００３３】
本開示の実施形態のさらに別の利点には、従来型のタワー構造より使用する材料が少ない軽量タワーがある。
【００３４】
本開示の実施形態の別の利点には、拡張性のあるタワーがある。
【００３５】
本開示の実施形態の別の利点には、従来型のタワー構造で必要とされる厳しい公差の要件なしで構築されるタワーがある。
【００３６】
本開示の実施形態の別の利点には、廉価で交換可能な型を使用して形成されるタワーがある。
【００３７】
本開示の実施形態のさらに別の利点には、タワーの製造、設置、および運送の費用削減がもたらされることがある。
【００３８】
本発明が、好ましい実施形態を参照しながら説明されてきたが、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更がなされ得ること、および本発明の諸要素が等価物で置換され得ることが当業者には理解されよう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく本発明の教示に特定の状況または材料を適合させるために、多くの変更形態が作製され得る。したがって、本発明は、本発明を実施するために企図された最良の様式として開示された特定の実施形態に限定されるのでなく、添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施形態を含むように意図されている。
【符号の説明】
【００３９】
１００ 風タービン
１０２ ナセル
１０４ タワー
１０６ ロータ
１０８ タービン翼
１１０ 回転ハブ
１１２ 風向
１２０ タワーの複合部分
１２２ タワーの引張られる部分
１２４ タワーの圧縮される部分
１２６ 基礎アダプタ
１２８ 取付け手段（Ｌ字形バーなど）
１３０ 固定手段（ねじなど）
１３２ 頂部アダプタ
１３４ グラウト
１５０ ポストテンション部材
１６０ 複合部分の高さ
１７０ 頂部
１８０ 基礎部分
１９０ 基礎
２１４ 隙間
２１６ 同心配置の全長
２２０ 内側積層板
２３０ 外側積層板
２５０ 強化材（コンクリート）
２５２ 複数のチューブ（引張り部材用）
２５４ 複数のチューブの内部空洞
２５６ 引張り部材
２６０ 厚さ
３００ 複合シェル／同心配置
３１６ 隙間の厚さ
４１４ 内側積層板の厚さ
４１６ 外側積層板の厚さ
５００ 複合部分の積層板を形成するための装置
５１０ 装置の直径
５２０ 樹脂（基質）注入チューブ
５６０ 第１の取外し可能な型
５６２ 第２の取外し可能な型
７１０ 第１の取外し可能な型
７２０ 第２の取外し可能な型
７３０ プラスチック
７３２ 複数の織物層（プライ）／外板
７３４ 織物層（プライ）
８１０ （織物層の）ファイバ
８２０ 基質材（樹脂）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タワーの複合部分（１２０）であって、
内側積層板（２２０）と外側積層板（２３０）の同心配置であって、前記内側積層板（２２０）および前記外側積層板（２３０）が、
基質材（８２０）および
織物層（７３４）を含み、前記同心配置が、全長（２１６）および隙間（２１４）を含む、内側積層板（２２０）と外側積層板（２３０）の同心配置と、
内部空洞（２５４）を有する複数のチューブ（２５２）であって、前記隙間（２１４）の中に前記同心配置の前記全長（２１６）に沿って位置する複数のチューブ（２５２）と、
前記複数のチューブ（２５２）によって占有されていない前記隙間（２１４）の中に前記同心配置の全長（２１６）に沿って配置された強化材（２５０）とを備え、
現地で形成される、タワーの複合部分（１２０）。
【請求項２】
前記複合部分（１２０）の前記複数のチューブ（２５２）の前記内部空洞（２５４）の中に位置する複数の引張り部材（２５６）をさらに含む請求項１記載の複合部分（１２０）。
【請求項３】
単一の複合部分（１２０）が風力タービン（１００）のタワー（１０４）を形成する請求項１記載の複合部分（１２０）。
【請求項４】
前記強化材（２５０）がコンクリートである請求項１記載の複合部分（１２０）。
【請求項５】
前記強化材（２５０）が、硬化と同時に、前記同心配置の内側積層板（２２０）および外側積層板（２３０）に接着する請求項１記載の複合部分（１２０）。
【請求項６】
前記内側積層板（２２０）が、タワーの前記複合部分（１２０）に対する軸方向の補強をもたらし、前記外側積層板（２３０）が、前記タワー（１０４）の前記複合部分（１２０）に対する円周方向の補強をもたらす請求項１記載の複合部分（１２０）。
【請求項７】
前記複合部分（１２０）および前記タワー（１０４）が現地で形成される請求項１記載の複合部分（１２０）。
【請求項８】
前記内側積層板（２２０）の厚さが、おおよそ５．０８ミリメートルからおおよそ１２．７０ミリメートルまでであり、前記外側積層板（２３０）層の厚さが、おおよそ５．０８ミリメートルからおおよそ１２．７０ミリメートルまでである請求項１記載の複合部分（１２０）。
【請求項９】
前記内側積層板（２２０）および前記外側積層板（２３０）の前記織物層（７３４）が、１方向の配向を有するファイバ（８１０）を備える複数のプライ（７３２）、２軸配向のファイバ細断マットを有するファイバ（８１０）、ファイバの連続ストランドマット、またはそれらの組合せを含む請求項１記載の複合部分（１２０）。
【請求項１０】
前記内側積層板（２２０）および前記外側積層板（２３０）の前記複数のプライ（７３２）の配向が、０°、±４５°、９０°またはそれらの組合せである請求項１記載の複合部分（１２０）。
【請求項１】
タワーの複合部分（１２０）であって、
内側積層板（２２０）と外側積層板（２３０）の同心配置であって、前記内側積層板（２２０）および前記外側積層板（２３０）が、
基質材（８２０）および
織物層（７３４）を含み、前記同心配置が、全長（２１６）および隙間（２１４）を含む、内側積層板（２２０）と外側積層板（２３０）の同心配置と、
内部空洞（２５４）を有する複数のチューブ（２５２）であって、前記隙間（２１４）の中に前記同心配置の前記全長（２１６）に沿って位置する複数のチューブ（２５２）と、
前記複数のチューブ（２５２）によって占有されていない前記隙間（２１４）の中に前記同心配置の全長（２１６）に沿って配置された強化材（２５０）とを備え、
現地で形成される、タワーの複合部分（１２０）。
【請求項２】
前記複合部分（１２０）の前記複数のチューブ（２５２）の前記内部空洞（２５４）の中に位置する複数の引張り部材（２５６）をさらに含む請求項１記載の複合部分（１２０）。
【請求項３】
単一の複合部分（１２０）が風力タービン（１００）のタワー（１０４）を形成する請求項１記載の複合部分（１２０）。
【請求項４】
前記強化材（２５０）がコンクリートである請求項１記載の複合部分（１２０）。
【請求項５】
前記強化材（２５０）が、硬化と同時に、前記同心配置の内側積層板（２２０）および外側積層板（２３０）に接着する請求項１記載の複合部分（１２０）。
【請求項６】
前記内側積層板（２２０）が、タワーの前記複合部分（１２０）に対する軸方向の補強をもたらし、前記外側積層板（２３０）が、前記タワー（１０４）の前記複合部分（１２０）に対する円周方向の補強をもたらす請求項１記載の複合部分（１２０）。
【請求項７】
前記複合部分（１２０）および前記タワー（１０４）が現地で形成される請求項１記載の複合部分（１２０）。
【請求項８】
前記内側積層板（２２０）の厚さが、おおよそ５．０８ミリメートルからおおよそ１２．７０ミリメートルまでであり、前記外側積層板（２３０）層の厚さが、おおよそ５．０８ミリメートルからおおよそ１２．７０ミリメートルまでである請求項１記載の複合部分（１２０）。
【請求項９】
前記内側積層板（２２０）および前記外側積層板（２３０）の前記織物層（７３４）が、１方向の配向を有するファイバ（８１０）を備える複数のプライ（７３２）、２軸配向のファイバ細断マットを有するファイバ（８１０）、ファイバの連続ストランドマット、またはそれらの組合せを含む請求項１記載の複合部分（１２０）。
【請求項１０】
前記内側積層板（２２０）および前記外側積層板（２３０）の前記複数のプライ（７３２）の配向が、０°、±４５°、９０°またはそれらの組合せである請求項１記載の複合部分（１２０）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２２５１５１（Ｐ２０１２−２２５１５１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−８８８７８（Ｐ２０１２−８８８７８）
【出願日】平成２４年４月１０日（２０１２．４．１０）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−８８８７８（Ｐ２０１２−８８８７８）
【出願日】平成２４年４月１０日（２０１２．４．１０）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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