(57)【要約】  風力タービンに向けた特定の用途で、高度が高く、荷重が重い用途のためのスペースフレーム構成を有する構造タワーが開示されている。構造タワーは、スペースフレームの長手方向、対角線または水平方向部材内の減衰または非減衰支柱を含む。構造タワー内の１つまたは複数の減衰支柱は、非周期的な突風または持続する高速の風によって生じる共鳴振動または振動を減衰させる。構造タワーの種々の長手方向および対角線部材は、スペースフレームの対応する長手方向または対角線継手にピン、ボルト、フランジまたは溶接によって固定することができる。【選択図】なし
2008540918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の上方指向長手方向部材と、前記長手方向部材を相互接続する複数の対角線部材とを備え、前記長手方向部材および前記対角線部材の少なくとも１つが減衰部材である風力タービン用途の構造タワー。
【請求項２】
前記少なくとも１つの減衰部材がダッシュポットを含む、請求項１に記載の構造タワー。
【請求項３】
前記少なくとも１つの減衰部材が、前記１組の長手方向部材の相互接続するように構成される第１および第２端部を有する第１部材と、前記第１部材内に配置され、前記第１部材に接続される第１端部および第２端部を有し、前記第１部材と異なる有効な剛性を有する第２部材と、粘性流体を包含し、前記第１および第２部材の両方に作動可能に接続される粘性減衰装置とを含む、請求項１に記載の構造タワー。
【請求項４】
前記粘性減衰装置が、シリンダと、前記シリンダ内に摺動可能に係合するピストンと、前記ピストンに接続される第１端部、および前記第２部材の前記第２端部に接続される第２端部を有する接続部材とを含む、請求項３に記載の構造タワー。
【請求項５】
前記粘性減衰装置がさらに、前記粘性流体と流体連絡するアキュムレータを含む、請求項４に記載の構造タワー。
【請求項６】
前記少なくとも１つの減衰部材が、１組の長手方向部材の間に対角線上に配置され、これに相互接続する、請求項１に記載の構造タワー。
【請求項７】
前記少なくとも１つの減衰部材が、１組の長手方向部材の間に長手方向に配置され、これに相互接続する、請求項１に記載の構造タワー。
【請求項８】
前記少なくとも１つの減衰部材が、１組の長手方向部材の間に略水平方向に配置され、これに相互接続する、請求項１に記載の構造タワー。
【請求項９】
前記複数の長手方向部材および前記複数の対角線部材が、上方に延在する複数ベイ構造で配置され相互接続する、請求項１に記載の構造タワー。
【請求項１０】
前記複数ベイ構造のそれぞれのベイが、少なくとも３つの上方指向長手方向部材を備える、請求項９に記載の構造タワー。
【請求項１１】
前記複数ベイ構造のそれぞれのベイが、長手方向軸の周りにほぼ等距離に配置される少なくとも３つの上方指向長手方向部材を備える、請求項９に記載の構造タワー。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの減衰部材が、外側管状部材、および前記外側管状部材内に配置される内側管状部材を備え、前記内側および外側管状部材が第１および第２端部を有し、前記第１端部で互いに固定式に接続され、前記外側管状部材の第１および第２端部が一組の長手方向部材と相互接続し、前記内側管状部材の前記第２端部が粘性流体を有する粘性減衰装置と作動可能式に接続する、請求項１に記載の構造タワー。
【請求項１３】
複数の長手方向部材および複数の対角線部材が、上方に延在する複数ベイ構造で配置され相互接続する前記複数の上方指向長手方向部材と、前記長手方向部材に相互接続する前記複数の対角線部材と、
隣接する長手方向部材または隣接する対角線部材の１つに長手方向部材を接続するピンとを備える、風力タービン用途の構造タワー。
【請求項１４】
前記複数ベイ構造の第１のベイが、長手方向軸の周りにほぼ等距離に配置される少なくとも３つの上方指向長手方向部材を含む、請求項１３に記載の構造タワー。
【請求項１５】
前記少なくとも３つの上方指向長手方向部材の隣接する組を相互接続する対角線部材をさらに含む、請求項１４に記載の構造タワー。
【請求項１６】
前記対角線部材の一端を長手方向部材の前記隣接する組の対応する1つに相互接続するピンをさらに含む、請求項１５に記載の構造タワー。
【請求項１７】
前記対角線部材の前記一端が、前記ピンを緊密に収容するために大きさを決められ構成された開口を有するフランジ部材を含む、請求項１６に記載の構造タワー。
【請求項１８】
前記長手方向部材の前記隣接する組の前記対応する１つが、前記ピンを緊密に収容するために大きさを決められ構成された開口を有するフランジ部材を含む、請求項１６に記載の構造タワー。
【請求項１９】
風力タービン用途の構造タワーを組み立てる方法であって、
それぞれの長手方向部材が第１端部および第２端部を有する第１の複数の長手方向部材を形成するステップと、第１の複数の対角線部材を形成するステップと、各支持部材が、前記第１の複数の長手方向部材の１つの端部を収容するように構成される複数の支持部材を有する、前記構造タワーの土台を形成するステップと、前記第１の複数の長手方向部材の第１の部材の端部を前記複数の支持部材の対応する第１の部材に接続するステップと、前記第１の複数の長手方向部材の第２の部材の端部を前記複数の支持部材の対応する第２の部材に接続するステップと、前記第１の複数の長手方向部材の第１および第２の部材を前記第１の複数の対角線部材の第１の部材と相互接続するステップと、前記第１の複数の長手方向部材の残りの部材の端部を前記複数の支持部材の残りの部材の対応する支持部材と接続するステップと、前記第１の複数の長手方向部材の残りの部材を前記第１の複数の対角線部材の残りの部材の対応する対角線部材と相互接続するステップを有し、前記複数の長手方向部材および前記複数の対角線部材が、上方に延在するベイ構造で配置され相互接続する方法。
【請求項２０】
それぞれの長手方向部材が第１端部および第２端部を有する第２の複数の長手方向部材を形成するステップと、第２の複数の対角線部材を形成するステップと、前記第２の複数の長手方向部材の第１の部材の端部を前記第１の複数の長手方向部材の第１の部材の対応する端部に接続するステップと、前記第２の複数の長手方向部材の第２の部材の端部を前記第１の複数の長手方向部材の第２の部材の対応する端部に接続するステップと、前記第２の複数の長手方向部材の第１および第２の部材を前記第２の複数の対角線部材の第１の部材と相互接続するステップと、前記第２の複数の長手方向部材の残りの部材の端部を前記第１の複数の長手方向部材の残りの部材の対応する端部と接続するステップと、前記第２の複数の長手方向部材の残りの部材を前記第２の複数の対角線部材の残りの部材の対応する対角線部材と相互接続するステップをさらに有し、前記複数の第１および第２の長手方向部材および前記複数の第１および第２の対角線部材が、上方に延在する複数のベイ構造で配置され相互接続する、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本発明は、「構造タワー」の名称で２００５年５月１３日に出願された、米国仮特許出願第６０／６８１、２３５号の優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、構造タワー、および風力タービン用の構造タワーに関する特定の用途で構造タワーの振動を減衰する装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
風力タービンは、米国、欧州および世界中の他の多くの国で、益々一般的になっているエネルギー源である。風からエネルギーを捕らえるスケール効果を実現するために、開発者等は、より大きな高さで配置されるより大型のタービンを備え、数が増大する風力タービンを有する風力タービンファームを建設している。大型の風力タービンファーム事業において、例えば開発者等は通常、５０メータ以上で配置されるほぼ１．２ＭＷのタービンを有する２５基以上の風力タービンを使用する。これらの数は、エネルギーコストを減少させ、開発者にとって事業を有利にさせるスケール効果を実現する。より高い高さの大型のタービンを配置することにより、ウィンドシアーによって生じる境界層の影響、および例えば岩や木など地面に近い表面形状の不規則性の干渉の影響をほぼ受けずに各タービンが作動することが可能になる。またタービンの高さを大きくすることは、より高速で持続する風速でのより安定した作動状態につながり、これにより平均して時間単位につきより大きなエネルギーが生成される。したがって、より大きな高さで大型のタービンを配置することは、経済的で技術的な誘因である。
【０００４】
しかしながら、より大きな高さでの大型のタービンの配置には費用の問題がある。費用は、より大型でより大規模のタワーは大型のタービンの追加的重量に耐え、風速もより大きくなり、さらに持続するより大きな高さに構造物を配置することによって生じる風荷重に耐える必要があることと関連している。追加の費用は、風力タービンを建設するのに必要とされる装置に関係する。例えば、鋼鉄またはコンクリートを使用して構築された構造物などの区分化された管を有するタワーなど風力タービン用の従来の管タワーの重量は、５／３出力まで引き上げられたタワーの高度に比例して増加する。したがって通常、標準６５メータの高さで１７６，０００ポンドの重量の１.5 ＭＷのタワーは、８５メータの高さでおよそ２７５、０００ポンドであり、増加率は約５６パーセントである。しかしながら、２５０、０００ポンドを超える、または１００メータより高いタワーは、一般にタワー部とタービンを組み立てるのに特化された高価なクレーンを必要とする。単にこれらのクレーンの１つを輸送し組み立てるコストは、典型的な１．５ＭＷのタービンに対して２５０、０００ドルを超えることがある。このような大型クレーンに関する費用を償却するために、風力タービンファームの開発者等は、事業の設置面積に可能な限り多くの風力タービンを詰め込むことを望むため、多くの風力タービンに関するクレーンコストが拡大する。しかしながら設置面積が限定された用地では、開発者等は、より少ないタービンを使用してクレーンの輸送および組立コストを償却することを強いられ、これは経済的にも不可能な場合がある。さらに起伏のある地面に設置される事業は、クレーンを繰り返し組立ておよび分解することが要求され、やはり経済的に不可能な場合がある。山の頂上尾根または他の運搬上困難な用地に位置する事業は、同様に経済的に不可能なこと、さらにこのような用地にクレーンを配置することに関する工学的困難からほとんど排除されうる。  大型でより大規模なタワーに関して他にも問題がある。例えば、タービンの高さが約９０メータを超える場合、従来の管タワーの管の直径は、道路の高さおよび重量制限を超える場合がある。風力タービン産業は、タワーの部品を長手方向に分割し積み出し、用地で部品を再度組み立てることを研究してきた。しかしながら、追加の組立コストがこの代替案を魅力のないものにしている。管の直径がより高いタワーに使用されるものより小さい８０メータでさえ、ほとんどの最上部のタワー区分は、各州間の道路の受容力８０、０００ポンドを超える。特大のトレーラ、およびタワー部分の特殊な通過に関する運搬コストは、風力タービンにつき何万ドルも超過する場合がある。したがって、大型の鋼鉄管タワーの輸送コストは、そうでなければ風力タービン用に実用的な用地の開発を排除または妨害することがある。
【０００５】
従来の管風力タービンタワーは６５メータを超える高さであり、７０メータを超えるロータ径（または、ブレードロータの長さがほぼ３５メータ）を有してよい。増加するタービンの高さと共にさらに大きなロータ径を使用することは、この産業に対するさらなる挑戦を提示する。より大きな高さでのより大きなロータ径は、より低い風速からより大きなエネルギーを捕らえ、単位時間ごとにタービンに輸送することができる点で有益である。しかしながら、より大きな高さでのより大きなロータ径は、より大きな風に誘発される風力タービン構造全体、および詳細には風力タービンを支持するタワー全体の振動につながる傾向がある。風が誘発する振動は、詳細には、タワー内にもたらされる共鳴する横方向のねじり振動であり、タービンの高さが８０から１００メータに達するまたはこれを超え、ロータ径が７０メータを超えると過大になりうる。
【０００６】
共鳴振動によって起こりうる構造上の問題を制御するために、風力タービン設計者等はしばしばより低い風速に定格をさげ、最大ロータ直径を制限する、またはタワーの高さを低減させること強いられる。しかしながらこれらの選択肢は、それぞれの風力タービンの全体の経済的効果を減少させる。設計者等はまた、例えばタワーの大きさを増大させることによるなどタワーの剛性を増大させることによって、タワーの剛性を変化させて共鳴振動を回避するように試みてきた。しかしながら一般に、タワーの大きさはタワーの高さと共に指数的に増加することから、建設コストも指数的に増大し、したがってより大きな高さでより大きな長さのタービンロータを配置することによって得られるように追求された経済的利点が減少する。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は先に記載された問題の多くを回避し、例えば曲げおよびねじれ剛性、ならびに減衰などの構造上の特性と重量の間のより最適なバランスを有する構造タワーを提供し、これにより単位コストにつき増大した電力出力を有する経済的に実用的な風力タービンファームの開発が可能になる。本発明の利点はいくつかあるが、タワー、輸送および組立コストの削減によるエネルギーコストの削減を含む。さらにこの利点は、さらに大きな高度で配置されるより大きなロータの長さを有するより大型のタービンを使用することによって、より効率的に電気を生成することを含む。これらの利点は、風力を利用するコストを削減し、従来の管タワーより多くの場所でより経済的な風力タービンファームの設置を可能にすることにより、再生不可能なエネルギー源への依存を減少させる。さらにそれぞれの利点は、風力タービン構造が陸上でまたは海で沖合いで、個別にまたは多数建設されるかに関わらず実現される。さらに、本発明のスペースフレームタワーの使用によるコストの削減は、従来の管タワーに関する輸送の障害を排除することによって生じる。より大きな容量のタービンを使用する能力は、スケールの経済性をさらに向上させる。
【０００８】
本発明は、複数の上方指向長手方向部材、および長手方向部材と相互接続する複数の対角線部材を含むタワーの１つまたは複数の部分またはベイにおけるスペースフレーム構造を有し、少なくとも１つの長手方向および対角線部材、または代替として水平方向部材が、例えばダッシュポット、または振動エネルギーを減衰させる同様の手段を含む長手方向、対角線、または水平方向部材減衰部材である減衰構造タワーを含む。一実施形態で構造タワーは、粘性流体を有する少なくとも１つの減衰部材を含む。別の実施形態で、構造タワーは、粘弾性またはゴム様の物質を有する少なくとも１つの減衰部材を含む。両実施形態において、粘性流体または粘弾性またはゴム様物質内で生じる剪断応力は、振動エネルギーの減衰に作用する。例えば、ほぼ共鳴周波数で振動する構造体に対して減衰する効果の考察に関するＣｈｏｐｒａ、Ａｎｉｌ  Ｋ．、「Ｄｙｎａｍｉｃ  ｏｆ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ、」Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ（２００１）を参照のこと。
【０００９】
本発明の開示を通して明確になるように、本明細書に開示される減衰部材は一般に、一体様式で構築されるダッシュポットおよびばね部材を含む。ばね部材（例えば、鋼鉄、アルミナム、または複合ビーム）は、減衰部材にに剛性を与え、ダッシュポット（例えば、粘性または水圧式減衰装置）は、振動エネルギーを減衰させるように機能する。本明細書に開示される減衰部材実施形態のいくつかは、平行して作動する一体式ユニットとしてばねおよびダッシュポット部材を共に含む。しかしながら、ダッシュポットおよびばね部材は、例えばタワーの１つまたは複数のベイ内で構築され配置され、ほぼ一列に、または互いに対してほぼ垂直を呈する非一体式様式で構築することができることを理解されたい。より詳細には、後者の実施形態は、鋼鉄のビームなどのばね部材（または非減衰部材）に近接して、例えば流体緩衝装置などのダッシュポットを配置することを企図する。添付の図面を参照して、上述の種々の実施形態を以下に記載する。
【００１０】
例えば減衰部材の一実施形態において、粘性流体減衰部材は、一組の長手方向部材に相互接続するように構成される第１および第２端部を有する第１の対角線部材、第１部材の一端部に接続される第１端部を有する第１内に配置される第２部材、および第２部材の第２端部に作動可能に接続される粘性または水圧式減衰装置を含む。一実施形態で、粘性または水圧式減衰装置は、シリンダ、シリンダ内で摺動可能に係合するピストン、およびピストンに接続する第１端部、および第２部材の第２端部に接続する第２端部を有する接続部材を含む。明確化のために、用語粘性流体減衰部材、または単に粘性減衰部材は一般に、流体ダッシュポット、またはより詳細に一例として、振動エネルギーの減衰に作用する粘性または水圧式流体減衰装置あるいは空気減衰装置を備えるスペースフレーム構造タワーの対角線、長手方向、または水平方向部材を称する。用語粘性減衰装置、および水圧式減衰装置は、本明細書において互換的に使用され、一般に振動エネルギーを消失させるための粘性流体を有するダッシュポット装置を称する。同様に空気減衰装置は、空気または同様のガスが振動エネルギーを消失するように作用する流体として機能するダッシュポット装置を称する。
【００１１】
別の実施例として減衰部材の一実施形態において、粘弾性減衰部材は、第１および第２管状部材を含み、それぞれの部材は第１端部および第２端部を有し第１管状部材は第２管状部材の内側に配置されている。第１管状部材は、第１基質内に配置される強化用繊維の第１パターンを有し、第２管状部材は、第２基質内に配置される強化用繊維の第２パターンを有する。粘弾性物質は、強化用繊維の第１パターンと第２パターンの間に配置される。一実施形態で、第１コネクタは第１および第２管状部材の第１端部に配置され、第２コネクタは第１および第２管状部材の第２端部に配置され、両コネクタは、一組の長手方向部材に相互接続するように構成される。明確化のために、用語粘弾性減衰部材は一般に、非流体ダッシュポット、またはより詳細に一例として、振動エネルギーの減衰に作用する粘弾性またはゴム様物質を備えるスペースフレーム構造タワーの対角線、長手方向、または水平方向部材を称する。
【００１２】
本明細書で使用するように、用語ダッシュポットは一般に、減衰または振動エネルギーの消失に作用し、例えば水圧式、または粘性流体あるいは物質などの流体または非流体手段内でそれぞれ起こる例えば剪断応力によって、エネルギーを消失させる流体または非流体手段のいずれかまたは両方を含みうる装置を称する。当然のことながら、当業者は、ダッシュポットはその最も一般的な意味において、振動状態のシステムにおいてエネルギーを消失させる、または減衰に作用するいずれの手段も称することが理解されよう。したがって、またさらなる明確化の別の趣旨として、用語減衰部材は一般に、この用語がその最も一般的な意味において使用される際、ダッシュポットを含むスペースフレーム構造タワーの対角線、長手方向、または水平方向部材を称する。
【００１３】
タワーの一実施形態において、１つまたは複数の減衰部材が対角線上に配置され、隣接する長手方向部材に相互接続する。第２の実施形態において、１つまたは複数の減衰部材が長手方向に配置され、隣接する長手方向部材に相互接続する。さらに第３の実施形態において、１つまたは複数の減衰部材が水平方向に配置され、隣接する長手方向または対角線部材に相互接続する。さらに別の実施形態において、１つまたは複数の減衰部材、または代替のダッシュポット組立体が、タワーの種々の部材のわずかな移動を減衰部材またはダッシュポット組立体の比較的大きな移動に増幅するように機能する増幅部材に作動可能に接続される。他の実施形態において、減衰部材の種々の組み合わせは、１つのベイ、または複数のベイのスペースフレーム構造を有する構造タワーを備える種々の長手方向、対角線または水平方向部材の１つまたは複数を代替する。
【００１４】
本発明はさらに、複数の上方指向長手方向部材、および長手方向部材と相互接続する複数の対角線部材を有する構造タワーを含み、複数の長手方向部材、および複数の対角線部材は、上方に延在する単一のまたは複数のベイ構造で配置され相互接続し、長手方向部材を隣接する長手方向部材または隣接する対角線部材と接続するピンを使用して固定される。構造タワーは、長手方向軸の周りにほぼ等距離に離間する少なくとも３つの上方指向長手方向部材を含む。一実施形態で対角線部材は、少なくとも３つの上方指向長手方向部材のそれぞれの隣接する組に相互接続する。さらなる実施形態で、ピン継手を使用して、それぞれの対角線部材の端部を対応する長手方向部材の隣接する組に相互接続する。さらに別の実施形態で、対角線部材の各端部は、ピンを緊密に収容するように大きさを決められ構成された開口を有するフランジ部材を含み、対応する長手方向部材の隣接する組のそれぞれは、ピンを緊密に収容するように大きさを決められ構成された開口を有する対応するフランジ部材を含む。
【００１５】
本発明はさらに、第１の複数の長手方向部材と対角線部材と、長手方向部材の端部を収容するように構成された複数の支持部材を有する構造タワー用の土台とを提供するステップを有するスペースフレーム構造を有する構造タワーを組み立てる方法を含む。第１の複数の長手方向部材の各端部は、複数の支持部材の対応する１つに固定され、長手方向部材はそれ自体対角線部材によって相互接続し、複数の長手方向部材、および複数の対角線部材は、上方に延在するベイ構造で配置され相互接続する。
【００１６】
一実施形態で、タワーを構築するさらなるステップは、第２の複数の長手方向部材および対角線部材を提供することを含む。第２の複数の長手方向部材の各端部は、第１の複数の長手方向部材の対応する端部に接続し、第２の複数の長手方向部材は第２の複数の対角線部材によって相互接続し、第１および第２の複数の長手方向部材、および第１および第２の複数の対角線部材は、上方に延在するベイ構造に配置され相互接続する。上記のいずれの実施形態の特徴も、本発明にしたがって互いに組み合わせて使用することができる。さらに、本発明の他の特徴および利点は、次の説明、添付の図面および添付の特許請求の範囲を考慮することによって、当業者に明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は一般に、重量のある荷重および高所での用途に好適なスペースフレームを備える構造タワーに関する。さらに詳細には、本発明はスペースフレームを備え、共鳴振動、および例えば通常の風力タービン操作によって、および極度の風荷重に応答して引き起こされる他の振動を減衰するための減衰部材を有する構造タワーに関する。本発明はさらに、風力タービンが８０から１００メータに達する高さ、またはそれ以上の高さまで上げられ、ロータ径が７０メータ以上に達する風力タービン用途に関する。本発明の例示の実施形態の詳細は以下に記載する。
【００１８】
図１は、本発明の構造タワー１０の一実施形態の斜視図である。構造タワー１０は、構造タワー１０が所望の高さになるまで順に重ねて組み立てられ、通常ベイ組立体またはベイ部１２、１３、１９とも呼ばれる複数のスペースフレーム部分を備える。構造タワー１０の最下ベイ組立体１３は土台１１に固定される。構造タワー１０は、最上ベイ組立体１９の頂上に配置される水平方向軸風力タービン１４を有するが、垂直軸タービンが同様にタワーの頂上に適切に配置される場合もある。１つまたは複数の構造タワー１０はまた、風力タービンまたは複数の風力タービンを支持するために一緒に接続されてよい。従来の管状ベイ部５５は、風力タービン１４を最上ベイ組立体１９に接続するが、風力タービン１４は、当業者に容易に知られた接続を使用して、または以下で本明細書に記載するように最上ベイ組立体１９に接続することもできる。風力タービン１４は、風に応答して典型的な様式で回転する複数のブレード１６を担持する。ブレード１６が回転することにより、風力タービン１４と一体式であり一般的には電気を生成するのに使用される発電機（図示せず）が駆動する。しかしながら当業者は、風力タービンが、例えば水をくみ出すためのポンプを駆動する、または穀物をひくための製粉機を駆動するなど他のもののために使用することができることを理解されたい。
【００１９】
一実施形態において、本発明の構造タワー１０は、１．５ＭＷ容量の従来型風力タービン１４、およびその上に配置されるブレード１６を有し、タワーは、８０から１００メータまで、またはそれ以上の高さまで土台１１の上に延在する。個々のそれぞれのベイ部１２は３から８メータの長さであるが、それぞれのベイ部１２の長さは、構造タワー１０の長さに沿って、詳細には、典型的にはベイ部の直径がタワーの頂部付近に配置されるベイ部の直径より大きい構造タワー１０の基部に向かって変化しうる。ベイ部１２の個々のそれぞれの直径は、タワーの中間および上方部分に沿って３から４メータであり、典型的には、土台１１で約８から１２メータまで増大する。ベイ部の直径の長短はそれぞれ、タワー全体の高さを増減させるように企図されており、目的とする用途および予期されるタワーへの荷重に左右される。構造タワー１０の上方部分から切り取られたベイ部１２の例示の実施形態は、風力タービンが１００メータ以上の高さに達する高さまで上げられ、ロータ径が７０メータ以上に達する風力タービン用途に与えられる特定の重点と共に以後記載される。例示のベイ部の記載は構造タワーのそれぞれのベイ部に概ね適用されるが、当業者は、タワーの任意の特定のベイ部に組み込むことができる構造物および組立体の特定の変形を認識するであろう。
【００２０】
図２は、構造タワー１０の典型的なベイ部１２の斜視図を示す。一実施形態において、各ベイ部１２はほぼ垂直に延在し、構造タワー１０の中央軸を中心とする円形の外周部上にほぼ等距離に配置され離間する複数の長手方向部材２０を含む。長手方向部材２０は典型的には、個々のベイ部１２の長さすなわち約３から８メータの長さであり、構造タワー１０の長さに沿ったベイ部の位置に左右される。一実施形態において、個々の長手方向部材は、２つ以上のベイ部の長さにわたる場合があり、これにより隣接するベイ部で長手方向間の接続の数を減少させる。長手方向部材２０は典型的には高い強度の鋼鉄で構築され、横断面は中空で正方形であるが、円形、斜めの、ＩビームおよびＣチャネル横断面形状なども企図される。正方形横断面の長手方向部材２０の典型的な横断面寸法は、１０Ｘ１０インチであり、各部材の壁の厚さは、１／２から３／４インチの厚さであり、一実施形態では約５／８インチの厚さである。アルミナムおよび複合物などの物質は、長手方向部材２０を構築するために好適な代替物を提供する。例えば代替の実施形態では、長手方向部材は、横断面直径がほぼ１０インチで、壁の厚さがほぼ１から２インチの厚さの円形横断面の複合物質で構築される。
【００２１】
図２をさらに参照すると、長手方向部材２０は、長手方向部材２０の隣接する組の間にほぼ水平に延在する複数の水平方向部材２２によって相互接続される。一実施形態において、水平方向部材２２は、多角形２３および十字型ベイ２５配置の両方でベイ部１２の連続する長手方向部材２０の組を相互接続するが、多角形２３構成は十字型ベイ２５構成を使用せずに使用することができ、またその逆も同様である。長手方向部材の直径方向の間隔とほぼ等しい直径を有する鋼鉄の輪などの剛性の輪部材（図示せず）が、水平方向部材２２の使用に対して好適な代替物を提供する、またはこれを満たす場合がある。いずれの場合でも、水平方向部材２２または輪部材は、ボルト、ピン（例えば以下に記載するような）を使用して、または溶接によって長手方向部材２０に接続される。一実施形態において、水平方向部材２２は高い強度の鋼鉄を使用して構築されるが、アルミナムおよび複合物のような物質が好適な代替物として機能する。例えば水平方向部材２２は、ほぼ２から４インチの幅の側部寸法、およびほぼ３／８から１／２インチの厚さを有するストック高強度斜めビームを使用して構築することができる。あるいは水平方向部材２２は、当業者に理解されるように円形、正方形、ＩビームまたはＣチャネルなどの任意の好適な横断面形状の鋼鉄、アルミナムまたは複合材料を使用して構築することができる。
【００２２】
さらに図２を参照すると、対角線部材２６が長手方向部材２０の隣接する組の間に対角線上に延在する。対角線部材２６は、各ベイ部１２の外周部の周囲の連続する長手方向部材２０の組に相互接続する。対角線部材２６は典型的に約３から８メータの長さで、隣接する長手方向部材２０に対して約３０から６０度の角度で配向される。根本的に各対角線部材２６の長さは、対角線部材２６が接続する隣接する長手方向部材２０の長さ、隣接する長手方向部材の間隔、および対角線部材が長手方向部材に対して形成する向きの角度に左右される。例えば、タワー１０の基部に向かって配置されるベイ部１２に含まれる対角線部材２６の長さは、構造タワー１０の頂部付近に配置されるベイ部１２に含まれる対角線部材２６の長さに対して増大する。対角線部材２６は典型的に強度の高い鋼鉄で構築され、横断面は中空で正方形であるが、円形、斜め、ＩビームおよびＣチャネル横断面形状なども企図される。正方形横断面の対角線部材２６の典型的な横断面寸法は、構造タワー１０Ｘ１０インチで各部材の壁の厚さは１／２から３／４インチの厚さであり、一実施形態では約５／８インチの厚さである。アルミナムおよび複合物などの物質は、対角線部材２６を構築するのに好適な代替物を提供する。例えば代替の実施形態において対角線部材は、横断面が円形で横断面直径がほぼ１０インチで、壁の厚さがほぼ１から２インチの厚さの複合物質で構築される。
【００２３】
図２に関する上述の記載は、図１に示す構造タワーの上半分を有するベイ部１２に適用される。しかしながら、この記載はタワーの下半分を有するベイ部を備える同様の構成要素に概ね適用可能である。その差は、あるとすれば、特定のベイ部の形状に概ね限定される。一実施形態において、例えば構造タワー１０の下方端部を有するベイ部は、土台１１に隣接するタワーの基部が接近するにつれ、相対的に大きくなる各ベイ部の直径を収容するために比較的長い水平方向部材２２を含む。同様の様式で、対角線部材２６の長さも各ベイ部の比較的大きな直径、またはそれと一致して長手方向部材２０の隣接する組の間の比較的大きな間隔を収容するために増大する。さらに、長手方向部材２０は一実施形態において、土台１１が接近するにつれて徐々に増大する各ベイ部１２の直径を収容するために、構造タワー１０の中央軸に対してわずかに傾いて配置される。さらに長手方向部材２０は、一続きの平板または支持部材（図示せず）を使用して土台１１に固定される。平板または支持部材はボルト留めされる、あるいは土台１１に固定される。長手方向部材の土台に接続される下方端部は、下方端部を直接平板または支持部材に溶接する、あるいはフランジ部材（図示せず）を下方端部に溶接し、次いでフランジ部材を平板または支持部材にボルト留めすることのいずれかによって、平板または支持部材に固定される。当業者は、以下により詳細に記載する長手方向継ぎ手と併用するピンの使用によってなど、下方端部を平板または支持部材に固定する他の好適な方法を認識するであろう。
【００２４】
当業者が理解するように、個々のベイ部の正確な数および各ベイ部の精密な寸法、またはもしあれば構造タワー１０の長さに沿った各ベイ部を備える種々の部材の寸法における変形は、目的とする用途、風または他の原因による予期されるまたは予想される荷重、またはタワーの剛性を変えることによって１つまたは複数の共鳴周波数を変える要望に左右されうる。しかしながら一実施形態において、構造タワーの長さに沿った各ベイ部が他のベイ部のそれぞれに対して同一であることは、長手方向部材２０がすべて互いに対して同様またはほぼ同様であること、対角線部材２６がすべて互いに対して同様またはほぼ同様であること、および水平方向部材２２がすべて互いに対して同様またはほぼ同様であることを意味している。さらにおよび上記に記載したように、当業者は、各ベイ部が有する種々の部材、すなわち長手方向、対角線および水平方向部材は省略または包含されてよく、例えば種々の横断面形状を有する鋼鉄、アルミナム、または複合物質、あるいはそれらの混合物を使用して構築することができることを理解するであろう。例えば、付加的対角線部材を追加することにより、１つまたは複数の水平方向および長手方向部材の除去が可能になる。しかしながら、構成要素部材の特定の選択、その構築物質およびその横断面形状は、構造タワー内でのそれらの配置に左右される場合がある。例えば、タワーの頂部付近の種々の部材にかかる応力および荷重は、タワーの底部付近の種々の部材にかかるものより少ないと予想することができ、これによりタワーの頂部付近の部材は、例えばより小さな横断面形状または壁の厚さを有する、または比較的歩留まりが低く、最強の強度を呈する物質から構築することが可能になる。
【００２５】
本発明の構造タワー１０の１つまたは複数の実施形態を有する種々の構成要素部材の特定の特徴を記載してきたが、本記載は、ピンを使用して構成要素部材を互いに固定する新規の手段の記載と共に本明細書で進展する。例えば図３および４は、１組の長手方向部材２０、水平方向部材２２および対角線部材２６の交差を示す継ぎ手部３０の一実施形態を示す。長手方向部材２０は、長手方向継手３１の対応する雄３４および雌３６端部を貫通して延在するピン３２によってそれぞれの長手方向継手３１で共に固定される。ピン３２は一実施形態において、直径が４インチであり鋼鉄で構築される。図４を参照すると、ピン３２は、ピン３２と厳密に一致する直径方向の寸法公差を有する一組の管部３３（図中には１つのみ示す）を貫通して延在する。長手方向継手３１の雄端部３４のタブ部材３７は、管部３３の間に挟まれる。管部３３は一実施形態において、タブ部材３７の挿入を容易にするため案内エッジ３８で形を削られる。タブ部材３７は、やはりピン３２の直径に厳密に一致するように寸法を合わせられた開口３５を有する。長手方向継手３１が組み立てられると、管部３３の組がタブ部材３７の横方向の動きを防止または最小限にし、ピン３２の外径と管部３３の内径と開口３５の間の厳密な寸法公差が、長手方向継手３１での緊密嵌合を維持する。一実施形態において、直径が４インチのピン３２が使用される場合、ピン３２の外径と管部３３の内径と開口３５の間の直径方向の寸法交差は、３／１００（０．０３０）インチを超えないことがある。
【００２６】
また図３を参照すると、各水平方向部材２２は、長手方向部材２０に直接溶接されるタブ部材４０を貫通して延在するボルト３８を使用して、隣接する長手方向部材２０に固定される。あるいは水平方向部材２２は、上記または以下に記載するいずれかの方法を使用して、長手方向部材２０に直接溶接される、または長手方向部材にピンで留められてよい。各対角線部材２６の端部は、ピン継手コネクタ２８の一部として形成される一組の端部フランジ４４を貫通して延在するピン４１を使用して、対角線継手４１で対応する長手方向部材２０に固定される。対角線継手４１のピン接続は、長手方向継手３１に関して上述したピン接続と同様である。ピン４２は一実施形態において直径が４インチであり、鋼鉄で構築される。ピン４２は、ピン４２の直径と厳密に一致する直径を有する開口を有する一組の端部フランジ４４を貫通して延在する。やはりピン４２の直径と厳密に一致するように寸法を決められた開口（図示せず）を有するタブ部材４６が、端部フランジ４４の間に挟まれている。対角線継手４１が組み立てられると、端部フランジ４４の組がコネクタ２８の横方向の動きを防止し、ピン４２の外径と端部フランジ４４の内径とタブ部材４６を貫通する開口の間の厳密な寸法公差が対角線継手４１での緊密嵌合を維持する。一実施形態において、直径が４インチのピン４２が使用される場合、ピン４２の外径と端部フランジ４４の内径と開口の間の直径方向の寸法公差は、３／１００（０．０３０）インチを超えない。タブ部材４６は一実施形態において、長手方向部材２０に直接溶接される。単一のタブ部材４６および二重端部フランジ４４を使用することができるが、コネクタ２８に対して二重のタブ部材および単一の端部フランジを使用して、対角線部材２６を対応する長手方向部材２０に固定することもできることは明白であろう。
【００２７】
図５および６は、一組の長手方向部材１２０および対角線部材１２６の交差を示す継ぎ手部１３０の代替の実施形態を示す。長手方向部材１２０は、長手方向継手１３１の対応する雄１３４および雌１３６端部を貫通して延在するピン組立体１３２によって、それぞれの長手方向継手１３１で共に固定される。ピン組立体１３２は一実施形態において、ピン部材１５０の各端部に対してテーパされた部分１５１を含む。ピン組立体１３２はさらに、鍔部材がピン部材１５０のテーパ部分１５１に完全に固定される際、ピン部材１５０のテーパ部分１５１に緊密に係合するように構成された内面１５４を有する一組の鍔部材１５３を含む。ピン組立体１３２はさらに、ピン部材１５０の端部に配置されるねじ穴１５７にボルト留めするように構成された一組のワッシャー部材１５５および一組のボルト１５６を含む。長手方向継手１３１の雄端部１３４は、ピン部材１５０のテーパー部分１５１の中間に配置される非テーパ部分１５８の直径と厳密に一致するように寸法を決められる開口１３５を有するタブ部材１３７を含む。ピン部材１５０は、完全に拡張すると鍔部材１５３と厳密に一致する直径方向の寸法公差を有する一組の管部１３３を貫通して延在する。ピン部材１５０のテーパ部分１５１に対して完全に押し込まれる際、鍔部材１５３の直径方向の拡張が可能になるように、各鍔部材１５３の長さに沿って長手方向スロット１５９が配置される。上述したものと同様に、管部は一実施形態において、タブ部材１３７の挿入を容易にするために案内エッジ１３８で形を削られる。
【００２８】
一実施形態において、テーパピン長手方向継ぎ手１３１の組立体は以下のようにして形成される。長手方向部材１２０の雄１３４および雌１３６端部は、管部１３３に隣接して配置されるタブ部材１３７の開口１３５と接合される。ピン部材１５０は、管部１３３およびタブ部材１３７の開口１３５を貫通して挿入される。開口１３５とピン部材１５０の非テーパ部分１５８の間の寸法公差は非常に緊密であり、一実施形態ではほぼ３／１００（０．０３０）インチ以下である。一般に寸法公差は、ピン部材１５０の非テーパ部分１５８をタブ部材１３７の開口１３５と係合させるためのプレス（またはハンマー）を要するのに十分緊密である。次いで、鍔部材１５３がピン部材１５０のテーパ部分１５１と管部１３３の間に着座する。一実施形態において、各鍔部材１５３の内面１５４は、ピン部材１５０のテーパ部分１５１の外径より寸法を小さく決められることにより、ピン部材１５０のテーパ部分１５１を超えて鍔部材１５３が完全に挿入されることを防止する。この同様の実施形態において、鍔部材１５３の外径は管部１３３の内径よりほんのわずかに小さい。次いで、ワッシャー１５５がピン部材１５０の端部に隣接して配置され、ボルト１５６がねじ穴１５７に挿入される。次いで、ボルト１５６がねじ山１５７に完全にねじ込まれ、これにより鍔部材１５３がピン部材１５０のテーパ部分１５１に押し込まれる。各鍔部材１５３がそのそれぞれのピン部材１５０のテーパ部分１５１に押し込まれる際、鍔部材１５３の外面は、そのそれぞれの管部１３３の内面に対して拡張する。
【００２９】
次に図６を参照すると、ボルト１５６がそのそれぞれのねじ穴１５７に完全にねじ込まれることによって各鍔部材１５３の外面が完全に拡張すると、この外面はそれぞれの管部１３３の内面と緊密に係合し、各鍔部材１５３の内面は、そのそれぞれのピン部材１５０のテーパ部分１５１と緊密に係合する。一実施形態において各鍔はさらに、管部１３３または長手方向継ぎ手部１３１の雌端部１３６に対するタブ部材１３７のいずれの横方向の移動も防止するのを助けるために、タブ部材１３７の各側部１６１に当接する内側縁部１６０を含む。別の実施形態において、Ｌｏｃｔｉｔｅ（登録商標）などのねじ込み締め具を使用してボルト１５６をピン部材１５０により適切に固定することができる、あるいは組み立てられたピン組立体１３２を永久的に固定するために溶接を使用してよい。上述の記載と同様の様式で、第２のピン組立体１４２を使用して、各対角線継手１４１で各対角線部材１２６をそのそれぞれの長手方向部材１２０に固定することができる。
【００３０】
長手方向および対角線継手３１、４１、１３１での接続に関する上記の記載は、種々の長手方向および対角線部材を互いに固定するために緊密な寸法公差を有するピンを使用する原則的機能を例証する。しかしながら当業者は、構造タワー内に配置されるいずれの継手部もまさに開示の、またはその変形のピン組立体によって固定することが可能であることを理解するであろう。さらに当業者は、継手部を固定する他の方法が利用可能であることを認識するであろう。例えばフランジを長手方向部材の対向する端部に溶接し、一連のボルトを使用してこのフランジを互いに接続することができる。あるいは、上述のピンはボルトを使用することで代替することができる。やはり代替として、接続は、溶接、または溶接、ボルトおよびピンの組み合わせを使用して形成することができる。継手接続の基本的特徴は、接続を固定するために選択される方法に関わらず、接続が完全になるとき、継手が緊密であることである。種々の継手部で種々の長手方向、対角線および水平方向部材間で生じる相対的並行移動、ずれ、または面外のねじれ移動は生じない、または最小限でなければならず、およびピン継手は同様な状態を示さなければならないが、タワーに構造上荷重がかかる際、接続部材がピンの中央軸の周りを回転することを可能にすることができる。
【００３１】
再び図１を参照すると、構造タワー１０は、例えば頂部ベイ組立体１９、底部ベイ組立体１３、および広義において頂部および底部ベイ組立体を含む一連の中間ベイ組立体１２などの１１のベイ組立体１２を有するように示されている。最下ベイ組立体１３は、最上ベイ組立体１９より相対的に大きな直径を有する。上方ベイ組立体１２は、主として風力タービン１４およびロータブレード１６を収容するために直径がより小さい。上方ベイ組立体の直径がより小さいことによりロータブレード１６の回転が干渉されず、風力タービン１４およびロータブレード１６の組合わせにより、変化する風の方向に順応するように構造タワー１０の中央軸の周りを完全に回転することが可能になる。最下ベイ組立体１３およびそれに隣接するベイ組立体、またはさもなければその付近のベイ組立体は、土台１１付近のより大きな設置面積に適合するために相対的に直径がより大きく、これにより構造タワー１０の横方向のより優れた安定性を実現する。上述の他の接続を実現するための手段と同様に、最下ベイ組立体１３を備える長手方向部材２０（１２０）の最下端部は、溶接、ボルトまたはピン継手を使用して土台１１に固定することができ、例えば長手方向部材２０（１２０）の最下端部は、長手方向継手部３１（１３１）に関して上述した同様の接続手段を使用して、土台１１から上方に延在するタブ部材（図示せず）に固定される。
【００３２】
次に図７を参照すると、風力タービン１４が従来の管状円筒形ベイ部５５に固定されている。円筒形ベイ部５５は一実施形態において、鋼鉄から構築され、下方に延在する複数の鋼鉄タブ部材３７（１３７）を有する。各タブ部材３７（１３７）は、最上ベイ部分１９の長手方向部材２０（１２０）の上方端部と相互接続するように構成される。接続は、溶接、ボルトまたは長手方向継手部３１（１３１）に関して上述した同様のピン接続手段を使用して形成される。風力タービン１４は、標準的手段、または風力タービンを従来の管タイプのタワーに装着するための当業者に知られた接続システムを使用して円筒形ベイ部５５に回転可能に固定される。
【００３３】
上述のように、構造タワー１０を構成する種々の部材を構築するために鋼鉄以外の物質を使用することは、特にタワー頂部付近のベイ部１２を構成する長手方向および対角線部材に関して有利であることを証明することができる。例えば複合物質を使用して対角線または水平方向部材を構築することは、実質的にタワーの重量を減少させ、剛性特性、したがってタワーに関連する共鳴周波数を変えることができる。図８を参照すると、本発明の複合対角線部材２２６の実施形態が、この対角線部材２２６をそれぞれの隣接する長手方向部材に固定する手段と共に記載されている。対角線部材２２６は、本発明のコネクタ２７を一端に装着して示されている。対角線部材２２６は、複合物質の管状部材６０を含む。コネクタ２７は、管状部材６０の両端に固定される。コネクタ２７は、内側スリーブ６２および外側スリーブ６４を含む。内側スリーブ６２は、スリーブの外径６７に外側接触面６６を形成する。同様に外側スリーブ６４は、スリーブの内径６９に内側接触面６８を形成する。管状部材６０はまた、管状部材６０の両端に内側接触面７０および外側接触面７１を形成する。以下に記載するように組み立てられる際、内側スリーブ６２、外側スリーブ６４および管状部材６０の寸法は、コネクタ２７と管状部材６０の間に締まりばめを形成するように選択される。一実施形態において、管状部材６０の内側接触面７０の直径は約１０インチであり、管状部材６０の外側接触面７１の直径は約１１．５インチであり、その結果壁の厚さは約１．５インチになる。一実施形態において、約１０／１００から２０／１００（０．０１から０．０２０）インチの消極的寸法公差が好ましい。上述の接触面直径と一致して、次いで外側スリーブの内径６９は一実施形態において、約１１．４８から１１．４９インチであり、内側スリーブ６２の外径６７は、約１０．０１から１０．０２インチである。この実施形態における構造タワー１０の管状部材６０の長さは、約３から約８メータの範囲であり、タワー内でのその配置に左右される。本実施形態における種々の接触面６６、６８、７０、７１のそれぞれの軸方向の長さ６１は、約４から約６インチである。上述の寸法は本実施形態で、構造タワー１０の上方ベイ組立体に配置される対角線部材２２６用に使用される。しかしながら寸法は、構造タワーの任意の特定の用途に関する高さ、直径および予想される荷重または操作上の条件によって増減することがある。
【００３４】
複合管状部材６０に対してコネクタ２７を組み立てる一つの方法を以下に記載する。外側スリーブ６４は、管状部材６０の外側接触面７１を収容するために内側接触面を拡張させるのに十分高い温度まで加熱される。同様に内側スリーブ６２は、管状部材６０の内側接触面７０を収容するために外側接触面６６を収縮させるのに十分低い温度まで冷却される。一実施形態において、外側スリーブ６４は華氏約３００度（３００°Ｆ）の温度まで加熱され、これは内側接触面６８の所望通りの拡張に作用するのに十分な高温であるが、スリーブと部材とが接合される際、管状部材６０の複合基質に損傷を与えるほどの高温ではない。同時に、内側スリーブ６２は華氏約―３００度（−３５００Ｆ）の温度まで冷却される。内側スリーブ６２および外側スリーブ６４に関して所望の温度が実現すると、構成要素は次いで一緒に接合され、室温と均衡を保つことが可能になる。温度が均衡を保つようになると、外側および内側スリーブは非常に高い半径方向の圧力または応力で複合管状部材６０を締め、圧縮および伸張の両方における極めて大きい荷重を伝送できるように接触面に締まりばめを形成する。
【００３５】
コネクタ２７の一実施形態は、内側スリーブ６２に外側に延在するリップ部分７６、および外側スリーブ６４に内側に延在するリップ部分７７を含む。内側スリーブ６２のリップ部分７６は、管状部材６０の外周壁領域７８にわたって延在する。同様に外側スリーブ６４のリップ部分７７は、内側スリーブ６２のリップ部分７６とほぼ同一の距離ではあるが、反対方向に延在する。内側および外側スリーブ６２、６４の重なるリップ部分７６、７７は、複合対角線部材２２６が伸張状態で配置される際、管状部材６０の内側接触面と外側接触面の間により良好に摩擦荷重を分配するように機能する。上述の接続を実現するための方法と同様に、複合対角線部材２２６のコネクタ２７は、ボルト、溶接、または例えば対角線継手４１（１４１）に関して記載された同様のピン接続手段などのピン継手を使用して長手方向部材２０（１２０）に固定される。
【００３６】
本発明の構造タワー１０の構築における複合管状部材６０の使用の上述の記載は、複合対角線部材２２６におけるこのような複合部材６０の使用に焦点を合わせている。同様の原則が長手方向およぎ水平方向部材にも概ね適応される。例えば図９および１０は、同様の重量の削減の利益を実現するために、複合長手方向部材２２０および複合水平方向部材２２２それぞれを構築するのに使用される複合管状部材を示している。上述の鋼鉄部材用の複合部材の代替は、構造タワー１０内のそれらの位置に関係なく、構造タワー１０全体に、すなわち長手方向、対角線および水平方向部材の任意の１つまたは複数の、あるいはすべてさえも選択的に形成することができる。例えば図９および１０は、上述の複合対角線部材２２６と同様の、それぞれ典型的ベイ組立体ベイ部分１２を呈する長手方向部材２０および水平方向部材２２の代替の複合部材を示している。
【００３７】
図９を参照すると、例えば複合長手方向部材２２０は、端部コネクタ２２５を有する複合支柱として示されている。端部コネクタは、複合対角線部材２２６に関する締まりばめコネクタ２７に関する上述の方法と同様の方法で複合長手方向部材２２０に固定される。しかしながら、一組の端部フランジ端部４４を有する代わりに、端部コネクタ２２５は、対向する端部コネクタ２２５の対応するフランジにボルト留めされるまたは溶接されるフランジ２２１を有する。あるいは端部コネクタ２２５は、ボルト、または長手方向継手３１（１３１）に関連して上述したようなピン接続組立体を使用して接続部を固定することができる上述したものと同様の雄および雌タブ構造を含む。同様の方法で図１０は、ピン留め、ボルト留めされるまたは、さもなければ鋼鉄の長手方向部材２０に固定される端部コネクタ２２３を有する複合水平方向部材２２２を示す。図９および１０の両方において、対角線部材２２９は鋼鉄部材または、代替として複合対角線部材２２６であり、対角線継手４１（１４１）の構築に関して上述した技法を使用して、長手方向部材２０または端部フランジ２２５にピン留めされる。しかしながら図９に示すように、複合長手方向部材２２０が使用される場合、複合管状部材に対向するように対角線部材２６（２２６）を直接端部フランジに固定することが好ましい。図９および１０は、複合長手方向部材２２０または複合水平方向部材２２２のいずれかを有するベイ部分をそれぞれ示すが、別の実施形態は複合長手方向２２０、対角線２２６および水平方向２２２部材、またはそれらの組み合わせを使用して構築される構造タワー１０全体を企図することを理解するべきである。
【００３８】
本発明の別の実施形態において、例えば粘性または粘弾性の減衰部材、あるいはより一般的には減衰部材または支柱など振動を減衰するように構成される１つまたは複数の長手方向、対角線または水平方向部材を構造タワー１０に組み込むことにより、通常の状況下で、および特に高度の大きい風力タービン用途が考えられる厳しい作動条件に応じてタワーに対する構造上の完全性の強化を実現する。減衰（または減衰された）支柱または部材の種々の実施形態が本明細書で考察されている。この考察は、大まかに２種類の減衰支柱に集中する。第１の種類は、減衰部材が有意な剛性および減衰を含むように、１つの支柱に一体式の平行ばねおよびダッシュポット構成を形成するために複合物または他の剛性部材と共に粘弾性物質の使用を検討する。第２の種類は、有意な剛性および減衰を含むように、平行ばねおよびダッシュポット構成を形成するために１つの部材に一体式に配置される粘性または水圧式流体減衰装置の使用を検討する。あるいは、部材を形成する剛性を排除することによって、ダッシュポットが主に減衰を実現することになる。例えば磁力など減衰を及ぼす他の手段が当業者に知られているが、本明細書に記載の種類は、本発明の構造タワー１０の高所の風力タービン用途で使用するのに有益であることを証明してきた。しかしながらこれらの考察は、本発明の範囲内にあるダッシュポット特性を有する同様の減衰機構の使用に限定するもの、あるいは除外するものとして解釈されるべきではない。さらにこの考察は、減衰された対角線部材に主に向けられた記載と共に進行する。しかしながら上述の考察から、このような記載は長手方向および水平方向部材にも概ね適用されるので、上述の本明細書に記載される原理は全体として構造タワー１０の長手方向、対角線または水平方向部材のそれぞれに適用する際、減衰された対角線部材に関する記載は、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【００３９】
次に図１１を参照すると、一端に本発明のコネクタ１２７が装着された減衰対角線部材１２６の一実施形態が示されている。図１１に示す実施形態は、内側管状部材８１および外側管状部材８２を含む。内側管状部材８１、８２は一実施形態において、異なるパターンで層をなすファイバを有する複合ファイバ物質から構成される。内側複合管状部材８１と外側複合管状部材８２の間に粘弾性物質の層８３が挟まれている。内側複合管状部材８１と外側複合管状部材８２の間に挟まれる粘弾性物質の層８３の組み合わせが、構造タワー１０の振動を減衰する複合減衰支柱を形成する。コネクタ１２７は、単一の複合管状部材６０を有する複合対角線部材２２６に対する締まりばめに関して上記に記載したのと同様の方法で、内側複合管状部材８１、外側複合管状部材８２と、粘弾性物質の層８３との複合物に固定される。減衰対角線部材１２６の寸法は、上記の複合対角線部材２２６に関する寸法と同一でありうる。粘弾性層の厚さは、先に記載した対角線部材２２６と一致してそれぞれ複合管の壁の厚さが約３／４インチであり、全体の壁の厚さは約１．５インチになるものと比較すると相対的に小さく、一実施形態ではほぼ約０．２ミリメータ（０．２ｍｍ）である。さらに本実施形態の粘弾性層は、コネクタ領域内には延在しない。所望であれば、ほぼ粘弾性層の厚さの複合物などの好適な物質の非常に薄い軸方向の鍔が、粘弾性層がコネクタ領域に延在する代わりにコネクタ領域に延在してよい。この後者の構成は、粘弾性層がほぼ１ミリメータ以上の厚さの実施形態に関して有益であろう。
【００４０】
振動を減衰する複合減衰部材（または支柱）の使用は、その開示が、参照により本明細書に組み込まれ米国特許第５、２０３、４３５号（Ｄｏｌｇｉｎ）に提案されている。複合減衰支柱を形成する方法はまた、その開示が、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６、０４８、４２６号（Ｐｒａｔｔ）、米国特許第６、２８７、６６４号（Ｐｒａｔｔ）、米国特許第６、４５３、９６２号（Ｐｒａｔｔ）、および米国特許第６、４６７、５２１号（Ｐｒａｔｔ）に開示されている。例えば減衰対角線部材１２６など本発明の複合減衰支柱は、以下の構造上および機能上の特性を有して構築される。内側および外側複合管状部材８１、８２は、管内のファイバ基質が画定されたパターンに従うように形成され、内側複合管状部材８１のパターンは、外側複合管状部材８２のパターンと位相がずれている。詳細には有益なパターンは、一定または変化する周波数、および軸方向の長さ、または部材の荷重方向に沿った振幅を有する正弦波を含む。代替のパターンは、のこぎり歯状（またはＶ字型）波およびらせん状うずまきを含む。このパターンの１つの特徴は、内側管のパターンの少なくとも一部が外側管のパターンと位相がずれている、または外側管のパターンに対して位相移動されている点である。このことにより圧縮または伸張のいずれかにおいて複合支柱が荷重される際、生成されるべき剪断応力が粘弾性層８３内に生じることになる。剪断応力は粘弾性層内に内部摩擦を生成し、この内部摩擦が後に周囲環境に消散する熱を生成することにより、例えば減衰対角線部材１２６の使用によってなど減衰支柱の使用によって構造タワー１０の減衰に作用する。内側および外側管のパターンに関する代替の実施形態は、減衰支柱の端部に圧縮または伸張力が加わる際、粘弾性層内の剪断応力に作用する任意のパターンを含む。この代替のパターンは、例えば複合管状部材８１、８２の軸方向、らせん状または環（または外周上）の方向にわたる複合ファイバの層によって生成することができる。
【００４１】
さらに図１１を参照すると、内側複合管状部材８１は、複合（または強化）ファイバ８７の第１のパターンを含む。この強化ファイバ８７の第１のパターンは、管の内側および外側円周上（同様に管の内側の厚み）の周りに半径方向に、および管の長さに沿って軸方向に延在する。一実施形態において、強化ファイバ８７の第１のパターンは、一定の波長（または周波数）および振幅（このパターンの一部のみが示されている）を有する正弦波の形態である。外側複合管状部材８２は、強化ファイバ８８の第２のパターンを含む。この強化ファイバ８８の第２のパターンは、やはり、一定の波長および振幅（この第２のパターンの一部は、点線を使用して内側管状部材上に重ねられて示されている）を有する正弦波の形態である。本発明の範囲から逸脱することなく、他のパターンを使用することができる。強化ファイバ８７、８８の第１および第２のパターンは共に一実施形態において、管状部材８１、８２の全長に沿って互いに１８０度位相がずれている。しかしながら、このパターンは完全に１８０度位相がずれる必要がないことを当業者は理解するであろう。さらに粘弾性層は単に、減衰が生じる長さの一部に沿って存在する必要がある。減衰対角線部材１２６が圧縮または伸張状態で荷重される際、正弦波のピーク、および谷ならびに他の部分は互いに対して移動することにより粘弾性層内の剪断応力に作用し、その結果振動が減衰される。しかしながら当業者は、複合ファイバの任意のパターンが粘弾性層内の剪断応力およびその結果の減衰に作用し、剪断応力が増大する一方、減衰も増大することを認識するであろう。
【００４２】
図１１は、一組の複合管状部材の間に挟まれる粘弾性物質の単一の層を示しているが、当業者には、付加的粘弾性物質および複合管状部材も減衰に作用するにの使用することができることが明らかであろう。図１２を参照すると、例えば上記の複合減衰支柱の代替が示されている。詳細には、代替の複合減衰支柱１３６は、第１の複合管状部材１８３、第１の部材内に配置される第２の複合管状部材１８４、および第２の部材内に配置される第３の複合管状部材１８５を含む。第１および第２の複合管状部材１８３、１８４と第２の粘弾性層の間に配置される第１の粘弾性層１８８は、第２および第３の複合管状部材１８４、１８５の間に配置される。第１の複合管状部材１８５は、帯鋼のように、または外周の周りに円周上に、および管の長さに沿って軸方向に延在する強化ファイバ（図示せず）の第１のパターンを含む。強化ファイバの第１のパターンは一実施形態では、一定の波長（または周波数）および振幅数を有する正弦波の形態である。第２の複合管状部材１８４は一実施形態では、第１のパターンの強化ファイバと位相がずれている第２のパターンの強化ファイバを含む。第３の複合管状部材１８３は一実施形態では、第２のパターンの強化ファイバと位相がずれている（および所望であれば、第１のパターンの強化ファイバと完全に同相でありうる）第３のパターンの強化ファイバを含む。例えば代替の対角線部材１３６などの複合減衰支柱が圧縮または伸縮状態で荷重される際、正弦波パターンのピーク、谷および他の部分が互いに対して位置を変えることにより粘弾性層内の剪断応力に作用し、その結果振動を減衰する。しかしながら先の実施形態と一致して、当業者は、種々の管状部材内の複合ファイバの任意のパターンが粘弾性層内の剪断応力およびその結果の減衰に作用し、剪断応力が増大する一方、減衰も増大することを認識するであろう。
【００４３】
すでに述べたように、本発明の構造タワー１０の構築における減衰複合部材の使用の上記の記載は、対角線部材減衰対角線部材１２６、１３６におけるこのような複合部材の使用に焦点を当てている。しかしながら同様の原理は、長手方向および水平方向部材の両方に概ね同様に適用される。したがって図９および１０に示されるように、長手方向および水平方向複合部材を構築するための複合管状部材の使用に関する上記の記載は、減衰長手方向および水平方向複合部材にも等しく適用される。さらに、上記の鋼鉄部材（または非粘弾性の減衰された複合物）の減衰複合部材の代替は、構造タワー１０全体で、すなわち長手方向、対角線、および水平方向部材の1つまたは複数、またはすべてさえも選択的に形成することができる。
【００４４】
構造タワー１０を減衰するための種々の代替の実施形態またはシステムは、本発明の範囲内にあるように企図されている。図１３を参照すると例えば、代替の減衰支柱２２６が示されている。減衰支柱２２６は、内側管状部材２２７、外側管状部材２２８、および内側および外側管状部材２２７、２２８の間に配置される粘弾性（またはゴム様）物質２２９を含む。内側および外側管状部材２２７、２２８は、上記に考察したパターンに配置されるファイバを有する複合物質を使用して構築される。好適な代替物は、鋼鉄、アルミナムまたはプラスチックを含んでよく、粘弾性層を囲繞する面に内接する上記に記載のパターンと同様のパターンを有する。あるいはパターンをまったく使用しない場合、剪断応力の度合いが低下し、結果として減衰の程度が低下することになる。内側および外側管状部材２２７、２２８は、上記の方法で減衰支柱２２６を構造タワー１０の長手方向部材長手方向部材２０に接続するためのコネクタ部２２２、２２３を含む。内側および外側管状部材２２７、２２８は、減衰構造体２２６が伸張または圧縮を受ける際、互いに対して軸方向に自由に平行移動する。減衰支柱が伸張または圧縮を受ける際、粘弾性物質内に剪断応力が生じ、周囲環境に消散する熱を生成することにより構造タワー１０内の減衰に作用する。
【００４５】
図１４を参照すると、本発明の減衰支柱に対する別の代替が示されている。代替の減衰支柱３２６は、共に網掛けされ粘弾性（またはゴム様）物質の層を挟む一組の平板部材３２７、３２８を含む。平板部材３２７、３２８は、ここではパターンが基本的に軸方向面に対向する平坦な面を呈することを除いて、上記のパターンに配置されるファイバを有する複合物質を使用して構築される。好適な代替物は、鋼鉄、アルミナムまたはプラスチックを含み、接触面に内接するパターンを有する。コネクタ部３２２、３２３は、上記の方法で減衰支柱３２６を構造タワー１０の長手方向部材２０に固定する。平板部材３２７、３２８は、減衰支柱が伸張または圧縮を受ける際、互いに対して長手方向に平行移動するための好適な手段（図示せず）によって限定される。減衰支柱が伸張または圧縮を受ける際、粘弾性物質内に剪断応力が生じ、周囲環境に消散する熱を生成することにより構造タワー１０内の減衰に作用する。
【００４６】
本発明の構造タワー１０の振動を減衰するために、種々の他の代替の減衰実施形態を使用することができる。例えば、精密トラス構造で使用するために開発されたｄ支柱技術に適用されるような粘性または水圧式手段を振動を減衰するために使用することができる。「ｄ支柱」技術は例えば、参照によりその開示が本明細書に組み込まれるＡｎｄｅｒｓｏｎ ｅｔ ａｌ．、"Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｖｉｓｃｏｕｓ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｄａｍｐｅｒ ｆｏｒ Ｕｓｅ ｉｎ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｒｕｓｓ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ、" ｐｐ． ２７９６-２８０８ (ＡＩＡＡ Ｐａｐｅｒ、１９９１)に記載される。ｄ支柱技術は、内側と外側の管支柱構造で構成された粘性または水圧式減衰装置を採用する。図１５および１６を参照すると、外側管状支柱４００（５００）はアルミナムなどの物質で構築され、内側管状支柱４０２（５０２）は外側支柱より高い剛性または弾性係数を有する物質で構築される。内側および外側支柱４００、４０２（５００、５０２）間の効果的な剛性（または弾性係数を乗じた横断面領域）の差が大きいほど、実現する減衰が大きくなる。ダッシュポットは上記の２つの実施形態、すなわち図１５および１６に示す実施形態から派生し、外側管状支柱４００（５００）に与える剛性を排除することにより、減衰部材の効果的な剛性をゼロ付近まで減少させ、結果として生じる部材が主として減衰に作用することができる。一実施形態において内側支柱４０２（５０２）は、共通端部４０４（５０４）で外側支柱４００（５００）に接続される。内側支柱４０２（５０２）の反対側の端部４０６（５０６）は、ふいご組立体４０７（５０７）、または他の可撓性部材、微小な通気孔４０９（５０９）、およびばね部材４１０（５１０）とピストン４１１（５１１）構成または同様のアキュムレータ装置を含む粘性または水圧式減衰装置４０６（５０６）に装着される。外側支柱４００（５００）の端部は、例えば対角線継手４１、１４１に関する上記の技法、または他の好適な手段を使用して端部コネクタ４２１、４２２（５２１、５２２）を介して長手方向部材２０に接続される。圧縮または伸張荷重の下で、外側支柱４００（５００）が軸方向に引っ張られることによって内側と外側の支柱の間に相対的ずれが生じ、これにより粘性または水圧式減衰装置４０６（５０６）が作動する。微小な通気孔４０９（５０９）を通って移動する流体４２０（５２０）によって粘性流体内に剪断力が生じ、これが構造タワー１０に対する減衰を実現する。例えば、ばね部材４１０（５１０）およびピストン４１１（５１１）などの粘性または水圧式減衰装置のアキュムレータ部分は、図１６に示すようなｄ支柱内、または図１５に示すようなｄ支柱の外側のいずれかに配置することができる。あるいは、粘性または水圧式減衰装置４０６（５０６）のアキュムレータ部分は、内側と外側の支柱４００、４０２（５００、５０２）の間に配置することができる。当業者は、減衰装置のばねおよびピストン部分は、容易に知られた同様の水圧式アキュムレータで代替することができることを認識し、さらに、ばね４１０にかかる張力、またはガスアキュムレータに対するガス充填圧力は、伸長荷重下での減衰が低下するのを防止するために、流体中に気泡が形成するのを緩和させるのに十分大きくなければならないことを認識するであろう。
【００４７】
図１７を次に参照すると、粘性減衰支柱または部材の別の実施形態が示されている。外側管状支柱６００は、内側管状支柱６０２を収容する。上述のｄ支柱の実施形態と同様に、外側管状支柱６００はアルミナムなどの物質で構築され、内側管状支柱６０２は、例えば鋼鉄などの外側支柱より大きな剛性または弾性係数を有する物質で構築される。内側および外側支柱６００、６０２間の効果的な剛性（または弾性係数を乗じた横断面領域）の差が大きいほど、実現する減衰が大きくなる。当業者は、ダッシュポットのみを形成するための代替の構成は、基本的に外側管状支柱６００の除去を含むことを認識するであろう。外側管状支柱６００は、第１端部６０１および第２端部６０３を有する。端部キャップ６０５は、外側管状支柱６００の第１端部６０１に配置される相補的フランジ部材と係合するように構成されるフランジ部材６０７を有する。一連のボルト６０９を使用して、端部キャップ６０５を外側管状支柱６００の第１端部６０１に緊密に固定する。内側管状支柱６０２は、例えば溶接など任意の好適な手段を使用して端部キャップ６０５に固定される第１端部６１７を有する。内側支柱は、それ自体接続ロッド６２０に装着される第２フランジ６１９の形態の第２端部を有する。接続ロッド６２０の第１端部は、例えばフランジ６１９の対応する雌ねじ込み部分６２３にねじ込まれる接続ロッドのねじ込み雄部分６２１などの任意の好適な手段を使用して、第２のフランジ６１９に固定される。
【００４８】
第２の端部キャップ６３０は、外側管状支柱６００の第２端部６０３に配置される相補的フランジ部材と係合するように構成されるフランジ部材６３１を有する。一連のボルト６０９を使用して、端部キャップ６３０を外側管状支柱６００の第２端部６０３に緊密に固定する。密封筐体６２４は、外側管状支柱６００の第２端部６０３に配置されるフランジ部材の内側部分６２６に固定される。密封筐体６２４は、一連のボルト６３７または他の好適な手段を使用してフランジ部材の内側部分６２６に固定される。密封筐体は、接続ロッド６２０の外側壁面に適合するように厳密に機械加工される内側壁面６４３を有する。シール６４１は、例えば粘性または水圧式流体などの減衰流体が２つの構成要素の間に存在する境界面に沿って漏出するのを回避するために、接続ロッド６２０と密封筐体６２４の間に配置される。２つの部品の相対的移動による構成要素の磨耗を回避するために、ポリマー様の磨耗バンド６４５が密封筐体６２４と接続ロッド６２０の間に配置される。あるいは、内側壁面６４３の直径と接続ロッド６２０の外側壁面の間に空隙が形成されるように、内側壁面６４３の直径を増大することができる。分離によって形成される空隙は、例えばほぼその長さに沿って接続ロッド６２０と密封筐体６２４の両方に結合されるふいごまたはゴム物質などの適合機構によって塞がれ、これによりシール６４１の必要性を排除することができる。この適合物質の代替は、非剛性物質が相対的移動に適合するように伸びることができるように、ほぼ１インチを超えないわずかなずれが生じる減衰支柱での使用に特に有益である。またシール６４１を排除することにより、流体を密封するための非摺動面が形成され、これにより長期間にわたる耐用期間特性が実現する。ピストン６２２は、ボルト６２７または一連のボルトを使用して接続ロッド６２０の第２端部に固定される。第２端部キャップ６３０は、ピストン６２２の外側壁面６３５に適合するように厳密に機械加工される内側壁面６３３を有する。
【００４９】
減衰流体６５０（例えば粘性または水圧式流体）はピストン６２０、第２端部キャップ６３０および密封筐体６２４によって形成される第１空洞６５１および第２空洞６５３内に包含される。減衰支柱が圧縮または伸張荷重を受ける際の内側支柱６０２と外側支柱６００の間の相対的ずれによって、ピストン６２０が第２端部キャップ６３０のベース部分６３２に向かって、またはそこから離れて並行移動する際に減衰が生じる。より詳細には、ピストン６２０がベース部分６３２に向かって平行移動する際、第１空洞６５１からの流体が、第２端部キャップ６３０の内面壁６３３とピストン６２０の外面壁６３５の間の空間によって画定される周囲領域を介して第２空洞６５３内に押し込められる。あるいは、一方の面から他方の面までピストン６２０の本体を通る小さな導管または穴を機械加工することができ、1つまたは複数の小さな導管を介してピストン６２０の片側から他の側に流体が流れる際に減衰が生じる。アキュムレータ６６０はダクト６６２を介して第１空洞に接続される。あるいは、アキュムレータ６６０は支柱内の種々の位置で内側に配置されてよく、ダクト６６２は第２の流体空洞６５３に接続されてよい。アキュムレータ６６０または同様の装置は、接続ロッド６１９の第２の流体空洞６５３内に占める空間容積を収容することが要求される。より詳細には、ピストン６２０がベース部分６３２に向かって一定の距離平行移動する際、第１空洞６５１の容積は減少し、第２空洞６５３の容積は増大する。しかしながら、第２空洞６５３内に接続ロッド６１９が存在することから、ピストン６２０の平行移動により第１空洞６５１から移動する流体の容積は、第２空洞６５３内に生成する空間の容積より大きい。ロッドが第２空洞６５３内に平行移動する際、接続ロッドが占有する第２空洞６５３内の空間の容積と容積が等しい余剰流体は、ダクト６６２を通ってアキュムレータに移送される。第１空洞６５１とアキュムレータ６６０の間に配置される制御弁６６４は、減衰支柱を圧縮する際、すなわちピストン６２０がベース部分６３２に向かって平行移動する場合、流体がアキュムレータに流れ込むことが可能なるように機能し、減衰支柱が伸張する際、すなわちピストン６２０がベース部分６３２から離れて平行移動する場合、流体がアキュムレータから流出し、第１空洞６５１に戻ることが可能になるように機能する。接続ロッド６１９に付加的流体を与えるための上述のアキュムレータの記載は、補給流体を提供するために必要な原則的な機能の例示である。しかしながら当業者は、適切な作動をもたらす適切な比率でこの流体を提供することができる他の装置または機構が知られていることを理解するであろう。
【００５０】
先に考察したように一実施形態において、流体６５０は、第１空洞６５１から第２空洞６５３に転送され、第２端部キャップ６３０の内面壁６３３とピストン６２０の外面壁６３５の間の空間を通って逆に転送される。以下に考察するように、この流体転送様式により流体がピストン本体を通って延在する小型の導管を通って転送される場合よりも、減衰支柱が温度変化の影響を受けにくくなる。より詳細には減衰効果は、温度の関数として生じる減衰流体の粘性の付随的な変化による温度の変化の影響を受ける場合がある。例えば温度が上昇すると減衰流体の粘性は概ね減少し、ピストン６２０の所与の移動に関して減衰の効果が少なくなることになる。このような傾向は、ピストン６２０が端部キャップ６３０（またはピストンに隣接する円筒形壁）を構築するのに使用される物質より高い熱膨張係数を有する物質を使用して構築される場合には無効になりうる。一実施形態において、例えばピストン６２０はアルミナムを使用して構成され、端部キャップ６３０は鋼鉄を使用して構築される。アルミナムは鋼鉄が有するよりも高い熱膨張係数を有し、このことは、アルミナムが温度の関数として鋼鉄のものよりも大きな比率で膨張し収縮することを表す。熱膨張比率におけるこの可変性によって、第２端部キャップ６３０の内面壁６３３とピストン６２０の外面壁６３５の間の空間が、温度が特定の予定温度に対して降下する際に増大し、温度が特定の温度に対して上昇する際に減少するようになる。２つの移動面の間の流体中に生成される剪断力によって生じる減衰効果は、この面の間の空間または距離に一部左右され、距離が大きくなると減衰が小さくなる。したがって、温度が上昇する際、流体の粘性が減少することによる減衰効果の減少は、第２端部キャップ６３０の内面壁６３３とピストン６２０の外面壁６３５の間の空間または距離の減少によって部分的に相殺される。本発明のこの特徴は、一日のまたは周期的な気候の変化によって生じる温度の変化による減衰支柱の感度を減少させる点で特に有益である。
【００５１】
上述の記載は、構造タワーの１つまたは複数のベイ組立体内に配置される減衰または非減衰の長手方向、対角線、および水平方向部材を含む構造タワーを構築する種々の様式および方法に関する詳細を提供する。しかしながら当業者は、上記の組立方法の種々の代替を認識するであろう。例えばベイ部分１２は、ベイ部分１２のそれぞれの面で、長手方向部材２０の組の間に配置される単一の対角線部材２６を有するように示されている。しかしながら当業者は、対角線部材２６の組は、交差形態で長手方向部材２０の組の間に配置されてよく、タワー空間の内側を横切って長手方向部材の任意の組の間に配置されてよく、および単一様式の対角線部材２６の配向は組み合わせることができる、すなわち対角線部材は、時計回りおよび反時計周りの方向の両方で（または隣接するベイ部がタワー１０の中央軸に沿って配列される際、右周りおよび左周りの構成で）配置することができることを理解するであろう。あるいは対角線部材は、ベイ組立体の個々の面から除去されてよく、長手方向部材は１つまたは複数のベイ組立体におよび、水平方向部材は１つまたは複数のベイ組立体から選択的に除去されてよい。次に図１８から２４を参照すると、減衰および非減衰支柱または部材の組み合わせを含む構造タワーの他の種々の代替の実施形態が示され記載されている。これらの例示および記載は、包括的な形態、すなわち特有の部材の特定の詳細を示していない形態で提供されており、減衰および非減衰部材の種々の構築または用途に対して上記に提供される詳細は、以下で本明細書に提供される種々の用途に適用可能であることを理解するべきである。
【００５２】
図１８を参照すると、例えばベイ組立体７１２の代替の実施形態が示されている。ベイ組立体７１２は、上記の１つまたは複数の種々の実施形態を使用して構築される非減衰の例えば鋼鉄、アルミナムまたは複合物の長手方向７２０、対角線７２６および水平方向７２２部材を含む。一実施形態においてベイ組立体７１２はさらに、非減衰対角線部材７２６のそれぞれに隣接して並行に配置される一連の減衰対角線部材７３０を含む。この実施形態に関して構造タワーが荷重されることを条件とする場合、非減衰対角線部材７２６は、対角線部材７２６が受ける圧縮または伸張荷重のいずれかによる軸方向のわずかな偏向を受ける。非減衰対角線部材７２６が軸方向でこのような偏向を受ける際、隣接する減衰部材７３０は同様に軸方向に偏向し、これにより消失されるべきエネルギーを生じる。非減衰および減衰対角線支柱７２６、７３０のこの点に関する構成は、並行に接続され動的に荷重される一次元のばねおよびダッシュポットと概ね類似と考えることができる。上記の任意の種々の減衰部材は、図１８に示す減衰対角線部材７３０用に採用することができるが、代替の実施形態は、ほとんど純粋な減衰および非常に低い剛性を実現する大型の緩衝器（またはダッシュポット）の使用を企図する。実際当業者は、緩衝器（ダッシュポット）と剛性の非減衰部材の並行した一列の配置がこのような部材のそれぞれがばね様剛性要素（非減衰部材）および減衰部材の両方を含み、例えば粘性減衰部材の外側管状部材４００、５００、６００が非減衰剛性構成要素を提供し、内側管状部材４０２、５０２、６０２および水圧式減衰装置構成要素が減衰構成要素を提供する上記の減衰部材と類似であることを認識するであろう。この考察は、以下に呈示される種々の他の代替に適用される。主に減衰目的の緩衝ダッシュポットは、本明細書で開示されるばね様およびダッシュポット様特性を共に有する減衰部材または支柱とは対照的に、例えばニューヨーク州、北トナワンダのＴａｙｌｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ社から商業的に入手可能である。
【００５３】
次に図１９を参照すると、図１８に示されるものの代替の実施形態は、隣接する非減衰対角線支柱７２６の上方または下方に配置される減衰対角線支柱７３０、および時計回り７４１または反時計周り７４３の方向で、またはそれらの組み合わせのいずれかで配向される減衰および非減衰支柱の隣接する組を企図している。さらに図１９に示すように、ベイ組立体の代替の実施形態は、ベイ組立体の１つまたは複数の面７４５で減衰および非減衰対角線支柱の組を使用し、ベイ組立体の他の面７４６、７４７は、１つまたは他の減衰または非減衰対角線支柱を含む、あるいは減衰または非減衰対角線支柱のいずれも含まないことを企図している。
【００５４】
次に図２０を参照すると、ベイ部の支柱の構成のさらに別の代替の実施形態が示されている。この実施形態においてベイ組立体７６２は、1つまたは複数の上記の種々の実施形態を使用して構築される非減衰長手方向７７０、対角線７７６および水平方向７７２部材を含む。一実施形態においてベイ組立体７６２はさらに、非減衰対角線部材７７６のそれぞれと隣接してほぼ垂直に配置される一連の減衰支柱７８０を含む。減衰支柱７８０は、隣接する長手方向部材７７０に接続する第１端部７８１、およびそれぞれが上記の方法および技法を使用して構築することができる非減衰部材である一組の増幅部材７８５に接続する第２端部７８２を有する。一組の増幅部材７８５のそれぞれ１つは一実施形態では、隣接する対角線部材７７６に対して約５から約１５度の角度で配置される。増幅部材７８５の第１端部７８６および減衰支柱の第２端部７８２は、ヒンジ継手で共に結合される。この実施形態に関して、構造タワーが荷重を受けることを条件とする際、対角線部材７７６は、対角線部材７７６が受ける圧縮または伸張荷重のいずれかによるわずかに軸方向の偏向を受ける。対角線部材７７６がこのような軸方向の偏向を受ける際、隣接する増幅部材７８５および減衰支柱７８０を接続するヒンジ継手７９０は、荷重が伸長か圧縮かによってそれぞれ対角線部材７７６に向かってまたはそこから離れて平行移動する。ヒンジ継手７９０ の平行移動は、減衰支柱７８０の軸方向の偏向につながり、これにより消散するべきエネルギーが生じる。
【００５５】
次に図２１Ａを参照すると、増幅部材７８５が減衰のために提供する増幅効果は、ピタゴラスの直角三角形の定理を参照することにより最適に理解される。具体的には底辺７５１を有する三角形７５０が示されている。三角形７５０の底辺７５１は、図２０に示される非減衰対角線部材７７６に関連付けることができる。同様の様式で、図２０に示される増幅部材７８５の組は、三角形７５０の残りの２辺７５２、７５３（長さが同等である必要はない）と関連付けることができる。角βおよびθ（これも同等である必要はない）は、増幅部材７８５が非減衰対角線支柱７７６に対して位置するそれぞれの角度と関連付けることができる。図２１Ｂに示されるように、この構成は各三角形が斜辺Ｈ、底辺Ｂおよび高さＳを有する２つの直角三角形７５４、７５５を形成する。三角形７５５に焦点をおくと、斜辺Ｈが実質的に剛性であるとすると、圧縮または伸張荷重により底辺Ｂの長さが変化することにより、高さＳの長さが対応して変化することになる。基礎代数は、この点に関して以下の関係式ｄＳ/ｄＢ ≒ - (Ｂ/Ｓ) ≒ - (１/ｔａｎ θ)を与える。したがって初期のＢに対する小さい初期のＳ（または小さいθ）に関して、Ｓの変化は、Ｂの変化と比較して相対的に大きくなる。換言すると、非減衰対角線支柱７７６の長さの軸方向のわずかな偏向により、減衰支柱７８０が軸方向に相対的に大きく移動することになり、それらの間に形成される角度は小さくなる。一実施形態において増幅効果は、鋼鉄などの比較的高い弾性率を有する物質を使用して増幅部材７８５を構築し、アルミナムなどの比較的低い弾性率有する物質を使用して非減衰対角線部材７７６を構築することによって確実となる。
【００５６】
次に図２２を参照すると、ベイ部８１２の別の実施形態が示されている。ベイ部８１２は、１つまたは複数の上記の種々の実施形態を使用して構築される非減衰長手方向８２０、対角線８２６および水平方向８２２部材を含む。ベイ部８１２はさらに、増幅部材８２１および減衰支柱８２３を含む。しかしながら増幅部材８２１および減衰支柱８２３は、、例示の実施形態において増幅部材８２１は、対角線部材ではなく隣接する長手方向部材８２０に配置されることを除いて上記と同様の様式で構築され機能する。
【００５７】
次に図２３および２４を参照すると、減衰対角線部材２３０および鋼鉄の長手方向部材２３１を有する改良された従来型管タワー２３２が示されている。改良された従来型タワー２３２は、典型的な様式で組み立てられる従来型管部材２３４、２３５を有する。上方の鋼鉄またはコンクリート管部材２３５は、複数の長手方向部材２３１の端部を受けるように構成される鋼鉄の輪または他の好適な部材を有する。対角線支柱、例えば減衰または非減衰対角線支柱、あるいはダッシュポットとばね部材との組み合わせは、ピン留め対角線継手４１、１４１に関する上記の方法、またはボルト、溶接またはフランジなどの他の好適な手段を使用して、長手方向部材２３１の隣接する組に固定される。同様の支柱、例えば減衰または非減長手方向支柱、あるいはダッシュポットとばね部材との組み合わせは、同様に長手方向部材２３１で代替することができ、例えばボルト、溶接、ピンまたはフランジを使用する上述の任意の方法を使用して従来型管部材２３４、２３５に固定することができる。次いで最上部の管部材２３６が、長手方向部材２３０の上方端部に固定される。支柱ベイ組立体２３９は管タワーのいずれの場所にも配置することができ、所望であれば、美観的または構造上の目的のために、鋼鉄の管外郭、または例えばアルミナムなどの他の好適な物質で覆うことができる。改良された管タワーはまた、タワー全体に配置される任意の数のベイ部２３９を有することが企図されている。本発明の構造タワー１０は、本発明の１つまたは複数のベイ組立体１２を代替する管部を含むことができることが明らかであろう。さらに、上記の種々の実施形態またはそれら変更は、例えば増幅部材、鋼鉄または複合部材、あるいは粘性または粘弾性ベースの減衰部材を有する実施形態を含むベイ組立体２３９の構築に含まれうることを理解されたい。
【００５８】
次に図２５を参照すると、本発明の代替のベイ部７００が示されている。ベイ部７００は、ベイ部７００のそれぞれの面に配置される第１の７０１および第２の対角線部材７０２を含む。水平方向部材７０３はベイ部７００の外周部の周りに配置されるが、ベイ部７００が図２４に示されるように従来型管タワーに組み込まれる場合、排除することができる。ベイ部の１つまたは複数の面にある対角線の組を使用することによって、対応する長手方向部材を除去することが可能になる。示されるように、第１の７０１および第２の対角線部材７０２の各端部は、フランジ７０５に接続される。さらに示されるように、対角線部材７０１、７０２の組が十文字を描くことができるように、接続部は互いからずれている。ベイ部７００は図１に全体的に示されるように、構造タワーの長さに沿って反復することができる、または一般に長手方向および対角線部材の両方を含む任意の１つまたは複数のベイ部で代替することができる。さらにベイ部７００は減衰または非減衰対角線部材の任意の組み合わせ、またはダッシュポットおよびばね要素の組み合わせを含むことができ、その例示的詳細は上記に記載した通りである。同様の様式で、個々のベイ部は長手方向部材のみを有することができ、および一般に長手方向および対角線部材の両方を含む任意の１つまたは複数のベイ部で代替することができ、減衰または非減衰長手方向部材の任意の組み合わせ、またはダッシュポットおよびばね要素の組み合わせを含むことができ、その例示的詳細は上記に記載した通りである。
【００５９】
次に図２６を参照すると、本発明のピン継手を構築する代替の実施形態が示されている。代替のピンおよび球面継手７４１は、ピン７４２、一組のフランジ部材またはタブ７４３、および球形の玉７４４を含み、減衰または非減衰対角線部材（あるいは、代替としてダッシュポットまたはばね要素）７４６の端部タブ７４５と摺動接触する。ピン７４２（または代替として上方から拡張するピン）は、上記と同様の様式でタブ７４３および玉７４４を貫通して挿入され、対応する長手方向部材７４７に対する対角線部材の軸方向の移動をゼロまたは最小限にする部分継手を形成する。代替として、継手の機能を変えることなく、長手方向部材７４７のタブ７４３を対角線部材７４６に配置し、タブ７４５および球形の玉７４４を長手方向部材７４７に配置することができる。しかしながら、組み立てられたピンおよび球面継手７４１は、横方向の移動およびピン７４２の周りの回転移動を可能にし、このことは本発明のスペースフレームタワーを備える１つまたは複数のベイ組立体の構築を容易にすることができる。本明細書に記載されるタイプの球面継手組立体７４１は、例えばニューヨーク州、北トナワンダ、Taylor Devices社 から種々のサイズで入手可能である。前述の考察でのように、ピンおよび球面継手７４１組立体は、長手方向、対角線または水平方向部材を互いに対して接続する、または次の接続のためにフランジに対して任意のこのような部材を接続するのに使用することができる。
【００６０】
前述の記載は、原則として陸上基地設備用の構造タワーの使用に焦点を当ててきたが、本発明の構造タワーは、沖合いでの使用にも同様に適用する。一実施形態において、水面下に延在する構造タワーの長手方向および対角線部材は、壁の厚さが約３／４から約１インチまで増大し、たとえば円形、ＩビームまたはＣチャネルの横断面を有する部材も使用することができるが、この部材は正方形の横断面を有する鋼鉄から構築されている。水面上では、この実施形態は1つまたは複数の上記の減衰および非減衰長手方向および対角線部材を使用する。表面下の鋼鉄部材の壁の厚さが増大することによって、潮流および風の衝撃に耐える能力が増大することになる。水面上の構造タワーの残りの部分は、タワーの共鳴振動に耐えるように上記のように構築される。所望であれば減衰部材は、海流および風の作用によって生じる振動の減衰に作用するように、同様に水面下の構造タワーの部分に組み込むことができる。この様式において、タワーの水上部分が６５から１００メータに達する高度まで延在し、タワーは１５から１００メータの深さの水中で構築される。陸沿いまたは沖合いのいずれかで構築される本発明の構造タワーに関して、好適な物質で形成されるモジュラー外郭被覆は、構造タワーの内部構造を被覆するために長手方向または対角線部材に固定することができる。外郭被覆は、本発明のより一般的な管タワーの外観を提供する。
【００６１】
本発明を例示する目的のために、特定の実施形態および詳細が本明細書および添付の発明の開示に含まれてきたが、当業者には、添付の特許請求の範囲内で定義される本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書に開示される方法および装置の種々の変更を行うことができることが明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】その上に設置される風力タービン組立体を有する本発明の構造タワーの斜視図である。
【図２】図１に示す本発明の構造タワーのベイ部の斜視図である。
【図３】図２に示すベイ部の典型的な連結部分の大写しの図である。
【図４】図３に示す２つの長手方向の部材間の長手方向継手構造の拡大、および部分切り欠け図である。
【図５】２つの長手方向の部材と、対角線の部材間の縦方向および対角線継手構造の拡大、および部分切り欠け図である。
【図６】完全に組み立てられた形態の図５の拡大された構成要素の図である。
【図７】風力タービンが装着された、図１に示す本発明の構造タワーの円筒形ベイ部の側面図である。
【図８】複合支柱に固定されたコネクタ組立体の斜視的切り欠け図である。
【図９】長手方向部材として使用される本発明の複合支柱を示す図である。
【図１０】水平方向部材として使用される本発明の複合支柱を示す図である。
【図１１】複合減衰支柱に固定されたコネクタ組立体の斜視的切り欠け図である。
【図１２】代替の複合減衰支柱に固定されたコネクタ組立体の斜視的切り欠け図である。
【図１３】本発明の複合減衰支柱の代替物の切り欠け図である。
【図１４】本発明の複合減衰支柱の第２の代替物の切り欠け図である。
【図１５】粘性減衰支柱の切り欠け図である。
【図１６】粘性減衰支柱の代替物の切り欠け図である。
【図１７】粘性減衰支柱の代替物の切り欠け図である。
【図１８】減衰および非減衰の対角線部材を共に有する代替のベイ組立体の斜視図である。
【図１９】減衰および非減衰の対角線部材を共に有する代替のベイ組立体の斜視図である。
【図２０】減衰と非減衰の対角線部材の両方、および減衰増幅部材を有する代替のベイ組立体の斜視図である。
【図２１Ａ】図２０に示す増幅部材の作動の原理を示す図である。
【図２１Ｂ】図２０に示す増幅部材の作動の原理を示す図である。
【図２２】減衰と非減衰の対角線部材の両方、および減衰増幅部材を有する代替のベイ組立体の斜視図である。
【図２３】鋼鉄の管ベイ部の代替の本発明の減衰支柱を有する従来の管タワーの図である。
【図２４】図２３に示す減衰支柱の大写しの図である。
【図２５】本発明で使用するための代替のベイ組立体の図である。
【図２６】本発明で使用するための代替のピン接続の図である。
【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５】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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