ES2930005T3 - Método para la construcción de una torre metálica para una turbina eólica - Google Patents

Abstract

Método para construir una torre metálica, en particular de acero, (14) para un aerogenerador, que comprende los pasos de:- en un sitio de fabricación, fabricar secciones de torre metálicas cilíndricas huecas (1), donde las secciones de torre (1) pueden apilarse en dirección longitudinal para formar la torre (14),- cortar, al menos para tramos de torre (1) cuyo diámetro supere un diámetro máximo predefinido, los tramos de torre (1) longitudinalmente en un primer número de al menos dos tramos de tramo (4) ,- transportar los tramos (4) a una obra donde se va a montar la torre (14),- unir los tramos (4) mediante soldadura para reconstruir los tramos cortados de la torre (1), y- apilar los tramos de la torre (1) para construir la torre (14). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método para la construcción de una torre metálica para una turbina eólica

La invención se refiere a un método para la construcción de una torre metálica, en particular de acero, para una turbina eólica.

Las turbinas eólicas conocidas en el estado de la técnica suelen comprender una góndola con un buje y palas como componentes principales. Para hacer girar las palas y, por lo tanto, poder proporcionar energía cinética del viento a un generador alojado en la góndola, estos componentes principales suelen estar montados, en particular de forma giratoria, en una torre de turbina eólica que tiene una cierta altura elegida para proporcionar condiciones óptimas de viento a una altura del buje correspondiente. La velocidad del viento aumenta con la altura sobre el suelo. Además, una altura del buje más grande también permite un tamaño de pala más grande, lo que conduce a una mayor área de barrido por el viento y velocidades de conexión inferiores de la turbina eólica. El aumento de la altura del buje también conduce a una reducción de la variabilidad, ya que las velocidades de desconexión de la turbina eólica son inferiores para la misma producción de energía.

Las torres para turbinas eólicas existen principalmente en dos variantes, especialmente, torres de hormigón y torres metálicas. Para ambas variantes, se conoce que se construye la torre en denominadas secciones de torre. Las secciones de torre son componentes tubulares/cilíndricos huecos de la torre que tienen una cierta altura de sección. Estas secciones de torre se apilan para construir la torre. Respecto a las torres de hormigón, las secciones se pueden fundir en el sitio donde se va a erigir la torre. Las técnicas normales de hormigón armado, por ejemplo, que utilizan encofrados o moldes, se pueden utilizar para fabricar los componentes. La maquinaria y los moldes se pueden desplazar de un sitio a otro.

Sin embargo, en la variante de una torre metálica, en particular de acero, las secciones de torre deben transportarse desde un sitio de fabricación, donde se funden, por ejemplo, hasta el sitio de construcción. Para este transporte, hay que tener en cuenta las restricciones logísticas. La mayoría de las legislaciones o países, respectivamente, restringen el tamaño máximo de los objetos que se van a transportar utilizando su red de carreteras, por ejemplo, a aproximadamente de 4,3 a 4,5 m en muchos países. Estas restricciones logísticas, respecto a secciones de torre, se aplican a su diámetro. Esto también restringe el tamaño del buje máximo alcanzable para torres de acero a aproximadamente de 70 a 80 m.

Para aumentar la altura de torre alcanzable y, así, la altura del buje para torres de turbinas eólicas metálicas de una manera económica, el diámetro de las secciones de torre tendría que aumentarse, ya que otras opciones tienen sus propias desventajas. Si, por ejemplo, se aumentara el espesor del metal, en particular el espesor del acero, aumentarían los costes y podrían producirse limitaciones con respecto a la capacidad del proveedor de acero. Esto también aumentaría el peso de cada sección de torre, de modo que habría que aumentar el número de secciones, lo que aumentaría los costes logísticos y la complejidad de construcción. DE 102013 107059 A1 describe un método para la construcción de una torre metálica para una turbina eólica según el estado de la técnica.

Es un objetivo de la presente invención proporcionar un método para la construcción de torres metálicas más altas, mientras se evitan restricciones logísticas y, en particular, también un coste y una complejidad excesivamente elevados.

Según la invención, este objetivo se alcanza proporcionando un método para la construcción de una torre metálica, en particular de acero, para una turbina eólica, según la reivindicación 1, que comprende los pasos de:

- en un sitio de fabricación, fabricación de secciones de torre metálicas cilíndricas huecas, en donde las secciones de torre pueden apilarse en una dirección longitudinal para formar la torre,

- corte, al menos para secciones de torre cuyo diámetro supere un diámetro máximo predefinido, de las secciones de torre longitudinalmente en un primer número de al menos dos, en particular al menos tres, segmentos de sección,

- transporte de los segmentos de sección a un sitio de construcción donde se va a erigir la torre,

- unión de los segmentos de sección mediante soldadura para reconstruir las secciones de torre cortadas, y

- apilamiento de las secciones de torre para construir la torre.

El diámetro máximo predefinido corresponde preferiblemente a un límite legal para el transporte, en donde las secciones de torre se cortan en segmentos de sección, en particular eligiendo un primer número adecuado, de modo que cada segmento de sección cumpla con el al menos un límite legal. De esta manera, cada segmento de sección puede transportarse legalmente desde el sitio de fabricación hasta el sitio de construcción. Usualmente, el primer número será al menos tres. Un caso común serán cuatro segmentos de sección, pero también son concebibles más de cuatro segmentos.

La invención propone, por lo tanto, cortar las secciones de torre longitudinalmente en segmentos de sección que son más fáciles de transportar, en particular adaptados a las restricciones logísticas. Estos segmentos de sección se vuelven a unir en el sitio de construcción mediante soldadura. Esto permite el transporte de secciones de torre que tienen un diámetro mayor, en particular que superan un límite legal para el transporte, de modo que también se puede aumentar la altura de torre y, por lo tanto, la altura del buje. Tales torres pueden soportar cargas más altas y permitir tamaños de pala y diámetros de rotor mayores, respectivamente. El primer número y, por lo tanto, el tamaño de los segmentos de sección se pueden elegir de forma flexible. Esto permite, por ejemplo, transportar secciones de torre que tienen una longitud de 12 m mediante un camión estándar.

Utilizando la invención, también se pueden ahorrar costes de transporte debido a la fabricación in situ. Se proporciona una instalación fácil y rápida en el sitio de construcción, ya que la maquinaria requerida puede transportarse y prepararse fácilmente. En particular, el tiempo de instalación y los costes de instalación no aumentan significativamente en comparación con el transporte de las secciones de torre completas.

Dado que los segmentos de sección se sueldan en el sitio de construcción, no se requieren conexiones de pernos longitudinalmente, lo que conduciría al mantenimiento de los pernos y causaría otros problemas. Entre las secciones de torre, se pueden utilizar las conexiones de bridas regulares conocidas, que pueden emplear conexiones de pernos.

En realizaciones, cada sección de torre puede comprender al menos una subsección, en donde la fabricación de las subsecciones comprende proporcionar una hoja de metal, laminado de la hoja de metal y soldadura de la hoja de metal laminado. En otras palabras, las secciones de torre pueden fabricarse como se conoce, antes de que tenga lugar el corte, de modo que el método inventivo no requiere modificaciones complejas con respecto a estos pasos. Puede proporcionarse metal, en particular acero, cortado y biselado y a continuación laminado hasta la forma cilíndrica hueca. La hoja de metal laminado a continuación se suelda para dar como resultado la sección de torre (en el caso de una subsección). En el caso de múltiples subsecciones, las múltiples subsecciones pueden estar conectadas por soldadura para formar la sección de torre. Generalmente, la fabricación de la al menos una subsección puede, por supuesto, comprender pasos adicionales, en particular pasos de mecanizado como el biselado.

En términos generales, la fabricación de las secciones de torre puede comprender la adición de una brida a cada lado de las secciones de torre y/o al menos un paso de mecanizado, en particular el chorreado con arena y/o la pintura de la sección de torre. La brida sirve para conectar las secciones de torre cuando se apilan. Como sumario, la cola de fabricación completa para secciones de torre se puede aplicar como de costumbre antes del corte. Por ejemplo, después de que la sección de torre se elabore mediante el laminado de al menos una hoja de metal y la soldadura, puede seguir un paso de inspección, que comprende en particular ensayos no destructivos. Después de eso, la sección de torre puede chorrearse con arena y pintarse/barnizarse.

En una realización preferida, la pintura de las secciones de torre comprende la cobertura de un área de corte donde la sección de torre se corta en los segmentos de sección. Esto es, el área de corte está excluida del proceso de pintura en este momento, ya que el corte destruiría la pintura/barniz. Se pueden utilizar tiras estrechas, por ejemplo, a lo largo de las líneas de corte previstas, de modo que solo una pequeña fracción, por ejemplo, menos del 5 %, de la superficie de la sección de torre quede sin pintar. Después de volver a unir los segmentos de sección en el sitio de construcción, estas áreas de corte excluidas pueden, por ejemplo, y preferiblemente de manera manual, pintarse. Esto no da como resultado un esfuerzo considerable, ya que solo una pequeña fracción quedó sin pintar. En particular, solo se deben pintar las costuras largas. No se requieren cabinas de granallado y/o cabinas de pintura en el sitio de construcción, ya que se pueden utilizar procesos manuales de desbaste y pintura.

Preferiblemente, el corte se realiza utilizando una máquina de corte por llama o una máquina de corte por plasma. El proceso de corte por llama es un proceso termoquímico que requiere una fuente de calor intenso y oxígeno puro. El corte por llama se puede utilizar para el corte de la mayoría de los metales utilizados para una torre, en particular acero, ya que se cumple el requisito básico de que el óxido formado debe tener un punto de fusión inferior al material de base que se va a cortar. El proceso básico de corte por plasma implica la creación de un canal eléctrico de gas sobrecalentado, eléctricamente ionizado, es decir, plasma, desde la propia máquina de corte por plasma, a través de la pieza de trabajo que se va a cortar, formando, por lo tanto, un circuito eléctrico completo de regreso a la máquina de corte por plasma a través de, por ejemplo, una abrazadera de puesta a tierra. Se puede soplar un gas comprimido, por ejemplo, oxígeno o aire, a través de una boquilla enfocada a alta velocidad hacia la pieza de trabajo. A continuación se forma un arco eléctrico dentro del gas, entre un electrodo cerca o integrado en la boquilla de gas y la propia pieza de trabajo. El arco eléctrico ioniza parte del gas, creando de este modo un canal de plasma eléctricamente conductor. A medida que la electricidad del soplete cortador viaja por este plasma, suministra suficiente calor para derretir la pieza de trabajo. Al mismo tiempo, gran parte del plasma de alta velocidad y el gas comprimido expulsan el metal fundido caliente, separando de este modo, es decir, cortando, la pieza de trabajo. El corte por plasma es una forma efectiva de corte de materiales gruesos como paredes de torres de turbinas eólicas de acero inoxidable.

En realizaciones particularmente ventajosas, después del corte, los bordes de corte se biselan, en particular se biselan en V desde el interior. Este proceso de biselado permite reconstruir fácilmente la soldadura desde el interior de la sección de torre, así como una medición precisa desde el exterior de la sección de torre. En realizaciones concretas preferidas, se utiliza una herramienta de reconstrucción para posicionar los segmentos de sección, en donde la medición se puede realizar y evaluar desde el exterior. Después de completar el posicionamiento y fijar todos los segmentos de sección en la herramienta de reconstrucción, se puede insertar una máquina de soldadura móvil en la sección de torre, en particular soldando los segmentos de sección mientras preferiblemente se mueve automáticamente de manera longitudinal a través de la sección de torre.

Se observa en este punto que la utilización de cortes longitudinales en la presente invención también tiene la ventaja de que se evita la soldadura circular, que sería más compleja de realizar en el sitio de construcción.

Preferiblemente, después del biselado, los bordes de corte pueden tratarse con una imprimación para evitar la oxidación durante el proceso logístico, en particular el transporte y posiblemente el almacenamiento.

En realizaciones, como ya se explicó, antes de soldadura de los segmentos de sección para reconstruir las secciones de torre, se utiliza una herramienta de reconstrucción para posicionar los segmentos de sección. Una herramienta auxiliar de este tipo se puede transportar fácilmente de un sitio de construcción hasta un sitio de construcción y puede comprender un marco, en donde se pueden posicionar los segmentos de sección y/o dispositivos de sujeción ajustables para los segmentos de sección.

La soldadura de los segmentos de sección para reconstruir las secciones de torre se puede realizar como soldadura por arco sumergido. La soldadura por arco sumergido (SAW) implica la formación de un arco entre un electrodo de alimentación continua y la pieza de trabajo. Una capa de fundente en polvo genera un escudo de gas protector y una escoria que protege la zona de soldadura. El arco está sumergido debajo de la capa de fundente y normalmente no es visible durante la soldadura. Para SAW, se han propuesto máquinas de soldadura móviles que, como ya se ha comentado anteriormente, pueden utilizarse para soldar entre sí los segmentos de sección desde el interior de la sección de torre que se va a reconstruir.

Preferiblemente, después de soldadura de los segmentos de sección para reconstruir las secciones de torre, el área de soldadura se mecaniza, en particular, se chorrea mecánicamente de manera manual y/o, si el área de corte no se ha pintado, se pinta, en particular de manera manual. Por ejemplo, pueden emplearse herramientas de proceso de rugosidad mecánica, en particular herramientas manuales, así como herramientas de pintura manuales conocidas. Otros objetivos y características de la presente invención se entenderán a partir de la siguiente descripción detallada considerada en relación con los dibujos adjuntos. Los dibujos, sin embargo, son solo bocetos de principio diseñados únicamente a título ilustrativo y no limitan la invención. Los dibujos muestran:

Fig. 1 un diagrama de flujo de una realización de un método según la invención,

Fig. 2 una sección de torre fabricada preparada para pintura,

Fig. 3 segmentos de sección cortada,

Fig. 4 una vista lateral esquemática de un segmento de sección,

Fig. 5 dos bordes de corte adyacentes de segmentos de sección después de biselado,

Fig. 6 una herramienta de reconstrucción en el sitio de construcción,

Fig. 7 un proceso de soldadura longitudinal que utiliza una máquina de soldadura móvil y

Fig. 8 un dibujo de principio que muestra el apilamiento de secciones de torre para formar una torre de turbina eólica. Realizaciones del método según la invención proporcionan un proceso simple y rentable para la construcción de una torre de turbina eólica metálica, en este caso elaborada de acero, en donde la torre tiene secciones de torre de un gran diámetro, en particular superior a 5 m, de modo que se pueden alcanzar mayores alturas del buje, por ejemplo, alturas del buje superiores a 80 m. A pesar de los grandes diámetros, la invención permite un fácil transporte respetando las restricciones logísticas locales.

En la realización según la Fig. 1, los pasos S1 a S9 se realizan en un sitio de fabricación, mientras que los pasos S11 a S16 se realizan en un sitio de construcción donde se va a erigir la torre y, por lo tanto, la turbina eólica. En primer lugar, en los pasos S1 a S8, las secciones de torre se producen esencialmente como se conoce en el estado de la técnica, salvo algunas modificaciones menores y el hecho de que el diámetro de las secciones de torre supera un diámetro máximo, en este caso definido según un límite legal. Esto significa que las secciones de torre no pueden transportarse como tales en un país/legislación respectivos.

En el paso S1, se proporciona material metálico para las secciones de torre, en este caso, acero inoxidable. En el paso S2, el acero se corta en hojas de metal, que se biselan para posterior soldadura. En el paso S3, sigue el laminado de las hojas de metal en una forma cilíndrica hueca. La soldadura para formar el cilindro hueco tiene lugar en el paso S4. En el paso S5, se añaden al menos bridas en ambos extremos de la sección de torre. Si la sección de torre está elaborada de varias subsecciones cilíndricas huecas, cada una proporcionando una parte de la altura de sección de torre, estas subsecciones se sueldan entre sí en el paso S5.

En un paso opcional S6, se inspeccionan las secciones de torre, incluyendo ensayos no destructivos.

En un paso S7, tiene lugar el chorreado con arena de la sección de torre, por ejemplo, en una cabina de granallado. En el paso S8, se pinta/barniza la superficie exterior de la sección de torre. Sin embargo, antes de que esto tenga lugar, por ejemplo, en una cabina de pintura, las áreas de corte alrededor de las líneas de corte previstas se cubren, por ejemplo, con cintas estrechas, de modo que las áreas de corte quedan excluidas de la pintura.

Esto se muestra en la Fig. 2, que representa una sección 1 de torre que se va a cortar en cuatro segmentos de sección longitudinalmente a lo largo de las líneas 2 de corte previstas, que se muestran discontinuas. Antes de pintura, las áreas 3 de corte se cubren, por ejemplo, con una cinta estrecha, de modo que la fracción de la superficie excluida de la pintura permanezca pequeña, por ejemplo, menos del 5 %.

Volviendo a la Fig. 1, en un paso S9, la sección 1 de torre se corta en los segmentos 4 de sección, que se muestran a modo de ejemplo en la Fig. 3, utilizando una máquina de corte por llama o una máquina de corte por plasma. La Fig. 4 muestra una vista lateral de un segmento 4 de sección, que ilustra que no se pinta toda la superficie exterior, sino solo el área central 5, dejando los bordes 6 de corte en las áreas 3 de corte libres de pintura.

Estos bordes 6 de corte son, también en el paso S9, biselados y tratados con una imprimación. Como se muestra en la Fig. 5, se realiza un biselado en V desde el interior 7, lo que da como resultado los bordes inclinados 8. Esto simplifica enormemente la soldadura desde el interior 7, así como la medición desde el exterior 9 cuando los segmentos 4 de sección se vuelven a unir en el sitio de construcción, como se explica más adelante. Los segmentos 4 de sección, que cumplen cualquier restricción logística, ya están listos para el transporte.

En un paso S10, véase la Fig. 1, los segmentos 4 de sección se transportan desde el sitio de fabricación hasta el sitio de construcción utilizando un camión estándar o, dependiendo de la longitud de los segmentos 4, utilizando camiones o medios de transporte especiales.

En un paso S11, los segmentos 4 de sección de una sección 1 de torre que se va a reconstruir se colocan en una herramienta 10 de reconstrucción, como se indica en la Fig. 6. La herramienta 10 de reconstrucción puede comprender, por ejemplo, un marco y/o dispositivos de sujeción respectivos. Los segmentos 4 de sección se posicionan correctamente, aprovechando la técnica de biselado explicada anteriormente para medir desde el exterior 9.

Volviendo a la Fig. 1, en un paso S12, los segmentos 4 de sección se vuelven a unir para recrear la sección 1 de torre mediante soldadura longitudinal. La soldadura se realiza desde el interior 7 de la sección 1 de torre, aprovechando el bisel en V. Esto se ilustra en la Fig. 7, en donde, en este caso, se utiliza una máquina 11 de soldadura móvil que se indica solo esquemáticamente. Se puede utilizar soldadura por arco sumergido (SAW). Comenzando en un lado de cara de la sección 1 de torre, los bordes 6 de corte de los segmentos 4 de sección se sueldan juntos, como se indica mediante la costura 12 de soldadura. La máquina 11 de soldadura se desplaza longitudinalmente, según la flecha 13, hasta alcanzar el otro lado de cara.

Después de soldadura, en un paso S13 según la Fig. 1, se realiza un granallado mecánico del área de soldadura longitudinal utilizando una herramienta de rugosidad mecánica. Esto se puede hacer manualmente. En un paso S14, el área de soldadura longitudinal se pinta manualmente, utilizando herramientas de pintura respectivas.

En un paso opcional S15, se pueden añadir componentes internos a la sección 1 de torre reconstruida, por ejemplo, plataformas, escaleras y similares.

En el paso S16, finalmente, las secciones 1 de torre completas se apilan para construir la torre 14 de la turbina eólica, como se muestra en la Fig. 8 y en principio conocida en la técnica. Se puede utilizar una grúa 15 y/u otra herramienta de elevación. Las secciones 1 de torre pueden conectarse utilizando las bridas.

Una vez erigida la torre 14, se puede añadir la góndola con el buje y se pueden montar las palas para completar la turbina eólica.

Aunque la presente invención se ha descrito en detalle con referencia a la realización preferida, la presente invención no está limitada por los ejemplos descritos a partir de los cuales el experto en la materia puede derivar otras variaciones sin abandonar el ámbito de la invención como se presenta mediante las reivindicaciones adjuntas.

Claims (10)

1. REIVINDICACIONES

   i. Método para la construcción de una torre (14) metálica, en particular de acero, para una turbina eólica, que comprende los pasos de:

   - en un sitio de fabricación, fabricación de secciones (1) de torre metálicas cilíndricas huecas, en donde las secciones (1) de torre pueden apilarse en una dirección longitudinal para formar la torre (14),

   - corte, al menos para secciones (1) de torre cuyo diámetro supere un diámetro máximo predefinido, de las secciones (1) de torre longitudinalmente en un primer número de al menos dos segmentos (4) de sección,

   - transporte de los segmentos (4) de sección a un sitio de construcción donde se va a erigir la torre (14),

   - unión de los segmentos (4) de sección mediante soldadura para reconstruir las secciones (1) de torre cortadas y

   - apilamiento de las secciones (1) de torre para construir la torre (14).
2. 2. Método según la reivindicación 1, caracterizado por que cada sección (1) de torre comprende al menos una subsección, en donde la fabricación de las subsecciones comprende proporcionar una hoja de metal, laminado de la hoja de metal y soldadura de la hoja de metal laminado.
3. 3. Método según la reivindicación 2, caracterizado por que múltiples subsecciones están conectadas por soldadura para formar una sección (1) de torre.
4. 4. Método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la fabricación de las secciones (1) de torre comprende la adición de una brida a cada lado de las secciones (1) de torre y/o al menos un paso de mecanizado, en particular el chorreado con arena y/o la pintura de la sección (1) de torre.
5. 5. Método según la reivindicación 4, caracterizado por que la pintura de las secciones (1) de torre comprende la cobertura de un área (3) de corte donde la sección (1) de torre se corta en los segmentos (4) de sección.
6. 6. Método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el corte se realiza utilizando una máquina de corte por llama o una máquina de corte por plasma.
7. 7. Método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que, después del corte, los bordes (6) de corte se biselan, en particular se biselan en V desde el interior (7) y/o se tratan con una imprimación.
8. 8. Método según la reivindicación 7, caracterizado por que la soldadura de los segmentos (4) de sección se realiza desde el interior (7) de la sección (1) de torre que se va a reconstruir.
9. 9. Método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que, antes de la soldadura de los segmentos (4) de sección para reconstruir las secciones (1) de torre, se utiliza una herramienta (10) de reconstrucción para posicionar los segmentos (4) de sección y/o la soldadura de los segmentos (4) de sección para reconstruir las secciones (1) de torre se realiza como soldadura por arco sumergido.
10. 10. Método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que después de la soldadura de los segmentos (4) de sección para reconstruir las secciones (1) de torre, el área de soldadura se mecaniza, en particular, se chorrea mecánicamente y/o, si el área (3) de corte no se ha pintado, se pinta, en particular de manera manual.