用于风力设备的基座的制作方法

1.本发明涉及一种用于风力设备的基座，该基座带有划分成多个周向区段的、由预制好的混凝土元件组合而成的立置环(standring)，该立置环带有用于风力设备塔的立置面和多个从所述立置环径向向外延伸的支撑元件，其中，立置环通过支持肋条支撑在支撑元件处。
2.此外，本发明涉及一种风力涡轮机，该风力涡轮机带有包括转子的风力涡轮机塔，其中，风力涡轮机塔装配在基座上。


背景技术：

3.在wo 2004/101898 a2中公开了用于风力设备的基座。如在那所描述的，为了制造陆上
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风力设施的基座需要高的手工和管理方面的耗费，并且该制造非常耗费时间。鉴于现代的风力涡轮机的越来越大的尺寸，基座遭受非常高的负载并且必须相应地设计尺寸。如今的风力涡轮机具有带有直至150m高度的塔并且产生直至6mw。在大多数的情况下，风力涡轮机的塔或桅杆由增强的混凝土组合而成并且在使用预制好的混凝土元件的情况下建造。备选地，风力设备塔也可由钢结构形成。
4.在由预制好的混凝土预制件构成的基座兴起之前，用于风力设施的基座基本上通过掘出基坑、引入颗粒状的下部结构、建立基座部件、实施所需的搭模
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和增强作业并且接着用现浇混凝土填充基坑来制造，其中，混凝土作为运输混凝土通过搅拌车运输至作业地点并且浇注到基坑中。中央的基座部件通常具有空心柱状的配置并且一般而言被预制并且作为单元运输至相应的装配地点。
5.风磨基座(或风力发动机基座，即windmuehlenfundament)通过现浇混凝土的制造与多个缺点相联系。风磨基座需要复杂的物流用于规划在建造地点处的制造活动并且风磨基座在搭模件(einschalung)和增强结构的建立方面以及在混凝土的运输和浇注方面与在建造地点处的耗费时间且高成本的过程相联系。这尤其是鉴于如下是适用的，即，对于大的基座可能需要超过1000m3混凝土。
6.为了改善基座的建造工艺，wo 2004/101898 a2中已经提出，在使用预制好的混凝土元件的情况下建造基座。这种混凝土元件在混凝土预制件工厂中制造并且运输至作业地点，在作业地点所述混凝土元件通过使用起重机带到位置中并且然后相互连接。以这种方式，可显著减少在作业地点处建造过程的时长。预制好的混凝土元件在其相互连接时形成带有中央的立置环和多个支撑元件的基座，这些支撑元件相应地从立置环径向向外伸出。每个预制好的混凝土元件形成支撑元件之一和立置环的相关联的环区段。立置环的环区段通过经螺纹连接的法兰相互连接。如wo 2004/101898 a2中所描述的，预制好的混凝土元件可以是钢增强的。在基座形成之后，风磨的塔或桅杆建立在立置环上并且借助于锚固螺栓固定在立置环处。
7.通过使用预制好的混凝土元件，可以在受控的环境中进行生产，从而可以改善硬化的混凝土的品质。从经济观点考虑，在预制设备中所使用的模具在其必须被替换之前可
以多次重复使用，从而对于每个单元用于模具或搭模件的成本比在用现浇混凝土制造的情况下更低，所述用现浇混凝土制造每次都需要特意建立的模板(schalung)。该模板虽然可多次使用，但必须从一个地方运输至另一个地方并且相应进行清洁。
8.风力涡轮机遭受特定性质的负载和应力，其须被基座吸收。风本身以不可预见且可变的方式作用。另一方面，在设备越来越大的情况下由于震动和共振产生的动态负载分量作用到结构上。此外，带有100米及以上的高度的塔将由于所出现的倾翻力矩而显著的偏心的负载传递到基座上。在此，基座的混凝土必须经受住在被压缩的区域中发生的压缩，并且混凝土的增强结构必须吸收在基座的相对部分中的拉伸力，因为混凝土本身具有比较小的抗拉强度。由预制好的增强的混凝土元件构成的基座具有以下优点：混凝土的性能和质量更高，同样地制造、尤其是后处理工艺和硬化工艺的质量更高，从而存在更小的裂纹形成风险和相对于动态和静态负载更高的抵抗能力。因此这尤其也适用，因为混凝土的硬化在可控的条件下进行并且由此不存在建造地点上的相关天气风险。
9.由此使用预制好的混凝土元件相对于由现浇混凝土浇注基座具有一系列优点，而将预制好的混凝土元件接合在一起成为完成的基座(这通过将法兰螺纹连接在立置环的环区段处实现)被视为值得改善的。有时，用于大的风力设备的基座具有由十二个或十六个及以上的环区段组合而成的立置环，以便各个预制好的混凝土元件可以保持足够小以用于利用传统的载重车辆运输。结果是，为了制造基座必须放置数百个螺纹紧固件，这自然是耗费时间的并且需要待相互连接的混凝土元件相对彼此的非常准确的初始定位，以便能够将螺栓插入到法兰处的相应的孔中。


技术实现要素：

10.因此，本发明的目的在于如下地改善开头提及的类型的基座，即，将环区段组合而成为完成的基座相对于通过螺纹连接组合而成能够时间耗费更少地实现，并且在将混凝土元件在接合在一起之前相对彼此对准时无须显示出过大的精度。
11.为了实现该目的，根据本发明如下地改进开头提及的类型的基座，即，立置环在其构造立置面的端部处具有环绕的从立置环径向向外延伸的突出部，所述突出部带有至少一个设置在突出部中的且沿周向方向伸延的用于接纳张紧线缆的通道。
12.通过提供环绕的从立置环径向向外延伸的突出部(该突出部安置在立置环的上部区域中、即在带有立置面的端部处)，提供了如下可能性：在不对预制好的混凝土元件进行螺纹连接的情况下便够用，因为至少一个张紧线缆、但通常多个张紧线缆为了将预制好的混凝土元件张紧在一起而可以在基座的上部区域中在相对大的周长上引导。在大的周长上引导的张紧线缆可比在小的周长上延伸的张紧线缆发挥更好的张紧
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和接合力，从而利用根据本发明的措施实现预制好的混凝土元件的高效率的张紧。因此，可在很大程度上或完全地省却混凝土元件的螺纹连接。为了导入和张紧所述张紧线缆，足够的是，将预制好的混凝土元件在期望的部位处尽可能近地相对彼此定位，其中，但无须进行钻孔相对彼此的准确对准。然后，可将所述一个张紧线缆或所述多个张紧线缆导入到在突出部中延伸的通道中并且拉在一起。在此，预制好的混凝土元件被拉在一起并且相对彼此对准，并且在没有螺纹连接的情况下获得完成的基座。
13.当立置环在其构造立置面的端部处具有环绕的从立置环径向向内延伸的突出部，
所述突出部带有至少一个设置在突出部中的且沿周向方向伸延的用于接纳张紧线缆的通道(如这相应于本发明的一种优选的实施形式)时，在基座的上部区域中可实现附加的张紧。在处于内部的突出部中的张紧线缆对于施加张紧力由于较小的周长而不如在上文提及的处于外部的突出部中的张紧线缆有利，但尽管如此在该突出部中的一个张紧线缆或多个张紧线缆以并非微不足道的程度有助于基座的总体强度，并且因此能够有利地结合本发明使用。
14.根据本发明的一个优选的实施形式，支撑元件具有至少一个沿周向方向伸延的用于接纳张紧线缆的通道。支撑元件如处于外部的突出部那样从立置环向外延伸并且因此同样可以包含用于如下张紧线缆的线缆通道，所述张紧线缆由于相对大的周长而能够将非常高的张紧力施加到由预制好的混凝土元件接合在一起的立置环或施加到基座上。所述至少一个用于接纳张紧线缆的通道因此在本发明的范围内是对于所述至少一个设置在立置环的外部处环绕的突出部中的且沿周向方向伸延的用于接纳张紧线缆的通道的一种理想的补充。
15.为了进一步提升根据本发明的在没有或在很大程度上没有螺纹连接的情况下接合在一起的基座的强度，根据本发明的一种优选的实施形式设置成，相邻的环区段的支撑元件在径向内部的区域中彼此贴靠。彼此贴靠的支撑元件、即彼此贴靠的侧面能够吸收高的摩擦力并且由此显著地有助于根据本发明的基座的总体强度。如果支撑元件具有至少一个沿周向方向伸延的用于接纳张紧线缆的通道(如这在上文所描述的)，则这尤其适用。支撑元件中的张紧线缆以大的力使所述支撑元件彼此挤压并且以这种方式在支撑元件之间产生面挤压，所述支撑元件使整个基座稳定化。为了使相邻的环区段的支撑元件在内部区域中彼此贴靠，支撑元件构造成使得所述支撑元件在其在立置环或立置环区段处的起点处具有立置环区段的宽度，并且该宽度持续地根据如下打开角度增大，该打开角度由360
°
除以基座的环区段的数量而得出。
16.最后，并且根据本发明的一种优选的实施形式，支撑元件从立置环的与立置面相对而置的端部径向向外延伸，并且立置环在其具有支撑元件的端部处具有环绕的从立置环径向向内延伸的突出部，该突出部带有至少一个设置在所述突出部中的且沿周向方向伸延的用于接纳张紧线缆的通道。在处于内部的突出部中的张紧线缆对于施加张紧力由于较小的周长而不如在上文提及的处于外部的突出部中的张紧线缆或在支撑元件中的张紧线缆有利，但尽管如此在该突出部中的一个张紧线缆或多个张紧线缆以并非微不足道的程度有助于基座的总体强度，并且因此能够有利地结合本发明使用。
17.本发明的另一种优选的构造方案设置成，在环绕的从立置环在构造立置面的端部处径向向内延伸的突出部中附加地设置沿立置环的轴向方向伸延的通道，所述通道用于接纳用于将风力设备塔锚固在所述立置环处的锚固器件，尤其以锚固螺栓和/或绳索张紧部的形式。锚固螺栓通常设置成用于固定构造为钢结构的塔。绳索穿引部通常设置用于固定混凝土塔。
18.优选地，环区段与至少一个从所述环区段径向向外延伸的支撑元件连同支持肋条相应一件式地构造为预制好的混凝土元件。这种预制好的混凝土元件根据本发明的该优选的实施形式通过浇注制造并且直接从浇注模具获得。这是该制造方法相对于在其中多个混凝土部件必须被组合而成的方法的简化。
19.本发明优选如下改进，即，环区段包括至少两个从所述环区段径向向外延伸的支撑元件，该支撑元件相应带有支持肋条。根据本发明的基座的这种一件式的环区段可例如描述四分之一圆并且具有相应数量的带有初级支持肋条的支撑元件。如果完成的基座例如应具有八个支撑元件，则基部的描述四分之一圆的一件式的周向区段具有相应带有两个初级支持肋条的两个支撑元件。
20.为了能够在将根据本发明的基座组合而成时简单地对张紧线缆进行张紧，根据本发明的基座优选如下改进，即，通过用来接纳用于张紧线缆的张紧器件的凹部使得沿周向方向伸延的通道可接近。凹部据此设置在环区段的如上文所描述的那样具有用于张紧线缆的通道的相应结构中。在所述凹部的区域中，相应的通道是可接近的并且由此可在凹部处将线缆导入到通道中并且一直推入直至线缆在另一侧处从通道中出来并且伸入到凹部中。由此，线缆借助于张紧机构张紧，并且端部利用张紧器件、例如利用张紧锁扣紧固。
21.根据本发明的一种优选的实施形式，用来接纳用于张紧线缆的张紧器件的凹部由边缘地设置在相邻的环区段处的凹部形成。凹部由此由在根据本发明的基座中进入相邻的环区段处的两个子凹部形成，这在本发明的范围内因此是有利的，因为在预制好的混凝土元件的情况下位于边缘的凹部的制造就此而言能够比完全被预制好的混凝土部件包围的凹部的制造更容易实现，因为带有位于边缘的凹部的预制好的混凝土部件能够更容易脱模。
22.本发明有利地如下改进，即，立置面具有凹陷部，所述凹陷部用于接纳风力设备塔的壁元件和/或用于接纳用于装配风力设备塔的适配件。风力设备塔的壁元件(所述壁元件可被成型用于构造带有圆形的或多边形的横截面的塔)利用该优选的措施形状配合地固定在立置环处。当将适合的适配件插入到端面侧的立置面的凹陷部中时，尤其可以将钢塔建立在适配件上，其中，适配件附加地允许与风力设备的最大许可结构高度的高度适配。
23.优选地，预制好的混凝土元件由增强的混凝土构成，该增强的混凝土具有增强结构，尤其增强元件、增强型材、增强杆或增强线材，其嵌入到预制好的混凝土元件中并且/或者其构造为张紧元件用于将预制好的混凝土元件张紧在一起成为张紧混凝土元件。
24.本发明根据一种优选的实施形式如下改进，即，提供连接结构，所述连接结构尤其以张紧线缆的形式尤其在中间联接至少一个圆形的张紧元件的情况下相应地在相对而置的预制好的混凝土元件之间延伸。这种连接结构设想为对于环绕的张紧线缆的补充并且直接通过穿过基座中点的径向张紧将相对而置的预制好的混凝土元件连接。在此，圆形的张紧元件能够以张紧碟的形式中间联接，在该张紧碟处能够紧固和张紧径向伸延的张紧线缆。该连接结构可构造在立置环的构造立置面的端部的区域中和/或构造在立置环的具有支撑元件的端部的区域中。
25.为了使由基底环和上部结构环(aufbauring)构成的立置环内的空腔与其底部处封闭，本发明的优选的实施形式设置成，在立置环的与立置面相对而置的端部处径向向内延伸的环绕的突出部具有用于支撑底部板的处于内部的阶梯部(stufe)。由此形成圆形的边缘，该圆形的边缘在周向上支撑中央的底部板，该中央的底部板布置在立置环的底部处。
26.根据本发明的一种优选的实施形式，底部板具有一个或多个混凝土结构用于固定用于风力设备的辅助安装装置，尤其所述底部板具有凹陷部用于接纳作为基座的壁元件以及突起部。
27.被使用于制造预制好的混凝土元件的混凝土可以是任意类型，其典型地也被使用于在使用地点处浇注混凝土。除了集料(或混凝骨料，即zuschlagstoff)和水以外，混凝土包含水泥作为水硬性粘合剂。
28.也可使用纤维增强的混凝土，以便制造预制好的混凝土元件。所述纤维可以由任意纤维材料构成，该纤维材料有助于提高所得到的混凝土结构的结构上的完整性，尤其强度、抗冲击性和/或耐久性。纤维增强的混凝土包含短的离散的增强纤维，其均匀地分布并且随机定向。
29.优选地，增强纤维是碳纤维、合成纤维和尤其聚丙烯纤维。备选地，增强纤维可以是钢纤维、玻璃纤维或天然纤维。此外，也可以使用hpc(高性能混凝土)和uhpc(超高性能混凝土)。这些混凝土类型是带有专门的高细度的集料和相应的添加剂的高细度的粘合剂并且由于其相对低的重量而可被视为有利的。
30.根据本发明的带有包括转子的风力涡轮机塔的风力涡轮机装配在如上文所描述的基座上并且因此可以快速且成本适宜地建立。此外，根据本发明的基座能够相对简单地拆下，从而能够以合理的耗费进行拆解。
附图说明
31.下面借助附图中示出的实施例更详细阐释本发明。其中：图1示出根据本发明的基座的透视图，图2示出根据本发明的基座的各个环区段的透视图，图3示出根据图1的通过带有张紧碟的附加连接结构补充的透视图，以及图4示出根据图1的通过用于装配风力设备塔的适配件补充的透视图。
具体实施方式
32.在图1中，根据本发明的基座一般用附图标记1标明。基座1由多个相同类型的预制好的混凝土元件组合而成，这些混凝土元件相应具有环区段2，该环区段通过支持肋条3支撑在支撑元件4处。环区段2一起构造成立置环。立置环在图1中所示出的示例中具有圆环形的横截面，但横截面也可具有其他几何形状并且尤其是多边形的。在混凝土元件之间的差异可在用于未示出的风力设备塔的端面侧的立置面5的区域中识别出，在所述立置面上设置用于接纳风力设备塔的壁元件的凹陷部6。预制好的混凝土元件由增强的混凝土构成，该增强的混凝土构造增强结构，在当前情况下以张紧元件7的形式，用于将预制好的混凝土元件张紧在一起成为张紧混凝土元件。张紧元件7由牵拉杆构成，所述牵拉杆在端部侧利用螺纹紧固件被置于拉力下，以便将混凝土张紧。在内部区域a中，相邻的混凝土元件的支撑元件4彼此贴靠并且由此彼此支撑。当基座通过张紧线缆张紧在一起时，能够以这种方式传递大的摩擦力，所述摩擦力抵抗混凝土元件相对彼此的位移。
33.在根据图2的图示中可看出，混凝土元件在其构造立置面5的端部处具有环绕的从环区段2径向向外延伸的突出部8。突出部8被多个用于接纳张紧线缆的通道9穿通，这些通道在基座经组合而成的状态下形成环绕的线缆通道，在该线缆通道中张紧线缆可以在围绕中央环的相对大的周长上伸延，以便使混凝土元件张紧在一起。用10标明用于接纳未示出的用于张紧线缆的张紧器件的位于边缘的凹部，所述凹部在当前情况下使三个用于接纳张
紧线缆的通道9可接近。这三个通道9在凹部10的图2中不可见的底部处引导到突出部8的主体中。在其他的混凝土元件处，凹部10位于沿径向处于进一步里面或进一步外面的位置处，以便使用于张紧器件的其他通道9可接近。另外的通道9',9''和9'''设置在从构造立置面的端部向内延伸的突出部8'中以及在从具有支撑元件的端部径向向内延伸的突出部8''中以及在支撑元件4中，以便接纳张紧线缆，从而基座可以通过由预制好的混凝土元件构成的环区段2在没有螺纹连接的情况下接合在一起。为了同一目的，环区段2具有另外的通道9''''。
34.在图3中，相同的部件设有相同的附图标记，并且可看出，附加的连接结构设置成张紧线缆12的形式，这些张紧线缆将基座1的彼此相对而置的预制好的混凝土元件通过沿径向方向伸延的张紧线缆12相互连接。张紧线缆12在中间联接圆形的张紧元件或张紧碟13的情况下在基座1的相对而置的预制好的混凝土元件之间延伸并且可以紧固和张紧在该基座处。相同类型的连接结构可设置在立置环的具有支撑元件4的端部的区域中。
35.在图4中相同的部件又设有相同的附图标记并且可看出，用于对带有适合的壁元件14'的风力设备塔进行装配的适配件14能够接纳在端面侧的立置面5的凹陷部6中。利用这种适配件14也可例如将钢塔特别简单地装配在据此本发明的基座1上。附加地，适配件14能够以不同的高度分级制造，以便当相应的桅杆仅在一些少量的、粗略分级的高度变型中提供时，允许风力设备的结构高度与最大批准结构高度适配。