Jacket-Konstruktionen für Offshore-Bauwerke

Jacket-Konstruktionen gehören zu den aufgelösten Tragstrukturen in der Offshore-Industrie. Sie werden bereits seit vielen Jahren für die Gründung von Öl- und Gas-Plattformen eingesetzt. Mittlerweile gibt es aber auch im Bereich der Windenergie erste Prototypen, die sowohl Onshore als auch Offshore von REpower Systems AG gemeinsam mit Industriepartnern aufgestellt wurden.

Ein Jacket besteht dabei in der Regel aus vier rohrfömigen Eckstielen und sich kreuzenden Diagonalen, die im Werk mit Hilfe von Schweißverbindungen zusammengesetzt werden (s. Abbildung links). Des Weiteren ist ein Übergangsknoten erforderlich, um die Kräfte und Momente von der ersten Turmsektion mit einer kreisförmigen Geometrie auf das Jacket mit einer viereckigen Geometrie sicher übertragen zu können. Dieser Übergangsknoten ist eines der wichtigsten Komponenten bei Jackets für Offshore-Windenergieanlagen (s. Abbildung rechts). 

Übergangsknoten zwischen Jacket und 1.Turmsektion
Doppel-K-Knoten bei einem Jacket
Spannungskonzentration an den Querschnittsübergängen
OWEA - Jacket

Neben dem Übergangsknoten unterliegen auch die Doppel-K-Knoten an den Eckstielen (s. Abbildung links) sowie die X-Knoten zwischen den Diagonalen hohen dynamischen Beanspruchungen. Sie müssen nicht nur für die Extremlast, sondern auch für die Ermüdungslasten infolge Wind und Wellen bemessen werden. Insbesondere die Schweißnähte sind im Hinblick auf ihre Ermüdungsfestigkeit zu überprüfen. Oftmals kommen dafür lokale Ermüdungskonzepte, wie z.B. das Strukturspannungskonzept, zur Anwendung, weil nicht alle Knotengeometrien bzw. Kerbdetails über den Kerbfallkatalog des Nennspannungskonzeptes abgedeckt werden.

Alternativ gibt es auch die Ausführung mit Gussknoten, um mittels größeren Ausrundungsradien die Spannungskonzentrationen gegenüber einer geschweißten Variante (s. Abbildung rechts) reduzieren zu können.  

OC4-Jacket

Zur Validierung von Offshore-Tools wird das stählerne Jacket vom internationalen Benchmark OC4 (Offshore Code Comparison Collaboration Continuation) genutzt. Damit einheitliche Bemessungsgrundlagen für Geometrie, Material und Lasten zugrunde liegen, wurde von NREL eine 5MW-Referenzturbine vorgegeben. Begleitend vom IWES liegt auch eine Referenzstruktur für das Jacket vor.    

Das Ziel der Offshore-Initiative ist die Kopplung zwischen aerodynamischer und hydrodynamischer Simulation für eine 5MW OWEA inklusive der Tragstruktur. Durch diese Co-Simulation sollen Interaktionen zwischen Turbine, Turm und Jacket aufgezeigt werden, wodurch auch Einsparpotenziale aufgedeckt werden können.    

OC4 Jacket
Jacket-Konstruktion für eine Windenergieanlage
Modalanalyse des OC4 Jackets

Unsere Leistungen

Seitens der SKI Ingenieurgesellschaft können die nachfolgenden Leistungen erbracht werden:

  • Eigenfrequenzanalysen
  • Lastsimulationen im Grenzzustand der Tragfähigkeit
  • Berechnungen von Ermüdungslasten im Zeit- und Frequenzbereich
  • Beulanalysen für einzelne Rohrsektionen
  • Nachweise für Schweiß– und Schraubenverbindungen
  • Berechnung von Ringflanschverbindungen
  • Berücksichtigung von Wellenlasten
  • Auslegung von Grouted Joints und Pile-Sleeve-Verbindungen
  • Lokale Spannungs- und Ermüdungsberechnungen für Rohrknoten
  • Spannungs- und Stabilitätsnachweise für die Rohrprofile

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Beratende Ingenieure

Ingenieurkammer Niedersachsen

Sachverständigenbeirat

Bundesverband der Windenergie