ES2644134T3 - Elemento de transición para conectar una torre a una envolvente - Google Patents

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ES2644134T3 ES12792710.1T ES12792710T ES2644134T3 ES 2644134 T3 ES2644134 T3 ES 2644134T3 ES 12792710 T ES12792710 T ES 12792710T ES 2644134 T3 ES2644134 T3 ES 2644134T3
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Description

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DESCRIPCION
Elemento de transicion para conectar una torre a una envolvente
Se proporciona un elemento de transicion para conectar una torre a una envolvente. Mas precisamente, se proporciona un elemento de transicion entre una envolvente que tiene cuatro patas y una torre donde la porcion inferior de la torre esta fijada a una placa de torsion que esta conectada a la porcion superior de las patas, y un tirante que se extiende desde cada pata, donde cada tirante incluye un travesano que esta fijada a la porcion superior de la pata y una placa que esta fijada a la torre en una porcion de contacto por encima de la placa de torsion.
El dispositivo se ilustra a continuacion por medio de una estructura de torre de soporte de un aerogenerador, una estructura de este tipo muestra adecuadamente los desafios planteados por la invencion. La invencion no se limita a una torre para aerogeneradores, Sino que puede utilizarse en una serie de estructuras, en las que existen patrones de fuerzas similares.
Para evitar la colision con las palas del aerogenerador, la porcion superior de una torre de aerogenerador debe estar formada como una estructura delgada. A partir de aerogeneradores terrestres se sabe que esta estructura delgada, que a menudo es en forma de una tuberia, esta conectada a una base en el suelo.
Cuando los aerogeneradores se colocan fuera de la costa y mas a menudo en aguas relativamente profundas, no es practico utilizar una tuberia que se extiende desde la base del aerogenerador y hasta la gondola del aerogenerador.
Por lo tanto, la estructura de torre de soporte de los aerogeneradores conocidos que se colocan fuera de la costa, tiene a menudo una porcion de torre superior tubular y una porcion inferior, en la que la porcion inferior puede ser en forma de una envolvente.
El elemento de transicion entre la porcion de torre delgada superior y la envolvente inferior esta formado a menudo por una estructura relativamente pesada y complicada. La razon es, entre otras cosas, que se aplican principios de construccion que se conocen a partir de equipos de recuperacion de petroleo basados en el mar. Dichos equipos estan dimensionados para fuerzas de olas considerables y para manejar equipo pesado, y para permitir que el personal este presente en la estructura en todo momento.
En instalaciones de aerogeneradores fuera de la costa, el diseno de la estructura se determina normalmente por las fuerzas del viento.
Los elementos de transicion conocidos deben ajustarse de tal manera que el periodo natural de la torre sea lo suficientemente corto para el aerogenerador en cuestion. Esto contribuye a un aumento adicional en el peso de la torre.
El documento de patente WO 2009/157775 desvela un elemento de transicion para conectar una torre a una envolvente. Los apoyos diagonales en forma de tuberia estan comprimidos en su extremo superior, y el extremo comprimido esta conectado a una porcion de placa de forma conica. El documento de patente GB 273127 desvela un armazon de fijacion que comprende elementos tubulares. Los tubos estan conectados con placas de conexion. Cada tubo esta ranurado para acoplar la placa de conexion. El documento de patente DE 586542 desvela elementos tubulares provistos de un extremo redondeado. El extremo redondeado esta ranurado para acoplar una placa de conexion. El documento de patente FR 1288143 tambien desvela elementos tubulares con un extremo cerrado. La porcion de extremo esta provista de ranuras para acoplar una placa de conexion.
El objetivo de la invencion es superar o reducir al menos una de las desventajas de la tecnica anterior.
El objetivo se consigue de acuerdo con la invencion mediante las caracteristicas como se desvelan en la descripcion que sigue y en las siguientes reivindicaciones de patente.
Se proporciona una estructura fuera de la costa para un aerogenerador que comprende una envolvente que tiene cuatro patas y una torre, en la que la porcion inferior de la torre esta fijada a una placa de torsion que esta conectada a la porcion superior de las patas, y un tirante que se extiende desde cada pata, en la que cada tirante incluye un travesano, el travesano forma una primera porcion de extremo y una segunda porcion de extremo, el travesano esta fijado a la porcion superior de cada pata; y una placa que esta fijada a la torre en una porcion de contacto por encima de la placa de torsion, la placa esta fijada a la torre en la direccion circunferencial y tiene un eje de simetria comun con el travesano, la placa esta fijada a la primera porcion de extremo del travesano, en la que la placa es plana, y la porcion de contacto entre la placa y la torre sigue una trayectoria eliptica. La placa puede estar fijada al travesano en dos hendiduras que se extienden axialmente en el travesano en la primera porcion de extremo en lados diametralmente opuestos. Las placas de todos los tirantes pueden cubrir juntas al menos el 40 % de la circunferencia de la torre. Las placas de todos los tirantes pueden cubrir juntas al menos el 50% de la circunferencia de la torre. Las placas de todos los tirantes pueden cubrir juntas al menos el 60% de la circunferencia de la torre. Las placas de todos los tirantes pueden cubrir juntas al menos el 70% de la circunferencia de la torre. Las placas de todos los tirantes pueden cubrir juntas al menos el 80% de la circunferencia de la torre. Las placas de todos los
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tirantes pueden cubrir juntas al menos el 90% de la circunferencia de la torre.
La torre puede comprender un tirante anular. La torre puede tener un espesor de pared aumentado en la porcion de contacto.
Los tirantes pueden estar disenados para soportar toda la fuerza axial en la torre. Los momentos de flexion desde la torre pueden hacerse antimetricos por los tirantes en parejas.
Al menos una porcion de extremo del travesano puede estar provista de dos cortes angulares que forman una porcion de extremo puntiaguda.
Una placa puede estar fijada a una porcion mas alta de la porcion superior, en la que la porcion mas alta puede extenderse por encima de la placa de torsion, en la direccion circunferencial de la porcion mas alta y que la placa puede tener un eje de simetria comun con el travesano, y una porcion de contacto entre la placa y la porcion mas alta es eliptica. La placa puede estar fijada al travesano en dos hendiduras que se extienden axialmente dentro del travesano en la segunda porcion de extremo en lados diametralmente opuestos. La segunda porcion de extremo del travesano puede estar provista de dos cortes angulares que forman una porcion de extremo puntiaguda.
El travesano puede estar provisto de al menos una placa de cierre soldada al travesano y a la placa. La placa de cierre puede tener forma de D. El travesano puede estar provisto de placas de cierre en ambas porciones de extremo.
La placa puede comprender un recorte curvado que forma dos lenguetas opuestas, las lenguetas pueden estar situadas en las hendiduras cuando la placa esta en su posicion de uso. Las placas en ambas porciones de extremo del travesano pueden comprender un recorte curvado.
Como las placas se pueden considerar que son membranas, las placas solo soportaran cantidades insignificantes de momentos de flexion y los travesanos recibiran casi completamente fuerzas de tension y de compresion y el flujo de fuerza en los tirantes, es mucho mas simplificado en comparacion con los tirantes conocidos.
El flujo de fuerza se explica en la parte especial de la descripcion con referencia a los dibujos.
No es necesario que las placas cubran la circunferencia completa de la torre. Es suficiente que las placas de todos los tirantes juntos cubran al menos el 40 % de la circunferencia de la torre. En una realizacion alternativa, las placas cubren al menos el 50 % de la circunferencia de la torre. En una realizacion mas preferida, las placas cubren al menos el 60 % de la circunferencia de la torre. En una realizacion alternativa adicional, las placas cubren al menos el 70 % de la circunferencia de la torre. En una realizacion adicional, las placas cubren al menos el 80 % de la circunferencia de la torre y, en una realizacion adicional, las placas cubren al menos el 80 % de la circunferencia de la torre. En las realizaciones en las que las placas cubren al menos el 40 % o el 50 % o el 60 % de la circunferencia de la torre, puede ser necesario proporcionar a la torre un refuerzo anular como se conoce en la tecnica. De esta manera, se mantiene la forma circular de la torre.
La torre puede tener un espesor de pared ampliado en las posiciones de contacto donde la placa esta fijada a la torre, para absorber las fuerzas llevadas por los tirantes.
Puesto que la placa de torsion no esta disenada para soportar fuerzas verticales desde la torre, los tirantes estan disenados para soportar estas fuerzas.
Los momentos de flexion desde la torre se hacen normalmente antimetricos mediante los tirantes en parejas. Vea la explicacion en la parte especial de la descripcion.
El elemento de transicion de acuerdo con la invencion simplifica sustancialmente la estructura de transicion entre la torre y la envolvente, tambien porque se hace superfluo un refuerzo de anillo que normalmente esta presente en la torre.
A continuacion, se explica La figura 1 muestra
La figura 2 muestra
La figura 3 muestra
La figura 4 muestra
La figura 5 muestra
La figura 6 muestra
La figura 7 muestra
un ejemplo de un dispositivo preferido con referencia a los dibujos adjuntos, donde:
una vista en perspectiva de un aerogenerador fuera de la costa;
una vista en perspectiva de un elemento de transicion del aerogenerador de la figura 1;
una vista en planta del elemento de transicion de la figura 2;
un alzado del elemento de transicion en la figura 2;
una seccion III-III en la figura 3;
el elemento de transicion en una segunda realizacion;
una vista en perspectiva de la segunda realizacion mostrada en la figura 6;
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La figura 8 muestra una vista en perspectiva del detalle del elemento de transicion en una escala mayor; y
La figura 9 muestra una vista en planta de una placa en el elemento de transicion.
En los dibujos, el numero de referencia 1 indica un elemento de transicion entre una torre 2 y una envolvente 4 de un molino 6 de viento. La torre 2 es en forma de un elemento tubular y la envolvente 4 es en forma de un bastidor espacial triangular que tiene cuatro patas 8. En esta realizacion preferida, el elemento de transicion es una construccion de acero soldado.
Una placa 10 de torsion horizontal esta fijada a una porcion 12 superior de cada una de las patas 8. Una porcion 14 de torre inferior, aqui en la forma de un tronco que esta disenado para ser atornillado al resto de la torre 2, esta fijado a la placa 10 de torsion. Las fuerzas de torsion desde la torre 2 son transferidas a las patas 8 a traves de la placa 10 de torsion.
Unos tirantes 16 se extienden desde cada una de la porcion 12 superior y hacia la torre 2 en una porcion 18 de contacto por encima de la placa 10 de torsion.
A continuacion, cuando es necesario hacer referencia a los tirantes 16 individuales, un primer tirante tiene el numero de referencia 16’, etc.
Cada tirante 16 tiene un travesano 20 tubular, formando una primera porcion 21 de extremo y una segunda porcion
23 de extremo, la segunda porcion 23 de extremo esta conectada a la porcion 12 superior de la pata 8 correspondiente. En su primera porcion 21 de extremo, el travesano tubular tiene dos hendiduras 22 que se extienden axialmente en el travesano 20 en lados diametralmente opuestos, vease la figura 5. Una placa 24 se inserta en las hendiduras 22 y se suelda al travesano 20. El travesano 20 se ha soldado en placas 26 de cierre en forma de D que tambien estan soldadas a la placa 24. La placa 26 de cierre en forma de D distribuira las fuerzas a lo largo de la circunferencia del travesano 20 a la placa 24.
Los travesanos 20 se muestran con porciones 21 de extremo provistas de dos cortes 29 angulares que forman porciones 21 de extremo afiladas. Esto tiene, entre otras cosas, la ventaja de que es posible colocar una costura de soldadura entre la placa 24 que esta colocada en las hendiduras 22 y una pared interior del travesano 20. Ademas, una costura de soldadura puede estar situada entre la superficie plana de la placa 24 y la superficie exterior del travesano 20.
El travesano 20 y la placa 24 tienen un eje 28 de simetria comun.
La placa 24 esta fijada a la torre 2 en la direccion circunferencial de la torre 2. Cuando la placa 24 es plana, vease la figura 4, la porcion 18 de contacto entre la placa 24 y la torre 2 sigue una trayectoria eliptica, vease la figura 2.
La placa 24 es mas ancha en la porcion 18 de contacto que en el travesano 20.
En la figura 1, el molino 6 de viento esta en pie sobre el lecho 30 marino, mientras que el numero de referencia 32 indica el nivel del mar.
Las fuerzas horizontales de empuje que actuan sobre la torre 2 estan configurando un momento de flexion en la torre 2. El momento es contrarrestado por una pareja entre la placa 10 de torsion y la porcion 18 de contacto. Las fuerzas resultantes en la porcion de contacto 18 se descomponen para actuar como fuerzas de tension o de compresion en los tirantes 16.
El elemento 1 de transicion es simetrico alrededor de una seccion A-A, como se muestra en la figura 3. La carga L’, L'", que se origina a partir de una fuerza de empuje horizontal que actua sobre la torre 2, es asi antimetrica. Los elementos a lo largo de A-A estan completamente sujetos, es decir, son incapaces de moverse o de girar. Las fuerzas de empuje son importantes desde el punto de vista de la fatiga y una manera sencilla y segura de transferir estas desde la torre 6 a la envolvente 4 es importante. La carga L’ esta actuando en un primer tirante 16’ y la carga L" actua en el tercer tirante 16"'.
Los tirantes 16 estan casi totalmente fijados en sus porciones de extremo cerca de la placa 10 de torsion cuando estan fijados a la correspondiente pata 8. La rigidez del travesano 20 es tan alta que la porcion de extremo opuesta del travesano 20, en la conexion con la placa 24, se fija basicamente en el espacio. La rigidez de la membrana de la placa 24 asegura que la forma circular de la torre 2 se mantenga a lo largo de la porcion 18 de contacto.
En el ejemplo de carga dado en la figura 3, dichas caracteristicas se aplican a la porcion de contacto 18 de los tirantes 16’ y 16'", asi como a la porcion 18 de contacto del segundo tirante 16" y al cuarto tirante 16"" si las placas
24 y los travesanos 20 estan completamente sujetados a lo largo de A-A y, por lo tanto, no pueden girar. La rigidez de la membrana de las placas asegura una forma circular de la torre 2 en la porcion 18 de contacto.
En esta realizacion, la placa 24 esta provista de un recorte curvado (no mostrado) en la parte que se extiende dentro del travesano 20. La ventaja de este recorte se describe a continuacion.
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En las figuras 6 a 8 se muestra una realizacion alternativa. La porcion 12 superior comprende una porcion 120 mas alta que se extiende por encima de la placa 10 de torsion horizontal. Los tirantes 160 se extienden desde cada una de las porciones 120 mas altas y hacia la torre 2 en una porcion 18 de contacto por encima de la placa 10 de torsion. Cada tirante 160 comprende un travesano 200 tubular. El travesano 200 forma una primera porcion 201 de extremo y una segunda porcion 203 de extremo. Cada porcion 201, 203 de extremo esta provista de dos recortes 229, 229’ angulares que forman las porciones 201, 203 de extremo puntiagudas. Cada porcion 201, 203 de extremo esta provista de dos hendiduras 220 que se extienden axialmente en el travesano 200 en lados diametralmente opuestos, veanse las figuras 7 y 8. Una placa 240 se inserta en las hendiduras 220 y se suelda al travesano 200 tubular en la primera porcion 201 de extremo y se inserta una placa 240’ en las hendiduras 220 y se suelda al travesano 200 tubular en la segunda porcion 203 de extremo. El travesano 200 puede estar soldado sobre las placas 26 de cierre que tambien estan soldadas a la placa 240, 240’, similar a la realizacion mostrada en las figuras 2 a 4. La placa 26 de cierre distribuira las fuerzas a lo largo de la circunferencia del travesano 200 a la placa 240, 240’. El travesano 200 y la placa 240, 240’ tienen un eje 28 de simetria comun. Las porciones 201, 203 de extremo puntiagudas tienen entre otras cosas la ventaja de que es posible colocar una costura de soldadura entre la placa 240, 240’ situada en las hendiduras 220 y una pared interior del travesano 200. Ademas, una costura de soldadura puede estar situada entre la superficie plana de la placa 240, 240’ y la superficie exterior del travesano 200.
La placa 240 esta fijada a la torre 2 en la direccion circunferencial de la torre 2. Cuando la placa 240 es plana, veanse las figuras 6 y 7, la porcion 18 de contacto entre la placa 240 y la torre 2 sigue una trayectoria eliptica, veanse las figuras 6 y 7. La placa 240’ esta fijada a la porcion 120 mas alta en la direccion circunferencial de la porcion 120 mas alta. A medida que la placa 240’ es plana, veanse las figuras 6 y 7, la porcion 18’ de contacto entre la placa 240’ y la porcion 120 mas alta sigue una trayectoria eliptica, veanse las figuras 6 y 7.
Un ejemplo de una placa 240 se muestra en la figura 9. La placa 240 forma una primera porcion 241 de extremo y una segunda porcion 243 de extremo. La placa 240 es mas ancha en la primera porcion 241 de extremo que en la segunda porcion 243 de extremo. La forma general de la placa 240 esta determinada por el diametro de la torre 2 o la porcion 14 de torre inferior, y el diametro del travesano 200. La primera porcion 241 de extremo esta provista de un recorte 242 curvado y la segunda porcion 243 de extremo puede estar provista de un recorte 244 curvado. La curvatura del recorte 242 esta determinada por el diametro de la torre 2 o la porcion 14 de torre inferior. Del mismo modo, veanse las figuras 7 y 8, la placa 240’ comprende una primera porcion 241' de extremo y una segunda porcion 243’ de extremo. La placa 240’ es mas ancha en la primera porcion 241' de extremo que en la segunda porcion 243’ de extremo. La forma general de la placa 240’ esta determinada por el diametro de la porcion 120 mas alta y el diametro del travesano 200. La primera porcion 241’ de extremo esta provista de un recorte 242' curvado y la segunda porcion 243' de extremo puede estar provista de un recorte 244'. La curvatura del recorte 242’ esta determinada por el diametro de la porcion 120 mas alta.
El recorte 244, 244’ curvado forma dos lenguetas 246, 246' opuestas en la placa 240, 240'. Las lenguetas 246, 246’ estan colocadas en las hendiduras 220 cuando la placa 240, 240' esta en su posicion de uso. Esto tiene la ventaja de que las fuerzas de tension entre la placa 240, 240’ y el travesano 200 en las hendiduras 220 estan mejor distribuidas sin puntos calientes a lo largo de los bordes de la placa 240, 240'.

Claims (14)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    REIVINDICACIONES
    1. Una estructura fuera de la costa para un aerogenerador que comprende una envolvente (4) que tiene cuatro patas (8) y una torre (2), en la que la porcion (14) inferior de la torre (2) esta fijada a una placa (10) de torsion que esta conectada a una porcion (12) superior de las patas (8), y un tirante (16) que se extiende desde cada pata (8), en la que cada tirante (16) incluye un travesano (20; 200), el travesano (20; 200) forma una primera porcion de extremo (21; 201) y una segunda porcion de extremo (23; 203), el travesano (20; 200) esta fijado a la porcion (12) superior de cada pata (8); y una placa (24; 240) que esta fijada a la torre (2) en una porcion (18) de contacto por encima de la placa (10) de torsion, la placa (24; 240) esta fijada a la torre (2) en la direccion circunferencial y tiene un eje (28) de simetria comun con el travesano (20; 200), la placa (24; 240) esta fijada al travesano (20; 200) en la primera porcion de extremo (21; 201), caracterizada porque la placa (24; 240) es plana, y la porcion (18) de contacto entre la placa (24) y la torre (2) sigue una trayectoria eliptica.
  2. 2. Una estructura fuera de la costa para un aerogenerador segun la reivindicacion 1,
    caracterizada porque la placa (24; 240) esta fijada al travesano (20, 200) en dos hendiduras (22; 220) que se extienden axialmente en el travesano (20; 200) en la primera porcion de extremo (21; 201) en lados diametralmente opuestos.
  3. 3. Una estructura fuera de la costa para un aerogenerador segun la reivindicacion 1,
    caracterizada porque las placas (24, 240) de todos los tirantes (16) cubren conjuntamente al menos el 40 % de la circunferencia de la torre (2).
  4. 4. Una estructura fuera de la costa para un aerogenerador segun la reivindicacion 1, caracterizada porque la torre (2) tiene un espesor de pared aumentado en la porcion (18) de contacto.
  5. 5. Una estructura fuera de la costa para un aerogenerador segun la reivindicacion 1, caracterizada porque los tirantes (16) estan disenados para soportar toda la fuerza axial en la torre (2).
  6. 6. Una estructura fuera de la costa para un aerogenerador segun la reivindicacion 1,
    caracterizada porque los momentos de flexion desde la torre (2) son hacen antimetricos mediante los tirantes (16) por parejas.
  7. 7. Una estructura fuera de la costa para un aerogenerador segun la reivindicacion 1,
    caracterizada porque al menos una porcion (21, 201) de extremo del travesano (20, 200) esta provista de dos recortes angulares (29; 229) que forman una porcion (21,201) de extremo puntiaguda.
  8. 8. Una estructura fuera de la costa para un aerogenerador segun la reivindicacion 1,
    caracterizada porque una placa (240’) plana esta fijada a una porcion (120) mas alta de la porcion (12) superior, en la que la porcion (120) mas alta se extiende por encima de la placa (10) de torsion, en la direccion circunferencial de la porcion (120) mas alta, la placa (240’) plana tiene un eje (28) de simetria comun con el travesano (200), y una porcion (18’) de contacto entre la placa (240’) plana y la porcion (120) mas alta sigue una trayectoria eliptica.
  9. 9. Una estructura fuera de la costa para un aerogenerador segun la reivindicacion 8,
    caracterizada porque la placa (240') esta fijada al travesano (200) en dos hendiduras (220) que se extienden axialmente en el travesano (200) en la segunda porcion (203) de extremo en lados diametralmente opuestos.
  10. 10. Una estructura fuera de la costa para un aerogenerador segun la reivindicacion 8,
    caracterizada porque la segunda porcion (203) de extremo del travesano (200) esta provista de dos recortes (229') angulares que forman una porcion (203) de extremo puntiaguda.
  11. 11. Una estructura fuera de la costa para un aerogenerador segun la reivindicacion 1,
    caracterizada porque el travesano (20; 200) esta provisto de al menos una placa (26) de cierre soldada a la travesano (20; 200) y a la placa (24; 240).
  12. 12. Una estructura fuera de la costa para un aerogenerador segun la reivindicacion 8, caracterizada porque el travesano (200) esta provisto de al menos una placa (26) de cierre en forma de D soldada a la travesano (200) y a la placa (240').
  13. 13. Una estructura fuera de la costa para un aerogenerador segun la reivindicacion 1,
    caracterizada porque la placa (24; 240) comprende un recorte (244) curvado que forma dos lenguetas (246) opuestas, estando situadas las lenguetas (246) en las hendiduras (22; 220) cuando la placa (24; 240) esta en su posicion de uso.
  14. 14. Una estructura fuera de la costa para un aerogenerador segun la reivindicacion 8,
    caracterizada porque la placa (240') comprende un recorte (244') curvado que forma dos lenguetas opuestas (246'), estando las lenguetas (246') situadas en las hendiduras (220) cuando la placa (240') esta en su posicion de uso.
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