NO322247B1 - Baerekonstruksjon for elevert masse - Google Patents

Abstract

Bærekonstruksjon (4) for en elevert masse (6, 8) omfattende minst tre langstrakte innbyrdes uavstivede bæresøyler (14, 14', 14", 14'), og hvor bæresøylenes (14, 14', 14", 14") lengdeakser møtes nær den eleverte masses (6, 8) tyngdepunkt (20).

Description

BÆREKONSTRUKSJON FOR ELEVERT MASSE

Denne oppfinnelse vedrører en bærekonstruksjon for en elevert masse. Nærmere bestemt dreier det seg om en bærekonstruksjon som omfatter i det minste tre langstrakte bæresøyler hvor bæ-resøylenes lengdeakser møtes nær den eleverte masses tyngdepunkt. Bærekonstruksjonen er særlig velegnet for værpåvirkede anlegg, for eksempel en vindmølle som er montert til havs.

I det etterfølgende forklares oppfinnelsen under henvisning til en havmontert vindmølle, idet en slik konstruksjon utset-tes for krefter og deformasjoner av den art som oppfinnelsen retter seg mot. Referansen til en vindmølle innbefatter ingen begrensning av oppfinnelsens virkeområde.

Grunnet en vindmølles funksjon må vindmøllens øvre bærende konstruksjon for å unngå sammenstøt med vindmøllens vinger, være tildelt en slank utførelse. Fra landbaserte vindmøller er det kjent at denne slanke konstruksjon, som gjerne utgjø-res av et rør, er koplet til et fundament i bakken.

Når vindmøller anbringes til havs og oftere på relativt dypt vann, er det ikke hensiktsmessig å anvende ett rør som rager helt fra vindmøllens fundament og opp til vindmøllens maskin-hus.

Den bærende tårnkonstruksjon for kjente vindmøller som er an-brakt til havs, omfatter således ofte et rørformet øvre parti og et nedre parti hvor det nedre parti kan utgjøres av for eksempel en fagverkskonstruksjon.

Vind, strøm og bølgekrefter som påvirker bærekonstruksjonen forårsaker en relativt stor horisontal forskyvning av den eleverte masse som her utgjøres av vindmøllens rotor og maskineri .

Årsaken til denne relativt store forskyvningen er at fag-verkskonstruksjonen, som rager fra vindmøllens fundament og opp til den slankere del av bærekonstruksjonen, under utbøy-ning, i tillegg til en forskyvning, tildeles en rotasjon ved sitt øvre parti. Denne rotasjonsretning sammenfaller ofte med retningen av det moment som settes opp av værkrefter om vind-møllens fundament.

Den nevnte rotasjon overføres til rørsøylen som derved ytter-ligere forskyves i værkreftenes retning ved sitt øvre parti.

Det er innlysende at relativt store forskyvninger av en elevert masse som kan veie flere hundre tonn, forårsaker kompli-serte utmattings- og svingningsmønstre i bærekonstruksjonen.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav.

En bærekonstruksjon for en elevert masse og utformet i tråd med oppfinnelsen omfattende minst tre langstrakte innbyrdes uavstivede bæresøyler. Bæresøylene rager fra bærekonstruksjonens fundament og oppover i retning av den eleverte masse. Bæresøylenes lengdeakser møtes nær den eleverte masses tyngdepunkt .

Ved at bæresøylenes lengdeakser møtes nær den eleverte masses tyngdepunkt vil horisontalkrefter som påvirker den eleverte masse overføres til bærekonstruksjonens fundament som tilnær-met rene trykk- og strekkspenninger i bæresøylene.

Dette kraftmønster i bæresøylene bidrar til at forekommende skjærkrefter reduseres i betydelig grad. Avstiving av bære-søylene, for eksempel ved hjelp av skråstag, er derved ikke nødvendig.

Bærekonstruksjonens øvre parti kan med fordel utgjøres av en slank søylekonstruksjon hvor søylekonstruksjonen er stivt forbundet til bæresøylenes øvre parti ved hjelp av et overgangsparti.

En slank søylekonstruksjon tilrettelegger blant annet bærekonstruksjonen for anvendelse sammen med en vindmølle hvor vindmøllens rotor og maskineri for øvrig utgjør den eleverte masse.

Overgangspartiet kan utgjøres av for eksempel en i og for seg kj ent s tagkons truks j on.

Under påvirkning av sideveis krefter langs bærekonstruksjonens høydeutstrekning, for eksempel fra vind, strøm eller bølger, forskyves overgangspartiet elastisk noe i kreftenes retning, idet kreftene utøver et dreiemoment om bærekonstruk-sj onens fundament.

Samtidig fører denne deformasjon til at det øvre parti av den bæresøyle som befinner seg på den side som vender mot vind, strøm eller bølgeretningen, grunnet sin skråstilte stilling hvor den lener med kraftretningen, forskyves mer nedover i høydenivået enn det øvre parti av den bæresøyle som befinner seg på motstående side. Bæresøylen på denne motstående side lener mot kraftretningen, idet bæresøylene inntar en svak S-f orm.

Overgangspartiet tildeles derved en rotasjon som er motsatt rettet av det nevnte dreiemoment om bærekonstruksjonens fundament .

Således er overgangspartiet, når bærekonstruksjonen er deformert av sideveis krefter langs sin lengdeutstrekning, grunnet bæresøylenes lengde og innbyrdes helning tildelt en rotasjon som grunnet den slanke søylekonstruksjons lengde, har for-skjøvet den eleverte masse i det vesentlige den samme horisontale distanse som den eleverte masse er forskjøvet av bærekonstruksjonens øvrige deformasjon, men i motsatt retning.

Bærekonstruksjonens øvrige deformasjoner tør være kjent av en fagmann og beskrives derfor ikke nærmere, men det kan tilføy-es at torsjonskrefter om akser i horisontalplanet i hovedsak opptas som beskrevet overfor med S-utbøyning av bæresøylene, mens torsjonskrefter om akser i vertikalplanet opptas av tor-sjon om den slanke søylekonstruksjons respektive bæresøyle.

Den eleverte masse tildeles således bare ubetydelig horisontal forskyvning ved anvendelse av en bærekonstruksjon ifølge oppfinnelsen. Krefter som virker i krysningspunktet mellom bæresøylenes lengdeakser overføres via bæresøylene i hovedsak som aksialspenninger. Forskyvning grunnet disse krefter blir således relativt liten. Krefter som virker sideveis på bærekonstruksjonens øvrige høydeutstrekning bevirker som forklart overfor, at den eleverte masse forskyves mot kraftretningen for å kompensere mot forskyvning fra øvrig deformasjon.

Konstruksjonen ifølge oppfinnelsen er like velegnet for land-monterte vindmøller.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegning-er, hvor: Fig. 1 viser en vindmølle hvor bærekonstruksjonens nedre parti utgjøres av bæresøyler; Fig. 2 viser skjematisk en bærekonstruksjon ifølge oppfinnelsen; Fig. 3 viser det samme som i fig 2, men her er bærekonstruksjonen deformert av værkrefter; og Fig. 4 viser en vindmølle som er forsynt med en bærekonstruksjon ifølge kjent teknikk.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 en vindmølle omfattende et fundament 2, en bærekonstruksjon 4, en maskin 6 og en vindturbin 8. Maskinen 6 og vindturbinen 8 utgj ør en elevert masse. Fundamentet 2 kan omfatte peler eller ikke viste sugeankere av i og for seg kjent art.

Vindmøllen 1 er montert på havbunnen 10, idet en andel av bærekonstruksjonen 4 befinner seg under havoverflaten 12.

Bærekonstruksjonen 4 omfatter fire slanke bæresøyler 14, 14', 14" og 14'" som rager opp fra fundamentet 2 og opp til et overgangsparti 16. Fra overgangspartiet 16 rager en slank søylekonstruksjon 18 i form av et rør opp til maskinen 6.

Bæresøylenes 14 til 14"' lengdeakser møtes nær eller i maskinen 6 og vindturbinens 8 felles tyngdepunkt 20, se fig. 2. Sideveis eksterne krefter, her representert ved pilen 22, som angriper bærekonstruksjonen 4 i tyngdepunktet 20 overføres til fundamentet 2 i hovedsak som strekk og trykkspenninger i

bæresøylene 14 til 14"'.

I fig. 2 og 3 er bare bæresøylene 14 og 14" vist.

Overgangspartiet 16 som utgjøres av en stagforbindelse av i og for seg kjent utførelse, er relativt stivt innspent mellom bæresøylene 14 til 14"'og den slanke søylekonstruksjon 18.

Overgangspartiet 16 spenner mellom bæresøylene 14 til 14"' som grunnet sin retning mot tyngdepunktet 20 befinner seg på en innbyrdes avstand ved overgangspartiet 16.

Når vind, strøm eller bølgekrefter, her representert ved pi-lene 24, se fig. 3, påvirker bærekonstruksjonen 4 sideveis, forskyves overgangspartiet 16 noe i pilenes 24 retning grunnet det bøymoment som settes opp om fundamentet 2.

Samtidig fører denne forskyvning til at bæresøylens 14 øvre parti 26, idet bæresøylen 14, som befinner seg på den side av bærekonstruksjonen som vender mot vind, strøm eller bølgeret-ningen, grunnet sin skråstilte stilling hvor den lener med kraftretningen, er forskjøvet mer nedover i høydenivået enn bæresøylens 14" øvre parti 28. Bæresøylen 14" befinner seg på motstående side av bærekonstruksjonen 4 og lener seg mot kraftretningen.

Overgangspartiet 16 tildeles derved en rotasjon om en hori-sontalakse, idet rotasjonen er motsatt rettet i forhold til det nevnte dreiemoment om bærekonstruksjonens 4 fundament 2.

Således er overgangspartiet 16, når bærekonstruksjonen 4 er deformert av sideveis krefter langs sin lengdeutstrekning, grunnet bæresøylenes 14 til 14"' lengde og innbyrdes helling tildelt en rotasjon som grunnet den slanke søylekonstruksjons 18 lengde, har forskjøvet den eleverte masse 6, 8 i det ve-sentligste den samme horisontale distanse som den eleverte masse 6, 8 er forskjøvet av bærekonstruksjonens 14 øvrige deformasjon, men i motsatt retning. Den totale horisontale forskyvning avtar således oppover med den slanke søylekonstruk-sjons (18) avstand fra overgangspartiet (16).

En vertikal senterlinje 30 i fig. 3 viser bærekonstruksjonens senter før deformasjonen.

Bæresøylenes 14 til 14"' stive innfestning i fundamentet 2 og overgangspartiet 16 bevirker at bæresøylene 14 til 14"' under sideveis deformasjon inntar en svak S-form slik det er indi-kert i fig. 3. Det er også mulig (ikke vist) å kople bæresøy-lene 14 til 14"' leddbart til fundamentet 2 og overgangspartiet 16.

En bærekonstruksjon 32 ifølge kjent teknikk er vist i fig. 4 hvor bærekonstruksjonens nedre parti utgjøres av et fagverk 34.

Claims (3)

1. Bærekonstruksjon (4) for en elevert masse (6, 8) omfattende minst tre langstrakte innbyrdes uavstivede bæresøyler (14, 14', 14", 14"'), karakterisert ved at bæresøylenes (14, 14', 14", 14"') lengdeakser møtes nær den eleverte masses (6, 8) tyngdepunkt (20).

2. Bærekonstruksjon (1) i henhold til krav 1, karakterisert ved at bærekonstruksjonens (1) øvre parti utgjøres av en slank søylekonstruksjon (18) hvor den slanke søylekonstruksjon (18) er stivt forbundet til bære-søylenes (14, 14', 14", 14"') øvre parti (26, 28) ved hjelp av et overgangsparti (16).

3. Bærekonstruksjon (1) i henhold til krav 2, karakterisert ved at overgangspartiet (16) og derved den slanke søylekonstruksjon (18), når bærekonstruksjonen (4) er deformert sideveis, grunnet bæresøylenes (14, 14', 14", 14"') lengde og innbyrdes helning er tildelt en rotasjon som grunnet den slanke søylekonstruksjons (18) lengde har for-skjøvet den eleverte masse (6, 8) i det vesentlige den samme horisontale distanse som den eleverte masse (6, 8) er forskjøvet av bærekonstruksjonens (4) øvrige deformasjon, men i motsatt retning.