P 633 – Detaillösungen bei Ermüdungsfragen und dem Einsatz hochfester Stähle bei Offshore-Windenergieanlagen

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P633

ISBN: 3-937567-66-6 Artikelnummer: P633 Kategorien: ,

Beschreibung

P 633 – Detaillösungen bei Ermüdungsfragen und dem Einsatz hochfester Stähle bei Offshore-Windenergieanlagen

Die Förderung erneuerbarer Energien durch die Bundesregierung bewirkt insbesondere im Bereich der Windenergie einen enormen Aufschwung. Um dem immer weiter steigenden Bedarf gerecht zu werden, ist die Errichtung von Offshore-Windenergieparks in der Nordsee, der Ostsee und der Irischen See geplant, da im Offshore-Bereich große Flächen mit einem höheren und gleichmäßigerem Windangebot als auf dem Festland zur Verfügung stehen. Allerdings liegen hier erschwerte Bedingungen durch große Wassertiefen, die dadurch erforderlichen großen Turm- und Nabenhöhen sowie variierende Standortbedingungen vor.
Das Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, die besonderen Schwierigkeiten, die sich bezüglich Stabilität und Dauerhaftigkeit ergeben, herauszufiltern und neue Lösungen zu entwickeln. Das beinhaltet die Auswahl der Stahlsorte, die  Verbindungstechnik, insbesondere Fragen zu zylindrischen oder konischen Anschlüssen, die Abschätzung der Restlebensdauer und die Berücksichtigung von Problemen mit Korrosion. Die Bemessung von Windenergieanlagen wird maßgeblich durch die Ermüdungsfestigkeit kritischer Kerbdetails, insbesondere von Schweißnähten, bestimmt. Durch gezielte Anwendung geeigneter Schweißnahtnachbehandlungsverfahren kann die Ermüdungsfestigkeit und damit die Lebensdauer dieser Kerbdetails deutlich erhöht werden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden das Kugelstrahlen, das Ultrasonic Peening (UP) und das Ultrasonic Impact Treatment (UIT) näher untersucht. Das UP- und das UIT-Verfahren bewirken mit der Kombination von geometrischen und mechanischen Effekten deutliche Erhöhungen der Ermüdungsfestigkeiten geschweißter Verbindungsdetails. Die Ergebnisse aus Zugschwellversuchen bestätigen dies für geschweißte Ringflanschsegmente, Stumpfnähte und aufgeschweißte Quersteifen mit Blechdicken von 8 bis 30 mm. Die Ultraschallverfahren wurden darüber hinaus auf die Möglichkeit der Ertüchtigung bestehender Bauteile untersucht.
Die Ergebnisse zeigen, dass bei Anwendung des Verfahrens an bis zum Ende der rechnerischen Lebensdauer vorgeschädigten Proben eine Anhebung der Restermüdungsfestigkeit auf das Niveau von unmittelbar nach der Fertigung behandelten Bauteilen möglich ist. Für Wassertiefen über 30 m geht die Tendenz für die Gründungsstrukturen von Offshore Windenergieanlagen in die Richtung aufgelöster Strukturen. Daher wurde innerhalb dieses Forschungsvorhabens die Tripod-Struktur näher betrachtet. Im Detail betraf das die Ausführung des oberen zentralen Knotens, der das kritischste Detail für die Ermüdungsbemessung des Tripods darstellt. Für die Ausbildung des oberen Zentralknotens, der die Verbindung zwischen Turm und Fußstreben darstellt, wurden konventionelle zylindrische Rohre und Rohre mit konischer Aufweitung in Betracht gezogen. Im Kranbau werden solche Verbindungen mit innerem Versteifungsring ausgeführt. Davon inspiriert wurde ein neues Knotendesign ausgearbeitet und untersucht, wobei der obere Zentralknoten mit Versteifungsring ausgeführt wurde. Auf dem Gebiet des Korrosionsschutzes wurden die speziellen Punkte des Korrosionsschutzes
bei Offshore Windenergieanlagen unter der Anwendung von hochfesten Stählen diskutiert. Dabei wurden die Fragen bzgl. der Interaktion von Beschichtungen mit dem kathodischen Korrosionsschutz, der Abrostungszuschlag, das Korrosionsverhalten in gekapselten Systemen und die Rissbildung im Stahl unter den Beschichtungen vertiefend bearbeitet. Hierbei stellt der hochfeste Stahl keine Neuerung für den Einsatz bei Tragstrukturen im Offshore Bereich dar und kann genau wie der bisher eingesetzte Baustahl angewendet werden.

Autoren:
R. Puthli, S. Herion, J. Hrabowski, T. Ummenhofer, I. Weich, T. Faber, M. Lossin, H. Huhn, J. Uecker

Veröffentlichung:
2008