PL65574Y1 - Układ mocowania masztów przemysłowych na fundamencie, w tym masztów siłowni wiatrowych - Google Patents

Description

2 PL 65 574 Υ1

Opis wzoru

Przedmiotem wzoru użytkowego jest układ mocowania masztów przemysłowych na fundamencie, w tym masztów siłowni wiatrowych, który to układ musi charakteryzować się wysoką wytrzymałością na duże i różnorodne obciążenia mechaniczne występujące w trakcie eksploatacji.

Konstrukcje masztów przemysłowych, w tym masztów siłowni wiatrowych, są podczas ich użytkowania poddawane działaniu bardzo dużych sił związanych z ciężarem własnym, naporem wiatru, zmiennym co do kierunku i natężenia, oraz ze zmianą położenia generatora w zależności od kierunku wiatru. Wymagają one zatem odpowiednio wytrzymałych, odpornych na zniszczenie fundamentów i, co jest tak samo ważne, odpowiednio wytrzymałych i odpornych układów mocowania masztu na fundamencie. Jako podpory przenoszące obciążenia od masztów na grunt stosowane są głównie żelbetowe stopy lub płyty fundamentowe. Podczas konstruowania fundamentu osadza się w nim kotwy fundamentowe w postaci pionowych prętów stalowych, których górny koniec, wystający odpowiednio ponad powierzchnię fundamentu, jest nagwintowany. Ilość kotew oraz ich rozmieszczenie są takie, aby zamocowanie masztu o określonej konstrukcji na fundamencie było odpowiednio wytrzymałe. W przypadku, na przykład, masztów wykonanych z rur stalowych kotwy rozmieszcza się po obwodzie okręgu. Stopa masztu, czyli dolna powierzchnia masztu wsparta na fundamencie, wykonana jako stalowy kołnierz lub stalowa płyta, posiada otwory rozmieszczone odpowiednio do rozmieszczenia wystających kotew tak, że końce kotew przechodzą przez otwory i wystają ponad powierzchnię płyty lub kołnierza. Końce kotew są nagwintowane i wyposażone w nakrętki i podkładki. Ostatecznego mocowania masztu na fundamencie dokonuje się za pomocą połączeń śrubowych, dokręcając z odpowiednią siłą nakrętki na nagwintowane końce kotew. W opisanym wyżej znanym rozwiązaniu układ mocowania tworzą zatem osadzone w fundamencie kotwy, płyta lub kołnierz stalowy stopy masztu i połączenia śrubowe, którymi są nagwintowane końce kotew i nakrętki. W trakcie użytkowania instalacji siłowni wiatrowych, których maszt mocowany jest na fundamencie za pomocą opisanego znanego układu, ujawniły się poważne wady tego rozwiązania. Okazało się, że bardzo duże i zmienne siły boczne działające na ramiona turbiny i maszt pod wpływem wiatru, powodują poluzowywanie się połączeń śrubowych w układzie mocującym, a to z kolei sprawia, że końce kotew, które są trzpieniami w połączeniach śrubowych, narażone są na zwiększone naprężenia, zwłaszcza naprężenia zginające. Dalszymi skutkami są odkształcenia, uszkodzenia i ostatecznie zerwanie końców kotew. W miarę uszkadzania i zrywania kolejnych kotew następuje osłabienie układu mocowania i zmniejsza się stabilność instalacji siłowni wiatrowej. Koniecznością staje się wyłączenie instalacji z eksploatacji i poddanie jej uciążliwym naprawom. Naprawienie uszkodzeń nie rozwiązuje jednak problemu zasadniczego, polegającego na tym, że po pewnym czasie uszkodzenia wystąpią ponownie. Trzeba przy tym zaznaczyć, że z punktu widzenia bezpieczeństwa i ekonomiki użytkowania siłowni wiatrowych, są to uszkodzenia poważne.

Celem opracowanego wzoru użytkowego jest układ mocowania masztu przemysłowego na fundamencie, zwłaszcza masztu ciężkiego i wysokiego, który to układ ma konstrukcję zapewniającą wysoką wytrzymałość układu na obciążenia mechaniczne w długich okresach czasu.

Układ mocowania według wzoru użytkowego zawiera elementy mocujące w ilości równej ilości połączeń śrubowych i zainstalowane na tych połączeniach. Każdy element mocujący składa się z dwóch części; z pierścienia, który ma koncentryczny otwór w kształcie ściętego stożka zwężającego się ku dołowi, i ze stożkowej tulei zaciskającej mającej kształt odpowiadający otworowi stożkowemu w pierścieniu, która to tuleja stożkowa ma koncentryczny cylindryczny otwór, a jego ściana boczna przecięta jest pionową szczeliną. Stożkowa tuleja zaciskająca może też mieć dwie przeciwległe szczeliny wykonane w ścianach bocznych, to jest składać się z dwóch symetrycznych części. Tuleja umieszczona jest w wymienionym stożkowym otworze pierścienia. Pierścień zamocowany jest nierozłącznie, na przykład przez spawanie, w cylindrycznym otworze wykonanym w kołnierzu lub płycie stalowej stopy masztu, przy czym cylindryczny otwór wykonany jest koncentrycznie wokół wystającego końca kotwy. Pierścień ma na górnej krawędzi wykonany kołnierz, który wsparty jest na powierzchni kołnierza lub płyty stopy masztu. W zamontowanym elemencie mocującym koniec kotwy przechodzi przez cylindryczny otwór w stożkowej tulei zaciskającej. Część kotwy wystająca ponad górną powierzchnię elementu mocującego ma wykonany gwint. W przypadku kiedy kotwy fundamentowe wykonane są z prętów stalowych, które są nagwintowane na całej długości, element mocujący zawiera dodatkowo cienkościenną tuleję cylindryczną z gwintem wewnętrznym, nakręconą na odcinek kotwy 3 PL 65 574 Υ1 usytuowany w otworze stożkowej tulei zaciskającej. Nagwintowane końce kotew wystające ponad górną powierzchnię elementów mocujących zaopatrzone są w podkładki i nakrętki. Zbieżność powierzchni stożkowych w obu częściach elementu mocującego, określona jako kąt między osią symetrii i tworzącą stożka wynosi od 10 do 40°.

Układ mocowania według wzoru użytkowego tworzą zatem osadzone w fundamencie kotwy, płyta lub kołnierz stalowy stopy masztu z zamocowanymi w nich elementami mocującymi i połączenia śrubowe.

Stosowanie układu według wzoru użytkowego umożliwia uzyskanie pewnego, stabilnego w długich okresach czasu zamocowania masztu na fundamencie. Pod wpływem nacisku dokręconych z odpowiednią siłą połączeń śrubowych, stożkowa tuleja zaciskająca zaciska się jednocześnie na kotwie fundamentowej i w stożkowym otworze pierścienia przenosząc tym samym nacisk na górną powierzchnię fundamentu. Wymienione wyżej cienkościenne tuleje nakręcone na kotwy umożliwiają uzyskanie mocnego zaciśnięcia stożkowej tulei zaciskającej na kotwie także w przypadku kotew nagwintowanych na całej długości. Dzięki mocnemu zespoleniu przez zacisk wszystkich części układu mocującego uzyskuje się równomierne, trwałe i sztywne rozłożenie na wszystkie części układu mocowania sił związanych z ciężarem masztu, i sił bocznych związanych z naporem zmiennego co do kierunku i natężenia wiatru. Dobierając odpowiednią zbieżność powierzchni stożkowych uzyskuje się optymalne przeniesienie naprężeń na powierzchnię fundamentu, na elementy mocujące i na stalowy kołnierz lub płytę stopy masztu. Elementy mocujące według wzoru zabezpieczają cały układ przed poluzowywaniem się połączeń śrubowych, i tym samym zabezpieczają go przed uszkodzeniami. Raz skręcone połączenia śrubowe są stabilne i nie ulegają poluzowaniu.

Układ mocowania według wzoru użytkowego przeznaczony jest głównie do wykorzystania w siłowniach wiatrowych lub podobnych ciężkich i wysokich konstrukcjach. Może być jednak stosowany także w stalowych słupach linii energetycznych, oświetlenia ulicznego, sygnalizacji świetlnej, mostach, wieżach i masztach przemysłowych, konstrukcjach reklam i tym podobnych. Im mniejsze są siły działające na daną konstrukcję, tym mniejsza może być ilość kotew fundamentowych i odpowiednio mniejsza ilość elementów mocujących według wzoru użytkowego.

Układ mocowania według wzoru użytkowego stosować można także do naprawiania instalacji siłowni wiatrowych, w których końce kotew uległy uszkodzeniu bądź zerwaniu. Naprawa polega na osadzeniu w fundamencie nowych kotew i wyposażeniu układu mocowania w elementy mocujące według wzoru.

Układ mocowania według wzoru użytkowego uwidoczniony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój pionowy elementu mocującego zainstalowanego w kołnierzu lub płycie stopy masztu, fig. 2 - przekrój pionowy elementu mocującego zainstalowanego w kołnierzu lub płycie stopy masztu, który to element zawiera cienkościenną tuleję, fig. 3 - stożkową tuleję zaciskającą ze szczeliną wykonaną w bocznej ścianie stożka, w widoku z dołu, a fig. 4 - stożkową tuleję zaciskającą składającą się z dwóch symetrycznych części, w widoku z dołu.

Układ mocowania zawiera elementy mocujące 1, składające się z pierścienia 2 i stożkowej tulei zaciskającej 3. Pierścień 2 ma koncentryczny otwór 4 w kształcie ściętego stożka zwężającego się ku dołowi, a na górnej krawędzi ma wyprofilowany kołnierz 5. Stożkowa tuleja zaciskająca 3 ma kształt stożka ściętego, odpowiadający kształtowi otworu stożkowego w pierścieniu 2, i ma koncentryczny cylindryczny otwór 6, a w ścianie bocznej ma wykonaną jedną pionową szczelinę 7. lub dwie pionowe przeciwległe szczeliny 7 i składa się z dwóch symetrycznych części 13. Zbieżność stożka w pierścieniu i w stożkowej tulei zaciskającej, określona jako kąt między średnicą symetrii i tworzącą stożka, wynosi 30°. Pierścień 2 osadzony jest w cylindrycznym otworze wykonanym w kołnierzu 8 stopy masztu, wokół osadzonej w fundamencie kotwy fundamentowej 9. Kryza 5 pierścienia wsparta jest na powierzchni kołnierza 8. Pierścień połączony jest z kołnierzem nierozłącznie, przez wspawanie. Stożkowa tuleja zaciskająca 3 jest nasunięta na górny koniec kotwy 9 i umieszczona w stożkowym otworze pierścienia 2. Odcinek kotwy powyżej górnej powierzchni elementu mocującego 1 ma wykonany gwint 10 i jest wyposażony w podkładkę 11 i nakrętkę 12. W układzie mocowania, w którym kotwy są nagwintowane na całej długości odcinka wystającego ponad powierzchnię fundamentu, element mocujący 1 zawiera dodatkowo cienkościenną tuleję cylindryczną 14 z wewnętrznym gwintem. Tuleja jest nakręcona na kotwę na odcinku usytuowanym w otworze stożkowej tulei zaciskającej 3, i zapewnia lepsze dociśnięcie powierzchni w zmontowanym, skręconym układzie mocowania niż w przypadku nieosłoniętego gwintu kotwy. Stopa masztu i maszt są ostatecznie zamocowane na fundamencie połączeniami śrubowymi, którymi są nagwintowane końce kotew 9, podkładki 11 i nakrętki 12. Pod naci-

Claims (4)

1. 4 PL 65 574 Υ1 skiem dokręconej śruby stożkowa tuleja zaciskająca 3 zaciska się zarówno na kotwie jak i w otworze stożkowym pierścienia 2. Powstaje układ mocno i pewnie zespolonych części przenoszący obciążenie na fundament i gwarantujący równomierne rozłożenie w całym układzie mocowania naprężeń wywołanych działaniem ciężaru masztu i sił bocznych związanych z naporem wiatru. Zastrzeżenia ochronne 1. Układ mocowania masztów przemysłowych na fundamencie, w tym masztów siłowni wiatrowych, w którym to fundamencie osadzone są kotwy fundamentowe w postaci długich pionowych prętów, a na powierzchni fundamentu posadowiony jest kołnierz lub płyta stopy masztu, w których wykonane są otwory, przez które przechodzą górne nagwintowane końce kotew zaopatrzone w podkładki i nakrętki, znamienny tym, że zawiera elementy mocujące (1), z których każdy składa się z pierścienia (2) mającego koncentryczny otwór w kształcie ściętego stożka zwężającego się ku dołowi i wyprofilowany na górnej krawędzi kołnierz (5), i ze stożkowej tulei zaciskającej (3), która ma kształt odpowiadający stożkowemu otworowi w pierścieniu (2) i ma koncentryczny cylindryczny otwór (6), oraz ma w bocznej ścianie wykonaną pionową szczelinę (7), przy czym pierścień (2) zamocowany jest nierozłącznie w otworze cylindrycznym wykonanym w kołnierzu lub płycie stopy masztu (8) wokół kotwy (9), zaś stożkowa tuleja zaciskająca (3) nasunięta jest na kotwę i umieszczona w stożkowym otworze pierścienia (2), a nagwintowany koniec kotwy, powyżej górnej powierzchni elementu mocującego (1), jest zaopatrzony w podkładkę i nakrętkę.
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że stożkowa tuleja zaciskająca (3) ma dwie przeciwległe pionowe szczeliny (7) wykonane w ścianach bocznych i składa się z dwóch symetrycznych części (13).
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zbieżność stożka w pierścieniu (2) i w stożkowej tulei zaciskającej (3), określona jako kąt między osią symetrii i tworzącą stożka, wynosi od 10°do 40°.
4. 4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że na nagwintowane końce kotew (9), na odcinku, który usytuowany jest w cylindrycznym otworze tulei zaciskającej (3), nakręcone są cienkościenne cylindryczne tuleje (14) z gwintem wewnętrznym.