Větrná elektrárna s příhradovým vazníkem vyrobeným z vlákny vyztužených lisovaných dřevěných trubek

V areálu společnosti STM Montage GmbH v německém Lunzenau byl realizován inovativní výzkumný projekt: větrná elektrárna s příhradovým stožárem, jejíž nejvyšší část tvoří dřevěné trubky vyztuženými vlákny.

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

919x

Věž s příhradovým segmentem z tvarovaných dřevěných trubek vyztužených vlákny

Tenkostěnné dřevěné trubky mají nízkou vlastní tíhu a dobré dynamické vlastnosti. To zlepšuje materiálovou účinnost a chování při vibracích a zvyšuje odolnost proti únavě materiálu.

Za návrh a dimenzování příhradové věže byla odpovědná Technická univerzita v Drážďanech. Pro návrh byl použit program RSTAB pro výpočty prutových konstrukcí.

Konstrukce

Příhradový stožár má celkovou výšku 32 m (104 ft) a nese větrnou elektrárnu s výkonem 10 kW (1,34 hp). Nejnižší část konstrukce o výšce přibližně 18,5 m (60,70 ft) je tvořena ocelovými trubkami S235. Na vrcholu byl umístěn příhradový vazník o délce přibližně 11 m (36 ft) s lisovanými dřevěnými trubkami d = 240 mm (9,45 in) a ocelovými trubkovými diagonálami nahoře.

Lisované dřevěné trubky se skládají z předem stlačených dřevěných panelů, které byly pod účinkem tepla a páry ohýbány do tenkostěnných trubkových průřezů. Tuto metodu lisovaného dřeva vyvinul Institut ocelových a dřevěných konstrukcí. Konstrukční komponenty vyrobené tímto způsobem mají velmi vysokou únosnost při velmi nízké vlastní tíze. Na vnější stranu byla také nanesena tenká vrstva plastů vyztužených vlákny. To zvyšuje pevnost v tlaku až o 50 % a poskytuje konstrukci ochranu proti povětrnostním vlivům.

Podélné spoje dřevěných sloupů se skládají z ocelových trubek, ke kterým se připojují také diagonály. Zvláštností těchto spojů je, že byly lepené. Před jejich použitím byly důkladně analyzovány experimentálně a numericky na TU Dresden. Výsledkem analýz byly mezní pevnosti spojů, které bylo možné zohlednit v programu RSTAB.

Po výstavbě příhradového stožíru byly všechny ocelové části a přechody na dřevěné trubky opatřeny antikorozním nátěrem. Výzkumný projekt ukázal, že lisované dřevěné trubky jsou velmi vhodné jako nosné prvky ve věžových konstrukcích vystavených vibracím. Největší výhodou je nižší stálé zatížení ve srovnání s ocelí, a tím i snížení vibrující hmoty. V tomto projektu bylo možné snížit stálé zatížení nejvyššího segmentu o 1,2 tuny (1,32 americké tuny) ve srovnání s ocelí. Kromě toho materiálové charakteristiky dřeva jako tlumícího materiálu snížily účinky únavy na spodní konstrukční komponenty.

Tento výzkumný projekt byl financován z Centrálního inovačního programu pro malé a střední podniky (ZIM) německého Spolkového ministerstva hospodářství a energetiky (BMWi).