風力渦輪塔架設系統的制作方法
【專利摘要】在某些實施例中，塔提升系統包括主要提升系統和輔助提升系統。所述主要提升系統包括：提升罩，所述提升罩用于支撐待提升的塔節(jié)，所述提升罩具有第一多個的提升機；和聯接至所述提升罩的提升桿件，所述提升桿件具有用于提升所述提升罩、所述提升桿件和待從先前已提升的塔節(jié)內提升的所述塔節(jié)的提升機構。所述輔助提升系統包括第二多個的提升機，所述提升機用于將待提升的所述塔節(jié)從塔基礎提高至所述提升罩。
【專利說明】風力渦輪塔架設系統
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請為于2012年I月20日提交的標題為“塔架設系統(Tower ErectingSystem) ”的美國臨時申請N0.61/589，170的非臨時美國專利申請，該申請通過引用結合與此。

【技術領域】
[0003]本發(fā)明整體上涉及風能系統，并且更具體地涉及用于建造風能塔系統的系統和方法。

【背景技術】
[0004]風能系統的塔存在有幾種形式。一般而言，風塔包括具有風力蝸輪的塔結構，該風力蝸輪附接至該塔結構的頂部。因此，隨著風塔高度增加，風力蝸輪被放置于更高的高程。一般而言，風速和一致性隨高程而增加。因此，當被放置于更高的高程時，風力蝸輪通?？僧a生更多的電能以及更多的一致性，并且因而產生更多收益。然而，這些風塔的成本隨著風塔高度增加而增加。此外，與產生額外收益的潛在性相比，對于一些塔類型，該塔成本、運輸成本和建造成本以更快的速率隨塔高度而增加。因此，在一些塔高度處，塔的增加成本使得所產生電能的凈收益開始隨塔高度增加而減少。另外，對于一些塔類型，可存在建造設備限制，諸如起重機高度。即，塔的高度可能受用于建造該塔的起重機的高度的限制。遺憾的是，這些制約因素限制了風力蝸輪的實際高程。


【發(fā)明內容】

[0005]在一個示例性實施例中，塔提升系統包括主要提升系統和輔助提升系統(secondary lifting system)。該主要提升系統包括構造為支撐待提升的塔節(jié)的提升罩和聯接至該提升罩的提升桿件，該提升罩具有第一多個提升機，該提升桿件具有提升機構，其構造為提升該提升罩、提升桿件和從先前已提升的塔節(jié)內的待提升的塔節(jié)。該輔助提升系統包括第二多個提升機，該提升機構造為將待提升的塔節(jié)從塔基礎提高至提升罩。
[0006]在另一個示例性實施例中，塔提升系統包括輔助提升系統和主要提升系統，該輔助提升系統構造為將多節(jié)塔的塔節(jié)提高至提升位置，該主要提升系統構造為將該塔節(jié)和該輔助提升系統和該主要提升系統提高至組裝位置。
[0007]在又一個實施例中，一種架設塔的方法包括:將截頭圓錐形塔節(jié)彼此嵌套并嵌套于截頭圓錐形塔基座內，和將該截頭圓錐形塔基座固定至塔基礎。該方法還包括用提升設備從該截頭圓錐形塔基座內提升每個截頭圓錐形塔節(jié)，和將每個截頭圓錐形塔節(jié)固定至該截頭圓錐形塔基座或固定至先前已提升的截頭圓錐形塔節(jié)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]當參考附圖閱讀下文的詳細說明時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將變得更容易理解，所有附圖中的相同標記表示相同零件，其中
[0009]圖1為風能系統的圖解圖示；
[0010]圖2A為具有截頭圓錐形塔節(jié)的部分建造的風塔的圖解圖示；
[0011]圖2B為具有截頭圓錐形塔節(jié)的部分建造的風塔的圖解圖示；
[0012]圖2C為具有截頭圓錐形塔節(jié)的部分建造的風塔的圖解圖示；
[0013]圖3為以嵌套布置方式擱置于塔基礎上的未組裝截頭圓錐形塔節(jié)的透視圖；
[0014]圖4為風塔的提升設備的一個實施例的示意圖，示出了該提升設備的提升罩和輔助提升系統；
[0015]圖5為風塔的提升設備的一個實施例的示意圖，示出了該提升設備的提升罩和主要提升系統；
[0016]圖6為塔節(jié)的內部的局部剖視圖，示出了該塔節(jié)的提升吊耳；
[0017]圖7為沿著圖5的7-7線截取的局部剖面?zhèn)纫晥D，示出了接合兩個塔節(jié)的兩個搭接焊縫；
[0018]圖8為具有截頭圓錐形塔節(jié)的完整風塔的示意圖；
[0019]圖9為風塔的提升設備的一個實施例的示意圖，示出了齒條和小齒輪提升系統；
[0020]圖10為風塔的提升設備的一個實施例的示意圖，示出了漂浮提升系統；
[0021]圖1lA為具有波紋或槽紋橫截面的塔節(jié)的一個實施例的剖視圖；
[0022]圖1lB為具有波紋或槽紋橫截面的塔節(jié)的一個實施例的透視圖；
[0023]圖12A為具有波紋或槽紋橫截面的塔節(jié)的一個實施例的剖視圖；
[0024]圖12B為具有波紋或槽紋橫截面的塔節(jié)的一個實施例的局部透視圖；
[0025]圖13為具有多邊形橫截面的塔節(jié)的一個實施例的剖視圖。

【具體實施方式】
[0026]本發(fā)明描述了一種塔和用于架設此類塔的系統和方法而無需大型外部提升系統(諸如起重機)，該塔可支撐大型風力渦輪或其它重型部件。在某些實施例中，該塔包括多個截頭圓錐形塔節(jié)，當從彼此內部提升時，這些截頭圓錐形塔節(jié)以非常致密的間隙擬合在一起。具體地，提升的塔節(jié)的底部部分重疊在先前已提升的塔節(jié)的頂部部分內。換句話說，提升的該塔節(jié)的底部部分的外徑和形狀被設計成匹配先前已架設的塔節(jié)的頂部部分的內徑和形狀。這兩個塔節(jié)小部分重疊配合，其中上塔節(jié)的外表面和其下方塔節(jié)的內表面之間基本上為零間隙。這兩個塔節(jié)在重疊的頂部和重疊的底部處可焊接在一起。
[0027]如下文詳細地討論，在塔架設過程之前，這些塔節(jié)在塔基座處彼此嵌套。提升設備用于將每個塔節(jié)單獨地提升到位。具體地，主要提升系統位于被提升的塔節(jié)的內部并且可在被提升塔節(jié)的底部下方延伸至少一個塔節(jié)長度。主要提升系統提升塔節(jié)和整個提升設備，直至該塔節(jié)出現在(emerges out of)先前已架設塔節(jié)的頂部。主要提升系統將塔節(jié)保持在原位，同時將該塔節(jié)固定(例如，焊接)至先前已提升的塔節(jié)。一旦將塔節(jié)焊接到位，則提升設備的輔助提升系統從塔基座處的其擱置位置提高下一個塔節(jié)并保持下一個塔節(jié)。此后，主要提升系統提升下一個塔節(jié)(由輔助提升系統保持)和整個提升設備，直至該下一個塔節(jié)焊接就位。
[0028]現轉向附圖，圖1為包括風塔12的風能系統10的圖解圖示，風塔12可以利用提升設備來架設。風塔12支撐風力渦輪14，風力渦輪14用于將風能轉換成電能。在所示的實施例中，風力渦輪14為水平軸線風力渦輪,但在其它實施例中，風力渦輪14可為垂直軸線風力渦輪。風力渦輪14包括聯接至機艙18的轉子16，機艙18容納發(fā)電機20。轉子16包括將風能轉換成低速旋轉能的槳轂22和葉片24。具體地，隨著風26吹過葉片24，由此葉片24和槳轂22被驅動而旋轉。轉子16還聯接至機艙18內的低速軸28。低速軸28聯接至齒輪箱30，齒輪箱30將低速軸28的低速旋轉轉換成適于發(fā)電的高速旋轉。具體地，齒輪箱30將低速軸28的旋轉能傳遞至高速軸32。高速軸32還聯接至發(fā)電機20，發(fā)電機20將旋轉能轉換成電能。在其它實施例中，風力渦輪14可包括其它部件，諸如直接驅動器或多個發(fā)電機20。
[0029]在某些實施例中，風能系統10可具有逆變器34。具體地，可將發(fā)電機20所產生的電力路由至逆變器34，逆變器34聯接至風塔12。逆變器34將電力從直流(DC)轉換成交流(AC)。通過逆變器34，將電力提供至電網36。通過電網36，可將該電力分布至家庭、建筑物和其它電力消費者。
[0030]在所示的實施例中，風塔12具有高度38。另外，風塔12由多個塔節(jié)40構成。每個塔節(jié)40具有截頭圓錐形形狀。如下文詳細地討論，可通過從彼此內部提升塔節(jié)40來架設風塔12。更具體地，提升設備用于單獨地提升每個塔節(jié)40并將塔節(jié)40保持到位，同時將塔節(jié)40固定(例如，焊接)至其下方的先前已架設的塔節(jié)40。在某些實施例中，風塔12可包括約3至40個塔節(jié)40。此外，塔節(jié)40每一個具有高度42，高度42可為約40至100英尺或更大。因此，風塔12的高度38可為約150至1500英尺或更大。此外，隨著風塔12的高度38增加，塔節(jié)40的直徑可增加，從而增加風塔12的負載能力。因此，風塔12可以能夠支撐具有較大發(fā)電機20(諸如I百萬-1千萬瓦發(fā)電機20)的機艙18。
[0031]圖2A-2C為處于各個組裝階段的風塔12的示意圖，示出了塔節(jié)40之間的接合部。如上文所提及，風塔12包括多個塔節(jié)40，每個塔節(jié)40具有截頭圓錐形中空形狀。圖2A示出了第一塔節(jié)44，第一塔節(jié)44用作風塔12的基座。如圖所示，第一塔節(jié)44擱置于風塔12的基礎46上。在某些實施例中，基礎46可由混凝土制成。第一塔節(jié)44通過基礎錨固方法剛性地附接至基礎46。例如，可將第一塔節(jié)44以復合材料固定至基礎46。復合材料可包括與聚合物基的基體材料混合的巖石和砂石骨料。在該實施例中，基礎46中的凹槽允許第一塔節(jié)44擱置成部分地低于基礎46的頂部48。復合材料用于填充該凹槽，從而圍繞第一塔節(jié)44并將第一塔節(jié)44結合至基礎46。在另一個實施例中，可將第一塔節(jié)44栓固至基礎46。具體地，第一塔節(jié)44可具有焊接至第一塔節(jié)44的底部的環(huán)件。該環(huán)件可具有圍繞著該環(huán)件的圓周間隔開的孔。這些孔的位置使得這些孔接納附接至基礎46且從基礎46突出的螺栓。由于基礎46的螺栓延伸通過環(huán)件的孔，螺母被放置于螺栓的端部上并向下擰緊，從而將第一塔節(jié)44剛性地固定至基礎46。
[0032]圖2B示出了組裝并固定至第一塔節(jié)44的第二塔節(jié)50。如上文所討論，每個塔節(jié)具有截頭圓錐形中空形狀。因此，可將塔節(jié)40設計成以致密的間隙擬合在一起。具體地，將被提升的塔節(jié)40的底部部分的外徑和形狀設計成匹配先前已架設的塔節(jié)40的頂部部分的內徑和形狀。在所示的實施例中，第二塔節(jié)50在方向52上從第一塔節(jié)44內提升。在某些實施例中，第二塔節(jié)50可通過起重機或其它外部提升設備來提升。如附圖標記54所指示，第二塔節(jié)50的底部部分56和第一塔節(jié)44的頂部部分58以非常致密的間隙擬合在一起以產生重疊60。換句話說，第二塔節(jié)50的底部部分56保持在第一塔節(jié)44的內部。隨著第二塔節(jié)50提升在最終架設位置，完成兩個搭接焊縫。第一搭接焊縫沿著第一塔節(jié)44的頂部部分58完成，從而將頂部部分58結合至第二塔節(jié)50的外部。第二搭接焊縫沿著第二塔節(jié)50的底部部分56完成，從而將底部部分56結合至第一塔節(jié)44的內部。
[0033]圖2C示出了組裝并固定至第二塔節(jié)50的第三塔節(jié)60。如上文類似地討論，第三塔節(jié)60在方向52上從第一塔節(jié)44和第二塔節(jié)50內提升。第二塔節(jié)50和第三塔節(jié)60的截頭圓錐形中空形狀使第三塔節(jié)60的底部部分62能夠重疊第二塔節(jié)50的頂部部分64以產生重疊66。以上文所討論的方式，完成兩個搭接焊縫以固定第二塔節(jié)50和第三塔節(jié)60。將理解，對于風塔12的所有塔節(jié)40而言，上文所描述的風塔12架設過程是重復的。下文的討論描述了一種提升設備，該提升設備可用于完成該架設過程而無需大型外部提升系統，諸如起重機。
[0034]圖3示出了開始風塔12架設過程之前的塔節(jié)40的嵌套布置。如上文所提及，在架設過程之前，將塔節(jié)40放置于地平面處的基礎46上。更具體地，將塔節(jié)40 “嵌套”于彼此內部。換句話說，將每個塔節(jié)40放置于下一個最小的塔節(jié)40的外部。在所示的實施例中，這些塔節(jié)具有側部68，側部68具有圓形橫截面。然而，在其它實施例中，塔節(jié)40的側部68可具有多邊形、圓形、橢圓形、波紋或槽紋的橫截面，如下文關于圖11至圖13更詳細地描述。
[0035]圖4為風塔12的提升設備70的一個實施例的示意圖，示出了提升設備70的提升罩72和輔助提升系統74。為了穩(wěn)定提升設備70和被提升的塔節(jié)40，提升設備70包括提升罩72。具體地，在開始架設過程之前將提升罩72放置于嵌套塔節(jié)40的頂部上?？商娲兀谀承嵤├?，前幾個塔節(jié)40可利用常規(guī)起重機來提升并固定(例如，焊接)。在該實施例中，可將提升罩72在使用提升設備70之前放置于最近已提升的塔節(jié)40的頂部上。在架設過程的過程中，提升罩72聯接至當前被提升的塔節(jié)40。另外，將容納發(fā)電機20和風力渦輪14的其它部件的機艙18放置于提升罩72的頂部上并附接至提升罩72。以這種方式，隨著提升設備70提升每個塔節(jié)40，該提升設備還提高提升罩72和風力渦輪14的機艙18。
[0036]將每個待提升的塔節(jié)40首先在風塔12的基座處從基礎46上的其擱置位置提高。具體地，輔助提升系統74包括提升機76，提升機76用線纜78提高塔節(jié)40。例如，提升機76可為電動或液壓絞盤。將待提升的塔節(jié)40在方向80上提高，直至塔節(jié)40抵靠提升罩72的底部。一旦塔節(jié)40已被向上提高至提升罩72，則利用吊耳和銷釘將塔節(jié)40聯接至提升罩72。在提升和焊接順序期間，將塔節(jié)40保持在抵靠提升罩72的該位置。如下文詳細地討論，一旦待提升的塔節(jié)40通過輔助提升系統74來提高并聯接至提升罩72，則主要提升系統用于提升塔節(jié)40、提升罩72和機艙18。
[0037]雖然通過主要提升系統將塔節(jié)40提升到位，但是塔節(jié)40可能經受由于風和其它負載而引起的不期望移動。為幫助減少塔節(jié)40在提升和焊接順序過程中的不期望橫向移動，提升罩72包括導向臂82，導向臂82沿著已架設并焊接的風塔12的一部分向下延伸。例如，在某些實施例中，提升罩72可包括多個結構構件，諸如工字梁，這些結構構件從塔節(jié)40的一側延伸至塔節(jié)40的相對側，其中這些結構構件的每一端聯接至相應導向臂82。同樣地，因為將導向臂82位于塔節(jié)40的相對側上，所以它們通常彼此相反地牽引并在相對側之間保持均勻受力?？墒褂萌魏闻紨祩€的相對導向臂82。例如，在某些實施例中，可使用六個或十二個相對導向臂82。一般來講，導向臂82的數量可取決于被架設的塔12的具體構造。
[0038]導向臂82抵靠風塔12的架設和焊接部分擱置，從而防止導向臂82、提升罩72和聯接至提升罩72的塔節(jié)40的水平運動。另外，每個導向臂82包括導向機構84，導向機構84提供了導向臂82和提升罩72相對于風塔12的焊接部分的相對垂直運動。例如，導向機構84可包括輪86 (如圖所示)、軌道機構，或構造為允許導向臂82相對于風塔12架設部分的垂直運動的其它機構。
[0039]圖5為風塔12的提升設備70的一個實施例的示意圖，示出了提升設備70的提升罩72和主要提升系統88。在所示的實施例中，主要提升系統88包括線纜提升系統90。如下文詳細地討論，線纜提升系統90操作用于在方向92上向上推動提升罩72，從而將機艙18提升于提升罩72和塔節(jié)40的頂部上，塔節(jié)40保持為抵靠著提升罩72的底部。在所示的實施例中，將已通過輔助提升系統74提升的塔節(jié)94通過吊耳96和螺栓98聯接至提升罩72的底部。線纜提升系統90繼續(xù)使提升罩72、機艙18和塔節(jié)94提升，直至塔節(jié)94的底部部分100的外部向上抵靠著先前已架設的塔節(jié)40的頂部部分102的內部。一旦塔節(jié)94就位，則將塔節(jié)94的底部部分100和先前已架設的塔節(jié)40的頂部部分102利用雙搭接結合部焊接在一起。
[0040]線纜提升系統90包括提升桿件104。在某些實施例中，提升桿件104可約為塔節(jié)40的長度的兩倍長。例如，提升桿件104的長度可為約60、70、80、90、100英尺或更大。由于提升桿件104的長度大于單個塔節(jié)40的長度，可將第一單個塔節(jié)40或前幾個塔節(jié)40通過常規(guī)起重機或其它外部提升設備提升并保持在用于焊接的地方，如上文所討論。類似地，盡管所示的實施例未示出聯接至槳轂22的轉子16的葉片24，但是還可用常規(guī)起重機或其它外部提升設備將葉片24提高并附接至槳轂22。例如，在某些實施例中，在已將2、3、4或5個塔節(jié)40提升并焊接到位之后，可將葉片24提高并附接至槳轂22。
[0041]一旦將塔節(jié)94聯接至提升罩72，則將線纜106聯接至位于先前已架設的塔節(jié)40的底部的提升吊耳108。然后將線纜106被向下引導至提升桿件104的底部處的下滑輪110。將線纜106向上路由至提升桿件104的頂部處的上滑輪112并然后連接至提升機114。在所示的實施例中，將提升機114設置于提升罩72的臂82的外部上。在其它實施例中，可將提升機114定位于臂82的內部上或提升罩72的另一部分上。例如，提升機114可為電動或液壓絞盤。此外，線纜提升系統90可包括3至20個提升機114，其中將每個提升機114連接至相應的線纜106。一旦將線纜106連接至提升機114，則線纜106通過提升機114牽引(即，卷繞)直至緊繃，此時提升桿件104、提升罩72、機艙18和塔節(jié)94由線纜106支撐。以這種方式，提升機114和線纜106在方向92上提高了提升桿件104、提升罩72、機艙18和塔節(jié)94。
[0042]提升設備70還包括控制系統116，控制系統116聯接至提升機114并聯接至調平傳感器118。如圖所示，調平傳感器118聯接至提升罩72。某些實施例可包括多個調平傳感器118。調平傳感器118用于監(jiān)測提升罩72的角度。更具體地，調平傳感器118監(jiān)測提升罩72是否為水平的或傾斜的。利用調平傳感器118的反饋，控制系統116協調拖拉提升機114來提升塔節(jié)94和機艙18的速率。具體地，控制系統116操作提升機114以卷繞線纜106來使提升桿件104提升，從而提高機艙18和塔節(jié)94。將理解，機艙18內發(fā)電機20的重量和位置可造成提升罩72上重量分布不均勻。因此，一些提升機114可能需要具有比其它提升機114更大的提升能力，取決于相應提升機114相對于發(fā)電機20的位置。另外，隨著提升機114卷繞線纜106，重量分布不均勻可造成某些提升機114比其它提升機114更快地卷繞線纜。調平傳感器118檢測提升罩72的不均勻提高并將不均勻度通信至控制系統116。作為響應，控制系統116將控制信號發(fā)送至一些或所有提升機114以相應地調整每個提升機114的操作。例如，控制系統116可停止一些提升機114的操作同時繼續(xù)其它提升機114的操作(根據需要)以將提升罩72帶回水平方向。
[0043]如上文所提及，提升桿件104可具有塔節(jié)40的約兩倍的長度。將理解，隨著提升機114卷繞線纜106，每個線纜106所形成的角度120將增加，線纜106圍繞著下滑輪110從提升吊耳108向上延伸至上滑輪112。然而,角度120可通過增加提升桿件104的長度而減小。例如，在用提升桿件104的提升過程中，角度120可增加不超過15、20、25或30度，提升桿件104具有塔節(jié)94的約兩倍的長度。因此，隨著提升機114卷繞線纜106，通過線纜106在水平方向上施加至提升吊耳108的力可減小。
[0044]圖6為塔節(jié)40的內表面122的局部剖視圖，示出了塔節(jié)40的提升吊耳108。如上文所提及，用于使提升桿件104、提升罩72和單獨塔節(jié)40提升的線纜106被連接至提升吊耳108。每個提升吊耳108大體上從塔節(jié)40的內表面122垂直地延伸并具有孔124，相應線纜106插入穿過孔124并固定至提升吊耳108。在某些實施例中，提升吊耳108可由鋼制成并可焊接至塔節(jié)40的內表面122。將理解，每個塔節(jié)40可具有至少與線纜提升系統90所使用的線纜106 —樣多的提升吊耳108。
[0045]圖7為上塔節(jié)128和下塔節(jié)130的沿著圖5中的7_7線截取的局部剖面?zhèn)纫晥D，示出了接合上塔節(jié)128 (即，被提升的塔節(jié)40)和下塔節(jié)130(即，先前已架設的塔節(jié)40)的兩個搭接焊縫132。一旦主要提升系統88 (例如，線纜提升系統90)已提高上塔節(jié)128以使得上塔節(jié)128的底部部分已接觸下塔節(jié)130的頂部部分，則兩個塔節(jié)128和130用兩個搭接焊縫132來結合。具體地，內搭接焊縫134和外搭接焊縫136形成于兩個塔節(jié)128和130之間。在某些實施例中，首先完成外搭接焊縫136，其次完成內搭接焊縫134。如圖所示，內搭接焊縫134沿著上塔節(jié)128的底部邊緣138完成并結合至下塔節(jié)130的內表面140。類似地，外搭接焊縫136沿著下塔節(jié)130的頂部邊緣142完成并結合至上塔節(jié)128的外表面143。將理解，內搭接焊縫134和外搭接焊縫136分別沿著上塔節(jié)128的底部邊緣138和下塔節(jié)130的頂部邊緣142的整個圓周完成。
[0046]圖8為具有截頭圓錐形中空塔節(jié)40的已完成風塔12的示意圖。一旦每個塔節(jié)40已通過提升設備70提升，則將支撐機艙18的提升罩72焊接至頂部塔節(jié)40，如箭頭144所指示。另外，提升罩72的導向臂82與提升罩72分離并向下降低至風塔12的基座。類似地，提升桿件104降低至風塔12的底座。隨著風塔12完全架設并且機艙18就位于風塔12的頂部，風塔12可準備進行操作。
[0047]圖9為風塔12的提升設備70的一個實施例的示意圖，其中主要提升系統88包括齒條和小齒輪提升系統146。在所示的實施例中，待提升的塔節(jié)40通過輔助提升系統74以上文所描述的方式來提高并固定至提升罩72的底部。此后，聯接至提升罩72的提升桿件(即，剛性構件)148向外旋轉并聯接至機動式小齒輪驅動器150，小齒輪驅動器150在具有齒輪齒154的導軌152上運行。在操作中，小齒輪驅動器150接合導軌152上的齒輪齒154并向上驅動剛性構件148，從而提升了提升罩72、機艙18和塔節(jié)40。正如上文所討論的提升設備70的其它實施例，齒條和小齒輪系統146也可包括控制系統116和調平傳感器118。將理解，利用調平傳感器118的反饋，控制系統116可協調小齒輪驅動器150在導軌152上的向上運動的速率，以維持提升罩72、機艙18和待提升的塔節(jié)40的均勻提升速率。
[0048]圖10為風塔12的提升設備70的一個實施例的示意圖，其中主要提升系統88包括漂浮提升系統156。漂浮提升系統156包括聯接至提升罩72和漂浮裝置160的提升桿件158。例如，漂浮裝置160可為填充有空氣的封閉容器?？商娲兀⊙b置160可為高于罐162的開放容器。漂浮裝置160部分地環(huán)繞罐162且設置于罐162內，罐162具有開放頂部164。罐162由線纜166支撐，線纜166聯接至罐162的底部和先前已架設的塔節(jié)40的提升吊耳108。
[0049]在操作中，待提升的塔節(jié)40通過輔助提升系統74以上文所描述的方式來提高并固定至提升罩72的底部。當將水或其它合適液體通過泵送入罐162中時，漂浮提升系統156提升了提升罩72、機艙18和塔節(jié)40。水或液體對漂浮裝置160產生向上浮力，該浮力向上推動提升桿件158、提升罩72、機艙18和塔節(jié)40。為了維持提升罩72的均勻提升速率，將線纜168聯接至提升罩72并降低至塔基礎46，線纜168在塔基礎46附接至提升機170，提升機170固定至塔基礎46。更具體地，隨著將水通過泵送入罐162中并且漂浮裝置160的向上浮力向上推動提升桿件158和提升罩72，維持線纜168的平衡張力以使得提升罩72不會傾斜，從而為機艙18提供了水平平臺。在某些實施例中，漂浮提升系統156可包括控制系統116和調平傳感器118。將理解，利用調平傳感器118的反饋，控制系統116可控制提升機170的操作以維持線纜168之間的平衡張力。
[0050]一旦提升附接至提升罩72的塔節(jié)40并且提升到位以進行焊接，可停止將水通過泵送入罐162中和/或提升機170可將線纜168保持到位，從而將提升罩72和塔節(jié)40保持到位。由于提升罩72和塔節(jié)40到位，以上文所描述的方式用兩個搭接焊縫126將塔節(jié)40焊接至先前已架設的塔節(jié)40。在將塔節(jié)40焊接到位之后，可將待提升的下一個塔節(jié)40利用輔助提升系統74提高至提升罩72。另外，漂浮裝置160的閥172可打開并且罐162可提高。具體地，可將線纜166聯接至先前已架設的塔節(jié)(B卩，剛剛已焊接到位的塔節(jié))的提升吊耳108。隨著罐162升高，罐162內的水將通過閥172進入漂浮裝置160，從而造成漂浮裝置160下沉至罐162的底部。此后，將閥172關閉并且漂浮裝置160內的泵174可將水泵出漂浮裝置160并進入罐162，如箭頭176所指示。隨著將水泵出漂浮裝置160并進入罐162，如上文所描述，排出的水將對漂浮裝置160才產生向上浮力，從而向上推動提升桿件158、提升罩72、機艙18和塔節(jié)40。
[0051]如上文所討論，本發(fā)明的實施例包括風塔12的提升設備70。具體地，提升設備70用于通過從其它已組裝塔節(jié)40內提高截頭圓錐形中空塔節(jié)40來架設風塔12。以這種方式，可架設風塔12而無需使用外部提升設備，諸如常規(guī)起重機。這能夠建造更大更高的風塔12，因為風塔12的架設不受限于用于架設風塔12的起重機的可用性或高度。例如，利用提升設備70，可建造并架設風塔12以站立約400、500、600、700、800、900英尺高或更高。因此，將位于風塔12的頂部的風力渦輪14放置于更高的高程，風速和風一致性兩者在該高程可為更高的，從而使風能系統10能夠產生更多的電能。
[0052]如上文所描述，塔節(jié)40的側部68可具有圓形、橢圓形、多邊形、波紋或槽紋橫截面，該橫截面有利于現場組裝，以及為塔節(jié)40提供了額外強度。圖13示出了多邊形的多側橫截面，具有多達20個側部的多邊形可導致近似圓形的橫截面，但是可以單獨彎曲件來建造。在其它實施例中，側部的數量可為3至30個或更多。
[0053]圖11至圖12示出了具有波紋或槽紋側部68的塔節(jié)40。如圖1lA和圖1lB中所示，側部68包括多個包括相對尖銳過渡的交替凸部和凹部。不同于多邊形形狀，彎曲件不是都在一個方向上。如圖12A和圖12B中所示，側部68包括多個包括相對平滑過渡的交替凸部和凹部。將理解，關于圖11至圖12，當將相鄰塔節(jié)40組裝在一起時，在將相鄰塔節(jié)40焊接在一起之前，鄰接側部68的交替凸部和凹部將對齊。應當理解，圖11至圖12中示出的波紋或槽紋側部68僅為可能使用的示例性類型的塔節(jié)側部68?？墒褂镁哂胁煌瑱M截面的其它類型的塔節(jié)側部68，諸如上文所提及的多邊形、圓形或橢圓形橫截面。
[0054]雖然本文已示出和描述了本發(fā)明的僅某些特征，但是本領域的技術人員將想到多種修改和變更。因此，應當理解，所附的權利要求旨在覆蓋屬于本發(fā)明的真正精神范圍內的所有此類修改和變更。
【權利要求】
1.一種塔提升系統，所述塔提升系統包括: 主要提升系統，所述主要提升系統包括: 提升罩，所述提升罩構造為支撐待提升的塔節(jié)，所述提升罩具有第一多個的提升機；和 聯接至所述提升罩的提升桿件，所述提升桿件具有提升機構，所述提升機構構造為提升所述提升罩、所述提升桿件和從先前已提升的塔節(jié)內待提升的所述塔節(jié)；以及 輔助提升系統，所述輔助提升系統包括第二多個的提升機，所述提升機構造為將所述待提升的塔節(jié)從塔基礎提高至所述提升罩。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述提升罩構造為支撐具有風塔系統的風力渦輪轉子和風力渦輪發(fā)電機的機艙，并且其中所述主要提升系統構造為提升所述提升罩，其中所述機艙在所述提升罩上。
3.根據權利要求1所述的系統，其中所述提升機構包括多個滑輪和線纜，其中所述多個線纜中的每一個的第一端用于聯接至所述先前已提升的塔節(jié)的提升吊耳，并且所述多個線纜中的每一個的第二端構造為聯接至所述第一多個的提升機的相應提升機。
4.根據權利要求1所述的系統，所述系統包括用于監(jiān)測并調整所述提升罩的角度的調平系統。
5.根據權利要求4所述的系統，其中所述調平系統包括調平傳感器和控制系統，所述調平傳感器設置于所述提升罩上，所述控制系統聯接至所述調平傳感器并聯接至所述第一多個的提升機，其中所述控制系統構造為基于來自所述調平傳感器的數據而調整所述第一多個的提升機的操作。
6.根據權利要求1所述的系統，其中所述提升罩包括從所述提升罩向下延伸的導向臂，所述導向臂構造為接觸先前已提升的塔節(jié)并隨著所述提升罩通過所述主要提升系統來提升而減少所述提升罩的橫向移動。
7.根據權利要求1所述的系統，其中所述提升桿件為所述待提升的塔節(jié)的至少兩倍的高度。
8.根據權利要求1所述的系統，其中所述提升機構包括漂浮系統，所述漂浮系統具有設置于相對于所述提升罩的所述提升桿件的一端上的漂浮裝置，所述漂浮裝置設置于用于保持液體的灌內。
9.根據權利要求1所述的系統，其中所述提升機構包括齒條和小齒輪系統，所述齒條和小齒輪系統具有聯接至所述提升桿件的小齒輪驅動器，所述小齒輪驅動器用于接合導軌的齒輪齒，所述導軌沿著所述先前已提升的塔節(jié)設置。
10.根據權利要求1所述的系統，其中所述第二多個的提升機的至少一個為所述第一多個的提升機的一部分。
11.一種塔提升系統，所述塔提升系統包括: 輔助提升系統，所述輔助提升系統構造為將多節(jié)塔的塔節(jié)提高至提升位置；和 主要提升系統，所述主要提升系統構造為將所述塔節(jié)和所述輔助提升系統和所述主要提升系統提高至組裝位置。
12.根據權利要求11所述的系統，其中所述輔助提升系統包括第一提升機和底座，所述第一提升機構造為將所述塔節(jié)從塔基礎提高至所述提升位置，所述底座構造為將所述塔節(jié)固定于所述提升位置。
13.根據權利要求12所述的系統，其中所述主要提升系統包括提升桿件和多個線纜，其中所述提升桿件構造為隨著通過第二提升機卷繞所述多個線纜而提升所述塔節(jié)。
14.根據權利要求11所述的系統，其中所述主要提升系統用于支撐并提升所述塔的機艙，其中所述機艙包括風力渦輪轉子、風力渦輪發(fā)電機，或兩者。
15.根據權利要求11所述的系統，所述系統包括聯接至控制系統的調平傳感器，其中所述控制系統構造為基于所述調平傳感器的反饋而調節(jié)所述主要提升系統的操作。
16.一種架設塔的方法，所述方法包括: 將截頭圓錐形塔節(jié)彼此嵌套并嵌套于截頭圓錐形塔基座內； 將所述截頭圓錐形塔基座固定至塔基礎； 以提升設備從所述截頭圓錐形塔基座內提升每個截頭圓錐形塔節(jié)；和將每個截頭圓錐形塔節(jié)固定至所述截頭圓錐形塔基座或固定至先前已提升的截頭圓錐形塔節(jié)。
17.根據權利要求16所述的方法，所述方法包括將具有風力渦輪的機艙固定至所述提升設備。
18.根據權利要求16所述的方法，所述方法包括以調平傳感器監(jiān)測所述提升設備的角度，和基于所述調平傳感器的反饋以控制系統調整所述提升設備的所述角度，所述控制系統聯接至所述調平傳感器和所述提升設備。
19.根據權利要求16所述的方法，其中所述提升設備包括輔助提升系統和主要提升系統，所述輔助提升系統構造為將每個塔節(jié)提高至提升位置，所述主要提升系統構造為將每個塔節(jié)和所述提升設備提高至組裝位置。
20.根據權利要求16所述的方法，其中每個截頭圓錐形塔節(jié)的橫截面具有多邊形、圓形、橢圓形、波紋或槽紋形狀，所述每個截頭圓錐形塔節(jié)的橫截面在一個平面中平行于每個截頭圓錐形塔節(jié)的基座。
【文檔編號】F03D11/04GK104136773SQ201380011160
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年1月17日 優(yōu)先權日:2012年1月20日
【發(fā)明者】杰拉德·愛德華·瓊斯, 瓦萊麗·莉莎·羅迪斯 申請人:伊利諾斯工具制品有限公司