Větrná elektrárna s pruty z vláknového kompozitu

V areálu společnosti STM Montage GmbH v Lunzenau byl realizován inovativní výzkumný projekt: Větrná elektrárna s příhradovým stožárem, jehož nejvyšší segment je tvořen trubkami z tvarovaného dřeva vyztuženého skelnými vlákny.

3D model příhradové věže v programu RSTAB (© TU Drážďany)

909x

Věž s příhradovým segmentem z tvarovaných dřevěných trubek vyztužených vlákny

Tenkostěnné dřevěné trubky mají nízkou vlastní hmotnost a vykazují dobré dynamické vlastnosti. Tím se jednak zlepšuje efektivita materiálu a chování při kmitání, jednak se také zvyšuje odolnost proti únavě materiálu.

Za návrh a dimenzování příhradového stožáru byla mimo jiné odpovědná Technická univerzita Drážďany. Při dimenzování byl použit program prutových konstrukcí RSTAB.

Konstrukce

Příhradový stožár je celkově vysoký 32 m a nese větrnou elektrárnu s výkonem 10 kW. Nejnižších cca 18,5 m konstrukce je z ocelových trubek S235. Na ně bylo nasazeno cca 11 m dlouhé příhradové segment s tvarovými dřevěnými trubkami o průměru 240 mm a ocelovými diagonálami.

Tvarové dřevěné trubky jsou vyrobeny z předlisovaných dřevěných desek, které byly za působení tepla a vodní páry ohýbány do tenkostěnných trubkových průřezů. Tuto technologii tvarového dřeva vyvinul Institut pro ocelové a dřevěné konstrukce. Takto vyrobené stavební díly mají velmi vysokou nosnost při velmi nízké vlastní hmotnosti. Zevně byla ještě navíc nanesena tenká vrstva z plastů vyztužených vlákny. Tím se zvýšila tlaková pevnost až o 50 % a zároveň konstrukce získala ochranu proti povětrnostním vlivům.

Podélné spoje dřevěných podpěr jsou tvořeny ocelovými trubkami, ke kterým připojují i diagonály. Zvláštností těchto spojů je, že byly lepeny. Před jejich použitím byly nákladně experimentálně a numericky zkoumány TU Drážďany. Výsledkem zkoušek byly mezní pevnosti pro spoje, které bylo možné zohlednit při výpočtu v RSTAB.

Po montáži příhradového stožáru byly všechny ocelové části a přechody k dřevěným trubkám opatřeny nátěrem na ochranu proti korozi. Výzkumný projekt ukázal, že se tvarové dřevěné trubky velmi dobře hodí jako nosné díly ve věžových nosných konstrukcích vystavených kmitání. Největší výhodou je nižší vlastní hmotnost oproti oceli, a tím snížení kmitající hmoty. V tomto projektu bylo možné snížit vlastní hmotnost nejvyššího segmentu o 1,2 tuny ve srovnání s ocelí. Díky tlumicím materiálovým vlastnostem dřeva bylo navíc možné snížit únavové účinky na dolní části.

Výzkumný projekt byl podpořen iniciativou Zukunftsinitiative Mittelstand (ZIM) spolkového ministerstva hospodářství a energetiky (BMWi).