(57)【要約】      （修正有）【課題】風力タービン用のラチス構造のタワーを提供する。【解決手段】ラチス構造のタワーは、支持面１４から延在する少なくとも１つの支持部と、この支持部に結合されておりラチス構造のタワーを形成する少なくとも１つの交差支持部材４２と、この支持部に結合された補強構体６２であって、支持部に生じる曲げ荷重及びねじり荷重の少なくとも一部が伝達されることにより、支持部の局所的な歪みを低減させる補強構体６２と、を含むことを特徴とする。【選択図】図１
2011236893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービン（１０）用のラチス構造のタワー（１２）であって、
支持面（１４）から延在する少なくとも１つの支持部と、
前記支持部に結合された、前記ラチス構造のタワーを構成する少なくとも１つの交差支持部材（４２）と、
前記支持部に結合された補強構体（６２）であって、該補強構体に、前記支持部に生じる曲げ荷重及びねじり荷重の少なくとも一部が伝達されることにより、前記支持部の局所的な歪みを低減させる補強構体（６２）と、
を含む、ラチス構造のタワー（１２）。
【請求項２】
前記補強構体は、前記支持部に結合された、前記支持部との間にキャビティを画成する第１補強部材を含む、請求項１に記載のラチス構造のタワー（１２）。
【請求項３】
前記補強構体（６２）は、前記キャビティ内に配置された第２補強部材（１３０）を含み、該第２補強部材は、前記支持部に結合されている、請求項２に記載のラチス構造のタワー（１２）。
【請求項４】
前記支持部は、キャビティ（８８）を画成する内面（１１０）を有し、前記補強構体（６２）は、前記キャビティ内に配置された補強ボックス（１５０）と該補強ボックス内に配置された高圧縮強度材料（１５６）とを含む、請求項１に記載のラチス構造のタワー（１２）。
【請求項５】
前記支持部は、キャビティ（８８）を画成する内面（１１０）を有し、前記補強構体（６２）は、前記キャビティ内に配置された補強ボックス（１５０）と該補強ボックスの内面（１５２）に結合された少なくとも１つの溝形支持材（１６２）とを含む、請求項１に記載のラチス構造のタワー（１２）。
【請求項６】
前記支持部は、
基礎部（５８）と、
第１翼壁（９０）と、
対向する第２翼壁（９２）と、を含み、
前記第１翼壁及び前記第２翼壁の各々は、前記基礎部から外方に延在し、前記補強構体（６２）は、前記第１翼壁と前記第２翼壁との間に延在する支持棒を含む、請求項１に記載のラチス構造のタワー（１２）。
【請求項７】
前記支持部は、上側支持部材（５６）と下側支持部材（５４）とを含み、前記補強構体（６２）は、前記上側支持部材と前記下側支持部材との間に結合された転移部材（２００）を含み、該転移部材は、上部分と下部分との間にアーチ形の外面（２１６）を有する、請求項１に記載のラチス構造のタワー（１２）。
【請求項８】
前記転移部材（２００）は、外側部材（２３２）に結合された、キャビティ（２３６）を画成する内側部材（２３４）を含み、該キャビティは、前記上側支持部材（５６）の少なくとも一部と前記下側支持部材（５４）の少なくとも一部とを受け入れるように寸法決めされている、請求項７に記載のラチス構造のタワー（１２）。
【請求項９】
前記補強構体（６２）は、前記支持部の長さに沿って選択的に配置される、請求項１に記載のラチス構造のタワー（１２）。
【請求項１０】
ナセル（１６）と、
前記ナセルに回転可能に結合されたロータ（１８）と、
支持面（１４）から離間して前記ナセルを支持するように前記ナセルに結合された、ラチス構造のタワー（１２）であって、
前記支持面から延在する少なくとも１つの支持部と、
前記支持部に結合された、前記ラチス構造のタワーを形成する少なくとも１つの交差支持部材と、
前記支持部に結合された補強構体（６２）であって、前記支持部に生じる曲げ荷重及びねじり荷重の少なくとも一部が伝達される補強構体（６２）と、を含むラチス構造のタワー（１２）と、
を含む、風力タービン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載の主題は、概して風力タービンに関し、特に風力タービン用の支持タワーに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも一部の周知の風力タービンは、タワーの頂上に固定されたナセルを有する。ナセルは、軸を介して発電機に結合されたロータアセンブリを含む。周知のロータアセンブリでは、複数のブレードがロータから延在している。これらのブレードは、ブレード上を通過する風でロータを回し、軸を回転させることにより、発電機を駆動させ、発電を行うように配向されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０３０８００６Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
少なくとも一部の周知の風力タービンは、複数の垂直支持脚部と、横桁と、横桁を垂直支持脚部に結合させる継手とを含む、ラチス構造支持タワーを有する。少なくとも一部の周知のラチス構造支持タワーは、オープンフレーム構造の垂直支持脚部を含み、これらの支持脚部は、大きな繰返し荷重を受けるが、その結果、断面のフープ剛性の不足が一因となって、脚部材が大きく変位し、脚部材に生じる曲げ応力とねじり応力が増大する。少なくとも一部のラチス構造支持タワーは、曲げ応力や、ねじり応力、変位を低減させる、材料の質量と剛性を高めた断面を有する垂直支持脚部を備えている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様において、風力タービン用のラチス構造のタワーを提供する。このラチス構造のタワーは、支持面から延在する少なくとも１つの支持部を含む。少なくとも１つの交差支持部材が支持部に結合されており、ラチス構造のタワーを構成している。補強構体が支持部に結合されており、支持部に生じる曲げ荷重及びねじり荷重の少なくとも一部がこの補強構体に伝達されることにより、支持部の局所的な歪みを低減させる。
【０００６】
別の態様において、風力タービンを提供する。風力タービンは、ナセルと、ナセルに回転可能に結合されたロータと、ナセルに結合された、支持面から離間してナセルを支持するラチス構造のタワーとを含む。ラチス構造のタワーは、支持面から延在する少なくとも１つの支持部を含む。支持部には、少なくとも１つの交差支持部材が結合され、ラチス構造のタワーを形成している。補強構体が支持部に結合されており、支持部に生じる曲げ荷重及びねじり荷重の少なくとも一部がこの補強構体に伝達される。
【０００７】
また別の態様において、風力タービン用のタワーを設計する方法を提供する。この方法は、タワーを形成する複数の部材を表す第１エレメントデータを、データ収集システムから取得するステップを含む。取得された第１エレメントデータに少なくとも部分的に基づく第１基本性能データが、構造設計システムにより計算される。計算された基本性能データが所定の性能データを下回る、少なくとも１つの第１部材が特定される。基本性能データを改善させる、第１部材に選択的に結合された補強部材を表す第２エレメントデータを特定する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的な風力タービンの斜視図である。
【図２】図１に示す風力タービン用に適した例示的な支持脚部の断面図である。
【図３】図２に示す支持脚部の拡大斜視図である。
【図４】図１に示す風力タービン用に適した支持脚部の別の実施例の部分断面図である。
【図５】図１に示す風力タービン用に適した支持脚部の別の実施例の部分断面図である。
【図６】図１に示す風力タービン用に適した支持脚部の別の実施例の部分断面図である。
【図７】図１に示す風力タービン用に適した支持脚部の別の実施例の部分断面図である。
【図８】図１に示す風力タービン用に適した、別の支持脚部の部分斜視図である。
【図９】図８に示した別の支持脚部の部分断面図である。
【図１０】図１に示した風力タービンの設計用に適した演算システムのブロック図である。
【図１１】図１０に示したシステム用の例示的なサーバコンピュータ装置を示すブロック図である。
【図１２】図１０に示したシステム用の例示的なユーザコンピュータ装置を示すブロック図である。
【図１３】図１に示す風力タービン用に適したタワーを設計する例示的な方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書に記載の実施例により、風力タービンの支持タワーの組立が容易になる。特に、本明細書に記載の実施例は、環境荷重により風力タービンタワーの支持脚部に生じる曲げ応力及びねじり応力を低減させると共に、風力タービンタワーの水平方向の変位を低減させる補強構体を含む。加えて、本明細書に記載の補強構体により、支持脚部の局所的な歪みを低減させる。「局所的な歪み」という表現は、本明細書で用いる場合、曲げ応力による構造部材の構造断面形状の変化を指す。
【００１０】
図１は、例示的な風力タービン１０の斜視図である。この実施例において、風力タービン１０は水平軸風力タービンである。或いは、風力タービン１０が垂直軸風力タービンであってもよい。この実施例において、風力タービン１０は、支持面１４から延在するタワー１２と、タワー１２に取り付けられたナセル１６と、ナセル１６内に配置された発電機１５と、発電機１５に回転可能に結合されたロータ１８とを含む。ロータ１８は、回転可能なハブ２０と、ハブ２０に結合された、ハブ２０から外方に延在する少なくとも１枚のロータブレード２２とを含む。この実施例において、ロータ１８は、３枚のロータブレード２２を含む。別の実施例では、ロータ１８は、３枚よりも多数又は少数のロータブレード２２を含む。
【００１１】
ロータブレード２２は、ハブ２０の周りに離間配置されており、ロータ１８を回転させることによって、運動エネルギーが風力から有用な機械エネルギーに変換された後、電気エネルギーに変換される。この実施例において、ロータブレード２２は、約３０メートル（ｍ）（９９フィート（ｆｔ））〜約１２０ｍ（３９４ｆｔ）の範囲の長さを有する。或いは、ロータブレード２２は、風力タービン１０を本明細書に記載のように機能させ得る、任意の適当な長さを有する。例えば、ロータブレードの長さのその他の非限定的な例として、１０ｍ以下、２０ｍ、３７ｍ、又は１２０ｍを超える長さが挙げられる。ロータブレード２２に風が方向２８からぶつかると、ロータ１８が回転軸３０の周りで回転する。ロータブレード２２は、回転して遠心力を受けると、更に様々な力やモーメントを受ける。そのため、ロータブレード２２は、中立位置、即ち非撓み位置から撓み位置へと撓むこと、及び／又は回転することがある。更に、ロータブレード２２のピッチ角又はブレードピッチ、即ち風の方向２８に対するロータブレード２２の向きを決定する角度を、ピッチ調節システム３２により変更して、風ベクトルに対する少なくとも１枚のロータブレード２２の角位置を調節することにより、風力タービン１０が生じる負荷と出力を制御できる。
【００１２】
この実施例において、タワー１２は、２つ以上の垂直支持脚部４０と、垂直支持脚部４０どうしの間に延在してタワー１２を形成する少なくとも１つの交差部材４２と、を含むラチス構造のタワーである。垂直支持脚部４０は、支持面１４とナセル１６との間に延在しており、垂直軸４３を画定する。交差部材４２は、交差支持領域４４において垂直支持脚部４０に結合される。一実施例では、少なくとも１つの交差部材４２が、第１垂直支持脚部５０と第２垂直支持脚部５２との間に斜め方向に延在する。この実施例において、タワー１２は、５つの垂直支持脚部４０を含む。別の実施例において、タワー１２は、５つよりも多数又は少数の垂直支持脚部４０を含む。
【００１３】
この実施例において、少なくとも１つの垂直支持脚部４０は、第１支持部材又は下側支持部材５４と、第２支持部材又は上側支持部材５６とを含む。下側支持部材５４は、支持面１４又はその近傍に配置される基礎部５８に結合される。下側支持部材５４は、基礎部５８から上方に、上側支持部材５６に向かって延在する。上側支持部材５６は、下側支持部材５４とナセル１６とに結合されてこの両者間に延在しており、ナセル１６はこのとき、タワー１２により支持され、支持面１４の上方の距離ｄ1に配置されている。
【００１４】
この実施例において、下側支持部材５４は、支持面１４から斜め方向に延在すると共に、転移領域６０において上側支持部材５６に結合されている。上側支持部材５６は、下側支持部材５４からほぼ垂直に、ナセル１６に向かって延在している。
【００１５】
タワー１２は、少なくとも１つの垂直支持脚部４０に結合された少なくとも１つの補強構体６２を更に含み、これによって、風力（矢印６４で示す）により垂直支持脚部４０に生じる曲げ荷重及びねじり荷重を低減させ、垂直支持脚部４０の局所的な歪みを低減させる。補強構体６２は更に、タワー１２の水平変位及び／又は回転変位を低減するように構成される。この実施例では、補強構体６２は、交差支持領域４４及び／又は転移領域６０又はその近傍において、垂直支持脚部４０に結合される。補強構体６２は、支持面１４とナセル１６との間に、垂直支持脚部４０の長さに沿って選択的に配置される。一実施例において、補強構体６２は、風力タービン１０を本明細書に記載のように動作させ得る、タワー１２に沿った任意の位置において、垂直支持脚部４０に結合される。別の実施例では、補強構体６２は、支持面１４からナセル１６まで延在する垂直支持脚部６２の全長に沿って、垂直支持脚部４０に結合される。
【００１６】
風力タービン１０の動作時、風力タービン１０に作用する風で風力６４が付与されるが、この風力の一部は回転エネルギーに変換され、他の一部は、タワー１２を風力６４の方向に屈曲させると共にナセル１６を水平軸４３から距離ｄ2だけ変位させようとする曲げ荷重（矢印６６で示す）に変換される。垂直支持脚部４０を水平方向及び／又は回転方向に変位させようとする曲げ荷重６６が、風力６４によって垂直支持脚部４０に付与されることによって、垂直支持脚部４０に曲げ応力及びねじり応力が生じる。垂直支持脚部４０は、こうした曲げ応力及びねじり応力を、少なくとも部分的に補強構体６２に伝達することによって、垂直支持脚部４０が風力タービン１０の動作中に受ける曲げ荷重及びねじり荷重を低下させる。補強構体６２は、タワー１２の剛性を高め、風力６４を受けた際のタワー１２の水平変位及び／又は回転変位を低減させるように構成される。
【００１７】
図２は、図１の交差支持領域４４又はその近傍での、切断線２−２における例示的な垂直支持脚部４０の部分断面図である。図３は、図２の切断線３−３における垂直支持脚部４０の拡大斜視図である。図２と図３とに示した同一の部品を、図１で使用したものと同じ参照符号で表記する。この実施例において、交差支持領域４４は、垂直支持脚部４０に結合された補強構体１００を含む。垂直支持脚部４０は、基礎部材８０と、第１アーム８２と、これに対向する第２アーム８４とを含む。第１アーム８２は、基礎部材８０に結合されるか又は一体化され、基礎部材８０からほぼ垂直方向外側に延在する。第２アーム８４は、第１アーム８２と第２アーム８４とが対向し合う関係になるように、基礎部材８０に結合されるか又は一体化され、基礎部材８０から外側に、第１アーム８２とほぼ平行に延在する。この実施例において、第１アーム８２及び第２アーム８４は、基礎部材８０から延在しており、垂直支持脚部４０が、少なくとも部分的にキャビティ８８を画成する内面８６を含むようになっている。第１翼壁９０は、第１アーム８２に結合されるか又は一体化され、第１アーム８２から斜め外方に延在している。第２翼壁９２は、第１翼壁９０とこの第２翼壁９２とが互いに離れる方向に延在するように、第２アーム８４に結合されるか又は一体化され、第２アーム８４から斜め外方に延在している。少なくとも１つの第１交差部材９６が、第１翼壁９０に結合され、この第１翼壁９０から外方に延在する。少なくとも１つの第２交差部材９８が、第２翼壁９２に結合され、この第２翼壁９２から外方に延在する。
【００１８】
この実施例において、補強構体１００は、垂直支持脚部４０に結合された第１補強部材１０２を含む。第１補強部材１０２は、フランジ１０４と、第１フランジ延長部１０６と、これに対向する第２フランジ延長部１０８とを含む。フランジ１０４は、垂直支持脚部４０に結合されており、フランジ１０４の内面１１０が、第１アーム８２と第２アーム８４との間に延在し、更に内面１１０と垂直支持脚部内面８６との間にキャビティ８８を画成する。第１フランジ延長部１０６は、フランジ１０４から外方に、第１翼壁９０に対してほぼ平行に延在する。第２フランジ延長部１０８は、フランジ１０４から外方に、第２翼壁９２に対してほぼ平行に延在する。この実施例では、少なくとも１つのボルト１１２が、第１フランジ延長部１０６、第１翼壁９０、並びに第１交差部材９６を貫通して画成された第１連動開口１１４から挿通され、第１補強部材１０２を垂直支持脚部４０と第１交差部材９６とに固定的に結合させる。同様に、少なくとも１つのボルト１１６が、第２フランジ延長部１０８、第２翼壁９２、並びに第２交差部材９８を貫通して画成された第２連動開口１１７から挿通され、第１補強部材１０２を垂直支持脚部４０と第２交差部材９８とに固定的に結合させる。別の実施例では、ボルト１１２が、第１フランジ延長部１０６と第１翼壁９０とを貫通して画成された第１連動開口１１４から挿通され、第１補強部材１０２を垂直支持脚部４０に固定的に結合させる。同様に、ボルト１１６が、第２フランジ延長部１０８と第２翼壁９２とを貫通して形成される第２連動開口１１７から挿通され、第１補強部材１０２を垂直支持脚部４０に固定的に結合させる。また別の実施例において、第１補強部材１０２は、溶接部、締結具、拘束クリップ、及びその他の任意の適当な締結部材のうち少なくとも１つを用いて垂直支持脚部４０に結合される。
【００１９】
図３を参照すると、この実施例において、交差支持領域４４は、少なくとも１つの第１交差部材又は上側交差部材１１８と、少なくとも１つの第２交差部材又は下側交差部材１２０とを含む。この実施例では、上側交差部材１１８は、垂直支持脚部４０から斜め方向に、ナセル１６に向かって延在する。下側交差部材１２０は、垂直支持脚部４０から斜め方向に、支持面１４に向かって延在する。第１補強部材１０２は、第１端部１２４と、これに対向する第２端部１２６と、第１端部１２４と第２端部１２６との間に画定される長手軸１２９に沿った長さ１２８とを有する。第１端部１２４は、ナセル１６に向かって延在し、上側交差部材１１８の少なくとも一部と重複しており、上側交差部材１１８と第１補強部材１０２とが結合し易くなっている。第２端部１２６は、支持面１４に向かって延在し、下側交差部材１２０の少なくとも一部と重複しており、下側交差部材１２０と第１補強部材１０２とが結合し易くなっている。
【００２０】
図４〜７は、図２に示した垂直支持脚部４０の別の実施例の部分断面図である。図４〜７に示す同一部品を、図２で使用したものと同じ参照符号で表記する。図４を参照すると、別の実施例において、補強構体１００は、第１補強部材１０２と第２補強部材１３０とを含む。第２補強部材１３０は、キャビティ８８内に配置された少なくとも１つの補剛材１３２を含む。補剛材１３２は、垂直支持脚部内面８６及び／又は第１補強部材内面１１０に結合されている。一実施例において、補剛材１３２は、第１アーム８２に結合された第１補剛部材１３４と、フランジ１０４に結合された第２補剛部材１３６と、第１補剛部材１３４と第２補剛部材１３６との間に結合された第３補剛部材１３８と、を含む。一実施例において、補強構体１００は、垂直支持脚部４０の外面１４２に結合された第３補強部材１４０を含む。この実施例において、第３補強部材１４０は、第１アーム８２と第１翼壁９０とに結合された第１外側補剛材１４４と、第２アーム８４と第２翼壁９２とに結合された第２外側補剛材１４６とを含む。
【００２１】
図５及び図６を参照すると、別の実施例において、補強構体１００は、キャビティ８８内に配置された補強ボックス１５０を含む。一実施例において、補強ボックス１５０は、内面８６に結合されている。補強ボックス１５０は、キャビティ１５４を画成する内面１５２を含む。一実施例において、補強構体１００は、垂直支持脚部４０の座屈強度を高めるためにキャビティ１５４内に配置される、コンクリート等の高密度高圧縮強度材料１５６を含む。１本以上の補強バー１５８が、キャビティ１５４内に配置され、材料１５６に結合されることによって、材料１５６の引張強度が高まる。この実施例では、少なくとも１本のスタッド１６０が、補強ボックス１５０と垂直支持脚部４０とを貫通して延在しており、補強ボックス１５０を垂直支持脚部４０に確実に結合させている。別の実施例において、補強ボックス１５０は、溶接部、締結具、拘束クリップ、及びその他の任意の適当な締結部材のうち少なくとも１つを用いて、垂直支持脚部４０に結合される。図６を参照すると、別の実施例において、補強構体１００は、補強ボックスキャビティ１５４内に配置された１つ以上の溝形支持材１６２を含む。一実施例において、少なくとも１つの第１溝形支持材１６４が補強ボックス１５０の長さ１６６に沿って延在し、少なくとも１つの第２溝形支持材１６８が補強ボックス１５０の幅１７０に沿って延在する。別の実施例では、第１溝形支持材１６４が、第２溝形支持材１６８に対してほぼ垂直に配向される。一実施例において、少なくとも１つの溝形支持材１６２が、補強構体長さ１２８（図３に示す）の少なくとも一部に沿って延在する本体部１７２を含む。
【００２２】
図７を参照すると、別の実施例において、第１補強部材１０２は、第１翼壁９０と第２翼壁９２との間に延在する少なくとも１本の支持棒１８０を含む。この別の実施例では、支持棒１８０が、第１翼壁９０と第２翼壁９２とを貫通して画成された開口１８２から挿通されている。支持棒１８０に張力がかかるように１つ以上の締結具１８４が支持棒１８０に結合されており、これによって、第１翼壁９０と第２翼壁９２との移動を低減させる。
【００２３】
図８は、図１に示した転移領域６０又はその近傍での、切断線４−４における別の垂直支持脚部４０の部分斜視図である。図９は、図８に示した切断線９−９におけるタワー１２（図１に示す）の部分断面図である。図８及び図９に示す同一の部品を、図１で使用したものと同じ参照符号で表記する。別の実施例において、補強構体１００は、下側支持部材５４と上側支持部材５６との間に転移部材２００を含む。転移部材２００は、第１部分２０２と第２部分２０４とを含む。第１部分２０２は、上側支持部材５６に結合される。第２部分２０４は、下側支持部材５４に結合される。第１部分２０２は、上側支持部材５６の断面形状とほぼ同じ断面形状を有する。第２部分２０４は、下側支持部材５４の断面形状とほぼ同じ断面形状を有する。第１部分２０２は、上側支持部材５６の外面２０８とほぼ面一に配向された外面２０６を含む。第２部分２０４は、外面２０６に対して斜めに配向された、下側支持部材５４の外面２１２とほぼ面一に配向された外面２１０を含む。転移部材２００は更に、第１部分２０２と第２部分２０４との間に延在する中間部分２１４を含む。中間部分２１４は、アーチ形の外面２１６を含む。一実施例において、転移部材２００は、ほぼ円形の断面形状を有する。また別の実施例において、転移部材２００は、実質的に矩形の断面形状を有する。更に別の実施例において、補強構体１００は、上側支持部材５６と下側支持部材５４とに結合された、両者間に延在する１つ以上のタイロッドブラケット２２０を含む。
【００２４】
図９を参照すると、また別の実施例において、転移部材２００は、外側部材２３２と、外側部材２３２からの距離ｄ3に配置されてキャビティ２３６を画成する内側部材２３４と、を含む補強ソケット２３０を含む。この別の実施例では、第１部分２０２が、上側支持部材５６を受け入れるように寸法決めされた開口２３８（図８に示す）を画成している。第２部分２０４が、下側支持部材５４を受け入れるように寸法決めされた第２開口２４０（図８に示す）を画成している。上側支持部材５６の少なくとも一部は、キャビティ２３６に挿入されており、第１部分２０２の内面２４２が、上側支持部材外面２０８の少なくとも一部と重複するようになっている。下側支持部材５４の少なくとも一部は、キャビティ２３６に挿入されており、第２部分２０４の内面（図示せず）が下側支持部材外面２１２の少なくとも一部と重複している。転移部材２００と上側支持部材５６を結合させるために、少なくとも１つの第１締結具２４６が、外側部材２３２、内側部材２３４、及び上側支持部材５６を貫通して延在する少なくとも１つの第１開口２４８から挿入されている。転移部材２００と下側支持部材５４を結合させるために、少なくとも１つの第２締結具（図示せず）が、外側部材２３２、内側部材２３４、及び下側支持部材５４を貫通して延在する少なくとも１つの第２開口（図示せず）から挿入される。
【００２５】
図１０は、風力タービン１０の設計用に適した、例示的な演算システム３００を示すブロック図である。演算システム３００は、ネットワーク３０２と、ユーザコンピュータ装置３０４と、構造設計システム３０６とを含む。例えば、ネットワーク３０２は、インターネット、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）、網目状ネットワーク、及び／又は仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）を含み得るが、これらに限定されることはない。
【００２６】
ユーザコンピュータ装置３０４と構造設計システム３０６は、有線ネットワーク接続（例えば、イーサネット（商標）又は光ファイバ）、無線周波（ＲＦ）等の無線通信手段、ＩＥＥＥ（電気電子技術者協会）８０２．１１規格（例えば、８０２．１１（ｇ）又は８０２．１１（ｎ））、ＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄ  Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ａｃｃｅｓｓ）規格、セルラー電話技術（例えば、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ））、衛星通信リンク及び／又はその他の任意の適切な通信手段を用いて、相互に通信且つ／又はネットワーク３０２と通信する。ＷｉＭＡＸは、オレゴン州ビーバートンに所在するＷｉＭＡＸ  Ｆｏｒｕｍ社の登録商標である。ＩＥＥＥは、ニューヨーク州ニューヨークに所在する電気電子技術者協会の登録商標である。
【００２７】
ユーザコンピュータ装置３０４と構造設計システム３０６との各々は、図１１及び１２を参照しながら本明細書に説明するプロセッサを含む。プロセッサには、集積回路（ＩＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、及び／又はその他の任意の回路等、これらに限定されない処理装置が含まれ得る。プロセッサは、マルチ構造（例えば、マルチコア構造の）処理装置を含み得る。ユーザコンピュータ装置３０４と構造設計システム３０６は各々、対応するプロセッサをプログラムすることにより本明細書に記載の動作を行うように構成可能である。例えば、プロセッサは、動作を１つ以上の実行可能な命令として符号化すると共に、この実行可能な命令をプロセッサに結合されたメモリ領域（図１１及び１２にも示す）に組み込んで、プロセッサに実行可能な命令を供給することによって、プログラム可能である。メモリ領域には、１つ以上のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）装置、１つ以上の記憶装置、及び／又は１つ以上のコンピュータ可読媒体が含まれ得るが、これらに限定されることはない。
【００２８】
図１１は、システム３００用の構造設計システム３０６を示すブロック図である。この実施例において、構造設計システム３０６は、命令を実行するプロセッサ３０８と、命令を格納するように構成されたメモリ領域３１０と、データ収集システム３１４とを含む。この命令を用いて、風力タービンのタワー構造のモデル作成システム、及び／又は風力タービンのタワー性能システムを含むが、これらに限定されない構造設計システムのアプリケーションを実行できる。
【００２９】
プロセッサ３０８は、通信インタフェース３１２に作動的に結合されており、構造設計システム３０６が、１つ以上のユーザコンピュータ装置３０４等の遠隔装置と通信できるようになっている。プロセッサ３０８は、データ収集システム３１４にも作動的に結合されてよい。データ収集システム３１４は、データの格納及び／又は読み出しに適した、任意のコンピュータ作動のハードウェアである。一部の実施例において、データ収集システム３１４は、構造設計システム３０６に組み込まれている。例えば、構造設計システム３０６は、１つ以上のハードディスクドライブをデータ収集システム３１４として含み得る。その他の実施例では、データ収集システム３１４は、構造設計システム３０６の外部にあって、複数の構造設計システム３０６からアクセスできる。一実施例において、データ収集システム３１４は、風力タービンタワーの属性、風力タービンの属性、及び／又は風力タービンタワーの性能データを含む、これらに限定されない風力タービンのデータを格納するデータベース３１６を含む。
【００３０】
この実施例において、構造設計システム３０６は、風力タービンのエレメントデータをメモリ領域３１０及び／又はデータ収集システム３１４に格納するように構成されている。風力タービンのエレメントデータには、例えばタワー１２、ナセル１６、及びロータ１８等の風力タービン１０の構造部品を表す、１つ以上のエレメントデータが含まれる。風力タービンのエレメントデータには、識別属性（例えば名称）、寸法属性（例えばロータディスクの面積及び／又はタワーの高さ）、部品属性（例えばその部品が含まれている構成部品のまとまり）、環境属性（例えば風向き及び／又は風速等の風条件）、構成要素属性（例えば構成部品の重さ、慣性モーメント、部品の幅及び長さ、部品の弾性率、部品の材料特性）、及び／又は性能属性（例えば部品の荷重、曲げ荷重、曲げ応力、ねじり応力、及び／又はねじり荷重）等の風力タービン属性が含まれる。
【００３１】
この実施例において、風力タービンのエレメントデータには、垂直支持脚部４０、交差部材４２、及び／又は補強構体６２をはじめとするシェル部品が含まれる。別の実施例において、風力タービンのエレメントデータには、垂直支持脚部４０、交差部材４２、及び／又は補強構体６２をはじめとする、三次元のデータエレメントが含まれる。この実施例では、データ収集システム３１４が、風力タービンのエレメントデータをユーザコンピュータ装置３０４から受け付けるように構成されている。
【００３２】
図１２は、システム３００用の例示的なユーザコンピュータ装置３０４を示すブロック図である。ユーザコンピュータ装置３０４は、命令を実行するプロセッサ３２０を含む。一部の実施例において、実行可能な命令は、メモリ領域３２２に格納される。メモリ領域３２２は、実行可能な命令及び／又はその他のデータ等の情報の格納及び読み出しを可能にする任意の装置である。
【００３３】
ユーザコンピュータ装置３０４は更に、情報をユーザ３２６に提示する少なくとも１つの提示装置３２４を含む。提示装置３２４は、ユーザ３２６に情報をもたらし得る任意の部品である。提示装置３２４には、表示装置（例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ））、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ又は「電子インク」ディスプレイ）及び／又は音声出力装置（例えばスピーカ又はヘッドホン）が含まれるが、これらに限定されることはない。一部の実施例において、提示装置３２４は、ビデオアダプタ及び／又はオーディオアダプタ等の出力アダプタを含む。出力アダプタは、プロセッサ３２０に作動的に結合されると共に、表示装置又は音声出力装置等の出力装置に作動的に結合されるように構成されている。
【００３４】
一部の実施例において、ユーザコンピュータ装置３０４は、ユーザ３２６からの入力を受け付ける入力装置３２８を含む。入力装置３２８には、例えばキーボード、ポインティング装置、マウス、スタイラス、タッチパネル（例えばタッチパッド又はタッチスクリーン）、ジャイロスコープ、加速度計、位置検出装置、及び／又は音声入力装置が含まれ得る。タッチスクリーン等の単一の部品で、提示装置３２４の出力装置と入力装置３２８との両方の機能を果たすようにしてもよい。ユーザコンピュータ装置３０４は、ネットワーク３０２及び／又は構造設計システム３０６と通信するように構成された通信インタフェース３３０も含む。
【００３５】
メモリ領域３２２には、例えば、ユーザ３２６に提示装置３２４を介してユーザインタフェースを提供するための、更には任意で、入力装置３２８からの入力の受け付け及び処理を行うための、コンピュータ可読命令が格納されている。ユーザインタフェースには、とりわけ、ウェブブラウザ及び／又はクライアントアプリケーションが含まれ得る。ウェブブラウザ及びクライアントアプリケーションによって、ユーザ３２６等のユーザが、媒体や構造設計システム３０６等の遠隔装置からのその他の情報を表示して、これらの媒体と通信し、情報をやり取りできるようになる。
【００３６】
この実施例において、データ収集システム３１４は、ユーザコンピュータ装置３０４から風力タービンのエレメントデータを受け取るように構成されている。構造設計システム３０６は、垂直支持脚部４０及び／又は交差部材４２、ナセル１６、ロータ１８、及び／又はロータブレード２２を含むタワー１２を備えた風力タービン１０の、複数の構造部材を表す第１風力タービンエレメントデータを取得するように構成されている。この実施例において、構造設計システム３０６は、各構造部材の基本性能データを計算するように構成される。一実施例において、構造設計システム３０６は、有限要素解析を用いて基本性能データを計算するように構成される。構造設計システム３０６は更に、タワー１２の各構造部材の撓み、変形、曲げ応力、及び／又はねじり応力を計算するように構成される。一実施例において、基本性能データは、方向２８に沿ってタワー１２に最大推定風力６４を適用するステップを含む最大荷重シナリオを用いて計算される。別の実施例において、基本性能データは、所定の時間にわたってタワー１２に選択的に風力を付与するステップを含む、疲労荷重シナリオを用いて計算される。別の実施例において、基本性能データは、タワー１２の外周まわりの複数の方向に選択的に風力を付与するステップを含む、回転荷重シナリオを用いて計算される。
【００３７】
この実施例において、構造設計システム３０６は、各構造部材の基本性能を所定の基本性能と比較するように構成される。構造設計システム３０６は更に、基本性能が所定の性能を下回る構造部材を特定するように構成される。一実施例において、構造設計システム３０６は、構造部材に結合されると構造部材の基本性能を高める補強構体６２を表す、第２風力タービンエレメントデータを特定するように構成される。構造設計システム３０６は更に、第１エレメントデータと第２エレメントデータに基づいて第２基本性能データを計算し、第２基本性能が所定の基本性能以上かどうかを検証するように構成される。第２基本性能が所定の基本性能を下回る場合、構造設計システム３０６は、補強構体６２の別の実施例を表す第３風力タービンエレメントデータを特定し、第１エレメントデータと第３エレメントデータとに基づいて第３基本性能データを計算し、更に、第３基本性能が所定の基本性能以上かどうかを検証するように構成される。
【００３８】
図１３は、システム３００を用いて風力タービン１０用のタワー１２等のタワーを設計する例示的な方法４００の流れ図である。この実施例において、方法４００は、タワーを形成する複数の構造部材を表す第１エレメントデータを取得するステップ４０２を含む。一実施例において、第１エレメントデータは、垂直支持脚部４０及び／又は交差部材４２をはじめとする、三次元データエレメント及びシェルエレメントのいずれかを含む。この実施例において、第１基本性能データは、少なくとも部分的に取得エレメントデータに基づいて計算される（４０４）。一実施例において、基本性能データが、最大荷重、疲労荷重、及び回転荷重のうち１つを用いて計算される（４０４）。別の実施例において、第１基本性能データは、複数の構造部材の各々の撓み、変形、曲げ応力、及び／又はねじり応力の少なくとも１つを含めて計算される（４０４）。この実施例においては、所定の性能データを下回る基本性能データが計算された少なくとも１つの第１構造部材が、特定される（４０６）。タワーの基本性能データを向上させるために特定された構造部材に選択的に結合される、第１補強構体を表す第２エレメントデータが特定される（４０８）。一実施例において、第２基本性能データが、少なくとも部分的に第１エレメントデータと第２エレメントデータに基づいて計算される（４１０）。この第２基本性能データが、所定の性能データ以上であるかどうかが検証される（４１２）。第２基本性能データが所定の性能データ以上ではない場合、特定された構造部材に結合された第２補強構体を表す第３エレメントデータを用いて、方法ステップ４０８が実行される。第２基本性能データが所定の性能データ以上の場合、ユーザコンピュータ装置３０４により第２基本性能データが表示される（４１４）。
【００３９】
本明細書に記載の方法及びシステムの模範的な技術的効果には、（ａ）第１タワーをはじめとする複数の部材を表す第１エレメントデータを、構造設計システムから取得すること、（ｂ）取得したエレメントデータに少なくとも部分的に基づいて、第１基本性能データを構造設計システムにより計算すること、（ｃ）計算された基本性能データが所定の性能データを下回る、少なくとも１つの第１部材を特定すること、（ｄ）基本性能データを向上させるために特定された部材に結合される、第１補強構体を表す第２エレメントデータを特定すること、のうち少なくとも１つが含まれる。
【００４０】
上記のシステム及び方法により、動作中の風力タービンの変位を低減させる支持タワーの組立が容易になる。特に、本明細書に記載の支持タワーは、タワー支持部材に結合された、風荷重により支持タワー部材に生じる応力を低減させる補強構体を含む。加えて、補強構体を設けることにより、断面厚さがより小さく、材料剛性を備えた支持部材を用いて支持タワーを組み立てることができるので、支持タワーの全体的な製造コストを削減できる。そのため、風力タービンの組立コストを大幅に削減できる。
【００４１】
以上、風力タービン用の支持タワー及び当該支持タワーを設計するシステムの実施例を詳細に説明した。当該システム及び方法は、ここで説明した特定の実施例に限定されることなく、むしろ、当該システムの部品及び／又は当該方法のステップを、ここで説明したその他の部品及び／又はステップとは別個独立に利用できる。例えば、当該方法を風力タービンの支持システムと組み合わせて使用してもよく、当該方法は、ここで説明した支持タワーでの実施のみに限定されない。むしろ、この実施例をその他多くの風力タービンの支持システムと組み合わせて実施及び利用できる。
【００４２】
本発明の種々の実施例の特定の特徴が、図面によっては記載されていたり記載されていなかったりするが、これはあくまでも便宜上のことである。本発明の原理に従って、或る図面中の任意の特徴を、別図面の任意の特徴と組み合わせて言及及び／又はクレームすることができる。
【００４３】
本明細書では、最適な態様も含めた例を用いて本発明を開示しているが、これによってまた、任意の装置又はシステムの作製及び使用、並びに任意の付随の方法の実施も含め、当業者が本発明を実施することができる。本発明の特許請求の範囲は、請求項に定義されているが、当業者に想到可能なその他の例もこれに含まれ得る。こうしたその他の例も、請求項の文言と相違ない構成要素を有する場合、又は請求項の文言と実質的な差異を有さない等価の構成要素を有する場合、本発明の特許請求の範囲に含まれることを意図している。
【符号の説明】
【００４４】
１０  風力タービン
１２  タワー
１４  支持面
１５  発電機
１６  ナセル
１８  ロータ
２０  ハブ
２２  ロータブレード
２８  方向
３０  回転軸
３２  ピッチ調節システム
４０  垂直支持脚部
４２  交差部材
４３  垂直軸
４４  交差支持領域
５０  第１垂直支持脚部
５２  第２垂直支持脚部
５４  下側支持部材
５６  上側支持部材
５８  基礎部
６０  転移領域
６２  補強構体
６４  風力
６６  矢印
６６  曲げ荷重
８０  基礎部材
８２  第１アーム
８４  第２アーム
８６  支持脚部内面
８８  キャビティ
９０  第１翼壁
９２  第２翼壁
９６  第１交差部材
９８  第２交差部材
１００  補強構体
１０２  第１補強部材
１０４  フランジ
１０６  第１フランジ延長部
１０８  第２フランジ延長部
１１０  内面
１１２  ボルト
１１４  第１開口
１１６  ボルト
１１７  第２開口
１１８  上側交差部材
１２０  下側交差部材
１２４  第１端部
１２６  第２端部
１２８  補強構体長さ
１２９  長手軸
１３０  第２補強部材
１３２  補剛材
１３４  第１補剛部材
１３６  第２補剛部材
１３８  第３補剛部材
１４０  第３補強部材
１４２  外面
１４４  第１外側補剛材
１４６  第２外側補剛材
１５０  補強ボックス
１５２  内面
１５４  キャビティ
１５６  高圧縮強度材料
１５８  補強棒
１６０  スタッド
１６２  溝形支持材
１６４  第１溝形支持材
１６６  長さ
１６８  第２溝形支持材
１７０  幅
１７２  本体部
１８０  支持棒
１８２  開口
１８４  締結具
２００  転移部材
２０２  第１部分
２０４  第２部分
２０６  外面
２０８  外面
２１０  外面
２１２  支持部材外面
２１４  中間部分
２１６  アーチ形の外面
２２０  タイロッドブラケット
２３０  補強ソケット
２３２  外側部材
２３４  内側部材
２３６  キャビティ
２３８  開口
２４０  第２開口
２４２  内面
２４６  第１締結具
２４８  第１開口
３００  演算システム
３０２  ネットワーク
３０４  ユーザコンピュータ装置
３０６  構造設計システム
３０８  プロセッサ
３１０  メモリ領域
３１２  通信インタフェース
３１４  データ収集システム
３１６  データベース
３２０  プロセッサ
３２２  メモリ領域
３２４  提示装置
３２６  ユーザ
３２８  入力装置
３３０  通信インタフェース
４００  方法
４０２  第１タワーをはじめとする複数の構造部材を表す第１エレメントデータを取得する
４０４  少なくとも部分的に取得エレメントデータに基づいて第１基本性能データを計算する
４０６  所定の性能データを下回る基本性能データが計算された少なくとも１つの第１構造部材を特定する
４０８  特定された構造部材に結合される第１補強構体を表す第２エレメントデータを特定する
４１０  第２基本性能データを計算する
４１２  第２基本性能が所定の性能と同等かどうかを検証する
４１４  第２基本性能を表示する
【図１】
2011236893.tif 000003
【図２】
2011236893.tif 000004
【図３】
2011236893.tif 000005
【図４】
2011236893.tif 000006
【図５】
2011236893.tif 000007
【図６】
2011236893.tif 000008
【図７】
2011236893.tif 000009
【図８】
2011236893.tif 000010
【図９】
2011236893.tif 000011
【図１０】
2011236893.tif 000012
【図１１】
2011236893.tif 000013
【図１２】
2011236893.tif 000014
【図１３】
2011236893.tif 000015
【外国語明細書】
2011236893000001.pdf