DE102017217516A1 - Tower for use of high-altitude wind - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Turm (1) zur vertikalen Höhenverstellung, mit einer stationären Turmkomponente (2) zur Montage auf einem Untergrund und mit mindestens einer mobilen Turmkomponente (3), wobei zumindest diese beiden Turmkomponenten (2, 3) entlang einer Haupterstreckungsachse (T) des Turms (1) koaxial zueinander angeordnet sind und ein gemeinsames Bühnensystem (4) aufweisen, um die mobile Turmkomponente (3) in einer vertikal maximal nach oben ausgefahrenen Fixierposition an der stationären Turmkomponente (2) zu fixieren, wobei sich die stationäre Turmkomponente (2) und die mobile Turmkomponente (3) während des Ausfahrens zumindest teilweise in einem vertikalen Überlappungsbereich (6) radial widerlagernd überlappen, wobei die vertikale Länge der stationären Turmkomponente (2) entlang ihrer Haupterstreckungsachse (S) mindestens 40 % , bevorzugt mindestens 50 % und höchstens 80 %, bevorzugt höchstens 70 % der Gesamtlänge des Turms (1) entlang seiner Haupterstreckungsachse (T) in der Fixierposition der mobilen Turmkomponente (3) beträgt.. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines vertikal höhenverstellbaren Turms (1). The present invention relates to a tower (1) for vertical height adjustment, with a stationary tower component (2) for mounting on a substrate and with at least one mobile tower component (3), wherein at least these two tower components (2, 3) along a main extension axis (T ) of the tower (1) are arranged coaxially with each other and have a common stage system (4) for fixing the mobile tower component (3) in a vertically maximally upwardly extended fixing position on the stationary tower component (2), whereby the stationary tower component ( 2) and the mobile tower component (3) during extension at least partially in a vertical overlap region (6) radially overlapping overlap, the vertical length of the stationary tower component (2) along its main extension axis (S) at least 40%, preferably at least 50% and at most 80%, preferably at most 70% of the total length of the tower (1) along its main In addition, the invention relates to a method for mounting a vertically height-adjustable tower (1).
Description
Die Erfindung betrifft einen Turm zur vertikalen Höhenverstellung, mit einer stationären Turmkomponente zur Montage auf einem Untergrund und mit mindestens einer mobilen Turmkomponente, wobei zumindest diese beiden Turmkomponenten entlang einer Haupterstreckungsachse des Turms koaxial zueinander angeordnet sind und ein gemeinsames Bühnensystem aufweisen, um die mobile Turmkomponente in einer vertikal maximal nach oben ausgefahrenen Fixierposition an der stationären Turmkomponente zu fixieren, wobei sich die stationäre Turmkomponente und die mobile Turmkomponente während des Ausfahrens zumindest teilweise in einem vertikalen Überlappungsbereich radial widerlagernd überlappen.The invention relates to a tower for vertical height adjustment, with a stationary tower component for mounting on a ground and with at least one mobile tower component, wherein at least these two tower components along a main axis of the tower are arranged coaxially to each other and have a common stage system to the mobile tower component in fix a vertically maximally upwardly extended fixing position on the stationary tower component, wherein the stationary tower component and the mobile tower component overlap during the extension at least partially in a vertical overlap region radially Widerlagernd.
Die Hauptbestandteile einer Windkraftanlage sind ein Turm, ein Maschinenhaus, Rotorblätter, ein Getriebe, ein Generator, Messinstrumente und in der Regel auch eine Windrichtungsnachführung. Das Maschinenhaus ist am oberen Ende des Turms montiert und enthält das Getriebe und den Generator. Ebenfalls bekannt sind getriebefreie Windräder. Aufgabe des Getriebes ist es, die Generatordrehzahl unabhängig der Windgeschwindigkeit konstant zu halten. Dabei wird die Windenergie über die Rotorblätter vom Generator in elektrische Energie umgewandelt. Die Rotorblätter sind üblicherweise aerodynamisch geformt und nutzen vorzugsweise das Prinzip des dynamischen Auftriebs, um die Nabe um ihre horizontale Haupterstreckungsachse drehend anzutreiben. Die häufig verwendete Windrichtungsnachführung oder Horizontalachsenrotoren justieren die Nabe entlang der Gegenwindrichtung, um den Wirkungsgrad der Windkraftanlage zu optimieren. Die Ermittlung der Windrichtung erfolgt mittels einer Windfahne, wobei die letztliche Windstärke üblicherweise von einem Anemometer errechnet wird. Es hat sich herausgestellt, dass bei Höhen unter etwa 200 Metern über der Erdoberfläche die Windströmungen sehr turbulent erfolgen. Ab etwa 200 Metern über der Erdoberfläche, im Folgenden Höhenwindlage genannt, sind die Windströmungen im Wesentlichen laminar. Windkraftanlagen mit einer Nabenhöhe unterhalb der Höhenwindlage unterliegen hingegen erheblichen Schwankungen bezüglich der Energiegewinnung.The main components of a wind turbine are a tower, a nacelle, rotor blades, a gearbox, a generator, measuring instruments and usually also a wind direction tracking. The machine house is mounted at the top of the tower and contains the gearbox and the generator. Also known are gearless wind turbines. The task of the transmission is to keep the generator speed constant regardless of the wind speed. The wind energy is converted by the rotor blades from the generator into electrical energy. The rotor blades are typically aerodynamically shaped and preferably utilize the principle of dynamic lift to rotationally drive the hub about its horizontal main axis of extension. The commonly used wind direction tracking or horizontal axis rotors adjust the hub along the headwind direction to optimize the efficiency of the wind turbine. The determination of the wind direction by means of a wind vane, the final wind strength is usually calculated by an anemometer. It has been found that at altitudes below about 200 meters above the Earth's surface, the wind currents are very turbulent. From about 200 meters above the earth's surface, hereafter referred to as the altitude wind situation, the wind currents are essentially laminar. Wind turbines with a hub height below the high-altitude wind position, however, are subject to considerable fluctuations in terms of energy production.
Wie bereits genannt, reduziert sich ab einer Höhe von etwa 200 Metern über der Erdoberfläche der Anteil der turbulenten Strömungen. Gleichzeitig erhöht sich der Anteil der laminaren Strömungen. Demnach ist es für eine optimale Energieausbeute der Windenergie vorteilhaft, wegen der gleichmäßigen Strömung die Nabenhöhe der Windkraftanlage möglichst in die vorgenannte Höhenwindlage zu setzen. Problematisch hierbei ist allerdings üblicherweise der Transport und die Montage der Komponenten der Windkraftanlage, insbesondere des Turms. Da der Turm bei einer bevorzugten Nabenhöhe der Windkraftanlage von mehr als 200 Metern nicht einstückig transportiert werden kann und das Maschinenhaus mit etwa 120 Tonnen Gewicht mit auf dem Markt verfügbaren Kränen nicht auf einen beispielsweise 200 Meter hohen Turm aufgesetzt werden kann, wurden höhenverstellbare Türme entwickelt, die modular transportiert und am Zielort komplett als Windkraftanlage zusammengesetzt werden können, bevor der Turm vollständig ausfährt.As already mentioned, the proportion of turbulent flows is reduced from a height of about 200 meters above the earth's surface. At the same time, the proportion of laminar flows increases. Accordingly, it is advantageous for optimum energy yield of the wind energy to put the hub height of the wind turbine as possible in the aforementioned altitude wind situation because of the uniform flow. However, the problem here is usually the transport and installation of the components of the wind turbine, especially the tower. Since the tower at a preferred hub height of the wind turbine of more than 200 meters can not be transported in one piece and the nacelle weighing about 120 tons with available on the market cranes can not be placed on an example 200 meters high tower, height adjustable towers have been developed which can be transported modularly and assembled completely at the destination as a wind turbine before the tower extends completely.
Dass keine größeren Kräne auf dem Markt verfügbar sind, ist einerseits auf die fehlende Wirtschaftlichkeit solcher Kräne und andererseits auf die international übliche Straßendimensionierung zurückzuführen. Selbst Kräne, die nach internationalen Straßennormen nicht maß- und / oder gewichtsgerecht sind, also Großraum- und Schwerkräne, müssten noch größer dimensioniert werden, um für die Montage eines Maschinenhauses auf einem Turm für Höhenwinde geeignet zu sein. Ein solcher Kran könnte sich allerdings nicht auf regulären Straßen fortbewegen.The fact that no larger cranes are available on the market is due, on the one hand, to the lack of cost-effectiveness of such cranes, and, on the other hand, to the standard international dimensioning of roads. Even cranes that are not dimensionally and / or weight-appropriate according to international road standards, ie large-capacity and heavy cranes, would have to be dimensioned even larger in order to be suitable for mounting a machine house on a tower for high-altitude winds. However, such a crane could not move on regular roads.
Ein höhenverstellbarer Turm ist beispielhaft aus der Offenlegungsschrift
Aufgabe der Erfindung ist es, einen stufenweise höhenverstellbaren Turm der eingangs genannten Art zu schaffen, der radial wirkende Belastungen möglichst komponentenschonend aufnimmt und auf den Untergrund überträgt, wobei die Turmkonstruktion mit derzeit auf dem Markt erhältlichen Kränen erfolgen soll, und wobei der Turm insbesondere für Windkraftanlagen zur Energiegewinnung aus Höhenwinden geeignet sein soll.The object of the invention is to provide a stepwise height-adjustable tower of the type mentioned, which absorbs radially acting loads as component gentle and transmits to the ground, the tower construction should be done with cranes currently available on the market, and the tower especially for wind turbines to be suitable for energy from high winds.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Dadurch, dass die vertikale Länge der stationären Turmkomponente entlang ihrer Haupterstreckungsachse mindestens 40 % , bevorzugt mindestens 50 % und höchstens 80 %, bevorzugt höchstens 70 % der Gesamtlänge des Turms entlang seiner Haupterstreckungsachse in der Fixierposition der mobilen Turmkomponente beträgt, wird einerseits ein hinreichender Kraftfluss auf den Untergrund ermöglicht und gleichzeitig ein Turmaufbau ermöglicht, der mit derzeit auf dem Markt erhältlichen Kränen möglich ist, wobei der Turm dennoch für die Energiegewinnung aus Höhenwinden geeignet ist. Es hat sich herausgestellt, dass bei einer vertikalen Länge der stationären Turmkomponente entlang ihrer Haupterstreckungsachse ab 40 % und bei verkehrsüblichen Durchmessern des Turms, die mobile Turmkomponente ausreichend kurz ist, um einen Turm mit nur einer mobilen Turmkomponente hinreichend auf dem Untergrund zu fixieren, wobei der Turm mit seiner Oberkante der mobilen Turmkomponente in Höhen für Höhenwinde ragt. Ab einer vertikalen Länge der stationären Turmkomponente entlang ihrer Haupterstreckungsachse von 50 % ist bereits eine vertikale Länge des Überlappungsbereichs von mindestens 5 % der vertikalen Gesamtlänge des Turms realisierbar. Dies gilt insbesondere für Türme unter 160 Metern. Grundsätzlich wird eine vertikale Länge des Überlappungsbereichs von mindestens 25 % bevorzugt, um einen Turm zu erschaffen, der stufenweise höhenverstellbar ist und der gleichzeitig am Übergang der Stufen, also von der stationären zur mobilen Turmkonstruktion, gegen Schäden durch Naturkatastrophen, zum Beispiel durch Erdbeben, konstruktiv verstärkt ist. Die vertikale Länge des Überlappungsbereichs entlang seiner Haupterstreckungsachse beträgt höchstens 40 % der vertikalen Gesamtlänge des Turms. Es hat sich herausgestellt, dass darüber hinausgehende Längen unwirtschaftlich sind, weil sie mehr Material benötigen ohne einen erheblichen positiven Mehrwert auf die Turmstabilität zu bewirken. Der besonders bevorzugte Bereich der vertikalen Länge des Überlappungsbereichs entlang seiner Haupterstreckungsachse beträgt bevorzugt höchstens 30 %, weil bis zu diesem Wert eine hohe Turmstabilität bei relativ günstigem Materialeinsatz gegeben ist. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die vorgenannte vertikale Länge der stationären Turmkomponente nicht in jedem Fall mit der vertikalen Länge des Überlappungsbereichs kombiniert werden müssen. Besondere Umstände können Abweichungen von den obigen Kombinationen erfordern, wobei grundsätzlich die vorgenannten Werte in Kombination bevorzugt werden. Weiterhin bildet die Dimensionierung der stationären Turmkomponente innerhalb der beanspruchten Bereiche einen Schutz vor einem Umkippen der mobilen Turmkomponente. Dies ist sehr wichtig für den Montageprozess, da die Komponenten des Turms im fertig montierten Zustand zwar miteinander verbunden sind, allerdings während der Montage noch eine Kippgefahr besteht, die in der Folge die Monteure gefährdet.The object is achieved by the features of the characterizing part of
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Turm den Überlappungsbereich nicht nur während des Ausfahrens, sondern auch in der Fixierposition der mobilen Turmkomponente aufweist. Mit anderen Worten weist der Turm den Überlappungsbereich bevorzugt auch während des Betriebs, beispielsweise als Turm einer Windkraftanlage, auf. Hieraus ergibt sich insbesondere, dass der Überlappungsbereich vertikal vom Untergrund beabstandet mit der mobilen Turmkomponente bewegbar ist.In particular, it is provided that the tower has the overlapping area not only during extension, but also in the fixing position of the mobile tower component. In other words, the tower preferably also has the overlapping area during operation, for example as a tower of a wind power plant. It follows in particular that the overlapping area is vertically movable from the ground with the mobile tower component movable.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die stationäre Komponente eine zu der ersten Bühnenetage vertikal nach unten beabstandete zweite Bühnenetage auf. Auch diese zweite Bühnenetage ist vorzugsweise wie vorgenannt begehbar.According to a particularly preferred embodiment, the stationary component has a second stage floor spaced vertically downwards from the first stage floor. Also, this second stage floor is preferably accessible as mentioned above.
Das Bühnensystem ist bevorzugt derart gestaltet, dass jede Bühnenetage im horizontalen Querschnitt eine rechteckige Außenform aufweist.The stage system is preferably designed such that each stage floor in the horizontal cross section has a rectangular outer shape.
Zudem kann jede Bühnenetage im horizontalen Innenbereich beispielhaft eine entlang einer Horizontalebene erstreckende Ausnehmung aufweisen, deren Innenkontur mit der Außenkontur des jeweiligen Flansches konturangepasst ist.In addition, each stage floor in the horizontal interior area can, for example, have a recess extending along a horizontal plane, the inner contour of which is contour-matched with the outer contour of the respective flange.
Jeder Flansch ist insbesondere derart ausgestaltet, dass er einen radialen Ringvorsprung aus der mobilen Turmkomponente aufweist. Grundsätzlich kann jeder Flansch einen runden oder einen eckigen Horizontalquerschnitt in seiner Hauptquerschnittsfläche aufweisen.Each flange is in particular designed such that it has a radial annular projection of the mobile tower component. In principle, each flange may have a round or angular horizontal cross-section in its main cross-sectional area.
Besonders bevorzugt ist dieser radiale Ringvorsprung von der mobilen Turmkomponente nach außen angeordnet. Dies erleichtert die Zugänglichkeit während der Montagearbeiten gegenüber einem radial innen angeordneten Ringvorsprung. Particularly preferably, this radial annular projection is arranged by the mobile tower component to the outside. This facilitates accessibility during installation work against a radially inwardly arranged annular projection.
Die mobile Turmkomponente ist bevorzugt im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet. Im Wesentlichen bedeutet hierbei, dass streckenweise konische Verläufe vorhanden sein können. Zudem können die Flansche den zylindrischen Verlauf abschnittsweise unterbrechen. Besonders bevorzugt ist die mobile Turmkomponente bis auf die Flansche vollständig zylindrisch ausgebildet.The mobile tower component is preferably designed substantially cylindrical. Essentially, this means that in sections conical gradients can be present. In addition, the flanges can interrupt the cylindrical course in sections. Particularly preferably, the mobile tower component is completely cylindrical except for the flanges.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zur Hubbewegung der mobilen Turmkomponente das Bühnensystem an der stationären Komponente mindestens eine erste Bühnenetage mit Bühnenetagen-Litzenaufnahmen, und vorzugsweise noch weitere Bühnenetagen, zum Beispiel eine zweite und eine dritte Bühnenetage, aufweist, sowie dass das Bühnensystem an der mobilen Turmkomponente mindestens einen ersten Flansch mit Flansch-Litzenaufnahmen, und vorzugsweise noch weitere Flansche, zum Beispiel einen zweiten und einen dritten Flansch, aufweist, wobei die Bühnenetagen-Litzenaufnahmen der stationären Turmkomponente mit den Flansch-Litzenaufnahmen der mobilen Turmkomponente mittels Litzen verbunden sind, wobei an den Litzen Hebemittel, vorzugsweise Litzenheber, derart an mindestens einer Bühnenetage oder an mindestens einem Flansch gegengelagert angeordnet sind, dass bei Betätigung der Hebemittel ein Hub der mobilen Turmkomponente erfolgt. Hieraus ergibt sich eine besonders vorteilhafte Konstruktion, die es erlaubt die Aufgabe möglichst montagefreundlich und kosteneffizient zu lösen. Der dritte Flansch dient insbesondere als Trittfläche für Montagearbeiten an der Unterseite des zweiten Flansches und ist daher insbesondere ein Montageflansch.A preferred embodiment of the invention provides that for the lifting movement of the mobile tower component, the stage system on the stationary component at least a first stage floor with stage floor Litzenaufnahmen, and preferably even more stage floors, for example, a second and a third stage stage, and that the stage system at the mobile tower component at least a first flange with flange-Litzenaufnahmen, and preferably further flanges, for example, a second and a third flange, wherein the stage floor strands receptacles of the stationary tower component are connected to the flange-Litzenaufnahmen the mobile tower component by means of strands in which hoisting means, preferably strand jacks, are disposed on the strands so as to be counter-supported on at least one stage floor or on at least one flange such that a lifting of the mobile tower component takes place upon actuation of the lifting means. This results in a particularly advantageous construction, which allows the task as easy to install and cost-effective to solve. The third flange serves in particular as a stepping surface for assembly work on the underside of the second flange and is therefore in particular a mounting flange.
Weiterhin ist vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die erste und eine zweite Bühnenetage jeweils eine Ausnehmung aufweisen, wobei das Bühnensystem derart ausgebildet ist, dass in der Fixierposition der mobilen Turmkomponente der erste Flansch entlang der vertikalen Haupterstreckungsachse des Turms in der Ausnehmung der ersten Bühnenetage angeordnet ist und dass der zweite Flansch entlang der vertikalen Haupterstreckungsachse des Turms in der Ausnehmung der zweiten Bühnenetage angeordnet ist, wobei die beiden Ausnehmungen der ersten und zweiten Bühnenetagen und der erste und zweite Flansch alle koaxial zueinander angeordnet sind. Durch diese Merkmale wird insbesondere eine einfache Montage ermöglicht.Furthermore, it is advantageously provided that the first and a second stage floor each have a recess, wherein the stage system is designed such that is arranged in the fixing position of the mobile tower component of the first flange along the vertical main axis of extension of the tower in the recess of the first stage floor and in that the second flange is arranged along the vertical main extension axis of the tower in the recess of the second stage floor, wherein the two recesses of the first and second stage floors and the first and second flange are all arranged coaxially with one another. These features in particular a simple assembly is possible.
Damit die Monteure das Bühnensystem sicher erreichen können, kann vorgesehen sein, dass die mobile Turmkomponente zumindest teilweise einen Hohlraum aufweist und für jeden Flansch einen separaten Zugang aufweist, wobei die Zugänge über ein Verbindungssystem innerhalb des Hohlraums miteinander verbunden sind. Insbesondere kann das Verbindungssystem ein Stufensystem umfassen. Ein Stufensystem umfasst Treppenstufen oder Leitersprossen. Alternativ oder zusätzlich kann das Verbindungssystem einen Aufzug umfassen. Der Aufzug hat den Vorteil, dass die Monteure ihre Werkzeuge nicht den Hohlraum hochtragen müssen, wodurch die Sicherheit erhöht wird. Es ist auch möglich, dass die mobile Turmkomponente einen Aufzug aufweist, der nicht im Hohlraum, sondern beispielsweise auf der Außenseite der mobilen Turmkomponente angeordnet ist.So that the fitters can safely reach the platform system, it can be provided that the mobile tower component at least partially has a cavity and has a separate access for each flange, wherein the accesses are connected to each other via a connection system within the cavity. In particular, the connection system can comprise a step system. A tier system includes stairs or ladder rungs. Alternatively or additionally, the connection system may comprise an elevator. The elevator has the advantage that the fitters do not have to carry their tools up the cavity, which increases safety. It is also possible for the mobile tower component to have an elevator which is not arranged in the cavity but, for example, on the outside of the mobile tower component.
Der Hohlraum weist vorzugsweise eine im Wesentlichen geschlossene Außenfläche auf. Im Wesentlichen bedeutet hierbei, dass geringe Öffnungen, beispielsweise als Verbindungsfugen oder Öffnungen für Verbindungsmittel, vorhanden sein können.The cavity preferably has a substantially closed outer surface. Essentially, this means that small openings, for example as connecting joints or openings for connecting means, may be present.
Um die Montage der stationären Turmkomponente in die mobile Turmkomponente zu vereinfachen ist vorgesehen, dass die stationäre Turmkomponente einen Führungskanal aufweist, in dem die mobile Turmkomponente vertikal verschiebbar über ein Führungssystem angeordnet ist. Das Führungssystem ist insbesondere ein Nut-Nabe-Rollensystem. Das Nut-Nabe-Rollensystem hat den Vorteil geringer Reibung. Alternativ kann das Führungssystem ein Nut-Nabe-Gleitsystem sein, wobei dies gegenüber dem Nut-Nabe-Rollensystem günstiger ist.In order to simplify the assembly of the stationary tower component in the mobile tower component is provided that the stationary tower component has a guide channel in which the mobile tower component is arranged vertically displaceable via a guide system. The guide system is in particular a groove-hub roller system. The groove-hub roller system has the advantage of low friction. Alternatively, the guide system may be a groove-and-nut slip system, which is more favorable than the groove-and-nut roller system.
Um den Turm solide auf dem Untergrund zu befestigen, ist gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform möglich, dass die stationäre Turmkomponente über mindestens drei, vorzugsweise vier Stützelemente auf dem Untergrund montiert ist.In order to fix the tower solid on the ground, it is possible according to a preferred embodiment, that the stationary tower component is mounted on at least three, preferably four support elements on the ground.
Ein Untergrund kann im Sinne der Erfindung insbesondere mehrere Fundamente, genannt Punktfundamente, umfassen. Somit kann beispielsweise für jedes Stützelement ein separates Fundament vorgesehen sein. Ebenfalls möglich ist der Turm auf einem einzigen Fundament, genannt Flächenfundament, angeordnet. Punktfundamente haben gegenüber dem Flächenfundament einen Kostenvorteil, da sie 80 % weniger Beton benötigen.In the context of the invention, a substrate may in particular comprise a plurality of foundations, called point foundations. Thus, for example, a separate foundation can be provided for each support element. Also possible is the tower on a single foundation, called Flächenfundament arranged. Point foundations have a cost advantage over the foundations since they require 80% less concrete.
Bevorzugt sind die vier Stützelemente derart zueinander geneigt auf dem Untergrund fixiert, dass sich die Haupterstreckungsachsen der Stützelemente gemeinsam in der Haupterstreckungsachse des Turms schneiden. Besonders bevorzugt sind die vier Stützelemente im Einsatz des Turms bei einer Windkraftanlage derart zueinander geneigt auf dem Untergrund fixiert, dass sich die Haupterstreckungsachsen der Stützelemente in einer Horizontalerstreckungsachse der Nabe schneiden. Aus diesen Merkmalen ergibt sich eine optimale Kraftverteilung innerhalb der Turmkomponenten, so dass das Bühnensystem keinen erheblich schädigenden Kraft- und Spannungseinflüssen unterliegt.Preferably, the four support elements are inclined relative to each other fixed on the ground, that intersect the main extension axes of the support elements together in the main axis of extension of the tower. Particularly preferably, the four support elements are in use of the tower in a wind turbine so inclined to each other fixed on the ground that the main extension axes the support elements in a horizontal extension axis of the hub cut. From these characteristics results in an optimal power distribution within the tower components, so that the stage system is not subject to significantly damaging force and voltage influences.
Um den Aufstieg zum Bühnensystem und den Werkzeugtransport für die Monteure zu vereinfachen ist bevorzugt vorgesehen, dass mindestens ein Stützelement einen Aufzugsführungsweg mit einem Aufzug aufweist. Möglich ist auch jeweils ein Aufzug für zwei, drei oder vier Stützelemente.In order to simplify the ascent to the platform system and the tool transport for the fitters, it is preferably provided that at least one support element has an elevator guide path with a lift. Also possible in each case is an elevator for two, three or four support elements.
Aus Sicherheitsgründen kann sich der Aufzugsführungsweg bevorzugt vom Untergrund zumindest bis zur untersten Bühnenetage erstrecken.For safety reasons, the elevator guide path can preferably extend from the underground at least to the lowest stage floor.
Besonders bevorzugt ist der Aufzugsführungsweg ein Schacht, der innerhalb des mindestens einen Stützelementes verläuft. Allerdings kann der Aufzug auch außenseitig an dem Aufzugsführungsweg des mindestens einen Stützelements angeordnet sein.Particularly preferably, the elevator guide path is a shaft which extends within the at least one support element. However, the elevator can also be arranged on the outside of the elevator guide path of the at least one support element.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die mobile Turmkomponente und mindestens ein Stützelement jeweils einen Aufzug aufweisen. Dieser bevorzugten Ausführungsform liegt der Gedanke zu Grunde, dass der Turm insbesondere für Höhenwind-Windkraftanlagen, also Windkraftanlagen mit einer Nabenhöhe größer 200 m, vorgesehen ist. Monteure, die zu einem derart hohen Maschinenhaus gelangen möchten, sind gegenüber dem Aufstieg zu niedrigeren Maschinenhäusern herkömmlicher Windkraftanlagen einer erhöhten körperlichen Belastung ausgesetzt. Dabei ist zu beachten, dass die Monteure schweres Werkzeug bei sich führen können. Während daher für die Monteure bei herkömmlichen Windkraftanlagen nur ein Aufzug vorgesehen ist, um zum Maschinenhaus zu gelangen, sind gemäß der bevorzugten Ausführungsform mindestens zwei Aufzüge vorgesehen. Sofern ein Aufzug defekt ist, kann der Monteur immer noch den zweiten Aufzug verwenden und muss nicht die gesamte Höhenstrecke hochklettern.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the mobile tower component and at least one support element each have an elevator. This preferred embodiment is based on the idea that the tower is intended in particular for high-altitude wind power plants, ie wind power plants with a hub height greater than 200 m. Installers who want to get to such a high engine house, are exposed to the rise to lower nacelles of conventional wind turbines increased physical stress. It should be noted that the fitters can carry heavy tools with them. Therefore, while only one elevator is provided for the mechanics in conventional wind turbines to get to the nacelle, at least two elevators are provided according to the preferred embodiment. If an elevator is defective, the fitter can still use the second elevator and does not have to climb the entire height line.
Besonders bevorzugt weisen die mobile Turmkomponente und mindestens ein Stützelement jeweils ein Stufensystem auf. Insbesondere bei einer Kombination von jeweils einem Aufzug und jeweils einem Stufensystem für die mobile Turmkomponente und für das mindestens eine Stützelement, haben die Monteure eine sichere Möglichkeit das Maschinenhaus bzw. den Untergrund möglichst sicher zu erreichen.Particularly preferably, the mobile tower component and at least one support element each have a step system. Particularly in the case of a combination of one elevator and one step system each for the mobile tower component and for the at least one support element, the fitters have a secure possibility of reaching the machine house or the underground as safely as possible.
Insbesondere kann das Verbindungssystem der mobilen Turmkomponente den vorgenannten Aufzug aufweisen.In particular, the connection system of the mobile tower component may comprise the aforementioned elevator.
Aus Kostengründen kann auch darauf zurückgegriffen werden, dass mindestens ein Stützelement ein begehbares Stufensystem aufweist. Dies kann auch dann vorteilhaft sein, falls ein Aufzug defekt ist, um den Monteuren stets die Möglichkeit zu geben, das Bühnensystem beziehungsweise den Untergrund zu erreichen. Ein Stufensystem umfasst beispielsweise Treppenstufen oder Leitersprossen.For reasons of cost, it is also possible to resort to the fact that at least one support element has a walkable step system. This can also be advantageous if an elevator is defective in order to always give the fitters the opportunity to reach the stage system or the ground. A step system includes, for example, stairs or ladder rungs.
Hierzu ist insbesondere vorteilhaft, dass sich das Stufensystem vom Untergrund zumindest bis zur untersten Bühnenetage erstreckt.For this purpose, it is particularly advantageous that the step system extends from the ground at least to the lowest stage floor.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die vertikale Länge des Überlappungsbereichs entlang seiner Haupterstreckungsachse mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 30 % der Gesamtlänge der stationären Turmkomponente entlang ihrer Haupterstreckungsachse beträgt. Es hat sich herausgestellt, dass bei Türmen mit konventionellen Durchmessern für Windkraftanlagen ab diesem Verhältnis die Knickgefahr des Turms wesentlich reduziert ist. Konventionelle Durchmesser liegen im Bereich des Untergrunds bei ungefähr 12 Metern und im Bereich der Nabenhöhe bei ungefähr 4 Metern. Diese Werte sind jedoch rein exemplarisch und haben keinen verbindlichen Charakter.It is preferably provided that the vertical length of the overlap region along its main extension axis is at least 10%, preferably at least 30%, of the total length of the stationary tower component along its main extension axis. It has been found that in towers with conventional diameters for wind turbines from this ratio, the risk of buckling of the tower is significantly reduced. Conventional diameters are about 12 meters in the subsurface area and about 4 meters in the hub height area. However, these values are purely exemplary and have no binding character.
Insbesondere beträgt die vertikale Länge des Überlappungsbereichs entlang seiner Haupterstreckungsachse höchstens 50 %, vorzugsweise höchstens 30 % der Gesamtlänge der stationären Turmkomponente entlang ihrer Haupterstreckungsachse. Bis zu diesem Verhältnis reduziert sich die Knickgefahr bei Türmen mit konventionellen Durchmessern für Windkraftanlagen stetig. Darüber hinausgehende vertikale Längen erbringen im Verhältnis zu den ebenfalls steigenden Kosten keinen wesentlichen Vorteil hinsichtlich der Knickbeständigkeit.In particular, the vertical length of the overlap region along its main axis of extension is at most 50%, preferably at most 30% of the total length of the stationary tower component along its main axis of extension. Up to this ratio, the risk of buckling for towers with conventional diameters for wind turbines is steadily reduced. Beyond that vertical lengths bring in relation to the likewise rising costs no significant advantage in terms of kink resistance.
Hilfsweise ist möglich, dass die mobile Turmkomponente am oberen Ende ein weiteres Bühnensystem aufweist, um eine weitere, obere mobile Turmkomponente zu fixieren, wobei zwischen der unteren und der oberen mobilen Turmkomponente ein Überlappungsbereich mit mindestens einem Merkmal des vorgenannten Überlappungsbereichs angeordnet ist.Alternatively, it is possible that the mobile tower component has at the top of another stage system to fix a further, upper mobile tower component, wherein between the lower and the upper mobile tower component, an overlap region is arranged with at least one feature of the aforementioned overlap region.
Insbesondere ist der vorgenannte Turm geeignet für eine Windkraftanlage zur Umwandlung von Windenergie in elektrische Energie, wobei der Turm am oberen Ende ein Maschinenhaus mit einem Generator aufweist, und wobei das Maschinenhaus an einer zur Gegenwindrichtung frontal angeordneten Frontseite eine Nabe mit mindestens drei Rotorblättern aufweist, um die auf die Rotorblätter wirkende Windenergie mittels dem Generator in elektrische Energie umzuwandeln.In particular, the aforementioned tower is suitable for a wind turbine for converting wind energy into electrical energy, wherein the tower has at the upper end a nacelle with a generator, and wherein the nacelle at a headwind frontally arranged front has a hub with at least three rotor blades to to convert the wind energy acting on the rotor blades by means of the generator into electrical energy.
Vorzugsweise ist die Länge jedes Rotorblattes entlang seiner Haupterstreckungsachse kleiner ist als die Gesamtlänge des Turms entlang seiner Haupterstreckungsachse, wobei die Länge jedes Rotorblattes entlang seiner Haupterstreckungsachse vorzugsweise mindestens 20 %, bevorzugt mindestens 30 %, ganz besonders bevorzugt mindestens 40 % der Gesamtlänge der stationären Komponente beträgt. Preferably, the length of each rotor blade along its main axis of extension is less than the total length of the tower along its main axis of extension, wherein the length of each rotor blade along its main axis of extension is preferably at least 20%, preferably at least 30%, most preferably at least 40% of the total length of the stationary component ,
Weiterhin bevorzugt kann die Länge jedes Rotorblattes entlang seiner Haupterstreckungsachse höchstens 90 %, bevorzugt höchstens 60 % der Gesamtlänge der stationären Komponente betragen. Dies hat den Vorteil, dass das Maschinenhaus direkt bei der Montage, während die mobile Tumkomponente noch nicht hochgefahren ist, in seiner Montageposition bleiben kann, die auch der späteren Gebrauchsposition entspricht, ohne dass die Rotorblätter bei der Montage den Untergrund berühren.Further preferably, the length of each rotor blade along its main axis of extension at most 90%, preferably at most 60% of the total length of the stationary component amount. This has the advantage that the nacelle can remain in its mounting position directly during assembly, while the mobile tumble component has not yet started up, which also corresponds to the later use position, without the rotor blades touching the substrate during assembly.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines vertikal höhenverstellbaren Turms, wobei das Verfahren durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
- - Segmentierte Montage einer stationären Turmkomponente mit einem innenliegenden Führungskanal auf einem Untergrund und segmentierte Montage mindestens einer mobilen Turmkomponente entlang dem Führungskanal der stationären Turmkomponente,
- - Montage von Litzen an den stationären und mobilen Turmkomponenten, wobei an den Litzen Hebemittel angeordnet werden,
- - anschließendes vertikales Anheben der mobilen Turmkomponente bis zu einer Fixierposition, wobei die mobile Turmkomponente in der Fixierposition endpositioniert ist, und wobei sich die mobile Turmkomponente und die stationäre Turmkomponente während des Ausfahrens der mobilen Turmkomponente zumindest teilweise in einem vertikalen Überlappungsbereich überlappen, wobei die vertikale Länge der stationären Turmkomponente entlang ihrer Haupterstreckungsachse mindestens 40 % , bevorzugt mindestens 50 % und höchstens 80 %, bevorzugt höchstens 70 % der Gesamtlänge des Turms entlang seiner Haupterstreckungsachse in der Fixierposition der mobilen Turmkomponente beträgt,
- - anschließendes Verbinden der in der Fixierposition angeordneten mobilen Turmkomponente mit der stationären Turmkomponente.
- Segmented mounting of a stationary tower component with an internal guide channel on a substrate and segmented assembly of at least one mobile tower component along the guide channel of the stationary tower component,
- Assembly of strands on the stationary and mobile tower components, lifting means being arranged on the strands,
- then vertically lifting the mobile tower component to a fixing position, wherein the mobile tower component is end-positioned in the fixing position, and wherein the mobile tower component and the stationary tower component overlap at least partially in a vertical overlapping area during extension of the mobile tower component, the vertical length the stationary tower component along its main extension axis is at least 40%, preferably at least 50% and at most 80%, preferably at most 70% of the total length of the tower along its main axis of extension in the fixation position of the mobile tower component,
- - Subsequently connecting the arranged in the fixing position mobile tower component with the stationary tower component.
Insbesondere ist das Verfahren vorgesehen zur Montage eines Turms mit zumindest einem der vorgenannten Merkmale.In particular, the method is provided for mounting a tower with at least one of the aforementioned features.
Dabei werden die Segmente der stationären und mobilen Turmkomponenten besonders bevorzugt abwechselnd montiert, zumindest bis die Montage der stationären oder mobilen Turmkomponenten abgeschlossen ist. Diese Maßnahme ist vorgesehen, um eine möglichst einheitliche Bauhöhe einzuhalten.The segments of the stationary and mobile tower components are particularly preferably mounted alternately, at least until the assembly of the stationary or mobile tower components is completed. This measure is intended to comply with a uniform height as possible.
Mit anderen Worten erfolgt die Montage derart, dass die Segmente der stationären und mobilen Turmkomponenten etagenweise aufeinandergestapelt werden, wobei verhindert werden sollte, dass sich eine Etage einer Turmkomponente derart vertikal hoch über die andere Turmkomponente erstreckt, dass ein Aufsetzen eines neuen Segments auf die niedrigere Etage wegen der zu überwindenden Höhe der höheren Etage erschwert wird.In other words, the assembly takes place in such a way that the segments of the stationary and mobile tower components are stacked on top of each other, wherein one floor of a tower component should be prevented from extending vertically above the other tower component such that a new segment is placed on the lower floor is difficult to overcome because of the height of the higher floor.
Vertikal im Sinne der Erfindung bedeutet stets senkrecht zum Horizont, also senkrecht zur Erdoberfläche. Horizontal bedeutet im Sinne der Erfindung stets parallel zur Erdoberfläche.Vertical in the sense of the invention always means perpendicular to the horizon, that is perpendicular to the earth's surface. Horizontal means according to the invention always parallel to the earth's surface.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung aufgeführten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
-
1 : in einer perspektivischen Ansicht eine Windkraftanlage mit einem Turm nach Lehre der Erfindung mit drei Flanschen und drei Bühnenetagen in einer Fixierposition, -
2 : in einer perspektivischen Ansicht von oben ein Bühnensystem des Turms als Ausschnitt Ader 1 , -
3 : in einer perspektiven Ansicht von untendas Bühnensystem gemäß 2 , -
4 : in einer perspektivischen Ansicht von oben ein unteres Ende einer mobilen Turmkomponente des Turms nach1 mit den drei Flanschen, -
5 : in einem vertikalen Längsschnitt das Bühnensystem gemäßdem Turm nach 1 , -
6 : in einem horizontalen Querschnitt durch die Ebene B - B des Bühnensystems nach5 und -
7 : in einer perspektivischen Ansicht die Windkraftanlage mitdem Turm nach 1 in einer Montageposition.
-
1 3 shows a perspective view of a wind turbine with a tower according to the invention with three flanges and three stage floors in a fixing position, -
2 : in a perspective view from above a stage system of the tower as a section A of1 . -
3 : in a perspective view from below the stage system according to2 . -
4 : In a perspective view from above a lower end of a mobile tower component of the tower after1 with the three flanges, -
5 : in a vertical longitudinal section the stage system according to thetower 1 . -
6 : in a horizontal cross section through the plane B - B of thestage system 5 and -
7 : in a perspective view the wind turbine with the tower behind1 in a mounting position.
In der beispielhaften Darstellung der Windkraftanlage nach
Das Bühnensystem (
In
Der erste Flansch (
Der zweite Flansch (
Wie in
Bevorzugt weist die erste Bühnenetage (
In
In
In den
Die stationäre Turmkomponente (
Die Aufgabe der Erfindung kann durch mehrere Erfindungsgedanken im Einzelnen oder kombiniert gelöst werden.The object of the invention can be solved by several inventive concepts in detail or in combination.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in den Fig. bei mehrfachem Vorhandensein des gleichen gegenständlichen Merkmals innerhalb einer Fig., stets nur ein gegenständliches Merkmal mit einem Bezugszeichen markiert worden, beispielsweise bei den Litzen (
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Turmtower
- 22
- Stationäre TurmkomponenteStationary tower component
- 33
- Mobile TurmkomponenteMobile tower component
- 44
- Bühnensystemstage system
- 55
- Montageflanschmounting flange
- 66
- Vertikaler ÜberlappungsbereichVertical overlap area
- 77
- Erste BühnenetageFirst stage floor
- 88th
- Bühnenetagen-LitzenaufnahmenStage storey Litzenaufnahmen
- 99
- Zweite BühnenetageSecond stage floor
- 1010
- Trittflächetread
- 1111
- Dritte BühnenetageThird stage floor
- 1212
- Erster FlanschFirst flange
- 1313
- Flansch-LitzenaufnahmenFlange Litzenaufnahmen
- 1414
- Zweiter FlanschSecond flange
- 1515
- Flanschbohrungenflange
- 1717
- Litzenstrands
- 18 18
- Hebelmittellever means
- 1919
- Ausnehmungrecess
- 2020
- Bühnenbohrungenstage drilling
- 2121
- ZugangAccess
- 2222
- Führungskanalguide channel
- 2323
- Führungssystemguidance system
- 2424
- Stützelementsupport element
- 2525
- Strebestrut
- 2626
- WindkraftanlageWind turbine
- 2727
- Maschinenhauspower house
- 2828
- Frontseitefront
- 2929
- Nabehub
- 3131
- Rotorblatt rotor blade
- TT
- Haupterstreckungsachse des TurmsMain axis of the tower
- SS
- Haupterstreckungsachse der stationären TurmkomponenteMain extension axis of the stationary tower component
- UU
- Haupterstreckungsachse des ÜberlappungsbereichsMain extension axis of the overlap area
- GG
- GegenwindrichtungTo wind direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 2454427 A1 [0005]EP 2454427 A1 [0005]
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003004870A1 (en) * | 2001-07-06 | 2003-01-16 | Saipem Sa | Offshore wind turbine and method for making same |
WO2011006526A1 (en) * | 2009-07-13 | 2011-01-20 | Vsl International Ag | Telescopic tower assembly and method |
-
2017
- 2017-09-29 DE DE102017217516.8A patent/DE102017217516A1/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
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R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |