(57)【要約】      （修正有）【課題】フランジレス風力発電タワーの設計に関する。【解決手段】風力タービンタワーは、隣接管状タワーセクション間のフランジレス接合部５００上でフィンガプレート組立体５１０を使用する。風力タービンタワーに剛度を与えるための手段は、フランジレス接合部において隣接管状タワーセクション間の缶間ギャップを制限することを含み、また各フランジレス接合部を締結して歪みを制限するようにフィンガプレート組立体の数を選択することを含む。フィンガプレート５４０の最適寸法５２０、５３０、５３５を選択することによりさらに、局所的タワー歪みを最少にすることができる。管状セクションの材料よりも低いヤング率を有するフィンガプレートの材料は、局所的タワー歪みを減少させる。カバープレートは、裏当て補強材を含むことができ、またフィンガプレートのヤング率と比べて高いヤング率を有する材料を含むことができる。【選択図】図６
2010077965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービンタワー（１００）であって、
その各々がほぼ平面の端部表面を備えた複数の管状セクション（１４０）と、
その各個々が対向する隣接管状セクション（１４０）間に配置されたフランジレス接合部（５００）と、
各フランジレス接合部（５００）の周りに一様に分散配置された複数のフィンガプレート組立体（５１０）と、を含み、
各フィンガプレート（５４０）が、円周角（５１５）、長手方向寸法（５３０）及び半径方向厚さ（５３５）を含み、
該風力タービンタワー（１００）が、横方向スウェイに抗するように該風力タービンタワーに剛度を与えるための手段をさらに含む、
風力タービンタワー（１００）。
【請求項２】
前記フランジレス接合部（５００）が、前記隣接管状セクション（１４０）間に制御缶間ギャップ（２８）を含む、請求項１記載の風力タービンタワー（１００）。
【請求項３】
前記横方向スウェイに抗するように該風力タービンタワーに剛度を与えるための手段が、前記制御缶間ギャップ（２８）を約０ｍｍに選択的に維持することを含む、請求項２記載の風力タービンタワー（１００）。
【請求項４】
前記横方向スウェイに抗するように該風力タービンタワーに剛度を与えるための手段が、前記フランジレス接合部（５００）の周りに約４０°〜５５°の円周角（５１５）で一様に分散配置された３つのフィンガプレート組立体（５１０）を含む、請求項３記載の風力タービンタワー（１００）。
【請求項５】
前記フランジレス接合部（５００）の周りに一様に分散配置された前記３つのフィンガプレート組立体（５１０）の各々が、約１０００ｍｍ〜１１００ｍｍの指定長手方向寸法（５３０）を含む、請求項４記載の風力タービンタワー（１００）。
【請求項６】
前記フィンガプレート組立体（５１０）の半径方向厚さ（５３５）が、約４０ｍｍを含む、請求項５記載の風力タービンタワー（１００）。
【請求項７】
前記フランジレス接合部（５００）の周りに一様に分散配置された前記３つのフィンガプレート組立体（５１０）の各々が、前記管状セクション（１４０）の材料のヤング率よりも低いヤング率を有する材料を含む、請求項１乃至６のいずれか1項記載の風力タービンタワー（１００）。
【請求項８】
頂部セクション（６５５）が、頂端部（６４５）に係合した補剛カバープレート（６２０）を含む、請求項５記載の風力タービンタワー（１００）。
【請求項９】
前記補剛カバープレート（６２０）が、裏当て補強材（６９０）を含む、請求項８記載の風力タービンタワー（１００）。
【請求項１０】
前記補剛カバープレート（６２０）が、前記フィンガプレート組立体（５１０）のヤング率と比べて高いヤング率を有する材料をさらに含む、請求項８記載の風力タービンタワー（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的には風力発電タワーに関し、より具体的には、フランジレス風力発電タワーの設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力タービンタワーは、複数の管状断面構成要素で構成されることが多い。管状支持構造体は、多くのかつ様々なタイプの用途を有する。地面から高い位置において装置を支える幾つかのタイプの支持構造体が存在する。複数セクション支持構造体は、背が高いものとしかつその頂部において様々な重量の作動装置を支持することができ、それによってこれらの構造体の複数セクション間の接合部には高い応力が加わるおそれがある。管状の複数セクション支持構造体は、携帯電話タワー、レーダタワー及び風力発電タワーを含む多くの用途において使用することができる。
【０００３】
風力タービン支持タワーは、大型の構造体であって、時には巨大な風力タービンロータブレードに適応しかつ該ロータブレードを風通路内に戦略的に配置するために、非常な高さまで延びる。例えば、典型的なタワーは、約１００ｍもの高さを有することができる。そのようなタワーは、多くの場合に底部セクション、中間セクション及び頂部セクションである複数セクションを含むことができる。個々のセクションの長さ及び数は、その構造体の用途及び高さに応じて変化させることができる。多くのそのようなタワーの断面は、ほぼ円形であり、かつ高くなるほど先細のテーパ状にすることができる。このテーパ状にすることは、軸方向垂直方向に沿って直円錐セクションとしてテーパ状になった個々の管状セグメントを使用することによって達成することができる。
【０００４】
風力タービンのための支持タワーの頂部には、ナセルが取付けられる。ナセルは、風力タービンの装置及び構成要素を収納しつまり囲み、また風力タービンブレードのためのハブと風力タービンのための軸受、ギヤボックス及び発電機を備えた動力伝達機構とを含む。一般的に、タワーの頂部セクションには、ヨー軸受が取付けられる。動力伝達機構の重量の全てを支えるベッドプレートは、ヨー軸受上で回転して、風力タービン制御装置がナセルを回転させて性能を最適にするように風向に対してブレードをより良好に位置付けることを可能にする。
【０００５】
一部の先行技術の管状風力タービン構造体は、管状セクションの両端部上に溶接されたフランジを備えた溶接セグメント組立体の管状セクションによって製作されている。隣接セクションの頂部閉鎖フランジ及び底部閉鎖フランジは次に、ボルトラインに沿って互いにボルト止めされて、セクションを互いに組立てる。例示的な風力タービン支持タワーに関する現在の問題点には、溶接割れ、タワー壁の座屈、ファスナ予荷重の緩み、メインテナンスの必要性、フランジ歪み、及びタワー撓み時のボルト破損が含まれ、その各々が、タワーのライフサイクルコストに影響を及ぼす。さらに、フランジ溶接工程の間に発生した熱により、フランジがそれらのボルト止め平面から歪んで、過大なボルト予荷重及び溶接残留応力を含む接合問題を引き起こす。
【０００６】
２００６年８月１８日付けのＣａｉｒｏ他による米国特許出願第１１，５０６，４２１号には、一般的溶接フランジ風力発電タワー設計に代わるフランジレス風力タービンタワーが開示されている。このフランジレス設計では、管状セクション上の溶接フランジに代わって、タワーの管状セクションを接合する手段としてフィンガプレート組立体を使用して、タワーの全高を構築している。フランジレス概念及びそれに続くボルト止めフィンガプレート組立体は、溶接割れ、タワー壁座屈、ファスナ予荷重の緩み、メインテナンスの必要性、フランジ歪み、及びタワー撓み時のボルト破損のような上記の問題を排除する。フランジ付きタワーセクションは、溶接後歪みに加えて実使用中荷重による歪みを受ける。従って、フィンガプレートを組込んだフランジレス風力タービンタワー設計が提示されて、フランジ付き風力発電タワーの欠点を排除している。現在の風力発電タワーフランジ締結法の場合には、荷重のタイプは、引張り荷重であるが、フィンガプレート設計の場合には、荷重は、剪断モードである。摩擦連結（フィンガプレート設計）は、鉄鋼構造物において今日使用されている最も耐疲労性の高いタイプの連結である。この締結法は、ボルトが引張り力を受けた時に、ボルトには付加的荷重が加わることは決してないという利点を有する。ボルトは、プレート間で摩擦が作用するのに必要となる垂直力を単に与えるに過ぎない。
【０００７】
図１は、溶接フランジ付き接合部を備えた管状組立体における溶接後のフランジ歪みという上記の問題を克服する管状組立体のためのフィンガプレート組立体１０の側面断面図を示している。管状組立体（フランジがない状態の）の２つの隣接フランジレス管状セクション２０及び３０の端部表面を形成した管状リングは、ポイント２５において互いに近接近して置かれる。隣接管状セクション２０、３０間の空間２８は、缶間ギャップと呼ばれる。フィンガプレート組立体１０の内側には、内側フィンガプレート４０が設けられる。内側フィンガプレート４０は、フランジレス管状セクション２０及び３０の湾曲内径と一致した湾曲外径を備えることができる。内側フィンガプレート４０は、隣接フランジレス管状セクション２０、３０の内表面２２及び３２を連結するために設けられる。隣接フランジレス管状セクション２０、３０の外表面２４、３４を連結するために、フィンガプレート組立体１０の外側に外側フィンガプレート５０が設けられる。外側フィンガプレート５０は、フランジレス管状セクション２０及び３０の湾曲外径と一致した湾曲内径を備えることができる。外側フィンガプレート５０は、隣接フランジレス管状セクション２０、３０の外表面２４及び３４を連結するために設けられる。各フィンガプレート４０、５０上には、締結用の貫通孔５５の列が設けられ、これら締結用の貫通孔５５の列は、フランジレス管状セクション２０、３０の対応する隣接端部上に設けられた締結用の貫通孔５５の列と整合している。この組立体はさらに、これらの貫通孔列に適合するボルト６０及びナット６５を含むことができる。しかしながら、特定の用途に応じてその他の適当な締結手段を利用することもできる。
【０００８】
図２は、ナット及びボルト締結法を利用する典型的なフィンガプレートの斜視図を示している。典型的なフィンガプレート７０は、内表面７２及び外表面７４を有する。内側フィンガプレートの場合、その外表面は、隣接管状セクションの湾曲外表面と一致する。外側フィンガプレートの場合、その内表面は、隣接管状セクションの対応する表面と一致する。１つの管状セクションと連結するための典型的なボルト貫通孔列７６を図示しており、また隣接管状セクションと連結するための典型的なボルト貫通孔列７８を図示している。フィンガプレート設計は、フィンガプレートの端縁部からのボルト貫通孔の離間距離、隣接ボルト貫通孔間の間隔、フィンガプレートの厚さ、フィンガプレートの表面寸法及びプレート材料選択を含む標準的設計慣行に従っている。
【０００９】
図３は、下方管状セクション９６の周辺部の周りに一様に分散配置されたフィンガプレート組立体９２を備えたフランジレス接合部９０を示している。明瞭にするために、内側フィンガプレート９３、外側フィンガプレート９４及び下方管状セクション９６を図示している。上方管状セクション及びファスナは、明瞭にするために省略している。約８０ｍの例示的な風力タービン支持タワーの場合、風力タービン支持タワーの隣接セクションの周辺部の周りに５つのフィンガプレート組立体を分散配置することができる。風力タービン支持タワーのための締結手段として、さらにボルト止め法を使用することができる。
【００１０】
図３に示しているのは、貫通孔をボルト止めするための方式を簡略的に示したものである。図２は、例示的な風力タービン支持タワーのための一層典型的な貫通孔列を備えたフィンガプレートを示している。例示的な８０ｍタワーの場合、フィンガプレートは、約２ｍの弓形寸法、約１ｍの高さ、及び約２０ｍｍの厚さを有することができる。フィンガプレートの材料としては、ＡＳＴＭ  Ａ  ５７２Ｇｒ  ５０鋼板を含むことができるのが好ましい。フィンガプレート上のボルト貫通孔列７６及び７８は、各フィンガプレート当り合計約４８個のボルト孔をタワーの各隣接セクションに対して適用する２列の形態で構成することができるのが好ましい。ボルト貫通孔の直径は、約１．２５インチの寸法にすることができるのが好ましい。ボルト貫通孔間の最小間隔は、約５インチとすることができる。８０ｍタワーにおけるフィンガプレートの典型的なボルトは、約５１０ＭＰａ（７４ｋｓｉ）のボルトプレストレスまでトルクを加えたＭ３６  １０．９グレードのボルトとすることができるのが好ましい。
【００１１】
フランジレス風力発電タワーは、上に述べたようにフランジ付き風力発電タワーの不利な性能を排除するが、フランジレス風力発電タワー概念の更なる分析では、フィンガプレートを備えたフランジレスタワーの全体剛度が低かったことを示している。フランジレス風力発電タワーの剛度は、フランジ付きタワーの剛度の１０分の１もの低さになるおそれがある。低い剛度は、過大なタワースウェイを生じ、接合部においてタワーセクション及びフィンガプレート上に高い圧縮力を引き起こすおそれがある。高い圧縮力は、接合部においてタワーセクション及びフィンガプレートの許容不能な歪みを招き、圧縮誘発座屈による局所的破損又は全体的構造不安定性を引き起こす可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許出願公開第１１，５０６，４２１号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／０１６６２３１  Ａ１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って、フランジレス風力タービンタワー構成の要素を改善して、それが置き代わる基準フランジ付き風力発電タワーに匹敵可能なほど剛度を向上させるようにする必要性がある。
【００１４】
本発明は、総括的にはフランジレス風力発電タワー構造体及びその構造体に剛度を与える方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
簡潔に言えば、本発明の１つの態様によると、風力タービンタワーを提供する。本風力タービンタワーは、複数の管状セクションを含み、各管状セクションは、ほぼ平面の端部表面を含む。複数のフランジレス接合部が形成され、各個々のフランジレス接合部は、隣接管状セクションの対向する端部表面間に配置される。フィンガプレート組立体が、各フランジレス接合部の周辺部の周りに一様に分散配置され、各フィンガプレートは、円周角（フィンガプレートの弓形幅を定める）、長手方向寸法及び半径方向厚さを含む。横方向スウェイに抗するように風力タービンタワーに剛度を与えるための手段が、設けられる。
【００１６】
本発明の別の態様によると、ほぼ平面の端部表面を有する複数の隣接管状セクション間の複数のフランジレス接合部上でフィンガプレート組立体を使用して風力タービンタワーに剛度を与えるための方法を提供する。本方法は、フィンガプレート組立体によって接合されるフランジレス接合部における複数のタワーセクションの隣接端部表面間の缶間ギャップを制限するステップを含む。本方法はさらに、複数のフランジレス接合部の各接合部を締結するフィンガプレートの数を選択するステップと、フィンガプレート組立体のフィンガプレートの円周角、長手方向長さ及び半径方向厚さを設定するステップとを含む。加えて、管状セクションの材料のヤング率よりも低いヤング率を有する材料をフィンガプレートに対して選択する。本方法はまた、風力発電タワーに剛度を与えるようになったカバープレートを頂部管状セクションの頂端部に取付けるステップを行い、続いて該カバープレートをナセル内のベッドプレートの基部におけるジンバル軸受に取付けるステップを行う。
【００１７】
簡潔に言えば、本発明の第３の態様によると、風力タービンタワーを提供する。本風力タービンタワーは、複数の管状セクションを含む。各管状セクションは、隣接管状セクション間に制御缶間ギャップを形成したほぼ平面の端部表面を含む。フランジレス接合部が、隣接管状セクションの対向する端部表面間に形成され、各フランジレス接合部の周辺部の周りに一様に分散配置された３つのフィンガプレート組立体を含む。各フィンガプレート組立体は、タワー剛度のために最適にした円周角、長手方向寸法及び半径方向厚さを含む。フィンガプレート組立体は、管状セクションの材料のヤング率よりも低いヤング率を有するフィンガプレートのための材料を含む。カバープレートが、風力発電タワーの頂部管状セクションに取付けられる。カバープレートは、フィンガプレートの材料のヤング率と比べて高いヤング率を有する材料を含む。
【００１８】
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の要素を表わしている添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより、一層良好に理解されるようになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】フィンガプレート組立体の側面断面図。
【図２】典型的なフィンガプレートの斜視図。
【図３】管状支持構造体の周辺部の周りに一様に分散配置されたフィンガプレート組立体を利用したフランジレス接合部を示す図。
【図４】フランジ付き構成と改良型のフランジレスフィンガプレート構成との間の剛度の比較のために使用する基準タワー構成を示す図。
【図５Ａ】５つのフィンガプレート及び約１．５ｍｍの公称缶間間隔を有するフランジレス風力タービンタワーに生じる歪みを示す図。
【図５Ｂ】３つのフィンガプレート及び０ｍｍに近づいた緊密な缶間間隔を有する本発明のフランジレス風力タービンタワーの実施形態に生じる歪みを示す図。
【図６】３つのフィンガプレート組立体及び小さい缶間ギャップを有する本発明のフランジレス風力発電タワー接合部（明瞭にするために上方タワーセクションは図示せず）の実施形態を示す図。
【図７】風力タービンタワーに剛度を与えるためのカバープレートの実施形態を示す図。
【図８】タワーの先端変位を制限するために風力タービンタワーの頂部セクション内に取付けられた端部カバーを示す図。
【図９】フィンガプレートの周りの局所的缶歪みを制限し、構造的安定性（耐座屈性）を改善し、かつフランジレス風力タービンタワー最上方タワーセクションの上端部に剛度を与える方法のフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の以下の実施形態は、フランジレス風力タービンタワーに剛度を与えること、及びフランジレス接合部における管状セクション及びフィンガプレート上の高い引張り応力を回避することを含む多くの利点を有する。
【００２１】
２００６年８月１８日付けのＣａｉｒｏ他による米国特許出願第１１，５０６，４２１号において提示されたフランジレス風力タービンタワーは、基準フランジ付き風力発電タワー設計と比べて遙かに低くなるおそれがある剛度を示す。本発明は、フランジレス風力発電タワー組立体の剛度を改善した設計機構及び多くの設計方法を確立しかつＣａｉｒｏ他の基準フランジ付き風力発電タワーのケースに匹敵する剛度を得ることができ、このことは、組立てタワーの解析及び現場性能によって十分な剛度が実証された。フランジ付き構成の基準タワー構造は、３つのタワーセクションを含んでおり、各タワーセクションは、端部間で溶接された複数の缶を含むことができる。タワーセクションは、セクション間に２つの接合部を有する状態で、約８０ｍの全高に形成される。Ｃａｉｒｏ他のフランジレス風力タービンタワーは、各接合部において隣接セクションの周辺部の周りに分散配置された５つのフィンガプレート組立体を必要とする。
【００２２】
本発明の方法は、風力発電タワーの周りのフィンガプレートの数を最適にしかつ減少させることができる。タワーの剛度を改善することにより、管状セクション間の各接合部におけるフィンガプレートの数は５つから３つに大幅に減少させることが可能になる。従って、２つの接合部を備えた３つのセクションでの最適設計により、フィンガプレートの数を１０個から６個に減少させ、それによって大幅な材料節約及び直接的な材料生産性向上を得ることもできる。この利点は、組合せタワーセクションの組立てに必要なレベルを超えた溶接熱によって歪みを生じていた従来型の溶接フランジを再溶接する必要がないという、また実使用誘発応力性能のレベルを制限するようなプレストレスが生じたタワーセクションを有しないという上に述べた利点にさらに加わるものである。
【００２３】
図４に示すように８個の缶から成りかつ長さ約２２ｍの基部セクションと８個の缶から成りかつ長さ約２６ｍの中間セクションと１０個の缶から成りかつ長さ約３０ｍの頂部セクションとを含む約８０ｍの３つのセクションから成る風力発電タワーについてのフィンガプレート接合部の最適設計を予想するために、Ｃａｉｒｏ他にその全体が記載された風力発電タワーと比較して解析を行った。基準タワーは、４３００ｍｍの直径及び１０ｍｍの厚さを含み、また２，０００ｍｍの底部及び頂部缶長さ、長手方向に２００ｍｍのボルト孔ピッチを有する円周方向に１２個のボルト孔、２０ｍｍのフィンガプレート厚さ、並びに１０００ｍｍのフィンガプレート長手方向寸法を含む。
【００２４】
また、タワーが横方向荷重を受けた時におけるフィンガプレート設計に剛度を与える上で、缶間距離が大きな影響を有することが見出された。缶間間隔が３ｍｍから０ｍに減少すると、剛度付与効果が、大幅に改善される。缶間間隔が、理想的仮定である０ｍｍに近づくにつれて、剛度は、基準ケースに近づいた。図５Ａは、５つのフィンガプレート及び約１．５ｍｍの公称缶間間隔を有するフランジレス風力タービンタワーに生じる歪みを示している。図５Ｂは、３つのフィンガプレート及び０ｍｍに近づいた緊密な缶間間隔を有する本発明のフランジレス風力タービンタワー構成の実施形態の場合には、匹敵しかつ満足な局所的歪みの発生を達成することができることを示している。
【００２５】
缶間間隔の減少による剛度付与の増大は、フィンガプレートの数をＣａｉｒｏ他の５つのフィンガプレートから３つのフィンガプレートに減少させかつ基準設計に匹敵する剛度を得ることを可能にする。
【００２６】
図６は、３つのフィンガプレート組立体５１０及び減少した缶間間隔を有する本発明のフランジレス風力発電タワー接合部５００を示している。接合部５００に関係する下方タワーセクション５６０を図示している。接合部におけるフィンガプレートの構成を強調するために、接合部５００の上方タワーセクションは、図示していない。所定の直径のタワーのためのフィンガプレートの幾何学量は、フィンガプレート５４０の円周角５１５（特定のセクション半径５２５の場合には、円周方向寸法５２０に相当する）、長手方向長さ５３０及び半径方向厚さ５３５によって記述される。基準フィンガプレートは、約１０００ｍｍの長手方向長さ、約２０００ｍｍの円周方向寸法及び約２０ｍｍの厚さを含む。フィンガプレートの円周角は、タワーの剛度付与に大きく影響することが判明した。フィンガプレートの体積を一定に維持するために、円周方向寸法を減少させかつ長手方向長さを増大させた場合には、組立体の剛度付与の向上が観察された。各接合部に３つのフィンガプレートを備えた構成では、約４０°〜約５５°の円周角を使用して剛度付与を高めるのを可能にした。長手方向寸法は、１０００ｍｍ〜１１００ｍｍとすることができた。フィンガプレートの円周角（また、従って円周方向寸法）を減少させることはまた、列当りのボルト孔数を減少させるという付加的利点を有する。反復法に基づいて、列当り８〜１０本のボルトを備えた４つのボルト列を利用して、剛度付与を向上させることができる。
【００２７】
円周方向寸法の減少は、フィンガプレートの全体ボリュームを一定に保った状態で該フィンガプレートの厚さを約４０ｍｍまで増大させることを可能にする。厚さ寸法は、タワー剛度を大幅に増大させ、また円周方向寸法の減少は、フィンガプレート材料のボリュームを一定に維持した状態で、その厚さを最適レベルまで増大させることを可能にする。
【００２８】
フィンガプレートのヤング率もまた、風力発電タワー断面の全体歪みに大きな影響を及ぼす。フィンガプレートのヤング率がタワーセクションの缶材料の剛度よりも大幅に大きくなると、プレートは、荷重の大部分に耐え、それによって缶断面を局所的に大きく歪ませる。フィンガプレートがより低いヤング率を有する場合には、フィンガプレートは、より薄い缶セクションをそれほど強く拘束しない。従って、缶は、基準設計に匹敵する剛度を備えた状態のように一層低い全体断面歪みを有するようになることが判明した。しかしながら、より高いヤング率のプレートを用いることによりタワー頂部（先端）の変位が改善されることは見出されなかった。
【００２９】
本発明のさらに別の態様は、タワーの頂部セクションにおけるカバープレートの使用を含む。頂部タワーセクション上に剛性カバープレートを利用することは、タワーの断面を維持する（荷重歪みを防止する）ことによって、風力発電タワーの先端変位を大幅に低下させることができることが、解析により明らかである。そのようなカバープレートは、上端部において頂部タワーセクションの内部に取付けることができる。
【００３０】
図７は、風力タービンタワーに剛度を与えるためのカバープレートの実施形態を示している。カバープレート６２０は、タワーの断面に基づいた円柱形又は円錐形幾何学形状の中実体とすることができ、タワーセクションの内径に相当する半径６２４を含むことができる。カバープレート６２０は、図８に示すように、タワーの外側から延びかつカバープレートの半径方向外表面の孔内に螺入される半径方向ボルトによる方法を含む様々な方法で頂部タワーセクションに取付けることができる。
【００３１】
一層低い先端変位は、より低いヤング率を有する材料（鋼）で作られたフィンガプレートと、タワーセクションに使用する材料と比べてより高いヤング率を有する材料で製作したカバープレートとを用いることによって得られる。実際には、カバープレートは、荷重の大部分を伝達する犠牲カバープレートとして働くことができる。例えば、カバープレートは、最終最高位置の缶に取付けることができ、かつ典型的には約３００ｍｍの軸方向長さ６２５のものとすることができる。
【００３２】
カバープレート６２０はさらに、１つの面６４０を横切る複数つまり５つ〜８つの補強材６９０を含むことができる。補強材６９０は、高さ６９１、幅６９２及び長さ６９４を有しかつ間隔６９３で配置されたＩ形又はＨ形ビームを含むことができる。補強材６９０は、実質的にカバープレートの底面６４０を占有するようにすることができる。補強材６９０は、溶接によって又は当技術分野で公知のその他の手段によってカバープレートに取付けることができる。補強材６９０の使用は、タワーの先端変位を大幅に減少させながら、同時にカバープレートの軸方向長さ６２５を大きく減少させることを可能にする。例えば、補強材を使用した場合には、約２０ｍｍの軸方向長さのアルミニウム製カバープレートは、先端変位をほぼ基準タワーの先端変位にまで減少させるような大きな剛度を与える。
【００３３】
図８は、剛度付与のために風力タービンタワー６１０の頂部セクション６５５内の最上方缶６３０に取付けられたカバープレート６２０を含む例示的な風力タービンタワー６１０の実施形態を示している。カバープレート６２０は、最上方缶６３０の内径に適合する半径６２４を含む。カバープレート６２０は、軸方向長さつまり厚さ６２５を含む。環状の円周方向フランジ６５０は、溶接によって又は当技術分野で公知のその他の手段によって上方缶６３０の頂端部６４５に対して半径方向に取付けることができる。円周方向フランジ６５０の上方水平面６７５は、タワー対ヨー軸受ファスナ６６５を用いてヨー軸受６６０を支持することができる。ヨー軸受６６０は、ナセル６８０内で風力タービン動力伝達機構６７５を支持するベッドプレート６７０の重量を支える。円周方向フランジ６５０はさらに、最上方缶６３０を貫通して取付けられかつカバープレート６２０を垂直方向支持したタワー対カバープレートファスナ６６５を含むことができる。
【００３４】
図９は、ほぼ平面の端部表面を有する複数の隣接管状セクション間の複数のフランジレス接合部上でフィンガプレート組立体を使用して風力発電タワーに剛度を与える方法のフロー図を示している。ステップ８１０では、管状セクションの歪みを制限するために、管状セクションの材料のヤング率よりも低いヤング率を有する材料をフィンガプレートに対して選択する。ステップ８２０では、フィンガプレート組立体によって接合されるフランジレス接合部における複数のタワーセクションの隣接端部表面間の缶間ギャップを制限するステップを行い、この制限するステップは、缶間ギャップを約０ｍｍ〜約３ｍｍに、好ましくは約０ｍｍ又は可能な限り０ｍｍ近くに制限するステップを含むことができる。ステップ８３０では、複数のフランジレス接合部の各接合部を締結するフィンガプレートの数を選択するステップを含み、この選択するステップは、制限した缶間ギャップで許容可能なタワー歪みを得ることになるような、各接合部を締結するフィンガプレートの数を選択するステップを含むことができる。缶間ギャップを制限することにより、風力発電タワーの剛度が改善され、フィンガプレートの数を基準設計の５つのフィンガプレート以下に減少させることが可能になる。従って、このステップは、各接合部を締結するために３つのフィンガプレートを選択するステップを含むことができる。
【００３５】
ステップ８４０では、フィンガプレート組立体のフィンガプレートの円周角（円周方向寸法が得られる）、長手方向長さ及び半径方向厚さを設定する。フィンガプレートの寸法を選択するステップは、約４０°〜約５５°の円周角を設定するステップと、約１０００ｍｍ〜約１１００ｍｍの長手方向寸法を設定するステップと、約４０ｍｍの半径方向厚さを設定するステップとを含む。最適寸法は、フィンガプレート材料の一定のボリュームを維持した状態で、タワーの歪みを最少にする。ステップ８５０では、風力発電タワーに剛度を与えるようになったカバープレートを頂部管状セクションの上端部に取付ける。ステップ８５０は、カバープレートの材料のヤング率よりも低いヤング率を有する材料をフィンガプレートに対して選択するステップを含むことができる。ステップ８６０では、カバープレートの表面上に補剛部材を取付けることによって、タワーの頂端部に剛度を与えることができる。
【００３６】
本明細書では、本発明の一部の特徴のみを例示しかつ説明してきたが、当業者は多くの改良及び変更に想到するであろう。従って、特許請求の範囲は、全てのそのような改良及び変更を本発明の技術思想の範囲内に属するものとして保護しようとするものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００３７】
１０  フィンガプレート組立体
２０  上方フランジレス管状セクション
２２  上方フィンガプレートの内表面
２４  上方フィンガプレートの外表面
２５  連結ポイント
２８  缶間ギャップ
３０  下方フランジレス管状セクション
３２  下方フィンガプレートの内表面
３４  下方フィンガプレートの外表面
４０  内側フィンガプレート
５０  外側フィンガプレート
５５  貫通孔
６０  ボルト
６５  ナット
７０  典型的なフィンガプレート
７２  内表面
７４  外表面
７６  ボルト貫通孔列
７８  ボルト貫通孔列
１００  例示的な風力発電タワー
１１０  基部セクション
１２０  中間セクション
１３０  頂部セクション
１４０  缶
１５０  接合部
２５０  接合部
５００  フランジレス風力発電タワー接合部
５１０  フィンガプレート組立体
５１５  円周角
５２０  円周方向寸法
５２５  セクション半径
５３０  長手方向寸法
５３５  半径方向厚さ
５４０  フィンガプレート
５４５  ボルト孔
５５０  ボルト孔の列
５６０  下方タワーセクション
６１０  風力タービンタワー
６２０  カバープレート
６２２  直径
６２５  厚さ
６３０  上方缶
６３５  タワー対カバープレートファスナ
６４０  カバープレートの面
６４５  頂端部
６５０  円周方向フランジ
６５５  頂部セクション
６６０  ヨー軸受
６６５  タワー対ヨー軸受ファスナ
６７０  ベッドプレート
６７５  フランジの頂部表面
６８０  ナセル
６９０  補強材
６９１  高さ
６９２  幅
６９３  間隔
６９４  長さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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