Вежа вітроенергетичної установки

Вежа вітроенергетичної установки у складі основи, комплекту секцій труб, з'єднуючих їх елементів і приводу, яка відрізняється тим, що складена з верхньої частини, яка за конструктивною ознакою є вежею, і нижньої - щогли, у ній застосовані труби, кожна секція яких виготовлена у вигляді зрізаного конуса, співвідношення від низу до вершини секції є постійним для даного комплекту і становить між твірною і вертикальною віссю вежі 1-2% в залежності від довжини секції, причому менший кут притаманний більш довгій вежі, товщина стінок труб визначена згідно з розрахунком на МІЦНІСТЬ, комплект секцій труб концентрично розташований на елементах платформи у складі Винахід відноситься до нетрадиційної енергетики і, зокрема, до металевих трубчастих опор вітротурбін Відома конструкція вітроенергетичної установки фірми "Vestas" потужністю 660кВт, яка широко розповсюджена в Європі Вежа таких установок виготовлена з сталевих труб, окремі секції яких з'єднані між собою зваркою При діаметрі в основі понад 3,0м верхівка має у два рази менший діаметр Виготовляють їх в заводських умовах, транспортують на місце призначення і жорстко приєднують до фундаменту Підйомна-монтажні роботи виконують за допомогою потужного крана Ці роботи пов'язані із значними труднощами з огляду на значну вагу і висоту вежі, яка може перевищувати 80 метрів Особливо небезпечною і трудомісткою є операція монтажу турбіни та вітроколеса на такій висоті Публікація міститься у журналі "Wind Directions" №13 1999р , crop 12 Недоліками цього технічного рішення слід вважати складність вико набору стальних конусних кілець з бортиками, розміщених на залізобетонній кільцевій балці і безпосередньо на закладних деталях, до яких жорстко приєднана зовнішня секція труби, залізобетонна балка жорстко обперта на колони, підсилені розтяжками з пристроями для натягу, колони жорстко прикріплені до фундаменту, на якому по центру жорстко розміщений гідродомкрат з робочим ходом, розрахованим на однозахідний підйом секцій вежі, які за допомогою насадок, виконаних з можливістю вільно рухатись у сходинах, утворених на конусних кільцях, по черзі ПІДНЯТІ у проектне положення, причому захід однієї на другу секцію становить 15-Е- 16 см при напрузі стиску між ними в межах 0,01-^0,02 кН/см2, в прямокутні вирізи в вершинах стінок ЗОВНІШНІХ секцій труб накладені зварні шви згідно з розрахунком на МІЦНІСТЬ, а СТІЙКІСТЬ гідродомкрата при здійсненні підйому секцій забезпечена в'язями, жорстко з'єднаними одним кінцем з колонами, а другим—з циліндром гідродомкрата нання транспортних та монтажних робіт, особливо коли у подальшому будуть впроваджуватись у виробництво турбіни потужністю 3-5МВт з висотою вежі понад 100 метро і вагою біля 50,0 тонн Найбільш близьким з технічної суті до замовленого винаходу є технічне рішення, згідно якого вежу збирають шляхом нарощення з окремих секцій труб, виготовлених у вигляді зрізаного конусу, і з'єднують торцями між собою на будівельному майданчику за допомогою зварного шва Торці кожної труби з обох КІНЦІВ виконані під кутом 90° до вздовжної ВІСІ з високою точністю і фігурним пересічним профілем торця а саме V або К - подібним, щоб забезпечити потрібну глибину проварювання зварного шва В той же час формування зварного шва з внутрішньої сторони труби потребує додаткових пристроїв За модністю зварний шов стику не повинен поступатись МІЦНОСТІ металу труби при однаковому перерізі про що свідчить відсутність зовні опуклості зварного шва Ця вимога ускладнюється тим, що зварний шов наклада 1 ю 57197 ють на ослаблений переріз, і у вертикальному положенні в умовах верхолазних робіт і спеціальними електродами Зварний шов в вежі прототипу працює на знакоперемінну напругу на стиш розтяті повинен відповідати спеціальним вимогам на витривалість і надійність Вежа жорстко закріплена у фундаменті і в основі сприймає максимальний згинаючий момент від вітрового навантаження Центровка секцій труб має дуже малі допуски Це технічне рішення прийнято за прототип Публікація міститься у журналі "Wind Directions" №3 March, 2001 р crop 10-12 Недоліки прототипу Застосування стику труб в торець, що поступається надійності стику внахліст, в місцях стикування обох секцій труби мають різну товщину, а тому і різні моменти опору, при зварюванні в торець треба виконувати переріз труби з V, або К-подібним профілем від чого кромка труби, маючи зменшений переріз перенапружується і до того ж при нагріванні втрачає пружність і осідає нерівномірно по колу під власною вагою труби, а тому спостерігається відхилення її від вертикальної ВІСІ значні труднощі з забезпеченням повноти зварного шва з внутрішньої сторони труби, торці труб повинні мати високу точність обробки під кутом 90° до вздовжної ВІСІ вежі, відсутність засобів для монтажу веж висотою більше 100м Таким чином, основним недоліком прототипу є невідповідність конструктивної розробки до технологи и здійснення і особливо у з'єднанні елементів вежі і це вимагає вкладати додаткові ресурси для подолання технологічних ускладнень В основу винаходу поставлена задача розробити конструкцію вежі вітроенергетичної установки, добре узгодженої з технологією и будівництва, достатньо надійної в експлуатації при висоті до 120м Це досягається тим, що вежа вітроенергетичної установки у складі основи, комплекту секції, труб, з'єднуючих елементів і приводу складена з верхньої частини, що за конструктивною ознакою є вежею, і нижньої - щогли, у ній застосовані труби, кожна секція яких виготовлена у вигляді зрізаного конусу, збіг від низу до верхівки секції є постійним для даного комплекту і становить між образуючою і вертикальною віссю вежі 1-ь2% в залежності від довжини секції, причому менший кут притаманний більш довгій вежі, товщина стінок труб визначена згідно розрахунку на МІЦНІСТЬ, комплект секцій труб, концентрично розташований на елементах платформи у складі набору стальних конусних кілець з бортиками, розмішених на залізобетонній кільцевій балці і безпосередньо на закладних деталях, до яких жорстко приєднана зовнішня секція труби, залізобетонна балка жорстко обперта на колони, підсилені розтяжками з пристроями для натягу, колони жорстко прикріплені до фундаменту, на якому по центру жорстко розмішений гідродомкрат з робочою ходою, розрахованою на однозаходний підйом секцій вежі, які за допомогою насадок, виконаних з можливістю вільно рухатись у сходинах, утворених на конусних кільцях, по черзі ПІДНЯТІ у проектне положення, причому захід однієї на другу секцію становить 15-Й 6см при напрузі стиску між ними в межах 0,01-ь0,02кН/см2, в прямокутні вирізи в верхівках стінок ЗОВНІШНІХ секцій труб накладеш зварні шви згідно розрахунку на МІЦНІСТЬ, а СТІЙКІСТЬ гідродомкрата при здійсненні підйому секцій забезпечена в'язами, жорстко з'єднаними одним кінцем з колонами, а другим - з циліндром гідродомкрата Між суттєвими ознаками і задачею винаходу існує наступний причинно-наслідковий зв'язок - на відміну від прототипу, у жому стояк цілком виконаний у вигляді вежі, у зловленому винаході нижня частина є щоглою, а верхня - вежею, - на відміну від прототипу, у якому нарощування вежі здійснюють знизу до верху, у замовленому винаході його виконують починаючи з верхівки, - на відміну від прототипу, у якому для монтажу вежі застосовують кран, у замовленому винаході застосовується гідродомкрат, - на відміну від прототипу, у жому максимальна висота вежі складає 100м, у замовленому винаході вона досягне 120м, - на відміну від прототипу, у якому секції труб з'єднані встик зварним швом, у замовленому винаході з'єднання виконане внахліст з силовою запресовкоютруб, - на відміну від прототипу, у якому стик труб працює на знакоперемінне вітрове навантаження на стиск і розтяг, у замовленому винаході зварний шов працює на зсув, - на відміну від прототипу, у якому стиковий шов повністю сприймає напругу від згинаючого моменту, у замовленому винаході зварний шов сприймає тільки частку цього моменту, бо цьому сприяє стик внахліст, - на відміну від прототипу, у якому торці труб підготовлені під V або К-подібний пересічний профіль, у замовленому винаході вони виконані під прямим кутом, - на відміну від прототипу, у якому розрахунковий опір зварного шва повинен або дорівнювати, або перевищувати опір металу шва, у замовленому винаході його несуча спроможність може бути забезпечена шляхом збільшення перерізу зварного шва за рахунок використання прямокутних вирізів, - на відміну від прототипу, у жому необхідно застосувати пристрій для забезпечення повноти зварного шва з внутрішньої сторони труби, у замовленому винаході він непотрібний, - на відміну від прототипу, у якому процес зварювання стиків необхідно вести з обмеженням тиску від власної ваги труб, що діє на зварний шов, у замовленому винаході це обмеження не потрібне, - на відміну від прототипу, у якому СТІЙКІСТЬ вежі забезпечена тільки защемленням у фундаменті, у замовленому винаході для цього додатково застосовані в'язі, - на відміну від прототипу, у якому вертикальність вежі цілком залежить від точності обробки торців труб, при якій кут між віссю і ЛІНІЄЮ перерізу буде мати мінімальне відхилення від ТУ, у замовленому винаході ці допуски значно розширені, - на відміну від прототипу, у якому зварювання стиків секцій труб виконують на різних висотах з влаштуванням потрібного обладнання, у замовле 57197 ному винаході стики виконують на одній висоті і на стаціонарному обладнанні, - на відміну від прототипу, у якому має місце різна товщина труб, що стикаються, а тому має місце перенапруження в перерізі верхньої труби, і недонапруження у нижній, у запропонованому винаході стик внахліст дещо розвантажує ці вузли за рахунок защемлення Суть винаходу пояснює креслення, на жому зображені - на фіг 1 загальний вигляд вежі вітроенергетичної установки у стані встановленого на платформі комплекту секцій, тобто готового до монтажу, - на фіг 2 перерізи по 1-1 платформи без показу фундаменту, - на фіг 3 вузол "А" верхньої частини платформи (пунктирною ЛІНІЄЮ показано розміщення на поршні трьох насадок, які по черзі застосовують для підйому секцій у робоче положення), - на фіг 4 переріз по 3-3 одного з типорозмірів насадки для підйому секцій "д", - на фіг 5 план насадки по 4-4 без показу чотирьох проміжних кронштейнів 11 Замовлена установка має наступні матеріальні об'єкти гідродомкрат 1, фундамент 2, армований стрижнями 3, колони 4, розтяжки 5, пристрої дня натягу 6, комплект насадок 7, несучі плити 10, кронштейни 11, головки 12, циліндр 8 гідродомкрата 1, залізобетонну кільцеву балку 13 з закладного деталлю 14, стальні конусні кільця 15, бортики 16, сходини 17, секції 18 стояка 19, ребра жорсткості 20, прямокутні вирізи 21 у секціях 18 з накладними в них зварними швами, стопорні гвинти 22, в'язі 23 Реалізація винаходу в будівництві забезпечить досягнення таких показників довжину вежі можна буде довести до 120 метрів, об'єм верхолазних робіт зменшується на 1525%, об'єм робіт з застосуванням потужних кранів знизиться на 50-70% Вежа монтується наступним чином Гідродомкрат 1, жорстко приєднаний по центру фундаменту 2 армований стержнями З Навкруги його розміщені колони 4, СТІЙКІСТЬ ЯКИХ забезпечена жорстким з'єднанням з фундаментом 2 і розтяжками 5, напруга в яких здійснена пристроями дня натягу 6 До верхівок колон 4 жорстко приєднана залізобетонна кільцева балка 13 з закладною деталлю 14, розміщеною по колу балки 13, на яку вільно обперті конусні стальні кільця 15 з бортиками 16, що зафіксували положення секцій 18 на конусних кільцях 15, які з нижньої сторони утворили сходини 17, призначені дня обпирання насадок 7 у складі несучої плити 10, кронштейнів 11 і головки 12, що насаджується на поршень 9 гідродомкрата 1 Стопорними гвинтами 22, якими насадка 7 притиснена до поршня 9, забезпечена жорсткість цього з'єднання Розміщення секцій 18 на кільцях 15 показана на фіг 3 і здійснена у ПОСЛІДОВНОСТІ "д-г-в-б-а" Секція "а" підсилена чотирма ребрами жорсткості 20, привареними до неї і закладної деталі 14 Верхівки всіх секцій за винятком "д" мають прямокутні вирізи 21, в які накладені зварні шви і якими забезпечена несуча спроможність стояка 19 ПОСЛІДОВНІСТЬ зведення вежі наступна першим заходом здійснений підйом секції "д", при цьому точка І суміщена з точкою II на секції "г", а точка ІІІ-з точкою IV, а відстань між точками І і II, III і IV, становитиме 15-16см, при забезпеченні стиску між стінками обох секцій 0,010,02кН/см2 Наступними заходами здійснений підйом двох з'єднаних секцій "д" і "г", які після годному будуть з'єднані з секцією "в" і так далі до останньої секції "б", яку приєднають до секції "а" Гондола закріплена до секції "а" до її підйому, а вітроколесо - після того заходу, коли відстань до землі буде достатня Відхилення від вертикальної ВІСІ стояка запобігають або ліквідують відомими способами, а саме - зворотно-ступінчастим засобом зварювання, а також з застосуванням проковки шва ЩІЛЬНІСТЬ з'єднання секції і їх обтиснення забезпечує роботу зварного шва на чистий зсув, що полегшує розрахунок, СТІЙКІСТЬ гідродомкрата при здійсненні процесу підйому секцій забезпечена в'язями у вигляді трикутних гратів, жорстко з'єднаних одним кінцем з колонами, а другим - з циліндром гідродомкрата Після завершення монтажу вежі тиск у гідродомкраті скидають, насадку 7 знімають з поршня, розмонтовують в'язі І гідродомкрат переміщують спід вежі до місця завантаження на транспорт і перевозять на монтаж іншого вітрогенератора Таким чином, запропонована конструкція вежі вітроенергетичної установки після реалізації в будівництві забезпечить будування цих об'єктів висотою до 120 метрів без застосування кранів з ВІДПОВІДНОЮ стрілою, секції можуть бути виконані такої довжини, яка може бути транспортована по автошляхах, і це дозволяє зробити висновок про ВІДПОВІДНІСТЬ винаходу критерію "промислова придатність" 57197 Комп'ютерна верстка Е Ярославцева Підписано до друку 05 07 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна