DE102015000818B3 - Wind turbine tower - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Turmstruktur von Windenergieanlagen, die die Biegebeanspruchung des Turmes aus Rotorkraft und Nabenhöhe vermeidet, indem der Schnittpunkt (14) der Turmvertikalen (2b), der Nabenhöhe (17) und der Wirkungslinien der Abspannelemente (4) zu einer Druckbeanspruchung des Turmes aus der Rotorkraft des Windes und Zugbeanspruchungen in ringsum angeordneten Abspannelementen (4) führt, die zwischen den Fundamenten (8) und oberer Befestigung im Abspannring angeordnet sind. Die neue Turmstruktur führt zu deutlich geringerem Materialeinsatz.The invention relates to the tower structure of wind turbines, which avoids the bending load of the tower rotor and hub height, by the intersection (14) of the tower vertical (2b), the hub height (17) and the lines of action of the guy elements (4) to a compressive stress of the tower the rotor force of the wind and tensile stresses in all around arranged guy elements (4), which are arranged between the foundations (8) and upper attachment in the guy ring. The new tower structure leads to significantly lower material usage.

Description

Die Erfindung betrifft die Struktur von hohen, mit Abspannungen versehenen Windenergieanlagentürmen. Diese Abspannung soll eine geringe Dehnung aufweisen. Sie wird derart angeordnet, dass sich die Rotorkraft in Nabenhöhe im Schnittpunkt der Turmvertikalen und der Abspannelemente in Druck- und Zugkraft aufgliedert und sich der Turm zugleich innerhalb des Abspannringes, an dem die Abspannungen angeordnet sind, trotz des ruhenden Abspannsystems entsprechend der sich ändernden Windrichtung stets in den Wind drehen kann. Die Erfindung eignet sich in einer ersten Ausführung für Windenergieanlagen (WEA) mit drehbarer Gondel auf feststehendem Turm und in einer zweiten Ausführung für Windenergieanlagen mit direkt aufsitzendem Rotor auf drehbarem Turm.The invention relates to the structure of tall guyed wind turbine towers. This bracing should have a low elongation. It is arranged such that the rotor force in hub height at the intersection of the tower vertical and the guy elements in compressive and tensile force and the tower at the same time within the guy ring on which the braces are arranged, despite the dormant guy system according to the changing wind direction always can turn into the wind. The invention is suitable in a first embodiment for wind turbines (WTG) with a rotatable nacelle on a fixed tower and in a second embodiment for wind turbines with directly mounted rotor on a rotatable tower.

Stand der TechnikState of the art

Windenergieanlagen sind in ihrer gegenwärtigen Gestaltung vorwiegend gekennzeichnet durch feststehende Türme unterschiedlicher Bauweise, die vorwiegend in Nabenhöhe über eine Drehverbindung mit der Gondel verbunden sind. Upwind (luvseitig), also vor dem Turm, ist der komplette Rotor und hinter dem Rotor in der Gondel der Triebstrang angeordnet.Wind turbines are characterized in their present design mainly by fixed towers of different construction, which are mainly connected at hub height via a rotary connection with the nacelle. Upwind (windward side), ie in front of the tower, the complete rotor and behind the rotor in the nacelle of the drive train is arranged.

Die leistungsstärkeren Anlagen führen mit den größeren Rotordurchmessern zu Eigenmassen der zugehörigen Bauteile, die das Realisieren größerer Nabenhöhen an die Grenze der technischen Realisierbarkeit sowohl beim Errichten und Ausrüsten, als auch beim Betreiben und dem Service der Anlagen führen. Gegenwärtig gilt als maximale Bauhöhe für Windenergieanlagen in Deutschland 220 m über dem Standort. Modernste Funk-, Mess- und Regelanlagen der Zukunft führen zu neuen Möglichkeiten der Sicherheits- und Informationsdienste und fördern das Streben nach höheren Energieerträgen im Binnenland. Doppelte Nabenhöhen – im Vergleich zum bisherigen Durchschnitt von 120 bis 130 m – werden zu mehrfachen Erträgen und damit auch zu geringerer Anzahl von Standorten führen. Höhere Türme für Windenergieanlagen verlangen eine neue Struktur der Türme. Doppelte Höhe darf nicht zu mehrfachen Eigenmassen und Kosten führen.The more powerful systems lead with the larger rotor diameters to intrinsic masses of the associated components, which lead to the realization of larger hub heights to the limit of technical feasibility in both the construction and equipment, as well as the operation and service of the equipment. Currently, the maximum height for wind turbines in Germany is 220 m above the site. State-of-the-art radio, measuring and control systems of the future will lead to new possibilities for security and information services and promote the pursuit of higher energy yields inland. Double hub heights - compared to the previous average of 120 to 130 m - will lead to multiple revenues and thus to a lower number of locations. Higher towers for wind turbines require a new structure of the towers. Double the height must not lead to multiple assets and costs.

Mit einem drehbaren Turm und einem Haltering für die verwendeten Druckstreben wird nach der Druckschrift EP 2 065 593 A1 versucht, durch eine Abstützung des Turmes Möglichkeiten zur Herstellung höherer Türme zu schaffen. Auf Grund ihrer massiven Ausbildung werden sie als Beine bezeichnet. Ihr Winkel zur senkrechten Turmachse beträgt 10° bis 30°. Diese so ausgebildeten und angeordneten Beine sind für große Turmhöhen nicht geeignet. Damit der Turm gegenüber der oberen Abstützung der feststehenden Beine gedreht werden kann, ist ein Halte- oder auch Stützring innen mit Rollen versehen, die sich auf einer dazu hergerichteten kreisringförmigen Außenbahn des Turmes bewegen. Oberhalb dieser Halterung und Beine verbleibt das System als biegebeanspruchtes Turmteil mit bisherigen Maßstäben und bietet damit wenige Chancen, neue, größere Dimensionen zu ermöglichen.With a rotatable tower and a retaining ring for the pressure struts used is according to the document EP 2 065 593 A1 tries to create ways to make taller towers by supporting the tower. Because of their massive education they are called legs. Their angle to the vertical tower axis is 10 ° to 30 °. These trained and arranged legs are not suitable for large tower heights. So that the tower can be rotated relative to the upper support of the fixed legs, a holding or supporting ring is provided inside with rollers that move on a prepared for this purpose annular outer track of the tower. Above this bracket and legs, the system remains as a bending-stressed tower part with previous scales and thus offers few opportunities to allow new, larger dimensions.

In der Druckschrift WO 2013/009454 A2 ist eine Abspannung für einen feststehenden Turm einer Windenergieanlage großer Höhe offenbart, bei der die Halteseile möglichst weit oben mit dem Turm verbunden sind, wobei für die Halteseile ein Winkel von 10° gegenüber der vertikalen Turmachse nicht überschritten werden darf, um eine Kollision mit den Rotorblättern in der unteren Stellung zu vermeiden. Der trotzdem Verbleibende Sicherheitsabstand zwischen den Enden der Rotorblätter und den Halteseilen ist gering und bei Starkwind besteht die Gefahr einer Kollision zwischen den Rotorblättern und den Halteseilen. Allein mit dieser Orientierung wird noch keine Möglichkeit geschaffen, die Türme für größere Höhen oder mit geringerer Materialintensität herstellen zu können.In the publication WO 2013/009454 A2 is a bracing for a fixed tower of a wind turbine high altitude disclosed in which the tethers are connected as far as possible above the tower, for the tethers an angle of 10 ° relative to the vertical tower axis may not be exceeded to a collision with the rotor blades to avoid in the lower position. The still remaining safety distance between the ends of the rotor blades and the tethers is low and in strong winds there is a risk of collision between the rotor blades and the tethers. But with this orientation, no possibility is yet created to make the towers for greater heights or with less material intensity.

Auch der teleskopartig vergrößerte Turm nach der Druckschrift WO 2005/028781 A2 der an der ausfahrbaren Turmsektion eine weitere Abspannung erhält, bleibt mit der obersten Sektion vergleichbar beim üblichen Stand der Biegebeanspruchung, da nur bei den unteren abgespannten Turmsektionen diese vermieden wird.Also the telescopically enlarged tower according to the document WO 2005/028781 A2 which receives a further bracing on the extendable tower section, remains comparable to the topmost section at the usual level of bending stress, since this is avoided only in the lower guyed tower sections.

Der Turm für eine Windenergieanlage nach DE 10 2010 037 706 A1 ist darauf gerichtet, in mehreren konstruktiven Ausführungen für den Turmquerschnitt einen möglichst geringen Strömungswiderstand des Turmes zu erreichen, auch um den Tumvorstau zu reduzieren, damit der Materialeinsatz günstig beeinflusst wird. Die Gesamtstruktur des Turmes bleibt jedoch trotz der Ansätze für verschiedene Lösungen zur Anordnung der Drehvorrichtung des Turmes in unterschiedlichen Höhen stets als biegebeanspruchter Turm erhalten und bietet keine neuen Lösungsansätze.The tower for a wind turbine after DE 10 2010 037 706 A1 is aimed at achieving the lowest possible flow resistance of the tower in several constructive designs for the tower cross section, also in order to reduce the tumbling of the tower, so that the use of material is favorably influenced. However, despite the approaches to different solutions for arranging the rotating device of the tower at different heights, the overall structure of the tower always remains as a bending-prone tower and offers no new approaches to solutions.

Würden Windenergieanlagen in bisher genutzten Nabenhöhen bis 130 m mit Abspannungen versehen, kämen Drahtseile zur Anwendung. Diese Abspannungen dehnen sich selbst in der Machart mit Stahlseele durch die verdrillten Drähte in den Litzen und den Litzen im Seil trotz des vor dem Einbau vorgenommenen mehrfachen Vorreckens um 2 ... 3%.If wind turbines in previously used hub heights of up to 130 m were to be braced, wire ropes would be used. Even in the steel core design, these braces stretch by 2 ... 3% through the twisted wires in the strands and the strands in the rope, despite the multiple pre-stretching done prior to installation.

Bei Masten von größeren Höhen müssen daher Maßnahmen getroffen werden, die diese großen Seildehnungen kompensieren oder weitgehend vermeiden. So ist aus der Druckschrift DE 103 09 825 A1 eine Windenergieanlage mit einem mit aus Drahtseilen bestehenden Abspannungen versehenen Mast bekannt, die darauf ausgerichtet ist, die Abspannung zusätzlich mit steuerbaren hydraulischen Dämpfungseinrichtungen auszurüsten. Die Beschreibung der Erfindung ist allein auf die Dämpfungseinrichtungen, ihre Einbindung in das Abspannsystem und ihre Steuerung ausgerichtet. Über Einzelheiten der Abspannungen und ihre geometrische Anordnung wie z. B. ihr Abspannwinkel zur Turmvertikalen oder ihre Verbindung mit dem Mast werden in der Beschreibung keine Angaben gemacht, jedoch wird besonders darauf hingewiesen, dass abgespannte Masten bei kleineren Anlagen verbreitet sind. Lösungen zur Abspannung von Windenergieanlagen größerer Höhen sind nicht angegeben.For masts of greater heights, therefore, measures must be taken to compensate for these large rope expansions or largely avoided. This is from the publication DE 103 09 825 A1 a wind turbine with a provided with wire ropes bracing mast known, which is designed to equip the guy additionally with controllable hydraulic damping devices. The description of the invention is directed solely to the damping devices, their integration into the guy system and their control. About details of the guying and their geometric arrangement such. B. their angle to the turret vertical or their connection to the mast are not specified in the description, but it is particularly noted that guyed masts are common in smaller installations. Solutions for bracing wind turbines of higher heights are not specified.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, für die Nutzung der Windenergie im Binnenland den Türmen von Windenergieanlagen im Megawattbereich eine neue Turmstruktur zu geben, um die in größeren Höhen herrschenden Ressourcen des Windes mit wirtschaftlich vorteilhaftem Maßstab, d. h. mit niedrigen Kennziffern des Materialeinsatzes und der Kosten zu nutzen. Diese neue Turmstruktur beinhaltet sowohl die konstruktive Ausbildung des Turmkörpers als auch dessen Abspannung. Die Abspannung wird so ausgelegt, dass die auf den Rotor einwirkenden Wind- und Zusatzkräfte ohne große Dehnung in das Fundament eingeleitet werden. Durch die ausgewählte Werkstoffart, die besondere Werksttoffgüte und -abmessung treten gemäß dem zugehörigen E-Modul nur minimale Dehnungen auf. Beide Bedingungen werden erreicht, indem

  • – die an bisherigen Türmen aus der Windkraft entstehende Biegebeanspruchung des Turmes als Produkt aus Rotorkraft und Nabenhöhe gezielt in ein Kräftepaar aus Druckbeanspruchung und Zugbeanspruchung sowohl an feststehenden Türmen mit drehbarer Gondel in Nabenhöhe als auch bei voller Gewährleistung der Drehbarkeit des Turmes einschließlich seines Rotors aufgeteilt wird und
  • – die Abspannelemente in ihrer Gesamtlänge aus massivem, hochfestem Walzstahl mit beidseitig geschmiedeten Endstücken hergestellt und zum Erreichen der erforderlichen Gesamtlänge als komplettes Abspannelement aus mehreren Abspanngliedern geringer Dehnung gefügt werden.
The object of the invention is to provide for the use of wind energy inland the towers of wind turbines in the megawatt range a new tower structure to use the prevailing at higher altitudes resources of the wind with economically advantageous scale, ie with low indicators of material usage and costs , This new tower structure includes both the structural design of the tower body and its bracing. The bracing is designed so that the wind and additional forces acting on the rotor are introduced into the foundation without great strain. Due to the selected material type, the special material quality and dimension, only minimal strains occur according to the associated modulus of elasticity. Both conditions are achieved by
  • - The resulting on previous towers from the wind power bending stress of the tower as a product of rotor force and hub height is selectively divided into a pair of compressive stress and tensile stress on fixed towers with rotating nacelle hub height and full warranty of rotation of the tower including its rotor and
  • - The guy elements are made in their total length of solid, high-strength rolled steel with end pieces forged on both sides and joined to achieve the required overall length as a complete guy from several bracing low elongation.

Damit werden zwei Ausführungsformen der Windenergieanlage geschaffen:

  • – Der abgespannte feststehende Turm mit der drehbaren Gondel in Nabenhöhe, bei dem die Abspannungen fest mit dem Turm verbunden sind, und
  • – der gegenüber dem Fundament und in der Nabenhöhe fest mit dem Rotor verbundene drehbare Turm, bei dem die Abspannungen über einen Abspannring die Drehbarkeit des Turmes ermöglichen.
This creates two embodiments of the wind energy plant:
  • - The guyed fixed tower with the rotating nacelle hub, in which the braces are firmly connected to the tower, and
  • - The opposite the foundation and in the hub height fixed to the rotor rotatable tower, in which allow the bracing via a guying ring, the rotation of the tower.

Für die Ausführungsform des feststehenden Turmes mit drehbarer Gondel in Nabenhöhe wird ein feststehender Abspannring zwischen zwei Turmsektionen angebracht.For the embodiment of the fixed tower with rotating nacelle hub, a fixed guy ring is placed between two tower sections.

In der Ausführungsform des drehbaren Turmes wird unterhalb des Schnittpunktes der Turmvertikalen mit der Nabenhöhe ein Abspannring angeordnet, der ringsum die oberen Enden der Abspannelemente aufnimmt. Dieser wird durch seine konstruktive Ausführung auf dem horizontalen und an dem vertikalen PTFE(Polytetrafluoräthylen)-Gleitlager des Ringes, oder nach Wahl als wälzgelagerte Drehverbindung, trotz feststehender Abspannelemente die Drehbewegung des Turmes in den Wind gestatten.In the embodiment of the rotatable tower, a guy ring is arranged below the intersection of the tower vertical with the hub height, which receives all around the upper ends of the guy elements. This is due to its constructive design on the horizontal and on the vertical PTFE (Polytetrafluoräthylen) plain bearings of the ring, or at choice as a roller bearing mounted rotary joint, despite fixed Abspannelemente allow the rotation of the tower in the wind.

Die Anordnung des Abspannringes in der Turmvertikalen unterhalb der Nabenhöhe lässt bei Anwendung des Prinzips ”upwind” (Luvläufer) zur Vermeidung von Kollisionen der Blattspitzen in unterster Stellung bei elastischen Verformungen durch hohe Windgeschwindigkeiten keine beliebig großen Abspannwinkel zu. Die zugbeanspruchten Abspannelemente werden in einem Abspannwinkel von 13° angeordnet.The arrangement of the guy ring in the tower vertical below the hub height does not allow for arbitrarily large angle bracing when using the principle "upwind" (windshield) to avoid collisions of the blade tips in the lowest position in elastic deformation by high wind speeds. The tensioned guy elements are arranged in a bracing angle of 13 °.

Der Elastizitätsmodul des Werkstoffes der Abspannungen ist unabhängig von deren Form und Art vorhanden. Die erhebliche Dehnung des Drahtseiles, abhängig von der Machart des Seiles, die auch durch mehrmaliges Vorrecken nicht beseitigt werden kann, ist durch die großen Längen der hier vorhandenen Abspannungen für die stabile Arbeitsweise des Rotors in großer Höhe nicht zu gebrauchen.The elastic modulus of the material of the bracing is independent of their shape and type available. The considerable elongation of the wire rope, depending on the design of the rope, which can not be eliminated even by repeated preheating, is not useful due to the great lengths of the braces available here for the stable operation of the rotor at high altitude.

Dämpfungseinrichtungen trotz Vorspannung in aufwendiger Weise würden notwendig.Damping devices despite bias in a complex manner would be necessary.

In der erfindungsgemäßen Ausführung der Abspannelemente und -verbindungen als massive hochfeste Zugelemente treten zusätzliche Längungen nicht auf. Durch die Wandlung der bisher üblichen Biegebeanspruchung des Turmes in eine Druckbeanspruchung des Turmes aus der Rotorkraft des Windes und in eine Zugbeanspruchung der Abspannelemente wird trotz der Steigerung der Nabenhöhe eine bedeutende Verringerung des Materialeinsatzes und damit der Kosten für den Turm erreicht.In the embodiment of the guy elements and connections according to the invention as massive high-strength tension elements, additional elongations do not occur. By converting the previously common bending stress of the tower in a compressive stress of the tower from the rotor force of the wind and in a tensile stress of the guying a significant reduction in the use of material and thus the cost of the tower is achieved despite the increase in the hub height.

Ausführungsbeispiel embodiment

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen, in denen zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen:Further details and advantages of the subject invention will become apparent from the following description and the accompanying drawings, in which two preferred embodiments are shown. Show it:

1 einen feststehenden Turm mit Abspannung und Abspannelementen nach dem ersten Ausführungsbeispiel bis zur zulässigen maximalen Bauhöhe von 220 m nach dem Prinzip der leeseitigen Rotoranordnung (downwind-Prinzip) mit drehbarer Gondel in Nabenhöhe – abhängig vom eingesetzten Rotordurchmesser –, wobei in der unteren der beiden Abbildungen die Abspannung in der Draufsicht dargestellt ist, 1 a fixed tower with bracing and guy elements according to the first embodiment to the maximum allowable height of 220 m according to the principle of leeward rotor assembly (downwind principle) with rotating nacelle hub height - depending on the rotor diameter used - in the lower of the two figures Bracing is shown in plan view,

2 einen drehbaren Turm mit Abspannung und Abspannelementen nach dem zweiten Ausführungsbeispiel bis zu einer zulässigen maximalen Bauhöhe von 220 m im Prinzip der leeseitigen Rotoranordnung (downwind-Prinzip) mit direkt aufgesetztem Rotor, wobei in der unteren der beiden Abbildungen die Abspannung in der Draufsicht dargestellt ist, 2 a rotatable tower with bracing and guy elements according to the second embodiment up to a maximum allowable height of 220 m in principle the leeward rotor assembly (downwind principle) with directly mounted rotor, wherein in the lower of the two figures, the bracing is shown in plan view,

3 einen drehbaren Turm in der Ausführung nach 2, jedoch für sehr große Nabenhöhen und einem möglichen Servicekran auf dem Turm, 3 a rotatable tower according to the execution 2 , but for very large hub heights and a possible service crane on the tower,

4 den Abspannring in feststehender Ausführung zwischen zwei Turmsektionen, wobei in der oberen Abbildung die Draufsicht im Schnitt A-A und in der unteren Abbildung die Seitenansicht dargestellt sind, 4 the guy ring in fixed configuration between two tower sections, in the upper figure the plan view in section AA and in the lower figure the side view are shown,

5 den Abspannring in Gleitlagerausführung für die Abspannelemente, wobei in der linken Abbildung die Seitenansicht und in der rechten Abbildung die Draufsicht jeweils im Schnitt dargestellt sind, 5 the guy ring in plain bearing design for the guy elements, the side view being shown in the left-hand illustration and the plan view in the right-hand illustration, respectively, in section,

6 den Abspannring in Wälzlagerausführung für die Abspannelemente, wobei in der oberen Abbildung die Seitenansicht und in der unteren Abbildung die Draufsicht jeweils im Schnitt dargestellt sind, und 6 the Abringring in Wälzlagerausführung for the guy elements, in the upper figure, the side view and in the lower figure, the plan view are respectively shown in section, and

7 die Ausbildung der Abspannelemente und ihre gelenkigen Verbindungen miteinander in den oberen vier Abbildungen sowie die Verbindung des jeweils oberen Abspannelementes mit dem Abspannring des Turmes nach dem zweiten Ausführungsbeispiel in der unteren Abbildung. 7 the formation of the guy elements and their articulated connections with each other in the upper four figures and the connection of the respective upper guy element with the guy ring of the tower according to the second embodiment in the lower illustration.

Die beiden Ausführungsbeispiele nach 1 und 2 für jeweils einen Windenergieanlagenturm haben im Wesentlichen gemeinsam einen geschweißten Fachwerkturm 2, 2a, eine mit Rotorblättern 16 bestückte Rotornabe 15, ein Fundament 1 für den Turm 2, 2a eine mit sechs Abspannelementen 4 versehene Abspannung und Fundamente 8 zur unteren Befestigung der Abspannelemente 4. Eine weitere Gemeinsamkeit beider Ausführungsbeispiele besteht in der leeseitigen Rotoranordnung (In der Fachliteratur auch als downwind-Prinzip bezeichnet). Die Fachwerktürme 2, 2a werden aus mehreren Sektionen zusammengeschraubt, die in der Turmvertikalen 2b angeordnet sind. Damit der Rotor 13 in den Wind gestellt werden kann, ist jeweils eine Drehverbindung 10 oder 21 und ein Azimutantrieb vorgesehen. Die Drehverbindung 22 ist nach dem 1. Ausführungsbeispiel zwischen der oberen Sektion des Turms 2 und der Gondel 21 und nach dem zweiten Ausführungsbeispiel auf dem Fundament 1 zur Aufnahme des unteren Segments des Turms 2a angeordnet. Somit besteht ein wesentlicher Unterschied zwischen beiden Ausführungsbeispielen darin, dass entweder nur die Gondel 21 gegenüber dem Turm drehbar ist oder der gesamte Turm 2a mit seinem Aufbau gegenüber dem Fundament 1 eine Drehbewegung 11 ausführen kann. Dies hat zur Folge, dass zwischen der feststehenden Abspannung nach dem 2. Ausführungsbeispiel und dem drehbaren Turm 2a ein Drehbewegungsausgleich ermöglicht werden muss. Die obere Befestigung der Abspannung mit dem Turm 2 nach dem ersten Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung nach 4 dargestellt. Der Abspannring 3e ist als rechteckige Platte mit kreisförmig angeordneten Aufnahmen der Abspannelemente 4 fest innerhalb des Gerüstes des Turms 2 angeordnet. Die Befestigungspunkte für die sechs Abspannelemente 4 sind so ausgelegt, dass sich die Turmvertikale 2b, die Nabenhöhe 17 und die Wirkungslinien der Abspannelemente 4 in einem gemeinsamen Punkt 14 schneiden. Dadurch wirkt die Rotorkraft des Windes als Druckbeanspruchung auf den Turm 2 und als Zugbeanspruchungen auf die Abspannelemente 4.The two embodiments according to 1 and 2 for each one wind turbine tower have substantially in common a welded truss tower 2 . 2a one with rotor blades 16 equipped rotor hub 15 , a foundation 1 for the tower 2 . 2a one with six guy elements 4 provided bracing and foundations 8th for the lower attachment of the guy elements 4 , Another common feature of both embodiments is the leeward rotor assembly (also referred to in the literature as downwind principle). The truss towers 2 . 2a are screwed together from several sections that are in the tower vertical 2 B are arranged. So that the rotor 13 can be put into the wind, each is a rotary joint 10 or 21 and an azimuth drive provided. The rotary joint 22 is according to the 1st embodiment between the upper section of the tower 2 and the gondola 21 and according to the second embodiment on the foundation 1 for receiving the lower segment of the tower 2a arranged. Thus, a significant difference between the two embodiments is that either only the nacelle 21 is rotatable opposite the tower or the entire tower 2a with its construction opposite the foundation 1 a rotary motion 11 can perform. This has the consequence that between the fixed bracing according to the second embodiment and the rotatable tower 2a a rotation compensation must be made possible. The upper attachment of the bracing with the tower 2 according to the first embodiment is in the drawing after 4 shown. The guy ring 3e is as a rectangular plate with circularly arranged shots of the guying elements 4 firmly within the framework of the tower 2 arranged. The attachment points for the six guy elements 4 are designed so that the tower vertical 2 B , the hub height 17 and the lines of action of the guy elements 4 in a common point 14 to cut. As a result, the rotor force of the wind acts as compressive stress on the tower 2 and as tensile stresses on the guy elements 4 ,

An Stelle der Drehverbindung Die obere Befestigung der Abspannung mit dem Turm 2a nach dem zweiten Ausführungsbeispiel ist in den 2, 3, 5 und 6 dargestellt. Die sechs Abspannelemente 4 führen wie beim ersten Ausführungsbeispiel jeweils von einem festen Fundament 8 schräg nach oben zu einem, den Turm 2a am zylindrischen Teil einer Zwischensektion umschließenden Abspannring 3. Dieser Abspannring 3 gestattet die Drehbarkeit des gesamten Turms 2a mit dem Rotor 13 gegenüber den stationär angeordneten Abspannelementen 4. Ein solcher Abspannring 3 kann nach 5 aus einem vertikalen und einem horizontalen PTFE-Lager 3a, 3b oder nach 6 aus einem Wälzlager 3c bestehen. Ihre Anordnung am zylindrischen Teil einer Zwischensektion ist als Einzelheiten aus den vorgenannten Zeichnungen ersichtlich. Die unteren Orientierungspunkte für die Ausrichtung der Abspannelemente 4 unter Berücksichtigung eines bestimmten Abspannwinkels 9 zur Turmvertikalen 2b sind die festen Fundamente 8. Der gemeinsame obere Orientierungspunkt ist der Schnittpunkt 14 der Abspannelemente 4 und der Turmvertikalen 2b mit der Nabenhöhe 17. Der Abspannwinkel 9 der Abspannelemente 4 zur Turmvertikalen 2b beträgt im Ausführungsbeispiel 13°. Mit einem kleineren Abspannwinkel 9 würden ungünstige statische Einflüsse/Verhältnisse entstehen, und ein größerer Abspannwinkel 9 würde in Abhängigkeit von der Steifigkeit der Rotorblätter 16 zur Gefahr der Kollision mit den Abspannelementen 4 führen.In place of slewing connection The top fastening of bracing with the tower 2a according to the second embodiment is in the 2 . 3 . 5 and 6 shown. The six guy elements 4 lead as in the first embodiment each of a solid foundation 8th diagonally upwards to one, the tower 2a on the cylindrical part of an intermediate section enclosing guy ring 3 , This guy ring 3 allows the rotation of the entire tower 2a with the rotor 13 opposite the stationary arranged guy elements 4 , Such a guy ring 3 can after 5 from a vertical and a horizontal PTFE bearing 3a . 3b or after 6 from a rolling bearing 3c consist. Their arrangement on the cylindrical part of an intermediate section can be seen as details from the aforementioned drawings. The lower landmarks for the orientation of the guy elements 4 taking into account a certain bracing angle 9 to the tower vertical 2 B are the solid foundations 8th , The common upper landmark is the intersection 14 the guy elements 4 and the tower vertical 2 B with the hub height 17 , The guy angle 9 the guy elements 4 to the tower vertical 2 B is in the embodiment 13 °. With a smaller guy angle 9 would unfavorable static influences / conditions arise, and a larger Entspannwinkel 9 would depend on the rigidity of the rotor blades 16 to the risk of collision with the guy elements 4 to lead.

10, auf der sich der Turm 2a auf dem Fundament 1 abstützt, kann auch eine Rollendrehverbindung, eine Kreisringbahn mit konischen Rädern, eine Kugellaufbahn, ein Kugelzapfen oder auch eine Fluidteller – Gleitbahn verwendet werden. Zur Erzeugung der Drehbewegung des gesamten Turms 2a mit dem Rotor 13 gegenüber dem Fundament 1 werden die dafür bekannten Azimutantriebe verwendet. Der Rotor 13 (2) ist nach dem zweiten Ausführungsbeispiel im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel auf dem Fachwerkturm 2a verdrehsicher befestigt und nimmt die Rotornabe 15 mit dem Rotor 13 auf. Am unteren Ende des Fachwerkturmes 2a befindet sich ein Rahmen zur Aufnahme des Maschinenhauses 12 mit der Drehmomentenübertragung vom Rotor 13 zum Triebstrang und der Elektroausrüstung. Da diese Drehmomentenübertragung nicht Gegenstand dieser Erfindung ist, wird sie im Folgenden nicht näher beschrieben. 10 on which is the tower 2a on the foundation 1 supported, a roller slewing, a circular track with conical wheels, a ball track, a ball pin or a fluid plate - slideway can be used. To generate the rotational movement of the entire tower 2a with the rotor 13 opposite the foundation 1 The known azimuth drives are used. The rotor 13 ( 2 ) is according to the second embodiment, in contrast to the first embodiment on the truss tower 2a secured against rotation and takes the rotor hub 15 with the rotor 13 on. At the bottom of the truss tower 2a There is a frame for holding the machine house 12 with the torque transmission from the rotor 13 to the drivetrain and the electrical equipment. Since this torque transmission is not the subject of this invention, it will not be described in detail below.

In 3 ist ebenfalls nach dem zweiten Ausführungsbeispiel eine größere Windenergieanlage dargestellt. Letztere ist auf eine Höhenwindnutzung ausgerichtet, die bei 200 m über dem Standort beginnt.In 3 is also shown according to the second embodiment, a larger wind turbine. The latter is designed for high-altitude wind use, starting at 200 m above the site.

Wenn aus besonderen Gründen des Standortes oder des Klimas das Erfordernis besteht, in entsprechender Höhe des Turmes 2a einen zweiten Abspannring 3 anzuordnen, dann ist die entsprechende Anzahl weiterer, in der Länge entsprechend angepasster Abspannelemente 4 zu integrieren. Die festen Fundamente 8 sind in solchem Fall in der Form und Abmessung anzupassen, um die untere Verankerung zu gewährleisten. Diese so ausgelegte Windenergieanlage unterscheidet sich auch durch die ständige Bereitstellung eines geeigneten Servicekranes 18, der bei einer solchen Größenordnung der Nabenhöhe 17 und Leistung sowohl für den Aufbau als auch für den Service unverzichtbar ist, um hohen wirtschaftlichen Aufwand für mehrmaliges Mieten und Heranholen von geeignetem Großhebezeug zu vermeiden. Bei beiden Ausführungsbeispielen kann bei feststehenden Abspannelementen 4 die Drehbewegung der Gondel 21 oder des Turmes 2a ungehindert erfolgen. Die Abspannelemente 4 sollen sich unter Belastung nur minimal dehnen. Deshalb kommt der Einsatz von Drahtseilen nicht in Frage. Als Material für die Abspannelemente 4, also auch für jedes einzelne Abspannglied 4a, wird für beide Ausführungsbeispiele Walzstahl in höchster Festigkeit und in entsprechender Dimension und Gestaltung vorgesehen. Das obere Ende 6 des Abspannelementes 4 wird beim zweiten Ausführungsbeispiel nach der unteren Abbildung von 7 von unten in den Abspannring 3 eingeführt und über dem Abspannring 3 durch das Passglied 3d blockiert. Nach dem ersten Ausführungsbeispiel werden die Abspannelemente 4 in gleicher Weise mit dem nicht drehbaren Abspannring 3e verbunden. Die einzelnen Längen der Abspannglieder 4a werden mit dem Verbindungsglied 5 in wahlweise zweischnittiger Verbindung 20 oder in einschnittiger Verbindung 19 zusammengefügt. Bei der üblichen Gestaltung einer einschnittigen Verbindung ist nach DIN 18800-1; 2008-11 der Erhöhungsfaktor 1,2 zu berücksichtigen. Zur Verringerung dieser Einflussgröße wird die spezielle Gestaltung des Verbindungsgliedes in der dargestellten Form ausgeführt.If for special reasons of location or climate the requirement exists, in appropriate height of the tower 2a a second guy ring 3 to arrange, then the corresponding number of other, in length correspondingly adapted guy elements 4 to integrate. The solid foundations 8th In this case, they must be adapted in shape and dimension to ensure lower anchoring. This designed wind turbine also differs in the constant provision of a suitable service crane 18 that is at such a magnitude of hub height 17 and performance is indispensable for both the construction as well as for the service, in order to avoid high economic expenditure for repeated rents and picking up of suitable large lifting equipment. In both embodiments, with fixed guy elements 4 the rotational movement of the gondola 21 or the tower 2a unhindered. The guy elements 4 should stretch under load only minimally. Therefore, the use of wire ropes is out of the question. As material for the guy elements 4 So also for each individual guy 4a , For both embodiments rolled steel is provided in the highest strength and in the appropriate dimension and design. The upper end 6 of the guy element 4 is the second embodiment of the lower figure of 7 from below into the guy ring 3 inserted and over the guy ring 3 through the fitting member 3d blocked. According to the first embodiment, the guy elements 4 in the same way with the non-rotatable guy ring 3e connected. The individual lengths of the guy members 4a be with the link 5 in optional two-piece connection 20 or in a one-off connection 19 together. In the usual design of a one-off connection according to DIN 18800-1; 2008-11 the elevation factor 1.2 to be considered. To reduce this influence, the special design of the link in the illustrated form is performed.

Die Länge der Abspannglieder 4a und ihre Verbindungen bieten die Möglichkeit, mehrere Abspannglieder 4a zum gemeinsamen Transport auf Paletten gestapelt zu transportieren. Zur Stabilisierung der vertikalen Stellung des Turmes 2 oder 2a nach der Montage – noch nicht im Betriebszustand – werden alle Abspannelemente zweckmäßigerweise auf 30% ihrer Nennbetriebsbelastung vorgespannt. Je nach Wahl einer der bewährten Spannmethoden und -geräte erfolgt dies entweder zwischen zwei Spanngliedern 4a, am unteren Festpunkt des Fundamentes 8 oder am oberen Ende des Abspannelementes 4 am Abspannring 3e nach dem ersten Ausführungsbeispiel oder am Abspannring 3 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel.The length of the guy links 4a and their connections offer the possibility of multiple guy links 4a to be transported stacked on pallets for common transport. To stabilize the vertical position of the tower 2 or 2a After assembly - not yet in operation - all bracing elements are expediently pre-tensioned to 30% of their rated operating load. Depending on the choice of one of the proven clamping methods and devices, this is done either between two tendons 4a , at the lower fixed point of the foundation 8th or at the upper end of the guy element 4 at the guy ring 3e according to the first embodiment or the guy ring 3 according to the second embodiment.

Der empfohlene Abspannwinkel 9 führt am Ausführungsbeispiel zu den unteren Festpunkten im Fundament 8, die in ihrer Gesamtheit ringsum nicht außerhalb des Durchmessers des Rotors 13 liegen. Das Gelände zwischen diesen Fundamenten 8 kann bis auf eine Zufahrt und Arbeitsraum für Servicegeräte zum Maschinenhaus und Turmfundament 1 landwirtschaftlich bebaut oder genutzt werden. Der empfohlene Servicekran 18, insbesondere bei Höhenwindnutzung, wird auch zum Teiletausch (Rotorblatt nach Blitzschlag), zu Arbeiten vom Personalkorb aus und schließlich zum Rückbau nach Einsatzende dienen.The recommended guy angle 9 leads to the embodiment of the lower fixed points in the foundation 8th , in their entirety round not outside the diameter of the rotor 13 lie. The terrain between these foundations 8th except for an access and work space for service equipment to the machine house and tower foundation 1 farmed or used. The recommended service crane 18 , especially when using high altitude wind, will also be used for part replacement (rotor blade after lightning strike), for work from the personnel basket and finally for dismantling after the end of use.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Turmfundamenttower foundation
22
feststehender geschweißter Fachwerk-, Blech-, oder HybridturmFixed welded truss, sheet metal, or hybrid tower
2a2a
drehbarer geschweißter Fachwerk-, Blech-, oder Hybridturmrotatable welded truss, sheet metal, or hybrid tower
2b2 B
Turmvertikaletower Vertical
33
Abspannring mit feststehenden Abspannelementen 4 Tensioning ring with fixed guy elements 4
3a3a
vertikales PTFE-Lagervertical PTFE bearing
3b3b
horizontales PTFE-Lagerhorizontal PTFE bearing
3c3c
Wälzlagerroller bearing
3d3d
Passgliedregistration member
3e3e
mit dem Turm 2 fest verbundener nicht drehbarer Abspannringwith the tower 2 firmly connected non-rotatable guy ring
44
Abspannelementanchoring element
4a4a
Abspanngliedanchoring element
55
Verbindungsglied zwischen zwei Abspanngliedern 4a Link between two bracing members 4a
66
oberes Ende des Abspannelementes 4 upper end of the guy element 4
88th
Fundamente für die AbspannelementeFoundations for the guy elements
99
Abspannwinkel zur Vertikalen 2b Tension angle to the vertical 2 B
1010
Drehverbindung zwischen Fundament 1 und Turm 2a Rotary connection between foundation 1 and tower 2a
1111
Drehbewegung des Turms 2a Rotational movement of the tower 2a
1212
Maschinenhauspower house
1313
Rotor am Turmkopf (downwind)Rotor at the tower head (downwind)
1414
Schnittpunkt Nabenhöhe – Turmvertikale 2b – Abspannwinkel 9 Intersection hub height - tower vertical 2 B - Tension angle 9
1515
Rotornaberotor hub
1616
Rotorblattrotor blade
1717
Nabenhöhehub height
1818
Servicekrancrane service
1919
einschnittige Verbindung der Abspannglieder 4a one-sided connection of the bracing members 4a
2020
zweischnittige Verbindung der Abspannglieder 4a two-section connection of the bracing elements 4a
2121
drehbare Gondelrevolving gondola
2222
Drehverbindung zwischen Gondel 21 und Turm 2 Slewing connection between gondola 21 and tower 2

Claims (2)

Windenergieanlagenturm in geschweißter Stahlblech-, Fachwerk-, oder vorgespannter Hybridbauweise, der entweder fest mit dem Fundament (1) verbunden und an seinem oberen Ende die Gondel (21) mit dem Rotor 13 azimut drehbar ist oder der komplett azimut drehbar auf dem Fundament (1) angeordnet ist, und in beiden Ausführungen durch mehrere, vorzugsweise sechs Abspannelemente (4), im Boden verankert ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Turmvertikale (2b), die Nabenhöhe (17) und die Wirkungslinien der Abspannelemente (4) in einem gemeinsamen Punkt (14) schneiden und damit aus der Rotorkraft des Windes auf den Turm (2, 2a) Druckbeanspruchung und auf die Abspannelemente (4) Zugbeanspruchungen entstehen und die Abspannelemente (4) in ihrer notwendigen Gesamtlänge zur Minimierung ihrer Dehnung unter zunehmender Belastung aus massivem, hochfestem Walzstahl und beidseitig geschmiedeten Endstücken hergestellt werden, diese Endstücke mit ein- oder zweischnittigen Verbindungen (19, 20) durch Bolzen bis zum Erreichen der erforderlichen Gesamtlänge als komplettes Abspannelement (4) aus mehreren Abspanngliedern (4a) gefügt werden.Wind turbine tower in welded sheet steel, trussed or prestressed hybrid construction, either fixed to the foundation ( 1 ) and at its upper end the gondola ( 21 ) with the rotor 13 azimuth is rotatable or completely rotatable azimuth on the foundation ( 1 ) is arranged, and in both embodiments by a plurality, preferably six bracing elements ( 4 ) anchored in the ground, characterized in that the tower vertical ( 2 B ), the hub height ( 17 ) and the lines of action of the tension elements ( 4 ) in a common point ( 14 ) and thus from the rotor force of the wind on the tower ( 2 . 2a ) Compressive stress and on the tension elements ( 4 ) Tensile stresses arise and the guy elements ( 4 ) are made in their necessary overall length to minimize their elongation under increasing load of solid, high-strength rolled steel and end pieces forged on both sides, these end pieces with single or double-edged connections ( 19 . 20 ) by bolt until the required total length is reached as a complete guy element ( 4 ) of several bracing members ( 4a ). Windenergieanlagenturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abspannringe (3, 3e) am Umfang gleichmäßig verteilte Befestigungen für die oberen Enden der Abspannelemente (6) aufweisen und in der Ausführung mit dem Turm (2) der Abspannring (3e) fest mit dem Turm (2) verbunden und in der Ausführung mit dem azimut drehbaren Turm (2a) der Abspannring (3) an dem Turm (2a) horizontal drehbar und in der Höhe fixiert ist.Wind turbine tower according to claim 1, characterized in that the guy rings ( 3 . 3e ) on the circumference evenly distributed fasteners for the upper ends of the guy elements ( 6 ) and in the version with the tower ( 2 ) the guy ring ( 3e ) fixed to the tower ( 2 ) and in the version with the azimuth rotatable tower ( 2a ) the guy ring ( 3 ) on the tower ( 2a ) is horizontally rotatable and fixed in height.
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