ES2356679B1 - Torre para aerogenerador. - Google Patents

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ES2356679B1 ES200801705A ES200801705A ES2356679B1 ES 2356679 B1 ES2356679 B1 ES 2356679B1 ES 200801705 A ES200801705 A ES 200801705A ES 200801705 A ES200801705 A ES 200801705A ES 2356679 B1 ES2356679 B1 ES 2356679B1
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Abstract

Torre para aerogenerador, cuya formación se determina mediante tramos longitudinales que se forman mediante una composición periférica con segmentos (5), comprendiendo cada segmento (5) una piel exterior (6) de chapa metálica, sobre la cual se fijan en la cara interior una serie de largueros tubulares (7) y sobre éstos unas cuadernas transversales (8), yendo en los costados unas placas (9) provistas con orificios para la unión de los tramos adyacentes mediante tornillos, mientras que en los extremos van unas bridas (11), a través de las cuales pasan bulones roscados (12) que salen de los largueros tubulares (7), para la unión de los tramos componentes de la torre mediante dichos bulones roscados (12) de los extremos de los segmentos (5).

Description

frío, disponiéndose en los extremos del conjunto sen-
Torre para aerogenerador.
Sector de la técnica
La presente invención está relacionada con los aerogeneradores que aprovechan la fuerza del viento mediante un rotor de palas para accionar un generador de producción de energía eléctrica, proponiendo una torre para dichos aerogeneradores apta para grandes alturas, con una realización estructural ligerayresistente. Estado de la técnica
Los aerogeneradores de producción eléctrica constan, convencionalmente, de un rotor de palas captador de la acción del viento, para accionar un generador eléctrico, yendo dichos elementos en un cuerpo quese disponeen montajegiratoriodeorientación sobre el extremo de una torre portante.
La potencia de producción eléctrica de dichos aerogeneradores guarda relación con las características de las distintas partes componentes delaerogenerador, de manera que, por lo respecta a la torre, para mayores potencias de los aerogeneradores se requieren torres más elevadas.
En las realizaciones constructivas de los aerogeneradoresexisten torres metálicasytorresde hormigón, de manera que, por ejemplo, en la solución de torres metálicas, para una altura de 70 metros, en un aerogenerador de 1,65 MW, la torre tiene en la base un diámetro de 4,5 metros y un grosor de pared de 30 milímetros, no pudiendo superarse los 4,5 metros de diámetro por los problemas de transporte en túneles, puentes, etc.
Para llegar a una altura de torre de 100 metros, en dicha solución de construcción metálica, con 4,5 metros de diámetro de base, para un aerogenerador de 2,5 MW, se tendría que realizar la formación de la torre con ungrosordeparedde50milímetros,lo cual incrementa de manera muy considerable el pesoyel coste.
Existen torres de hormigón realizadas con segmentos que sefabricanytransportan independientemente, uniéndose en el lugar de instalación del aerogenerador, llegando a alcanzarse con esta solución la formaciónde torresde entre8y10 metrosde diámetro, sin problemas de transporte, ya que los segmentos componentes se transportan por separado.
Esta solución tiene sin embargo el problema de queel hormigón es higroscópicoypara quela humedad exterior no llegue a afectar a las ferrallas del armado interior del hormigón, el grosorde la pared de la torre tiene que ser muy grande, con lo que la torre resultaasuvezmuy costosaypesada. Objeto de la invención
De acuerdo con la invención se propone una torre de sustentación para los aerogeneradores, cuya realización se ha previsto con unas características estructurales que permiten conseguir una formación resistente y ligera, con una composición por segmentos que evita los problemas dimensionales para el transporte.
La formación de la torre preconizada se determina mediante tramos longitudinales, cada uno de los cuales se forma en su contorno por composición mediante segmentos, comprendiendo cada segmento una piel exterior de chapa metálica, sobre la cual se fijan en la parte interior una serie de largueros tubulares metálicos de perfil en frío, y sobre ellos unas das bridas,a travésde las cuales pasan unosbulones roscados que salen de los largueros tubulares, mientras que en los espacios intermedios entre los mencionadosbulones dichas bridas poseen unos orificios pasantes, yendo incorporadas además en los costados de los segmentos unas placas provistas a su vez con orificios pasantes.
Con ello así, los segmentos de composición de los tramos longitudinales de la torre se unen mediante amarre con tornillos a través de las placas de los costados de los segmentos, estableciéndose la unión entre los tramos longitudinales de la torre, así como respectodeunabasede cimentación, mediantelosbulones roscados que salen de loslargueros tubularesy que atraviesanalas bridasdelosextremosdelossegmentos, de forma que losbulones de los segmentos de cada tramo se incluyen a través de los orificios de las bridas extremas de los tramos consecutivos, para asegurar la sujeción mediante tuercas de apriete incorporadas sobre losbulones.
La base de cimentación es de hormigón y en el borde superior de la misma salen bulones roscados como los de los extremos de los segmentos componentes de los tramos de la torre, yendo en ese borde superiordela cimentaciónasuvezunabrida,através delacualpasanlobulones, mientrasqueenlosespacios intermedios dicha brida posee también orificios pasantes, de forma que el amarre del tramo inferior de la torre sobre dicha cimentación se establece de la misma manera que la unión entre los tramos.
Se obtiene así una torre estructurada de forma que resulta de fácil construcciónymontaje,ysin problemas para el transporte, consiguiéndose una reducción importantedelpeso(entreel40yel60%) respectode las soluciones constructivas convencionales.
Los bulones de amarre de los tramos de la torre para el montaje longitudinal de ésta, pueden ir solidariosen losextremosde los largueros longitudinalesde los segmentos componentes de los tramos, resultando con esta solución que los largueros tubulares tienen que soportar los esfuerzos de traccióny de compresión que afectan al conjunto de la torre en la función de aplicación,loque conlleva problemasdefatigaque exigen un grosor sobredimensionado de la pared de los largueros tubulares.
Otra solución es que losbulonesde amarrevayan determinados en los extremos de barras o cables pretensados pasantes por el interior a todo lo largo de los largueros tubulares, con lo cual los esfuerzos de de tracción que afectan a la torre los soportan las barras
o cablesque incorporanalosbulonesde amarre entre los tramos, de modo que los largueros tubulares solo soportan los esfuerzos de compresión, lo cual reduce los problemasdefatigaypor lo tanto se requiere menos material.
Con todo ello, la torre preconizada resulta de unas características ciertamente ventajosas, adquiriendo su realización vida propiaycarácter preferente, respecto de las soluciones convencionales, para la formación de las torres de los aerogeneradores, particularmente en dimensiones de gran altura. Descripción de las figuras
La figura 1 muestra un aerogenerador provisto de una torre realizada según el objeto de la invención.
La figura 2 muestra en perspectiva un segmento
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componente de la formación de los tramos parciales de la torre preconizada.
La figura3 es una vista en sección transversal del segmento de la figura anterior.
La figura4 es un detalle ampliadodelazonaIV indicada en la figura 3.
La figura5es un detalle parcial en perspectivaampliadadeunsegmentocomponentedela formaciónde los tramos de la torre.
La figura 6 muestra en perspectiva explosionada el montaje del tramo inferior de la torre sobre la base de cimentación.
La figura 7 es una perspectiva explosionada del montaje de un segundo tramo de la torre respecto del primer tramo ya unido a la base de cimentación.
La figura8 es una perspectiva de una torre compuesta por cuatro tramos consecutivos en altura.
Lafigura9esuna perspectivaen detalledelaparte superior de la base de cimentación de la torre.
La figura 10 es una perspectiva en detalle de la unión del tramo inferior de la torre sobre labase de cimentación.
La figura 11 es una vista en sección de la unión de la figura anterior.
La figura 12 es un detalle parcial ampliado en perspectiva de la misma unión anterior.
La figura 13 es un detalle parcial en perspectiva de la unión entre dos segmentos componentes de la formaciónde un tramodelatorre.
La figura 14 es un detalle en sección ampliada de un amarre de unión entre dos tramos de la torre, con el bulón de amarre solidario en el extremo del larguero tubular correspondiente.
La figura 15 es un detalle en sección ampliada de un amarre de unión entre dos tramos de la torre, con elbulónde amarre determinadoporelextremode una barraqueseextiende longitudinalmenteporel interior del larguero tubular correspondiente. Descripción detalladadelainvención
El objeto de la invención se refiere a una torre de las destinadas para soportar a una altura elevada el cuerpo (1) de los aerogeneradores, para captar la acción del viento mediante un rotor de palas (2), como seobservaenlafigura1,conuna realización estructural de dicha torre que permite su construcción de una gran altura, con un peso considerablemente reducido respecto de las soluciones constructivas de las torres convencionales.
La torre preconizada se compone longitudinalmentepor una sucesión de tramos (3) que se disponen consecutivamente amarrados entre síy el tramo
(3) inferior en amarre sobre una base de cimentación (4), como representan las figuras6,7y8.
Cada uno de los tramos (3) de la torre se forma en la configuración de su contorno mediante una composición con segmentos (5), los cuales son susceptibles defabricaciónytransporte independientemente, para formar la torre correspondiente mediante la unión de dichos segmentos (5) y el amarre de los tramos (3) que se forman con ellos, en el propio lugar de instalación del aerogenerador, pudiendo así construirse torresde cualquier diámetroyaltura, sin impedimentos dimensionales de los elementos componentes para el transporte.
Cada segmento (5) de formación de los tramos (3) de la torre consta de una piel exterior (6) de chapa metálica, sobre la cara interior de la cual se fijan una serie de largueros tubulares (7) formados por perfiles metálicos, sobre los cuales se disponen a su vez en la cara interior del segmento (5) unas cuadernas transversales (8) formadas también por perfiles metálicos.
En los costados del conjunto estructural del segmento (5) se disponen unas placas (9) provistas con orificios (10) pasantesy enlosextremos se incorporanunas bridas(11),atravésdelascualespasanunos bulones roscados (12) que salen de los largueros tubulares (7), mientras que en los espacios intermedios entre los pasos de los mencionadosbulones roscados
(12)
dichas bridas (11) poseen a su vez unos orificios
(13)
pasantes.
De este modo, la formación de los tramos (3) se realiza mediante unión consecutiva de los segmentos (5) destinados para la composición periférica del tramo, estableciéndose la sujeción entre los segmentos (5) adyacentes mediante amarres con tornillosy tuercas a través de los orificios (10) de las placas (9) correspondientes de los costados de los segmentos (5). En la figura 13 se observa la unión mencionada entre dos segmentos (5) adyacentes, sin representaciónde los tornillosytuercasde amarre.
La formación longitudinal de la torre se realiza a su vez uniendo consecutivamente los tramos componentes(3),los cualesseamarran entresí medianteuna sujeción que se establece con los bulones roscados
(12) de los extremos coincidentes de los tramos (3), insertando losbulones roscados (12) de cada uno de los tramos (3) a través de los orificios (13) de la bridaextrema (11) del otro tramo (3), parael apriete con tuercas (14) incorporadas sobre los mencionadosbulones roscados (12) por elotro lado, como se observa en las figuras 11 a 13.
Paratalfinlosbulones roscados(12) puedenir solidarios en los extremos de los largueros tubulares (7) como el ejemplo de la figura 14, resultando con esta soluciónque los largueros tubulares (7) tienen que soportar todos los esfuerzosde tracciónyde compresión que afectan al conjunto de la torre en su función de aplicación,lo cual conlleva unos problemasdefatiga que exigen en los mencionados largueros tubulares (7) un grosor de pared sobredimensionado, con un consiguiente incrementodecosteypesodela torre.
Una solución alternativa al respecto es incluyendo a todo lo largo por el interior de cada uno de los largueros tubulares (7) una barra o cable (15) pretensado,yendo definidosoincorporadosenlosextremosde esa barraocable (15) losbulones roscados (12), como el ejemplo de la figura 15, de forma que con esta solución los amarres de unión entre los tramos (3) de la torre determinan unas condiciones que hacen que los esfuerzos de tracción los soporten las barras o cables
(15) pretensadosypor lo tanto que los largueros tubulares (7) solo tengan que soportar los esfuerzos de compresión, con lo que se reducen los problemas de fatigay por consiguiente los largueros tubulares (7) requierenmenos material, reduciéndose asíel costoy el peso de la torre.Para esta solución las barras (15) son de menor coste que los cables, pero el pretensado que permiten es también menor.
La base de cimentación (4) para el anclaje de la torre, es de hormigón, yendo incluidas en ella unas barras (16), las cuales sobresalen por el borde superior determinandobulones roscados (12) como losde los extremos de los tramos (3) de la torre, y en dicho borde superior de la base de cimentación (4) se dispone también una brida (17), a través de la cual pasan los mencionadosbulones roscados (12) que de
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terminan las barras (16), mientras que en los espacios intermedios dicha brida (17) posee también orificios pasantes (18), con lo cual el amarre del extremo inferior del primer tramo (3) de la torre, sobre la base de cimentación (4), se establece de igual modo que los amarres entre los tramos (3), como se observa en las figuras11y12.
Los largueros tubulares (7) después de pretensar las barraso cables (15), opcionalmente pueden ser rellenados de hormigón especial reforzado, para aumentar la rigidez de los largueros tubulares (7), mejorando los modos de frecuencia de la torre para una mejor adaptación a parques eólicos con vientos fuertes y/o racheados.
En este sentido,aloslarguerostubulares(7)seles hace por sus extremos un agujero de paso; de manera quepor unodelosextremosse aplicavacíoyporel otroseintroduceapresiónelhormigón especialreforzado; con lo que, una vez fraguado el hormigón, con él se mantiene el pretensado de los cables o barras (15); de forma que desde el punto defabricación los segmentos (5) constitutivos de la torre salen ya con los cableso barras(15) pretensados, haciael puntode montaje del aerogenerador de aplicación.
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Claims (8)

  1. REIVINDICACIONES
    1.Torre para aerogenerador, del tipo que se compone mediante uniónde consecutivostramos longitudinales (3) independientes, cuyo conjunto se dispone en montaje sobre una base (4) de cimentación, determinándose cada tramo longitudinal (3) mediante una composición con segmentos periféricos (5), caracterizada porque cada segmento (5) de composición de los tramoslongitudinales(3) constade unapielexterior(6)dechapa metálica,sobrelacualsefijanenla cara interior una seriedelarguerostubulares(7)y sobre éstos unas cuadernas transversales (8), yendo solidarias en los costados unas placas (9) provistas con orificios pasantes (10), mientras que en los extremos del conjunto se disponen unas bridas (11), a través de las cuales pasan unosbulones roscados (12) que salen de los largueros tubulares (7), mientras que en los espacios intermedios dichas bridas (11) poseen orificios pasantes (13).
  2. 2.Torrepara aerogenerador,de acuerdoconlaprimera reivindicación, caracterizada porque el montajede formación de cada tramo longitudinal (3) se establece mediante amarre atornillado de los respectivos segmentos (5) componentes a través de los orificios
    (10) de las placas (9) de sus costados.
  3. 3.Torrepara aerogenerador,de acuerdoconlaprimera reivindicación, caracterizada porque la unión entre los tramos longitudinales (3) de la torre, se establece mediante un amarre que se determina pasando losbulones roscados (12)de cada tramo(3)a través de los orificios (13) de la brida (11) del otro tramo
    (3)yapriete contuercas (14) incorporadas porel otro lado sobre dichosbulones roscados (12).
  4. 4.
    Torre para aerogenerador, de acuerdo con las reivindicaciones primera y tercera, caracterizada porque los bulones roscados (12) van incorporados solidariamente en los extremos de los largueros tubulares (7).
  5. 5.
    Torre para aerogenerador, de acuerdo con las reivindicaciones primera y tercera, caracterizada porque losbulones roscados (12) se determinan en los extremosde barraso cables (15)pretensados que se incluyen pasando a todo lo largo por el interior de los largueros tubulares (7).
  6. 6.Torrepara aerogenerador,de acuerdoconlaprimera reivindicación, caracterizada porque en el borde superior de la base de cimentación (4) sobresalen tambiénbulones roscados (12), los cuales pasana través de una brida (17) incorporada en dicho bordey que en los espacios intermedios posee orificios pasantes (18), para el amarre entre el primer tramo (3) de composición de la torre, sobre dicha base de cimentación (4), mediante inserción de los respectivos bulones roscados(12)atravésdelas bridas(11y17) correspondientesyaprieto con tuercas(14)porel otro lado.
  7. 7. Torre para aerogenerador, de acuerdo con las reivindicaciones primerayquinta, caracterizada porque los largueros tubulares (7) se rellenan de hormigón especial reforzado, con el cual se aumenta la rigidez de dichos largueros tubulares (7) frente a los esfuerzos que tienen que soportar.
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 200801705
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 06.06.2008
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : F03D11/04 (01.01.2006) E04H12/08 (01.01.2006)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    A
    US 2006213145 A1 (HALLER MARK E) 28.09.2006, párrafos [0041]-[0048]; figuras 1-4. 1-5
    A
    JP 9250256 A (HITACHI SHIPBUILDING ENG CO) 22.09.1997, figuras 4,6 & Resumen de la base 1,7
    de datos EPODOC. Recuperado de EPOQUE; Número de acceso JP-9250256-A.
    A
    ES 2297130 T3 (VESTAS WIND SYS AS) 01.05.2008, todo el documento. 1-3
    A
    ES 2246734 A1 (STRUCTURAL CONCRETE & STEEL S) 16.02.2006, todo el documento. 1-3
    A
    ES 1058539 U (INNEO21 S L) 16.12.2004, todo el documento. 1-3
    A
    ES 2296058 T3 (CORUS STAAL BV) 16.04.2008, todo el documento. 1-3
    A
    WO 2005095717 A1 (WOBBEN ALOYS) 13.10.2005, todo el documento. 6
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones □ para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 14.02.2011
    Examinador D. Hermida Cibeira Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 200801705
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) F03D, E04H Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de
    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200801705
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 14.02.2011
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-7 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-7 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200801705
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    US 2006213145 A1 (HALLER MARK E) 28.09.2006
  8. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    La presente invención se refiere a una torre para aerogenerador.
    Se considera que el documento D01 es el más cercano del estado de la técnica al objeto de la reivindicación 1. En dicho documento, al cual pertenecen las referencias numéricas que siguen, se divulga (figuras 1, 3) una torre (3) para aerogenerador compuesta por tramos (7) longitudinales independientes compuestos a su vez por segmentos (9) periféricos, estando cada segmento (9) constituido por una piel (13) exterior metálica sobre la cual se fijan en la cara interior una serie de largueros (11) tubulares y por unas placas (15) en los costados provistas con orificios pasantes para el paso de bulones de unión, así como por unas pestañas (17) en los extremos provistas con orificios pasantes para el paso de bulones de unión. En los extremos de los largueros (11) tubulares se disponen conectores (19) y entrantes (21) enlazados mediante pasadores (23) que contribuyen a la unión entre los tramos (7) en conjunción con las pestañas (17).
    Se observa que existen diferencias entre la invención del documento D01 y el objeto de la reivindicación 1. En particular, en la invención del documento D01 no existen bridas en los extremos de los tramos (7) a través de las cuales pasan bulones roscados que salen de los largueros (11) tubulares, mientras que tales bridas poseen orificios pasantes en los espacios intermedios. Debido a estas diferencias, se considera que la reivindicación 1 y, por tanto, también sus reivindicaciones dependientes 2-7 son nuevas (Art. 6, LP 11/1986).
    En relación con la actividad inventiva de la reivindicación 1, se considera que a un experto en la materia que partiese del documento D01 no le resultaría evidente desarrollar el objeto de la reivindicación 1 y tampoco se han encontrado otros documentos del estado de la técnica que pudiesen combinarse de forma obvia con el documento D01 para desarrollar el mencionado objeto. Así pues, se estima que la reivindicación 1 y, por tanto, también sus reivindicaciones dependientes 2-7 tienen actividad inventiva (Art. 8, LP 11/1986).
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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