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：划分成多个环区段的、由预制好的混凝土元件组合而成的基底环；和从所述基底环径向向外延伸的支撑元件，其中，基底环通过初级支持肋条支撑在支撑元件处，并且划分成多个环区段的、由预制好的混凝土元件组合而成的上部结构环被安放到基底环上并且与基底环连接。
2.此外，本发明涉及一种带有包括转子的风力涡轮机塔的风力涡轮机，其中，风力涡轮机塔装配在基座上。此外，本发明涉及一种用于制造用于风力设备的基座的模块化系统。


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
‑
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构成并且在使用预制好的混凝土元件的情况下建造。备选地，风力塔也可由钢结构形成。
4.在由预制好的基座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
‑
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。立置环可以具有圆环形亦或多边形的横截面。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.通常而言，值得期望的是，将风磨的塔或桅杆直接装配在基座上。但塔在基座处的固定不是标准化的，而是必须与相应的风力设备结构的特定的事实相适配。因而变化风力设备在塔的尺寸和造型方面、在塔的材料方面(钢或混凝土)以及在预设的固定类型(例如锚固螺栓或绳索张紧部)方面变化。因此，需要使基座与这些事实相适配，这在混凝土预制件基座的情况下就此而言是不利的，因为不能实现这种基座的标准化批量生产。
10.由混凝土预制件组合而成的基座的另一个缺点在于，混凝土元件必须从工厂运输至风磨的搭建地点。由于通常力求使构成基座的混凝土预制件的数量最小化，因此产生大的且笨重的混凝土元件，这些大的且笨重的混凝土元件的运输是特别的挑战。为了实现利用一般可用的道路运输车辆进行运输，然而应遵循最大运输尺寸，待运输的构件不可超出所述最大运输尺寸。
11.关于这一点，在wo 2018/055444 a1中提出一种用于风力设备的基座，在该基座中，基座的立置环沿高度方向被划分成下部的基底环区段和上部的适配件环区段，所述下部的基底环区段和上部的适配件环区段相应地由预制好的混凝土元件组合而成。由此，基底环区段的混凝土元件可以始终相同地构造，而不必针对塔区域进行制造商特定的适配。通过该发明实现形成基底环区段的混凝土元件的批量生产。对塔区域的结构上的适配在根据wo 2018/055444 a1的基座中由适配件环区段提供。适配件环区段在预制件基座(即基底环区段)与风力设备塔之间建立力最优的连接并且由此引起预制件基座的改善的标准化。
12.在风力设备业务中，普遍已知的事实是，即使仅少量升高风力设备的转子的定位也带来相关风力设备的能量产出的值得一提的提升。用于转子的更高定位的投资成本在运营时长上常常分期偿还，从而风力设备的运营商始终致力于，能够为转子建立尽可能高的桅杆。但同时应继续使用成本适宜的预制件桅杆，所述预制件桅杆能够以特定的高度分级来供应。但在使用这种桅杆的情况下，转子的定位高度通常保持在对于风力设备项目的最大批准高度以下。但下一个更长的标准化的桅杆的使用将导致超出批准的结构高度。


技术实现要素：

13.因此，本发明的目的在于，如下地进一步发展开头提及的类型的基座，使得能够稍微升高转子在风中的定位，而这不必经由明显更高的桅杆高度实现。
14.为了实现该目的，根据本发明如下地改进开头提及类型的基座，即，上部结构环通过次级支持肋条支撑在初级支持肋条处。通过使上部结构环以其次级支持肋条支撑在从基底环向外延伸的初级支持肋条处，上部结构环可稍微较高地设计，而无须担心支撑不足以克服屈曲负载。上部结构环的支持可引导直至上部结构环的上端部，从而即使是非常规高的基座也可靠地被支撑。因此，从用于支承基座的基本平面出发可在上部结构环相应较高的情况下稍微提升桅杆，从而实现风力设备转子的期望的较高定位。因此，那么即使预制件桅杆相对于批准的高度明显过短，然而较长的预制件桅杆会超出批准的高度，也可实现最大许可结构高度。由此，本发明允许利用预制件、尤其是预制好的混凝土部件成本适宜地且灵活地建立如下风力设施，所述风力设施在其高度方面得以优化，这提升风力设施的能量产出并且由此提升风力设施的盈利。
15.上部结构环的构造方案除了由塔决定的结构上的适配以外在期望的情况下可考虑另外的功能。例如上部结构环可具有进入塔中的入口、例如门开口。此外，为了接纳电网连接线缆和/或馈入设施，上部结构环可设有预制好的固定点或者具有用于电力安装装置的预制好的接纳部。此外，上部结构环可具有布置在由上部结构环限界的空间内部的楼梯或用于电梯的结构上的预备部。
16.根据本发明的构造方案的另一个优点由此得到，即，将基座按照高度划分成基底环和上部结构环引起预制好的混凝土元件的构件高度的降低，从而实现对例如4.0m的预设的最大运输高度的遵守。
17.优选地，基底环的环区段与至少一个从基底环的周向区段径向向外延伸的支撑元件以及与初级支持肋条相应一件式地构造为预制好的混凝土元件。根据本发明的该优选的实施形式，这种预制好的混凝土元件通过浇注制造并且从浇注模具直接获得。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。
18.根据本发明的一种优选的实施形式，上部结构环的环区段与至少一个次级加强肋条相应一件式地构造为预制好的混凝土元件，这随之带来和刚才与基底环相联系所提及的相同优点。
19.由此，预制好的混凝土元件优选相应具有环部段状的内部的环区段，其中，所有构造基底环和上部结构环的混凝土元件的环区段在其彼此靠放的位置中构造闭合的环形结构，该闭合的环形结构包围基座的内部空腔。此外，预制好的混凝土元件优选相应地具有径向外部的区段，该径向外部的区段在构造基底环的元件的情况下构造支撑元件和初级支持肋条并且在上部结构环的情况下构造次级支持肋条。
20.本发明优选如下地改进，即，基底环的预制好的混凝土元件包括至少两个从基底环的周向区段径向向外延伸的支撑元件，所述支撑元件相应地带有初级支持肋条。根据本发明的基座的这种一件式的周向区段可由此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，则基底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。
21.与此类似地，本发明可优选如下地改进，即，上部结构环的预制好的混凝土元件包括至少两个次级加强肋条，用于相应抵靠基底环的初级支持肋条而支持。根据本发明的基座的这种一件式的周向区段可由此例如描述四分之一圆并且具有相应数量的次级支持肋条。如果完成的基座例如应具有八个支撑元件，则上部结构的描述四分之一圆的一件式的
周向区段具有两个次级支持肋条。
22.有利地，根据本发明的基座如下地改进，即，基底环和上部结构环具有彼此不同的周向节距(或周向分割，即umfangsteilung)，也就是说，基底环的环区段的周向上的延伸不同于上部结构环的环区段的周向上的延伸。通过该措施确保，基底环的环区段的竖直分割面和上部结构环的环区段的竖直分割面彼此错开，而与在由预制好的混凝土部件组合而成为基座时是否顾及到此无关，并且由此可靠地提供根据本发明的基座的一定的基本稳定性。
23.优选地，本发明如下地改进，即，设置连接元件、例如螺纹连接件，用于基底环和初级支持肋条与上部结构环和次级支持肋条的优选可松开的连接。上部结构环借助于所提及的连接元件优选从上方与基底环连接。连接器件例如由螺栓形成，所述螺栓旋拧到优选竖直伸延的螺纹孔中，所述螺纹孔优选构造在相应的预制好的混凝土元件的水平的法兰元件中。备选地，螺栓可以布置成使得其不仅贯穿基底环的通孔而且贯穿上部结构环的通孔，并且通过将螺母安置在相对的端部处而将基底环和上部结构环张紧在一起。
24.本发明的另一种优选的构造方案设置成，上部结构环包括用于风力设备塔的水平的立置面以及用于将风力设备塔锚固在上部结构环处的锚固器件，其中，锚固器件优选包括锚固螺栓和/或用于绳索张紧部的绳索穿引部。锚固螺栓通常设置成用于固定构造为钢结构的塔。绳索张紧部通常设置用于固定混凝土塔(不仅是全混凝土塔而且是混合塔)。
25.用于连接基底环和初级支持肋条与上部结构环和次级支持肋条的连接元件优选沿径向布置在用于将风力设备塔锚固在上部结构环处的锚固器件外部。备选地，设置成用于连接上部结构环与基底环的连接元件(尤其是螺栓)可以一同用于将风磨塔锚固在由基底环和上部结构环构成的立置环处。
26.优选地，预制好的混凝土元件由增强的混凝土构成，所述增强的混凝土具有增强结构，尤其是增强元件、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和/或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。
27.与由现浇混凝土构成的基座相反，在由混凝土制成元件构成的基座中在没有补充措施的情况下不提供整体式结构，从而用于将预制好的混凝土元件相互可靠连接的技术解决方案致力于模仿整体式结构。为了实现：根据本发明的基座表现得与整体式基座类似，以便经受住高的静态和动态负载，优选的构造方案设置成，提供如下连接结构，所述连接结构将预制好的混凝土元件保持在一起并且优选与增强结构联结。连接结构可以是任意类型，其适用于将预制好的混凝土元件刚性地保持在一起，以便形成整体式结构。连接结构与增强结构不同并且因此优选不嵌入到预制好的混凝土元件中。连接结构优选与增强结构联结，由此实现在增强结构之间的不中断的负载路径，从而引入到基座中的力有效地分布。在本发明的上下文中，连接结构和增强结构的联结意味着，在混凝土不布置在增强结构与连接结构之间的情况下作用到增强结构上的力传递到连接结构上，并且反之亦然。据此，连接结构和增强结构可以直接或经由与混凝土不同的刚性的连接元件相互连接。备选地，连接结构和增强结构的联结也可在中间联接混凝土材料的情况下实现。
28.增强结构优选具有增强杆，所述增强杆由钢或类似的刚性材料构成。优选地，增强杆沿支持肋条的纵向方向延伸。附加的增强杆可以垂直于或倾斜于沿支持肋条的纵向方向延伸的增强杆延伸。附加的增强杆/增强型材也可以布置在基底环中和上部结构环中，并且
沿基底环和上部结构环的轴向方向延伸。长形的增强杆可以优选沿径向方向延伸至根据本发明的基座的中央，其中，长形的增强杆可以布置在在水平的平面中或者可以倾斜于水平的平面延伸、尤其相对于基底环以及相对于上部结构环上升地延伸。在最后所提及的情况下，增强杆关于从基底环以及从上部结构环径向向外导出的力基本上与负载路径对准。
29.连接结构优选具有多个刚性的长形的连接元件、尤其是钢型材或钢杆，其相应地将成对彼此相对布置的预制好的混凝土元件的各预制好的混凝土元件如此相互连接，使得横穿由所述基底环以及由上部结构环围成的空腔。连接结构的长形的连接元件与增强结构、尤其是与增强杆、优选与沿支持肋条的纵向方向延伸的增强杆联结。以这种方式，嵌入到彼此相对布置的预制好的混凝土元件中的增强杆通过连接结构的长形的连接元件相互连接，其中，在彼此相对布置的预制好的混凝土元件的增强结构之间形成负载传递路径。这导致，由于塔的弯矩而施加到基座上的拉伸负载不仅被布置在基座一侧上的增强结构吸收，而且被传递到布置在基座的相对的一侧上的增强结构上。
30.根据本发明的一种优选的实施形式，每对彼此相对布置的预制好的混凝土元件与刚性的长形的连接元件之一连接。以这种方式，多个长形的连接元件、尤其是钢杆或钢型材横穿由基底环以及由上部结构环围成的空腔。由于这些横穿的长形的连接元件所有都径向对置地布置，因此它们在根据本发明的基座的由基底环和上部结构环构成的立置环的中央相碰，从而实现对称的布置，所述对称的布置确保力在整个基座内最优的分布。
31.长形的增强元件可以在水平的平面中横穿基底环或上部结构环。但优选设置成，成对彼此相对布置的预制好的混凝土元件相应包括基底环的环区段以及上部结构环的环区段，所述基底环的环区段带有至少一个从基底环的环区段径向向外延伸的支撑元件和初级支持肋条，所述上部结构环的环区段带有至少一个次级支持肋条。
32.就此而言，有利的是，刚性的长形的连接元件在其布置在基底环和上部结构环的中轴线上的剖面处相互连接。以这种方式，在基座的对称轴线中提供中点，该中点实现沿不同方向的负载分布。
33.关于在增强结构与连接结构之间的联结，一种优选的实施形式设置成，连接结构的刚性的长形的连接元件和增强结构、尤其是增强杆通过包覆件相互连接，该包覆件布置在基底环和上部结构环的内面处。该包覆件可由钢板材壳体构成，该钢板材壳体固定在基底环和上部结构环的内面处。在呈空心柱体形式的基底环和上部结构环的情况下，包覆件可构造为柱状的包覆件，该柱状的包覆件布置在基底环和上部结构环的内部的柱状面处。包覆件用于，使负载路径从增强结构朝着连接结构指向以及反过来从连接结构朝着增强结构指向。这通过不仅增强结构的增强杆/增强型材而且连接结构的增强元件与包覆件的刚性连接来实现。
34.就此而言，一种优选的实施形式设置成，增强结构的增强元件通过焊接和/或螺纹连接固定在包覆件处。这可有利地通过使增强结构的增强杆布置成使得所述增强杆从预制好的混凝土元件向内伸出并且优选穿入到在包覆件中提供的开口中来实现。该焊接在这种情况下可在包覆件的内侧处进行。备选地，该焊接可在包覆件的外侧处进行。
35.此外，连接结构可通过焊接或螺纹连接固定在包覆件处。
36.备选地，连接结构可通过焊接或螺纹连接固定在联接件处，所述联接件集成、尤其浇注成型到预制好的混凝土元件中并且耦接到增强结构处。
37.基底环和上部结构环内的空腔可用于不同的目的，例如作为存储空间或用于进行维护作业，并且该空腔可因此设有楼梯、平台等等。此外，空腔也可被用于安装再张紧线缆、取用该再张紧线缆以及维护该再张紧线缆，其中，布置该再张紧线缆，以便使风力设备的塔稳定化。
38.预制好的混凝土元件的支撑元件可以具有矩形的形状。备选地，支撑元件可以沿水平方向在与基座中央的间距增大的情况下扩宽。
39.为了使在由基底环和上部结构环构成的立置环内的空腔在其底部处封闭，本发明的一种优选的实施形式设置成，支撑元件具有边缘区段，该边缘区段向内伸出到由立置环围成的空腔中。尤其地，所有预制好的混凝土元件的边缘区段共同地形成周向的、尤其圆形的边缘，该边缘周向地支撑中央的底部板，该底部板布置在立置环或基底环的底部处。
40.根据本发明的另一种优选的实施形式，预制好的混凝土元件通过至少一个布置在周向的、尤其圆形的穿通部(该穿通部构造在基底环和上部结构环中)中的再张紧线缆而彼此拉紧。这种线缆具有连接结构的功能，但该连接结构不像上文所描述的那样与嵌入到预制好的混凝土元件中的增强结构联结。
41.当预制好的混凝土元件彼此拉紧时，基底环和上部结构环的相邻的周向区段的侧面抵靠彼此受压。为了使相邻的周向区段相互准确地对准，侧面可以具有以舌状部组件和凹槽组件的类型的形状配合元件，所述形状配合元件相互共同作用，以便确保各部段的相对位置。
42.当根据一种优选的实施形式相邻的预制好的混凝土元件在其从上部结构环向外伸出的区段中沿周向方向彼此间隔开时，显著简化预制好的混凝土元件在作业地点处的安装。尤其地，支撑元件具有这样的宽度尺寸，使得相邻的预制好的混凝土元件的支撑元件彼此不接触。以这种方式可以达到在制造预制好的混凝土元件时的制造公差。
43.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。
44.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，其维均匀地分布并且随机定向。
45.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。
46.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具有优化的结构高度，即使出于成本原因要投入使用混凝土预制件。基座与现有技术中的基座相比更高并且尽管如此仍按照规定被支撑。
47.根据本发明的用于制造如上文所描述的用于风力设备的基座的模块化系统具有划分成多个环区段的、由预制好的混凝土元件组合而成的基底环；和从所述基底环径向向外延伸的支撑元件，其中，基底环通过初级支持肋条支撑在支撑元件处。划分成多个环区段
的、由预制好的混凝土元件组合而成的上部结构环能够被安放到基底环上并且能够与基底环连接，其中，上部结构环能够通过次级支持肋条支撑在基底环的初级支持肋条处，并且其中，系统包括能够被安放到基底环上的上部结构环的至少两种不同的实施方案。模块化系统以其上部结构环的至少两种不同的实施方案允许如下：上部结构环可与风电场设施的每个单个风力设备的装配情况的事实相适配，以便在使用混凝土预制件时得到最优结果。
48.优选地，上部结构环的所述至少两种不同的实施方案在其高度方面彼此不同，以便在风力设备的结构高度关于许可的或批准的高度最大的情况下使风力设备的能量产出和由此风力设备的盈利最大化。
49.备选地或附加地，上部结构环的所述至少两种不同的实施方案在用于将风力设备塔锚固在上部结构环处的锚固器件方面、尤其在锚固器件的类型、数量或几何形状方面是不同的。就此而言，例如可设想的是，上部结构环的第一实施方案包括用于锚固风力设备塔的锚固螺栓，并且上部结构环的第二实施方案包括用于张紧绳索的绳索穿引部，所述张紧绳索用于将风力设备塔张紧，如这相应于本发明的一种优选的实施形式。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。
附图说明
50.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周向区段的透视图，以及图3示出根据本发明的基座的侧向剖面图。
具体实施方式
51.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基本上由基底环2和上部结构环3构成，其中，不仅基底环2而且上部结构环3都被划分成多个环区段4和7并且由这些环区段组合而成。基底的周向区段2
′
具有圆部段形的环区段4和支撑元件5。基底环2作为整体通过初级支持肋条6支撑在支撑元件5处。上部结构环3的周向区段3
′
具有圆部段形的环区段7以及次级支持肋条8(图2)，所述次级支持肋条支撑在基底环2处的初级支持肋条6处。上部结构环3由此作为整体通过次级支持肋条8支撑在基底环2的初级支持肋条6处并且因此能够实施成带有相对大的高度延伸，以便将风力设备的桅杆适配件9稍微提升。基底环2和上部结构环3的作为预制好的、一件式的混凝土部件而制成的周向区段2
′
和3
′
的连接借助于法兰10和螺纹连接板11实现，所述螺纹连接板与螺栓12螺纹连接。在基底环的支撑元件5之间底部板14被放入在相应的突出部13处出并且同样被螺纹连接。
52.在图2中现在可还更清楚看出，基底的周向区段2
′
基本上由支撑元件5和环区段4构成，其中，环区段4通过初级支持肋条6支撑在支撑元件5处。上部结构环3的周向区段3
′
的环区段7根据本发明通过次级支持肋条8支撑在初级支持肋条6处。又用附图标记10标明用于接纳图2中未示出的螺栓的法兰。在环区段4和7中，在法兰10中实施大量孔，这些孔用于使相应的环区段4和7相互螺纹连接。
53.在图3中可看出，上部结构环3可具有超过基底环2的高度的高度。由此，可相应地提升桅杆适配件9，以便能够达到转子的定位的期望高度。