PL202716B1

PL202716B1 - Sposób budowy fundamentu konstrukcji zawierającej wiele segmentów, zwłaszcza budowy wieży turbiny wiatrowej, pal podporowy oraz segment fundamentowy stosowane w tym sposobie

Info

Publication number: PL202716B1
Application number: PL368454A
Authority: PL
Inventors: Aloys Wobben
Original assignee: Aloys Wobben
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2009-07-31
Also published as: EP1442175B1; DE10226996A1; US7900406B2; PT1442175E; MA26339A1; JP3966857B2; ES2310219T3; AU2002362779B2; DK1442175T3; CA2463253C; US7614200B2; MXPA04003343A; JP2005515321A; DE50212584D1; PL368454A1; KR20040037263A; BR0213161A; EP1442175A1; CA2463253A1; ATE403043T1

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu budowy fundamentu konstrukcji zawierającej wiele segmentów, zwłaszcza budowy wieży turbiny wiatrowej, pala podporowego oraz segmentu fundamentowego stosowanych w tym procesie budowy fundamentu.

Konstruowanie fundamentów stabilnych w sposób trwały jest przy wielkich konstrukcjach niezwykle ważne. Szczególnie w przypadku wieży turbiny wiatrowej, która może mieć wysokość ponad 100 m i podczas pracy jest poddawana działaniu ogromnych sił, fundamenty muszą spełniać wysokie wymagania.

Fundamenty turbiny wiatrowej często budowane są w ten sposób, że najpierw w dole fundamentowym tworzy się dolną warstwę nośną, czyli warstwę podstawową cementu lub betonu możliwie najdokładniej poziomą. Następnie na segmencie fundamentowym to jest na najniższym segmencie wieży, składającej się z wielu segmentów, montuje się pale podporowe, za pomocą których segment fundamentowy jest posadowiony na dolnej warstwie nośnej. W celu skompensowania wszelkich nierówności w dolnej warstwie nośnej oraz ustawienia segmentu nośnego możliwie najdokładniej poziomo, pale podporowe mogą być przykręcane do dolnej strony segmentu fundamentowego na zmienną głębokość, przy czym pale podporowe są w tym celu nagwintowane, przynajmniej w górnej sekcji, w rejonie dolnej strony segmentu fundamentowego.

Były przypadki, w których pale podporowe zagłębiały się albo w dolną warstwę nośną albo odrywały się od spodu segmentu fundamentowego z powodu ogromnych poprzecznych obciążeń wywieranych na pale podporowe przez segment fundamentowy, który może ważyć od 10 do 14 ton. Powodowało to przewracanie się segmentu fundamentowego. Oprócz niebezpieczeństwa, na jakie narażone były osoby zatrudnione przy konstrukcji fundamentu, prowadziło to nie tylko do opóźnień, ale również powodowało dodatkowe koszty usuwania szkód.

Z opisu patentowego DE 12 55 992 znana jest podpora zł o ż onej z segmentów ściany fundamentowej zaopatrzona w płytę podporową, na której zamontowany jest jeden lub dwa segmenty podpory możliwe do wzajemnego teleskopowego przykręcenia-wpasowania i końcowa płyta podpierająca to obciążenie. Te dwa segmenty podpory, które mogą być teleskopowo przykręcone ze sobą są rurami, płyta końcowa posiada otwór przelotowy pasujący do średnicy rury, a w płycie podstawy wykonany jest otwór przelotowy na śrubę fundamentową, współosiowy ze średnicą rury.

Z opisu patentowego DE 546 447 znana jest podstawa do masztów mająca wiele filarów podporowych usytuowanych wokół masztu.

Celem wynalazku jest więc uzyskanie: sposobu budowy fundamentu dla takiej konstrukcji zawierającej wiele segmentów, w szczególności do turbiny wiatrowej; ulepszonego pala podporowego; odpowiedniego segmentu fundamentowego otrzymując elektrownię wiatrową, w której powyżej wspomniane problemy nie występują.

Cel ten został osiągnięty za pomocą sposobu budowy fundamentu konstrukcji zawierającej wiele segmentów, zwłaszcza budowy wieży turbiny wiatrowej zawierający następujące etapy:

a) wykopuje się dół fundamentowy,

b) w dole fundamentowym tworzy się trwałą, zasadniczo równą i poziomą dolną warstwę nośną,

c) umieszcza się segment fundamentowy konstrukcji na dolnej warstwie nośnej stosując pale podporowe,

d) tworzy się wzmocnienia na dolnej warstwie nośnej,

e) napełnienia się masą fundamentową pozostałą część dołu fundamentowego w szczególności betonem, do poziomu powyżej dolnej krawędzi segmentu fundamentowego, który to sposób charakteryzuje się tym, że stosuje się co najmniej trzy pale podporowe, o regulowanej wysokości, które przed wykonaniem etapu c), rozmieszcza się i przymocowuje na stałe do segmentu fundamentowego za pomocą odpowiedniego wspornika podporowego zamocowanego przy końcu pali podporowych w taki sposób, że tylko pale podporowe umieszcza się na płytach podporowych (14) w zadanych punktach dolnej warstwy nośnej, przy czym pal podporowy zawiera zewnętrzną rurę oraz wspornik podporowy przy jednym końcu pala podporowego, który to wspornik podporowy posiada pręt przesuwalny wewnątrz rury zewnętrznej, dolną płytę przymocowaną do rury zewnętrznej i górną płytę przymocowaną do pręta, przy czym płyty dolna i górna są połączone za pomocą co najmniej jednego nagwintowanego pręta służącego do zmiany odstępu pomiędzy tymi dwoma płytami, zaś druga płyta jest połączona na stałe z elementem, który ma być podpierany.

PL 202 716 B1

Korzystnie, każdy z pali podporowych jest za pomocą płyt podporowych przymocowany do kołnierza umieszczonego od spodu segmentu fundamentowego.

Korzystnie, jest, gdy nastawianie wysokości pali podporowych, z których każdy posiada wewnętrzny nagwintowany pręt, odbywa się za pomocą urządzenia do nastawy wysokości usytuowanego przy dolnym końcu pali podporowych na przeciwko dolnej warstwy nośnej.

Każdy pal podporowy montuje się korzystniej na kołnierzu przy górnej krawędzi segmentu fundamentowego.

Pale podporowe przechodzą korzystnie przez oczka na dolnej krawędzi segmentu fundamentowego i wchodzą do segmentu fundamentowego.

Korzystnie, pozostałą część dołu fundamentowego napełnia się masą fundamentową najpierw lejąc masę fundamentową aż osiągnięta zostanie w przybliżeniu dolna krawędź segmentu fundamentowego, a następnie dokonuje się ewentualnie nastawy wysokości położenia segmentu fundamentowego i pozostałą część dołu fundamentowego napełnia się masą fundamentową.

Punkty dolnej warstwy nośnej w rejonie płyty bazowej korzystnie wzmacnia się mechanicznie.

Korzystnie, przez otwory w ścianach bocznych segmentu fundamentowego przeplecione jest wzmocnienie i pozostałą część dołu fundamentowego napełnia się masą fundamentową do takiego poziomu, że otwory pokryte są masą fundamentową.

Korzystnie, w celu nastawy wysokości wsporników podporowych mierzy się bieżącą wartość wysokości poszczególnych wsporników podporowych za pomocą odpowiednich przyrządów pomiarowych, w szczególności optycznych przyrządów pomiarowych.

W celu nastawy wysokości wsporników podporowych, z nadajnika usytuowanego we wnętrzu segmentu fundamentowego, korzystnie wysyła się poziomo skierowany sygnał pomiaru wysokości, w szczególnoś ci wią zkę ś wiatł a, do wsporników podporowych wyposaż onych w odpowiadają ce im czujniki, zwłaszcza czujniki optyczne, przy czym sygnał z każdego czujnika zawiera informację o nastawionej wysokości wspornika podporowego, którą to wysokość nastawia się w zależności od sygnału z czujnika.

Wysokość wsporników podporowych korzystnie ustawia się za pomocą sterowanego napędu, przy czym do sterowania analizuje się sygnały z czujników.

Według wynalazku, pal podporowy, stosowany w procesie budowy fundamentów konstrukcji zawierającej wiele segmentów, w szczególności wieży elektrowni wiatrowej, charakteryzuje się tym, że zawiera zewnętrzną rurę oraz wspornik podporowy przy jednym końcu pala podporowego, zaś wspornik podporowy posiada pręt przesuwalny wewnątrz rury zewnętrznej, dolną płytę przymocowaną do rury zewnętrznej i górną płytę przymocowaną do pręta, przy czym płyty dolna i górna są połączone za pomocą co najmniej jednego nagwintowanego pręta służącego do zmiany odstępu pomiędzy tymi dwoma płytami, zaś górna płyta jest połączona na stałe z segmentem fundamentowym, który ma być podpierany.

Pal podporowy korzystnie zawiera płytę bazową na końcu pala podporowego przeciwległego względem wspornika podporowego.

Korzystnie pal podporowy zawiera napęd, zwłaszcza napęd hydrauliczny albo pneumatyczny, w celu nastawy wysokości wspornika podporowego.

Korzystniej pal podporowy zawiera czujnik, w szczególności czujnik optyczny, usytuowany na wsporniku podporowym w celu przyjmowania sygnałów i wytwarzania sygnału zawierającego informację o nastawionej wysokości wspornika podporowego.

Czujnik posiada korzystnie szereg elementów czujnikowych usytuowanych wzdłuż pala podporowego.

Według wynalazku segment fundamentowy do konstrukcji zawierającej wiele segmentów, zwłaszcza do wieży turbiny wiatrowej charakteryzuje się tym, że co najmniej trzy, o regulowanej wysokości pale podporowe są rozmieszczone i na stałe przymocowane do segmentu fundamentowego za pomocą odpowiedniego wspornika podporowego zamontowanego przy końcu pala podporowego, celem umieszczenia segmentu fundamentowego na płytach podporowych na dolnej warstwie nośnej w dole fundamentowym, ponadto w ścianie bocznej segmentu fundamentowego znajdują się otwory, w szczególności rząd otworów obwodowych, przez które przechodzi stal zbrojeniowa w celu ustanowienia mechanicznego połączenia tego wzmocnienia z segmentem fundamentowym.

Wynalazek jest oparty na świadomości, że problemy z dotychczasowymi sposobami są do uniknięcia, o ile pale podporowe nie są przykręcane bezpośrednio do dolnej części segmentu, ale zamiast tego przymocowane na stałe do różnych punktów segmentu fundamentowego za pomocą wsporników podporowych, na przykład w postaci płyty podporowej zanim segment fundamentowy

PL 202 716 B1 zostanie położony na dolnej warstwie nośnej. Na palach podporowych przewidziane są środki do przestawiania w pionie, ale w innych miejscach niż dotąd, a wysokość segmentu jest regulowana za pomocą wkręcania pali podporowych w spód segmentu fundamentowego. Wsporniki podporowe dostarczają segmentowi fundamentowemu znacznie większej powierzchni podporowej na palach podporowych, poprawiając w istotny sposób rozłożenie obciążenia. Oznacza to, że nie wystąpią wyboczenia nagwintowanego pala na spodzie segmentu fundamentowego.

Aby zapobiec zagłębianiu się pala podporowego w dolną warstwę nośną, wynalazek przewiduje wzmocnienie tych punktów, w których pale podporowe utrzymujące segment fundamentowy są posadowione na dolnej warstwie nośnej. Punkty te mogą zostać wzmocnione na większej powierzchni za pomocą wbudowania (dodatkowych) mat wzmacniających i/lub wprowadzając lokalne wzmocnienia, na przykład wykonując dolną warstwę nośną wyższą w założonych punktach. Alternatywą albo dodatkowym środkiem może być zastosowanie płyt podporowych. Mogą one zostać położone na dolnej warstwie nośnej w założonych miejscach, tak aby mogły na nich zostać umieszczone pale podporowe albo są one montowane na palu podporowym na jego przeciwległym końcu niż wspornik podporowy.

Po posadowieniu segmentu fundamentowego z palami podporowymi na tych punktach albo na płycie podporowej i po pionowym przesunięciu celem zniwelowania różnic wysokości, wypełnia się resztę dołu fundamentowego masą fundamentową, na przykład betonem, jednym lub wieloma etapami napełniania, przy czym masę fundamentową wlewa się dotąd, aż osiągnie poziom powyżej niższej krawędzi segmentu fundamentowego, przez co uzyskuje się trwały fundament. Dzięki tej trwałej podporze segmentu fundamentowego nie wystąpią problemy, jakie pojawiają się podczas procesów zalewania znanych ze stanu techniki, w szczególności zmiany pozycji segmentu fundamentowego podczas napełniania go masą fundamentową.

W korzystnej postaci każ dy z pali podporowych jest za pomocą pł yt podporowych przymocowany do kołnierza zamontowanego do spodu fundamentu. Płyty podporowe są korzystnie przykręcone do kołnierza. Umożliwia to szczególnie dobre położenie i podparcie segmentu fundamentowego na palu podporowym.

W alternatywnym wykonaniu każ dy z pali podporowych jest przymocowany do koł nierza wokół górnej krawędzi segmentu fundamentowego. W tym celu korzystnie jest, aby wspornik podporowy na górnym końcu pala podporowego był ustawiony [skonfigurowany] w taki sposób, że może być trwale przymocowany do kołnierza, na przykład przykręcony do kołnierza. W celu zapewnienia bezpiecznego podparcia segmentu fundamentowego, korzystnie jest, aby w takiej konfiguracji pale podporowe przechodziły przez oczka przymocowane do dolnej krawędzi segmentu fundamentowego i przebiegały wewnątrz segmentu fundamentowego.

W końcowym etapie, według tego sposobu, napełnia się dół fundamentowy masą fundamentową w pojedynczym nalewaniu. W korzystnej wersji, szczególnie, gdy pale podporowe są skonfigurowane jak właśnie opisano, pozostała część dołu fundamentowego może również zostać napełniona w dwóch etapach. W pierwszym etapie dół fundamentowy nape ł nia się masą fundamentową w przybliżeniu do poziomu dolnej krawędzi segmentu fundamentowego. Można następnie przeprowadzić każde potrzebne pionowe przesunięcie segmentu fundamentowego, w celu wyrównania przesunięć położenia segmentu fundamentowego, jakie wynikły podczas pierwszego etapu nalewania i ustawić jego położenie możliwie najdokładniej poziomo. W tym celu pale podporowe posiadają środki przesuwania pionowego w sekcji, która w tym momencie oczywiście jeszcze nie została napełniona masą fundamentową. W końcu, gdy segment fundamentowy został już pionowo wyrównany, pozostała część dołu fundamentowego może zostać napełniona aż osiągnięty zostanie wymagany poziom masy fundamentowej.

W innym wykonaniu według wynalazku, pozostałą część doł u fundamentowego napełnia się masą fundamentową do takiej wysokości, że otwory w ścianach bocznych segmentu fundamentowego są pokryte, masa fundamentowa wlewa się również do pustego wnętrza segmentu fundamentowego.

W korzystnym wykonaniu, wokół obwodu segmentu fundamentowego przewidzianych jest szereg otworów w równej odległości od spodu segmentu fundamentowego. Przez te otwory przeplecione są druty wzmocnieniowe celem utworzenia mechanicznego połączenia pomiędzy fundamentem a sekcją fundamentową .

Innymi słowy, masę fundamentową nalewa się nie tylko w rejon segmentu fundamentowego, ale również do wnętrza pustego segmentu fundamentowego, aby wspomniany segment fundamentowy nie był narażony na działanie sił poprzecznych wynikających z nalewania masy fundamentowej w rejony zewnętrzne, co z kolei może prowadzić do zmiany położenia segmentu fundamentowego

PL 202 716 B1 podczas nalewania masy fundamentowej. Dzięki temu, że masa fundamentowa jest nalewana również do wnętrza segmentu fundamentowego, pozostaje on w swym położeniu i nie może się przechylić ani zmienić swego położenia z powodu masy fundamentowej nalewanej do rejonu zewnętrznego.

Pionowe przesunięcie pali podporowych korzystnie przewidziane jest przy ich dolnym końcu naprzeciwko dolnej warstwy nośnej. Może to być zrealizowane na przykład za pomocą nastawnej nakrętki. Korzystnie, pal podporowy posiada do takiego pionowego przesuwania wewnętrzny nagwintowany pręt.

W pewnej korzystnej postaci sposobu wedł ug wynalazku przewidziane są ś rodki do pomiaru bieżącego pionowego ustawienia poszczególnych wsporników podporowych. Uzyskuje się to za pomocą optycznych środków pomiarowych, takich jak środki pomiarowe, które przesyłają zogniskowaną wiązkę laserową w kierunku poziomym, z odpowiadającymi czujnikami zamontowanymi na wspornikach podporowych. Czujniki te wytwarzają sygnał zawierający informację o bieżącej wysokości wspornika podporowego umożliwiając pionową nastawę tak, aby segment fundamentowy został ustawiony poziomo. Ponadto może być przewidziany sterowany napęd do ustawiania pionowego wsporników podporowych, który automatycznie nastawia wysokość wsporników podporowych w zależności od sygnałów otrzymywanych z czujników.

Wynalazek zostanie wyjaśniony szczegółowo z odniesieniem do rysunków, w których:

Fig. 1 -turbina wiatrowa z wieżą zawierającą wiele segmentów;

Fig. 2 pierwsze wykonanie segmentu fundamentowego według wynalazku;

Fig. 3 sekcja segmentu fundamentowego według wynalazku z fig. 2 z palem podporowym;

Fig. 4 drugie wykonanie segmentu fundamentowego według wynalazku;

Fig. 5 przekrój przez segment fundamentowy z fig. 4 z palem podporowym;

Fig. 6 sekcja segmentu fundamentowego według wynalazku z fig. 5;

Fig. 7 dalsza sekcja segmentu fundamentowego według wynalazku z fig. 5;

Fig. 8 wspornik podporowy z palem podporowym z fig. 5;

Fig. 9 widok z przodu dalszego wykonania pala podporowego według wynalazku;

Fig. 10 widok z boku pala podporowego z fig. 9;

Fig. 11 widok z boku dalszego wykonania pala podporowego według wynalazku, z napędem;

Fig. 12 widok z przodu dalszego wykonania pala podporowego według wynalazku z nastawą pionową;

Fig. 13 widok schematyczny segmentu fundamentowego według wynalazku, ilustrujący wytwarzanie sygnału czujnika dla nastawy pionowej; oraz

Fig. 14 schemat blokowy czujnika nastawy pionowej według jednego wykonania pala podporowego.

Turbina wiatrowa 1 pokazana schematycznie na fig. 1 posiada wieżę 2 zawierającą wiele segmentów 3, przy czym najniższy segment 4, tak zwany segment fundamentowy osadzony jest w fundamencie 5. Na szczycie wieży 2 zamontowana jest obrotowo gondola 6, do której przymocowany jest wirnik 7 z wieloma łopatami 8. Wewnątrz gondoli 6 usytuowany jest generator wytwarzający energię elektryczną, który jest obracany dzięki sile wiatru działającego na łopaty 8 wirnika 7.

Segmenty 3, włączając segment fundamentowy 4 wieży 2, są korzystnie elementami stalowymi, ale w zasadzie mogą być również elementami z betonu sprężonego, w którym umieszczone są na przykład wstępnie sprężane elementy stalowe lub wzmocnienia. Segment fundamentowy 4 obsadzony jest w bloku fundamentowym 9, który korzystnie wykonany jest z betonu. Wspomniany blok fundamentowy 9 może wystawać ponad otaczającą ziemię 10 albo kończyć się na poziomie ziemi, ale w każdym przypadku pokrywa niższą krawędź segmentu fundamentowego 4, jak również pale podporowe 11 przymocowane do spodu wspomnianego segmentu fundamentowego 4 za pomocą wspomnianych pali podporowych 11, segment fundamentowy 4 jest podpierany na dolnej warstwie nośnej 12, która jest warstwą cementową lub betonową wykonaną możliwie najdokładniej poziomo i odlaną w dole fundamentowym zanim zostanie postawiony segment fundamentowy 4 oraz pale podporowe 11.

Fig. 2 przedstawia główny element fundamentu 5 przed wylaniem masy fundamentowej, aby uformować blok fundamentowy 9. Celem wykonania fundamentu, dół fundamentowy 13 wykopuje się w ziemi 10. Dolną warstwę nośną 12, której górna powierzchnia powinna być tak pozioma, jak to jest tylko możliwe, wykonuje się następnie na dnie dołu fundamentowego. Zanim umieści się segment fundamentowy 4 na dolnej warstwie nośnej 12, trzy pale podporowe 11 przymocowuje się trwale do spodu 41 segmentu fundamentowego 4. W celu uzyskania najbardziej równomiernego rozkładu obciążenia i optymalne podparcie segmentu fundamentowego 4 na palach podporowych 11 każdy ze wspomnianych pali podporowych 11 posiada wspornik podporowy 110 zamocowany na stałe do gór6

PL 202 716 B1 nego końca naprzeciwko spodu segmentu fundamentowego 4, za pomocą którego są przymocowane pale podporowe 11 korzystnie mocno przykręcone do kołnierza 42 segmentu fundamentowego 4. Pale podporowe 11 są również rozmieszczone w równych odstępach albo usytuowane w zadanych położeniach wokół obwodu cylindrycznego segmentu fundamentowego 4. Zanim segment fundamentowy 4 jest postawiony, na dolnej warstwie nośnej 12 zaznacza się punkty podstawy i wzmacnia się za pomocą płyt podporowych 14 w celu uniknięcia wgłębiania się pali podporowych 11 w dolną warstwę nośną 12. Gdy segment fundamentowy 4 zostaje postawiony na płytach podporowych 14, można go przesuwać w górę za pomocą pali podporowych 11 tak, aby był on możliwie najdokładniej poziomy. W tym celu pale podporowe 11 posiadają środki przesuwania pionowego 111, które mogą mieć postać wewnętrznego nagwintowanego pręta z nastawną nakrętką.

Po pionowym przesunięciu segmentu fundamentowego 4 podlega on następnie wzmacnianiu. Wykonuje się to za pomocą przeplecenia drutów wzmocnieniowych przez otwory w szeregu otworów 43 znajdujących się w ścianach bocznych segmentu fundamentowego 4. W ostatnim etapie dół fundamentowy 13 zostaje napełniony całkowicie masą fundamentową, korzystnie betonem. Masę fundamentową nalewa się nie tylko do zewnętrznego otworu segmentu fundamentowego 4, ale również do wewnętrznej przestrzeni 44 segmentu fundamentowego 4, aby jego położenie nie zmieniło się, na przykład w wyniku działania sił poprzecznych wywieranych z zewnątrz na segment fundamentowy 4 przez masę fundamentową podczas jej nalewania. Dzięki temu, że wzmacniające druty fundamentowe przepuszczane są przez otwory w szeregu otworów 43, siły ścinania mogą być bezpiecznie przenoszone z wieży do fundamentu. Gdy segment fundamentowy zostaje na stałe zalany możliwe jest dalsze montowanie wieży.

Fig. 3 przedstawia bardziej szczegółowo sekcję segmentu fundamentowego 4 z palami podporowymi 11. Widoczne jest, jak pal podporowy 11 jest przykręcony do kołnierza 42 segmentu fundamentowego 4 za pomocą płyty podporowej 110 na stałe przymocowanej do pala podporowego 11. W co najmniej dolnej części pala podporowego 11, znajduje się wewnętrzny nagwintowany pręt 114, na którym zamontowana jest nastawna nakrętka 112, w celu nastawy wysokości, to znaczy zmiany długości pala podporowego 11. Na nastawnej nakrętce 112 opiera się zewnętrzna osłona pala podporowego 11. pozwalając na wzdłużną nastawę nagwintowanego pręta 114. Nakrętka zamocowana na stałe 113 umożliwia bezpieczne utrzymanie nagwintowanego pręta 114, tak że nie może się on obracać w czasie gdy obracana jest nakrętka 112.

Fig. 4 przedstawia alternatywne wykonanie segmentu fundamentowego, według wynalazku, w którym zastosowano inne pale podporowe 21. Pokazano segment fundamentowy 4, podparty przez trzy pale podporowe 21. Pomiędzy dolną warstwą nośną 12 i palami podporowymi 21, w celu rozmieszczenia ciężaru, przewidziane są płyty podporowe 14, aby zapobiec niebezpieczeństwu zagłębiania się pali podporowych w dolną warstwę podporową.

W tym szczególnym wykonaniu, pale podporowe 21 usytuowane są we wnętrzu 44 segmentu fundamentowego 4 aż do jego górnego brzegu, jak widać na fig. 5. Przedstawia ona przekrój poprzeczny segmentu fundamentowego 4 z pojedynczym palem podporowym 21. Pal podporowy 21 składa się z szeregu części i posiada wspornik podporowy 210, sekcję pośrednią 211 oraz człon końcowy 212 z płytą bazową 213. Wspornik podporowy 210 służy do przymocowania pala podporowego 21 do górnego kołnierza 45 segmentu fundamentowego 4. Sekcja pośrednia 211 połączona jest zarówno ze wspornikiem podporowym 210, jak i z członem końcowym 212, na przykład przykręcony do członu końcowego 212 za pomocą części nagwintowanej w rejonie miejsca styku 214. Miejsce styku 214 znajduje się powyżej rzędu otworów 43 na wysokości, gdzie po napełnieniu dołu fundamentowego nie sięga masa fundamentowa. Masą fundamentową pokryty jest tylko człon końcowy 212 każdego pala podporowego 21, podczas gdy sekcja pośrednia 211 oraz wspornik podporowy 210 mogą być użyte ponownie.

Aby uzyskać lepsze podparcie segmentu fundamentowego, pal podporowy 21 przechodzi przez oczko 46 przymocowane do dolnego kołnierza 42, co można zobaczyć w szczegółach na fig. 6.

Fig. 7 przedstawia górną część pala podporowego, to znaczy część pośrednią 211 i wspornik podporowy 210. Wspornik podporowy 210 zawiera szereg części do przymocowania pala podporowego 21 do górnego kołnierza 45 segmentu fundamentowego 4 i do nastawy lub wyrównywania wysokości segmentu fundamentowego 4 podczas wykonywania fundamentu. Płyty 22, 23 są usytuowane ponad i poniżej kołnierza obwodowego 45. Dolna płyta 22 częściowo zakrywa śrubę 27, która trzyma dolną płytę 22 przez szereg otworów 47 w górnym kołnierzu 45 i łączy górną płytę 23 wspornika podporowego 210 z segmentem fundamentowym 4. Wewnątrz segmentu fundamentowego 4 znajdują się również dwa nagwintowane pręty 24 przebiegające pomiędzy dwoma płytami 22, 23.

PL 202 716 B1

Wspomniane nagwintowane pręty pozwalają, za pomocą nakrętek 25, na ustawienie górnej płyty 23 w stosunku do reszty wspornika podporowego 210. Pręt 26 przymocowany do górnej płyty 23 przesuwa się wewnątrz sekcji pośredniej 211, która służy za rurę zewnętrzną. Ponieważ segment fundamentowy 4 połączony jest z górną płytą 23, każda zmiana położenia górnej płyty 23 również powoduje, że cały segment fundamentowy 4 zmienia położenia względem dolnej warstwy nośnej 12.

Płyta górna 23 może być ustawiana podnoszeniem segmentu fundamentowego 4 za pomocą odpowiedniego sprzętu podnoszącego, na przykład dźwigu. Nakrętki 25 widoczne poniżej górnej płyty 23 (patrz również fig. 8) mogą być zatem przesuwane dotąd, aż osiągnie się wymagane położenie. Po takim nastawianiu segment fundamentowy 4 może być obniżony aż zajmie wymagane położenie. Tak więc można łatwo nastawiać lub wyrównywać położenie segmentu fundamentowego 4 podczas wykonywania fundamentu.

Inne wykonanie pala podporowego według wynalazku pokazane jest w widoku z boku odpowiednio na fig. 9 i 10. Człon końcowy 212, jak pokazano na fig. 5 znowu przechodzi przez oko na dolnej krawędzi sekcji fundamentowej. Niezmienne pozostaje również to, że człon końcowy jest zalewany wewnątrz fundamentu i nie jest już używany ponownie. Fundament jest wypełniony do wysokości linii 217 na wymienionych figurach. W celu zapobieżenia przedostawaniu się wilgoci przewidziane są kołpaki 215, które mogą być użyte po usunięciu części pala podporowego przeznaczonej do ponownego użycia z członu końcowego 212, aby pokryć otwarte zakończenia.

Aby uprościć pionowe przesunięcia i dokonać dalszego zmniejszenia proporcjonalnego nakładu pracy ręcznej, przewidziany jest układ zawierający pomiędzy dwoma płytami 22, 23 cylinder teleskopowy 29 oraz pręt teleskopowy 26. Wspomniany cylinder może być uruchamiany na przykład pneumatycznie albo hydraulicznie umożliwiając łatwe przesuwanie sekcji fundamentowej połączonej z palem podporowym. W tym wykonaniu nagwintowany pręt 24 i nakrętka 25 służą z jednej strony do ustalenia pozycji, jaka jest początkowo nastawiona za pomocą środków pneumatycznych i hydraulicznych a z drugiej strony do ręcznego nastawiania sekcji fundamentowej 4 w wyjątkowych przypadkach, gdy zawiedzie system pneumatyczny lub hydrauliczny.

Na fig. 11, w celach poglądowych pokazana jest tylko górna część pala podporowego według wynalazku aż do przejścia do członu końcowego 212. Wspomniana fig. również zawiera część segmentu fundamentowego 4. Jest on połączony z górną płytą 23. Pręt 26 może być w postaci pręta nagwintowanego, który jest zamontowany obrotowo na swym dolnym końcu i obracany za pomocą napędu 216 tak, że płyta 23 może się na gwincie, przesuwać w pionie zależnie od kierunku obrotu. Zmienia to również usytuowanie w pionie segmentu fundamentowego 4 przymocowanego do górnej płyty. Systemy sterowania napędu takiego jak silniki elektryczne, jak również systemy sterowania cylindrów 26, 29 pokazane na fig. 9 i 10 są dobrze znane i nie będą opisane w większych szczegółach.

Fig. 12 przedstawia dalsze wykonanie pala podporowego według wynalazku, który pozwala wspornikowi podporowemu na automatyczne przesuwanie się do zadanego położenia. Również w celach poglądowych ta sama fig. 12 pokazuje tylko górną część pala podpierającego według wynalazku. Konstrukcja jest w zasadzie taka sama jak w wariancie pokazanym na fig. 9 i 10.

Jednakże w porównaniu z fig. 9 i 10 dodany jest czujnik 30. Zawiera on szereg elementów światłoczułych 32 usytuowanych w obudowie 31. Są to fototranzystory, fotooporniki i tym podobne. Mogą być przewidziane również filtry albo też te światłoczułe elementy mogą być tak nastawione, że reagują tylko na zadany zakres widma w celu zminimalizowania lub eliminacji wpływu światła rozproszonego i światła dziennego.

Zatem, w zadanej pozycji poziomej światło wysyłane ze źródła światła dosięga elementy światłoczułe 32 bez względu na to, czy z jednej strony wspomniane źródło światła ustawione jest prawidłowo, a z drugiej wspornik podporowy jest prawidłowo ustawiony. Jeżeli wspomniane światło jest wystarczająco skupione, dotrze ono tylko do niektórych elementów światłoczułych. Umożliwia to osiągnięcie pozycji poziomej odpowiedniego wspornika podporowego w zależności od źródła światła. Zatem, jeżeli czujnik 30 znajduje się w ściśle określonym położeniu i źródło światła znajduje się też w ściśle określonym położeniu można otrzymać wielkość nastawczą, na przykład na podstawie odchylenia padającej wiązki światła z założonego położenia do czujnika 30 na przykład do jego środka, która to wielkość nastawcza może zostać użyta do zmiany pionowej nastawy wspornika podporowego. W ten sposób możliwe jest automatyczna nastawa sekcji fundamentowej.

Przykład takiego układu pokazany jest na fig. 13. Przedstawia ona widok schematyczny sekcji fundamentowej 4, we wnętrzu której znajdują się trzy pale podporowe według wynalazku usytuowane co 120° od siebie. Ważną cechą tego układu jest to, że wyrównanie położenia tej sekcji fundamento8

PL 202 716 B1 wej odnosi się do jej górnego kołnierza, ponieważ wspomniany kołnierz musi być dokładnie poziomy, podczas gdy położenie dolnego kołnierza sekcji fundamentowej jest nieważne z oczywistych powodów. Źródło światła 35 jest zainstalowane w centrum sekcji fundamentowej 4, na przykład na trójnogu 36 i usytuowane idealnie poziomo. Wspomniane źródło światła 35 może wysyłać na przykład wiązkę laserową 37, której światło nawet ze znacznej odległości tworzy wystarczającą wiązkę i obraca się o 360° wewnątrz sekcji fundamentowej.

Każdy ze wsporników podpierających pokazany jest z górną płytą 23, która jest na stałe przymocowana do sekcji fundamentowej 4. Pokazane są również nagwintowane pręty 23, napęd 216 i czujnik 30. Jeżeli wiązka laserowa 37 obraca się w idealnie poziomym ustawieniu, generowany jest sygnał w każdym czujniku 30, wspomniany sygnał dostarcza informacji czy wspornik podporowy w tym punkcie, znajduje się w wymaganym położeniu.

W praktyce pionowa nastawa wsporników podporowych jest korzystnie przeprowadzana w taki sposób, że najpierw jeden ze wsporników podporowych jest nastawiany na zadane położenie, po czym jest on zostawiany w położeniu niezmienionym, a wyrównywanie położenia sekcji fundamentowej 4 przeprowadzane jest na dwóch pozostałych wspornikach.

Czujnik 30 może oczywiście wywierać bezpośredni wpływ na napęd 216 za pomocą swego sygnału wyjściowego. Z drugiej strony może być przewidziany centralny układ sterowania, który analizowałby sygnały z sensorów i wysyłałby odpowiednie sygnały wyjściowe uruchamiające przyporządkowane napędy 216.

Fig. 14 przedstawia w uproszczonej formie przykład czujnika 30. We wspomnianym czujniku 30 umieszczone są obok siebie i/lub nad sobą elementy światłoczułe 32. Tytułem ilustracji pokazane tu elementy światłoczułe są fototranzystorami. Zewnętrzne obwody zostały tu pominięte celem przedstawienia tylko ogólnego zarysu, ale są powszechnie znane specjalistom z tego zakresu. Kolektory tych fototranzystorów 32 są połączone równolegle do zasilania złączem 51.

W zależności od położenia tranzystora w czujniku, emitery tranzystora są połączone do bramek albo tworzą wyjście sygnałowe. Emitery dziewięciu górnych tranzystorów pokazanych na fig. są połączone do końcówek wejściowych bramek 50 typu OR. Wyjście z tej bramki 50 jest dostępne jako sygnał wyjściowy 52. Emitery dziewięciu dolnych fototranzystorów pokazanych na tej fig. 14 są podobnie połączone do wejścia bramki 50 typu OR, których wyjście 53 jest podobnie dostępne jako sygnał wyjściowy. Wyjście ze środkowego tranzystora jest dostępne bezpośrednio jako sygnał 54. Wszystkie wyjścia mogą być oczywiście również poprowadzone przez stopnie wzmacniania.

Czujnik 30 jest zainstalowany w ten sposób, że gdy środkowy tranzystor jest naświetlony, osiąga się poziome ułożenie, z czego można łatwo wywnioskować, że gdy światło pada na fototranzystory umieszczone powyżej środkowego tranzystora, czujnik, a więc i wspornik podporowy znajdują w zbyt niskiej pozycji. Bramka 50 powoduje wtedy pojawienie się sygnału na wyjściu 52, który uruchamia nastawę podnoszącą wspornik podporowy a więc i czujnik. Jeżeli światło pada na fototranzystor umieszczony poniżej środkowego fototranzystora, znaczy to, czego można się łatwo domyślić, że wspornik podporowy znajduje się za nisko. Gdy środkowy fototranzystor wysyła sygnał wyjściowy na końcówkę 54, może to zostać użyte jako sygnał „Stop zatrzymujący nastawę wspornika podporowego.

Ponieważ nie jest ściśle określona bezwzględna wysokość położenia górnego kołnierza, na przykład powyżej poziomu morza, należałoby również rozważyć procedurę alternatywną wyrównywania sekcji fundamentowej. W procedurze tej jeden ze wsporników podporowych jest jako pierwszy ustawiony na wymaganej wysokości. Obracająca się wiązka światła pada, zatem na jeden z elementów światłoczułych 32. Czujnik generuje sygnał, który odpowiada temu elementowi światłoczułemu 32, a zatem reprezentuje tę określoną wysokość. Może to być sygnał analogowy albo cyfrowy na przykład binarny. Sygnał ten może być przekazywany do centralnego sterowania. Gdy dwa pozostałe wsporniki podporowe, które mają być nastawiane, przesunie się do położenia, w którym przypisane im czujniki generują do centralnego sterowania taki sam sygnał, to znaczy do położenia, w którym ten sam (analogiczny) element czujnika napotka wiązkę światła, sekcja fundamentowa jest ułożona poziomo.

Oczywiście możliwe są inne konfiguracje czujników i różne sposoby nastawy wsporników podporowych. Na przykład jedna konfiguracja przewiduje, że na każdym wsporniku podporowym umieszczony jest na tym samym poziomie element odbijający padającą wiązkę światła. Pośrodku sekcji fundamentowej umieszczone jest zatem nie tylko źródło światła ale i odpowiedni odbiornik. Tylko wtedy, gdy wiązka światła odbije się od elementu odbijającego dosięgnie ona odbiornik sygnalizując jego położenie na odpowiedniej wysokości.

PL 202 716 B1

Wynalazek ma zastosowanie nie tylko do turbin wiatrowych, ale może być generalnie użyty do budowy trwałego fundamentu przy jakiejkolwiek konstrukcji zawierającej co najmniej dwa segmenty. Liczba, układ i specyficzna postać elementów pokazanych na figurach, a zwłaszcza pali podporowych, może ulegać zmianie.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób budowy fundamentu konstrukcji zawierają cej wiele segmentów, zwł aszcza budowy wieży turbiny wiatrowej zawierający następujące etapy:

a) wykopuje się dół fundamentowy,

b) w dole fundamentowym tworzy się trwałą, zasadniczo równą i poziomą dolną warstwę nośną,

c) umieszcza się segment fundamentowy konstrukcji na dolnej warstwie nośnej, stosując pale podporowe,

d) tworzy się wzmocnienia na dolnej warstwie nośnej,

e) napełnienia się masą fundamentową pozostałą część dołu fundamentowego, w szczególności betonem, do poziomu powyżej dolnej krawędzi segmentu fundamentowego, znamienny tym, że stosuje się co najmniej trzy pale podporowe (11, 21), o regulowanej wysokości, które przed wykonaniem etapu c), rozmieszcza się i przymocowuje na stałe do segmentu fundamentowego (4), za pomocą odpowiedniego wspornika podporowego (110) zamocowanego przy końcu pali podporowych (11, 21) w taki sposób, że tylko pale podporowe (11. 21) umieszcza się na płytach podporowych (14) w zadanych punktach dolnej warstwy nośnej (12), przy czym pal podporowy (11, 21) zawiera zewnętrzną rurę (211) oraz wspornik podporowy (210) przy jednym końcu pala podporowego (21), który to wspornik podporowy (210) posiada pręt (26) przesuwalny wewnątrz rury zewnętrznej (211), dolną płytę (22) przymocowaną do rury zewnętrznej (211) i górną płytę (23) przymocowaną do pręta (26), przy czym płyty (22, 23) są połączone za pomocą co najmniej jednego nagwintowanego pręta (24) służącego do zmiany odstępu pomiędzy tymi dwoma płytami (22, 23), zaś druga płyta (23) jest połączona na stałe z elementem (4), który ma być podpierany.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy z pali podporowych (11) jest za pomocą płyt podporowych (110) przymocowany do kołnierza (42) umieszczonego od spodu (41) segmentu fundamentowego (4).
3. Sposób według zastrz. 1 albo 7, znamienny tym, że nastawianie wysokości pali podporowych (11), z których każdy posiada wewnętrzny nagwintowany pręt (114), odbywa się za pomocą urządzenia do nastawy wysokości usytuowanego przy dolnym końcu pali podporowych (11) na przeciwko dolnej warstwy nośnej (12).
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy pal podporowy (21) montuje się na kołnierzu (45) przy górnej krawędzi segmentu fundamentowego (4).
5. Sposób według zastrz. 4 znamienny tym, że pale podporowe (21) przechodzą przez oczka (46) na dolnej krawędzi segmentu fundamentowego (4) i wchodzą do segmentu fundamentowego (4).
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pozostałą część dołu fundamentowego napełnia się masą fundamentową najpierw lejąc masę fundamentową aż osiągnięta zostanie w przybliżeniu dolna krawędź segmentu fundamentowego (4), a następnie dokonuje się ewentualnie nastawy wysokości położenia segmentu fundamentowego (4) i pozostałą część dołu fundamentowego napełnia się masą fundamentową.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że punkty dolnej warstwy nośnej (12) w rejonie płyty podporowej (14) wzmacnia się mechanicznie.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przez otwory (43) w ścianach bocznych segmentu fundamentowego (4) przeplecione jest wzmocnienie i pozostałą część dołu fundamentowego napełnia się masą fundamentową do takiego poziomu, że otwory (43) pokryte są masą fundamentową.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w celu nastawy wysokości wsporników podporowych (110, 210) mierzy się bieżącą wartość wysokości poszczególnych wsporników podporowych (110, 210) za pomocą odpowiednich przyrządów pomiarowych, w szczególności optycznych przyrządów pomiarowych.
10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że w celu nastawy wysokości wsporników podporowych (110, 210), z nadajnika (35) usytuowanego we wnętrzu segmentu fundamentowego (4), wysyła się poziomo skierowany sygnał pomiaru wysokości, w szczególności wiązkę światła (37),

PL 202 716 B1 do wsporników podporowych (110, 210) wyposażonych w odpowiadające im czujniki (30), zwłaszcza czujniki optyczne, przy czym sygnał z każdego czujnika (30) zawiera informację o nastawionej wysokości wspornika podporowego (110, 210), którą to wysokość nastawia się w zależności od sygnału z czujnika.
11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że wysokość wsporników podporowych (110, 210) ustawia się za pomocą sterowanego napędu (216), przy czym do sterowania analizuje się sygnały z czujników (30).
12. Pal podporowy, stosowany w procesie budowy fundamentów konstrukcji zawierającej wiele segmentów, w szczególności wieży elektrowni wiatrowej znamienny tym, że zawiera zewnętrzną rurę (211) oraz wspornik podporowy (210) przy jednym końcu pala podporowego (21), zaś wspornik podporowy (210) posiada pręt (26) przesuwalny wewnątrz rury zewnętrznej (211), dolną płytę (22) przymocowaną do rury zewnętrznej (211) i górną płytę (23) przymocowaną do pręta (26), przy czym płyty dolna i górna (22, 23) są połączone za pomocą co najmniej jednego nagwintowanego pręta (24) służącego do zmiany odstępu pomiędzy tymi dwoma płytami (22, 23), zaś górna płyta (23) jest połączona na stałe z segmentem fundamentowym (4), który ma być podpierany.
13. Pal podporowy według zastrz. 12, znamienny tym, że zawiera płytę bazową (213) na końcu pala podporowego przeciwległym względem wspornika podporowego (210).
14. Pal podporowy według zastrz. 12, znamienny tym, że zawiera napęd (216), zwłaszcza napęd hydrauliczny albo pneumatyczny, w celu nastawy wysokości wspornika podporowego (210).
15. Pal podporowy według zastrz. 12, znamienny tym, że zawiera czujnik (30), w szczególności czujnik optyczny, usytuowany na wsporniku podporowym (110, 210) w celu przyjmowania sygnałów i wytwarzania sygnału zawierającego informację o nastawionej wysokości wspornika podporowego (110, 210).
16. Pal podporowy według zastrz 15, znamienny tym, że czujnik (30) posiada szereg elementów czujnikowych (32) usytuowanych wzdłuż pala podporowego.
17. Segment fundamentowy do konstrukcji zawierającej wiele segmentów, zwłaszcza do wieży turbiny wiatrowej znamienny tym, że co najmniej trzy, o regulowanej wysokości pale podporowe (11, 21) są rozmieszczone i na stałe przymocowane do segmentu fundamentowego (4) za pomocą odpowiedniego wspornika podporowego (110, 210), zamontowanego przy końcu pala podporowego (11, 21), celem umieszczenia segmentu fundamentowego (4) na płytach podporowych (14) na dolnej warstwie nośnej (12) w dole fundamentowym (13), ponadto w ścianie bocznej segmentu fundamentowego (4) znajdują się otwory, w szczególności rząd otworów obwodowych (43), przez które przechodzi stal zbrojeniowa w celu ustanowienia mechanicznego połączenia tego wzmocnienia z segmentem fundamentowym (4).