Design of Transition Pieces for Bucket Foundations for Offshore Wind Turbines

Anastasia Nezhentseva

Publikation: Bog/antologi/afhandling/rapportPh.d.-afhandlingForskning

Abstrakt

Fundering af havvindmøller med et bøttefundament er en alternativ løsning til en monopæl og andre fundamentstyper installeret på vanddybder op til 50−60 m. Bøttefundamentet har en større stivhed end monopælen og kan installeres relativt simpelt og hurtigt. Men da kun få prototyper af bøttefundament er blevet installeret hidtil, kræver dette koncept yderligere undersøgelser før en endelig kommercialisering. Det nærværende ph.d.-projekt handler om form- og materiale-optimering af det såkaldte "overgangsstykke" (TP), som forbinder vindmøllens tårn med bøttefundamentet. Trekantede flange-forstærkede forskydningspaneler (forstærkninger) udført i stål er traditionelt anvendt som overgangsstykke. Den traditionelle løsning er dyr at producere, kræver korrosionsbeskyttelse og har problemer med udmættelse i svejsesamlingerne forårsaget af kombinerede cykliske belastninger fra vind og bølger.

Formålet med ph.d.-projektet har været at modellere og finde en alternativ udformning af dette overgangsstykke vha. FEA, hvor et alternativt materiale, Compact Reinforced Composite (CRC®) eller "The New Concrete", anvendes. CRC® blev opfundet af Aalborg Portland A/S i 1986 som et meget stærkt højstyrkekompositmateriale med et stort indhold af stålfibre og tætliggende hovedarmeringen. En undersøgelse af bearbejdelighed og trykstyrke af denne højstyrkebeton blev foretaget på et parti højstyrkebetonemner støbt på AAU. Derudover blev et Computertomografi (CT) forsøg (en ikke-destruktiv diagnostisk billeddannelsesteknik) udført for at undersøge fiberorientering og fiberfordeling samt tilstedeværelse af revner og luftlommer. Først blev der foreslået en konisk udformning af TP i tre materialekonfigurationer: CRC®-stål komposit, ren CRC® og en stålskal. Bæreevnen i BGT blev kontrolleret, og en stabilitetsanalyse af skallerne blev udført. Desuden blev en ikkelineær følsomhedsanalyse udført, og de tre modeller blev sammenlignet med hensyn til følsomhed overfor små geometriske imperfektioner, der kan forekomme under produktionsprocessen. Denne undersøgelse viste, at et overgangsstykke lavet af ren CRC® var mindst følsomt, hvorfor dette materiale blev anvendt i yderligere undersøgelser. Formoptimering af overgangsstykket blev udført vha. foreløbige elastiske beregninger og ikke-lineær finite element analyse. To CRC® materialemodeller med varierende tryk- og trækstyrke blev foreslået til en sammenligning. Ydermere blev foreslået at indføre udskæringer for at spare på materialeforbruget og muligvis for at minimere scour og bølgelast på overgangsstykket. Der blev udvalgt flere forskellige udformninger af overgangsstykket til evaluering af scour under en konstant ensrettet strøm, hvor "clear water" (”klart vand”) og "live bed" (”levende bund”) regimer blev genereret i lille skala. Udviklingen af scour-hullets geometri, scour-volumen og ligevægtsscourdybden omkring overgangsstykket blev undersøgt. Scour-beskyttelse omkring bøttefundamentet er også blevet diskuteret. Derudover blev hydrodynamiske belastningsforsøg udført i lille skala på dybt vand med regelmæssige og xii Nezhentseva uregelmæssige bølger for at studere påvirkningen fra udskæringerne og for at finde den udformning, der kunne minimere påvirkning fra bølgekræfter på overgangsstykket.

Ud fra resultaterne af den foreliggende undersøgelse anbefales det at masseproducere overgangsstykker til havvindmøllebøttefundamenter lavet af højstyrkebeton med et stort indhold af stålfibre og tætliggende hovedarmeringen.
OriginalsprogEngelsk
UdgivelsesstedAalborg
ForlagDepartment of Civil Engineering, Aalborg University
Antal sider214
StatusUdgivet - 2013
NavnDCE Thesis
Nummer42
ISSN1901-7294

Emneord

  • Bucket Foundations
  • Offshore Wind Turbines
  • Wind Turbines
  • Transition Pieces

Fingeraftryk

Dyk ned i forskningsemnerne om 'Design of Transition Pieces for Bucket Foundations for Offshore Wind Turbines'. Sammen danner de et unikt fingeraftryk.

Citationsformater