СЕГМЕНТ БАШНИ, СЕКЦИЯ БАШНИ, БАШНЯ, ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, А ТАКЖЕ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЕГМЕНТА БАШНИ И СОЕДИНЕНИЯ СЕГМЕНТОВ БАШНИ Российский патент 2020 года по МПК F03D13/20 E04H12/34 

Изобретение касается сегмента башни ветроэнергетической установки, секции башни ветроэнергетической установки, башни ветроэнергетической установки, ветроэнергетической установки, способа изготовления сегмента башни ветроэнергетической установки и способа соединения сегментов башни ветроэнергетической установки.

Башни ветроэнергетических установок, в частности ветроэнергетических установок с горизонтальными осями, составляют значительную часть общей стоимости изготовления ветроэнергетической установки. В частности, увеличивающиеся диаметры ветроколеса и номинальные мощности ветроэнергетических установок приводят к тому, что башни также увеличиваются в размерах и/или подвержены более высоким нагрузкам. В частности, производство и/или монтаж башен является или, соответственно, являются длительными и дорогостоящими.

Поэтому задачей настоящего изобретения является предложить сегмент башни ветроэнергетической установки, секцию башни ветроэнергетической установки, башню ветроэнергетической установки, ветроэнергетическую установку, способ изготовления сегмента башни ветроэнергетической установки и способ соединения сегментов башни ветроэнергетической установки, которые уменьшат или устранят один или несколько недостатков существующих решений. Далее, задачей настоящего изобретения является предложить сегмент башни ветроэнергетической установки, секцию башни ветроэнергетической установки, башню ветроэнергетической установки, ветроэнергетическую установку, способ изготовления сегмента башни ветроэнергетической установки и способ соединения сегментов башни ветроэнергетической установки, которые упростят и/или улучшат и/или сделают более экономичным изготовление и/или монтаж секций башен и/или башен ветроэнергетических установок.

В приоритетной заявке к настоящей заявке Немецкое ведомство по патентам и торговым маркам произвело исследование следующего уровня техники: DE 102012011175 A1, DE 102013016604 A1.

Эта задача решается с помощью сегмента башни ветроэнергетической установки, включающего в себя элемент сжатия и элемент растяжения, при этом элемент растяжения направлением своей основной протяженности в смонтированном состоянии расположен по существу горизонтально, а в направлении, ортогональном направлению его основной протяженности, находится на расстоянии от сегмента башни и соединен с элементом сжатия через промежуточный элемент.

В соответствии с изобретением предусмотрено, что сегмент башни включает в себя элемент сжатия и элемент растяжения, которые находятся на расстоянии друг от друга и соединены промежуточным элементом.

Башни ветроэнергетических установок, как правило, в смонтированном состоянии и в рабочем состоянии имеют вертикальную продольную ось и кольцевое поперечное сечение, ортогональное этой продольной оси. Это кольцевое поперечное сечение может быть выполнено в форме круглого кольца или же иметь полигональную форму. Поэтому под термином «кольцевой» в этой заявке понимается не только вариант осуществления в форме круглого кольца, но и полигональный и/или многоугольный вариант осуществления, имеющий несколько прямых участков.

Такие термины, как «радиальный», «тангенциальный», «периметр» и пр. понимаются в этой заявке применительно к продольной оси башни и относятся к любым формам поперечного сечения такой башни, в частности как к поперечным сечениям в форме круглого кольца, так и к полигональным поперечным сечениям.

Сегмент башни понимается здесь как часть кольцевой секции башни, то есть элемент, который распространяется только по части периметра башни. Кольцевая секция башни предпочтительно образуется из нескольких сегментов башни, при этом между сегментами башни, как правило, в смонтированном состоянии и в рабочем состоянии могут быть выполнены вертикально ориентированные продольные стыки. Башня включает в себя несколько секций башни, в смонтированном состоянии и в рабочем состоянии ветроэнергетической установки вертикально расположенных друг над другом. Под смонтированным состоянием здесь, в частности, понимается состояние, которое относится к вертикально ориентированной башне, которое, если на башне установлена соответственно готовая к эксплуатации гондола, имеющая ветроколесо, соответствует также рабочему состоянию ветроэнергетической установки. По существу горизонтальная ориентация продольной оси, напр., при производстве и/или при транспортировке башни или ее частей, не считается здесь смонтированным состоянием. Описанные для смонтированного состояния ориентации в состоянии производства и/или транспортировки должны адаптироваться к временно не ориентированной вертикально продольной оси башни или, соответственно, какой-либо ее части.

Башни ветроэнергетических установок сужаются, как правило, от их нижнего к их верхнему концу. Ориентация стены сужающейся башни, как правило, только на несколько градусов отклоняется от вертикали. Поэтому, когда в этой заявке делается ссылка на ориентации, в частности в смонтированном состоянии, такие как, например, вверх, вниз, радиально, горизонтально, вертикально и пр., это должно соответственно относиться также к сужающимся башням и, соответственно этому, стенам башни, слегка наклоненным относительно вертикали.

Известны разные конструкции башен ветроэнергетических установок. В частности, хорошо зарекомендовали себя башни массивной конструкции, из бетона и/или железобетона и/или предварительно напряженного бетона и/или стали.

В частности, известно, что вследствие большого диаметра кольцевых секций башни, как имеющих форму круглого кольца, так и полигональной формы, секции башни разделяются в продольном направлении на сегменты башни, так как сегменты башни легче изготавливать и/или транспортировать, чем кольцевые секции башни. Сегменты башни имеют, как правило, плоскостную протяженность, которая образует стену башни, и выполненную ортогонально или радиально к ней толщину, которая, как правило, в несколько раз меньше, чем плоскостная протяженность. Сегменты башни для башен, имеющих полигональное поперечное сечение, как правило, выполнены плоскими, то есть не имеют кривизны в их плоскостной протяженности. Сегменты башни для башен, имеющих поперечное сечение в форме круглого кольца, напротив, как правило, имеют кривизну и/или радиус в их плоскостной протяженности и имеют при этом форму сегмента боковой поверхности цилиндра или конуса или усеченного конуса.

В соответствии с изобретением предусмотрено, что сегмент башни имеет элемент сжатия, который, как правило, имеет вышеописанную плоскостную протяженность и в несколько раз меньшую по сравнению с ней ортогональную толщину, причем эта плоскостная протяженность может быть искривленной или плоской. На расстоянии от этого элемента сжатия расположен элемент растяжения, который, как правило, имеет исполнение в форме стержня, у которого направление основной протяженности в несколько раз больше, чем протяженность ортогонально этому направлению основной протяженности. Элемент сжатия и элемент растяжения соединены друг с другом посредством промежуточного элемента. Элемент растяжения в смонтированном состоянии ориентирован по существу горизонтально.

Промежуточные элементы могут быть предпочтительно забетонированы первым концом в элементы сжатия. Далее, предпочтительно промежуточные элементы закреплены на элементах сжатия дюбелями с круглой головкой.

Соединение между промежуточными элементами и элементами растяжения может осуществляться на месте при монтаже башни или уже при изготовлении сегментов башни, например, на заводе готовых конструкций.

Элемент растяжения служит по существу для того, чтобы воспринимать силы растяжения, в частности в по существу тангенциальном направлении. Элемент сжатия служит по существу для того, чтобы воспринимать силы сжатия. Промежуточный элемент служит по существу для того, чтобы воспринимать силы растяжения, в частности в некотором по существу радиальном направлении. Промежуточный элемент расположен предпочтительно ортогонально к направлению основной протяженности элемента растяжения и/или ортогонально к протяженности поверхности элемента сжатия и/или радиально относительно продольной оси башни. Далее, предпочтительно промежуточный элемент в смонтированном состоянии ориентирован по существу горизонтально. Предпочтительно сегмент башни может иметь два, три или более промежуточных элементов. Сегмент башни может также иметь два, три или более элементов растяжения, причем эти два, три или более элементов растяжения в смонтированном состоянии предпочтительно в вертикальном направлении находятся на расстоянии друг от друга.

Элемент растяжения и элемент сжатия находятся на расстоянии друг от друга ортогонально к направлению основной протяженности элемента растяжения, предпочтительно в некотором по существу горизонтальном и/или некотором по существу радиальном направлении. Предпочтительно элемент растяжения расположен на внутренней стороне элемента сжатия, то есть в смонтированном состоянии и/или в рабочем состоянии ветроэнергетической установки внутри башни. Далее, предпочтительно элемент растяжения своим направлением основной протяженности ориентирован по существу параллельно плоскостной протяженности элемента сжатия, в частности при элементах сжатия, имеющих плоскостную протяженность без кривизны.

Элемент сжатия предпочтительно выполнен из бетона и/или железобетона и/или предварительно напряженного бетона. Элемент растяжения предпочтительно в направлении из металла, в частности стали.

Предпочтительно элемент растяжения выполнен, чтобы соединяться с элементами растяжения соседних сегментов башни. Также предпочтительно элемент сжатия выполнен, чтобы соединяться с элементами сжатия соседних сегментов башни, предпочтительно стыковым соединением.

Соединения между сегментами башни, в частности между элементами сжатия соседних сегментов башни и/или элементами растяжения соседних сегментов башни, могут предпочтительно передавать силы растяжения и/или сжатия. В частности, соединение между элементами сжатия соседних сегментов башни предпочтительно выполнено, чтобы передавать силы сжатия. В частности, соединение между элементами растяжения соседних сегментов башни предпочтительно выполнено, чтобы передавать силы растяжения.

Силы сжатия и силы растяжения при предлагаемом изобретением решении могут распределяться особенно эффективно, так как вследствие нахождения на расстоянии друг от друга элемента сжатия и элемента растяжения может использоваться рычаг. Далее, таким образом может также особенно эффективно осуществляться выбор размеров элемента сжатия и элемента растяжения, так как вследствие нахождения на расстоянии предпочтительно действие рычага. Между элементами сжатия соседних сегментов башни может реализовываться простое стыковое соединение для передачи сил сжатия, так как через соединение элементов растяжения соседних сегментов башни может осуществляться передача сил растяжения.

По одному из предпочтительных вариантов осуществления предусмотрено, чтобы элемент растяжения имел стяжной элемент. Благодаря наличию стяжного элемента элемент растяжения может активно снабжаться силой растяжения. Стяжной элемент может быть предпочтительно выполнен в виде стяжного замка. Далее, предпочтительно стяжной элемент имеет несколько винтов, при этом предпочтительно при затягивании винтов может создаваться сила растяжения, действующая на элемент растяжения.

Таким образом, в кольцевой секции башни через соединение элементов растяжения, предпочтительно с получением кольца элементов растяжения, на соединенные друг с другом элементы сжатия может действовать предварительное напряжение.

В частности, в кольцевой секции башни могут быть предусмотрены как сегменты башни, которые имеют стяжной элемент, так и сегменты башни, которые не имеют стяжного элемента. Предпочтительно для каждой секции башни предусмотрен по меньшей мере один сегмент башни, имеющий стяжной элемент. Далее, предпочтительно в одной секции башни расположены, чередуясь, сегменты башни, имеющие стяжной элемент, и сегменты башни, не имеющие стяжного элемента.

Далее, предпочтительно, чтобы промежуточный элемент был выполнен шарнирным и/или был шарнирно соединен с элементом сжатия и/или с элементом растяжения. В одном из предпочтительных вариантов осуществления предусмотрено, чтобы промежуточный элемент имел две шарнирно соединенные друг с другом промежуточные части.

Шарнирное соединение представляет собой, в частности, соединение, которое выполнено с возможностью поворота вокруг некоторой оси, причем эта ось в смонтированном состоянии предпочтительно ориентирована по существу вертикально, причем сюда, как уже описано выше, включена также, в частности, ориентация этой оси параллельно сужающейся при известных условиях стене башни.

Через такое шарнирное соединение промежуточный элемент предпочтительно соединен с элементом сжатия и/или с элементом растяжения. Далее, предпочтительно также промежуточные части промежуточного элемента могут быть сами соединены такими шарнирным соединением.

Преимуществом такого шарнирного соединения промежуточного элемента является, что таким образом может просто и эффективно обеспечиваться возможность по существу передачи сил растяжения промежуточными элементами и элементами растяжения, и по существу сил сжатия элементами сжатия. Шарнирное соединение уменьшает или, соответственно, предотвращает передачу других сил, кроме сил растяжения, промежуточным элементом и/или элементом растяжения. Далее, таким образом может гарантироваться, что в секции башни, имеющей несколько соединенных друг с другом сегментов башни, будет достигаться равномерное распределение сил. В частности, создаваемая стяжным элементом сила предварительного напряжения может распределяться по элементам растяжения так равномерно и таким образом также вызывать соответствующее равномерное предварительное напряжение элементов сжатия.

Одно из предпочтительных усовершенствований отличается тем, что элемент сжатия имеет по меньшей мере одну боковую поверхность, которая расположена и выполнена, чтобы в смонтированном состоянии образовывать стыковое соединение с боковой поверхностью другого сегмента башни.

Боковая поверхность элемента сжатия в смонтированном состоянии, как правило, расположена в некоторой по существу вертикальной плоскости. Между боковыми поверхностями соседних сегментов башни образован, как правило, чаще всего вертикальный, продольный стык.

Предпочтительно боковая поверхность выполнена и, в частности в смонтированном состоянии и в рабочем состоянии, расположена, чтобы образовывать стыковое соединение с другой боковой поверхностью другого сегмента башни. Под стыковым соединением здесь, в частности, понимается соединение, которое может передавать силы сжатия и осуществляется путем плоскостного стыкования друг с другом двух боковых поверхностей двух сегментов башни.

При нагружении стыкового соединения давлением, в частности при предварительном напряжении элементов растяжения, возникает предпочтительно соединение с силовым замыканием и/или фрикционное замыкание. Коэффициент трения между двумя бетонными поверхностями составляет, как правило, прибл. 0,5-1.

Далее, предпочтительно, чтобы элемент сжатия имел две боковые поверхности, которые расположены наклонно друг к другу.

Предпочтительно эти две боковые поверхности элемента сжатия лежат не только каждая в вертикальной плоскости, но и ориентированы радиально. Таким образом получается наклон двух боковых поверхностей друг к другу. Это имеет, в том числе, технические преимущества при монтаже, так как благодаря этому наклону боковых поверхностей друг к другу сегмент башни может просто вводиться в промежуток между двумя соседними сегментами башни и позиционироваться там. Далее, этот вариант осуществления предпочтителен для изготовления стыкового соединения и для соединения с силовым замыканием и/или фрикционного замыкания.

По одному из предпочтительных вариантов осуществления предусмотрено, чтобы промежуточный элемент был соединен с элементом сжатия и/или с элементом растяжения и/или промежуточные части промежуточного элемента были соединены соединительными элементами, причем эти соединительные элементы предпочтительно выполнены не требующими техобслуживания и/или безаварийными.

Сегменты башни выполнены предпочтительно по существу не требующими техобслуживания и/или по существу безаварийными. Для этого, в частности, предпочтительно, чтобы соединения между промежуточным элементом и элементом растяжения и/или элементом сжатия имели эти свойства. Для этого также предпочтительно, чтобы, если промежуточный элемент имеет две или более промежуточных частей, чтобы эти промежуточные части и их соединения также были выполнены соответственно не требующими техобслуживания и/или безаварийными. Поэтому, в частности, предпочтительно, чтобы соединительные элементы, применяемые для изготовления этих соединений, были выполнены не требующими техобслуживания и/или безаварийными. Соединительные элементы могут быть предпочтительно выполнены в виде гаек, имеющих шплинты.

В другом предпочтительном варианте осуществления предусмотрено, чтобы элемент сжатия на верхней в смонтированном состоянии соединительной поверхности и/или на нижней в смонтированном состоянии соединительной поверхности имел один, два или более позиционирующих элементов.

Позиционирующие элементы могут быть, например, выполнены в виде выступов и/или углублений, таких как, например, штыри и/или втулки. Далее, предпочтительно позиционирующие элементы внутренней резьбы расположены таким образом, чтобы они могли совпадать и/или приходить в зацепление с соответствующими позиционирующими элементами соседних, в частности соседних в направлении, по существу вертикальном в смонтированном состоянии, сегментов башни.

Наличие таких позиционирующих элементов может служить для центрирования и/или ориентации и/или временной стабилизации сегментов башни, в частности при их монтаже и, в частности, пока элементы растяжения секции башни еще не соединены друг с другом.

Другое предпочтительное усовершенствование отличается тем, что сегмент башни имеет два промежуточных элемента, расстояние между которыми в направлении основной протяженности элемента растяжения составляет несколько расстояний от них до боковых поверхностей элемента сжатия.

В этом варианте осуществления предусмотрено исполнение, при котором промежуточные элементы расположены по существу в краевых областях сегмента башни, в частности на концевых областях элемента растяжения и/или на концевых областях, в частности в окружном направлении, элемента сжатия. При этом в секции башни, состоящей из таких сегментов башни, промежуточные элементы находятся по существу в области продольных стыков между сегментами башни, то есть у башни, имеющей полигональное поперечное сечение, в области углов.

Далее, предпочтительно предусмотрено, что расстояние между промежуточным элементом и элементом сжатия составляет максимум 50% радиуса башни, в частности башни, частью которой является сегмент башни. У сужающейся башни это указание относится предпочтительно к радиусу на высоте башни, на которой расположен сегмент башни. Этот радиус башни может относиться к внутреннему радиусу, или наружному радиусу, или усредненному значению. Предпочтительно расстояние между элементом растяжения и элементом сжатия составляет максимум 25%, в частности, по меньшей мере или максимум 10% радиуса.

Предпочтительно сила прижатия в продольных стыках между элементами сжатия больше, чем напряжение растяжения, имеющееся в элементах растяжения. В то время как сила прижатия в продольных стыках для варианта осуществления, имеющего углы между элементами сжатия, близкие к 180° (что соответствовало бы форме башни, имеющей бесконечно много углов), была бы идентична силе растяжения, сила прижатия в продольных стыках повышается с уменьшающимся числом углов до 2-кратной силы растяжения при минимуме, составляющем три угла.

Далее, предпочтительно, чтобы при варианте осуществления сегментов башни для башни, имеющей больше четырех углов, возникающие в секции башни, построенной из таких сегментов башни, по существу радиальные силы растяжения в промежуточных элементах были меньше, чем предварительное напряжение растяжения в элементах растяжения. В варианте осуществления сегментов башни для башни, имеющей четыре угла, возникающие в секции башни, построенной из таких сегментов башни, по существу радиальные силы растяжения в промежуточных элементах предпочтительно соответствуют предварительному напряжению растяжения в элементах растяжения. В варианте осуществления сегментов башни для башни, имеющей три угла, возникающие в секции башни, построенной из таких сегментов башни, по существу радиальные силы растяжения в промежуточных элементах предпочтительно больше, чем предварительное напряжение растяжения в элементах растяжения.

По одному из аспектов изобретения вышеназванная задача решается с помощью секции башни ветроэнергетической установки, включающей в себя два, три или более вышеописанных сегментов башни, элементы растяжения которых соединены друг с другом, и элементы сжатия которых соединены посредством стыкового соединения.

Стыковое соединение осуществляется предпочтительно между обращенными друг к другу боковыми поверхностями соседних сегментов башни. Соединение между промежуточными элементами соседних сегментов башни осуществляется предпочтительно с возможностью поворотного движения, в частности с возможностью поворота вокруг некоторой, по существу вертикальной оси. Далее, предпочтительно соединение осуществляется посредством соединителя растяжения, который, например, каждым из своих концов с возможностью поворотного движения соединен с каждым из двух соседних элементов растяжения.

По одному из предпочтительных вариантов осуществления секции башни предусмотрено, что верхние соединительные поверхности элементов сжатия лежат в различных плоскостях и/или нижние соединительные поверхности элементов сжатия лежат в различных плоскостях.

Этот вариант осуществления имеет то преимущество, что не возникают проходящие по кругу горизонтальные стыки, а горизонтальные стыки между сегментами башни, расположенными в смонтированном состоянии и/или в рабочем состоянии вертикально друг над другом, расположены в направлении периметра башни с вертикальным сдвигом друг относительно друга.

По другому аспекту изобретения вышеназванная задача решается с помощью башни ветроэнергетической установки, включающей в себя по меньшей мере одну вышеописанную секцию башни, и/или по меньшей мере один вышеописанный сегмент башни.

По другому аспекту изобретения вышеназванная задача решается с помощью ветроэнергетической установки, включающей в себя по меньшей мере одну вышеописанную башню, и/или по меньшей мере одну вышеописанную секцию башни, и/или по меньшей мере один вышеописанный сегмент башни.

По другому аспекту изобретения вышеназванная задача решается с помощью способа изготовления сегмента башни ветроэнергетической установки, в частности вышеописанного сегмента башни, включающего в себя: предоставление элемента сжатия, предоставление элемента растяжения, соединение элемента растяжения с элементом сжатия посредством промежуточного элемента, причем этот элемент растяжения направлением своей основной протяженности в смонтированном состоянии расположен по существу горизонтально, а в направлении, ортогональном направлению его основной протяженности, находится на расстоянии от сегмента башни.

По другому аспекту изобретения вышеназванная задача решается с помощью способа соединения сегментов башни ветроэнергетической установки, включающего в себя: предоставление двух вышеописанных сегментов башни, соединение элементов сжатия двух сегментов башни стыковым соединением, соединение элементов растяжения двух сегментов башни.

Соединение сегментов башни между собой, в частности элементов сжатия между собой и/или элементов растяжения между собой, осуществляется предпочтительно только на месте при монтаже башни. Таким образом легче транспортировать отдельные сегменты башни.

Соединение осуществляется предпочтительно путем ввода соединительных средств в соответствующие отверстия и/или выемки на соединяемых элементах.

По одному из предпочтительных вариантов осуществления способа соединения сегментов башни ветроэнергетической установки предусмотрено, что один, два или более сегментов башни имеют стяжной элемент, и эти стяжные элементы натягиваются, предпочтительно путем затягивания винтов.

Предлагаемые изобретением способы и их возможные усовершенствования имеют признаки или, соответственно, шаги способов, которые делают их, в частности, пригодными для применения в предлагаемом изобретением сегменте башни и его возможных усовершенствованиях и/или предлагаемой изобретением секции башни и ее возможных усовершенствованиях.

В отношении преимуществ, вариантов осуществления и деталей осуществления этих других аспектов изобретения и их возможных усовершенствований ссылаемся также на предшествующее описание соответствующих признаков сегментов башни.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения в качестве примера описываются с помощью прилагаемых фигур. Показано:

фиг. 1: трехмерный вид ветроэнергетической установки, имеющей башню и гондолу;

фиг. 2: трехмерный вид ветроэнергетической установки, имеющей полигональное поперечное сечение;

фиг. 3: горизонтальное сечение башни в соответствии с фиг. 2;

фиг. 4: увеличенное изображение 90°-го фрагмента в соответствии с фиг. 3;

фиг. 5: увеличенное изображение угла в соответствии с фиг. 4, с указанным на чертеже силовым потоком;

фиг. 6: трехмерный вид секции башни, имеющей первый уровень сегментов башни;

фиг. 7: секция башни в соответствии с фиг. 6, имеющая два первых кольца элементов растяжения;

фиг. 8: секция башни в соответствии с фиг. 7, имеющая второй уровень сегментов башни;

фиг. 9: секция башни в соответствии с фиг. 8, имеющая два вторых кольца элементов растяжения;

фиг. 10: вид в плане башни в состоянии монтажа, имеющей первый и второй уровень сегментов башни, а также еще не смонтированный третий уровень сегментов башни; и

фиг. 11: башня в соответствии с фиг. 10, имеющая смонтированный третий уровень сегментов башни.

На фиг. 1 показана ветроэнергетическая установка 100, имеющая башню 102 и гондолу 104. На гондоле расположено ветроколесо 106, имеющее три лопасти 108 ветроколеса и кок 110. Ветроколесо 106 при эксплуатации приводится ветром во вращательное движение и при этом осуществляет привод генератора в гондоле 104. Показанная на фиг. 1 башня 102 имеет поперечное сечение в форме круглого кольца. Башня 102 может иметь предлагаемые изобретением сегменты башни, при этом изображенные здесь на других фигурах сегменты башни для башни, имеющей полигональное поперечное сечение, должны были бы быть соответственно изменены с плоского варианта осуществления элементов сжатия на искривленный вариант осуществления.

На фиг. 2 изображена башня 20 для ветроэнергетической установки, причем эта башня 20 имеет вертикальную продольную ось и ортогональное к этой продольной оси полигональное поперечное сечение. Башня 20 включает в себя множество сегментов 200 башни, плоскостная протяженность которых выполнена плоской, без кривизны или радиуса, так что возникает полигональная, здесь 8-угльная форма башни. Характерная высота башни ветроэнергетической установки составляет, например, 150 м. Башня может быть по существу полностью построена из описанных здесь сегментов башни. Однако из описанных здесь сегментов башни может быть также построена только некоторая часть, предпочтительно нижняя часть башни, например, до высоты 75 м, а другая, предпочтительно верхняя часть башни, быть выполнена, например, в виде стальной башни.

На фиг. 3 изображено горизонтальное сечение башни в соответствии с фиг. 2. На фиг. 4 показан увеличенный фрагмент 90°-го фрагмента, обозначенного W на фиг. 3. На фиг. 5, в свою очередь, показан угол в соответствии с фиг. 4, еще раз увеличенный и с указанным на чертеже силовым потоком, при этом D обозначены двойные стрелки сил сжатия, а Zt, Zr двойные стрелки сил растяжения в тангенциальном и радиальном направлении.

Как, в частности, можно видеть на фиг. 3-5, применяются два вида сегментов башни: во-первых, сегменты 210 башни, имеющие элемент 250 сжатия и элемент 310 растяжения, а во-вторых, сегменты 220 башни, которые, наряду с сегментом 250 сжатия, имеют сегмент 320 растяжения, имеющий стяжной элемент 330. Стяжной элемент 330 выполнен в виде стяжного замка, имеющего несколько стяжных винтов 331, так что при затягивании стяжных винтов 331 кольцо 300 элементов растяжения может нагружаться силой натяжения и таким образом предварительно напрягаться.

Элементы 250 сжатия находятся на расстоянии от элементов 310, 320 растяжения в радиальном направлении относительно продольной оси башни и вместе с тем здесь также по существу в горизонтальном направлении. Расстояние между элементами 250 сжатия и элементами 310, 320 растяжения в этом примере примерно соответствует толщине элементов 250 сжатия в направлении, ортогональном их плоской, плоскостной протяженности. Элементы 310, 320 расположены на внутренних сторонах элементов 250 сжатия и при этом в смонтированном состоянии и в рабочем состоянии ветроэнергетической установки находятся внутри башни.

Элементы 310, 320 растяжения шарнирно соединены с элементами 250 сжатия посредством промежуточных элементов 410. Промежуточные элементы 410 имеют первую промежуточную часть 411, которая посредством дюбелей 421 с круглой головкой соединена с элементом 250 сжатия. Предпочтительно первые концы первых промежуточных частей 411 вместе с дюбелями 421 с круглой головкой забетонированы в элементы 250 сжатия. С первой промежуточной частью 411 шарнирно соединена вторая промежуточная часть 412, которая, в свою очередь, шарнирно соединена с одним концом элементов 310, 320 растяжения. Элементы 310, 320 растяжения соседних сегментов 210, 220 башни посредством соединителей 430 растяжения шарнирно соединены друг с другом. Шарнирные соединения, возможность которых, в частности, обеспечивается возможностью поворота соединенных ими друг с другом элементов вокруг некоторой, по существу вертикальной оси, реализуются с помощью соединительных элементов 422 предпочтительно в виде гаек, имеющих шплинты. В частности, предпочтителен вариант осуществления соединений между элементами 310, 320 растяжения, промежуточными элементами 410 и элементами 250 сжатия в не требующем техобслуживания и безаварийном виде.

Каждый из сегментов 210, 220 башни имеет два промежуточных элемента 410, расстояние между которыми в направлении основной протяженности каждого элемента 310, 320 растяжения составляет несколько расстояний от них до боковых поверхностей 251 элементов 250 сжатия. Боковые поверхности 251 соседних сегментов 210, 220 башни образуют стыковое соединение. Обе боковые поверхности 251 каждого элемента 250 сжатия ориентированы в вертикальных плоскостях, и также ориентированы в радиальном направлении. При этом две боковые поверхности 251 каждого элемента 210, 220 сжатия наклонены друг к другу.

Как, в частности, можно видеть на фиг. 5, элемент 310, 320 растяжения и соединительные элементы 410 по существу нагружены силами Zt, Zr растяжения. Элементы 250 сжатия, напротив, нагружены по существу силами D сжатия. Предварительное напряжение растяжения, создаваемое стяжными элементами 330 в элементе 320 растяжения и оттуда во всем кольце 300 элементов растяжения, вызывает в элементах 250 сжатия соответствующее предварительное напряжение сжатия. Вследствие нахождения на расстоянии элементов 310, 320 растяжения от элементов 250 сжатия и возникающего при этом рычага может достигаться, что предварительное напряжение D сжатия в элементах 250 сжатия будет больше, и при этом приведет к надежному стыковому соединению посредством фрикционного замыкания на соответственно соседних боковых поверхностях 251, чем предварительное напряжение Zt, Zr растяжения в элементах 310, 320 растяжения. Далее, может также уменьшаться по существу радиально действующая сила Zr растяжения до значения, которое меньше предварительного напряжения Zt растяжения в элементах 310, 320 растяжения, в частности до значения меньше половины предварительного напряжения Zt растяжения в элементах 310, 320 растяжения.

В промежутке между элементами 250 сжатия и элементами 310, 320 растяжения расположены вертикально проходящие натягиваемые арматурные пучки 500, которые предварительно напрягают башню в вертикальном направлении.

Предпочтительно количество стяжных элементов 330 в одном кольце 300 элементов растяжения является как можно более низким, например, может быть предусмотрен только один стяжной элемент 330. Это облегчает монтаж и приводит, в частности, к небольшой потребности во времени монтажа, например, когда стяжные элементы затягиваются вручную. Для затягивания стяжных элементов могут также применяться, предпочтительно электрические, ручные инструменты, например, ударные гайковерты или динамометрические гайковерты.

На фиг. 6-9 схематично изображен монтаж секций 21, 22 башни. На фиг. 6 показана сначала секция 21 башни, имеющая сегменты 201 башни первого уровня. Как можно видеть, верхние соединительные поверхности 252 сегментов 201 башни расположены в различных плоскостях. На фиг. 7 изображена секция 21 башни, имеющая два обозначенных прерванными окружностями кольца 301 элементов растяжения.

После того, как таким образом сегменты 201 башни первого уровня были предварительно напряжены, как показано на фиг. 8, сегменты 202 башни второго уровня, то есть вторая секция 22 башни, могут располагаться на верхних соединительных поверхностях сегментов 201 башни первого уровня, то есть первой секции 21 башни. Верхние и нижние соединительные поверхности сегментов 202 башни второго уровня тоже расположены в различных плоскостях. Как обозначено на фиг. 9 штрихпунктирными окружностями, сегменты 202 башни второго уровня, то есть второй секции 22 башни, также предварительно напрягаются кольцами 302 элементов растяжения. Таким образом могут располагаться друг над другом множество секций башни до желаемой высоты башни.

Кольца 301, 302 элементов растяжения могут быть выполнены в форме круглого кольца или полигональными.

На фиг. 10 изображен вид в плане башни в состоянии монтажа, имеющей первый и второй уровень сегментов 201, 202 башни, а также еще не смонтированный третий уровень сегментов 203 башни. Затем на фиг. 11 смонтирован третий уровень сегментов 203 башни.

На фиг. 10 элементы растяжения сегментов 201 башни первого уровня не изображены. Сегменты 202 башни второго уровня имеют элементы 320 растяжения, имеющие стяжные элементы 330. Сегменты 203 башни третьего уровня имеют элементы 210 растяжения без стяжных элементов. Предпочтительно элементы 310, 320 растяжения уже до монтажа закреплены на элементах 250 сжатия сегментов 202 башни, как можно видеть на фиг. 10, в частности на еще не смонтированных элементах 203 башни.

Вследствие наклоненных друг к другу боковых поверхностей 251 сегментов 201, 202, 203 башни при монтаже сегменты 201, 202, 203 башни могут вводиться в направлении E ввода в промежуток между двумя соседними сегментами башни. Затем на фиг. 11 сегменты 203 башни изображены в смонтированном состоянии, в котором сегменты 203 башни вставлены в промежутки между соседними сегментами башни второго уровня 202, и кольцо 300 элементов растяжения замкнуто.

Описанные здесь сегменты башни имеют, в том числе, то преимущество, что они обеспечивают возможность по существу недеформирующегося и с силовым замыканием соединения элементов сжатия, а также снижают радиальные силы растяжения. Далее, в частности, шарнирное соединение обеспечивает возможность равномерного предварительного напряжения в элементах секции башни, так что для каждой секции башни уже может быть достаточно одного стяжного элемента.

Изобретение относится к сегменту башни ветроэнергетической установки, секции башни ветроэнергетической установки, башне ветроэнергетической установки, ветроэнергетической установке, способу изготовления сегмента башни ветроэнергетической установки и способу соединения сегментов башни ветроэнергетической установки. Сегмент (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни (102, 20) ветроэнергетической установки (100) включает в себя элемент (250) сжатия и элемент (310, 320) растяжения. Элемент (310, 320) растяжения направлением своей основной протяженности в смонтированном состоянии расположен по существу горизонтально, а в направлении, ортогональном направлению его основной протяженности, находится на расстоянии от сегмента (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни и соединен с элементом (250) сжатия посредством промежуточного элемента (410). Элемент (310, 320) растяжения имеет стяжной элемент (330). Изобретение направлено на упрощение сборки и увеличение срока службы. 6 н. и 8 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Сегмент (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни (102, 20) ветроэнергетической установки (100), включающий в себя

элемент (250) сжатия и элемент (310, 320) растяжения, при этом элемент (310, 320) растяжения направлением своей основной протяженности в смонтированном состоянии расположен по существу горизонтально, а в направлении, ортогональном направлению его основной протяженности, находится на расстоянии от сегмента (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни и соединен с элементом (250) сжатия посредством промежуточного элемента (410),

отличающийся тем, что элемент (310, 320) растяжения имеет стяжной элемент (330).

2. Сегмент (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни по п.1,

отличающийся тем, что промежуточный элемент (410) выполнен шарнирным и/или шарнирно соединен с элементом (250) сжатия и/или с элементом (310, 320) растяжения.

3. Сегмент (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни по одному из пп.1, 2,

отличающийся тем, что элемент (250) сжатия имеет по меньшей мере одну боковую поверхность (251), которая расположена и выполнена, чтобы в смонтированном состоянии образовывать стыковое соединение с боковой поверхностью (251) другого сегмента (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни.

4. Сегмент (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни по одному из пп.1-3,

отличающийся тем, что элемент (250) сжатия имеет две боковые поверхности (251), которые расположены наклонно друг к другу.

5. Сегмент (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни по одному из пп.1-4,

отличающийся тем, что промежуточный элемент (410) соединен с элементом (250) сжатия и/или с элементом (310, 320) растяжения соединительными элементами (422).

6. Сегмент (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни по одному из пп.1-5,

отличающийся тем, что элемент (250) сжатия на верхней в смонтированном состоянии соединительной поверхности и/или на нижней в смонтированном состоянии соединительной поверхности имеет один, два или более позиционирующих элементов.

7. Сегмент (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни по одному из пп.1-6,

отличающийся тем, что сегмент (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни имеет дополнительный промежуточный элемент (410), причем расстояние между промежуточными элементами (140) в направлении основной протяженности элемента (310, 320) растяжения составляет несколько расстояний от них до боковых поверхностей (251) элемента (250) сжатия.

8. Сегмент (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни по одному из пп.1-7,

отличающийся тем, что расстояние между элементом (310, 320) растяжения и элементом (250) сжатия составляет максимум 50% радиуса башни.

9. Секция (21, 22) башни ветроэнергетической установки (100), включающая в себя два, три или более сегментов (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни по одному из пп.1-8, элементы (310, 320) растяжения которых соединены друг с другом, а элементы (250) сжатия которых соединены посредством стыкового соединения.

10. Секция (21, 22) башни по п.9,

отличающаяся тем, что верхние соединительные поверхности элементов (250) сжатия лежат в различных плоскостях и/или нижние соединительные поверхности элементов (250) сжатия лежат в различных плоскостях.

11. Башня (102, 20) ветроэнергетической установки, включающая в себя

по меньшей мере одну секцию (21, 22) башни по одному из пп.9-10, и/или

по меньшей мере один сегмент (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни по одному из пп.1-8.

12. Ветроэнергетическая установка (100), включающая в себя

по меньшей мере одну башню (102, 20) по п.11, и/или

по меньшей мере одну секцию (21, 22) башни по одному из пп.9-10, и/или

по меньшей мере один сегмент (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни по одному из пп.1-8.

13. Способ изготовления сегмента (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни ветроэнергетической установки (100), в частности сегмента (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни по одному из пп.1-8, включающий в себя:

- предоставление элемента (250) сжатия,

- предоставление элемента (310, 320) растяжения, имеющего стяжной элемент,

- соединение элемента (310, 320) растяжения с элементом (250) сжатия посредством промежуточного элемента (410), при этом элемент (310, 320) растяжения направлением своей основной протяженности в смонтированном состоянии расположен по существу горизонтально, а в направлении, ортогональном направлению его основной протяженности, находится на расстоянии от сегмента (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни.

14. Способ соединения сегментов (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни ветроэнергетической установки (100), включающий в себя:

- предоставление двух сегментов (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни по одному из пп.1-8,

- соединение элементов (250) сжатия двух сегментов (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни стыковым соединением,

- соединение элементов (310, 320) растяжения двух сегментов (200, 201, 202, 203, 210, 220) башни,

- обеспечение элемента растяжения усилием растяжения за счет стяжного элемента.