ВЕТРОВАЯ ТУРБИНА, СОДЕРЖАЩАЯ СЕГМЕНТИРОВАННУЮ БАШНЮ И ФУНДАМЕНТ
WIND TURBINE CONTAINING SEGMENTED TOWER AND FOUNDATION

Настоящее изобретение относится к ветровой турбине и к башне ветровой турбины.
Башня ветровой турбины типично установлена на фундаменте.
В заявке на патент Германии, на основании которой испрашивается приоритет, поиск, проведенный Патентным ведомством Германии, обнаружил следующие документы: ЕР 2 518 240 А1; DE 10 2008 010 660 B3; DE 102 26 996 A1; JP 2010-236224 A; DE 603 17 372 T2; DE 20 2011 001 695 U1; US 2010/0024311 A1; DE 10 2011 085 947 A1 и DE 102 30 273 B3.
Задачей настоящего изобретения является создание ветровой турбины и башни ветровой турбины, имеющих улучшенное соединение между башней и фундаментом.
Задача решается с помощью ветровой турбины по п. 1 формулы и с помощью башни по п. 7 формулы.
Таким образом предлагается ветровая турбина с фундаментом и башней с множеством сегментов башни, помещенной на фундамент. Фундамент имеет основание башни, которое по меньшей мере частично отлито в фундаменте. Основание башни имеет по меньшей мере два сегмента и нижний сегмент башни напряжен вместе с сегментами основания башни с помощью натяжных элементов.
Согласно одному аспекту изобретения верхний сегмент основания башни имеет конический сегмент, имеющий множество сквозных отверстий, сквозных каналов или трубчатых образований для приема напрягающей арматуры. Эти сквозные отверстия, каналы или трубчатые образования проходят параллельно продольному направлению основания башни.
Согласно другому аспекту изобретения наружный диаметр нижнего сегмента башни меньше, чем наружный диаметр нижнего конца основания башни.
Согласно одному аспекту изобретения ветровая турбина имеет анкерное кольцо как часть основания башни, которое заделано в бетон фундамента как часть основания башни. Первые концы напрягающей арматуры натянуты на анкерном кольце. Вторые концы напрягающей арматуры натянуты на фланце на верхнем конце нижнего основания или на нижнем конце нижнего сегмента башни.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения в области нижнего основания или в одном из нижних сегментов башни имеется огнестойкое уплотнение.
Другие варианты изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы.
Далее следует подробное описание преимуществ и иллюстративных вариантов изобретения со ссылками на приложенные чертежи, где:
Фиг. 1 - схематический вид ветровой турбины по настоящему изобретению.
Фиг. 2 - схематическое сечение перехода между фундаментом и башней ветровой турбины по первому иллюстративному варианту.
Фиг. 3 - еще одно сечение перехода между фундаментом и башней ветровой турбины по первому иллюстративному варианту.
Фиг. 4 - еще одно схематическое сечение перехода между фундаментом и башней ветровой турбины по первому иллюстративному варианту.
На фиг. 1 показана ветровая турбина 100 с башней 102 и гондолой 104. На гондоле 104 имеется ротор 106 с тремя лопастями 108 и обтекателем 110. При работе ротор 106 приводится во вращение ветром и, следовательно, вращает генератор в гондоле 104. Угол установки лопастей 108 ротора можно менять с помощью установочных электродвигателей в хвостовиках соответствующих лопастей 108 ротора. Башня 102 может состоять из множества установленных один на другой сегментов, например, в форме заранее отлитых бетонных частей и установлена на фундаменте 500. Сегменты напряжены напрягающими средствами (например, напрягающими тросами, арматурными прядями).
На фиг. 2 приведено схематическое сечение перехода между фундаментом и башней ветровой турбины по первому иллюстративному варианту. Основание 200 башни установлено на фундаменте 500 ветровой турбины 100. Основание 200 башни имеет анкерное кольцо 280, первый сегмент 260 фундамента с нижним фланцевым кольцом 270, второй сегмент 240 фундамента, третий сегмент 230 фундамента и четвертый сегмент 220. Четвертый сегмент 220 имеет конический наружный диаметр, т.е. наружный диаметр первого конца 221 сегмента 220 больше, чем наружный диаметр второго конца 222. Фланцевое кольцо 210 расположено на втором конце 222 сегмента 220. Нижний сегмент башни 102 можно установить на это фланцевое кольцо 210.
Сегменты 220, 230, 240 и 260 можно изготовить как заранее отлитые бетонные сегменты. Эти сегменты факультативно могут иметь конструкцию, состоящую из множества деталей.
Между кольцом 280 и фланцем 210 можно факультативно установить множество натяжных стержней 300 так, чтобы создать напряжение между нижним кольцом 280 и фланцем 210. Другими словами, сегменты 260, 240, 230 и 220 и нижний сегмент башни 102 стянуты друг с другом с помощью множества натяжных стержней 300. Факультативно также можно применять натяжные арматурные пряди и тросы.
Между первым и вторым сегментами 260, 240 можно использовать огнестойкое уплотнение 250. Огнестойкое уплотнение 250 может быть изготовлено из бетона и факультативно может иметь конструкцию, состоящую из множества деталей. Уплотнение 250 может быть прикреплено к одному из сегментов башни или к одному из сегментов основания башни. Это может быть выполнено с помощью удерживающего кольца, которое прикреплено к одному из сегментов. Альтернативно или дополнительно, на одном из сегментов башни или основания башни может быть выполнен выступ, который служит опорой или несущей поверхностью для уплотнения 250. Выступ факультативно может проходить вокруг всей окружности (или по меньшей мере по ее части) сегмента основания башни или сегмента башни.
Уплотнение 250 имеет огнестойкую конструкцию, т.е. оно может выдерживать высокие температуры, например до 800°С (или до 1000°С), дольше, чем 10 минут.
В области, которая закрыта или покрыта уплотнением 250, может быть установлен трансформатор или силовой шкаф. Силовой шкаф может содержать множество переключающих элементов, например, для инвертора или преобразователя.
Уплотнение 250 факультативно может быть прикреплено к одному из сегментов основания башни или к одному из сегментов башни.
Натяжные стержни 300 факультативно могут находиться в области второго и третьего сегментов 240, 230, внутри сегментов, т.е. внутри сегментов фундамента.
Первый сегмент 260 факультативно может иметь множество сквозных отверстий или каналов 261, в которых проходят натяжные стержни 300.
Сегмент 220 также имеет множество каналов или сквозных отверстий 223. Эти каналы или сквозные отверстия 223 факультативно проходят параллельно продольной оси первого, второго и третьего сегментов 260, 240, 230. Расстояние между каналами и внутренним и наружным пространством сегмента 220, следовательно, меняется вдоль продольной оси сегмента 220.
Благодаря конической конструкции сегмента 220 наружный диаметр нижнего конца 221 секции 220 больше, чем наружный диаметр верхнего конца 222, к которому прикреплены нижние сегменты башни 102. Таким образом можно увеличить несущую поверхность перехода между башней и фундаментом без необходимости менять несущую поверхность или наружный диаметр нижнего сегмента башни 102.
На фиг. 3 показан другой вид в сечении перехода между фундаментом и башней ветровой турбины по первому варианту настоящего изобретения. На фиг. 3 показаны металлическое или бетонное кольцо 280, металлическое или бетонное кольцо 270 и первый сегмент 260 фундамента. Два кольца 280, 270 имеют множество отверстий или сквозных каналов 271, 281, предназначенных для приема множества натяжных стержней 300. Множество болтов 310 можно затягивать под кольцом 280.
В первом сегменте 260 имеется множество сквозных отверстий, каналов или трубчатых элементов 261 для приема натяжных стержней 300. На нижнем конце 260а первый сегмент 260 может иметь множество конических отверстий 262 или коническую периферийную канавку, примыкающую к сквозным отверстиям 261. Конические отверстия 262 предназначены для облегчения введения натяжных стержней 300.
На фиг. 4 показано другое схематическое сечение перехода между фундаментом и башней ветровой турбины по первому иллюстративному варианту. На фиг. 4 показаны сегмент 220, фланец 210 и нижний сегмент башни 102. Фланец 210, например, может быть приварен к нижнему сегменту башни 102. В сегменте 220 имеется множество сквозных отверстий, или каналов, или трубчатых элементов 223. Эти сквозные отверстия или трубчатые элементы 223 предназначены для приема натяжных стержней 300. Фланец 210 в области сквозных отверстий 223 может иметь на своем верхнем конце множество конических отверстий 211. Конические отверстия 211 предназначены для приема по меньшей мере частично натяжных болтов 320.
В бетон фундамента может быть заделано кольцо с пальцами, например, в форме бетонного кольца 270. Это кольцо также может быть изготовлено из стали. На кольцо 270 может быть установлен первый бетонный сегмент 260 основания 200. На первый бетонный сегмент 260 может быть установлено огнестойкое уплотнение 250. В первом бетонном сегменте 260 в продольном направлении может иметься множество сквозных отверстий, сквозь которые можно проталкивать натяжные стержни 300. Их количество можно уменьшить, применяя натяжные стержни, а не натяжные пряди. Факультативно может иметься установочное кольцо. Над первым бетонным сегментом 260 может быть установлен второй сегмент 240 из бетона или стали. Этот второй сегмент 240 факультативно также имеет сквозные отверстия, проходящие в продольном направлении, для приема натяжных стержней. Альтернативно, натяжные стержни могут проходить внутри второго сегмента 240. На второй сегмент 240 может быть помещен третий сегмент 230, изготовленный из бетона или стали. Этот третий сегмент 230 также может иметь проходящие в продольном направлении сквозные отверстия или каналы 231 для приема натяжных стержней 300. На этот третий сегмент 230 может быть установлен конический сегмент 220, изготовленный из бетона. Наружный диаметр первого нижнего конца 221 больше, чем наружный диаметр второго верхнего конца 222. Внутренний диаметр первого конца 221 больше, чем внутренний диаметр второго конца 222. На второй конец 222 бетонного сегмента 220 может быть помещено стальное кольцо или фланец 210. Бетонный сегмент 220 имеет множество сквозных отверстий 223, проходящих в продольном направлении сегмента 220. Благодаря конической форме бетонного сегмента 220 расстояние между сквозными отверстиями 223 для приема натяжных стержней на первом конце в направлении наружу больше, чем на втором конце. Это сделано для того, чтобы можно было использовать прямые натяжные стержни.
Натяжные стержни 300 также могут иметь конструкцию натяжных прутков 300. Между соответствующими сегментами 260, 240, 220 могут быть факультативно установлены прокладки.
Согласно настоящему изобретению натяжные стержни или прутки 300 применяются для стягивания друг с другом заранее изготовленных бетонных сегментов башни, стальных сегментов и фундамента или сегментов основания 200. Согласно настоящему изобретению имеется множество натяжных стержней или прутков 300. Нижний бетонный сегмент 260 факультативно может быть соединен через бетонное кольцо 280, которое заделано в бетон фундамента. Каждый из соответствующих сегментов 260, 240, 220 может иметь на первых концах (нижний конец) конические отверстия, которые облегчают проведение клетки фундамента или сегментов основания по натяжным стержням.
Решение по настоящему изобретению дает возможность избавиться от большого количества стальных фланцевых соединений. Кроме того, можно осуществлять быстрый монтаж, применяя более экономически эффективные бетонные сегменты. Количество использованного материала можно уменьшить в зависимости от нагрузки. Производственные допуски можно компенсировать с помощью бетонного кольца 270 и/или прокладок 290.
Согласно другому иллюстративному варианту изобретения конический сегмент 220 можно сконструировать так, чтобы расстояние между отверстиями и наружным диаметром было постоянным. В этом случае натяжные прутки должны иметь коническое расположение или конструкцию.
Благодаря конструкции перехода между фундаментом и башней по настоящему изобретению и применению натяжных стержней или прутков можно обойтись без заглубляемого основания. Более того, диаметр фланцев в области перехода между фундаментом и башней можно увеличить.
Настоящее изобретение относится к соединениям стальной трубчатой секции с бетонными деталями и бетонным фундаментом. Следует отметить, что в данном случае силы направлены от башни на фундамент.
Согласно настоящему изобретению можно создать гибридное решение для соединения стальной трубчатой секции с бетонными деталями и бетонным фундаментом. Благодаря конструкции конического бетонного сегмента 220 диаметр сегментов 240 и 260 и стальных и бетонных колец 270, 280 можно выбрать так, чтобы они были больше диаметра нижнего сегмента башни 102.
Согласно настоящему изобретению основание башни может иметь заделанную анкерную область. Согласно настоящему изобретению имеется нижнее анкерное кольцо 280. Это анкерное кольцо 280 может быть изготовлено из сверхпрочного материала. Один конец натяжных стержней 300 может быть прикреплен, например, к анкерному кольцу 280 анкерами сегмента или соответствующими гайками.
Согласно настоящему изобретению сегменты 230, 240 и 260 могут быть изготовлены из бетона более низкого качества, поскольку площадь поверхности увеличена благодаря увеличенному диаметру. Бетонное кольцо можно поместить на фундамент в сухом состоянии. Стальной фланец 210 можно сконструировать, например, как L-образный фланец с проходящей по окружности конической канавкой 211. Из этой конической канавки 211 во фланец 210 отходят отверстия, сквозь которые нужно протолкнуть натяжные стержни 300. Для дополнительной защиты натяжных стержней в сквозных отверстиях в сегментах 260, 240, 230, 220 эти сквозные отверстия могут быть набиты консистентной смазкой.
Согласно настоящему изобретению каждый из сегментов 220, 230, 240, 260 имеет множество трубчатых элементов 223, 231, 241, 261 для приема натяжных стержней 300. Нижние концы натяжных стержней прикреплены к кольцу 280. Верхние концы натяжных стержней натянуты на фланце 210 соответствующими болтовыми соединениями.
Согласно настоящему изобретению основание башни может иметь заделанную анкерную область. Таким образом, имеется возможность избежать необходимости в заглубляемом основании. Согласно одному аспекту изобретения основание башни, состоящее из сегментов 260, 240, 230, 220, можно создавать и монтировать, например, как часть фундамента до установки на него нижнего сегмента башни. Некоторые сегменты основания башни, таким образом, можно отливать из бетона заранее - до того, как первый сегмент башни будет установлен на место. Верхний сегмент 220 основания 200 башни имеет, в частности, коническую конструкцию.
Согласно настоящему изобретению нижний сегмент башни 102 может быть напряжен с помощью L-образного фланца 210 за счет стягивания с основанием 200 башни, состоящим из сегментов.
Вместо стержней можно факультативно использовать натяжные пряди или натяжные тросы.