SE533722C2 - Sektion för en bärpelare till en vertikalaxlad vindturbin och förfarande för tillverkning av en sådan bärpelare - Google Patents

Description

533 722 2 Genom WO 2G08í153 489 är del förut känt att ur denna synpunkt optimera den bärpelare som bär upp ett verllkalaxlat vindkraflaggregats torbin, genom att llllorrna den i huvudsak i trä.

Genom att därmed fråga det konventionella materialet, dvs. stål för en sådan stödpelare uppnås en mycket högre bärförmåga för samma kostnad. alternativt samma bädörmåga till en mycket lägre kostancl jämfört med konventionellt utförande, Det billigare konslruktionsmaterieiot gör det dessutom möillgt att utforma stödpelaren medför ändamålet mer lämplig design än eljest.

Användandet av trä som konstruktlonsrnaterial i detta sammanhang medför dessutom fördelar ur miljösynpunkt. Med i huvudsak vertikalt riktade träbalkar utnyfitjas lräets hâlliasthetsegenskaper på bästa sålt, och en stabil konstruktion år lätt att âstacl komma. Lirnträbalkar är därvid att föredra eftersom dessa år mer forrnslabila och generellt sett är mer lämpade för byggnadskonstruktioner.

Det beskrivs i nämnde WO 26081153 489 att bärpeiaren lärnpliglvis kan vara sammansatt av ett flertal vertikalt fördelade sektioner. Därvid ställs höga hållfasthelsmässiga fordringar på de förband som förbinder sektionerna. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadl-:orn ma sektioner för en verlikelaxlacl vindturblri. vilka svarar mot dessa krav och att åstadkomma förfarande som tillgodoser dessa krav.

Redogörelse för uppfinningen Detta ändamål har ur uppfinningens första aspekt ernåtls genom ett en sektion av det inledningsvis angivna slaget innefattar de speciella särdragen alt sektionen vid åtminstone sin ena ände har en skarvdel, vardera skarvdel innefattande ett ändpartl av lrästomrnen och minst en skarvkomponenl av polyrner, vilken skarvkomponent innefattar en vid änden belägen lläns riktad tvärs sektionens längdrlklning och en längs änrlpartiet riktad lärankringsdel som sträcker sig längs ändparliets utsida och/eller inside.

Tack vare den med skarvkorn ponenten förstärkta skarvdelen kan åstadkommas en rörblndnlng av sektionerna som är lrållfasthetsmässigl mycket säkrare än om förbandet skulle ske direkt via selclionernas lräslomrne. Den tvärriktade ilänsen medger stabilt fäste för fästorgan, tex. i form av bultar, och laok vare lörankringsdelen kan kreflövesföringen lill träslommen fördelas på en stor yta. Därmed undviks påtagliga dynamiska punkbelastningar direkt på lO 30 533 722 3 trämaterialet, vilket eljest skulle medföra risk för brott eller liknande skador, speciellt då träet àldrats i den utsatta miljön.

Det torde förstås att med uttrycket ”vid änden belägen" avses såväl längst ut vid änden som något in från änden. lack vara att materialet hos skaft/komponenten vid sken/delen är en polymer möjliggörs att utforma dess förankringsdel förhållandevis utsträckt för ökad fördelning av krafterna, något som viktmässigt skulle bli problematiskt om tex. stål istället hade använts.

Trästommen år iämpligtvis uppbyggd av träbalkar företrädesvis iimträbalkar.

Den mest gynnsamma förankringen av skam/komponenten vid trästommen uppnås om dess förankringsdel sträcker sig såväl på utsidan som insidan av trästornmen. Fördelaktigt är även att utforma förankringsdelen obrutet runtomgående hela trästommens änciparti. l båda fallen bidrar det tiil en ökad spridning av kraftupptagningen.

Enligt en föredragen utföringsform innefattar skarvdelen en enda skarvkomponent. vilket sträcker sig obrutet runt hela sektionen.

Ett sådant utförande är tiliverkningsmâssigt enkelt. Vidare är det hàllfastmässigt fördelaktigt att på detta sätt möjliggöra maximal distribution av krafterna runt hela Omkretsen. Den obrutna flänsen innebär dessutom i sig en uppstyrande verkan hos förbandet. Det utesluta dock inte att det under vissa betingelser kan vara ett alternativ att istället ha flera skarvkomponenter, som var för sig har kort utsträckning i omkretsled, och som är jämt fördelade icmkretsled.

Tex. kan en skarvkomponent fästas vid vardera iimträbaik eller varannan.

Enligt ytterligare en föredragen utförlngsform år polymeren fiberarmerad.

Tack vare den gode draghàllfasthetsegenskapen kan komponenten därmed göras klenare och med mindre uträckning än eljest. Arrneringen är lämpliglvis gias~ kol- armid- eller netu rflber.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är flänsen belägen längst ut vid änden.

Det möjliggör en okomplicerad semmanfogning av sektionerna och _ underlättar skarvkomponentens fâstande vid trästommen.

Enligt ytterligare en föredragen utföringstorm är flänsen belägen ett kort stycke in från änden. lG 20 30 533 722 4 Det medför en i vissa fall säkrare sammanfogning av sektionerna tack vare att de kan skjutas in ett motsvarande stycke i varandra. Skarven får därmed ökad skšuvnåilfasthet.

Med “ett kort stycke från änden" avses i storleksordningen upptill 1 m. Ett låmptigt intervatl är 15-5Û cm. specietit 25-35 cm.

Enligt yttertigare en föredragen utföringsform har tràstommens änddet en mindre tiocklek än resten av sektionernas trästomme.

Därmed reduceras eller eiirnineras ökningen av sektionens totala väggtjocklek vid skarvdeien som följer av poiymerkornponentens förankringsdel.

Bärpeiarens inner- och/alter ytterytor blir såiedes jämnare.

Enligt ytteriigare en föredragen utföringsform avtar ändpartiets tjocklek ut mot ändpartiets ände och förankringsdelens totala tjocklek avtar från åndpartiets ände.

Förankringsdelens infästning vid tråstommens ändparti blir därmed speciellt fördelaktig ur hållfasthetssynpunkt.

Ešntigt ytterligare en föredragen utföringsform är ändpartiets ttockleksminskning bildad av en avfasning på ändpartiets insida.

Enligt ytterligare en töredragen utföringsform har skarvdelen i huvudsak samma tjocklek som angränsande del av resten av sektionen.

Detta medför att sektionen får en jämn slät yta på såväl utsidan som insidan, vilket reducerar risken för brottanvisningar vid Sektionens övergång till skarvdelen och underlättar eventuell ytbelâggning av sektionens väggar.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform upptar förankringsdelen större deten av skarvdelens tjocklek närmast intilt fïänsen.

Det medför en robust design av polymerkomponenten genom att den har en stor tjockiek där böjpåkänningarna är som störst.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är flänsen inåtriktad.

Därmed medför flänsen inte någon ökning av Sektionens ytterdiameter.

Det är även en fördel att på detta sätt undvika utsprång på bärpelarens utsida.

Flänsförbandet blir dessutom skyddat från väder och vind.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är flänsen utåtriktad.

Utåtriktad tläns kan av åtkomlighetsskäl underlätta montering och demontering av sektionerna vid varandra, specieiit vid små vindkraftaggregat. 533 722 5 inom uppfinningens ram ligger naturligtvis även att anordna fläns på både utsidan och insidan.

Eniigt ytterligare en föredragen utföringsform bildar Sektionens utsida i tvärsnitt en polygon med 8-20 sidor.

Poiygonformen medger ett enkelt och praktiskt tillverkningssätt för sektionen. Det optimala antalet sidor i poiygonen varierar beroende av vindkraftsaggregatets storlek. l de flesta fall torde 1046 sidor bli aktuellt, och specielit 12 sidor. Företrädesvis är polygonen liksidig.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform har sektionen en yttre io tvärsnittskontur som minskar kontinuerligt från sektionens ena skarvdei till dess andra skarvdel.

Det år ofta fördelaktigt att utforma bärpelaren med uppåt slankare dimensioner vilket underiåttas av om vardera sektion i sig på detta sätt är avsmalnande. En sektion får därmed formen av en stympad pyrarnid med smal 15 toppvinkel och med en basform i beroende av polygonens sidantai.

Enligt ytterligare en föredragen utiöringsform innefattar vardera sida i poiygonen en träbalk med trapetsformat tvärsnitt.

Träbalken utgör ett lämpligt konstruktionsmalerial l detta sammanhang och är lärnpligtvis av typen iimträbalkar. Med trapetsformat tvärsnitt underlättas 20 träbalkarnas samrnanfogade till en sektion. Låmpiigtvis är träbalkarnas tvärsnitt sinsemeiian likformiga och lika stora. Lärnpligtvis är vardera trapetsform likbent.

Uppfiriningen avser även en bärpelare som innefattar ett flertal sektioner eniigt uppfinningen, vilka sektioner är fâstade vid varandra medelst fiänsarna.

Vidare avser uppfinningen ett vind kraftaggregal med vertikal turbinaxel 25 och försedd med en bärpelare eniigt uppfinningen.

Ovan angivna föredragna utföringsformer anges i de av kravet 1 beroende kraven. Det torde förstås att ytterligare föredragna utföringsformer naturiigtvis kan utgöras av alia tänkbara kombinationer av de ovan angivna föredragna utföringsformerna. so Dä en sektion är försedd med skvarvdel såvät vid dess övre som vid dess nedre ände behöver inte de båda skarvdelarna vara av identiskt slag. Exempeivis kan skarvdelen vid Sektionens nedre ände ha sin fiäns ett stycke in från änden medan skarvdelen vid sektionens övre ände har sin tlåns längst ut vid änden.

IO 30 533 722 6 Ur uppfinning-Lans andra aspekt har det uppstäiida ändamålet erhålls genom att ett förfarande av det iniedningsvis angivna slaget innefattar de specieila åtgärderna att en skarvkemponent av poiyrner anbringas vid vardera ände av respektive sektion för att iillsamrnans med ett ändparii av sektionens träsiømrne biida en skarvdei, vilken komponent innefattar en fläns tvärs Sektionens iångdriktning och anbringas på nämnda ândpartl med en fërankringsdel som sträcker sig längs ändpartiets utsida ocnlelier insida.

Enligt föredragna utföringsforrner av det uppfunna förfarandet utövas det under användning av sektioner enligt föreliggande uppfinning, speciellt enligt någon av de föredragna utföringsformerna av densamma.

Den uppfunna bärpelaren, det uppfunna vindkraftaggregatet och dei uppfunna förfarandet medför fördelar av motsvarande siag som de hes den uppfunna sektionen och de föredragna utföringsforrnerna av densamma, och sem redogjorts för ovan.

Uppfinningar: förklaras närmare genom efterföljande detaijerade beskrivning av utföringsexempel av densamma och med hänvisning tili medföljande ritningar.

Kurt beskrivning av figurerna F lg, 1 är en sidovy av ett vindkraftaggregai enligt uppfinningen.

Fig. 2 år ett snitt genom en sektion av bärpelaren vid vindkraftaggregatet enligt fig. i.

Fig. 3 är ett snitt genom en deiaij av fig. 2.

Fig. 4-8 är snitt motsvarande det l fig. 3. men visar eiternativa utföringsexempel.

Fig. 9 är ett snitt längs iinjen iX-lX i fâg. 2.

Fig. i 0 är ett snitt motsvarande det i fig. 9, men visar ett alternativt utföringsexempel.

Fig. it är en sidovy av en detalj av tig. 9.

Fig. 12 är ett snitt motsvarande det i tigt 3, men visar ytteriigare ett alternativt utföringsexempel. 10 20 P9 LI: 30 533 722 Beskrivning av utföringsexempel Fig. 1 illustrerar i en schematisk sidovy ett vindkraftaggregat enligt uppfinningen. Vindturbinen 2 är av sk. H-rotortypen med en vertikal turbinaxei 3 förbunden med vertikala turbinblad 6 via steg 5. Turbinaxaln 3 är vridfast förbunden med aggregataxeln 4, som driver generatorn S anordnad på ett på marken anordnat fundament 7. Via en eiledning 9 levererar generatorn 8 ström till ett nät.

Turbinen är uppburen av en bårpelare 1 i vilken aggregataxei 4 och turbinaxet 3 är axial- och radiailagrade. Bårpelaren 1 år sammansatt av ett flertal sektioner 11a-11d, i det visade exemplet fyra stycken. Antaiet sektioner kan vara fier eller färre beroende på aggregatets storiek. Sektionerna är förbundna med varandra på ett sätt som beskrivs närmare nedan. Bårpeiaren i det visade exemplet år svagt avsmainande uppåt och har såiedes en pyramidform elier en konform. Det torde dock förstås att uppfinningen är lämplig även då bärpelaren har konstant vidd.

Fig. 2 år ett snitt genom en sektion 11 hos bärpelaren 1 i tig. 1. Sektionen 11 är sammansatt av vertikala limtrâbalkar 12 som är fästade vid varandra så att de bildar en polygon eller en cirkei. Upptill och nadtiii har sektionen en inåtriktad fläns 13 för att förbindas med intilliggande sektionen, tex. genom bultförband.

Den tig. 1 översta sektionen tia behöver för detta ändamål ha en fiäns endast vid sin nedre ände, men inget hindrar att det i ech för sig finns en fiäns även vid dess övre ände. Sektionerna 11b och 11:: har fiänsar i båda ändarna.

Den nedersta sektionen 11d har även den flänsar i båda ändarna, där den nedre flänsen kan utnyttjas för förankring av bârpelaren 1 vid fundamentet 7. Detta kan i och för sig göras på annat sätt, varvid dess nedre fläns ej år nödvändig.

Fig. 3 illustrerar i detatj hur flånsen 13 vid en sektions nederånde är förbunden med sektienens träbalkar 12. Fiänsen 13 utgör en de! av en skarvkomponent 14 i fiberarmerad polymer och är inåtriktad. Skarvkomponenten 14 har en förankringsdel 15 som sträcker sig ett stycke upp längs insidan av träbalkarna 12. I området för förankringsdelen 15 är träbaikarna 12 försedda med en avfasning 17 så att utrymme ges för förankringsdelen 15. Väggtjockleken hos sektionen är därmed densamma i området för förankringsdeien som vid resten av sektionen. Skarvkomponenten 14 och den det av sektionen som är belägen i 25 30 533 72.2 8 området för förankringsdelen utgör tillsammans Sektionens skarvdsi. iflänsen 13 är hål 16 upptagna för bultar.

Vid exemplet enligt fig. 4 är skarvkomponeniens 14 förankringsdei 15 belägen på träbalkarnas utsida och träbaikarna i2 har en avfasning 17b vid utsidan.

Fig. 5 visar ett exempei där skarvkompønentens 14 förankringsdel har sàväi en inre 15a som en yttre išb del och träbaikarnai har avfssning på både insidan 17a och utsidan iïb.

Fig. 6 visar ett exempel liknande det eniigt tig, 3. men skiljer sig från detta genom att träbaikarna 12 ei har någon förklening av tjcickleken vid skarvdelen.

Skarvknmponeniens 14 fërankringsdei medför därför att sektionens vâggtjockiek är större vid skarvdelen än vid resten av sektionen och tjdckleken tiiltar i riktning mot fiänsen.

Vid utförandet enligt tig. 7 är fiänsen 13k: befägen så Sektionens utsida och skarvkemponentens 14 förankringsdel är belägen på utsidan.

Fig. 8 visar en skarvdel motsvarande den i fig. 3, men skiljer sig från vad som visas i det exempiet genom att sektionen utefter heta sin längd är belagd med att ytskikt av polymer, vilket kan vara av samma material som det i skarvkomponenten 14 eller alternativt av ett annat polymerniaterial. En metsvarande beläggning kan snørdnas även på insidan såsørn är fafiet i det visade exemplet.

Skarvkompnnenterna 14 kan anbringas på trästdmmen gennrn att gjutas kring respektive ände, och håiiss kvar där av egen vidhäfiningsförmåga och den formiåsning som skapas då sektionerna skarvas. För förbättrad fasthåiining mellan tråstcmmen och skarvkornponenten kan ytterligare fästorgan appliceras, tex. ett limskikt dem emellan eiier skruvar.

En skawkomponent kan anbringas på respektive ände av vardera lirnträbaik 12 innan dessa sammanfogets tili en sektion. Aiternativt kan anbringandei av skarvkemponentenikomponenterna göras på den sammanfogade sektionen.

Fiänsen vid respektive sektions övre ände är utformad each förankrad på motsvarande sätt snrn beskrivits för flänsen vid dess undre ände.

Fig. 9 visar ett exempei på en sekiinns form i tvärsnitt. l detta fail är sektionen sammansatt av tolv stycken limträbaikar 12, vilka var och en har 15 533 722 9 trapetsforrnad tväfsnittsyta, och är sammanlimmaóe med varandra längs de snedställda sidytorna. För en av limträbalkarna har vidare utritaïs hur den är sammanlimmad av ett flerlai träbalkar som limmats ihop.

Flg, 16 visar ett alternativt exempel där träbalkskonstruktiønen har ett cirkulär: tvärsnitt.

Flg. 'll visar en sidovy från utsidan av en av limträbalkarna i fig. 9 och illustrerar ett exempel där balkarna är svagt trapetsformade även i längdriktnšngen för att avsmalna uppåt i anpassning till bärpelarens avsmalning uppåt.

Fig. 12 visar ett alternativt utföringsexempel för skarvdelen, där flänsen 13c är placerad på ett stycke från Sektionens ände. š detta fall är flänsen på utsidan men ett motsvarande utförande kan tillämpas alternativt på limträbaškens insida.

Skarvkomponentens 14 förankringsdel består š detta fall av en uppålriktad del 15c och en nedåtrlktad del löd. Den nedålršktade delen ansluter lill en ändbeläggnšng 15e.

Exemplet enššgtfig. 12 kan alternativt utformas så att en de! av förankringsdeien forïsåtter på insidan och ansluter till ändbeläggningen 15e.

Jämför fig. 5.

Claims (19)

20 25 30 533 722 10 PATENTKRAV

1. Sektion (11) för en bärpelare till en vertikalaxlad vindturbin (2), vilken sektion (11) är ihålig och långsträckt och innefattar en trästomme i huvudsak av trä, kännetecknat av att sektionen vid åtminstone sin ena ände har en skarvdel, vardera skarvdel innefattande ett ändparti av trästommen och minst en skarvkomponent (14) av polymer, vilken skarvkomponent (14) innefattar en vid änden belägen fläns (13, 13b, 13c) riktad tvärs sektionens (11) Iängdriktning och en längs ändpartiet riktad förankringsdel (15, 15a, 15b, 15c, 15d) som sträcker sig längs ändpartiets utsida och/eller insida.

2. Sektion enligt patentkrav 1 kännetecknat av att skarvdelen innefattar en enda skarvkomponent (14) vilken sträcker sig obrutet runt hela sektionen (11).

3. Sektion enligt patentkrav 1 eller 2 kännetecknat av att polymeren är fiberarmerad.

4. Sektion enligt något av patentkrav 1-3, kännetecknat av att flänsen 13, 13b, 13c) är belägen längst ut vid änden.

5. Sektion enligt något av patentkrav 1-3, kännetecknat av att flänsen 13, 13b, 13c) är belägen ett kort stycke in från änden.

6. Sektion enligt patentkrav 4 eller 5 kännetecknat av att nämnda ändparti har en mindre tjocklek än resten av sektionens trästomme, åtminstone längs en del av ändpartiet.

7. Sektion enligt patentkrav 6 kännetecknat av att ändpartiets tjocklek avtar ut mot ändpartiets ände, och att iörankringsdelens (15, 15a, 15b) totala tjocklek avtar i riktning från flänsen (13, 13b). 20 25 30 533 722 11

8. Sektion enligt patentkrav 7 kännetecknat av att ändpartiets tiockleksminskning är bildad av minst en avfasning (17, 17a, 17b) på ändpartiets insida.

9. Sektion enligt något av patentkraven 4-8 kännetecknat av att skarvdelen har i huvudsak samma tjocklek som angränsande del av resten av sektionen (11).

10. Sektion enligt något av patentkrav 4-9 kännetecknat av att förankringsdelen upptar större delen av skarvdelens tjocklek närmast intill flänsen (13, 13b, 13c).

11. Sektion enligt något av patentkrav 4-10 kännetecknat av att flänsen (13) är inåtriktad.

12. Sektion enligt något av patentkrav 4-10 kännetecknat av att flänsen (13b, 130) är utåtriktad.

13. Sektion enligt något av patentkrav 11-12 kännetecknat av att sektionens (11) utsida i tvärsnitt bildar en polygon med 8-20 sidor.

14. Sektion (11) enligt något av patentkrav 11-13 kännetecknat av att sektionen (11) har en yttre kontur som minskar kontinuerligt från sektionens (11) ena skarvdel till dess andra skarvdel.

15. Sektion enligt patentkrav 13 eller 14 kännetecknat av att vardera sida i polygonen innefattar en träbalk (12) med trapetsformat tvärsnitt.

16. Bärpelare (1) för en vertikalaxlad vindturbin, kännetecknat av att bärpelaren innefattar ett flertal sektioner (11a-1 1d) enligt något av patentkraven 1-15, vilka sektioner (11a-11d) är fästade vid varandra medelst nämnda flänsar (13, 13b). 533 722 12

17. Vindkraftaggregat med vertikal turbinaxel kännetecknat av att vindkraftaggregatet innefattar en bärpelare (1) enligt patentkrav 16.

18. Förfarande för framställning av en bärpelare för en vertikalaxlad vindturbin, innefattande att ett flertal ihåliga långsträckta sektioner skarvas axiellt, vilka sektioner vardera innefattar en trästomme i huvudsak av trä, kännetecknat av att en skarvkomponent av polymer anbringas vid vardera ände av respektive sektion för att tillsammans med ett ändparti av sektionens trästomme bilda en skarvdel, vilken skarvkomponent innefattar en fläns tvärs sektionens längdriktning och anbringas på nämnda ändparti med en förankringsdel som sträcker sig längs ändpartiets utsida och/eller insida.

19. F örfarande enligt patentkrav 18 kännetecknat av att det utövas under användning av sektioner av det slag som anges i något av patentkrav 1-15.