nazwa pliku: Masterfl ow_turbiny_v06 data zapisu pliku: 10 października :05 strona: 1 Masterflow Zaprawy zalewowe do turbin wiatrowych

Transkrypt

1 strona: Masterflow Zaprawy zalewowe do turbin wiatrowych

2 Energia z turbin wiatrowych Ludzkość wykorzystuje energię wiatru od ponad 5 lat, lecz pierwszą turbinę wiatrową służącą do produkcji energii elektrycznej zbudowano dopiero w roku 888 w stanie Ohio, USA. Obecnie wiatr jest istotnym źródłem energii odnawialnej, a turbiny wiatrowe stały się ważnymi środkami produkcji energii elektrycznej. nazwa pliku: Masterfl ow_turbiny_v6 strona: 2 Światowy rynek energii wiatru wykazuje przeciętne tempo wzrostu na poziomie około 25% w ciągu ostatnich 5 lat i będzie dalej rósł w tak wysokim tempie w latach nadchodzących. Dla przykładu, Unia Europejska ustaliła wiążący cel przewidujący, iż do roku 22 około 2% całości wytwarzanej energii będzie stanowić energia odnawialna oraz, że gazy cieplarniane zostaną zredukowane o 2%. Jako jedno ze źródeł energii odnawialnej, energia wiatrowa wnosi trwały i znaczący wkład w ogólnoświatowe zaopatrzenie w energię elektryczną. Stosowanie turbin wiatrowych na szeroką skalę rozpoczęło się Danii, gdzie opracowano nowe technologie, zaczęto instalować większe turbiny oraz budować farmy wiatrowe nie tylko na lądzie. Od około lat turbiny wiatrowe instalowane są również w morskich parkach wiatrowych, ponieważ na obszarach morskich wiatr wieje silniej i w sposób bardziej stały niż na lądzie. Bezpieczeństwo i trwałość instalacji turbin wiatrowych w dużym stopniu zależy od wysokiej jakości materiałów budowlanych, które łączą wieżę z jej podstawą / fundamentem.

3 strona: 3 Wyzwania montażowe Turbiny wiatrowe są wysokimi, smukłymi budowlami narażonymi w sposób dynamiczny na wysokie obciążenia od wiatru oraz na inne naprężenia eksploatacyjne. Współpraca maszyn z przenoszącymi obciążenia elementami instalacji, tj. wieżą, fundamentem i kotwami, wymaga szczególnej uwagi przy projektowaniu turbin wiatrowych. Przybrzeżno-lądowe instalacje turbin wiatrowych We wczesnych projektach przybrzeżno-lądowych instalacji turbin wiatrowych wieże były bezpoś rednio mocowane do betonu za pomocą kotew jedno-lub dwukołnierzowych. Wszystkie obciążenia oddziałujące na konstrukcję są przenoszone bezpośrednio z wieży na fundament z betonu zbrojonego. Ponieważ takie konstrukcje nie są sprężone, występują w nich wysokie amplitudy naprężeń, które mogą prowadzić do obszernych spękań oraz/lub rozwarstwień betonu. W bardziej aktualnych projektach turbin wiatrowych, uważanych za bardziej trwałe i niezawodne, stosuje się pierścienie sprężone lub połączenia teownikowe, którymi można kontrolować amplitudy naprężeń. Cementowe zaprawy zalewowe, stosowane do wypełniania szczelin pomiędzy kołnierzem a fundamentem, muszą być precyzyjnie dobierane. Zaprawa podlega milionom obciążeń dynamicznych w okresie eksploatacji konstrukcji turbiny wiatrowej. Wszelkie wady występujące pod kołnierzem, np. obszary puste, będą w związku z tym prowadziły do gwałtownego wzrostu ilości odkształceń oraz ryzyka awarii konstrukcji. Zaprawy wykazujące słabą wytrzymałość na obciążenia dynamiczne, nie wypełniające całkowicie przestrzeni, prowadzą w końcu do przedwczesnego załamania się konstrukcji. Morskie instalacje turbin wiatrowych Morskie instalacje turbin wiatrowych są generalnie dużo większe i narażone na wiele wyższe obciążenia dynamiczne. Staranny projekt i dobór cementowych zapraw zalewowych ma kluczowe znaczenie. Ostatnio pojawiły się pewne problemy z fundamentami jednosłupowymi. W niektórych morskich farmach wiatrowych stwierdzono występowanie przesunięć w połączeniach zalewanych zaprawami cementowymi pomiędzy jednosłupem a elementem przejściowym. Przyczyna tej usterki wydaje się leżeć w niewłaściwym sposobie zaprojektowania oraz w niewłaściwej współpracy pomiędzy fundamentem a zaprawą zalewową. Wieża mocowana bezpośrednio do betonu za pomocą kotew jedno-lub dwukołnierzowych. Pękanie betonu z uwagi na niewłaściwy sposób zaprojektowania oraz wysokie obciążenia dynamiczne oddziałujące na fundament. Wieże instalowane z wykorzystaniem betonu i sprężania. Pękanie zaprawy w wyniku wysokiego skurczu przy schnięciu. Oderwanie się zaprawy z powodu niewłaściwego doboru materiału, nie odpornego na wysokie obciążenia dynamiczne.

4 Ekstremalne obciążenia dynamiczne W okresie eksploatacji instalacje turbin wiatrowych podlegają milionom obciążeń dynamicznych powodowanych przez wiatr oraz/ lub oddziaływanie fal, a także przez obroty łopatek wirnika. Dodatkowo do tych obciążeń dynamicznych, te gigantyczne konstrukcje o masie kilkuset ton wytwarzają również duże obciążenia osiowe działające na fundamenty. nazwa pliku: Masterfl ow_turbiny_v6 strona: 4 Najbardziej istotne obciążenia oddziałujące na konstrukcję turbiny wiatrowej to: Obciążenia osiowe Drgania (nie pokazane na ilustracji) Ruch obrotowy Zginanie Skręcanie Wszystkie te obciążenia muszą być amortyzowane / przenoszone przez zaprawę zalewową łączącą wieżę z konstrukcją fundamentu. Ruch obrotowy Zginanie Skręcanie Obciążenia osiowe Przenoszenie obciążeń

5 strona: 5 Parametry jakościowe Aby sprostać wymaganiom rynkowym oraz spełnić ambitne cele przemysłu, rosną rozmiary oraz wydajność turbin wiatrowych, a jednocześnie buduje się coraz więcej turbin na morskich farmach wiatrowych. Z uwagi na to powstało zapotrzebowanie na cementowe zaprawy zalewowe wyższej jakości, które można szybciej aplikować skracając terminy prac budowlanych. Tylko wysoce trwałe materiały gwarantują projektowy okres eksploatacyjny tych coraz większych konstrukcji turbin, które podlegają ciągłym, jeszcze wyższym obciążeniom dynamicznym. Trwałość w przemyśle energetyki wiatrowej jest głównie określana przez: Odporność na zmęczenie materiału: jest to odporność na postępujące, miejscowe uszkodzenia konstrukcji występujące wówczas, gdy materiał poddawany jest powtarzającym się cyklom obciążeniowym. Nominalne maksymalne wartości naprężeń są niższe od granicznego naprężenia niszczącego mogą znajdować się poniżej granicy plastyczności materiału. Zmęczenie materiału występuje wówczas, gdy materiał podlega powtarzającym się cyklom obciążeń. Kiedy obciążenia przekroczą pewną wartość progową, zaczynają się tworzyć mikroskopijne spękania. W końcu pęknięcie dojdzie do wielkości krytycznej i konstrukcja ulegnie nagłemu załamaniu. Wytrzymałość: jest to odporność na pęknięcie materiału znajdującego się pod obciążeniem. Określana jest jako ilość energii na jednostkę objętości, jaką materiał może wytrzymać przed zerwaniem. Materiał może być mocny i posiadać odpowiednią wytrzymałość, jeżeli ulega zerwaniu dopiero pod działaniem wysokich sił powodujących wysokie odkształcenia. Z drugiej strony materiały kruche mogą być mocne, a jednocześnie posiadać ograniczone wartości odkształceniowe a więc ich wytrzymałość jest słaba. Ogólnie rzecz biorąc, wytrzymałość wskazuje wielkość siły, jaką dany materiał może wytrzymać, oraz ilość energii, jaką materiał może pochłonąć przed zerwaniem. Inna definicja mówi nam, iż jest to zdolność do pochłaniania energii mechanicznej (lub kinetycznej) aż do zerwania. Wytrzymałość wskazuje nam zakreskowany obszar znajdujący się pod krzywą naprężenia / odkształcenia. Stabilność objętościowa: zmiany objętościowe zapraw zalewowych wywierają negatywny wpływ na przewidywaną trwałość instalacji turbin wiatrowych. Zaprawy zalewowe stanowią kluczowe ogniwo wiążące wieżę z fundamentem, ponieważ muszą one absorbować i przenosić wszystkie obciążenia występujące w konstrukcji. Skurcz przy schnięciu, skurcz samoczynny, rozszerzanie się lub każda inna postać niestabilności objętościowej zapraw zalewowych ma decydujące znaczenie dla okresu eksploatacji turbiny wiatrowej. Maks. naprężenie względne (MPa).9.8 Odporny na zmęczenie Nieodporny na zmęczenie log (ilość cykli) DNV - liniowa reguła kalkulacji Naprężenie (MPa) Wytrzymałość Odkształcenie (%) Zmęczenie materiału według wytycznej morskiej DNV C52 Wytrzymałość: Krzywa Naprężenie / Odkształcenie Ponadto, turbiny wiatrowe są bardzo często instalowane w trudnych środowiskach, które wymagają stosowania zapraw zalewowych umożliwiających szybki, a jednocześnie bezpieczny montaż. W związku z tym jest niezmiernie istotne, by zaprawa wykazywała wysoką wytrzymałość początkową i końcową nawet w warunkach obniżonych temperatur. Jest to jeszcze ważniejsze w przypadku instalacji morskich montowanych w wodzie na dużych głębokościach, gdzie występowanie tzw. okienek pogodowych może ograniczać czas potrzebny na prace budowlane, ostatecznie opóźniając termin rozruchu morskich urządzeń do produkcji energii elektrycznej.

6 Instalacje przybrzeżno-lądowe: Masterflow 93 Masterflow 93 jest to super wysokiej wytrzymałości, odporna na zmęczenie materiału ekspansywna zaprawa zalewowa na bazie cementu z kruszywem metalicznym do stosowania w przybrzeżno-lądowych instalacjach turbin wiatrowych. nazwa pliku: Masterfl ow_turbiny_v6 strona: 6 Materiał ten został opracowany szczególnie dla: Podlewek w instalacjach turbin wiatrowych, np. pod pierścieniem lub kołnierzem wieży sprężonej Podlewek w bardzo trudnych warunkach, np. zakresie w temperatur już od 2 ºC do 3 ºC Wypełniania wszystkich kawern od 3 mm do 2 mm, gdzie istotne znaczenie ma wysoka wytrzymałość, odporność na zmęczenie materiału oraz wysoki moduł sprężystości. Znakomita trwałość Wysoka odporność na zmęczenie materiału, wytrzymałość na obciążenia dynamiczne Zawiera kruszywo metaliczne Brak skurczu samoczynnego, zapewniający długoterminowe przenoszenie obciążeń Znakomita wytrzymałość na ścieranie Wysoka wytrzymałość Bardzo niska porowatość Odporność na cykle zamrażania/rozmrażania Maks. naprężenie względne,9,8,7.6,5 (),4 w powietrzu przy Hz,3 w powietrzu przy Hz,2 w powietrzu przy Hz, DNV - liniowa reguła kalkulacji log (ilość cykli) Uwaga () Próbki wytrzymały test. Test przerwano z uwagi na zbyt dużą ilość cykli. Odporność na zmęczenie zaprawy Masterflow 93 Szybki, bezpieczny i efektywny kosztowo montaż Wysoka wytrzymałość początkowa i końcowa, umożliwiająca szybkie kotwienie Szybki montaż, krótszy okres przestoju Szybsza produkcja energii Niezależne testy przeprowadzone na Uniwersytecie w Aalborg Montaż przez autoryzowane firmy Wytrzymałość na ściskanie (MPa) Masterflow 93 w 2 C Masterflow 93 w 5 C Masterflow 885 w 2 C Podlewka w 2 C Czas (dni) Przebieg wzrostu wytrzymałości na ściskanie

7 strona: 7 Instalacje morskie: Masterflow 95 Masterflow 95 jest to super wysokiej wytrzymałości, o wysokim module sprężystości, odporna na zmęczenie materiału ekspansywna zaprawa zalewowa na bazie cementu do stosowania w morskich instalacjach turbin wiatrowych. Materiał ten został opracowany specjalnie dla wielkoskalowych urządzeń pompujących: Podlewki instalacji turbin wiatrowych, gdzie wymagana jest znakomita odporność na zmęczenie materiału, np. połączenia pomiędzy fundamentami jednosłupowymi a elementami przejściowymi wież wiatrowych. Podlewki w bardzo trudnych warunkach, np. zastosowania morskie lub prace podwodne w niskich temperaturach dochodzących do 2 ºC. Wypełnianie wszystkich kawern od 25 mm do 2 mm, gdzie istotne znaczenie ma wysoka wytrzymałość i odporność na zmęczenie materiału, np. w przypadku fundamentów grawitacyjnych. Znakomita trwałość Wysoka odporność na zmęczenie materiału, pochłanianie obciążeń dynamicznych Zerowy skurcz samoczynny zapewniający długoterminowe przenoszenie obciążeń Zdolność do wytrzymywania ultra wysokich obciążeń osiowych Bardzo niska porowatość Odporność na cykle zamrażania/rozmrażania Bardzo niski stopień wchłaniania wody, penetracji przez sole Maks. naprężenie względne (MPa) Uwaga:,9,8,7,6,5,4 DNV - liniowa reguła kalkulacji w powietrzu przy Hz,3 w wodzie przy,35 Hz,2 w powietrzu przy Hz, w wodzie przy,35 Hz log (ilość cykli) Próbki wytrzymały test. Test przerwano z uwagi na zbyt dużą ilość cykli. Odporność na zmęczenie zaprawy Masterflow 95 Szybki, bezpieczny i efektywny kosztowo montaż Bardzo szybki wzrost wytrzymałości, nawet w niskich temperaturach Wysoka wytrzymałość końcowa Krótki czas montażu, wcześniejsze rozpoczęcie eksploatacji farmy wiatrowej Szybsza produkcja energii, wcześniejszy zwrot zainwestowanego kapitału Wytrzymałość na ściskanie (MPa) Masterflow 95 2 C Masterflow 95 2 C Masterflow 95 5 C Podlewka (zast. morskie) 2 C Podlewka (zast. morskie) 5 C Montaż przez autoryzowane firmy 7 Czas (dni) 28 Przebieg wzrostu wytrzymałości na ściskanie

8 strona: 8 Inteligentne rozwiązania BASF Każdy problem budowlany w każdej konstrukcji inżynierskiej można rozwiązać lepiej dzięki inteligentnym rozwiązaniom koncernu BASF. Nasze marki - liderzy na rynku - oferują największy wybór sprawdzonych technologii, które pomagają budować lepszy świat. CONIDECK - systemy membran wodoszczelnych EMACO - systemy naprawcze do betonu MultiTherm - systemy ociepleń MASTERFLOW - masy zalewowe precyzyjne i strukturalne MASTERFLEX - materiały uszczelniające do spoinowania MASTERSEAL - powłoki ochronne i uszczelnienia przeciwwodne MASTERTOP - dekoracyjne i przemysłowe systemy posadzkowe PCI - materiały do wyklejania płytek, podkłady cementowe oraz systemy uszczelnień przeciwwodnych Prince Color - systemy ociepleń, materiały do wyklejania płytek, fugi, zaprawy, jastrychy, tynki renowacyjne UCRETE - systemy posadzkowe o wysokiej wytrzymałości BASF Polska Sp. z o.o. Dział E-EBR/Chemia Budowlana ul. Wiosenna Śrem tel faks chemiabudowlana@basf.com Stan: wrzesień 2. Wydanie: październik 23.