BRPI0610803A2

BRPI0610803A2 - torre estrutural

Info

Publication number: BRPI0610803A2
Application number: BRPI0610803-2A
Authority: BR
Inventors: Tracy Livingston; Todd Andersen
Original assignee: Tracy Livingston
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2010-07-27
Also published as: US20100226785A1; US20060277843A1; WO2006124562A2; WO2006124562A3; EP1880070A2; EP1880070A4; CA2602205A1; JP2008540918A; CN101351606A

Abstract

TORRE ESTRUTURAL. A presente invenção refere-se a uma torre estrutural possuindo uma construção de estrutura espacial para aplicações de grandes elevações e carga pesada é descrita, com aplicação particular direcionada às turbinas eólicas. A torre estrutural inclui longarinas de amortecimento ou não nos elementos longitudinal, diagonal ou horizontal da estrutura espacial. Uma ou mais longarinas de amortecimento na torre estrutural amortecem as vibrações ressonantes ou vibrações geradas por rajadas de vento não periódicas ou velocidades de vento altas sustentadas. Os vários elementos longitudinal e diagonal da torre estrutural podem ser presos por pinos, parafusos, flanges ou soldas em juntas longitudinais, ou diagonais correspondentes da estrutura espacial.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "TORRE ESTRUTURAL"

Pedidos Relacionados

Esse presente pedido reivindica prioridade do pedido de patenteprovisório U.S. N9 60/681.235, intitulado "Structural Tower", depositado em13 de maio de 2005.

Campo Técnico da Invenção

A presente invenção refere-se a torres estruturais e dispositivospara o amortecimento de vibrações em torres estruturais, com aplicação es-pecífica a torres estruturais para turbinas eólicas.

Antecedentes da Invenção

As turbinas eólicas são cada vez mais uma fonte popular de e-nergia nos Estados Unidos e na Europa e em muitos outros países em tornodo globo. A fim de realizar as eficiências de escala na captura de energia dovento, os projetistas estão erguendo fazendas de turbina eólica possuindonúmeros crescentes de turbinas eólicas com turbinas maiores posicionadasem alturas maiores. Em grandes projetos de fazendas de turbinas eólicas,por exemplo, os projetistas utilizam tipicamente vinte e cinco ou mais turbi-nas eólicas possuindo turbinas da ordem de 1,2 MW posicionadas a cin-qüenta metros ou mais. Esses números fornecem eficiências de escala quereduzem o custo de energia enquanto tornam o projeto lucrativo para o pro-jetista. A colocação de turbinas maiores a alturas maiores permite que cadaturbina opere substancialmente livre de efeitos de camada limítrofes criadosatravés do cisalhamento do vento e interação com irregularidades perto dosolo nos contornos de superfície - por exemplo, pedras e árvores. Alturasmaiores de turbina também resultam em condições operacionais mais está-veis a velocidades de vento maiores sustentadas, produzindo, assim, namédia, mais energia por tempo unitário. De acordo, existem incentivos deengenharia e econômicos para o posicionamento de turbinas maiores a altu-ras maiores.

O posicionamento de turbinas maiores a alturas maiores vem, noentanto, com um custo. O custo é associado com o número maior de torresmassivas e maiores que são necessárias para suportar o peso adicional deturbinas maiores e suportar cargas eólicas geradas pela colocação das es-truturas a alturas maiores onde as velocidades eólicas também são maiorese mais sustentadas. Um custo adicional se refere ao equipamento que é ne-cessário para se erguer a turbina eólica. Por exemplo, o peso das torres tu-bulares convencionais para as turbinas eólicas - por exemplo, torres possu-indo configurações tubulares seccionadas construídas utilizando aço ou con-creto - aumenta em proporção à altura da toTfê erguida para uma potênciade 5/3. Dessa forma, uma torre de 1,5 MW pesando tipicamente 79.904 qui-los (176.000 Ibs) com uma altura padrão de 65 metros pesará aproximada-mente 124.850 quilos (275.000 Ibs) a uma altura de 85 metros, um aumentode cerca de 56%. As torres acima de 113.500 quilos (250.000 Ibs), ou maisde 100 metros, no entanto, geralmente exigem guindastes especializados eonerosos para montagem de seções de torre e turbina. Apenas o custo detransporte e montagem de um desses guindastes pode exceder $250.000- para uma turbina típica de 1,5-MW. A fim de amortizar os custos associadoscom tais guindastes grandes, os projetistas da fazenda de turbina eólica de-sejam empacotar o máximo de turbinas eólicas possível no projeto, dividin-do, assim, os custos de guindaste pelo máximo número de turbinas. No en-tanto, com locais possuindo áreas afetadas/ocupadas limitadas, os projetis-tas são forçados a amortizar os custos de transporte e montagem do guin-daste utilizando menos turbinas, o que pode ser economicamente impossí-vel. Adicionalmente, os projetos instalados em terreno irregular exigem guin-dastes que são montados e desmontados repetidamente, o que também po-de tornar o projeto economicamente impossível. Os projetos localizados emtopos de montagem ou outros locais logisticamente difíceis podem, da mes-ma forma, ser todos eliminados devido à economia inviável, em adição àsdificuldades de engenharia associadas com a localização de um guindasteem tais locais.

Existem outras preocupações associadas com torres maiores emais massivas. Por exemplo, onde as alturas da turbina alcançam mais queaproximadamente 90 metros, os diâmetros de tubo das torres tubulares con-vencionais podem exceder a altura da estrada ou as restrições de peso. Aindústria de turbina eólica tem investigado a divisão das peças de torre nosentido do comprimento, o transporte e então a remontagem das peças nolocal. Os custos de montagem adicionais, no entanto, tornam essa alternati-va pouco atraente. Mesmo a 80 metros, onde os diâmetros de tubo são me-nores que os utilizados para torres mais altas, todos com exceção dos seg-mentos de torre mais superiores excedem a capacidade de 36.320 quilos(8.000 Ibs) da maior parte das estradas interestaduais. Os custos com freteassociados com os reboques superdimensionados e a permissões especiaisdas seções de torre podem exceder muitas dezenas de milhares de dólarespor turbina eólica. De acordo, os custos com o transporte de grandes torrestubulares de aço podem servir também para eliminar ou prejudicar o desen-volvimento de locais de outra forma viáveis para as turbinas eólicas.

As torres da turbina eólica tubular convencionais podem exceder65 metros em altura e possuem diâmetros de rotor excedendo 70 metros (oucomprimentos de rotor de lâmina da ordem de 35 metros). O uso de diâme-tros de rotor ainda maiores com alturas crescentes de turbina apresenta ou-tros desafios para a indústria. Diâmetros maiores de rotor com alturas maio-res são benéficos visto que a energia maior das velocidades eólicas meno-res pode ser capturada e transferida para a turbina por tempo unitário. Noentanto, os diâmetros de rotor maiores com maiores alturas tendem a resul-tar em maiores vibrações induzidas por vento por toda a estrutura de turbinaeólica e, em particular, à torre que suporta a turbina eólica. As vibrações in-duzidas por vento - em particular, as vibrações lateral e de torção ressonan-tes sofridas na torre - podem se tornar caras à medida que a altura da turbi-na se aproxima ou excede 80 a 100 metros com diâmetros de rotor exce-dendo 70 metros.

Para controlar os problemas estruturais que podem surgir atra-vés das vibrações ressonantes, os projetistas de turbina eólica são freqüen-temente forçados a dimensionar a turbina para velocidades de vento maisbaixas, limitar o diâmetro máximo do rotor ou reduzir a altura da torre. Cadauma dessas opções reduz, no entanto, a eficiência econômica geral de cadaturbina eólica. Os projetistas também tentaram evitar as vibrações ressonan-tes pela mudança da rigidez da torre - por exemplo, aumentando a rigidez datorre através do aumento da massa da torre. Visto que a massa da torre au-menta geralmente de forma exponencial com a altura da torre, no entanto, ocusto de construção também aumenta de forma exponencial, diminuindo,assim, as vantagens econômicas buscadas através do posicionamento dosrotores da turbina de maior comprimento a alturas maiores.

Sumário da Invenção

A presente invenção engloba muitas das dificuldades previamen-te discutidas e fornece uma torre estrutural possuindo um equilíbrio mais queideal entre as propriedades estruturais - por exemplo, rigidez de dobra e tor-ção e amortecimento - e peso, permitindo, dessa forma, o desenvolvimentode fazendas de turbinas eólicas economicamente viáveis possuindo um mai-or rendimento de energia por custo unitário. Os benefícios da presente in-venção são vários, e incluem uma redução no custo da energia através deuma redução no custo da torre, transporte, e montagem. Os benefícios in-cluem adicionalmente uma geração mais eficiente de eletricidade através douso de turbinas maiores possuindo comprimentos de rotor maiores posicio-nados em elevações ainda maiores. Esses benefícios reduzem o custo decaptação da energia eólica e permitem instalações de fazenda de turbinaseólicas mais econômicas em mais locais que com as torres tubulares con-vencionais e, dessa forma, reduzem a dependência de fontes de energia nãorenováveis. Cada um dos benefícios é, adicionalmente, realizado indepen-dentemente de se as estruturas de turbina eólica são construídas indivídu-os almente ou em grandes números, em terra ou no mar. Reduções de custoadicionais através do uso das torres de estrutura espacial da presente in-venção surgem através da eliminação do engarrafamento de transporte as-sociado com as torres tubulares convencionais. A capacidade de utilizar tur-binas de capacidade muito maior melhora adicionalmente a economia deescala.

A presente invenção inclui uma torre estrutural amortecida pos-suindo uma construção de estrutura espacial em uma ou mais seções oubaias da torre que inclui uma pluralidade de elementos longitudinais direcio-nados para cima e uma pluralidade de elementos diagonais interconectandoos elementos longitudinais, onde pelo menos um dos elementos longitudinale diagonal ou, alternativamente, um elemento horizontal, é um elemento deamortecimento - por exemplo, um elemento longitudinal, diagonal ou hori-zontal que inclui um amortecedor ou dispositivo similar para amortecer a e-nergia vibracional. Em uma modalidade, a torre estrutural inclui pelo menosum elemento de amortecimento possuindo um fluido viscoso. Em uma moda-lidade adicional, a torre estrutural inclui pelo menos um elemento de amorte-cimento possuindo um material viscoelastico ou tipo borracha. Em ambas asmodalidades, as tensões de cisalhamento que ocorrem no fluido viscoso oumaterial viscoelastico ou tipo borracha afetam o amortecimento da energiavibracional. Ver, por exemplo, Chopra, Anil K., "Dynamic of Structures",Prentice-Hall (2001) para uma discussão do efeito de amortecimento nasestruturas que vibram perto das freqüências ressonantes.

Como será aparente através da descrição da presente invenção,os elementos de amortecimento descritos aqui incluem geralmente um amor-tecedor e um elemento de mola construído de forma integral. O elemento demola (por exemplo, uma viga de aço, alumínio ou viga composta) fornecerigidez ao elemento de amortecimento para o elemento de amortecimento eo amortecedor (por exemplo, um amortecedor viscoso ou hidráulico) servepara amortecer a energia vibracional. Várias modalidades de elemento deamortecimento descritas aqui incluem ambos os elementos de mola e amor-tecedor como uma unidade integral e operando em paralelo. Deve-se apre-ciar, no entanto, que os elementos de amortecedor e de mola podem serconstruídos de forma não integral - por exemplo, podem ser construídos edispostos em uma ou mais baias da torre e aparecem substancialmente ladoa lado ou substancialmente perpendiculares um ao outro. Mais especifica-mente, a última modalidade contempla o posicionamento de um amortecedorpor exemplo, um absorvedor de choque de fluido - perto de um elementode mola (ou elemento de não amortecedor) tal como uma viga de aço. Vá-rias modalidades dó acima exposto são descritas abaixo com referência aosdesenhos em anexo.

Por exemplo, em uma modalidade de um elemento de amorte-cimento, um elemento de amortecimento de fluido viscoso inclui um primeiroelemento diagonal possuindo primeira e segunda extremidades configuradaspara interconectar um par de elementos longitudinais, um segundo elementodisposto dentro do primeiro possuindo uma primeira extremidade conectadaa uma extremidade do primeiro elemento, e um amortecedor viscoso ou hi-dráulico conectado de forma operacional a uma segunda extremidade dosegundo elemento. Em uma modalidade, o amortecedor viscoso ou hidráuli-co inclui um cilindro, um pistão engatado de forma deslizante dentro do cilin-dro, e um elemento de conexão possuindo uma primeira extremidade conec-tada ao pistão e uma segunda extremidade conectada à segunda extremi-dade do segundo elemento. Para fins de esclarecimento, o termo elementoamortecedor de fluido viscoso ou simplesmente elemento de amortecimentoviscoso se refere geralmente a um elemento diagonal, longitudinal ou hori-zontal de uma torre estrutural de estrutura espacial compreendendo um a-mortecedor fluido, ou, mais especificamente e por meio de exemplo, um a-mortecedor fluido viscoso ou hidráulico ou um amortecedor de ar para efetu-ar o amortecimento da energia vibracional. Os termos amortecedor viscosoou amortecedor hidráulico são utilizados de forma intercambiável aqui e sereferem geralmente a um dispositivo amortecedor possuindo um fluido vis-coso para dissipar a energia vibracional. De forma similar, um amortecedorde ar se refere a um dispositivo amortecedor onde o ar ou um gás similarage como um fluido de trabalho para dissipar a energia vibracional.

Como outro exemplo, em uma modalidade de um elemento deamortecimento, um elemento de amortecimento viscoelástico inclui primeiroe segundo elementos tubulares com cada elemento possuindo uma primeiraextremidade e uma segunda extremidade e com o primeiro elemento tubularsendo disposto dentro do segundo elemento tubular. O primeiro elementotubular possui um primeiro padrão de fibras de reforço disposto em uma pri-meira matriz, e o segundo elemento tubular possui um segundo padrão defibras de reforço disposto em uma segunda matriz. Um material viscoelásticoé disposto entre os primeiro e segundo padrões de fibras de reforço. Emuma modalidade, um primeiro conector é disposto nas primeiras extremida-des dos primeiro e segundo elementos tubulares e um segundo conector édisposto nas segundas extremidades dos primeiro e segundo elementos tu-bulares, com os conectores sendo configurados para interconectar um parde elementos longitudinais. Para fins de esclarecimento, o termo elementode amortecimento viscoelástico se refere geralmente a um elemento diago-nal, longitudinal ou horizontal de uma torre estrutural de estrutura espacialcompreendendo um amortecedor não fluido ou, mais especificamente, e pormeio de exemplo, um material viscoelástico ou tipo borracha para efetuar oamortecimento da energia vibracional.

Como utilizado aqui, o termo amortecedor se refere geralmentea um dispositivo que efetua o amortecimento ou dissipação da energia devibração, e pode incluir um ou ambos os dispositivos fluidos e não fluidospara dissipação de energia através, por exemplo, de tensões de cisalhamen-to apresentadas nos dispositivos fluidos e não fluidos - por exemplo, fluidoou material hidráulico ou viscoso, respectivamente. Os versados na técnicaapreciarão, obviamente, que um amortecedor, em seu sentido mais geral, serefere a qualquer dispositivo para dissipação de energia ou efetuação deamortecimento em um sistema vibracional. De acordo, e como outro pontode esclarecimento, o termo elemento de amortecimento se refere geralmentea um elemento diagonal, longitudinal ou horizontal de uma torre estrutural deestrutura espacial que inclui um amortecedor como o termo é utilizado emseu sentido mais geral.

Em uma modalidade da torre, um ou mais elementos de amorte-cimento são dispostos de forma diagonal e interconectam elementos longitu-dinais adjacentes. Em uma segunda modalidade, um ou mais elementos deamortecimento são dispostos longitudinalmente e interconectam elementoslongitudinais adjacentes. Em uma terceira modalidade, um ou mais elemen-tos de amortecimento são dispostos horizontalmente e interconectam ele-mentos longitudinais e diagonais adjacentes. Em uma modalidade adicional,um ou mais elementos de amortecimento ou, alternativamente, conjuntos deamortecedor são conectados de forma operacional a elementos de amplifi-cação, que servem para amplificar pequenos deslocamentos em vários ele-mentos da torre em deslocamentos relativamente grandes dos elementos deamortecimento ou conjuntos de amortecedor. Em outras modalidades, váriascombinações de elementos de amortecimento substituem um ou mais dosvários elementos longitudinais, diagonais ou horizontais que compreendemuma torre estrutural possuindo uma construção de baia única ou uma cons-trução de estrutura espacial de múltiplas baias.

A presente invenção inclui adicionalmente uma torre estruturalpossuindo uma pluralidade de elementos longitudinais direcionados paracima e uma pluralidade de elementos diagonais interconectando os elemen-tos longitudinais, onde a pluralidade de elementos longitudinais e a plurali-dade de elementos diagonais são dispostos e interconectados em uma con-figuração de baia única ou múltipla se estendendo para cima presa utilizan-do-se pinos que conectam os elementos longitudinais aos elementos longi-tudinais adjacentes ou elementos diagonais adjacentes. A torre estruturalinclui pelo menos três elementos longitudinais direcionados para cima espa-çados substancialmente de forma eqüidistante em torno de um eixo geomé-trico longitudinal. Em uma modalidade, os elementos diagonais interconec-tam cada par adjacente de pelo menos três elementos longitudinais direcio-nados para cima. Em uma modalidade adicional, as juntas de pino são utili-zadas para interconectar as extremidades de cada elemento diagonal aospares adjacentes correspondentes de elementos longitudinais. Em modali-dades adicionais, cada extremidade dos elementos diagonais inclui um ele-mento de flange possuindo uma abertura dimensionada e configurada parareceber de forma justa o pino, enquanto os pares adjacentes corresponden-tes de elementos longitudinais incluem, cada um, elementos de flange cor-respondentes possuindo aberturas dimensionadas e configuradas para re-ceber de forma justa o pino.

A presente invenção inclui adicionalmente um método de mon-tagem de uma torre estrutural possuindo uma construção de estrutura espa-cial compreendendo as etapas de fornecimento de primeiras pluralidades deelementos longitudinais e diagonais e uma fundação para a torre estrutural,a fundação possuindo uma pluralidade de elementos de suporte configura-dos para receber uma extremidade dos elementos longitudinais. Uma extre-midade de cada um dentre a primeira pluralidade de elementos longitudinaisé presa a um elemento correspondente dentre a pluralidade de elementos desuporte, e os elementos longitudinais são propriamente ditos interconecta-dos por elementos diagonais, onde a pluralidade de elementos longitudinaise a pluralidade de elementos diagonais são dispostos e interconectados emuma configuração de baia se estendendo ascendentemente.

Em uma modalidade, etapas adicionais de construção da torreincluem o fornecimento de segundas pluralidades de elementos longitudinaise diagonais. As extremidades da segunda pluralidade de elementos longitu-dinais são conectadas às extremidades correspondentes da primeira plurali-dade de elementos longitudinais, e a segunda pluralidade de elementos lon-gitudinais é interconectada pela segunda pluralidade de elementos diago-nais, onde as pluralidades de primeiro e segundo elementos longitudinais eas pluralidades dos primeiro e segundo elementos diagonais são dispostas einterconectadas em uma configuração de múltiplas baias se estendendo as-cendentemente.

As características de qualquer uma das modalidades menciona-das acima podem ser utilizadas em combinação uma com a outra de acordocom a presente invenção. Adicionalmente, outras características e vanta-gens da presente invenção se tornarão aparentes aos versados na técnicaatravés de consideração da descrição, dos desenhos em anexo e das reivin-dicações em anexo.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 ilustra uma vista em perspectiva de uma torre estrutu-ral da presente invenção possuindo um conjunto de turbina eólica montadona mesma;

A figura 2 ilustra uma vista em perspectiva de uma seção debaia da torre estrutural da presente invenção ilustrada na figura 1;

A figura 3 ilustra uma vista aproximada de uma seção de juntatípica da seção de baia ilustrada na figura 2;

A figura 4 ilustra uma vista explodida e parcialmente recortadade uma construção de junta no sentido do comprimento entre dois elementoslongitudinais ilustrados na figura 3;

A figura 5 ilustra uma vista explodida e parcialmente recortadade uma construção de junta no sentido do comprimento e diagonal entre doiselementos longitudinais e um elemento diagonal;

A figura 6 ilustra uma vista dos componentes explodidos da figu-ra 5 na forma totalmente montada;

A figura 7 ilustra uma vista lateral da seção de baia cilíndrica datorre estrutural da presente invenção ilustrada na figura 1 com uma turbinaeólica fixada à mesma;

A figura 8 ilustra uma vista recortada em perspectiva de um con-junto conector fixado a uma longarina composta;

A figura 9 ilustra uma longarina composta da presente invençãoutilizada como um elemento longitudinal;

A figura 10 ilustra uma longarina composta da presente invençãoutilizada como um elemento horizontal;

A figura 11 ilustra uma vista recortada em perspectiva de umconjunto conector fixado a uma longarina de amortecimento composta;

A figura 12 ilustra uma vista recortada em perspectiva de umconjunto de conector fixado a uma longarina de amortecimento compostaalternativa;

A figura 13 ilustra uma vista recortada de uma alternativa para alongarina de amortecimento composta da presente invenção;

A figura 14 ilustra uma vista recortada de uma segunda alternati-va para a longarina de amortecimento composta da presente invenção;

A figura 15 ilustra uma vista recortada de uma longarina de a-mortecimento viscosa;

A figura 16 ilustra uma vista recortada de uma longarina de a-mortecimento viscosa alternativa;

A figura 17 ilustra uma vista recortada de uma longarina de a-mortecimento viscosa alternativa;

A figura 18 ilustra uma vista em perspectiva de um conjunto debaia alternativo possuindo ambos os elementos diagonais de amortecimentoe não amortecimento;

A figura 19 ilustra uma vista em perspectiva de um conjunto debaia alternativo possuindo ambos os elementos diagonais de amortecimentoe não amortecimento;

A figura 20 ilustra uma vista em perspectiva de um conjunto debaia alternativo possuindo ambos os elementos diagonais de amortecimentoe não amortecimento, e elementos de amplificação de amortecimento;

As figuras 21a e b ilustram o princípio da operação dos elemen-tos de amplificação ilustrados na figura 20;

A figura 22 ilustra uma vista em perspectiva de um conjunto debaia alternativo possuindo ambos os elementos diagonais de amortecimentoe não amortecimento, e elementos de amplificação de amortecimento;

A figura 23 ilustra uma torre tubular convencional possuindo lon-garinas de amortecimento da presente invenção substituída por uma seçãode baia de tubo de aço;

A figura 24 ilustra uma vista aproximada das longarinas de amor-tecimento ilustradas na figura 23;

A figura 25 ilustra um conjunto de baia alternativo para uso coma presente invenção; e

A figura 26 ilustra uma conexão de pino alternativa para uso corria presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

Geralmente, a presente invenção se refere a uma torre estruturalcompreendendo uma estrutura espacial que é adequada para aplicações dealtas elevações e carga pesada. Em maiores detalhes, a presente invençãose refere a uma torre estrutural compreendendo uma estrutura espacial epossuindo elementos de amortecimento para amortecer as vibrações resso-nantes e outras vibrações induzidas, por exemplo, pela operação normal daturbina eólica e em resposta a cargas de vento extremas. A presente inven-ção se refere adicionalmente a aplicações de turbina eólica, onde a turbinaeólica é elevada a alturas que se aproximam de 80 a 100 metros ou mais eonde os diâmetros de rotor se aproximam de 70 metros ou mais. Detalhesdas modalidades ilustrativas da presente invenção são apresentados abaixo.

A figura 1 ilustra uma vista em perspectiva de uma modalidadede uma torre estrutural 10 da presente invenção. A torre estrutural 10 com-preende uma pluralidade de seções de estrutura espacial também comu-mente chamadas de conjuntos ou seções 12, 13, 19 que são montados, umem cima do outro, até a altura desejada da torre estrutural 10. O conjunto debaixa mais inferior 13 da torre estrutural 10 é preso a uma fundação 11. Atorre estrutural 10 possui uma turbina eólica de eixo geométrico horizontal 14posicionada em cima do conjunto de baia mais superior 19, apesar de umaturbina de eixo geométrico vertical poder ser igualmente bem posicionadaem cima da torre. Uma ou mais torres estruturais 10 também podem ser co-nectadas juntas para suportar a turbina eólica ou múltiplas turbinas eólicas.

Uma seção de baia tipo tubo convencional 55 conecta a turbina eólica 14 aoconjunto de baia mais superior 19, mas a turbina eólica 14 também pode serconectada ao conjunto de baia mais superior 19 utilizando-se conexõesprontamente conhecidas dos versados na técnica como descrito abaixo. Aturbina eólica 14 transporta uma pluralidade de lâminas 16 que giram deforma típica em resposta ao vento. A rotação das lâminas 16 aciona um ge-rador (não ilustrado) que é integral com a turbina eólica 14 e tipicamente uti-lizado para gerar eletricidade. Os versados na técnica apreciarão, no entan-to, que a turbina eólica pode ser utilizada para outras finalidades, tal como,por exemplo, acionar uma bomba para bombeamento de água ou um acio-nador de moinho para moer grãos.

Em uma modalidade, a torre estrutural 10 da presente invençãotem uma turbina eólica convencional 14 de capacidade de 1,5 MW e lâminas16 posicionadas na mesma, com a torre se estendendo a oitenta ou cemmetros ou mais de altura acima da fundação 11. Cada seção de baia indivi-dual 12 tem três a oito metros de comprimento, apesar de o comprimento decada seção de baia individual 12 poder variar ao longo do comprimento datorre estrutural 10 e, em particular, na direção da base da torre estrutural 10onde as seções de baia possuem tipicamente um diâmetro maior do que asposicionadas perto do topo da torre. O diâmetro de cada seção de baia indi-vidual 12 tem de três a quatro metros de comprimento ao longo das seçõesintermediária e superior da torre e aumentará tipicamente para cerca de oitoa doze metros na fundação 11. Diâmetros de seção de baia maiores ou me-nores são contemplados à medida que a altura geral da torre aumenta oudiminui, respectivamente, e dependerá da aplicação pretendida e da cargaesperada na torre. Uma modalidade ilustrativa de uma seção de baia 12 tira-da da parte superior da torre estrutural 10 é doravante descrita com ênfaseem particular fornecida às aplicações de turbina eólica onde a turbina eólicaé elevada para alturas que se aproximam de cem metros ou mais e onde osdiâmetros de rotor se aproximam de setenta metros ou mais. A descrição daseção de baia ilustrativa se aplica geralmente a cada seção de baia da torreestrutural, apesar de os versados na técnica reconhecerem determinadasvariações em construção e montagem que podem ser incorporadas emqualquer seção de baia em particular da torre.

A figura 2 ilustra uma vista em perspectiva de uma seção debaia típica 12 da torre estrutural 10. Em uma modalidade, cada uma das se-ções de baia 12 inclui uma pluralidade de elementos longitudinais 20 se es-tendendo substancialmente de forma vertical e disposta e espaçada de for-ma substancialmente eqüidistante em um perímetro circular centralizado emtorno de um eixo geométrico central da torre estrutural 10. Os elementoslongitudinais 20 são tipicamente o comprimento da seção de baia individual12, ou em torno de três a oito metros de comprimento, dependendo da posi-ção da seção de baia ao longo do comprimento da torre estrutural 10. Emoutras modalidades, os elementos longitudinais individuais podem abrangemos comprimentos de duas ou mais seções de baia, reduzindo, assim, o nú-mero de conexões longitudinal para longitudinal nas seções de baia adjacen-tes. Os elementos longitudinais 20 são tipicamente construídos a partir deaço de alta resistência e são ocos e quadrados em seção transversal, ape-sar das geometrias transversais redondas, anguladas, de feixe em I e canalem C ou similares também serem contempladas. As dimensões transversaistípicas dos elementos longitudinais transversais quadrados 20 são de 25,4por 25,4 cm (10 por 10 polegadas), com a espessura de parede de cada e-lemento sendo de 1,27 a 1,90 cm (1/2 a 3/4 polegadas), e em uma modali-dade cerca de 1,58 cm (5/8 polegadas). Os materiais tal como alumínio ecompostos fornecem alternativas adequadas para a construção dos elemen-tos longitudinais 20. Por exemplo, em uma modalidade alternativa, os ele-mentos longitudinais são construídos a partir de materiais compostos quesão circulares em seção transversal com um diâmetro transversal da ordemde 25,4 cm (10 polegadas), e uma espessura de parede da ordem de 2,54 a5,08 cm (1 a 2 polegadas).

Com referência ainda à figura 2, os elementos longitudinais 20são interconectados por uma pluralidade de elementos horizontais 22 que seestendem substancialmente de forma horizontal entre os pares adjacentesde elementos longitudinais 20. Em uma modalidade, os elementos horizon-tais 22 interconectam pares de elementos longitudinais sucessivos 20 daseção de baia 12 em ambas as disposições poligonal 23 e de baia cruzada25, apesar de a disposição poligonal 23 poder ser utilizada sem a utilizaçãoda disposição de baia cruzada 25 e vice-versa. Um elemento anular rígido(não ilustrado), tal como o anel de aço, possuindo um diâmetro substancial-mente igual ao espaçamento diamétrico dos elementos longitudinais forneceuma alternativa adequada para, ou pode complementar, o uso dos elemen-tos horizontais 22. Em qualquer caso, os elementos horizontais 22, ou o e-lemento anular, são conectados aos elementos longitudinais 20 utilizandoparafusos, pinos (por exemplo, como discutido abaixo) ou por solda. Emuma modalidade, os elementos horizontais 22 são construídos utilizando açode alta resistência, mas materiais tal como alumínio e compostos servemcomo alternativas adequadas. Por exemplo, os elementos horizontais 22podem ser construídos utilizando-se vigas anguladas de alta resistênciapossuindo dimensões laterais da ordem de 5,08 a 10,16 cm (2 a 4 polega-das) de largura e espessura de ordem de 0,95 a 1,27 cm (3/8 a 1/5 polega-das). Alternativamente, os elementos horizontais 22 podem ser construídosutilizando-se materiais tipo aço, alumínio ou compostos de qualquer formatotransversal adequado, tal como circular, quadrado, em forma de viga em I oucanal em C como será compreendido pelos versados na técnica.

Com referência ainda à figura 2, elementos diagonais 26 se es-tendem de forma diagonal entre pares adjacentes de elementos longitudinais20. Os elementos diagonais 26 interconectam pares de elementos longitudi-nais sucessivos 20 em torno do perímetro de cada seção de baia 12. Os e-lementos diagonais 26 possuem tipicamente entre três e oito metros decomprimento e são orientados em um ângulo de aproximadamente trinta asessenta graus com relação aos elementos longitudinais adjacentes 20. Porfim, o comprimento de cada elemento diagonal 26 dependerá do comprimen-to dos elementos longitudinais adjacentes 20 que o elemento diagonal 26conecta, o espaçamento dos elementos longitudinais adjacentes e o ângulode orientação que o elemento diagonal cria com relação aos elementos lon-gitudinais 20. Por exemplo, os comprimentos dos elementos diagonais 26incluídos nas seções de baia 12 localizadas na direção da base da torre 10aumentarão com relação aos comprimentos dos elementos diagonais 26incluídos nas seções de baia 12 localizadas perto do topo da torre estrutural10. Os elementos diagonais 26 são construídos tipicamente a partir de açode alta resistência e são ocos e quadrados em seção transversal, apesar degeometrias transversais redondas, anguladas, de feixe em I e canal em C ousimilares também são contempladas. As dimensões transversais típicas doselementos diagonais transversais quadrados 20 são de 25,4 por 25,4 cm (10por 10 polegadas), com a espessura de parede de cada elemento sendo de1,27 a 1,90 cm (1/2 a 3/4 polegadas), e em uma modalidade de cerca de1,58 cm (5/8 polegadas) de espessura. Os materiais tais como alumínio emateriais compostos fornecem alternativas adequadas para a construçãodos elementos diagonais 26. Por exemplo, em uma modalidade alternativa,os elementos diagonais são construídos de materiais compostos que sãocirculares em seção transversal com um diâmetro de seção transversal daordem de 25,4 cm (10 polegadas) e uma espessura de parede da ordem de2,54 a 5,08 cm (1 a 2 polegadas).A descrição acima com relação à figura 2 se aplica a uma seçãode baia 12 compreendendo a metade superior da torre estrutural ilustrada nafigura 1. A descrição é, no entanto, geralmente aplicável aos componentessimilares que compreendem seções de baia que compreendem a metadeinferior da torre. As diferenças, se existir alguma, são geralmente limitadas àgeometria da seção de baia em particular. Em uma modalidade, por exem-plo, as seções de baia compreendendo a extremidade inferior da torre estru-tural 10 incluem elementos horizontais relativamente mais longos 22 paraacomodar os diâmetros relativamente maiores de cada seção de baia à me-dida que a base da torre adjacente à fundação 11 se aproxima. De formasimilar, o comprimento dos elementos diagonais 26 também aumentará paraacomodar os diâmetros relativamente maiores de cada seção de baia, ou,consistente com isso, o espaçamento relativamente maior entre os paresadjacentes de elementos longitudinais 20. Adicionalmente, os elementoslongitudinais 20 são, em uma modalidade, posicionados em um ângulo levecom relação a um eixo geométrico central da torre estrutural 10 de forma aacomodar um aumento gradual no diâmetro de cada seção de baia 12 à me-dida que a fundação 11 se aproxima. Adicionalmente, os elementos longitu-dinais 20 são presos à fundação 11 utilizando-se uma série de elementos deplaca ou suporte (não ilustrados). Os elementos de placa ou suporte sãoaparafusados ou de outra forma fixados à fundação 11. As extremidadesinferiores dos elementos longitudinais conectados à fundação são presasaos elementos de placa ou suporte por solda das extremidades inferioresdiretamente aos elementos de placa ou suporte ou por solda dos elementosde flange (não ilustrados) às extremidades inferiores e então aparafusamen-to dos elementos de flange aos elementos de placa ou suporte. Os versadosna técnica reconhecerão outras formas adequadas de se prender as extre-midades inferiores aos elementos de placa ou suporte, tal como através douso de um pino em conjunto com uma junta no sentido do comprimento, aconstrução do qual é discutida em detalhes abaixo.

Como os versados na técnica apreciarão, o número exato deseções de baia individuais e as dimensões precisas de cada seção de baia -ou a variação, se existir alguma, nas dimensões dos vários elementos quecompreendem cada seção de baia ao longo do comprimento da torre estru-tural 10 - podem variar dependendo da aplicação pretendida, das cargasesperadas ou antecipadas devido a vento ou outras fontes, ou o desejo dese mudar uma ou mais freqüências ressonantes pela variação da rigidez datorre. Em uma modalidade, no entanto, cada seção de baia ao longo docomprimento da torre estrutural é idêntica a cada outra das seções de baia,significando que todos os elementos longitudinais 20 são iguais ou quaseiguais ao outro, todos os elementos diagonais 26 são iguais ou quase iguaisaos outros, e todos os elementos horizontais 22 são iguais ou quase iguaisaos outros. Adicionalmente, e como descrito acima, os versados na técnicaapreciarão que os vários elementos que compreendem cada seção de baia -isto é, elementos longitudinais, diagonais e horizontais - podem ser omitidosou incluídos e construídos utilizando-se aço, alumínio ou materiais compos-tos, por exemplo, ou combinações dos mesmos possuindo várias geometriastransversais. Por exemplo, a adição de elementos diagonais adicionais podepermitir a remoção de um ou mais dos elementos horizontais e longitudinais.

A seleção específica dos elementos de componente, seu material de cons-trução e sua geometria transversal pode, no entanto, depender de seu posi-cionamento na torre estrutural. Por exemplo, as tensões e cargas sofridaspelos vários elementos perto do topo da torre podem ser menores do que assofridas por vários elementos perto da base da torre, permitindo, assim, queos elementos perto do topo da torre tenham, por exemplo, geometrias trans-versais menores ou espessuras de parede menores, ou sejam construídos apartir de materiais que exibem resistências finais ou rendimento comparati-vamente reduzido.

Tendo descrito determinadas características dos vários elemen-tos de componente que compreendem uma ou mais modalidades da torreestrutural 10 da presente invenção, a descrição prossegue aqui com umadescrição de um dispositivo novo de fixação dos elementos de componenteum ao outro utilizando pinos. As figuras 3 e 4 ilustram, por exemplo, umamodalidade de uma seção de junta 30 ilustrando a interseção de um conjun-to de elementos longitudinais 20, elementos horizontais 22 e elementos dia-gonais 26. Os elementos longitudinais 20 são presos juntos em cada juntano sentido de comprimento 31 por um pino 32 se estendendo através dasextremidades macho 34 e fêmea 36 correspondentes da junta no sentido decomprimento 31. O pino 32 tem em uma modalidade 10,16 cm (4 polega-das), de diâmetro e construído a partir de aço. Com referência à figura 4, opino 32 se estende através de um par de seções tubulares 33 (apenas umaé ilustrada na figura) possuindo tolerâncias diamétricas combinadas de for-ma muito aproximada com o pino 32. Um elemento de lingüeta 37 da extre-midade macho 34 da junta no sentido de comprimento 31 é intercalado entreas seções de tubo 33. As seções de tubo 33 são em uma modalidade apa-radas na borda dianteira 38 para facilitar a inserção do elemento de lingüeta37. O elemento de lingüeta 37 possui uma abertura 35 que é dimensionadatambém para combinar de perto com o diâmetro do pino 32. Quando a juntano sentido do comprimento 31 é montada, o par de seções de tubo 33 impe-dem ou minimizam o movimento lateral do elemento de lingüeta 37, enquan-to tolerâncias justas entre o diâmetro externo do pino 32 e o diâmetro internodas seções de tubo 33 e a abertura 35 mantêm um encaixe justo na junta nosentido do comprimento 31. Em uma modalidade, a tolerância diamétricaentre o diâmetro externo do pino 32 e o diâmetro interno das seções de tubo33 e abertura 35 pode ser de não mais que 0,07 cm (0,030 polegadas) ondeum pino 32 possuindo um diâmetro de 10,16 cm (4 polegadas) é utilizado.

Com referência novamente à figura 3, cada elemento horizontal22 é preso a um elemento longitudinal adjacente 20 utilizando-se parafusos38 que se estendem através de um elemento de lingüeta 40 que é soldadoao elemento longitudinal 20. Alternativamente, os elementos horizontais 22podem ser soldados diretamente no elemento longitudinal 20 ou presos aoselementos longitudinais utilizando-se qualquer uma das maneiras discutidasacima ou abaixo. As extremidades de cada elemento diagonal 26 são presasa um elemento longitudinal correspondente 20 em uma junta diagonal 41utilizando um pino 42 que se estende através de um par de flanges de ex-tremidade 44 que são formados como uma parte de um conector de junta depino 28. A conexão de pino na junta diagonal 41 é similar à conexão de pinodiscutida acima com relação à junta longitudinal 31. O pino 42 em uma mo-dalidade possui 10,16 cm (4 polegadas), de diâmetro e construído a partir deaço. O pino 42 se estende através do par de flanges de extremidade 44 pos-suindo aberturas com diâmetros que combinam de perto com o diâmetro dopino 42. Intercalado entre os flanges de extremidade 44 encontra-se um e-lemento de lingüeta 46 possuindo uma abertura (não ilustrada) que tambémé dimensionado para combinar de perto dom o diâmetro do pino 42. Quandoa junta diagonal 41 é montada, o par de flanges de extremidade 44 impede omovimento lateral do conector 28, enquanto as tolerâncias justas entre odiâmetro externo do pino 42 e o diâmetro interno dos flanges de extremidade44 e abertura através do elemento de lingüeta 46 mantêm um encaixe justona junta diagonal 41. Em uma modalidade, a tolerância diamétrica entre odiâmetro externo do pino 42 e o diâmetro interno dos elementos de lingüeta44 e abertura é de não mais que 0,07 cm (0,030 polegadas), onde um pinode diâmetro de 10,16 cm (4 polegadas) 42 é utilizado. O elemento de lingüe-ta 46 é, em uma modalidade, soldado ao elemento longitudinal 20. Apesarde um único elemento de lingüeta 46 e flanges de extremidades duplos 44poderem ser utilizados, será aparente que os elementos de lingüeta duplos eum único flange de extremidade no conector 28 também podem ser utiliza-dos para se prender um elemento diagonal 26 a um elemento longitudinalcorrespondente 20.

As figuras 5 e 6 ilustram uma modalidade alternativa de umaseção de junta 130 ilustrando a interseção de um conjunto de elementoslongitudinais 120 e um elemento diagonal 126. Os elementos longitudinais120 são presos juntos em cada junta no sentido do comprimento 131 por umconjunto de pinos 132 se estendendo através das extremidades macho 134e fêmea 136 correspondentes da junta no sentido do comprimento 131. Oconjunto de pino 132 compreende em uma modalidade um elemento de pino150 que inclui partes afuniladas 151 em cada uma das extremidades do e-lemento de pino 150. O conjunto de pino 132 inclui adicionalmente um parde elementos de colar 153 possuindo uma superfície interna 154 configuradapara engatar de forma justa a parte afunilada 151 do elemento de pino 150quando o elemento de colar é totalmente fixado à parte afunilada 151 do e-lemento de pino 150. O conjunto de pino 132 inclui adicionalmente um parde elementos de arruela 155 e um par de parafusos 156 que são configura-dos para aparafusar dentro dos furos rosqueados 157 posicionados nas ex-tremidades do elemento de pino 150. A extremidade macho 134 da junta nosentido do comprimento 131 inclui um elemento de lingüeta 137 possuindouma abertura 135 que é dimensionada para combinar de perto o diâmetro deuma parte não afunilada 158 localizada entre as partes afuniladas 151 doelemento de pino 150. O elemento de pino 150 se estende através de umpar de seções de tubo 133 possuindo tolerâncias diamétricas combinadas deperto com os elementos de colar 153 quando totalmente expandidos. Umafenda no sentido do comprimento 159 é posicionada ao longo do compri-mento de cada elemento de colar 153 para permitir a expansão diamétricado elemento de colar 153 quando totalmente forçado para a parte afunilada151 do elemento de pino 150. Similar ao que foi discutido acima, as seçõesde tubo são em uma modalidade aparadas na borda dianteira 138 para facili-tar a inserção do elemento de lingüeta 137.

Em uma modalidade, a montagem da junta no sentido do com-primento do pino afunilado 131 ocorre como se segue. As extremidades ma-cho 134 e fêmea 136 dos elementos longitudinais 120 são unidas com a a-bertura 135 do elemento de lingüeta 137 posicionada adjacente às seçõesde tubo 133. O elemento de pino 150 é inserido através das seções de tubo133 e da abertura 135 do elemento de lingüeta 137. A tolerância entre a a-bertura 135 e a parte não afunilada 158 do elemento de pino 150 é muitojusta e, em uma modalidade, da ordem de 0,07 cm (0,030 polegadas) oumenos. Em geral, a tolerância é suficientemente justa para exigir que umaprensa (ou martelo) engate a parte não afunilada 158 do elemento de pino150 com a abertura 135 do elemento de lingüeta 137. Os elementos de colar153 são então assentados entre as partes afuniladas 151 do elemento depino 151 e as seções de tubo 133. Em uma modalidade, a superfície interna154 de cada elemento de colar 153 é dimensionada de forma menor que adimensão externa da parte afunilada 151 do elemento de pino 150, impedin-do, dessa forma, a inserção completa do elemento de colar 153 através daparte afunilada 151 do elemento de pino 150. Nessa mesma modalidade, odiâmetro externo do elemento de colar 153 é um pouco menor do que o di-âmetro interno das seções de tubo 133. As arruelas 155 são então localiza-das adjacentes às extremidades do elemento de pino 150 e os parafusos156 inseridos nos furos rosqueados 157. Os parafusos 156 são então ros-queados completamente dentro dos furos rosqueados 157, o que força oselementos de colar 153 sobre as partes afuniladas 151 do elemento de pino150. À medida que cada elemento de colar 153 é forçado para sua parte a-funilada respectiva 151 do elemento de pino 150, a superfície externa doelemento de colar 153 expande contra a superfície interna de seu respectivoelemento de tubo 133.

Com referência agora à figura 6, quando totalmente expandidapelo rosqueamento completo do parafuso 156 para dentro de seu furo ros-queado respectivo 157, a superfície externa de cada elemento de colar 153é engatada de forma justa com a superfície interna da seção de tubo respec-tiva 133, enquanto a superfície interna de cada elemento de colar 154 é en-gatada de forma justa com sua respectiva parte afunilada 151 do elementode pino 150. Em uma modalidade, cada colar inclui adicionalmente uma bor-da interna 160 que se apoia a um lado respectivo 161 do elemento de lin-güeta 137 para auxiliar na prevenção de qualquer movimento lateral do ele-mento de lingüeta 137 com relação às seções de tubo 133 ou extremidadefêmea 136 da junta longitudinal 131. Nas modalidades adicionais, um fixadorrosqueado, tal como Loctite®, pode ser utilizado para prender melhor os pa-rafusos 156 ao elemento de pino 150 ou, alternativamente, solda pode serutilizada para prender permanentemente o conjunto de pino montado 132.

De forma similar à descrição acima, um segundo conjunto de pino 142 podeser utilizado para prender cada elemento diagonal 126 a seu respectivo ele-mento longitudinal 120 em cada junta diagonal 141.

As descrições acima para conexões no sentido do comprimentoe juntas diagonais 31, 41, 131 são ilustrativas das características principaisde utilização de pinos possuindo tolerâncias justas para prender os várioselementos longitudinal e diagonal um ao outro. Os versados na técnica irão,no entanto, apreciar que qualquer junta localizada na torre estrutural é capazde ser presa por conjuntos de pino recém descritos ou variações dos mes-mos. Adicionalmente, os versados na técnica reconhecerão que outros mo-dos de fixação das juntas estão disponíveis. Por exemplo, os flanges podemser soldados a extremidades opostas dos elementos longitudinais, com osflanges conectados um ao outro utilizando uma série de parafusos. Alternati-vamente, os pinos discutidos acima podem ser substituídos utilizando-se osparafusos. Alternativamente novamente, as conexões podem ser criadasutilizando-se soldas, ou uma combinação de soldas, parafusos e pinos. Acaracterística essencial das conexões de junta, independentemente do mé-todo escolhido para se fixar a conexão, é que as juntas sejam justas quandoa conexão for completada. Não pode haver qualquer translação relativa ouapenas uma translação mínima, divisão ou movimento de torção para forade plano ocorrendo entre os vários elementos diagonais, longitudinais e ho-rizontais uma vez conectados em várias juntas e as juntas de pino devemexibir o mesmo mas permitir a rotação dos elementos de conexão em tornodo eixo geométrico central do pino quando a torre está sendo estruturalmen-te carregada.

Com referência novamente à figura 1, a torre estrutural 10 é ilus-trada como possuindo onze conjuntos de baia 12 - por exemplo, um conjuntode baia superior 19, um conjunto de baia inferior 13, e uma série de conjun-tos de baia intermediários 12, que, no sentido amplo, incluem os conjuntosde baia superior e inferior. O conjunto de baia mais inferior 13 possui umdiâmetro relativamente maior do que o conjunto de baia mais superior 19. Osconjuntos de baia superior 12 são menores em diâmetro basicamente paraacomodar a turbina eólica 14 e as lâminas do rotor 16. O diâmetro menordos conjuntos de baia superior permitem a rotação desimpedida das lâminasdo rotor 16 e permite que a combinação de turbina eólica 14 e a lâmina dorotor 16 gire completamente em torno do eixo geométrico central a torre es-trutural 10 para acomodar direções de vento variáveis. O conjunto de baiamais inferior 13 e os adjacentes ou de outra forma próximos do mesmo sãorelativamente maiores em diâmetro para acomodar uma área afeta-das/ocupada maior perto da fundação 11 e, dessa forma, fornecer mais es-tabilidade lateral à torre estrutural 10. De forma similar aos dispositivos parao fornecimento de outra conexão descritos acima, as extremidades mais in-feriores dos elementos longitudinais 20 (120) compreendendo o conjunto debaia mais inferior 13 podem ser presas à fundação 11 utilizando-se soldas,parafuso ou juntas de pino - por exemplo, as extremidades mais inferioresdos elementos longitudinais 20 (120) são presas aos elementos de lingüeta(não ilustrados) que se estendem ascendentemente a partir da fundação 11utilizando-se os mesmos dispositivos de conexão descritos acima para aseção de junta no sentido de comprimento 31 (131).

Com referência agora à figura 7, a turbina eólica 14 é presa auma seção de baia cilíndrica tubular convencional 55. A seção de baia cilín-drica 55 é em uma modalidade construída a partir de aço e possui uma plu-ralidade de elementos de lingüeta de aço 37 (137) se estendendo descen-dentemente. Cada um dos elementos de lingüeta 37 (137) é configurado pa-ra interconectar com as extremidades superiores dos elementos longitudi-nais 20 (120) da seção de baia mais superior 19. As conexões são feitasutilizando-se soldas, parafusos ou os mesmos dispositivos de conexão depino descritos acima para a seção de junta no sentido do comprimento 31(131). A turbina eólica 14 é presa de forma rotativa à seção de baia cilíndrica55 utilizando-se dispositivos padrão ou sistemas de conexão padrão conhe-cidos pelos versados na técnica para fixação de turbinas eólicas a torres tu-bulares convencionais.

Como discutido acima, o uso de materiais além do aço paraconstrução de vários elementos que compreendem a torre estrutural 10 podeser vantajoso, particularmente com relação aos elementos diagonais e longi-tudinais que compreendem as seções de baia 12 perto do topo da torre. Ouso de materiais compostos, por exemplo, para construção dos elementosdiagonais ou horizontais reduz substancialmente o peso da torre e pode alte-rar as características de rigidez e, dessa forma, as freqüências ressonantesassociadas com a torre. Com referência à figura 8, uma modalidade de umelemento diagonal composto 226 da presente invenção é descrito, juntamen-te com os dispositivos de fixação de tal elemento diagonal 226 aos respecti-vos elementos longitudinais adjacentes. O elemento diagonal 226 é ilustradopossuindo um conector 27 da presente invenção fixado em uma extremida-de. O elemento diagonal 226 inclui um elemento tubular 60 de material com-posto. Um conector 27 é preso em ambas as extremidades do elemento tu-bular 60. O conector 27 inclui uma manga interna 62 e uma manga externa64. A manga interna 62 fornece uma superfície de contato externa 66 em umdiâmetro externo 67 da manga. De forma similar, a manga externa 64 forne-ce uma superfície de contato interna 68 e um diâmetro interno 69 da manga.O elemento tubular 60 também fornece uma superfície de contato interna 70e uma superfície de contato externa 71 em ambas as extremidades do ele-mento tubular 60. As dimensões da manga interna 62, da manga externa 64e do elemento tubular 60 são selecionadas para criar um encaixe por interfe-rência entre o conector 27 e o elemento tubular 60 quando montado comodescrito abaixo. Em uma modalidade, o diâmetro da superfície de contatointerna 70 do elemento tubular 60 tem cerca de 25,4 cm (10 polegadas), en-quanto o diâmetro da superfície de contato externa 71 do elemento tubular60 tem cerca de 29,21 cm (11,5 polegadas), resultando em uma espessurade parede de cerca de 3,81 cm (1,5 polegadas). Nessa modalidade, umatolerância negativa de cerca de 0,25 a 0,53 cm (0,010 a 0,020 polegadas) épreferida. Consistente com os diâmetros da superfície de contato acima, en-tão, o diâmetro interno 69 da manga externa tem, em uma modalidade, cer-ca de 29,15 a 29,18 cm (11,48 a 11,49 polegadas), enquanto o diâmetro ex-terno 67 da manga interna 62 tem cerca de 25,42 a 25,45 cm (10,01 a 10,02polegadas). O comprimento do elemento tubular 60 da torre estrutural 10nessa modalidade varia de cerca de três a cerca de oito metros, dependen-do de sua localização na torre. O comprimento axial 61 para cada superfíciede contato 66, 68, 70, 71 nessa modalidade é de cerca de 10,16 a cerca de15,24 cm (4 a 6 polegadas). As dimensões acima são utilizadas nessa mo-dalidade para elementos diagonais 226 posicionados nos conjuntos de baiasuperior para a torre estrutural 10. As dimensões podem, no entanto, au-mentar ou diminuir dependendo da altura, diâmetro e carga esperada ou dascondições operacionais para qualquer aplicação particular da torre estrutural.

Um método de montagem do conector 27 a um elemento tubularcomposto 60 é descrito como se segue. A manga externa 64 é aquecida auma temperatura suficientemente alta para expandir a superfície de contatointerna 68 de modo a receber a superfície de contato externa 71 do elemen-to tubular 60. De forma similar, a manga interna 62 é resfriada para umatemperatura suficientemente baixa para encolher a superfície de contato ex-terna 66 de modo a receber a superfície de contato interna 70 do elementotubular 60. Em uma modalidade, a manga externa 64 é aquecida a umatemperatura de cerca de 148°C (300°F), que é alta o suficiente para realizara expansão desejada da superfície de contato interna 68, mas não tão altade forma a causar danos à matriz composta do elemento tubular 60 quandoa manga e o elemento são unidos. Ao mesmo tempo, a manga interna 62 éresfriada a uma temperatura de cerca de -212°C (-350°F). Quando as tem-peraturas desejadas são alcançadas para a manga interna 62 e manga ex-terna 64, os componentes são então unidos e deixados para equilibrar àtemperatura ambiente. Uma vez que a temperatura se equilibra, as mangasexterna e interna se prendem ao elemento tubular composto 60 com pressãoou tensão radial muito alta, formando um encaixe de interferência nas super-fícies de contato capazes de transmitir cargas tremendas em ambas a com-pressão e tensão.

Uma modalidade do conector 27 inclui uma parte de virola seestendendo para fora 76 na manga interna 62 e uma parte de virola se es-tendendo para dentro 77 na manga externa 64. A parte de virola 76 na man-ga interna 62 se estende sobre a região de parede circunferencial 78 do e-lemento tubular 60. De forma similar, a parte de virola 77 da manga externa64 se estende aproximadamente pela mesma distância que a parte de virola76 da manga interna 62, mas na direção oposta. As partes de virola sobre-postas 76, 77 das mangas interna e externa 62, 64 servem para distribuirmelhor as cargas de fricção entre as superfícies de contato interna e externado elemento tubular 60 quando o elemento diagonal composto 226 é coloca-do sob tensão. Similar aos dispositivos para o fornecimento das conexõesdescritas acima, os conectores 27 dos elementos diagonais compostos 226são presos aos elementos longitudinais 20 (120) utilizando-se parafusos,soldas ou juntas de pino - por exemplo, dispositivos de conexão descritosacima para as seções de junta diagonal 41 (141).

A descrição acima do uso de elementos tubulares compostos 60na construção da torre estrutural 10 da presente invenção focaliza no uso detais elementos compostos 60 nos elementos diagonais compostos 226. Osmesmos princípios se aplicam de forma geral a ambos os elementos longitu-dinal e horizontal também. Por exemplo, as figuras 9 e 10 ilustram elementostubulares compostos sendo utilizados para se construir elementos longitudi-nais compostos 220 e elementos horizontais compostos 222, respectivamen-te, para alcançar os mesmos benefícios de redução de peso. A substituiçãode elementos compostos por elementos de aço descrita acima pode ser rea-lizada seletivamente por toda a torre estrutural 10 isto é, em qualquer umou mais, ou até mesmo em todos os elementos longitudinais, diagonais ehorizontais, sem se importar com sua localização na torre estrutural 10. Porexemplo, as figuras 9 e 10 ilustram a substituição dos elementos compostossimilar aos elementos compostos diagonais 226 discutidos acima para oselementos longitudinais 20 e elementos horizontais 22 que aparecem em umconjunto de baia típico 12, respectivamente.

Com referência à figura 9, por exemplo, os elementos longitudi-nais compostos 220 são ilustrados como longarinas compostas possuindoconectores de extremidade 225. Os conectores de extremidade são presosaos elementos longitudinais compostos 220 de uma forma similar à descritaacima com relação ao conector de encaixe por interferência 27 para os ele-mentos diagonais compostos 226. Ao invés de se possuir um par de flangesde extremidade 44, no entanto, o conector de extremidade 225 possui umflange 221 que é aparafusado ou soldado a um flange correspondente de umconector de extremidade oposto 225. Alternativamente, o conector de extre-midade 225 inclui configurações de lingüeta macho e fêmea similares àsdescritas acima que permitem a conexão utilizando-se parafusos ou um con-junto de conexão de pino como descrito acima com referência à junta longi-tudinal 31 (131). De forma similar, a figura 10 ilustra elementos horizontaiscompostos 222 possuindo conectores de extremidade 223 que são presos,aparafusados ou retidos de outra forma aos elementos longitudinais de aço20. Em ambas as figuras 9 e 10, os elementos diagonais 229 são elementosde aço, ou alternativamente elementos diagonais compostos 226, que sãopresos aos elementos longitudinais 20 ou ao flange de extremidade 225 utili-zando-se técnicas descritas acima para a construção da junta diagonal 41(141). Como ilustrado na figura 9, no entanto, onde os elementos longitudi-nais compostos 220 são utilizados, é preferível se prender os elementos dia-gonais 26 (226) diretamente aos flanges de extremidade, em oposição aoselementos tubulares compostos. Apesar de as figuras 9 e 10 ilustrarem se-ções de baia possuindo elementos longitudinais compostos 220 ou elemen-tos horizontais compostos 222, respectivamente, deve ser apreciado quemodalidades adicionais contemplam toda a torre estrutural 10 sendo constru-ída utilizando-se os elementos longitudinal 220, diagonal 226 e horizontal222 compostos, ou qualquer combinação dos mesmos.

Nas modalidades adicionais da presente invenção, a incorpora-ção na torre estrutural 10 de um ou mais elementos longitudinal, diagonal ouhorizontal que são configurados para amortecer as vibrações - por exemplo,elementos de amortecimento viscosos ou viscoelásticos ou, mais geralmen-te, elementos de amortecimento ou longarinas - fornece uma integridadeestrutural melhorada à torre sob condições operacionais normais e em res-posta a condições operacionais extremas, particularmente onde aplicaçõesde turbina eólica de grande peso são utilizadas. Várias modalidades de lon-garinas de amortecimento (ou amortecidas) ou elementos são discutidas. Asdiscussões focalizam amplamente em duas classes de longarinas de amor-tecimento. A primeira classe considera o uso de materiais viscoelásticos emconjunto com elementos compostos ou outros elementos de reforço paraformar uma disposição de mola e amortecedor paralela integral com umalongarina de forma que o elemento de amortecimento inclua rigidez e amor-tecimento significativos. A segunda classe considera o uso de amortecedo-res de fluido hidráulico ou viscoso dispostos de maneira integral com um e-lemento para formar uma disposição de mola e amortecedor paralela paraincluir rigidez e amortecimento significativos. Alternativamente, a remoção doelemento de fornecimento de rigidez resulta em um amortecedor que fornecebasicamente o amortecimento. Enquanto outros dispositivos para a realiza-ção do amortecimento - por exemplo, magnetismo - são conhecidos dos ver-sados na técnica, as classes descritas aqui são benéficas para uso em apli-cações de turbina eólica de grande elevação para a torre estrutural 10 dapresente invenção. Sua discussão não deve, no entanto, ser consideradalimitadora, ou excludente do uso de mecanismos de amortecimento similarespossuindo propriedades de amortecedor que se encontrem dentro do escopoda presente invenção. Adicionalmente, a discussão prossegue com umadescrição que é direcionada basicamente para os elementos diagonais a-mortecidos. A partir da discussão acima, no entanto, deve-se apreciar quetal descrição se aplica geralmente a elementos longitudinais e horizontaistambém e, portanto, a descrição com relação aos elementos diagonais a-mortecidos não deve ser considerada limitadora do escopo da invenção, vis-to que os princípios descritos aqui e acima se aplicam geralmente a cada umdos elementos longitudinal, diagonal e horizontal da torre estrutural 10.

Com referência agora à figura 11, uma modalidade de um ele-mento diagonal amortecido 126 é ilustrado possuindo um conector 127 dapresente invenção fixado em uma extremidade. A modalidade ilustrada nafigura 11 inclui um elemento tubular interno 81 e um elemento tubular exter-no 82. Os elementos tubulares interno e externo 81, 82 são nessa modalida-de construídos a partir de materiais de fibra composta possuindo fibras emcamadas em padrões distintos. Intercalada entre os elementos tubularescompostos interno e externo 81, 82 encontra-se uma camada de materialviscoelástico 83. A combinação da camada viscoelástica 83 intercalada entreos elementos tubulares interno e externo 81, 82 fornece uma longarina deamortecimento composta para amortecer as vibrações da torre estrutural 10.O conector 127 é preso à combinação de elementos tubulares interno e ex-terno 81, 82 e camada viscoelástica 83 da mesma forma descrita acima comrelação ao encaixe por interferência para o elemento diagonal composto 226possuindo um único elemento tubular composto 60. As dimensões para oelemento diagonal amortecido 126 podem ser iguais às do elemento diago-nal composto 226 descrito acima. A espessura da camada viscoelástica érelativamente pequena - em uma modalidade da ordem de (0,2 mm) - emcomparação com a espessura de parede dos tubos compostos que, consis-tente com o elemento diagonal previamente descrito 226, têm cerca de 1,90cm (3/4 polegadas), cada, resultando em uma espessura de parede total decerca de 3,81 cm (1/2 polegadas). Adicionalmente, a camada viscoelásticanessa modalidade não se estende para dentro da região de conector. Sedesejado, um colar axial muito fino de material adequado, tal como o com-posto, da ordem de espessura da camada viscoelástica, pode se estenderpara dentro da região de conector ao invés de estender a camada viscoelás-tica para dentro da região de conector. Essa última disposição será benéficapara as modalidades onde a espessura da camada viscoelástica é da ordemde um milímetro ou mais.

O uso de elementos de amortecimento compostos (ou longari-nas) para amortecer as vibrações foi proposto na patente U.S. Ng 5.203.435(Dolgin), a descrição para o qual é incorporada aqui por referência. Os mé-todos de criação de longarinas de amortecimento compostas também sãodescritos na patente U.S. N9 6.048.426 (Pratt), na patente U.S. Ne 6.287.664(Pratt), na patente U.S. Ng 6.453.962 (Pratt) e na patente U.S. Ne 6.467.521(Pratt), as descrições das quais também é incorporada aqui por referência.

As longarinas de amortecimento compostas da presente invenção - por e-xemplo, elemento diagonal amortecido 126 - são construídas com as seguin-tes propriedades estruturais e funcionais. Os elementos tubulares compostosinterno e externo 81, 82 são fabricados de forma que a colocação da matrizde fibra nos tubos siga padrões definidos, com o padrão do elemento tubularinterno 81 estando fora de fase com o padrão do elemento tubular externo82. Padrões particularmente úteis incluem ondas de seno possuindo fre-qüências constantes ou variáveis e amplitudes ao longo do comprimentoaxial ou direção de carga dos elementos. Padrões alternados incluem ondasserrilhadas (ou ondas em V) e espirais helicoidais. Uma característica dospadrões é que pelo menos uma parte do padrão no tubo interno esteja forade fase com o padrão no tubo externo ou seja alterado em fase com relaçãoao padrão no tubo externo. Isso causa a geração de tensões de cisalhamen-to na camada viscoelastica 83 quando a longarina composta é carregada emcompressão ou tensão. As tensões de cisalhamento produzem fricção inter-na dentro da camada viscoelastica que gera calor que posteriormente sedissipa para o ambiente, realizando, assim, o amortecimento da torre estru-tural 10 através do uso de longarinas de amortecimento - por exemplo, atra-vés do uso de elementos diagonais amortecidos 126. Modalidades alternati-vas para os padrões nos tubos interno e externo incluem quaisquer padrõesque realizam uma tensão de cisalhamento dentro da camada viscoelasticamediante aplicação de forças de compressão ou tensão nas extremidadesda longarina de amortecimento. Os padrões alternativos podem ser gerados,por exemplo, pela colocação das fibras compostas correndo nas direçõesaxial, helicoidal ou de alça (ou circunferencial) dos elementos tubularescompostos 81, 82.

Com referência ainda à figura 11, o elemento tubular interno 81inclui um primeiro padrão de fibras compostas (ou de reforço) 87. O primeiropadrão de fibras de reforço 87 se estende radialmente em torno da circunfe-rência interna e externa do tubo (além de dentro da espessura do tubo) eaxialmente ao longo do comprimento do tubo. Em uma modalidade, o primei-ro padrão de fibras de reforço 87 está na forma de uma onda de seno possu-indo um comprimento de onda constante (ou freqüência) e amplitude (ape-nas uma parte do padrão é ilustrada). O elemento tubular externo 82 incluium segundo padrão de fibras de reforço 88. O segundo padrão de fibras dereforço 88 também está na forma de uma onda de seno possuindo um com-primento de onda constante e amplitude (uma parte do segundo padrão éilustrada sobreposta ao elemento tubular interno utilizando-se linhas ponti-Ihadas). Outros padrões podem ser utilizados sem se distanciar do escopoda presente invenção. Ambos os primeiro e segundo padrões das fibras dereforço 87, 88 estão, em uma modalidade, 180 graus fora de fase um com ooutro ao longo de todo o comprimento dos elementos tubulares 81, 82. Seráapreciado pelos versados na técnica, no entanto, que os padrões não preci-sam estar completamente 180 graus fora de fase. Adicionalmente, será a-preciado que a camada viscoelástica só precisa residir ao longo de uma par-te do comprimento para que o amortecimento ocorra. Quando o elementodiagonal amortecido 126 é carregado em compressão ou tensão, os picos evales e outras partes dos padrões de onda de seno se movem com relaçãouma à outra, efetuando assim as tensões de cisalhamento na camada visco-elástica e no amortecimento resultante das vibrações. Os versados na técni-ca reconhecerão, no entanto, que qualquer padrão da fibra composta reali-zará as tensões de cisalhamento dentro da camada viscoelástica e no amor-tecimento resultante - quanto maiores as tensões de cisalhamento, no entan-to, maior o amortecimento.

Apesar de a figura 11 ilustrar uma única camada de material vis-coelástico intercalada entre um par de elementos tubulares compostos, seráaparente aos versados na técnica que camadas adicionais de material vis-coelástico e elementos tubulares compostos também podem ser utilizadospara afetar o amortecimento. Com referência à figura 12, por exemplo, umaalternativa à longarina de amortecimento composta descrita acima é ilustra-da. Especificamente, uma longarina de amortecimento composta alternativa136 inclui um primeiro elemento tubular composto 183, um segundo elemen-to tubular composto 184 disposto dentro do primeiro, e um terceiro elementotubular composto 185 disposto com o segundo. Uma primeira camada visco-elástica 188 é disposta entre os primeiro e segundo elementos tubularescompostos 183, 184, e uma segunda camada viscoelástica é disposta entreos segundo e terceiro elementos tubulares compostos 184, 185. O primeiroelemento tubular composto 185 inclui um primeiro padrão de fibras de refor-ço (não ilustrado) se estendendo no sentido da alça ou circunferencialmenteem torno da circunferência e axialmente ao longo do comprimento do tubo.O primeiro padrão de fibras de reforço está, em uma modalidade, na formade uma onda de seno possuindo um comprimento de onda (ou freqüência)ou amplitude constantes. O segundo elemento tubular composto 184 incluium segundo padrão de fibras de reforço que está, em uma modalidade, forade fase com o primeiro padrão de fibras de reforço. O terceiro elemento tu-bular composto 183 inclui um terceiro padrão de fibras de reforço que está,em uma modalidade, fora de fase com o segundo padrão de fibras de refor-ço (e, talvez, completamente em fase com o primeiro padrão de fibras dereforço, se desejado). Quando a longarina de amortecimento composta - porexemplo, o elemento diagonal alternativo 136 - é carregada em compressãoou tensão, os picos e vales e outras partes dos padrões de onda de senomudam de posição com uma com relação à outra, realizando, assim, as ten-sões de cisalhamento nas camadas viscoelásticas e causando o amorteci-mento resultante das vibrações. Consistente com a modalidade anterior, osversados na técnica reconhecerão, no entanto, que quaisquer padrões dasfibras compostas entre os vários elementos tubulares realização as tensõesde cisalhamento dentro da camada viscoelástica e o amortecimento resul-tante - quanto maior a tensão de cisalhamento, no entanto, maior o amorte-cimento.

Como já mencionado, a descrição acima do uso de elementoscompostos amortecidos na construção da torre estrutural 10 da presenteinvenção focaliza o uso de tais elementos compostos nos elementos diago-nais 126, 136. Os mesmos princípios se aplicam, no entanto, geralmente aambos os elementos longitudinal e horizontal também. De acordo, a discus-são acima com relação ao uso de elementos tubulares compostos para aconstrução de compostos longitudinal e horizontal, como ilustrado nas figu-ras 9 e 10, se aplica igualmente à construção de elementos compostos longi-tudinal e horizontal amortecidos. Adicionalmente, a substituição de elemen-tos compostos amortecidos para elementos de aço (ou compostos amorteci-dos não viscoelásticos) descritos acima pode ser realizada seletivamente portoda a torre estrutural 10 - isto é, para um ou mais, até mesmo todos os ele-mentos longitudinal, diagonal e horizontal, sem relação com sua localizaçãona torre estrutural 10.

Várias modalidades alternativas ou sistemas para o amorteci-mento da torre estrutural 10 são contemplados como incluídos no escopo dapresente invenção. Com referência à figura 13, por exemplo, uma longarinade amortecimento alternativa 226 é ilustrada. A longarina de amortecimento226 inclui um elemento tubular interno 227, um elemento tubular externo 228e um material viscoelástico (ou tipo borracha) 229 disposto entre os elemen-tos tubulares interno e externo 227, 228. Os elementos tubulares interno eexterno 227, 228 são construídos utilizando-se materiais compostos possu-indo fibras colocadas em padrões como discutido acima. Alternativas adicio-nais podem incluir aço, alumínio ou plástico, possuindo padrões que são si-milares às descritas acima inscritas nas superfícies que cercam a camadaviscoelástica. Alternativamente, nenhum padrão pode ser utilizado, resultan-do em um grau inferior de tensão de cisalhamento e menor grau de amorte-cimento resultante. Os elementos tubulares interno e externo 227, 228 inclu-em segmentos de conector 222, 223 para conexão da longarina de amorte-cimento 226 com os elementos longitudinais 20 da torre estrutural 10 daforma descrita acima. Os elementos tubulares interno e externo 227, 228estão livres para transladar na direção axial com relação um ao outro à me-dida que a longarina de amortecimento 226 sofre tensão ou compressão. Àmedida que a longarina de amortecimento sofre tensão ou compressão, ten-soes de cisalhamento no material viscoelástico ocorrem, gerando calor que édissipado para o ambiente, realizando, assim, o amortecimento na torre es-trutural 10.

Gom referência à figura 14, uma alternativa adicional para a lon-garina de amortecimento da presente invenção é ilustrada. A longarina deamortecimento alternativa 326 inclui um par de elementos de placa 327, 328,entrelaçado e intercalando camadas de material viscoelástico (ou tipo borra-cha). Os elementos de placa 327, 328 são construídos utilizando-se materi-ais compostos possuindo fibras colocadas em padrões como discutido aci-ma, exceto aqui que os padrões aparecem em superfícies essencialmenteplanas em oposição a uma superfície axial. Alternativas adequadas incluemaço, alumínio ou plástico, possuindo padrões inscritos nas superfícies decontato. Os segmentos de conector 322, 323 prendem a longarina de amor-tecimento 326 aos elementos longitudinais 20 da torre estrutural 10 da formadescrita acima. Os elementos de placa 327, 328 são confinados por disposi-tivos adequados (não ilustrados) para transladar na direção longitudinal comrelação um ao outro à medida que a longarina de amortecimento sofre ten-são ou compressão. À medida que a longarina de amortecimento sofre ten-são ou compressão, as tensões de cisalhamento no material viscoelásticoocorrem, gerando calor que é dissipado para o ambiente, realizando, assim,o amortecimento na torre estrutural 10.

Várias outras modalidades de amortecimento alternativas podemser utilizadas para amortecer as vibrações na torre estrutural 10 da presenteinvenção. Por exemplo, meios viscosos ou hidráulicos como aplicado na tec-nologia de longarina d desenvolvida para uso em estruturas de armação deprecisão podem ser utilizados para amortecer vibrações. A tecnologia de"longarina d" é descrita, por exemplo, em Anderson ET al., "Testing and Ap-plication of a Viscous Passive Damper for Use in Precision Truss Structures,"PP. 2796-2808 (AIAA Paper, 1991), a descrição da qual é incorporada aquipor referência. A tecnologia de longarina d emprega um amortecedor viscosoou hidráulico configurado em uma disposição de longarina tubular inter-na/externa. Com referência às figuras 15 e 16, por exemplo, uma longarinatubular externa 400 (500) é construída a partir de um material tal como alu-mínio, enquanto uma longarina tubular interna 402 (502) é construída a partirde um material possuindo uma rigidez maior ou módulo de elasticidade quea longarina externa. Quanto maior a diferença na rigidez eficaz (ou áreatransversal multiplicada pelo módulo de elasticidade) entre as longarinasinterna e externa 400, 402 (500, 502), maior o amortecimento que é alcan-çado. Um amortecedor pode ser derivado das duas modalidades acima, istoé, as ilustradas nas figuras 15 e 16, pela remoção da rigidez fornecendo aslongarinas tubulares externa 400 (500), reduzindo assim a rigidez eficaz doselementos de amortecimento para quase zero e com o elemento resultanterealizando basicamente o amortecimento. Em uma modalidade, a longarinainterna 402 (502) é conectada à longarina externa 400 (500) em uma extre-midade comum 404 (504). A extremidade oposta 405 (505) da longarina in-terna 402 (502) é fixada a um amortecedor viscoso ou hidráulico 406 (506),que inclui um conjunto sanfonado 407 (507) ou outro elemento flexível, umpequeno orifício 409 (509), e um elemento de mola 410 (510) e disposiçãode pistão 411 (511) ou dispositivo acumulador similar. As extremidades dalongarina externa 400 (500) são conectadas aos elementos longitudinais 20através de conectores de extremidade 421, 422 (521, 522) utilizando, porexemplo, as técnicas descritas acima com relação às juntas diagonais 41,141 ou outros meios adequados. Sob cargas de compressão ou tensão, alongarina externa 400 (500) é tensionada na direção axial causando um des-locamento relativo entre as longarinas interna e externa, e ativando, assim, oamortecedor viscoso ou hidráulico 406 (506). O fluido 420 (520) movendoatravés do orifício pequeno 409 (509) cria forças de cisalhamento dentro dofluido viscoso que, por sua vez, fornece o amortecimento para a torre estru-tural 10. A parte do acumulador do amortecedor viscoso ou hidráulico, porexemplo, o elemento de mola 410 (510) e o pistão 411 (511), pode ser loca-lizada dentro da longarina d como ilustrado na figura 16 ou fora da longarinad como ilustrado na figura 15. Alternativamente, a parte de acumulador doamortecedor viscoso ou hidráulico 406 (506) pode ser posicionada entre aslongarinas interna e externa 400, 402 (500, 502). Os versados na técnicareconhecerão que a parte de mola e pistão do amortecedor é um acumula-dor que pode ser substituído por acumuladores hidráulicos similares como jáprontamente sabido, e reconhecerão adicionalmente que a tensão na mola410 ou a pressão da carga de gás para os acumuladores a gás deve ser su-ficientemente grande para reduzir as bolhas de ar no fluido para impedir aredução do amortecimento sob cargas de tensão.

Com referência agora à figura 17, uma modalidade adicional deuma longarina de amortecimento viscoso ou elemento é ilustrada. Uma lon-garina tubular externa 600 aloja uma longarina tubular interna 602. Similar àsmodalidades da longarina d descritas acima, a longarina tubular externa 600é construída de um material tal como alumínio, enquanto que a longarinatubular interna 602 é construída a partir de um material possuindo uma maiorrigidez ou módulo de elasticidade, por exemplo, aço, do que a longarina ex-terna. Quando maior a diferença na rigidez eficaz (ou área transversal multi-plicada pelo módulo de elasticidade) entre as longarinas interna e externa600, 602, maior o amortecimento alcançado. Os versados na técnica reco-nhecerão que uma disposição alternativa para a criação de apenas um a-mortecedor inclui, essencialmente, a remoção da longarina tubular externa(600). A longarina externa 600 possui uma primeira extremidade 601 e umasegunda extremidade 603. Uma tampa de extremidade 605 possui um ele-mento de flange 607 que é configurado para engatar um elemento de flangecomplementar posicionado na primeira extremidade 601 da longarina exter-na 600. Uma série de parafusos 609 é utilizada para prender de forma justaa tampa de extremidade 605 à primeira extremidade 601 da longarina exter-na 600. A longarina interna 602 possui uma primeira extremidade 617 que épresa à tampa de extremidade 605 utilizando qualquer meio adequado, talcomo, por exemplo, solda. A longarina interna possui uma segunda extremi-dade na forma de um segundo flange 619 que é propriamente dito fixado auma haste de conexão 620. Uma primeira extremidade da haste de conexão620 é presa ao segundo flange 619 utilizando qualquer meio adequado, talcomo, por exemplo, uma parte macho rosqueada 621 da haste de conexãorosqueada em uma parte rosqueada fêmea correspondente 623 do flange 619.

Uma segunda tampa de extremidade 630 possui um elementode flange 631 que é configurado para engatar um elemento de flange com-plementar posicionado na segunda extremidade 603 da longarina externa600. Uma série de parafusos 609 é utilizada para prender de forma justa asegunda tampa de extremidade 630 à segunda extremidade 603 da longari-na externa 600. Um alojamento de vedação 624 é preso a uma parte interna626 do elemento de flange posicionado na segunda extremidade 603 da lon-garina externa 600. O alojamento de vedação 624 é preso à parte interna626 do elemento de flange utilizando-se uma série de parafusos 637 ou ou-tros meios adequados. O alojamento de vedação possui uma superfície deparede interna 643 que é usinada para combinar com uma superfície de pa-rede externa da haste de conexão 620. Uma vedação 641 é posicionadaentre a haste de conexão 620 e o alojamento de vedação 624 para impedirque o fluido de amortecimento, por exemplo, fluido viscoso ou hidráulico,vaze ao longo da interface que existe entre os dois componentes. Uma faixade desgaste tipo polímero 645 pode ser colocada entre o alojamento de ve-dação 624 e a haste de conexão 620 para impedir o desgaste dos compo-nentes devido ao movimento relativo das duas partes. Alternativamente, odiâmetro da superfície de parede interna 643 pode ser aumentado de formaque um espaço seja criado entre a superfície de parede interna 643 e a su-perfície de parede externa da haste de conexão 620. O espaço criado pelaseparação pode ser preenchido com um mecanismo deformável, tal como,por exemplo, uma sanfona ou um material emborrachado que é unido tantoà haste de conexão 620 substancialmente ao longo de seu comprimentoquanto ao alojamento de vedação 624, eliminando, assim, a necessidade dese criar uma vedação 641. Esse material deformável alternativo é particu-larmente benéfico para uso na longarina de amortecimento onde pequenosdeslocamentos ocorrem da ordem de menos de 2,54 cm (1 polegada), vistoque o material não rígido pode esticar para acomodar o movimento relativo.A eliminação da vedação 641 também fornece uma superfície não deslizantepara vedar o fluido, fornecendo, assim, características de vida útil estendi-das. Um pistão 622 é preso a uma segunda extremidade da haste de cone-xão 620 utilizando-se um parafuso 627 ou uma série de parafusos. A segun-da tampa de extremidade 630 possui uma superfície de parede interna 633que é usinada para combinar com uma superfície de parede externa 635 dopistão 622.

O fluido de amortecimento 650 (por exemplo, fluido viscoso ouhidráulico) é contido em uma primeira cavidade 651 e uma segunda cavida-de 653 que são formadas pelo pistão 620, a segunda tampa de extremidade630 e o alojamento de vedação 624. O amortecimento ocorre quando o pis-tão 620 translada na direção de e para longe de uma parte de base 632 dasegunda tampa de extremidade 630 devido ao deslocamento relativo entreas longarinas interna 602 e externa 600 quando a longarina de amortecimen-to sofre cargas de compressão e tensão. Mais especificamente, quando opistão 620 translada na direção da parte de base 632, o fluido da primeiracavidade 651 é forçado para dentro da segunda cavidade 653 através deuma região circunferencial definida pelo espaço entre a parede de superfícieinterna 633 da segunda tampa de extremidade 630 e a parede de superfícieexterna 635 do pistão 620. Alternativamente, condutos ou furos pequenospodem ser usinados através do corpo principal do pistão 620 a partir de umaface para a outra, onde o amortecimento ocorre quando o fluido flui de umlado do pistão 620 para o outro através de um ou mais condutos pequenos.

Um acumulador 660 é conectado à primeira cavidade através de um duto662. Alternativamente, o acumulador 660 pode ser conectado à segundacavidade de fluido 653. O acumulador 660, ou um dispositivo similar, é ne-cessário para se acomodar o volume do espaço que o corpo da haste deconexão 619 ocupa na segunda cavidade 653. Mais especificamente, à me-dida que o pistão 620 translada por uma distância na direção da parte debase 632, o volume da primeira cavidade 651 será reduzido e o volume dasegunda cavidade 653 será aumentada. Devido à presença da haste de co-nexão 619 na segunda cavidade 653, no entanto, o volume do fluido que édeslocado da primeira cavidade 651 é maior do que o volume de espaço queé gerado na segunda cavidade 653 devido à translação do pistão 620. Oexcesso de fluido, igual em volume ao volume do espaço na segunda cavi-dade 653 que é ocupado pela haste de conexão à medida que a haste trans-lada para dentro da segunda cavidade 653, é transferido através do duto 662para dentro do acumulador. Uma válvula de controle 664 posicionada entre aprimeira cavidade 651 e o acumulador 660 serve para permitir que o fluidoflua para dentro do acumulador durante a compressão da longarina de amor-tecimento, isto é, onde o pistão 620 translada na direção da parte de base632 e serve para permitir que o fluido escape do acumulador de volta paradentro da primeira cavidade 651 durante a tensão da longarina de amorteci-mento, isto é, onde o pistão 620 translada para longe da parte de base 632.

As descrições acima de um acumulador para fornecer fluido adicional para ahaste de conexão 619 são ilustrativas das características principais necessá-rias para se fornecer a criação do fluido. Os versados na técnica, no entanto,apreciarão que outros dispositivos ou mecanismos são conhecidos e podemfornecer esse fluido nas proporções corretas para se efetuar a operação a-dequada.

Como discutido previamente, em uma modalidade, o fluido 650 étransportado da primeira cavidade 651 para a segunda cavidade 653 e vice-versa através do espaço entre a parede de superfície interna 633 da segun-da tampa de extremidade 630 e a parede de superfície externa 635 do pistão620. Como discutido abaixo, esse modo de transporte de fluido permite quea longarina de amortecimento seja menos sensível a variações de tempera-tura do que se o fluido fosse transportado através de pequenos condutos seestendendo através do corpo do pistão. Mais especificamente, a eficiênciado amortecimento pode ser realizada pelas mudanças na temperatura devi-do à mudança na viscosidade do fluido de amortecimento que ocorre comouma função da temperatura. Por exemplo, à medida que a temperatura au-menta, a viscosidade de um fluido de amortecimento irá geralmente diminuir,levando a um amortecimento menos eficiente para um deslocamento deter-minado do pistão 620. Essa tendência pode ser contornada onde o pistão620 é construído utilizando-se um material que possui um coeficiente maiorde expansão térmica do que o material utilizado para construir a segundatampa de extremidade 630 (ou parede de cilindro adjacente ao pistão). Emuma modalidade, por exemplo, o pistão 620 é construído utilizando-se alu-mínio e a segunda tampa de extremidade 630 é construída utilizando-se aço.O alumínio possui um maior coeficiente de expansão térmica do que o aço,significando que o alumínio expandirá e contrairá como uma função da tem-peratura a uma taxa maior do que a do aço. Essa variação na taxa de ex-pansão térmica faz com que o espaço entre a parede de superfície interna633 da segunda tampa de extremidade 630 e a parede de superfície externa635 do pistão 620 aumente à medida que a temperatura cai com relação auma temperatura de desenho específico e caia à medida que a temperaturaaumenta com relação à temperatura especificada. O efeito de amortecimen-to que ocorre devido às forças de cisalhamento geradas em um fluido entreduas superfícies móveis depende em parte do espaço ou distância entre assuperfícies, quanto maior a distância, menor o amortecimento. De acordo, àmedida que a temperatura aumenta, a redução na eficiência de amorteci-mento devido à redução da viscosidade do fluido é parcialmente desviadapela redução no espaço ou distância entre a parede de superfície interna633 da segunda tampa de extremidade 630 e a parede de superfície externa635 do pistão 620. Essa característica da presente invenção é particular-mente benéfica visto que reduz a sensibilidade da longarina de amorteci-mento devido às variações na temperatura que surgem devido às variaçõesdiárias e sazonais no clima.

A descrição acima fornece detalhes referentes a vários modos emétodos de construção de uma torre estrutural que inclui elementos longitu-dinal, diagonal ou horizontal amortecidos ou não dispostos em um ou maisconjuntos de baia da torre estrutura. Os versados na técnica reconhecerão,no entanto, várias alternativas para a forma de montagem descrita acima.

Por exemplo, as seções de baia 12 são ilustradas como possuindo um únicoelemento diagonal 26 disposto entre pares de elementos longitudinais 20 emcada face da seção de baia 12. Os versados na técnica apreciarão, no en-tanto, que os pares de elementos diagonais 26 podem ser dispostos entre ospares de elementos longitudinais 20 em formato cruzado, podem ser dispos-tos entre quaisquer pares de elementos longitudinais através do interior doespaço da torre, e a orientação dos elementos diagonais de modo único 26pode ser misturada, isto é, os elementos diagonais podem ser dispostos tan-to na direção horária quanto na direção anti-horária (ou configurações querodam para a direita ou para a esquerda visto que as seções de baia adja-centes são seqüenciadas ao longo do eixo geométrico central da torre 10).

Alternativamente, elementos diagonais podem ser eliminados das faces indi-viduais de um conjunto de baia; elementos longitudinais podem abranger umou mais conjuntos de baia; e elementos horizontais podem ser seletivamenteeliminados de um ou mais conjuntos de baia. Com referência agora às figu-ras de 18 a 24, várias outras modalidades alternativas de uma torre estruturaincluindo combinações de longarinas ou elementos amortecidos e não amor-tecidos são ilustradas e descritas. Enquanto essas ilustrações e descriçõessão fornecidas de forma qual, isto é, determinados detalhes dos elementosespecíficos não são ilustrados, deve-se apreciar que os detalhes fornecidosacima com relação às várias construções ou aplicações dos vários elemen-tos amortecidos ou não são aplicáveis a várias aplicações fornecidas abaixo.

Com referência à figura 18, por exemplo, uma modalidade alter-nativa de um conjunto de baia 712 é ilustrada. O conjunto de baia 712 incluielementos longitudinal 720, diagonal 726 e horizontal 722 não amortecidos,por exemplo, de aço, alumínio ou composto construídos utilizando-se umaou mais das várias modalidades descritas acima. Em uma modalidade, oconjunto de baia 712 inclui adicionalmente uma série de elementos diago-nais amortecidos 730 espaçados de forma adjacente e paralela a cada umdos elementos diagonais não amortecidos 726. Com relação à essa modali-dade, quando a torre estrutural é sujeita à carga, os elementos diagonaisnão amortecidos 726 sofrerão uma leve deformação axial devido às cargasde compressão ou tensão experimentadas pelo elemento diagonal 726. En-quanto o elemento diagonal não amortecido 726 sofre tal deformação nadireção axial, os elementos amortecidos adjacentes 730 deformarão, damesma forma, axialmente, fazendo com que a energia seja dissipada. A dis-posição de longarinas diagonais não amortecidas e amortecidas 726, 730 aesse respeito pode ser considerada análoga a uma disposição de mola eamortecedor unidimensional carregada de forma dinâmica conectada emparalelo. Enquanto qualquer um dentre os vários elementos de amorteci-mento descritos acima pode ser empregado para elementos diagonais amor-tecidos 730 ilustrados na figura 18, modalidades alternativas contemplam ouso de grandes absorvedores de choque (ou amortecedores) que fornecemum amortecimento quase puro e muito baixa rigidez. Na verdade, os versa-dos na técnica reconhecerão que a disposição lado a lado paralela de umabsorvedor de choque (amortecedor) e elemento de não amortecimento rígi-do é análoga aos elementos de amortecimento descritos acima onde cadaelemento inclui ambos um elemento de rigidez tipo mola (elemento de nãoamortecimento) e um elemento de amortecimento, por exemplo, o elementotubular externo dos elementos de amortecimento viscosos 400, 500, 600fornece o componente de rigidez não amortecido enquanto o elemento tubu-lar interno 402, 502, 602 e os componentes de amortecedor hidráulico forne-cem o componente de amortecimento. Essa discussão se aplica às váriasoutras alternativas que aparecem abaixo. Os amortecedores de absorção dechoque basicamente para fins de amortecimento, em oposição aos elemen-tos de amortecimento ou longarinas descritos aqui e possuindo ambas ascaracterísticas de mola e amortecedor, são comercialmente disponíveis a-través, por exemplo, de Taylor Devices, Inc., North Tonawanda, NY.

Com referência agora à figura 19, modalidades alternativas àsilustradas na figura 18 contemplam as longarinas diagonais amortecidas 730posicionadas acima ou abaixo da longarina diagonal não amortecida adja-cente 726, e pares adjacentes de longarinas amortecidas e não amortecidasorientadas na direção horária 741 ou anti-horária 743 ou combinações dasmesmas. Como ilustrado adicionalmente na figura 19, as modalidades alter-nativas dos conjuntos de baia contemplam o uso de pares de longarinas dia-gonais amortecida e não amortecida em uma ou mais faces 745 do conjuntode baia, enquanto outras faces 746, 747 do conjunto de baia incluem um oua outra dentre uma longarina diagonal amortecida ou não amortecida ou ne-nhuma dentre as longarinas diagonais amortecida e não amortecida.

Com referência agora à figura 20, uma modalidade alternativaadicional da disposição de longarinas em uma seção de baia é ilustrada.

Nessa modalidade, o conjunto de baia 762 inclui elementos longitudinal 770,diagonal 776 e horizontal 772 não amortecidos construídos utilizando-seuma ou mais dentre as várias modalidades descritas acima. Em uma moda-lidade, o conjunto de baia 762 inclui adicionalmente uma série de longarinasamortecidas 780 espaçadas de forma adjacente e substancialmente perpen-dicular a cada um dos elementos diagonais não amortecidos 776. As longa-rinas amortecidas 780 possuem primeiras extremidades 781 conectadas aoselementos longitudinais adjacentes 770 e as segundas extremidades 782conectadas a um par de elementos de amplificação 785, cada um dos quaisé um elemento não amortecido que pode ser construído utilizando-se os mé-todos e as técnicas descritas acima. Cada um dentre o par de elementos deamplificação 785 é posicionado em um ângulo, em uma modalidade, de cer-ca de cinco a cerca de quinze graus, com relação ao elemento diagonal ad-jacente 776. As primeiras extremidades 786 dos elementos de amplificação785 e a segunda extremidade 782 da longarina de amortecimento são aco-piadas juntas em uma junta de articulação 790. Com relação a essa modali-dade, quando a torre estrutural é submetida à carga, os elementos diagonais776 sofrerão uma leve deformação axial devido às cargas de compressão outensão sofridas pelo elemento diagonal 776. Enquanto um elemento diago-nal 776 sofre tal deformação na direção axial, a junta de articulação 790 queconecta os elementos de amplificação adjacentes 785 e a longarina de a-mortecimento 780 transladarão na direção de ou para longe do elementodiagonal 776, dependendo de se a carga é de tensão ou compressão, res-pectivamente. A translação da junta de articulação 790 resulta na deforma-ção axial da longarina de amortecimento 780 fazendo com que a energiaseja dissipada.

Com referência agora à figura 21a, o efeito de amplificação queos elementos de amplificação 785 fornecem para o amortecimento é maisbem compreendido com referência ao teorema de Pitágoras para um triân-gulo reto. Especificamente, um triângulo 750 possuindo uma base 751 é ilus-trado. A base 751 do triângulo 750 pode ser associada com o elemento dia-gonal não amortecido 776 ilustrado na figura 20. De forma similar, o par deelementos de amplificação 785 ilustrados na figura 20 podem ser associadoscom os dois lados restantes 752, 753 do triângulo 750 (que não são neces-sariamente iguais em comprimento). Os ângulos p e 6 (que também não sãonecessariamente iguais) podem ser associados com os ângulos nos quaiscada um dos elementos de amplificação 785 se encontra com relação à lon-garina diagonal não amortecida 776. Como ilustrado na figura 21 b, essa dis-posição fornece dois triângulos retos 754, 755, com cada triângulo possuin-do uma hipotenusa H, uma base B e lado S. Focalizando-se no triângulo755, se a hipotenusa H for considerada substancialmente rígida, então umamudança no comprimento da base B devido a uma carga de compressão outensão resultará em uma mudança correspondente no comprimento do ladoS. A álgebra básica fornece a relação a seguir a esse respeito: dS/dB=-(B/S)=-(1/tan6). Dessa forma, para um S inicial pequeno com relação a um Binicial (ou G pequeno), a mudança em S será relativamente grande em com-paração com uma mudança em B. Em outras palavras, uma deformaçãoaxial pequena no comprimento da longarina diagonal não amortecida 776resultará em um deslocamento axial relativamente grande da longarina deamortecimento 780, desde que o ângulo entre os mesmos seja pequeno. Emuma modalidade, o efeito de amplificação é garantido pela construção deelementos de amplificação 785 utilizando um material possuindo um móduloelástico relativamente alto tal como o aço e elementos diagonais não amor-tecidos 776 utilizando um material que possui um módulo elástico relativa-mente mais baixo tal como alumínio.

Com referência agora à figura 22, uma modalidade adicional deuma seção de baia 812 é ilustrada. A seção de baia 812 inclui elementoslongitudinal 820, diagonal 826 e horizontal 822 não amortecidos construídosutilizando uma ou mais dentre as várias modalidades descritas acima. A se-ção de baia 812 inclui adicionalmente elementos de amplificação 821 e lon-garinas de amortecimento 823. Os elementos de amplificação 821 e a longa-rina de amortecimento 823 são construídos e funcionam de forma similar aosdescritos acima; exceto, no entanto, que os elementos de amplificação 821são, na modalidade ilustrada, dispostos de forma adjacente aos elementoslongitudinais 820 ao invés dos elementos diagonais.

Com referência agora às figuras 23 e 24, uma torre de tubo con-vencional modificada 232 é ilustrada possuindo elementos diagonais de a-mortecimento 230 e elementos longitudinais de aço 231. A torre convencio-nal modificada 232 possui elementos tubulares convencionais 234, 235 quesão montados de forma típica. O elemento tubular de concreto ou aço supe-rior 235 possui um anel de aço ou outro elemento adequado que é configu-rado para aceitar as extremidades de uma pluralidade de elementos longitu-dinais 231. As longarinas diagonais, por exemplo, longarinas diagonais deamortecimento ou não amortecimento ou combinações de elementos deamortecedores e mola, são presos a pares adjacentes de elementos longitu-dinais 231 utilizando a forma descrita acima com relação às juntas diagonaispresas 41, 141 ou outros dispositivos adequados tal como parafuso, soldasou flanges. Longarinas similares, por exemplo, longarinas longitudinais deamortecimento ou não amortecimento ou combinações de elementos deamortecedores e mola, podem ser substituídas pelos elementos longitudinais231 também e presas aos elementos tubulares convencionais 234, 235, utili-zando-se qualquer uma dentre as formas descritas acima, por exemplo, pa-rafusos, soldas, pinos ou flanges. O elemento tubular mais superior 236 éentão preso às extremidades superiores dos elementos longitudinais 230. Oconjunto de baia de longarina 239 é localizado em qualquer lugar na torretubular, e pode ser coberto com um envoltório tubular de aço (não ilustrado)ou outro material adequado, por exemplo, alumínio, por motivos estéticos ouestruturais, se desejado. As torres tubulares modificadas também são con-templadas possuindo qualquer número de seções de baia 239 localizadaspor toda a torre. Será aparente também que a torre estrutural 10 da presenteinvenção pode incluir seções de tubo substituídas por um ou mais conjuntosde baia 12 da presente invenção. Adicionalmente, será apreciado que qual-quer uma dentre as várias modalidades descritas acima ou variações dasmesmas pode ser incluída na construção do conjunto de baia 239, incluindo,por exemplo, as modalidades possuindo elementos de amplificação, elemen-tos de aço ou compostos, ou elementos de amortecimento com base emmaterial viscoso ou viscoelástico.

Com referência agora à figura 25, uma seção de baia alternativa700 da presente invenção é descrita. A seção de baia 700 inclui pares deprimeiros 701 e segundos 702 elementos diagonais posicionados em cadaface da seção de baia 700. Os elementos horizontais 703 são dispostos emtorno do perímetro da seção de baia 700, mas podem ser eliminados se aseção de baia 700 for incorporada a uma torre tubular convencional tal comoa ilustrada na figura 24. O uso de pares de elementos diagonais ém uma oumais faces da seção de baia permite que os elementos longitudinais corres-pondentes sejam eliminados. Como ilustrado, cada extremidade dos primeiro70 e segundo 702 elementos diagonais é conectada a um flange 705. Comoilustrado adicionalmente, as conexões são desviadas uma da outra parapermitir o cruzamento dos pares de elementos diagonais 701, 702. A seçãode baia 700 pode ser repetida ao longo do comprimento da torre estrutural,como ilustrado de forma geral na figura 1, ou pode ser substituída por qual-quer uma ou mais seções de baia que incluem geralmente ambos os ele-mentos longitudinal e diagonal. Adicionalmente, a seção de baia 700 podeincluir qualquer combinação de elementos diagonais amortecidos ou não oucombinações de elementos de amortecedor e mola, detalhes ilustrativos doque são como descrito acima. De forma similar, seções de baia individuaispodem compreender apenas elementos longitudinais, e ser substituídas porqualquer uma ou mais seções de baia que incluem geralmente ambos oselementos longitudinal e diagonal, e podem incluir qualquer combinação deelementos longitudinais amortecidos ou não, ou combinações de elementode amortecedor e mola, detalhes ilustrativos do que são descritos acima.

Com referência agora à figura 26, uma modalidade alternativapara a construção de uma junta de pino da presente invenção é ilustrada. Ajunta alternativa de pino e esfera 741 inclui um pino 742, um par de elemen-tos ou lingüetas de flange 743 e uma esfera 744 em contato deslizante coma lingüeta de extremidade 745 de um elemento diagonal amortecido ou não(ou, alternativamente, um elemento de amortecedor ou mola) 746. O pino742 (ou, alternativamente, o pino em expansão a partir de cima) é inseridoatravés das lingüetas 743 e esfera 744 de forma similar à descrita acima, ecria uma junta de seção que permite o movimento axial zero ou mínimo doelemento diagonal com relação ao elemento longitudinal correspondente747. Alternativamente, as lingüetas 743 no elemento longitudinal 743 podemser posicionadas no elemento diagonal 746, com a lingüeta 745 e a esfera744 posicionadas no elemento longitudinal 747, sem qualquer mudança nafunção da junta. A junta de pino e esfera montada 741, no entanto, permite omovimento lateral e o movimento rotativo em torno do pino 742, o que podefacilitar a construção de um ou mais conjuntos de baia compreendendo atorre de estrutura espacial da presente invenção. Os conjuntos de unta esfé-rica 741 do tipo descrito aqui são comercialmente disponíveis em uma varie-dade de tamanhos, por exemplo, na Taylor Devices, Inc., North Tonawanda,NY. Como com a discussão acima, os conjuntos de junta de pino e esfera741 podem ser utilizados para conectar os elementos longitudinais, diago-nais ou horizontais um ao outro, ou qualquer elemento a um flange para co-nexão subseqüente.

Enquanto a descrição acima focou principalmente no uso da tor-re estrutural para instalações terrestres, a torre estrutural da presente inven-ção tem aplicações similares para uso offshore. Em uma modalidade, os e-lementos longitudinal e diagonal da torre estrutural que se estendem abaixoda superfície da água são aumentados em espessura de parede para cercade 1,90 a cerca de 2,54 cm (3/4 a cerca de 1 polegada) onde os elementossão construídos a partir de aço possuindo seção transversal quadrada, ape-sar de os elementos possuindo seções transversais redondas, em forma defeixe em I ou canal em C poderem, por exemplo, ser utilizados também. A-cima da superfície da água, a modalidade utiliza um ou mais dos mesmoselementos longitudinais e diagonais amortecidos ou não descritos acima. Oaumento da espessura da parede dos elementos de aço abaixo da superfícieresulta em uma maior capacidade de suportar correntes e impacto das on-das. As partes restantes da torre estrutura acima da superfície da água sãoconstruídas como descrito acima para suportar as vibrações ressonantes datorre. Se for desejado, elementos de amortecimento podem ser incorporadosàs partes da torre estrutural abaixo da superfície da água também para reali-zar o amortecimento das vibrações causadas pelas correntes oceânicas epela ação das ondas. Dessa forma, as torres são construídas em profundi-dades de entre quinze e cem metros, com a parte acima da água da torre seestendendo a elevações que se aproximam de sessenta e cinco a cem me-tros. Para torres estruturais da presente invenção construídas em terra ouoffshore, uma cobertura de envoltório modular, feita de qualquer materialadequado, pode ser presa aos elementos longitudinal ou diagonal para co-brir a estrutura interna da torre estrutural. A cobertura tipo envoltório forneceà torre estrutural 10 a aparência das torres tubulares mais convencionais dapresente invenção.Enquanto determinadas modalidades e detalhes foram incluídosaqui e descrição da invenção para fins de ilustração da invenção, será apa-rente aos versados na técnica que várias mudanças nos métodos e apare-lhos descritos aqui podem ser realizadas sem se distanciar do escopo dainvenção, que é definido pelas reivindicações em anexo.

Claims

1. Torre estrutural para aplicações de turbina eólica, compreen-dendo:uma pluralidade de elementos longitudinais direcionados paracima;uma pluralidade de elementos diagonais interconectando os e-lementos longitudinais; eonde pelo menos um dos elementos longitudinais e diagonais éum elemento de amortecimento.

2. Torre estrutural, de acordo com a reivindicação 1, na qual òpelo menos um elemento de amortecimento inclui um amortecedor.

3. Torre estrutural, de acordo com a reivindicação 1, na qual opelo menos um elemento de amortecimento inclui:um primeiro elemento possuindo primeira e segunda extremida-des configuradas para interconectar um par de elementos longitudinais;um segundo elemento disposto dentro do primeiro elemento epossuindo uma primeira extremidade conectada ao primeiro elemento e aum segundo elemento, o segundo elemento possuindo uma rigidez eficazdiferente da do primeiro elemento; eum amortecedor viscoso contendo um fluido viscoso conectadode forma operacional a ambos os primeiro e segundo elementos.

4. Torre estrutural, de acordo com a reivindicação 3, na qual oamortecedor viscoso inclui:um cilindro;um pistão engatado de forma deslizante dentro do cilindro; eum elemento de conexão possuindo uma primeira extremidadeconectada ao pistão e uma segunda extremidade conectada à segunda ex-tremidade do segundo elemento.

5. Torre estrutural, de acordo com a reivindicação 4, na qual oamortecedor viscoso inclui adicionalmente um acumulador em comunicaçãopor fluido com o fluido viscoso.

6. Torre estrutural, de acordo com a reivindicação 1, na qual opelo menos um elemento de amortecimento é disposto diagonalmente entree interconecta um par de elementos longitudinais.

7. Torre estrutural, de acordo com a reivindicação 1, na qual opelo menos um elemento de amortecimento é disposto longitudinalmenteentre e interconecta um par de elementos longitudinais.

8. Torre estrutural, de acordo com a reivindicação 1, na qual opelo menos um elemento de amortecimento é disposto substancialmente deforma horizontal entre e interconecta um par de elementos longitudinais.

9. Torre estrutural, de acordo com a reivindicação 1, na qual apluralidade de elementos longitudinais e a pluralidade de elementos diago-nais são dispostas e interconectadas em uma configuração de múltiplas bai-as de extensão ascendente.

10. Torre estrutural, de acordo com a reivindicação 9, na qualcada baia da configuração de múltiplas baias compreende pelo menos trêselementos longitudinais direcionados para cima.

11. Torre estrutural, de acordo com a reivindicação 9, na qualcada baia da configuração de múltiplas baias compreende:pelo menos três elementos longitudinais direcionados para cimaespaçados substancialmente de forma eqüidistante em torno de um eixo ge-ométrico longitudinal.

12. Torre estrutural, de acordo com a reivindicação 1, na qual opelo menos um elemento de amortecimento compreende um elemento tubu-lar externo e um elemento tubular interno disposto dentro do elemento tubu-lar externo, os elementos tubulares interno e externo possuindo primeira esegunda extremidades e sendo conectados de forma fixa um ao outro nasprimeiras extremidades, as primeira e segunda extremidades do elementotubular externo interconectando um par de elementos longitudinais, e a se-gunda extremidade do elemento tubular interno sendo conectada de formaoperacional a um amortecedor viscoso possuindo um fluido viscoso.

13. Torre estrutural para aplicações de turbina eólica, compre-endendo:uma pluralidade de elementos longitudinais direcionados paracima;uma pluralidade de elementos diagonais interconectando os e-lementos longitudinais;onde a pluralidade de elementos longitudinais e a pluralidade deelementos diagonais são dispostas e interconectadas em uma configuraçãode múltiplas baias de extensão ascendente; eum pino conectando um elemento longitudinal a um de um ele-mento longitudinal adjacente ou um elemento diagonal adjacente.

14. Torre estrutural, de acordo com a reivindicação 13, na qualuma primeira baia de configuração de múltiplas baias inclui pelo menos trêselementos longitudinais direcionados para cima espaçados substancialmentede forma eqüidistante em torno de um eixo geométrico longitudinal.

15. Torre estrutural, de acordo com a reivindicação 14, incluindoadicionalmente um elemento diagonal interconectando um par adjacente depelo menos três elementos longitudinais direcionados para cima.

16. Torre estrutural, de acordo com a reivindicação 15, incluindoadicionalmente um pino que interconecta uma extremidade do elemento dia-gonal a um elemento correspondente dentre o par adjacente de elementoslongitudinais.

17. Torre estrutural, de acordo com a reivindicação 16, na qualuma extremidade do elemento diagonal inclui um elemento de flange possu-indo uma abertura dimensionada e configurada para receber de forma justao pino.

18. Torre estrutural, de acordo com a reivindicação 16, na qual oelemento correspondente dentre o par adjacente de elementos longitudinaisinclui um elemento de flange possuindo uma abertura dimensionada e confi-gurada para receber de forma justa o pino.

19. Método de montagem de uma torre estrutural para aplica-ções de turbina eólica, compreendendo as etapas de:fornecer uma primeira pluralidade de elementos longitudinais,cada elemento longitudinal possuindo uma primeira extremidade e uma se-gunda extremidade;fornecer uma primeira pluralidade de elementos diagonais;fornecer uma fundação para a torre estrutural, a fundação pos-suindo uma pluralidade de elementos de suporte, cada elemento de suporteconfigurado para receber uma extremidade de um dentre a primeira plurali-dade de elementos longitudinais;conectar uma extremidade de um primeiro elemento dentre aprimeira pluralidade de elementos longitudinais a um primeiro elemento cor-respondente dentre a pluralidade de elementos de suporte;conectar uma extremidade de um segundo elemento dentre aprimeira pluralidade de elementos longitudinais a um segundo elemento cor-respondente dentre a pluralidade de elementos de suporte.interconectar os primeiro e segundo elementos dentre a primeirapluralidade de elementos longitudinais com um primeiro elemento da primei-ra pluralidade de elementos diagonais;conectar uma extremidade dos elementos restantes da primeirapluralidade de elementos longitudinais aos elementos de suporte correspon-dentes dentre os elementos restantes da pluralidade de elementos de suporte; einterconectar os elementos restantes dentre a primeira pluralida-de de elementos longitudinais com os elementos diagonais correspondentesdos elementos restantes dentre a primeira pluralidade de elementos diagonais;onde a pluralidade de elementos longitudinais e a pluralidade deelementos diagonais são dispostas e interconectadas em uma configuraçãode baia de extensão ascendente.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, compreendendoas etapas adicionais de:fornecer uma segunda pluralidade de elementos longitudinais,cada elemento longitudinal possuindo uma primeira extremidade e uma se-gunda extremidade;fornecer uma segunda pluralidade de elementos diagonais;conectar uma extremidade de um primeiro elemento dentre asegunda pluralidade de elementos longitudinais a uma extremidade corres-pondente de um primeiro elemento dentre a primeira pluralidade de elemen-tos longitudinais;conectar uma extremidade de um segundo elemento dentre asegunda pluralidade de elementos longitudinais a uma extremidade corres-pondente de um segundo elemento dentre a primeira pluralidade de elemen-tos longitudinais;interconectar os primeiro e segundo elementos da segunda plu-ralidade de elementos longitudinais a um primeiro elemento da segunda plu-ralidade de elementos diagonais;conectar uma extremidade dos elementos restantes dentre asegunda pluralidade de elementos longitudinais às extremidades correspon-dentes dos elementos restantes dentre a primeira pluralidade de elementoslongitudinais; einterconectar os elementos restantes dentre a segunda plurali-dade de elementos longitudinais com os elementos diagonais corresponden-tes dos elementos restantes da segunda pluralidade de elementos diago-nais;onde as pluralidades de primeiro e segundo elementos longitudi-nais e as pluralidades dos primeiro e segundo elementos diagonais são dis-postas e interconectadas em uma configuração de múltiplas baias de exten-são ascendente.