Ветроэлектростанция с сегментом фермы из деревянных труб, усиленных фиброматериалом

На территории компании STM Montage GmbH в Лунценау, Германия был выполнен инновационный исследовательский проект: Ветрoэлектростанция с решетчатой башней, верхний сегмент которой сделан из формованных деревянных труб, усиленных фиброматериалом.

3D модель фермовой башни в программе RSTAB (© TU Dresden)

775x

Башня с сегментом фермы из формованных деревянных труб

Тонкостенные деревянные трубы обладают низкой постоянной нагрузкой и хорошими динамическими свойствами, что значительно улучшает эффективность материала и его вибрационные свойства, а также увеличивает его сопротивление усталости.

За процесс проектирования и определение размеров решетчатой башни отвечал Дрезденский технический университет, который в данных целях использовал программу для расчета каркасных конструкций RSTAB.

Конструкция

Решетчатая башня достигает общей высоты 40 м и поддерживает собой ветроэлектростанцию мощностью 1,34 кВт. Нижняя часть конструкции (до высоты прибл. 18,5 м) сделана из стальных труб S235, в то время как наверху находится сегмент фермы длиной около 11 м, состоящий из формованных деревянных труб d = 240 мм и стальных диагоналей.

Формованные деревянные трубы сделаны из предварительно сжатых деревянных панелей, которые были под действием тепла и пара согнуты в тонкостенные трубчатые профили. Этот метод изготовления деревянных балок был разработан Институтом стального и деревянного строительства. Главным преимуществом данных конструктивных элементов является очень высокая несущая способность при довольно низкой постоянной нагрузке. Кроме того, была наружная сторона этих деревянных трубок покрыта слоем фибробластика, который не только повысил их прочность на сжатие до 50%, но одновременно и обеспечил хорошую защиту конструкции от атмосферных воздействий.

Продольные соединения деревянных колонн затем сделаны из стальных труб, к которым крепятся и диагонали. Интересным является также факт, что все деревянные соединения клеенные и перед своим применением были тщательно проанализированы как с помощью расчетов, так и практических тестов прямо в Техническом университете в Дрездене. С помощью полученных данных затем были найдены предельные значения прочности соединений, которые затем можно было учесть при расчете в программе RSTAB.

После возведения решетчатой башни было еще на все стальные части и переходы нанесено антикоррозионное покрытие. Данный исследовательский проект показал, что деревянные формованные трубы отлично подходят как несущие элементы именно в конструкциях башен, подверженных колебаниям. Самым большим преимуществом данной конструкции по сравнению со сталью притом является меньшая постоянная нагрузка и, следовательно, уменьшение вибрирующей массы. В данном проекте, например, может быть по сравнению со стальной конструкцией постоянная нагрузка на самый верхний сегмент уменьшена даже на 1,2 тонны. Кроме того, демпфирующие свойства древесины помогли уменьшить усталостное воздействие на нижние элементы конструкции.

Данный исследовательский проект был финансирован в рамках Центральной инновационной программы для малых и средних предприятий (ZIM) под эгидой Федерального министерства экономики и энергетики Германии (BMWi).