DE102004042066B4 - Foundation for an offshore wind turbine - Google Patents
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Abstract
Gründung für eine Offshore-Windkraftanlage mit n an den Ecken eines gedachten regelmäßigen Vielecks in den Meeresboden (20) eingerammten Gründungsrohren (2) und mit einem den Turm (5) der Windkraftanlage tragenden n-eckigen Stützgerüst (1), das mit den freien Enden der Gründungsrohre (2) verbunden ist, wobei steife Verbindungen (12) zwischen dem Stützgerüst (1) und den freien Enden der Gründungsrohre (2) vorgesehen sind und wobei das Stützgerüst (1) aus Radialstreben (7) mit nicht geschlitztem Profil besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Unterseite (27) des Stützgerüstes (1) unterhalb des zu erwartenden Wellengangs (25), jedoch über dem Meeresspiegel (26) angeordnet ist und die Radialstreben (7) einen sich radial nach außen ändernden Querschnitt aufweisen.Foundation for an offshore wind turbine with n at the corners of an imaginary regular polygon in the seabed (20) rammed foundation pipes (2) and with an n-square bearing the tower (5) of the wind turbine Scaffold (1), that with the free ends of the foundation pipes (2) is connected, wherein rigid connections (12) between the scaffold (1) and the free ends of the foundation pipes (2) are provided and wherein the support frame (1) of radial struts (7) consists of non-slotted profile, characterized in that at least the underside (27) of the scaffold (1) Below the expected swell (25), but above the Sea level (26) is arranged and the radial struts (7) a changing radially outward Have cross-section.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gründung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The The present invention relates to a foundation according to the preamble of claim 1.
Mit einer steifen Verbindung soll eine Verbindung gemeint sein, die so steif, wie dies konstruktiv möglich ist, ausgebildet ist und Verschiebungen der verbundenen Elemente gegeneinander weitestgehend ausschließt.With A rigid connection is intended to mean a connection that as stiff as constructively possible is, is formed and displacements of the connected elements excludes each other as far as possible.
Ein nicht geschlitztes Profil kann auch als geschlossenes Profil, wie zum Beispiel ein rechteckiges oder zylindrisches Profil, bezeichnet werden.One not slotted profile can also be used as a closed profile, like For example, a rectangular or cylindrical profile, called become.
Eine
Gründung
der eingangs genannten Art ist aus der
Aus
der
Darüber hinaus wird in Hau, Windkraftanlagen, Springer Verlag, dritte Auflage, Seite 624, Bild 17.20, eine Tripod-Gründung gezeigt. Die bekannte Gründung weist ein zentrales Rohr mit drei rohrförmigen Schrägstützen auf. Horizontal verlaufende Rohre verbinden die unteren Enden der Schrägstützen miteinander und mit dem zentralen Rohr. In der Regel werden die drei Auflagepunkte mit dünneren Stahlrohren im Meeresboden verankert. Schrägstreben und Gurte aus Querstreben sowie Verbindungen zwischen dem Stützgerüst und den Gründungsrohren liegen unterhalb des Meeresspiegels.Furthermore is in Hau, wind turbines, Springer Verlag, third edition, Page 624, picture 17.20, showing a tripod foundation. The well-known foundation points a central tube with three tubular struts on. Horizontally running Tubes connect the lower ends of the diagonal struts with each other and with the central tube. As a rule, the three bearing points with thinner steel tubes anchored in the seabed. Oblique struts and Straps of cross struts and connections between the scaffold and the Foundation pipes are below sea level.
Die Gründung mit der darauf befestigten Windkraftanlage kann als ein mechanisches System angesehen werden, das als ein Ausleger mit einem Punktgewicht (Rotor und Gondel) an der Spitze des Auslegers im Meeresboden verankert ist. Mit zunehmendem Abstand zwischen dem Punktgewicht an der Spitze des Auslegers und der Verankerung verringert sich die Eigenfrequenz eines solchen Systems deutlich. Zur Vermeidung von Resonanz mit den Rotorfrequenzen muß die Eigenfrequenz des Systems in einen für die jeweilige Windkraftanlage geeigneten Frequenzbereich angehoben werden. Dabei ist zu beachten, daß verglichen mit den bereits existierenden Prototypen der Abstand zwischen dem Punktgewicht (Rotor und Gondel) und der Verankerung im Meeresboden im Falle von Windkraftanlagen, die bei Wassertiefen von ca. 50m eingesetzt werden, deutlich größer ist als im Falle von bereits existierenden Windkraftanlagen, die bei geringeren Wassertiefen eingesetzt werden, wobei immer schwieriger wird, die erforderlichen Eigenfrequenzen zu erreichen. Eine zusätzliche Schwierigkeit besteht darin, daß immer leistungsstärkere Windkraftanlagen zum Einsatz kommen, bei denen das Rotor- und Gondelgewicht wesentlich größer ist, als im Falle der bereits existierenden Prototypen.The founding with the wind turbine attached to it can be considered a mechanical System considered as a boom with a point weight (Rotor and nacelle) anchored to the top of the boom in the seabed is. With increasing distance between the point weight at the top of the cantilever and the anchoring reduces the natural frequency of such a system clearly. To avoid resonance with the Rotor frequencies must the Natural frequency of the system in a suitable for the respective wind turbine Frequency range are raised. It should be noted that compared with the already existing prototypes the distance between the point weight (Rotor and nacelle) and anchoring in the seabed in the case of Wind turbines, which are used at water depths of about 50m, is significantly larger as in the case of already existing wind turbines, at Lower water depths are used, and increasingly difficult will achieve the required natural frequencies. An additional Difficulty is that always more powerful Wind turbines are used, where the rotor and nacelle weight is much bigger, as in the case of already existing prototypes.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine technisch einfachere bei Wassertiefen im Bereich von ca. 30m bis ca. 50m einsetzbare Gründung zu schaffen.Of the Invention is therefore the object of a technically simpler At depths in the range of about 30m to about 50m usable foundation too create.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei der gattungsgemäßen Gründung dadurch gelöst, daß zumindest die Unterseite des Stützgerüstes unterhalb des zu erwartenden Wellengangs, jedoch über dem Meeresspiegel angeordnet ist und die Radialstreben einen sich radial nach außen ändernden Querschnitt aufweisen.According to the invention this Task in the generic foundation characterized solved that, at least the underside of the scaffold below of the expected swell, but arranged above the sea level and the radial struts have a radially outwardly changing cross-section exhibit.
Die Anordnung zumindest der Unterseite des Stützgerüstes unterhalb der zu erwartenden Wellenhöhe (des zu erwartenden Wellengangs) und die Ausführung des Stützgerüstes als radiale Konstruktion mit minimaler Höhe erlaubt es, die Windkraftanlage mit Rotor und Gondel abzusenken, wodurch das Erreichen der erforderlichen Eigenfrequenzen vereinfacht wird, bei welchen Resonanzen mit den Rotorfrequenzen ausgeschlossen sind.The Arrangement of at least the underside of the scaffold below the expected wave height (of the expected swell) and the execution of the scaffold as radial construction with minimal height allows the wind turbine Lower with rotor and nacelle, thereby achieving the required Natural frequencies is simplified at which resonances with the Rotor frequencies are excluded.
Durch die Steifigkeit der Verbindung zwischen Stützgerüst und den freien Enden der in den Meeresboden gerammten Gründungsrohre erhöht sich die Steifigkeit des aus Gründung und Windkraftanlage bestehenden Systems; das Erreichen der erforderlichen Eigenfrequenzen wird ebenfalls erleichtert.By the rigidity of the connection between scaffold and the free ends of the into the seabed rammed foundation pipes increases the rigidity of the foundation and wind turbine existing system; the achievement of the required Natural frequencies is also facilitated.
Gemäß einer ersten besonderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß n = 3 ist.According to one first particular embodiment The invention can be provided that n = 3.
Alternativ kann vorgesehen sein, daß n = 4 ist.alternative it can be provided that n = 4.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Verbindungen zwischen den freien Enden der Gründungsrohre und dem Stützgerüst Stutzen umfassen, die fest und steif mit dem Stützgerüst verbunden sind und die in die freien Enden der Gründungsrohre mit einem Hohlraum zwischen den Wänden der Gründungsrohre und den Stutzen gesteckt sind, wobei der Hohlraum vergossen ist. Der Hohlraum besteht aus dem Ringspalt in radialer Richtung zwischen den jeweiligen inneren und äußeren Elementen (Stutzen/Gründungsrohr) und dem Raum in Längsrichtung zwischen den Enden der Elemente.According to one particular embodiment of the Invention may be provided that the connections between the free ends of the foundation pipes and the scaffold trim which are firmly and rigidly connected to the scaffold and in the free ends of the foundation pipes with a cavity between the walls of the foundation pipes and the nozzles are plugged, wherein the cavity is potted. The cavity exists from the annular gap in the radial direction between the respective inner and outer elements (Nozzles / foundation tube) and the room in the longitudinal direction between the ends of the elements.
Alternativ ist vorgesehen, daß die Verbindungen zwischen den freien Enden der Gründungsrohre und dem Stützgerüst Stutzen umfassen, die fest und steif mit dem Stützgerüst verbunden sind und die auf die freien Enden der Gründungsrohre von außen mit einem Hohlraum zwischen den Wänden der Stutzen und den Gründungsrohren gesteckt sind, wobei der Hohlraum vergossen ist.alternative is provided that the Connections between the free ends of the foundation pipes and the scaffold support which are firmly and rigidly connected to the scaffold and on the free ends of the foundation pipes from the outside with a cavity between the walls of the nozzles and the foundation pipes are plugged, wherein the cavity is potted.
Günstigerweise ist in das Stützgerüst ein aufrecht angeordnetes Turmaufnahmeelement mit zylindrisch-konischer Gestalt und einer Verbindung für den Turm zentral angeordnete, welches durch die Radialstreben mit den Stutzen fest verbunden, ist.conveniently, is upright in the scaffold arranged tower receiving element with a cylindrical-conical shape and a connection for the Centrally located tower, which through the radial struts with the The connecting piece is firmly connected.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung ist das Stützgerüst ganz oder teilweise oberhalb der Splash-Zone angeordnet. Bei der Splash-Zone handelt es sich um den Bereich, der am häufigsten Wellenbewegung ausgesetzt ist.According to one another particular embodiment the invention is the scaffold whole or partially arranged above the splash zone. In the splash zone It is the area that is most frequently exposed to wave motion is.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß durch die spezielle Gestaltung und Anordnung des Stützgerüstes in Kombination mit den steifen Verbindungen zwischen den freien Enden der Gründungsrohre mit dem Stützgerüst die Eigenfrequenzen des Systems aus Gründung und Windkraftanlage deutlich einfacher in einen Bereich angehoben werden können, in dem Resonanzen mit den Rotorfrequenzen ausgeschlossen sind, was für Windkraftanlagen, die bei Wassertiefen von ca. 30m bis 50m verwendet werden, besonders aktuell ist.Of the Invention is the surprising Understanding that through the special design and arrangement of the scaffold in combination with the rigid connections between the free ends of the foundation pipes with the scaffold the natural frequencies of the system from foundation and wind turbine significantly easier to raise in one area can be are excluded in the resonances with the rotor frequencies, what for wind turbines, which are used at water depths of about 30m to 50m, especially is up to date.
Das
Absenken des Stützgerüstes und
seine minimale Höhe,
die steifen Verbindungen zwischen Stützgerüst und Gründungsrohren gegenüber dem aus
Die Anordnung zumindest der Unterseite des Stützgerüstes unterhalb der zu erwartenden Wellenhöhe (des zu erwartenden Wellengangs) und gemäß einer besonderen Ausführungsform ganz oder teilweise oberhalb der Splash-Zone, die durch erhöhte Korrosion der Konstruktion gekennzeichnet ist, stellt einen Kompromiß zwischen dem Wunsch, die Konstruktion vor Welleneinwirkung zu schützen und somit die einwirkenden Kräfte der Wellen zu verringern, einerseits und der Notwendigkeit, bestimmte Eigenfrequenzen in der Konstruktion zu gewährleisten, andererseits dar.The Arrangement of at least the underside of the scaffold below the expected wave height (the expected swell) and according to a particular embodiment all or part above the splash zone caused by increased corrosion The design is a compromise between the desire to protect the construction from wave impact and thus the acting forces to reduce the waves, on the one hand, and the need for certain ones To ensure natural frequencies in the construction, on the other hand dar.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachstehenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der schematischen Zeichnungen im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:Further Features and advantages of the invention will be apparent from the claims and from the description below, in which an embodiment is explained in detail with reference to the schematic drawings. Showing:
Die
in
Das
in der
Die
freien Enden der Gründungsrohre
In
Selbstverständlich können die
Verbindungen
Eine
steife Verbindung zwischen dem Stützgerüst
Das
Anordnen des Stützgerüstes
Die
Ausführung
des Stützgerüstes
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.The in the present description, in the drawings and in the claims disclosed features of the invention can both individually and also in any combination for the realization of the invention in its various embodiments be essential.
- 11
- Stützgerüstscaffold
- 22
- Gründungsrohrefoundation pipes
- 44
- StutzenSupport
- 55
- Turmtower
- 66
- Verbindungconnection
- 77
- Radialstrebenradial struts
- 1010
- Betonconcrete
- 1212
- Verbindungconnection
- 2020
- MeeresbodenSeabed
- 2222
- TurmaufnahmeelementTower pickup element
- 2424
- Splash-ZoneSplash Zone
- 2525
- Wellengangwaves
- 2626
- MeeresspiegelSea level
- 2727
- Unterseitebottom
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