DK200900200U3 - Tårnsegment samt arkemne til et tårnsegment - Google Patents

Description

i iDK 2009 00200 U3

Den foreliggende opfindelse angår overordnet et tårnsegment af typen med en rørformet form med en perifer væg, omfattende en åbning i den perifere væg for at tillade adgang til det indre af tårnet, hvor området omkring åbningen er forstærket for at kompensere for svækkelsen, som forårsages af åbningen.

Store vindturbinetårne er almindeligvis fremstillet af én eller flere rørformede rørsektioner. I det tilfælde, hvor tårnet er sammensat af mere end én tårnsektion, er de almindeligvis indbyrdes forbundet ved hjælp af boltning via flanger i enderne. Hver tårnsektion kan igen være sammensat af ét eller flere rørformede tårnsegmenter, der almindeligvis er dannet med en cirkulær tværsnitsfacon. De rørformede segmenter for hver tårnsektion kan have en højde på omkring 3 meter og er svejset til hinanden i et passende antal for at opnå den ønskede højde af tårnsektionen. De rørformede segmenter kan være cylindriske eller have en keglestubfacon og er fremstillet afflade stålplader, der er koldvalsede til den ønskede cylindriske eller koniske facon, og to korte sidekanter er svejset sammen med en vertikal stumpsøm.

I en nedre del af tårnet, nær et jord- eller vandniveau, er det almindeligvis forsynet med en åbning i form af en dør, der giver adgang til det indre af tårnet med henblik på reparation og vedligeholdelse af udstyret. For at kompensere for svækkelsen, der forårsages af døråbningen, er det almindelig praksis at forstærke området omkring døren på forskellige måder.

Én måde til forstærkning af området omkring døren er beskrevet i WO 06/050723 og angår tilvejebringelse af et specielt dørafsnit af stål, der er forsynet med en døråbning og har samme bredde som stå-larkemnet, men som har en forøget tykkelse i forhold til stålarkemnet. Dørafsnittet samt stålarkemnet er koldvalset separat til den præcise buede form og er derefter svejset sammen ved hjælp af stødsamlinger. Det vil sige, i dette tilfælde vil det rørformede segment være forsynet med mindst to vertikale stumpsømme. Dørafsnittet kan fortrinsvis have en variabel tykkelse for at tilvejebringe et overgangsafsnit med en gradvist varierende vægtykkelse mellem dørafsnittet og resten af tårnsegmentet. En ulempe ved denne løsning er, at det er tidsforbrugende 2 2DK 2009 00200 U3 at fremstille et rørformet segment på denne måde på grund af flere fremstillingstrin og den udprægede svejsning, som er nødvendig.

En anden måde til forstærkning af et tårnsegment forsynet med en døråbning er beskrevet i US 2007/0148004. I dette dokument skæres der en åbning i tårnsegmentet, hvor denne åbning er større end den faktiske dør. Efterfølgende indsættes et strukturelt element fremstillet af et svejsbart støbemateriale, såsom støbejern, i døråbningen og svejses til tårnsegmentet. Det strukturelle element er dannet som en ring med en ydre facon, der svarer til åbningen i tårnsegmentet, og en indre facon, der svarer til den respektive dør. Det strukturelle element har fortrinsvis en variabel tykkelse i tværsnit. Én ulempe ved et sådant tårnsegment er, at det er tidsforbrugende at placere det strukturelle element i døråbningen og svejse det til tårnsegmentet. Det kan derudover være problematisk at svejse valset stål og støbestål til hinanden, og et strukturelt element af støbestå! er også dyrt at fremstille.

I lyset af ovenstående er et formål med opfindelsen at tilvejebringe et tårnsegment samt et arkemne til fremstilling af et tårnsegment. Det er navnlig et formål at tilvejebringe et tårnsegment samt et arkemne til fremstilling af en tårnsektion, ved hjælp af hvilke en forstærkning omkring en åbning af tårnsegmentet kan laves let og billigt. I det mindste dette formål kan opnås ved hjælp af et tårnsegment og et arkemne ifølge henholdsvis krav 1 og 11.

Opfindelsen er i forlængelse heraf baseret på den indsigt, at dette formål kan opnås ved at danne tårnsegmentet af et stålarkemne, som er dannet ud i ét med et afsnit, som har en forstørret materialetykkelse. Arkemnet er dannet som en rektangel eller et aflangt ark med henholdsvis en længde- og en breddedimension med to lange kanter og to korte kanter og afsnittet med en forstørret materialetykkelse strækkende sig over bredden af arkemnet fra den ene lange kant til den anden. Afsnittet, som har en forstørret materialetykkelse, kan valgfrit være dannet tilstødende én af de korte kanter eller ved et mellemliggende afsnit af arkemnet.

Et stålarkemne med et afsnit, som har en forstørret materialetykkelse, kan fortrinsvis være dannet ved hjælp af varmvalsning i et 3 3DK 2009 00200 U3 valseværk. Det er imidlertid ikke udelukket, at den forstørrede materialetykkelse kan være dannet pa andre passende måder.

Efter dannelse af arkemnet med et afsnit med forstørret tykkelse krummes arkemnet til en ønsket facon ved at bøje arkemnet langs 5 dets længdedimension, således at de to korte kanter mødes. Ved svejsning af de to korte kanter til hinanden ved hjælp af en vertikal svejsesøm, fikseres faconen af tårnsegmentet. Tårnsegmentet er normalt dannet med et cirkulært tværsnit, men andre faconer, såsom et ovalt tværsnit, kan være tænkelige. Tårnsektionen kan derudover være dan-10 net som en cylindrisk facon, i hvilket tilfælde arkemnet er dannet præcist rektangulært eller i det mindste med de lange kanter samt de korte kanter i det væsentlige parallelle med hinanden eller for at danne en keglestub, i hvilket tilfælde de korte kanter ikke er parallelle med hinanden. Bøjningen af arkemnet til den ønskede facon kan fortrinsvis udfø-15 res ved hjælp af koldvaisning.

Åbningen i det forstørrede materialeafsnit kan valgfrit være udformet i stålarkemnet, før det formgives til den rørformede form eller efter bøjning af arkemnet til den rørformede form. Skæringen af åbningen kan udføres på mange forskellige måder, såsom ved hjælp af skæ-20' rebrænding, laserskæring eiler vandstråleskæring.

Afsnittet med forstørret tykkelse kan valgfrit være dannet sådan, at fortykkelsen vil være til stede på ydersiden, på indersiden eller på begge sider af væggen af den færdige tårnsektion. Det foretrækkes overordnet, at fortykkelsen vil befinde sig på indersiden, i hvilket tilfæl-25 de ydersideoverfladet af tårnsegmentet kan blive gjort flugtende med ydersideoverfladerne af tilstødende tårnsegmenter.

Afsnittet med forstørret tykkelse af tårnet kan for en enkelt døråbning dække en vinkelsektor på mellem 40 til 80°, fortrinsvis mellem 50 til 70° og mest foretrukket omkring 60° af omkredsen af tårn-30 segmentet. I forhold til arkemnet kan afsnittet med forstørret tykkelse være 10-20%, fortrinsvis 12-18% og mest foretrukket omkring 15% af den totale længde af arkemnet. Tårnet kan imidlertid omfatte mere end én åbning gennem kappevæggen. Ud over en døråbning, der tillader adgang for personale til det indre af tårnet, kan det f.eks. også omfatte 4 4DK 2009 00200 U3 åbninger til eksempelvis kabelgennemgang eller lignende. I sådanne tilfælde er det fordelagtigt at placere åbningerne tilstødende hinanden, og afsnittet med forstørret tykkelse kan under alle omstændigheder dække en vinkelsektor på op til 90° eller endda 180°. Afsnittet med forstørret tykkelse støder fortrinsvis på hver side op til en overgangszone med en gradvist ændrende tykkelse, således at en jævn overgang opnås mellem afsnittet med forstørret tykkelse og afsnittene af væggen, som har en almindelig materialetykkelse. Dette overgangsafsnit kan have en gradvist ændrende tykkelse fra 1:3 ti! 1:5 eller omkring 1:4 i forhold til tykkelsen i forhold til længden i den rundtgående retning af tårnsegmentet. Overfladen af overgangszonen må imidlertid ikke være flad, men kunne f.eks. være buet konvekst og/eller konkavt. En overgangszone kan være arrangeret ved hver sideværts side samt ved den øvre og den nedre side med henblik på jævn overgang også i forhold til vægtykkelserne af det øvre tårnsegment og en nedre monteringsbase.

Ved hjælp af et arkemne og et tårnsegment ifølge opfindelsen er det muligt at lette arrangementet af en forstærkning i området omkring en åbning eller dør i tårnsegmentet i forhold til den kendte teknik. Forstærkningen arrangeres samtidig med dannelsen af arkemnet, hvilket har den virkning, at yderligere fremstillingstrin ikke behøver at blive udført for at opnå forstærkningen. Det eneste krav er en mere avanceret formgivning af arkemnet, f.eks. ved hjælp af varmvalsning. En sådan formgivning er imidlertid inden for mulighederne i den kendte teknik.

Selv om opfindelsen herefter beskrives og illustreres i forhold tii en landbaseret vindturbine, skal det forstås, at opfindelsen lige såvel kunne anvendes til offshorevindturbiner.

Andre formål, træk og fordele ved den foreliggende opfindelse vil fremgå af den følgende detaljerede beskrivelse, af de vedføjede krav samt af tegningen.

Alle udtryk anvendt i kravene skal generelt forstås ifølge deres almindelige betydning inden for det tekniske område, medmindre det eksplicit er defineret på anden måde heri. Alle referencer til "et/en/-et/-en (element, indretning, komponent, midler, trin osv.)" skal forstås 5 5DK 2009 00200 U3 åbent som henvisende til mindst én af nævnte element, indretning, komponent, midler, trin osv., medmindre der eksplicit skrives andet. Trinnene af enhver fremgangsmåde beskrevet heri behøver ikke at udføres i den nøjagtige beskrevne rækkefølge, medmindre det eksplicit skrives.

Ovenstående samt yderligere formål, træk og fordele ved den foreliggende opfindelse vil blive bedre forstået ved hjælp af den følgende illustrative og ikke-begrænsende detaljerede beskrivelse af foretrukne udførelsesformer for den foreliggende opfindelse med henvisning til den vedføjede tegning, hvor ens henvisningstal anvendes til lignende elementer, hvor: fig. 1 diagrammatisk illustrerer en offshorevindturbine i et billede set forfra, fig. 2 diagrammatisk illustrerer en perspektivbillede af et tårn-segment ifølge opfindelsen, fig. 3 diagrammatisk illustrerer et billede set ovenfra af et arkemne til formgivning af et tårnsegment ifølge fig. 2, og fig. 4 diagrammatisk illustrerer en alternativ udførelsesform for et arkemne ifølge fig. 3.

Der henvises først til fig. 1, hvor en landbaseret vindturbine er illustreret i et billede set forfra. I dette tilfælde er et tårn af vindturbinen placeret på en fundering 1, der befinder sig i en afstand underjordoverfladen 2. Overjordoverfladen omfatter vindturbinen en nedre tårnsektion 3, en øvre tårnsektion 4, en nacelle 5 og rotorblade 6, hvor den nedre tårnsektion 3 er forbundet til en monteringsbase 7, der er fastgjort til funderingen 1.

Hver tårnsektion 3, 4 er rørformet med perifere vægge af stål og er sammensat af flere rørformede tårnsegmenter, der er svejset sammen ende ved ende. De er begge også en smule keglestubformede, hvor den nedre tårnsektion 3 er mere konisk end den øvre 4.

En kort afstand overjordoverfladen 2 er tårnet forsynet med en døråbning 8 gennem kappevæggen for at tillade adgang til tårnets indre. På indersiden er tårnet forsynet med ikke viste stiger, ved hjælp af hvilke det er muligt at nå nacellen 5 ved toppen med henblik på at ud- 6 6DK 2009 00200 U3 øve vedligeholdelse og reparation af udstyret.

Der refereres herefter til fig. 2-4 i kombination. I fig. 2 er der illustreret et nedre tirnsegment 9 af den nedre tårnsektion 3, omfattende døråbningen 8. For at forstærke tårnsegmentet og kompensere for svækkelsen, som forårsages af åbningen, der er lavet gennem kappevæggen 10, er tårnsegmentet dannet med et afsnit 11, som har en forstørret materialetykkelse i området omkring åbningen. Ifølge opfindelsen er afsnittet 11 med forstørret tykkelse dannet integreret med resten af tårnsegmentet 9 som ét enhedsstykke, det vil sige, der anvendes et enkelt stålark til hele segmentet. Mere nøjagtigt er tårnsegmentet fremstillet af et stålarkemne 12, som er illustreret set ovenfra af arkemnet i fig. 3, og som er varmvalset i et valseværk for at have et afsnit 11 med forstørret tykkelse, der buler udad ved den ene side af arkemnet. Under formgivningen af tårnsegmentet 9 bøjes arkemnet 12 ved hjælp af koldvalsning til en rørformet facon, se fig. 2, og to korte kanter 13, 13' af arkemnet er svejset til hinanden for at danne en vertikal svejsesøm 14. To lange kanter 15, 15' vil danne endekanterne af det færdige tårnsegment 9, som skal svejses til tilstødende tårnsegmenter med henblik på dannelse af den nedre tårnsektion 3.

I udførelsesformen illustreret i fig. 2 er arkemnet buet, således at afsnittet 11 med forstørret tykkelse buler udad. Det skal imidlertid forstås, at arkemnet 12 også kan krummes således, at afsnittet med forstørret tykkelse buler indad. Dette kunne være en fordel, siden det her vil være muligt at svejse tilstødende tårnsegmenter til en øvre og, når det er passende, en nedre kant af tårnsegmentet 9, som er forsynet med åbningen 8, således at de ydre overflader af tårnsegmenterne vil flugte med hinanden.

For at opnå en blød overgang mellem afsnittene af arkemnet og tårnsegmentet, som har en almindelig tykkelse TI, og afsnittet 11 med forstørret tykkelse, som har en forstørret tykkelse T2, er der på hver side af afsnittet 11 med forstørret tykkelse dannet en overgangszone 16, som har en gradvist sig ændrende tykkelse. På denne måde undgås en pludselig tykkelsesændring, som kunne give anledning til en spændingsforøgelse, som kunne forårsage et brud under tung last. En over- 7 7DK 2009 00200 U3 gangszone 17 ved en gradvist sig ændrende tykkelse er også dannet på den øvre samt den nedre side af afsnittet 11 med forstørret tykkelse tilstødende de to lange kanter 15, 115'. Dette tillader en jævn overgang også i forhold til vægtykkelserne af et ikke vist øvre tårnsegment og den nedre monteringsbase 7. Materialetykkelsen af overgangszonerne 16 og 17 ændres gradvist med 1:3 til 1:5 eller fortrinsvis omkring 1:4 i forhold til tykkelsesændringen i forhold til længden i den rundtgående retning af tårnsegmentet.

Ifølge en alternativ udførelsesform, som er illustreret i fig. 4, kan afsnittet 11 med forstørret tykkelse være fremstillet til at bule udad samt indad. I dette tilfælde vil overgangszoner 16 og 17 blive dannet både ved den indre og den ydre overflade af tårnsegmentet. En fordel ved et sådant design er, at overgangszonerne 16 og 17 kan gøres kortere med fastholdt hældning af tårnsegmentoverfladen.

I udførelsesformerne ifølge 3 og 4 er afsnittet 11 med forstørret tykkelse placeret i et mellemliggende afsnit, mere præcist i midten af hvert stålarkemne 12. Det skal imidlertid forstås, at afsnittet med forstørret tykkelse også kunne være placeret usymmetrisk i forhold til arkemnet, f.eks. tilstødende en af de korte kanter 13, 13'.

Den foreliggende opfindelse kan udøves ved hjælp af én eller flere af de følgende fremgangsmåder:

Fremgangsmåde 1. En fremgangsmåde til fremstilling af et tårnsegment af typen med en rørformet form med en perifer væg og omfattende en åbning til at tillade adgang til det indre af tårnet, omfattende trinnene: at danne et arkemne i ét enhedsstykke, således at det vil have en forstørret materialetykkelse i et afsnit, der strækker sig fra den ene lange kant til den anden af arkemnet, at skære en åbning gennem væggen i afsnittet, som har en forstørret tykkelse, at formgive arkemnet til en rørformet facon, således at to korte kanter af arkemnet placeres tilstødende hinanden, og at svejse de to korte kanter af arkemnet sammen. Fremgangsmåde 2. En fremgangsmåde omfattende trinnene DK 2009 00200 U3 8 ifølge fremgangsmåde 1 og yderligere omfattende et trin til formgivning af arkemnet ved hjælp af valsning.

Fremgangsmåde 3. En fremgangsmåde svarende til den foregående fremgangsmåde 2 og omfattende det yderligere trin formgivning af 5 arkemnet ved hjælp af koldvalsning.

Fremgangsmåde 4. En fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de forudgående fremgangsmåder 1-3 omfattende det yderligere trin formgivning af arkemnet med en overgangszone mellem afsnittet med forstørret tykkelse og et afsnit en almindelig materialetykkelse, 10 hvor overgangszonen har en gradvist ændrende tykkelse.

Opfindelsen er ovenfor hovedsageligt blevet beskrevet med henvisning til enkelte udførelsesformer. Som det let kan forstås af en fagmand, er andre udførelsesformer end de, som er beskrevet ovenfor, imidlertid tilsvarende mulige inden for bredden af opfindelsen som defi-15 neret af de vedføjede krav.

Claims (13)

1. Tårnsegment (9) af typen med en rørformet form med en perifer væg, omfattende en åbning (8) i den perifere væg (10) for at tillade adgang til det indre af tårnet, hvor området omkring åbningen er forstærket for at kompensere for svækkelsen, som forårsages af åbningen, og hvor tårnsegmentet er fremstillet af et arkemne (12), som er dannet i ét enhedsstykke med et afsnit (11), der har en forstørret materialetykkelse (T2) i området omkring åbningen (8).

2. Tårnsegment ifølge krav 1, hvor afsnittet (T2) med forstørret tykkelse er arrangeret på indersiden af tårnsegmentet (9).

3. Tårnsegment ifølge krav 1, hvor afsnittet (T2) med forstørret tykkelse er arrangeret på ydersiden af tårnsegmentet (9).

4. Tårnsegment ifølge krav 1, hvor afsnittet (T2) med forstørret tykkelse er arrangeret på indersiden samt på ydersiden af tårnsegmentet (9).

5. Tårnsegment ifølge et hvilket som helst af de forudgående krav, hvor afsnittet (T2) med forstørret tykkelse dækker en vinkelsektor på mellem 40 til 80° af tårnsegmentomkredsen.

6. Tårnsegment ifølge et hvilket som helst kravene 1-4, hvor afsnittet (T2) med forstørret tykkelse dækker en vinkelsektor på mellem 50 til 70° af tårnsegmentomkredsen.

7. Tårnsegment ifølge et hvilket som helst af de forudgående krav, hvor afsnittet (T2) med forstørret tykkelse er arrangeret ved et mellemliggende område af et arkemne, af hvilket tårnsegmentet (9) er dannet.

8. Tårnsegment ifølge et hvilket som helst af kravene 1-6, hvor afsnittet (T2) med forstørret tykkelse er arrangeret tilstødende en kort kant (13, 13') af arkemne (12), af hvilket tårnsegmentet (9) er dannet.

9. Tårnsegmenet ifølge et hvilket som helst af de forudgående krav, hvor en overgangszone (16, 17) mellem afsnittet (T2) med forstørret tykkelse og et afsnit med en almindelig materialetykkelse (TI) er dannet med en gradvist sig ændrende tykkelse.

9 9DK 2009 00200 U3

10. Tårnsegment ifølge krav 9, hvor materialetykkelsen af overgangszonen (16, 17) gradvist ændres fra 1:3 til 1:5 i forhold til tykkel- 10 10DK 2009 00200 U3 sen i forhold til længden i den rundtgående retning af tårnsegmentet (9).

11. Arkemne (12) til et tårnsegment (9), omfattende to lange kanter (15, 15') og to korte kanter (13, 13'), hvor det er dannet med en forstørret materialetykkelse (T2) i et afsnit, der strækker sig mellem de lange kanter (15, 15').

12. Arkemne ifølge krav 11, hvor afsnittet (T2) med forstørret tykkelse befinder sig ved et mellemliggende område af arkemnet (12).

13. Arkemne ifølge krav 11, hvor afsnittet (T2) med forstørret tykkelse befinder sig tilstødende en kort kant (13, 13') af arkemnet (12)

14. Arkemne ifølge et hvilket som helst af kravene 11-13, hvor afsnittet (T2) med forstørret tykkelse udgør mellem 10% og 20% af den totale længde af arkemnet (12).

15. Arkemnet ifølge et hvilket som helst af kravene 11-13, hvor afsnittet (T2) med forstørret tykkelse udgør mellem 12% og 18% af den totale længde af arkemnet (12).

16. Arkemne ifølge et hvilket som helst af kravene 11-15, hvor en overgangszone (16, 17) mellem afsnittet (T2) med forstørret tykkelse og et afsnit med en almindelig materialetykkelse (TI) er dannet med en gradvist ændrende tykkelse.

17. Arkemne ifølge krav 16, hvor materialetykkelsen af overgangszonen (16, 17) gradvist ændres fra 1:3 til 1:5 i forhold til tykkelsen i forhold til længden i den langsgående retning af arkemnet. DK 2009 00200 U3 1/2

DK 2009 00200 U3 2/2

13 15 / S 16 17 11 16V V j v* J Γ )"\ ' t T

t ? h/nj 16 17 8 16