PL206696B1 - Wieża elektrowni wiatrowej - Google Patents

Description

Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 369136 (22) Data zgłoszenia: 06.12.2002 (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

06.12.2002, PCT/EP02/013844 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

12.06.2003,WO03/048570 (11) 206696 (13) B1 (51) Int.Cl.

F03D 11/04 (2006.01) E04H 12/12 (2006.01) F03D 1/00 (2006.01) F03D 11/00 (2006.01) H05B 3/02 (2006.01) H05B 3/06 (2006.01)

(54) Wieża elektrowni wiatrowej
(30) Pierwszeństwo: 07.12.2001, DE, 10160306.1	(73) Uprawniony z patentu: Wobben Aloys, Aurich, DE
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 18.04.2005 BUP 08/05	(72) Twórca(y) wynalazku: ALOYS WOBBEN, Aurich, DE
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.09.2010 WUP 09/10	(74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Kuźnicka-Łukomska Barbara

PL 206 696 B1

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy wieży elektrowni wiatrowej. Wieże elektrowni wiatrowych posiadają różną postać, są to głównie maszty kratownicowe, wieże z rury stalowej lub wieże betonowe. W przypadku wież betonowych różne są sposoby wytwarzania ich, między innymi również wznoszenie wież z prefabrykowanych zbrojonych części betonowych, przy czym poszczególne prefabrykowane zbrojone części betonowe tworzą odpowiednie segmenty układane jeden na drugim, a następnie są spajane ze sobą. Proces wytwarzania wieży z prefabrykowanych zbrojonych części betonowych jest znany np. z opisu patentowego DE 100 33 845.3.

Niemiecki wzór użytkowy DE 298 092541 U1 przedstawia budowę wieży betonowej elektrowni wiatrowej. Wieża składa się z rurowych betonowych elementów, które powstają na miejscu budowy. Na miejscu, gdzie ma stanąć wieża ustawia się pierwszą formę i wlewa się beton - tak powstaje pierwszy segment. Na tym pierwszym segmencie ustawia się odpowiednią formę, do której wlewa się beton. W taki sam sposób buduje się kolejny segment i całą wieżę.

Niemieckie zgłoszenie patentowe DE 194 47 901 A1 przedstawia komin zbudowany z materiału ceramicznego i zawierający wiele rurowych segmentów. Segmenty te są połączone za pomocą tulejowania, przy czym dostarcza się uszczelnienie z naturalnej gumy, która podczas łączenia dwóch tulei częściowo wypływa z tego połączenia.

Opis patentowy JP 09324460 dotyczy elastycznego materiału łączącego utworzonego z termoplastycznej żywicy syntetycznej na tulejowy kanał. Materiał łączący uformowany jest w część cylindryczną, w której znajduje się przewód grzejny. Ta część cylindryczna ma łączyć inne elementy. W celu uzyskania tego połączenia przepuszcza się prąd elektryczny przez przewód grzejny, co powoduje roztapianie się żywicy. Po wyłączeniu prądu następuje utwardzenie żywicy i solidne spojenie łączonych części.

W przypadku takich wież z segmentów betonowych poszczególne segmenty (w praktyce ka żdy segment ma inny kształt) są nie tylko po prostu układane jeden na drugim, ale są również łączone ze sobą za pomocą odpowiedniego spoiwa. Spoiwami takimi może być polimer (np. żywica epoksydowa), a grubość warstwy spoiwa zwykle wynosi co najmniej 2 mm.

Przy wznoszeniu takiej segmentowej wieży procedura po umieszczeniu segmentu obejmuje nałożenie na górną stronę segmentu spoiwa, które potem z kolei może twardnieć po ułożeniu następnego segmentu na miejscu. Potem nakłada się spoiwo na świeżo położony segment itd.

Jednakże w pewnych okolicznościach może wystąpić problem ze spoiwem, kiedy wieża wznoszona jest w chłodnej porze roku. Dokładniej mówiąc, spoiwo zwykle wymaga pewnej minimalnej temperatury utwardzania, a jeśli temperatura na zewnątrz jest niska, przykładowo około 0°C, wówczas spoiwo albo nie utwardza się, albo utwardzanie trwa bardzo długo, co znacznie opóźnia całe wznoszenie wieży.

Celem wynalazku jest przyspieszenie wznoszenia wieży zawierającej segmenty układane jeden na drugim ze spoiwem pomiędzy tymi segmentami.

Według wynalazku cel ten osiągnięto poprzez cechy wieży elektrowni wiatrowej, zawierającej umieszczone jeden na drugim segmenty ze spoiwem pomiędzy tymi segmentami, charakteryzującej się tym, że w górnym obszarze dolnego segmentu i/albo w dolnym obszarze górnego segmentu po tej stronie danego segmentu, która jest zwrócona do przeciwległego segmentu, umieszczony jest element grzejny.

Korzystnie element grzejny zawiera drut grzejny albo drut oporowy o dodatnim współczynniku temperaturowym, który jest umieszczony na górnej stronie segmentu lub poniżej górnej strony w samym segmencie.

Korzystniej drut grzejny jest ułożony meandrowo na górnej stronie segmentu lub w górnym obszarze wewnątrz segmentu.

Do połączenia drutu grzejnego z zasilaniem korzystnie służą zaciski przystosowane do połączenia urządzenia ze źródłem prądu, w szczególności z transformatorem spawalniczym.

Wynalazek dotyczy również elektrowni wiatrowej zawierającej wieżę o cechach wymienionych powyżej.

Według wynalazku, co najmniej jedna strona segmentów, układanych jeden na drugim, ma moduł grzejny, który korzystnie zawiera zwykły drut grzejny, drut oporowy o dodatnim współczynniku temperaturowym lub też drut stalowy (drut spawalniczy).

PL 206 696 B1

Gdy prąd o dużym natężeniu, np. w zakresie 70-150 A, przepływa przez taki drut, wówczas drut ten nagrzewa się i spoiwo nałożone na górną stronę segmentu szybciej twardnieje w wymagany sposób, pomimo niskiej temperatury na zewnątrz.

Aby grzanie było wystarczające, korzystne jest, jeśli moduł grzejny jest zastosowany na całej powierzchni wewnątrz górnego obszaru segmentu betonowego, by uzyskać maksymalne możliwe przekazywanie ciepła do spoiwa.

Takie silne grzanie można również uzyskać np. wtedy, gdy drut grzejny jest ułożony meandrowo w górnym obszarze betonu segmentu wieży, a dla takiego drutu grzejnego potrzebne są wtedy tylko dwa zaciski. Do tych zacisków liniowych można dołączyć np. konwencjonalny transformator spawalniczy, który pozwala na przepływ prądu o dużym natężeniu, umożliwiając dostateczne nagrzanie drutu grzejnego w górnym obszarze segmentu, ogrzewając również spoiwo.

Przykład wykonania wynalazku jest przedstawiony poniżej w odniesieniu do rysunku, na którym:

fig. 1 przedstawia widok segmentu wieży według wynalazku, fig. 2 przedstawia krzywe temperatury zmierzone w różnych punktach pomiarowych segmentu wieży i w powietrzu w funkcji czasu, w przykładowym przedziale czasu podczas budowy wieży według wynalazku, fig. 3 przedstawia sposób układania drutu grzejnego w segmencie wieży, w przypadku, gdy segmenty są umieszczane jeden na drugim, a fig. 4 przedstawia widok wieży elektrowni wiatrowej, złożonej z segmentów.

Fig. 1 przedstawia okrągły segment 4 wieży (w widoku z góry) z odsłoniętą częścią powierzchni segmentu wieży. Moduł grzejny 1 jest umieszczony w górnym obszarze 2 segmentu wieży i zawiera drut grzejny 5 przebiegający meandrowo w betonowym segmencie 4. Widać również dwa zaciski 6a, 6b drutu grzejnego 5, do których można dołączyć np. transformator spawalniczy, z którego uzyskuje się prąd o dużym natężeniu, który przepływając przez drut grzejny 5 powoduje jego grzanie się, a również służy do grzania betonu w najwyższym obszarze segmentu, w celu przyspieszenia i/albo umożliwienia twardnienia spoiwa na tym segmencie.

Fig. 3 przedstawia dwa segmenty usytuowane jeden na drugim. Przedstawiono tu dwa segmenty 4, 6, które są nałożone jeden na drugi. Pokazany jest również drut grzejny 5, który jest ułożony w górnym obszarze segmentu wieży. Segmenty 4 i 6 są umieszczone jeden na drugim tak, że rury osłonowe 7 urządzenia naciągowego 8 w segmentach 4, 6 są usytuowane zasadniczo współosiowo naprzeciw siebie. Urządzenie naciągowe 8 jest z wymuszonym blokowaniem umieszczone w dolnym segmencie 4, a górna krawędź przebiegającego obwodowo obrzeża jest usytuowana równo z powierzchnią segmentu 4. Rurowa część 12 wchodzi w rurę osłonową 7, umieszczoną w segmencie 4 i ściśle z nim połączoną.

Uszczelnienie 20 jest umieszczone w określonej części urządzenia naciągowego 8, która służy do przyjęcia tego uszczelnienia 20, przy czym uszczelnienie to swą górną częścią układa się przy górnym segmencie 6.

Przy wznoszeniu wieży zawierającej segmenty 4, 6 najpierw umieszcza się trzy dystansowe elementy 32 rozmieszczone w mniej więcej jednakowych odstępach wokół obwodu na zwróconych do góry powierzchniach segmentu 4, który został ostatnio położony i stanowi teraz segment dolny.

Te dystansowe elementy 32 są korzystnie wykonane z drewna i mają wysokość w przybliżeniu 5 mm (zależnie od chropowatości powierzchni segmentów), co odpowiada zamierzonemu odstępowi 30 pomiędzy segmentami 4, 6 po zmontowaniu. Moduł sprężystości drewna jest w zakresie, który z jednej strony umożliwia, by drewno przez pewien czas wytrzymało siły występujące w wieży, ale z drugiej strony zapewnia, że nieregularności i nierówności we wzajemnie przeciwległych powierzchniach segmentów 4, 6 zostaną wciśnięte w drewno i dzięki temu uniknie się zjawiska odłupywania na segmentach 4, 6.

Poziomowanie segmentów 4, 6 można uzyskać przez odpowiedni wybór wysokości dystansowych elementów 32 (odstęp może wynosić również tylko 2 mm) zgodnie z nieuchronnymi niedokładnościami produkcyjnymi segmentów 4, 6.

Przed operacją układania górnego segmentu 6 i dolnego segmentu 4 na górną powierzchnię segmentu 4 nakłada się spoiwo 34, tak aby pokryło całą powierzchnię tego segmentu. Miejsca, w których rury osłonowe 7, 9 w segmentach 4, 6 oraz rura osłonowa 7 w górnym segmencie 6 i urządzenie 8 z uszczelnieniem 20 w dolnym segmencie 4 są usytuowane wzajemnie przeciwlegle, pozostawione są czyste po nałożeniu spoiwa 34, ponieważ spoiwo 34 można nakładać do występu.

PL 206 696 B1

Spoiwem 34, które nakłada się w celu przykrycia powierzchni, jest korzystnie żywica epoksydowa (lub inny polimer) i spoiwo to nakłada się warstwą o grubości co najmniej około 2-6 mm, co zasadniczo odpowiada zamierzonemu odstępowi 30 pomiędzy segmentami 4 i 6.

Przy wznoszeniu wieży w zimnej porze roku, kiedy temperatura nierzadko spada poniżej temperatury zamarzania przez cały dzień (również dlatego, że elektrownie wiatrowe często buduje się w miejscach bardzo odsłoniętych), żywica epoksydowa twardnieje zwykle bardzo powoli (jeśli w ogóle), co znacznie spowalnia proces wznoszenia wieży, ponieważ nakładanie dalszych segmentów może odbywać się wtedy, gdy stwardnieje żywica epoksydowa pomiędzy segmentami dolnymi, które zostały już położone.

W przypadku wieży według wynalazku brygada wznosząca wieżę może włączyć wtedy moduły grzejne lub elementy grzejne już umieszczone w segmentach, np. poprzez transformator spawalniczy dołączony do drutu grzejnego za pośrednictwem zacisków 6a, 6b. Prąd spawalniczy ma natężenie w zakresie 60-150 A (albo poniżej lub powyżej tej wartości). Segment 4 grzeje teraz swą stronę górną, jak również spoiwo, i spoiwo może twardnieć w krótkim czasie, jak to jest potrzebne.

Ponieważ stosowanie modułu grzejnego w postaci normalnego drutu stalowego lub drutu grzejnego albo drutu spawalniczego jest bardzo wygodne i niedrogie, drut może pozostać w betonie segmentu nawet po stwardnieniu wieży. W każdym przypadku segment wieży zawiera wiele stalowych wzmocnień zwiększających jego wytrzymałość.

Aby drut grzejny 5 nie stykał się z innymi elektrycznie przewodzącymi częściami w segmencie, może być również właściwe, aby drut grzejny 5 miał warstwę przewodzącą ciepło i izolującą elektrycznie. Izolacja taka powinna jednak mieć stały kształt i być odporna na temperatury 60-100°C.

Fig. 2 przedstawia charakterystykę temperaturową przykładu realizacji wynalazku. Oś pozioma jest osią czasu obejmującą przedział ok. 22 godzin, przy czym skala czasu nie jest liniowa tzn. w pierwszym okresie skala jest zmniejszona, ze względu na to, że w tym konkretnym przykładzie, w okresie pomiędzy godz. 9°° a 22°° pierwszego dnia pomiarów tempo zmian temperatury było znacznie mniejsze, niż w późniejszym okresie, włączono zatem „tryb redukcji danych i rzadziej mierzono temperaturę. Gdy temperatura zaczęła gwałtownie spadać (ok. godz. 22°°) wyłączono „tryb redukcji danych i pomiary odbywały się częściej, a na fig. 2 zwiększyła się skala czasu. Wtedy też odłączono na noc drut grzejny. W tym przykładzie krzywa temperatury zewnętrznej maleje aż do około -12 do -15°C.

Powyżej tej krzywej temperaturowej przebiegają krzywe K1, K2 i K3, przy czym K1 oznacza temperaturę przewodu grzejnego (modułu grzejnego, drutu grzejnego), K2 oznacza temperaturę betonowego narożnika, a K3 oznacza temperaturę wewnątrz betonu (powierzchnia segmentu). O godz. 7°° podłączono drut grzejny do źródła prądu. Przez drut grzejny 5 zaczął płynąć prąd o natężeniu 80-90 A, temperatura drutu grzejnego wzrastała prawie liniowo i temperatura betonu również, ale z niewielkim opóźnieniem. W takiej sytuacji spoiwo (w specyficznym przypadku żywica epoksydowa) może szybko twardnieć i nakładanie dalszych segmentów może przebiegać szybko.

Drut grzejny może być usytuowany nie tylko w najwyższym obszarze dolnego segmentu, ale dodatkowo również w dolnym obszarze górnego segmentu 6, tak że można dostarczać jeszcze więcej ciepła do spoiwa, co dodatkowo przyspiesza jego utwardzanie.

Ta odmiana rozwiązania wynalazku do grzania segmentu jest bardzo korzystna również z tego powodu, że koszty zwykłego drutu stalowego, który używa się jako drut grzejny, są niewielkie.

Układanie takiego drutu grzejnego przy wytwarzaniu segmentu jest również bardzo proste i przeprowadza się je szybko.

Nie jest również wadą, to, że drut grzejny pozostaje w samym segmencie, nawet jeśli drut grzejny nie jest wykorzystywany w ogóle, gdy wieża wznoszona jest przy ciepłej pogodzie.

Kiedy jednak drut grzejny jest wykorzystywany, możliwe jest również wznoszenie wież elektrowni wiatrowych nawet w zimnej porze roku i to niezależnie od pogody.

Drut grzejny można układać nie tylko meandrowo, ale w dowolnym innym kształcie, na przykład w taki sposób, że sam drut grzejny przyjmuje kształt koła.

Fig. 4 przedstawia widok wieży zawierającej segmenty wieży według wynalazku, które są umieszczone jeden na drugim i które są wzmocnione względem siebie za pomocą niepokazanego urządzenia wzmacniającego.

PL 206 696 B1

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wieża elektrowni wiatrowej, zawierająca umieszczone jeden na drugim segmenty ze spoiwem pomiędzy tymi segmentami, znamienna tym, że w górnym obszarze dolnego segmentu (4) i/albo w dolnym obszarze górnego segmentu (6) po tej stronie danego segmentu, która jest zwrócona do przeciwległego segmentu, umieszczony jest element grzejny.
2. 2. Wieża według zastrz. 1, znamienna tym, że element grzejny zawiera drut grzejny (5) albo drut oporowy o dodatnim współczynniku temperaturowym, który jest umieszczony na górnej stronie segmentu lub poniżej górnej strony w samym segmencie (4).
3. 3. Wieża według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że drut grzejny (5) jest ułożony meandrowo na górnej stronie segmentu (4) lub w górnym obszarze wewnątrz segmentu (4).
4. 4. Wieża według zastrz. 2, znamienna tym, że do połączenia drutu grzejnego (5) z zasilaniem służą zaciski (6a, 6b) przystosowane do połączenia urządzenia ze źródłem prądu, w szczególności z transformatorem spawalniczym.
5. 5. Elektrownia wiatrowa zawierająca wieżę według zastrz. 1-4.

   Rysunki