NO330373B1

NO330373B1 - Lastoverforingsinnretning

Info

Publication number: NO330373B1
Application number: NO20092912A
Authority: NO
Inventors: Bjorn Melhus
Original assignee: Aker Jacket Technology As
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2011-04-04
Also published as: EP2290237A2; EP2290237A3; NO20092912A1

Abstract

Lastoverføringsinnretning (10) for forbindelse mellom en sirkulær søyle (2) og en bærestruktur (4). Lastoverføringsinnretningen (10) innbefatter et rørformet element (21) for forbindelse med den sirkulære søylen (2) og et antall elementer (18) for forbindelse med bærestrukturen (4). Hvert element (18) er forbundet med det rørformede elementets (21) omkrets via et respektivt bjelkeelement (23) som har en første sidevegg (22a) og en andre sidevegg (22b) og går i hovedsaken perpendikulært på det rørformede elementets (21) lengdeakse, hvorved torsjon i det rørformede elementet (21) omformes til strekk- og trykkbelastninger i de nevnte bjelkeelementene.

Description

Oppfinnelsen vedrører innretninger for overføring av laster mellom et sirkulært element og en bærestruktur. Mer særskilt vedrører oppfinnelsen en lastoverføringsinnretning som angitt i innledningen til det selvstendige patentkrav 1.

Teknikkens stand innbefatter slanke sirkulære søyler for bæring av vinddrevne anlegg for generering av elektrisitet. Når slike anlegg skal installeres i sjøen, er det vanlig å bære søylen ved hjelp av en struktur som hviler på havbunnen og rager en forholdsvis kort avstand opp fra sjøen. En slik bærestruktur kan eksempelvis være en fagverkstruktur, også benevnt en "jacket", som er festet til havbunnen ved hjelp av peler eller lignende kjente innretninger.

Den sirkulære søylen, som bærer vindturbinen og generatoren, utsettes for vertikale belastninger, bøyemomenter og torsjon som må overføres til bærestrukturen (f.eks. en jacket).

Det er også kjent overgangs- eller grenseflatestrukturer (interfacestrukturer) for overføring av laster og momenter fra den sirkulære søylen og til bærestrukturen. En slik interfacestruktur er av armert betong, slik at det derved tilveiebringes en forholdsvis stor masse for absorbering av søylelast og -momenter.

GB 2 419 150 B (Wood) beskriver en støpt stål- eller delvis støpt stålringnodus for en offshorevindmølle eller en annen lignende tårnbærebasis, med én eller flere delstubbforlengelser utformet som halvsirkulære seksjonsfremspring slik at rørformede sekundære forbindelsesben kan forbindes delvis med disse stubbene og delvis med vindmøllens hovedtårnlegeme. Derfor har stubbene skråskårne forbindelsesender med ulike vinkler. Ringnodusen, når den er preforbundet med ett eller flere sekundære ben som en anordning, kan tilpasses og senkes over en tårnpel, som er installert på forhånd i havbunnen. Når disse sekundære benene også er pelet på plass på havbunnen, og ringnodusen er festet på én eller annen måte til tårnsøylen, vil hele anordningen representere en meget effektiv bærestruktur for en offshorevindmølle eller en lignende konstruksjon.

EP 2 072 685 Al (Weserwind GmbH) beskriver en overgangsdel bestående av et antall like overgangsdeler, og overgangsdelen er anordnet ved én ende av en bærestruktur. Overgangsdelene sveises sammen ved hjelp av en sveisesøm som ligger i et vertikalplan. Overgangsdelen forbindes med søylene i bærestrukturen ved hjelp av en overgangsnodus. Frontflater sveises til overgangsdelene ved tilstøtende områder av overgangsnodusen, og går på tvers av en lengderetning.

WO 2006/004417 Al (Owec Tower AS) beskriver en innretning for diagonal stagforbindelse mellom en sirkulær søyle og en jacketstruktur, med minst to diagonale stag. Horisontalkrefter og vertikalkrefter i søylen overføres til diagonalstaget ved hjelp av et første sett av skjærkrefter langs forbindelsen mellom diagonalstaget og søylen, og via et andre sett av skjærkrefter langs forbindelsen mellom diagonalstaget og en ringplate som omgir og rager radielt ut fra søylen. Diagonalstagets senterakse går gjennom eller nær krysningen mellom resultatene til de første og andre settene av skjærkrefter.

Ett problem med interface strukturer av kjent type er behovet for tilsetting av forsterkende stål for overføring av momenter og laster fra søylen til bærestrukturen, og for å kunne ta torsjon i søylen.

Oppfinnelsen løser i det minste noen av de problemene som er kjent fra den tidligere kjente teknikken, og byr også på fordeler.

Oppfinnelsen er angitt og kjennetegnet i hovedkravet, mens de uselvstendige kravene beskriver andre egenskaper ved oppfinnelsen.

Lastoverføringsinnretningen ifølge oppfinnelsen innbefatter et element for forbindelse mellom en sirkulær søyle og en bærestruktur, hvilken lastoverføringsinnretning innbefatter et rørformet element for forbindelse med den sirkulære søylen og et antall elementer for forbindelse med bærestrukturen. Det som kjennetegner lastoverføringsinnretningen er at hvert element er forbundet med det rørformede elementets omkrets via et respektivt bjelkeelement som har en første sidevegg og en andre sidevegg, og strekker seg i hovedsaken perpendikulært i forhold til det rørformede elementets lengdeakse, slik at derved torsjon i det rørformede elementet omformes til strekk- og trykkbelastninger i de nevnte bjelkeelementene.

I én utførelse er den første sideveggen til ethvert gitt bjelkeelement forbundet med det rørformede elementet ved eller i området hvor den andre sideveggen til et nabobjelkeelement er forbundet med det rørformede elementet, og vice versa.

Området av det rørformede elementet mellom sidevegger i hosliggende bjelkeelementer har en buelengde langs det rørformede elementets omkrets som bestemt av en sektorvinkel, idet momentlaster fra den sirkulære søylen overføres til bærestrukturen via elementene og langs det rørformede elementets omkrets så vel som av forlengede plateelementer som er tilknyttet det rørformede elementet.

I en foretrukket utførelsesform innbefatter bjelkeelementet også et første plateelement og et andre plateelement som er forbundet mellom det rørformede elementet og det respektive elementet, og med de respektive første og andre sideveggene, og anordnet perpendikulært på de nevnte sideveggene. De første og andre sideveggene går mellom de første og andre plateelementene i en retning som i hovedsaken er parallell med det rørformede elementets lengdeakse.

Lastoverføringsinnretningen innbefatter fordelaktig også øvre og nedre forbindelsesavsnitt mellom de respektive øvre og nedre plateelementene i hosliggende bjelkeelementer.

Bjelkeelementet kan innbefatte en kassebjelke med sidevegger og øvre og nedre plateelementer, eller de første og andre sideveggene kan være deler av I-bj eiker.

Elementene er fortrinnsvis innrettet i hovedsaken aksialt parallelt med det rørformede elementets omkrets.

Fordelaktig ligger vinkelen i området 0° til + 30°, og mer foretrukket i området 10°.

Med lastoverførings-interfaceelementet ifølge oppfinnelsen kan last fra tårnet føres langs omkretsen av det rørformede elementet, og man unngår skjevlaster. Det nye interfaceelementet vil derfor ha en mindre aksial utstrekning enn de kjente, og det er ikke nødvendig med ekstra forsterkning.

Det perpendikulære arrangementet av bjelkeelementene sikrer at torsjon i tårnet - og således i det rørformede elementet - omformes til strekke- og trykkbelastninger i bjelkeelementene, mer særskilt i sideveggene.

Det faktum at bjelkeelementene er tilknyttet det rørformede elementet på en eksentrisk måte - og ikke går gjennom det rørformede elementets senterlinje - sikrer at bøyemomenter blir vesentlig redusert og at torsjon kan opptas på en effektiv måte.

Lastoverføringsinnretningen ifølge oppfinnelsen krever heller ingen støpemetallinnlegg for forsterkningsformål.

Disse og andre kjennetegn ved oppfinnelsen vil gå frem av den etterfølgende beskrivelse av en foretrukket utførelse, her gitt som et ikke-begrensende eksempel, og under henvisning til tegningen, hvor

Fig. 1 er en prinsippskisse av en vindturbin på toppen av et tårn som er forbundet med en fagverkskonstruksjon ved hjelp av lastoverføringsinnretningen ifølge oppfinnelsen, Fig. 2 er et perspektivriss av en utførelse av lastoverføringsinnretningen ifølge oppfinnelsen, forbundet med tårnet og den bærende fagverkskonstruksjonen, Fig. 3 er et perspektivriss av en utførelse av lastoverføringsinnretningen ifølge oppfinnelsen, Fig. 4 er et grunnriss av utførelsen av lastoverføringsinnretningen i fig. 3, med de øvre plateelementene fjernet, Fig. 5 er et grunnriss som i fig. 4, men viser en andre utførelse av lastoverføringsinnretningen ifølge oppfinnelsen, og Fig. 6 er et grunnriss som i fig. 4, men viser en tredje utførelse av lastoverføringsinnretningen ifølge oppfinnelsen. Fig. 1 viser skjematisk et vinddrevet anlegg for generering av elektrisitet. En fagverksstruktur 4, vanligvis benevnt en "jacket", er installert på en havbunn B under en vannmasse ved hjelp av et fundament 12, på i og for seg kjent måte.

Jacketen 4 er i fig. 1 vist med hovedbærere - eller ben - 5a og diagonale stag 5b, og den strekker seg til en avstand over vannoverflaten S.

Jacketen 4 bærer en sirkulær søyle 2, eller tårn, som i sin tur bærer en vindturbin 6 som har minst én turbinvinge 6a. Vindvirkningen, både direkte og via turbinens rotasjon, genererer en betydelig torsjon i tårnet, så vel som bøyemomenter i overgangen mellom tårn og jacket.

Fig. 2 er en forstørrelse av interfaceelementet 10 som er vist skjematisk i fig. 1. I fig. 2 er tårnet 2 og jacketbenene 5a delvis vist. Tårnets 2 nedre ende er forbundet koaksialt med et rørformet element 2', og hvert av jacketbenene 5a er forbundet med en respektiv rørformet del eller element 18. Interfaceelementet 10 innbefatter også løfteører 17, rekkverk og gangveier 14 for adgang til og utførelse av arbeider på strukturen, og en koblingsfatning 15 for en søylekran (ikke vist).

I fig. 3 er interfaceelementet 10 vist uten tårnet og jacketben. I tillegg til de komponentene som er beskrevet i forbindelse med fig. 2, viser fig. 3 også ytre avstivere 16a og indre avstivere 16b for det sirkulære elementet 2'.

Mellom det sirkulære elementet 2' og hvert av de rørformede elementene 18, er det symmetrisk rundt elementets 2' omkrets anordnet bjelkeelementer 23.1 den viste utførelsen er det fire bjelkeelementer 23, svarende til hvert av de fire benene 5a i jacketen. Hvert bjelkeelement 23 har to sidevegger 22a,b, eksempelvis i form av I-bjelker, og øvre og nedre plateelementer 20, 21. Respektiv koblingsplateseksjon 20a, 21a forbinder øvre og nedre plateelementer i hosliggende bjelkeelementer med hverandre.

I fig. 4 er utførelsen i fig. 3 vist i et grunnriss og med de øvre platene 20, 20a fjernet, for derved å vise hvordan sideveggene 22a,b er forbundet med det rørformede elementets 2' omkrets. I denne utførelsen består sideveggene av individuelle I-bjelker som er forbundet med hverandre ved hjelp av de øvre og nedre platene, men en fagperson vil forstå at hvert enkelt bjelkeelement 23 kan være i form av en kassebjelke.

Bjelkeelementsideveggene 22a,b er forbundet med det rørformede elementets 2' omkrets, nær ved eller på det stedet hvor en sidevegg i en hosliggende bjelke er forbundet. I fig. 4 er dette området betegnet med henvisningsbokstaven A.

I utførelsen i fig. 5 er hosliggende sidevegger forbundet på samme sted, slik at dermed all lasten som skyldes tårnet 2 (og således det rørformede elementet 2') føres inn i sideveggene som skjærbelastninger. For redusering av spenningene i det rørformede elementet bør bjelkesideveggene forbindes med dette så nær som mulig det rørformede elementets omkrets. I en praktisk anvendelse vil det imidlertid ofte (eksempelvis for å unngå sveis mot sveis) være nyttig å knytte sideveggene til det rørformede elementet som vist i fig. 4 og 6, dvs. med en buelengde X mellom sideveggene i hvert hosliggende bjelkeelement 23. Denne buelengden X bestemmes av en vinkel a, som ligger mellom 0° og + 30°. I en foretrukket utførelse ligger a i området 10°.

Claims

1. Lastoverføringsinnretning (10) for forbindelse mellom en sirkulær søyle (2) og en bærestruktur (4), hvilken lastoverføringsinnretning (10) innbefatter et rørformet element (2') for forbindelse med den sirkulære søylen (2) og et antall elementer (18) for forbindelse med bærestrukturen (4), karakterisert vedat hvert element (18) er forbundet med det rørformede elementets (2') omkrets via et respektivt bjelkeelement (23) som har en første sidevegg (22a) og en andre sidevegg (22b), og strekker seg i hovedsaken perpendikulært i forhold til det rørformede elementets (2') lengdeakse, hvorved torsjon i det rørformede elementet (2') omformes til strekk- og trykkbelastninger i bj elkeelementene.

2. Lastoverføringsinnretning ifølge krav 1, karakterisert vedat den første sideveggen (22a) til et hvilket som helst bjelkeelement (23) er forbundet med det rørformede elementet (2') ved eller i området (A) hvor den andre sideveggen (22b) i et hosliggende bjelkeelement (23) er forbundet med det rørformede elementet (2'), og vice versa.

3. Lastoverføringsinnretning ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat området (A) av det rørformede elementet (2') mellom sideveggene i hosliggende bjelkeelementer (23) har en buelengde (X) langs det rørformede elementets omkrets som bestemt av en sektorvinkel (a), hvorved momentlaster fra den sirkulære søylen overføres til bærestrukturen via elementene (18) og langs det rørformede elementets (2') omkrets så vel som via de forlengede plateelementene som er tilknyttet det rørformede elementet.

4. Lastoverføringsinnretning ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat bjelkeelementet også innbefatter et første plateelement (20) og et andre plateelement (21) forbundet mellom det rørformede elementet og det respektive elementet (18) og med de respektive første og andre sidevegger (22a,b), og anordnet perpendikulært på de nevnte sidevegger.

5. Lastoverføringsinnretning ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat de første og andre sideveggene (22a,b) går mellom de første og andre plateelementene i en retning som er i hovedsaken parallell med det rørformede elementets (2') lengdeakse.

6. Lastoverføringsinnretning ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat den videre innbefatter øvre (20a) og nedre (21a) forbindelsesavsnitt mellom de respektive øvre (20) og nedre (21) plateelementene i hosliggende bjelkeelementer (23).

7. Lastoverføringsinnretning ifølge et av kravene 1-6, karakterisert vedat bjelkeelementet (23) innbefatter en kassebjelke med sidevegger (22a,b) og øvre (20) og nedre (21) plateelementer.

8. Lastoverføringsinnretning ifølge et av kravene 1 -7, karakterisert vedat de første og andre sideveggene (22a,b) er deler av I-bj eiker.

9. Lastoverføringsinnretning ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat den nevnte vinkelen (a) ligger i området 0° til + 30°.

10. Lastoverføringsinnretning ifølge krav 9, karakterisert vedat den nevnte vinkelen (a) ligger i området 10°.