DE102010023263A1

DE102010023263A1 - Adapterstück und Turm für eine Windenergieanlage

Info

Publication number: DE102010023263A1
Application number: DE102010023263A
Authority: DE
Inventors: Bernd Frost
Original assignee: Repower Systems SE
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy Service GmbH
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2011-12-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Adapterstück für einen Turm einer Windenergieanlage, mit einer aus mehreren Stahlrohrsegmenten ausgeführten Turmwandung, wobei das in Einbaulage untere Segment als ein Adapterstück zu einem Fundament ausgebildet ist. Die Krafteinleitung in das Fundament erfolgt über einen T-Flansch des Adapterstücks. Die Wandung des Adapterstücks ist im wesentlichen als ein konischer Grundkörper ausgebildet, wobei in Einbaulage die maximale vertikale Erstreckung des Adapterstücks kleiner ist als die maximale horizontale Erstreckung des Adapterstücks.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbindungskörper einer Windenergieanlage, der zwischen der Unterseite eines Turms einer Windenergieanlage und einem Fundamentkörper angeordnet ist oder wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Verbindungskörpers zur Errichtung eines Turms einer Windenergieanlage sowie eine Anordnung eines Verbindungskörpers zwischen der Unterseite eines Turms einer Windenergieanlage und einem Fundamentkörper.
Windenergieanlagen der Anmelderin sind unter der Bezeichnung 5M, 6M, 3.XM, MM92, MM82, MM70 sowie MD77 bekannt.
Um einen Turm einer Windenergieanlage aufzustellen, ist es bekannt, den Turm der Windenergieanlage auf einem Fundament aus Beton auf einem Untergrund anzuordnen, wobei das Fundament mit Verbindungselementen ausgebildet ist, um den Fußflansch des Turms darauf aufzusetzen und zu befestigen. Insbesondere wird das Fundament des Turms von der Größe der Anlage und von den vorherrschenden Bodenverhältnissen bestimmt. Die Befestigung der Türme von Windenergieanlagen erfolgt in der Regel über einen in Beton vergossenen Ankerring, an dem Verbindungselemente, insbesondere Spannanker, angeordnet sind. Hierbei wird der Turmflansch auf die aus dem Betonfundament herausragenden Verbindungselemente angeordnet. Zwischen dem Fundament und dem ersten Stahlrohrsegment kann ein Lastverteilblech angebracht werden. Das Lastverteilblech kann bevorzugt aus Stahl oder einem anderen geeigneten Material hergestellt werden. Seine Gestalt kann scheiben- oder auch ringförmig sein und aus mehreren Segmenten bestehen.
Es weist Bohrungen für die Ankerbolzen auf. Das Lastverteilblech dient dazu, eine ebene Kontaktfläche für das erste Stahlrohrsegment bereitzustellen. Darüber hinaus verteilt es aufgrund seiner größeren Auflagefläche, bezogen auf die Auflagefläche des ersten Stahlrohrsegments, die auftretenden Lasten auf eine größere Fläche des Fundaments. Somit werden die Fundamente punktuell weniger belastet.
Typischerweise sind als unterste Turmsegmente zylindrische Stahlrohradapterstücke vorgesehen, die vorzugsweise direkt mit ihrem untenliegenden Flansch mit dem Fundament verschraubt werden. Diese Verschraubung ist jedoch nur möglich, wenn sich die insbesondere mit einem T-Flansch (Fußflansch) versehenen Stahlrohrsegmente von der Fertigungsstätte zum Aufstellungsort transportieren lassen. Bei einem Außendurchmesser der Turmwandung von 4,30 Meter ist dies, aufgrund der beschränkten Transporthöhe, in der Regel nicht der Fall, so dass der Durchmesser eines Rohrturms auf eben dieses Maß begrenzt wird.
Um das Maß von 4,30 Meter ausnutzen zu können, werden die den unteren Stahlrohrturmabschluss bildenden Segmente mit einem nach innen gerichteten L-Flansch (wie beim Kopfflansch) ausgerüstet, der wiederum durch ein bauseits angeschraubtes Lastverteilblech mit einer erhöhten Lastverteilfläche wie bei einem T-Flansch ausgestattet wird und damit zur Befestigung an einen Ankerkorb ertüchtigt wird. Nachteilig hierbei ist die Tatsache, dass durch das zylindrische Adapterstück die Lasten konzentriert auf kleinem Durchmesser in das Fundament eingeleitet werden. Weiterhin entstehen durch die Ertüchtigung des L-Flansches mittel Lastverteilblech zusätzliche Kosten.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die vorstehenden Nachteile zu verringern.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Turm für eine Windenergieanlage, mit einer aus mehreren Stahlrohrsegmenten ausgeführten Turmwandung, wobei das in Einbaulage untere Stahlrohrsegment als ein Adapterstück zu einem Fundament ausgebildet ist, wobei vorgesehen ist, dass die Krafteinleitung in das Fundament über einen T-förmigen Fußflansch des Adapterstücks erfolgt und die Wandung des Adapterstücks als im wesentlichen konischer Grundkörper ausgebildet ist, wobei die in Einbaulage maximale vertikale Erstreckung des Adapterstücks kleiner ist als die maximale horizontale Erstreckung des Adapterstücks.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Hierbei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass ein konisch ausgeführtes Adapterstück eine in Einbaulage maximale vertikale Erstreckung von 4,30 Meter aufweisen kann, während die maximale horizontale Erstreckung verschieden dazu sein kann. Durch diese konische Form kann der hoch belastete Anschlussbereich an das Fundament mit einem wesentlich größeren Durchmesser realisiert werden, was zu einer effektiveren Lastenverteilung und somit zu einer erhöhten Lebensdauer führt.
Konisch bezeichnet hierbei eine im wesentlichen rotationssymmetrische Turmwandung, deren dem Fundament zugewandte größere Grundfläche parallel zu der sich dem nächst höher angeordneten Stahlrohrsegment erstreckenden kleineren Deckfläche angeordnet ist.
Diese konische Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das an das Fundament der Windkraftanlage anschließende Adapterstück einen größeren Durchmesser als die bisher üblichen 4,30 Meter haben kann, und dennoch problemlos zum Aufstellungsort transportiert werden kann, in dem das Adapterstück nicht wie bislang in liegender Position transportiert wird, und somit den brückenbaubedingten Höhenbeschränkungen unterliegt, sondern in aufrecht stehender Position transportiert wird und so nur die Breitenbeschränkung von Schwertransporten von 6 Metern einhalten muss.
Es hat sich gezeigt, dass es erstrebenswert ist, einen möglichst großen Durchmesser für das unterste Stahlrohrsegment einer Windkraftanlage zu verwenden, da dies die Krafteinleitung in das Fundament erheblich verbessert und so dafür gesorgt wird, dass andere Bauteile der Anlage kleiner ausgelegt werden können, um so die Kosten zu reduzieren.
Weiterhin bedeutet dies, dass der Turm der Windkraftanlage eine größere Höhe aufweisen kann, denn die Höhe eines Turms einer Windkraftanlage ist direkt abhängig davon, welchen Durchmesser das Fundament aufweist. Je höher der Turm einer Windkraftanlage errichtet werden soll, desto größer muss der Durchmesser des Fundaments und damit auch des Rohrturms sein.
Da aus den vorgenannten Gründen ein Rohrturm nur einen begrenzten Durchmesser aufweisen kann, wird hier ein konisches Adapterstück vorgeschlagen, welches die auftretenden Probleme beseitigt.
Dieses ist insbesondere dadurch möglich, dass die Höhe des Adapterstückes die für einen Schwertransport zulässigen 4,30 Meter deutlich unterschreiten kann. Die Erfindung ermöglicht nunmehr einen senkrecht stehenden Transport des Adapterstückes von der Fertigungsstätte zum Aufstellort, wobei nur noch die Breitenbeschränkung für Schwertransporte von 6 Metern eingehalten werden muss.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines konischen Adapterstücks, welches die vorstehenden Nachteile vermeidet. Insbesondere soll ein Adapterstück bereitgestellt werden, das sich einfach transportieren und fertigen lässt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedanken anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird.
Es zeigen:
1 eine Übersicht einer Windenergieanlage
2 Adapterstück
3 Platzierung des Adapterstücks
In den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente bzw. Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer entsprechenden erneuten Vorstellung abgesehen wird.
1 zeigt eine Windenergieanlage mit einem Turm (1.1), einem auf dem Turm angeordneten Maschinenhaus (1.3), sowie einem um eine im wesentlichen horizontalen Rotorachse drehbar gelagerten Rotor (1.2) mit drei Rotorblättern (1.4). Der Turm (1.1) ist auf einem Fundament (1.5) angeordnet und aus mehreren Segmenten (1.6), im dargestellten Fall aus vier Rohrsegmenten oder auch Turmschüssen, aufgebaut. Die Segmente weisen drei horizontale Verbindungsebenen untereinander sowie je eine horizontale Verbindungsebene zu einem Fundament (1.5) sowie dem Maschinenhaus (1.3) auf. Generell ist bei der Erfindung auch an Ausführungen von Türmen von Windenergieanlagen gedacht, bei denen die einzelnen Turmschüsse aus mehreren, z. B. drei Segmenten bestehen. Somit entstehen dann neben den oben beschriebenen horizontalen Verbindungsebenen auch vertikale Verbindungsebenen, für die die erfindungsgemäßen Flanschstücke vorteilhaft vorgesehen sind.
2 zeigt nun das erfindungsgemäße konische Adapterstück (2.1), welches bevorzugt aus Stahl hergestellt werden kann. Das konische Adapterstück (2.1) ist rotationssymmetrisch und weist an einem Ende einen T-Flansch (2.2) und an dem anderen Ende einen innenliegenden L-Flansch (2.3) auf. Die jeweiligen Ausführungsformen haben sich als vorteilhaft erwiesen, um die auftretenden Belastungen aufnehmen zu können. Sowohl der T-Flansch (2.2) als auch der L-Flansch (2.3) werden an das konische Adapterstück (2.1) angeschweißt. Hierbei sind die entsprechenden Normen für Schweißnähte zu beachten, da die Schweißnähte besonderen Belastungen ausgesetzt sind. Die beiden Flansche weisen Bohrungen auf, die für die Verschraubung mit dem Fundament (1.5) bzw. mit dem Stahlrohrsegment (1.6) notwendig sind. Für die Wandung des konischen Adapterstücks (2.1) muss eine hinreichende Wandstärke gewählt werden, damit das Gesamtbauwerk stabil errichtet werden kann. Wie bereits oben erwähnt wurde, besteht das konische Adapterstück (2.1) aus Stahl. Der Stahl ist so auszuwählen, dass er den auftretenden Kräften und Standortbedingungen für mindesten 20 Jahre standhalten kann. Bevorzugt erhält das konische Adapterstück (2.1) einen Korrosionsschutz, der an die jeweiligen Standortbedingungen angepasst werden kann. Der Winkel α beträgt vorteilhaft zwischen 80°–89°.
3 zeigt ausschnittsweise die Platzierung der einzelnen Elemente einer Windkraftanlage, insbesondere des konischen Adapterstücks (2.1). Der T-Flansch (2.2) wird mit dem Fundament (1.5) derart verbunden, dass durch Bohrungen im T-Flansch Verbindungselemente des Ankerkorbs (3.1) gesteckt werden können. Die Verbindungselemente des Ankerkorbs (3.1) befinden sich bereits fest verbaut im Fundament (1.5) und weisen am oberen Ende ein Gewinde auf, auf welches eine geeignete Mutter aufgeschraubt werden kann. Das relativ leichte konische Adapterstück (2.1) kann direkt vor Ort mittels eines einfachen Krans (z. B. mit einem auf einem Lastkraftwagen (LKW) befindlichen Ladekran) ausnivelliert werden. Somit kann zu diesem Zeitpunkt der Errichtung der Windkraftanlage auf die Anmietung der sehr teuren Autokräne verzichtet werden. Des weiteren kann das vor Ort ausnivellierte konische Adapterstück (2.1) mit Vergussmörtel unterfüttert werden. Nach dem Aushärten des Vergussmörtels können die Muttern angezogen werden. Zwischen Fundament (1.5) und dem konischen Adapterstück (2.1) entsteht eine kraftschlüssige Verbindung. Auf ein Lastverteilblech kann bei der hier beschriebenen Ausführung verzichtet werden, wodurch wiederum Kosten für Material und Arbeitszeit eingespart werden.
Der L-Flansch (2.3) des konischen Adapterstücks (2.1) weist ebenfalls Bohrungen auf, durch die andere Verbindungselemente mit einem Gewinde gesteckt werden können. Somit kann an den L-Flansch (2.3) das nächste Strahlrohrsegment (1.6), welches auch einen Verbindungs-L-Flansch (3.2) besitzt, angeflanscht und durch geeignete Muttern befestigt werden. An diesem Ende des konischen Adapterstücks (2.1) wählt man einen L-Flansch (2.3) und keinen T-Flansch, damit eine glatte äußere Oberfläche entsteht, die keine Windgeräusche erzeugt. Die Verschraubung der beiden L-Flansche im Inneren der Windkraftanlage ist besonders vorteilhaft, da die Verschraubung gegen atmosphärische Einflüsse geschützt ist und somit kein erhöhter Korrosionsschutz betrieben werden muss. Die Verschraubungen müssen in bestimmten Abständen überprüft werden. Dies ist bei innenliegenden Verschraubungen deutlich einfacher, da an den Verbindungsstellen von L-Flanschen bereits eine Arbeitsplattform im Turm der Windkraftanlage vorgesehen werden kann.
Wären die Verschraubungen außen am Turm angeordnet, dann müsste mit Gerüsten oder Hebevorrichtungen gearbeitet werden. Dies ist kosten- und zeitaufwändig.
Im untersten Stahlrohrsegment (1.6) befindet sich eine Einstiegstür (3.3) für den Zutritt ins Turminnere.
Die weiteren Stahlrohrsegmente (1.6) werden über weitere Verbindungs-L-Flansche (3.2) miteinander verbunden.
Bezugszeichenliste

1.1: Turm
1.2: Rotor
1.3: Maschinenhaus
1.4: Rotorblatt
1.5: Fundament
1.6: Stahlrohrsegment
2.1: konisches Adapterstück
2.2: T-Flansch
2.3: L-Flansch
3.1: Ankerkorb
3.2: Verbindungs-L-Flansch
3.3: Einstiegstür

Claims

Turm für eine Windenergieanlage, mit einer aus mehreren Stahlrohrsegmenten ausgeführten Turmwandung, wobei das in Einbaulage untere Stahlrohrsegment als ein Adapterstück zu einem Fundament ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitung in das Fundament über einen T-Flansch des Adapterstücks erfolgt und die Wandung des Adapterstücks als im wesentlichen konischer Grundkörper ausgebildet ist, wobei in Einbaulage die maximale vertikale Erstreckung des Adapterstücks kleiner ist als die maximale horizontale Erstreckung des Adapterstücks.
Turm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfflansch des konischen Adapterstücks nicht als T-Flansch ausgebildet ist.
Turm nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfflansch des konischen Adapterstücks als innenliegender L-Flansch ausgeführt ist.
Turm nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der innenliegende L-Flansch mit einem weiteren Stahlrohrsegment verbindbar ist.
Turm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitung in das Fundament über den T-Flansch in einen Ankerkorb vornehmbar ist, wobei die Verbindung vorzugsweise kraftschlüssig ausgebildet ist.
Turm nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Adapterstück direkt vor Ort mit einem Kran, insbesondere einem LKW-Ladekran, ausnivelliert werden kann.
Turm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das vor Ort ausnivellierte Adapterstück mit Vergussmörtel unterfüttert wird.
Turm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Adapterstück einstückig ausgebildet ist.
Turm nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in Bezug auf die Einbaulage maximale vertikale Erstreckung des Adapterstücks 4,30 Meter nicht überschreitet.
Turm nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport des Adapterstücks in Einbaulage, in vertikaler Position, erfolgt.
Turm nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α des Adapterstücks bevorzugt zwischen 80°–89° beträgt.
Verwendung eines Adapterstücks zur Errichtung eines Turms einer Windenergieanlage, wobei das Adapterstück nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.