ES2297130T3 - Metodo para construir torres de gran tamaño para aerogeneradores. - Google Patents

Abstract

Torre (1) para un aerogenerador, que comprende un número de secciones de torre cilíndricas o ahusadas (2), estando al menos las secciones más amplias (2) de las mismas subdivididas en dos o más segmentos de armazón alargados (3), que se combinan para formar una sección de torre completa (2), estando dichos segmentos de armazón dotados de rebordes verticales (6) que se fijan entre sí, por ejemplo mediante pernos (10), caracterizada porque dicha torre está compuesta de acero y dichos armazones también están dotados de rebordes horizontales superiores e inferiores (4), respectivamente, para permitir la interconexión de las secciones de torre (2) unas encima de otras.

Description

Método para construir torres de gran tamaño para aerogeneradores.

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Campo de la invención

La invención se refiere a torres de aerogeneradores de gran tamaño de secciones de torre de acero de simple pared, estando compuesta cada una por segmentos de armazón prefabricados.

Durante muchos años, ha sido una práctica común el construir por separado secciones de torres de acero en una fábrica y después trasladar cada sección completa al emplazamiento, donde va a realizarse la instalación del aerogenerador. Las secciones de torre tenían normalmente una forma cilíndrica o ligeramente ahusada y, a su vez, cada una de las secciones podía estar dividida a lo largo de líneas axiales en un número adecuado de armazones.

Debido a la siempre creciente demanda de aerogeneradores de mayor capacidad y, por consiguiente, de mayores dimensiones de todas las partes necesarias para construir dichos aerogeneradores, se ha alcanzado un límite físico impuesto por la infraestructura, por ejemplo, el gálibo bajo un puente o en un túnel.

Por consiguiente, la idea de subdividir las estructuras de torre con el fin de facilitar el transporte de las mismas debería sugerirse como una solución obvia.

Técnica anterior

El documento DE-A-38 42 026 se considera como la técnica anterior más próxima que describe una torre, por ejemplo, para un aerogenerador, que comprende un número de secciones de torre ahusadas que se subdividen en segmentos de armazón alargados, que se combinan para formar secciones de torre completas y que a su vez se combinan para formar una estructura de torre completa.

Dichos segmentos de armazón se moldean sobre una estructura de madera cubriendo la estructura con capas de resina reforzada y envolviendo los bordes con el material resinoso para formar grandes zonas de contacto de reverso curvadas con el fin de adherir entre sí varios segmentos y envolver las zonas de contacto yuxtapuestas con una cinta de fibra, evitando de ese modo impactos perjudiciales debido a fuerzas de oscilación.

Todas las conexiones excepto los pernos de anclaje se establecen claramente laminándolas entre sí.

A partir del documento US 3 935 633 "Tank Fabrication Process", se conoce la fabricación de un tanque de acero o cilindro vertical uniendo entre sí secciones de placa arqueadas dispuestas sobre una plantilla cóncava, por lo cual las secciones de placa se sujetan en una relación de solapamiento entre sí atornillándolas a largueros verticales. No se prevén rebordes de montaje.

El documento DE 198 32 921 publicado describe una estructura de torre especialmente para un aerogenerador, que tiene un diámetro inferior mayor de 6 m, torre que comprende segmentos de armazón de acero internos y externos que van a montarse in situ, tras lo cual se deposita hormigón en el espacio entre los armazones internos y externos con el fin de establecer la resistencia necesaria para soportar el impacto debido a la presión del viento y la góndola del aerogenerador.

En la torre de la técnica anterior se reivindica que los armazones internos y externos cooperan con el núcleo de hormigón para proporcionar la capacidad de carga requerida.

Además, cada uno de los segmentos de armazón está dotado de bordes en ángulo verticales y horizontales que presentan un número de orificios pasantes para interconectar los segmentos mediante, por ejemplo, pernos. Esto tiene como fin proporcionar la rigidez horizontal necesaria para que los segmentos de armazón se utilicen como paredes de cierre.

La carga del viento aumenta según el cuadrado de la velocidad del viento y, por consiguiente, cuanto más altas sean las torres, con mayor robustez debería dimensionarse la estructura, lo que a su vez significa que debería aumentarse o bien el espesor de la pared o bien el diámetro.

Al definir el diámetro óptimo basándose en la capacidad de carga, rigidez y frecuencias naturales, los diámetros de estructuras de torre mayores superarían los límites de transporte permitidos en cuanto al tamaño vertical y horizontal. Las razones para necesitar diámetros mayores se deben a que la resistencia y la rigidez aumentan con el espesor de la placa de acero en la potencia de uno, mientras que con relación al diámetro aumentan en una potencia de dos y en una potencia de tres, respectivamente. La explicación matemática, en la que D representa el diámetro medio y t es el espesor, correspondiéndose la capacidad de carga con el momento de resistencia,

Q = (\pi/4) x D^{2} x t,

mientras que la rigidez (o deflexión) se corresponde con el momento de inercia,

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I = (\pi/8) x D^{3} x t.

Por tanto, es más ventajoso aumentar el diámetro de la torre que el espesor de la placa.

Un aumento de espesor implicaría mayores costes materiales y una necesidad de vehículos de transporte más pesados, por ejemplo, camiones, trenes, barcos o helicópteros, mientras que los diámetros necesitan ser lo suficientemente pequeños para permitir alturas de vehículos que no superen normalmente los 4,20 m con el fin de pasar bajo puentes y a través de túneles.

Con el fin de acomodarse y aprovechar los diámetros aumentados, las secciones demasiado amplias necesitan dividirse a lo largo de líneas verticales, de manera que los armazones puedan disponerse longitudinalmente con una altura de carga adecuada para el transporte.

Sin embargo, dicha solución tiene la desventaja de requerir una mayor cantidad de trabajo manual en lugares inapropiados y quizá de añadir estructuras de soporte a las subpartes, razón por la cual ésta no se ha considerado una solución rentable.

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Descripción de la invención

Es un objetivo de la invención proporcionar una estructura de torre de gran diámetro para un aerogenerador manteniendo o disminuyendo el coste total de una estructura cuando se instala, torre que permite el transporte cumpliendo las limitaciones logísticas habituales.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un método de preparación de los elementos de construcción de una torre y transporte de los mismos en un gran remolque de camión, o en una barcaza de un barco o a través de medios de transporte aéreos.

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Resumen de la invención

Según la invención, uno de estos objetivos se consigue mediante una torre de acero para un aerogenerador, que comprende varias secciones cilíndricas o ahusadas, estando al menos las secciones más amplias subdivididas en dos o más segmentos de armazón alargados, que se combinan para formar una sección de torre completa mediante rebordes verticales fijados entre sí, por ejemplo, mediante pernos, estando dotados también dichos armazones de rebordes horizontales superiores e inferiores, respectivamente, para permitir la interconexión de las secciones de torre una encima de la otra.

Además, otra ventaja de la invención se consigue mediante un método de construcción de una torre de gran tamaño, cilíndrica o ahusada para un aerogenerador, de secciones de torre de acero de simple pared a partir de segmentos de armazón prefabricados, por lo cual al menos las secciones más amplias se dividen en segmentos a lo largo de líneas verticales y se interconectan mediante rebordes proporcionados a lo largo de los bordes de las mismas, que comprende las etapas de:

a) proporcionar dos o más segmentos de armazón de torre a partir de una placa de acero curvada que tiene el radio de curvatura requerido, formando dichos armazones de manera conjunta una sección de torre circunferencial completa,

b) dotar cada segmento de armazón de rebordes de conexión verticales y horizontales a lo largo de los bordes libres de los mimos,

c) montar uno o más segmentos de armazón sobre un vehículo de transporte,

d) transportar dichos segmentos soportados al emplazamiento de construcción,

e) montar los segmentos de armazón entre sí a lo largo de sus rebordes verticales para proporcionar una sección de torre mediante medios de conexión, por ejemplo, pernos,

f) montar secciones de torre unas encima de otras conectándolas a lo largo de sus rebordes horizontales opuestos mediante medios de conexión, por ejemplo, pernos.

En una realización ventajosa del método, la placa de acero curvada que constituye un armazón de 360º se suelda para formar una sección de torre cilíndrica o ahusada, tras lo cual dicha sección se corta en el número de segmentos de armazón alargados requeridos.

En otra realización ventajosa del método y antes de la etapa a), varios segmentos de armazón curvados alargados se sueldan entre sí a lo largo de sus bordes horizontales de empalme para establecer longitudes más grandes de segmentos de armazón de torre.

Además, el método incluirá preferiblemente que se suelden los rebordes en la etapa b) en una posición dirigida hacia el centro de la torre. Esto deja una superficie exterior lisa de la torre.

Los rebordes verticales se sueldan preferiblemente a una distancia tal del borde del armazón respectivo que una barra separadora podría intercalarse entre los rebordes a medida que se fijan entre sí. Una junta vertical visible después de interconectar dos armazones contiguos a través de una barra separadora se cubre preferiblemente insertando un material de relleno y/o un elemento de relleno.

En un método preferido según la invención, la interconexión de rebordes horizontales se realiza después de desplazar las líneas de división verticales de secciones de torre contiguas. También sería preferible equipar cada armazón con escaleras necesarias, etc. antes de su transporte al emplazamiento, reduciendo de ese modo el trabajo in situ tanto como sea posible.

Finalmente, se trata la superficie de todas las partes de la estructura de la torre en la fábrica antes de su transporte con el fin de obtener la mejor resistencia frente a las condiciones medioambientales adversas que normalmente predominan en los emplazamientos de los aerogeneradores.

Una realización preferida de la torre muestra que al menos una de las secciones de torre está dividida en tres segmentos de longitud de arco esencialmente igual, es decir, 120º cada uno.

Con el fin de proporcionar una longitud satisfactoria y práctica de segmento de armazón que va a transportarse, dicho segmento podría estar compuesto de manera ventajosa por al menos dos longitudes de segmentos soldados entre sí a lo largo de sus bordes horizontales de empalme y estando provistos de rebordes horizontales a lo largo de los bordes libres más superiores y más inferiores, estando dotados dichos rebordes de un número de orificios pasantes para interconectar pernos.

En una realización mejorada de la invención, los rebordes verticales se sueldan a los segmentos de armazón desplazados desde los bordes correspondientes una distancia que deja un espacio entre superficies opuestas de rebordes para una barra separadora intercalada entre los mismos, cuando los rebordes se atornillan entre sí, lo que permitirá una conexión robusta y segura. Dicha barra separadora podría estar dotada de orificios pasantes que coinciden con los orificios de los rebordes y, preferiblemente, cada orificio de la barra separadora tendrá una ranura que se extiende desde el borde de la barra hacia el orificio y será lo bastante amplia como para permitir un deslizamiento lateral sobre un perno.

Se consigue una superficie exterior lisa de la torre si las juntas verticales y/o horizontales entre segmentos y secciones, respectivamente, se cubren insertando un material de relleno y/o un elemento de relleno.

Un aspecto que ahorra tiempo operando con segmentos de armazón es que éstos pueden estar dotados convenientemente de un equipamiento en forma de, por ejemplo, secciones de escalera y accesorios para cables antes de su transporte al emplazamiento de construcción.

La torre según la invención y el método descrito para construir dicha torre ofrecen importantes ahorros económicos en cuanto a torres de gran diámetro actuales y futuras solicitadas por el sector de energía eólica, y las torres pueden hacerse funcionar inmediatamente ya que pueden equiparse con todas las instalaciones antes de abandonar la fábrica, por lo que sólo necesitan conectarse in situ.

Breve descripción de los dibujos

Un ejemplo de una realización ventajosa de la torre y el método según la invención se describe a continuación con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 es una vista lateral elevada de uno de los tres segmentos de armazón de una sección de torre de aerogenerador según la invención y que consiste en varias longitudes de armazón soldadas entre sí una después de otra,

la figura 2 es una vista en perspectiva de una sección de torre que consiste en tres segmentos atornillados entre sí en dirección lateral,

la figura 3 es una vista detallada de una conexión de reborde vertical dentro de la sección de torre, que se extiende perpendicularmente al plano del dibujo,

la figura 4 es una vista detallada de rebordes horizontales y verticales, respectivamente, rodeados por un círculo en la figura 2,

la figura 5 es una vista en sección transversal que muestra un sección de torre compuesta por tres segmentos de armazón, y

la figura 6 es un segmento de armazón preparado para el remolque por un camión.

Descripción detallada de la invención

Un segmento de armazón de una torre de aerogenerador construida según la invención se muestra en la figura 1 y detalles adiciones se muestran en las figuras 2 a 5. La torre comprende varios segmentos de armazón 1 de placas de acero curvadas, que atornillados entre sí lado a lado constituyen secciones de torre circunferencial completas 2 (véanse las figuras 2 y 5), estando fijadas dichas secciones una encima de otra mediante pernos (véanse las figuras 3 y 4). En la figura 2, un segmento 3 muestra varias longitudes 3 de armazón soldadas entre sí a lo largo de bordes superiores e inferiores de empalme. Cada borde superior e inferior de una longitud combinada de segmentos de armazón 3 está dotado de un reborde plano 4 que se extiende hacia dentro y que lleva un gran número de orificios pasantes 5 para alojar pernos correspondientes para fijar secciones de manera segura entre sí.

Rebordes verticales planos 6 dotados de un gran número de orificios pasantes 7 están soldados a una distancia tal del borde del armazón respectivo que pueda intercalarse una barra separadora 9 entre los rebordes verticales 6, cuando éstos se fijan entre sí por medio de pernos 10.

En el exterior de la torre, son visibles juntas verticales 11 hasta que éstas se rellenan con un material de relleno y/o un elemento de relleno 12.

De manera similar, las juntas horizontales entre secciones podrían hacerse invisibles.

En una realización práctica del método según la invención, un segmento de armazón de torre está equipado con, por ejemplo, una sección de escalera o accesorios para cables antes de su transporte al emplazamiento de construcción. Dicho transporte se lleva a cabo colocando un segmento de armazón sobre soportes 1, que a su vez están colocados sobre un bastidor de soporte o estructura 13, que preferiblemente puede moverse por medio de ruedas 15 (figura 6) y un camión (no mostrado).

Es obvio que puede determinarse el número de segmentos de armazón, en los que se divide una sección, considerando las limitaciones impuestas por la infraestructura; es decir, puentes bajos, túneles estrechos, etc.

Además, la elección de medios de conexión no está restringida en absoluto a pernos y tuercas, pero son medios habituales y adecuados, especialmente también para aprovechar el tratamiento de superficie prefabricado que debería mantenerse intacto.

Claims (16)

1. Torre (1) para un aerogenerador, que comprende un número de secciones de torre cilíndricas o ahusadas (2), estando al menos las secciones más amplias (2) de las mismas subdivididas en dos o más segmentos de armazón alargados (3), que se combinan para formar una sección de torre completa (2), estando dichos segmentos de armazón dotados de rebordes verticales (6) que se fijan entre sí, por ejemplo mediante pernos (10), caracterizada porque dicha torre está compuesta de acero y dichos armazones también están dotados de rebordes horizontales superiores e inferiores (4), respectivamente, para permitir la interconexión de las secciones de torre (2) unas encima de otras.

2. Torre de acero según la reivindicación 1, en la que al menos una de las secciones de torre (2) está dividida en tres segmentos (3) de longitud de arco esencialmente igual, es decir, 120º cada uno.

3. Torre de acero según la reivindicación 1 ó 2, en la que un segmento de armazón (3) comprende al menos dos longitudes de segmentos (3) soldados entre sí a lo largo de sus bordes horizontales de empalme y estando provistos de rebordes horizontales (4) a lo largo de los bordes libres más superiores y más inferiores, estando dotados dichos rebordes (4) de varios orificios pasantes (5) para interconectar pernos.

4. Torre de acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los rebordes verticales (6) están soldados a los segmentos de armazón (3) desplazados desde los bordes correspondientes una distancia que deja un espacio entre superficies opuestas de rebordes (6) para una barra separadora (9) intercalada entre los mismos, cuando los rebordes se atornillan entre sí.

5. Torre de acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha barra separadora (9) está dotada de orificios pasantes que coinciden con los orificios en los rebordes (6), y preferiblemente cada orificio de la barra separadora (9) presenta una ranura que se extiende desde el borde de la barra (9) hacia el orificio y es lo bastante amplia para permitir deslizamiento lateral de la barra (9) sobre un perno (10).

6. Torre de acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las juntas verticales y/u horizontales entre segmentos (3) y secciones (2), respectivamente, se cubren insertando un material de relleno y/o un elemento de relleno (12).

7. Torre de acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que un segmento de armazón (3) está dotado de un equipamiento en forma de, por ejemplo, una sección de escalera y accesorios para cables antes de su transporte al emplazamiento de construcción.

8. Método para construir una torre de gran tamaño, cilíndrica o ahusada (1) para un aerogenerador, de secciones de torre de acero de simple pared (2) a partir de segmentos de armazón prefabricados (3), por lo cual al menos las secciones más amplias (2) se dividen en segmentos (3) a lo largo de líneas verticales (11) y se interconectan mediante rebordes (4,6) proporcionados a lo largo de los bordes de las mismas, que comprende las etapas de:

a)

proporcionar dos o más segmentos de armazón (3) de torre a partir de una placa de acero curvada que tiene el radio de curvatura requerido, formando dichos armazones de manera conjunta una sección de torre circunferencial completa (2),

b)

dotar cada segmento de armazón (3) de rebordes de conexión verticales y horizontales (6,4) a lo largo de los bordes libres de los mimos,

c)

montar uno o más segmentos de armazón (3) sobre un vehículo de transporte o bastidor de soporte (13),

d)

transportar dichos segmentos soportados (3) al emplazamiento de construcción,

e)

montar los segmentos de armazón (3) entre sí a lo largo de sus rebordes verticales (6) para proporcionar una o más secciones de torre (2) mediante medios de conexión (10), por ejemplo, pernos,

f)

montar secciones de torre (2) unas encima de otras conectándolas a lo largo de sus rebordes horizontales opuestos (4) mediante medios de conexión, por ejemplo, pernos.

9. Método según la reivindicación 8, en el que dicha placa de acero curvada de la etapa a) constituye un armazón de 360º que se suelda inicialmente para formar una sección de torre cilíndrica o ahusada (2) y después se corta en el número de segmentos de armazón alargados (3) requeridos.

10. Método según la reivindicación 8 ó 9, en el que antes de la etapa a), un número opcional de placas de acero curvadas en forma de segmentos de armazón alargados (3) se sueldan entre sí a lo largo de sus bordes horizontales de empalme para establecer longitudes mayores de armazón de torre.

11. Método según cualquier reivindicación de método anterior, en el que los rebordes (4,6) en la etapa b) se sueldan en una posición dirigida hacia el centro de la torre (1).

12. Método según cualquiera de las reivindicaciones de método anteriores, en el que los rebordes verticales (6) se sueldan a una distancia tal del borde del armazón respectivo que una barra separadora (9) pueda intercalarse entre los rebordes (6) cuando éstos se fijan entre sí.

13. Método según la reivindicación 12, en el que una junta vertical (11) visible después de interconectar dos armazones contiguos a través de una barra separadora intermedia (9) se cubre insertando un material de relleno y/o un elemento de relleno (12).

14. Método según cualquiera de las reivindicaciones de método anteriores, en el que la interconexión de rebordes horizontales (4) se realiza después de desplazar las líneas de división verticales (11) de secciones de torre contiguas.

15. Método según cualquiera de las reivindicaciones de método anteriores, en el que equipar cada armazón con escaleras necesarias, etc. se realiza antes de su transporte al emplazamiento.

16. Método según cualquiera de las reivindicaciones de método anteriores, en el que se trata la superficie de todas las partes de la estructura de torre (1) en la fábrica antes de su transporte al emplazamiento de construcción.