СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ БАШНИ И БАШНЯ
METHOD TO ERECT TOWER AND TOWER

Изобретение относится к способу возведения башни, в частности башни ветроэнергетической установки, а также к башне и ветроэнергетической установке с такой башней.
При возведении фундамента башни следует обратить внимание на то, чтобы его верхняя сторона или, по меньшей мере, та его часть, на которой стоит башня, была плоской и точно горизонтальной, с тем, чтобы башня стояла точно вертикально.
В WO 2005/095717 описана кольцеобразная опалубка на фундаменте башни. Опалубка заполняется жидкотекучей заливочной массой (заливочным раствором), и после ее схватывания и удаления опалубки на поверхности схватившейся заливочной массы может быть размещено нивелировочное или распределяющее нагрузку кольцо. Затем на этом кольце нижняя секция башни может быть закреплена анкерными болтами, которые заделаны в фундамент и на заданный размер выступают из него. За счет низкой вязкости заливочной массы можно гарантировать, что она сама точно выравнивается или нивелируется.
В WO 2005/095792 описан способ возведения башни на фундаменте. При этом башня устанавливается посредством анкерных болтов, заанкеренных в секционных анкерах в фундаменте. Анкерные болты на заданный размер выступают за верхнюю сторону фундамента. Сначала на верхней стороне фундамента нивелируется, выравнивается и фиксируется нивелировочное или распределяющее нагрузку кольцо. Это нивелирование осуществляется согласно уровню техники, например, таким образом, что в заданных положениях фундамента устанавливаются блоки регулирования по высоте, например винты регулирования по высоте, на которые сначала опирается распределяющее нагрузку кольцо и за счет настройки которых это кольцо затем нивелируется. После этого заполняется шов между фундаментом и кольцом, и последнее подбивается по большой поверхности. Это осуществляется посредством подходящего наполняющего материала, например заливочной массы.
Винты регулирования по высоте состоят из внешнего элемента с внутренней резьбой и внутреннего элемента с наружной резьбой. С помощью этой наружной резьбы внутренний элемент размещен во внутренней резьбе внешнего элемента с возможностью регулирования по высоте относительно него за счет ввинчивания и вывинчивания. За счет подходящих расположения и настройки винтов регулирования по высоте распределяющее нагрузку кольцо может быть нивелировано. Для достижения высокой погодостойкости и надежной передачи нагрузки такие винты регулирования по высоте изготавливаются из высококачественной стали. Благодаря типичному выполнению резьбы в виде мелкой резьбы возможно очень тонкое регулирование высоты.
Выполненные таким образом винты регулирования по высоте имеют, правда, относительно высокую стоимость, однако могут надежно передавать высокие нагрузки. Поэтому для нивелирования распределяющего нагрузку кольца требуются, по меньшей мере, три винта регулирования по высоте, которые расположены по среднему радиусу распределяющего нагрузку кольца (распределены эквидистантно).
В DE 10347536 А1 описана анкеровка полноповоротного крана на колонне. При этом предусмотрен сплющиваемый распорный элемент.
В DE 69827290 Т2 описано устройство для регулирования наклона поверхности конструкции на опорных ногах.
В WO 2008/003749 А1 описан выполненный в виде винта регулирования по высоте блок регулирования по высоте для выравнивания нижней секции башни. Винт содержит на своей нижней стороне распределяющий давление элемент, мягкий по сравнению с бетоном фундамента. В качестве альтернативы этому один блок регулирования по высоте реализован также двумя перемещаемыми друг в друге клиньями.
Задачей изобретения является создание способа возведения башни, который обеспечил бы ее надежное и экономичное возведение.
Эта задача решается посредством способа возведения башни по пункту 1, башни по пункту 4 и ветроэнергетической установки по пункту 8 формулы изобретения.
Таким образом, предлагается способ возведения башни, в частности башни ветроэнергетической установки. Для этого изготавливается фундамент, на нем размещаются несколько блоков регулирования по высоте, и на них размещается распределяющее нагрузку кольцо. Последнее за счет настройки блоков регулирования по высоте выравнивается и нивелируется, после чего шов между фундаментом и распределяющим нагрузку кольцом заполняется заливочной массой. После того, как заливочная масса достигнет заданной прочности, соответственно, после затвердевания заливочной массы на распределяющем нагрузку кольце размещается одна секция башни. При этом блоки регулирования по высоте рассчитаны таким образом, что они (сообща) могут надежно воспринимать вес, соответственно, нагрузку от распределяющего ее кольца, однако проседают, если на один из нескольких блоков регулирования по высоте действует такое большое усилие, что на фундамент через них действует удельное давление, превышающее предельное значение (т.е. они отказывают под действием некоторой заданной нагрузки (вес распределяющего нагрузку кольца + второй вес на нем)). Блоки регулирования по высоте изготовлены, в основном, из пластика. Таким образом, блоки регулирования по высоте могут изготавливаться недорого.
Когда шов между фундаментом и выровненным, распределяющим нагрузку кольцом заполнен заливочной массой, достигшей заданной прочности, большая часть нагрузки (распределяющее нагрузку кольцо + секции башни) будет отводиться через заливочную массу на фундамент. Отвод нагрузки (распределяющее нагрузку кольцо + секции башни) через блоки регулирования по высоте на фундамент происходит тогда, когда распределяющее нагрузку кольцо недостаточно поддерживается заливочной массой в шве. В таком случае может произойти так, что блоки регулирования по высоте должны будут направлять на фундамент часть нагрузки или всю нагрузку. Это может привести к тому, что в зоне под блоками регулирования по высоте будет достигнуто удельное давление, которое может вызвать повреждение или разрушение фундамента.
При этом в основе изобретения лежит тот факт, что традиционные винты регулирования по высоте из высококачественной стали за счет своей более высокой жесткости по сравнению с заливочным раствором могут привести к слишком высокому удельному давлению на фундамент, что может вызвать его повреждение. Эта нагрузка, соответственно, связанное с ней удельное давление могут быть достигнуты и превышены уже за счет первой секции башни, однако достигается самое позднее за счет всей башни, т.е. слишком высокое удельное давление вызвано концентрацией потока нагрузки на блоках регулирования по высоте (вследствие более высокой жесткости). Увеличение числа известных блоков регулирования по высоте может здесь, в принципе, оказать помощь, однако повышает расходы, поскольку блоки регулирования по высоте должны оставаться под распределяющим нагрузку кольцом до тех пор, пока шов не затвердеет, и, тем самым, теряются. Если же блоки регулирования по высоте должны нести по существу вес распределяющего нагрузку кольца и рассчитаны соответственно более слабыми, то из-за относительно малой жесткости они под нагрузкой башни откажут. Следовательно, распределяющее нагрузку кольцо прилегает под нагрузкой башни к затвердевшей заливочной массе, и весь шов из заливочной массы осуществляет отвод нагрузки в фундамент с предусмотренным удельным давлением, что предотвращает повреждения фундамента.
Если нагрузка, соответственно, вес, действующие на соответствующие блоки регулирования по высоте, превышают заданное предельное значение, то блоки регулирования по высоте могут проседать. Такое проседание может быть связано с разрушениями. Согласно другому аспекту изобретения, блоки регулирования по высоте в виде винтов регулирования по высоте имеют метрическую резьбу. Метрическая резьба проще и дешевле в изготовлении, чем мелкая резьба, и всегда обеспечивает достаточно точное нивелирование. За счет выполнения в виде винтов регулирование блоков высоты может осуществляться простым образом.
Изобретение относится также к башне, в частности ветроэнергетической установки. Башня содержит фундамент, несколько блоков регулирования по высоте на фундаменте, распределяющее нагрузку кольцо на нескольких блоках регулирования по высоте и заливочную массу между фундаментом и распределяющим нагрузку кольцом. Блоки регулирования по высоте рассчитаны на восприятие, в основном, массы распределяющего нагрузку кольца, однако проседают, если на один из нескольких блоков регулирования по высоте действует такое большое усилие, что на фундамент через них действует превышающее удельное давление предельное значение.
Изобретение относится также к башне, в частности ветроэнергетической установки, содержащей фундамент, несколько блоков регулирования по высоте на фундаменте и распределяющее нагрузку кольцо на нескольких блоках регулирования по высоте. Распределяющее нагрузку кольцо служит для размещения нижней секции башни. Блоки регулирования по высоте изготавливаются из пластика.
Изобретение относится также к блокам регулирования по высоте для размещения на них распределяющего нагрузку кольца башни, в частности ветроэнергетической установки. При этом блоки регулирования по высоте выполнены из пластика.
Изобретение относится также к применению блоков регулирования по высоте для поддержания распределяющего нагрузку кольца на фундаменте башни, в частности ветроэнергетической установки. При этом блоки регулирования по высоте выполнены из пластика.
Изобретение касается того факта, что в уровне техники используются блоки регулирования по высоте из стали, чтобы выровнять нивелировочное или распределяющее нагрузку кольцо на фундаменте. Затем образовавшийся шов заполняется заливочной массой, например безусадочным цементом. Однако при этом может произойти так, что нагрузка башни, действующая на распределяющее нагрузку кольцо, из-за неровностей в шве будет отводиться через блоки регулирования по высоте. Поэтому дело может дойти до того, что бетону фундамента под винтами регулирования по высоте придется воспринимать всю нагрузку башни. Таким образом, может возникнуть недопустимо высокое удельное давление фундамента в зоне под винтами регулирования по высоте. Это, в частности, является недостатком, если удельное давление достигает недопустимо высоких значений, поскольку это может привести к повреждениям фундамента. Вместо равномерного распределения нагрузки на фундаменте винты регулирования по высоте из уровня техники вызывают концентрацию потока нагрузки в нескольких местах.
Согласно изобретению, предложены блоки регулирования по высоте, которые, правда, надежно поддерживают массу распределяющего нагрузку кольца, но не массу всей башни или ее отдельной секции. При возведении башни блоки регулирования по высоте, тем самым, неизбежно откажут. За счет этого нагрузка башни равномерно распределяется по шву из заливочной массы и через него по фундаменту. Следовательно, блоки регулирования по высоте выполнены согласно изобретению таким образом, что они, хотя и могут выдерживать массу распределяющего нагрузку кольца, но при удельном давлении, превышающем заданное предельное значение, отказывают, т.е. их отказ, начиная с определенного предельного значения, является, например, для нагрузки или удельного давления приемлемым или даже желательным.
Поскольку блоки регулирования по высоте могут использоваться, например, в виде пластиковых винтов регулирования по высоте, фундамент может быть более дешевым, поскольку винты регулирования по высоте можно повторно не использовать, а пластиковые винты регулирования по высоте могут изготавливаться существенно дешевле, чем обычные стальные.
Другие варианты осуществления изобретения являются объектом зависимых пунктов.
Примеры осуществления и преимущества изобретения более подробно поясняются ниже со ссылкой на чертежи, на которых изображают:
- Фиг.1: схематично фрагмент фундамента и нижней секции башни в соответствии с первым примером выполнения;
- Фиг.2: схематично сечение блока регулирования по высоте в соответствии со вторым примером выполнения;
- Фиг.3А, 3В: схематично сечение блока регулирования по высоте в соответствии с третьим примером выполнения;
- Фиг.4А, 4В: схематично сечение блока регулирования по высоте в соответствии с четвертым примером выполнения.
На Фиг.1 схематично изображен фрагмент фундамента и нижней секции башни, в частности ветроэнергетической установки, в соответствии с первым примером. На фундаменте 100 размещаются несколько блоков 500 регулирования по высоте, а на них размещается нивелировочное или распределяющее нагрузку кольцо 200. Посредством блоков 500 кольцо 200 может быть точно нивелировано или выровнено. Шов между верхней стороной 110 фундамента 100 и нижней стороной 210 кольца 200 заполняется заливочной массой 300 (так называемый заливочный раствор). При этом кольцо 200 должно быть подбито полностью и без воздушных включений или полостей, чтобы действующая на кольцо 200 нагрузка башни на всей поверхности заливочной массы могла передаваться на фундамент 100. Другими словами, между заливочной массой 300 и верхней стороной 110 фундамента 100, а также нижней стороной 210 нивелировочного кольца 200 больше не должно быть промежутков.
На распределяющем нагрузку кольце 200 может быть размещена и закреплена нижняя секция 400 башни. При необходимости, между распределяющим нагрузку кольцом 200 и нижней секцией 400 башни могут быть предусмотрены дополнительные крепежные элементы.
Если после затвердевания заливочной массы 300 на распределяющем нагрузку кольце 200 крепится нижняя секция 400 башни или если на нижней секции 400 башни крепятся другие ее секции, то возрастает масса или нагрузка, действующая на шов 300 и блоки 500. При этом может произойти так, что шов 300 будет работать и сжиматься. Однако если шов 300 из-за меньшей жесткости будет сжиматься сильнее, чем блок 500, то силовой поток или поток нагрузки от распределяющего нагрузку кольца 200 на фундамент 100 пройдет не через шов 300, а (в основном) через, по меньшей мере, некоторые из блоков 500 (как в случае винтов регулирования по высоте из высококачественной стали в соответствии с уровнем техники). Если же распределение нагрузки концентрируется на блоках 500, то на фундамент под блоками 500 может оказываться удельное давление, превышающее допустимое предельное значение, в результате чего фундамент под блоками 500 может быть поврежден.
Блоки 500 выполнены предпочтительно в виде винтов регулирования по высоте и могут изготавливаться, например, из пластика (HDPE - полиэтилен высокого давления). При этом винты выполняются таким образом, что они, хотя и способны надежно воспринимать массу распределяющего нагрузку кольца 200, однако по достижении предельного значения нагрузки или удельного давления, т.е. если на кольце размещается, например, секция башни, отказывают или проседают или, по меньшей мере, повреждаются. При этом может произойти так, что поток нагрузки больше не будет проходить через винты. Поскольку, однако, между верхней стороной 110 фундамента 100 и нижней стороной 210 кольца 200 предусмотрена заливочная масса или шов 300, нагрузка башни может равномерно распределяться этим швом 300 и отводиться в фундамент 100 с предусмотренным и безопасным для него удельным давлением.
Блоки 500 рассчитаны описанным выше образом потому, что их разрушение или отказ является приемлемым и за счет их выполнения осуществляется намеренно, чтобы избежать недопустимо высокого удельного давления в зоне фундамента под блоками 500, как в уровне техники. При этом, разумеется, возможен стандартный расчет, так что предложенный блок 500 может надежно нести массу, например, до 350 кг. Масса кольца определяет тогда необходимое число блоков 500 для него, причем, однако, всегда используются, по меньшей мере, три блока 500, чтобы обеспечить стабильное положение кольца. С тремя блоками 500 при несущей способности 350 кг можно вполне нивелировать распределяющее нагрузку кольцо массой 1 т. В качестве материала блока 500 может применяться, например, полиэтилен высокого давления или другой пластик, предпочтительно термопласт или пластик, способный к литью под давлением.
Выполнение блоков 500 в виде винтов регулирования по высоте литьем из пластика под давлением предпочтительно далее в отношении стоимости их материала. Поскольку блоки 500 после заполнения шва больше нельзя удалить, их, тем самым, нельзя повторно использовать.
С помощью блоков 500 можно достичь улучшения распределения нагрузки по фундаменту 100 башни при частичном отказе шва и, кроме того, сокращения расходов на фундамент 100 и блоки 500. При этом блок 500 в виде винта может быть выполнен с метрической резьбой.
На Фиг.2 схематично изображен разрез блока регулирования по высоте в соответствии со вторым примером. Блок 500 может использоваться, например, в качестве блока в первом примере. Блок 500 выполнен предпочтительно в виде винта. При этом блок 500 содержит внешний 510 и внутренний 520 элемент. Внешний элемент 510 содержит ножки 512 или в качестве альтернативы вместо них цокольное кольцо (не показано) или также в качестве альтернативы цокольную пластину (также не показана), а также внутреннюю резьбу 511. Внутренний элемент 520 имеет наружную резьбу 521 и верхний элемент 523. Последний обозначен штриховыми линиями и изображен в верхнем положении, в которое он может быть приведен за счет вывинчивания. В этом положении элемент 523 обозначен поз. 523'. При этом наружная резьба 521 внутреннего элемента 520 является, разумеется, ответной внутренней резьбе 511 внешнего элемента 510.
Ножки 512 или цокольное кольцо (не показано) или цокольная пластина (тоже не показана) размещаются на верхней стороне 110 фундамента 100 и направляют в него поток нагрузки, тогда как верхний элемент 523, 523' служит для поддержания распределяющего нагрузку кольца 200. Вращением внутреннего элемента 520 можно регулировать высоту блока 500. При этом высоту можно регулировать в диапазоне 80-120 мм. Разумеется, в зависимости от конструктивного выполнения возможны и другие диапазоны, например 50-90 мм.
Верхний элемент 523, 523' внутреннего элемента 520 может быть выполнен многоугольным, так что нивелирование распределяющего нагрузку кольца 200 возможно также и «на месте» - т.е. во встроенном положении винт регулирования по высоте можно простым образом вращать подходящим инструментом, например гаечным или вилочным ключом под распределяющим нагрузку кольцом 200 (на этой фигуре не показано).
Отказ или проседание блоков регулирования по высоте в соответствии с первым и вторым примерами под действием массы или нагрузки выше предельного значения (например, удельного давления выше предельного значения) касается повреждения, нарушения и/или разрушения блоков, в частности винтов. При этом могут быть повреждены, например, резьбы винтов, что может привести к отказу функции или проседанию винтов.
Предложенный блок регулирования по высоте может нести максимальную нагрузку, например, 0,5-0,7 т. Распределение нагрузки может иметь массу, например, 900-4000 кг в зависимости от варианта башни.
На Фиг. 3А, 3В схематично изображено сечение блока регулирования по высоте в соответствии с третьим примером. На Фиг.3А блок 600 изображен первой высоты 600а. Эта высота представляет собой минимальную высоту блока 600. Блок 600 имеет первый 630 и второй 640 участки трапециевидного сечения, которые своими короткими сторонами расположены напротив друг другу. Блок 600 имеет также первый 610 и второй 620 клиновидные участки, которые входят в участки 630, 640. Блок 600 содержит также регулировочный блок 650, посредством которого можно регулировать расстояние между участками 610, 620.
На Фиг.3В изображена ситуация, когда оба клиновидных участка 610, 620 расположены ближе друг к другу посредством регулировочного блока 650, т.е. расстояние между ними уменьшилось. За счет уменьшенного расстояния между ними трапециевидный участок 630 отжимается вверх, а участок 640 - вниз, так что высота 600b блока 600 больше минимальной высоты 600а на Фиг.3А. Таким образом, согласно третьему примеру, предусмотрен блок регулирования по высоте, который за счет вращения регулировочного блока 650 может изменять расстояние между клиновидными участками 610, 620 и, тем самым, отжимать трапециевидные участки 630, 640 соответственно вверх и вниз, в результате чего можно увеличивать или уменьшать высоту блока 600.
В третьем примере блок 600 вместе с участками 610, 620, 630, 640 изготавливается из пластика.
Таким образом, блок 600 в третьем примере, как в первом или втором, может проседать под действием массы или нагрузки выше предельного значения. Это проседание может быть связано с разрушением.
На Фиг. 4А, 4В схематично изображено сечение блока 700 в соответствии с четвертым примером. Блок 700 содержит один трапециевидный участок 730 и первый 710 и второй 720 клиновидные участки. Оба участка 710, 720 могут быть соединены между собой посредством регулировочного блока 750 с возможностью изменения расстояния между собой. На Фиг.4А показана высота 700а блока 700, соответствующая минимальной высоте.
На Фиг.4В расстояние между обоими клиновидными участками 710, 720 уменьшено по сравнению с расстоянием на Фиг.4А. Таким образом, трапециевидный участок 730 отжимается ими вверх, в результате чего высота 700b блока 700 увеличивается.
Блок 700 в четвертом примере, как в первом, втором или третьем, может проседать, если предельное значение нагрузки или массы превышено. Это проседание может быть связано с разрушением.
Регулировочный блок в третьем и четвертом примерах может быть выполнен в виде винта.