Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Δομοστατικός Σχεδιασμός και Ανάλυση των Κατασκευών”
(EL)
Με την πάροδο του χρόνου, η συνεχής αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας οδηγεί στην ανάγκη καλύτερης εκμετάλλευσης του αιολικού δυναμικού. Για αυτό τον λόγο, το ύψος των σύγχρονων ανεμογεννητριών διαρκώς αυξάνεται, με αποτέλεσμα να εντείνονται οι επιβαλλόμενες φορτίσεις. Ο άνεμος αποτελεί την κυρίαρχη φόρτιση μιας ανεμογεννήτριας, που λόγω της δυναμικής φύσης των ανεμοπιέσεων και της ανακυκλιζόμενης φόρτισης, οδηγεί σε ενδεχόμενη αστοχία μίας τέτοιας κατασκευής εξαιτίας της κόπωσης. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η μελέτη των συνδέσεων μεταξύ διαδοχικών τμημάτων, οι οποίες καταπονούνται ιδιαίτερα από τις φορτίσεις του ανέμου και εμφανίζουν φαινόμενα αστοχίας. Αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η πειραματική αξιολόγηση της συμπεριφοράς των συνδέσεων αποκατάστασης της συνέχειας μεταξύ τμημάτων του πυλώνα μιας ανεμογεννήτριας υπό στατική φόρτιση.
Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η αιολική ενέργεια και περιγράφονται συνοπτικά τα βασικά χαρακτηριστικά μιας ανεμογεννήτριας. Επιπλέον, παρουσιάζονται οι τεχνικές παραγωγής και κατασκευής χαλύβδινων σωληνωτών πυλώνων. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι μέθοδοι σύνδεσης διαδοχικών τμημάτων ενός χαλύβδινου σωληνωτού πυλώνα, που υλοποιούνται μέσω δακτυλιοειδών ελασμάτων συγκολλημένων σε κάθε τμήμα του πυλώνα, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους με προεντεταμένους κοχλίες.
Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται σχηματικά η πειραματική διάταξη του πλαισίου που χρησιμοποιήθηκε για την πραγματοποίηση της πειραματικής διαδικασίας, καθώς και τα σχέδια των εξεταζόμενων δοκιμίων. Οι κατηγορίες των υπό εξέταση δοκιμίων είναι: δοκίμιο εσωραφής στο κέλυφος του πυλώνα, δοκίμιο εσωραφής στην τομή φλάντζας – πυλώνα, δοκίμιο εσωραφής στην τομή φλάντζας – πυλώνα με σχισμή, δοκίμιο με εξωραφή και δοκίμιο εξωραφής με προεξοχή φλάντζας.
Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται φωτογραφικό υλικό των δοκιμίων από την πειραματική διαδικασία, καθώς και τα πειραματικά αποτελέσματα σε μορφή διαγραμμάτων. Συνολικά, χρησιμοποιήθηκαν 13 πειραματικά δοκίμια, τα οποία τοποθετήθηκαν και εξετάστηκαν σε πειραματική διάταξη στο Εργαστήριο Μεταλλικών Κατασκευών στο Ε.Μ.Π. Επιπλέον, στα πειράματα χρησιμοποιήθηκαν 2 ομάδες κοχλιών διαφορετικής προέλευσης. Στόχος της πειραματικής διαδικασίας είναι ο προσδιορισμός της αντοχής κάθε δοκιμίου και η διερεύνηση του μηχανισμού αστοχίας ελάσματος, κοχλία ή συγκόλλησης.
Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται μια προσπάθεια σύγκρισης και αξιολόγησης των πειραματικών αποτελεσμάτων, ενώ στο έκτο και τελευταίο κεφάλαιο γίνονται προτάσεις για την περαιτέρω μελέτη της συμπεριφοράς των συνδέσεων σε πυλώνες ανεμογεννητριών.
(EL)
Nowadays, growing energy consumption results in an effort for better exploitation of the available wind resources. For this purpose, the height of modern wind turbines continuously increases and so do the applied loads. Wind is the prevailing load of a wind turbine. Due to the dynamic and cyclic nature of wind loads, fatigue is one of the most common cause of failure. Investigation of the connections between adjacent parts, which are being stressed by wind loads, is of particular interest. The present postgraduate thesis deals with the experimental evaluation of the behavior of wind turbine tower connections under static loading.
In the first chapter, a brief introduction to wind power and manufacturing process of steel wind turbine tower are presented. In the second chapter, typical connections between adjacent parts of tubular wind turbine towers are described. Such connections are realized by means of ring flanges that are pre-welded at each part of the tower and are bolted together with fully preloaded bolts.
The third chapter is about the design of the experimental set – up. The geometry of the specimens and the testing frame used to evaluate the specimens’ behavior are described in detail. The types of specimens tested are: specimen with butt weld in tower’s shell, specimen with butt weld in flange – tower’s shell section, specimen with butt weld and defined contact area, specimen with fillet weld and specimen with fillet weld and projection.
In the fourth chapter, photos as well as experimental results of each specimen are presented. The 13 specimens were tested in a testing frame in the Institute of Steel Structure in National Technical University of Athens. Furthermore, 2 types of bolts were used in the experiments. The experiments aim at defining the ultimate strength of each specimen and evaluating the failure of plate, bolt or weld.
In the fifth chapter, the experimental results are compared and conclusions are extracted. In the sixth and last chapter, proposals for the further investigation of the behavior of wind turbine tower connections are suggested.
(EN)
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο
