Konstrukcja turbiny wiatrowej z segmentem kratowym z formowanych rur z

Na terenie firmy STM Montage GmbH w Lunzenau zrealizowano innowacyjny projekt badawczy: elektrownia wiatrowa z wieżą kratownicową, której najwyższy segment składa się z rur z forniru wzmocnionych włóknem szklanym.

Model 3D kratownicy w RSTAB (© TU Dresden)

912x

Wieża z segmentem kratownicowym wykonanym z profilowanych rur drewnianych wzmocnionych włóknami

Cienkościenne rury drewniane charakteryzują się niską wagą własną i dobrymi właściwościami dynamicznymi. Dzięki temu z jednej strony poprawia się efektywność materiałowa i zachowanie drgań, z drugiej strony zwiększa się odporność na zmęczenie materiału.

Za projekt i wymiarowanie wieży kratowej odpowiedzialny był m.in. Uniwersytet Techniczny w Dreźnie. Do wymiarowania użyto programu szkieletowego RSTAB.

Konstrukcja

Wieża kratowa ma łącznie 32 m wysokości i podtrzymuje turbinę wiatrową o mocy 10 kW. Dolne około 18,5 m konstrukcji składa się z rur stalowych S235. Na nich zamontowano około 11 m długi segment kratowy z rur formowanego drewna o średnicy 240 mm i diagonalami z rur stalowych.

Rury z formowanego drewna składają się z płyt drewnianych wstępnie zagęszczonych, które pod wpływem ciepła i pary wodnej zostały wygięte w cienkościenne przekroje rurowe. Metodę formowania drewna opracował Instytut Stali i Budownictwa Drewnianego. Tak wytworzone elementy charakteryzują się bardzo wysoką nośnością przy bardzo niewielkiej wadze własnej. Z zewnątrz dodatkowo naniesiono cienką warstwę z tworzyw sztucznych wzmacnianych włóknem. Dzięki temu wytrzymałość na ściskanie zwiększa się o do 50%, a konstrukcja uzyskuje ochronę przed warunkami atmosferycznymi.

Złącza wzdłużne podpór drewnianych składają się z rur stalowych, do których dołączają także diagonale. Charakterystyczną cechą tych połączeń jest to, że zostały one klejone. Przed zastosowaniem zostały one szczegółowo badane eksperymentalnie i numerycznie przez Uniwersytet Techniczny w Dreźnie. Wyniki badań dały graniczne wytrzymałości dla połączeń, które uwzględniono w obliczeniach w RSTAB.

Po montażu wieży kratowej wszystkie części stalowe i przejścia do rur drewnianych pokryto powłoką ochronną przed korozją. Projekt badawczy wykazał, że rury formowane z drewna doskonale nadają się jako elementy nośne w konstrukcjach wież obciążonych wibracjami. Największą zaletą jest mniejsza waga własna w porównaniu ze stalą, a tym samym redukcja masy drgającej. W tym projekcie udało się zredukować wagę własną najwyższego segmentu o 1,2 tony w porównaniu do stali. Ponadto, dzięki tłumiącym właściwościom materiałowym drewna, zmniejszono oddziaływanie zmęczeniowe na dolne elementy.

Projekt badawczy został wsparty przez Inicjatywę Przyszłości Średnich Przedsiębiorstw (ZIM) Ministerstwa Gospodarki i Energii (BMWi).