Ветряная турбина с фермой из волокнистых армированных формованных древесных труб

Тонкостенные деревянные трубы имеют малый собственный вес и хорошие динамические свойства. Это, с одной стороны, улучшает эффективность использования материала и вибрационные характеристики, а с другой - увеличивает сопротивление усталости материала.

Ответственность за проектирование и расчёт башни-фермы, среди прочего, несёт Технический университет Дрездена. При расчётах использовалась программа для расчёта стержневых конструкций RSTAB.

Конструкция

Башня-ферма имеет общую высоту 32 м и поддерживает ветрогенератор мощностью 10 кВт. Нижние примерно 18,5 м конструкции состоят из стальных труб S235. На них установлено около 11 м ферменного сегмента из формованных деревянных труб d = 240 мм и стальных трубчатых диагоналей.

Формованные деревянные трубы изготавливаются из предварительно уплотнённых деревянных плит, которые под воздействием тепла и водяного пара согнуты в тонкостенные трубчатые поперечные сечения. Данный метод формования дерева был разработан Институтом стальных и деревянных конструкций. Изготовленные таким образом компоненты обладают очень высокой несущей способностью при очень малом собственном весе. Снаружи дополнительно нанесён тонкий слой из армированных волокном пластиков, что увеличивает прочность на сжатие до 50% и одновременно защищает конструкцию от погодных воздействий.

Продольные стыки деревянных стоек состоят из стальных труб, к которым также присоединяются диагональные элементы. Особенностью этих соединений является то, что они выполнены с помощью клея. Перед их использованием они были тщательно экспериментально и численно исследованы в ТУ Дрездена. Результатом исследований стали предельные прочности для соединений, которые могли быть учтены при расчёте в RSTAB.

После монтажа фермы все стальные части и переходы к деревянным трубам были покрыты антикоррозийной краской. Исследовательский проект показал, что формованные деревянные трубы очень хорошо подходят в качестве несущих элементов в конструкциях башен, подвергающихся вибрационным нагрузкам. Крупнейшее преимущество — это меньший собственный вес по сравнению со сталью, что приводит к уменьшению массы, подвергающейся вибрациям. В этом проекте удалось снизить собственный вес верхнего сегмента на 1,2 тонны по сравнению со сталью. Кроме того, за счёт демпфирующих свойств материала дерева удалось снизить воздействия усталости на нижние компоненты.

Исследовательский проект был поддержан Инициативой будущих возможностей для малого предпринимательства (ZIM) Федерального министерства экономики и энергетики Германии (BMWi).

Литература

Б. Хан; Т.-Э. Вернер; П. Халлер: BAUINGENIEUR BD. 96 (2021) NR. 01-02, S. 11-18