ES2929273T3 - Estructura de soporte para una turbina eólicaturbina eólica - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a una estructura de soporte, en particular para un aerogenerador, que comprende al menos dos subsegmentos que están al menos parcialmente conectados entre sí y cada uno de los cuales está hecho de una placa metálica que tiene una longitud y una anchura. La longitud es mayor que la anchura, en el que cada uno de los subsegmentos tiene un borde longitudinal que se extiende a lo largo, y las superficies de unión que descansan entre sí a lo largo de los bordes longitudinales están conectadas entre sí mediante una conexión soldada. Cada uno de los subsegmentos tiene bordes frontales que se extienden a lo ancho, estando dichos subsegmentos curvados a lo largo de sus respectivos bordes frontales. La invención se caracteriza porque cada unión soldada tiene un espesor en algunos tramos inferior al espesor de pared de la placa metálica y un espesor en algunos tramos que corresponde al menos al espesor de pared de la placa metálica. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Estructura de soporte para una turbina eólicaturbina eólica
El tema se refiere a una estructura de soporte, en particular para una turbina eólica. Una estructura de soporte de este tipo puede ser parte de un pilote de cimentación tubular de una turbina, en particular una turbina de energía eólica.
En el estado de la técnica es conocido erigir estructuras de soporte, por ejemplo, pilotes de cimentación, a partir de segmentos de estructura de soporte dispuestos uno encima del otro y conectados entre sí. Los segmentos de la estructura de soporte, a su vez, están compuestos por uno, dos o más subsegmentos, cada uno de ellos hecho de una plancha de acero doblada.
Dependiendo del proceso de producción, las planchas de acero de los subsegmentos suelen tener una extensión a lo ancho de aproximadamente 3 m - 5 m y una extensión longitudinal de hasta 24 m. Según el estado de la técnica, las planchas de acero se doblan a lo largo de su extensión longitudinal para producir los subsubsegmentos, de manera que los subsegmentos cilíndricos producidos de esta manera, también denominados secciones de tubería, tienen una extensión en altura que corresponde a la extensión a lo ancho de la plancha de acero. En consecuencia, si la plancha de acero tiene una extensión a lo ancho de 3 m, se produce un subsegmento con una extensión en altura de 3 m doblando la plancha de acero a lo largo de la extensión longitudinal.
Si se fabrica una estructura de soporte a partir de dos o más segmentos de estructura de soporte, los segmentos de estructura de soporte se unen entre sí en sus bordes longitudinales por medio de costuras de soldadura circunferenciales. En este caso el pilote de cimentación está ensamblado de tal manera que los segmentos de la estructura de soporte adyacentes están conectados cada uno por medio de una costura de soldadura circunferencial de tal manera que los respectivos ejes longitudinales de los segmentos de la estructura de soporte discurren colineales entre sí.
Para la fabricación de un pilote de cimentación correspondiente se necesitan, por consiguiente, muchos cordones de soldadura con una gran longitud total, por lo que la fabricación del pilote de cimentación es complicada y costosa. Así por ejemplo, para la fabricación de dos segmentos de estructura de soporte, cada uno de los cuales tiene una altura de 3 m y un diámetro de 7 m, y para unirlos, se necesitan cordones de soldadura con una longitud total de 28 m, es decir, el doble de un cordón de soldadura de 3 m para conectar los bordes laterales opuestos o los bordes del material de los subsegmentos individuales y un cordón de soldadura circunferencial de 22 m para conectar los dos segmentos de la estructura de soporte (o 34 m si los segmentos de tubería individuales están hechos de dos medias carcasas).
El documento DE102016203268A1 describe un pilote de cimentación con al menos dos segmentos cilíndricos parciales interconectados, cada uno de los cuales se produce a partir de una plancha de acero que tiene una extensión longitudinal (L) y una extensión a lo ancho (B), caracterizándose el pilote de cimentación porque los respectivos subsegmentos cilíndricos se crean al doblar las planchas de acero a lo largo de su extensión a lo ancho (B).
El documento WO2017167990A1 muestra una estructura de soporte, en particular para una turbina eólica, con al menos dos segmentos que están conectados entre sí de tal manera que sus ejes longitudinales (L) discurren esencialmente colineales entre sí. Al menos uno de los segmentos es un segmento de tubería que tiene al menos dos superficies de contacto enfrentadas entre sí, que están conectadas entre sí al menos parcialmente.
El tema se basaba en la tarea de reducir el número de cordones de soldadura y, en particular, reducir la duración de los procesos de soldadura.
Esta tarea se resuelve mediante una estructura de soporte según la reivindicación 1.
Si un segmento de estructura de soporte se fabrica a partir de dos o más subsegmentos, los subsegmentos se conectan entre sí respectivamente en los bordes longitudinales por medio de costuras de soldadura longitudinales. En este caso para conectar los subsegmentos, es necesario un número de cordones de soldadura longitudinales correspondientes al número de subsegmentos.
Los subsegmentos están formados por planchas de metal, en particular planchas de metal. En este caso las planchas de metal pueden ser en particular planchas de acero. En particular, las planchas de metal de al menos dos subsegmentos contiguos tienen el mismo grosor de pared (espesor). Las planchas de metal de todos los subsegmentos que forman un segmento de estructura de soporte pueden tener el mismo grosor de pared. Las planchas de metal de todos los segmentos de la estructura de soporte que forman una estructura de soporte pueden tener el mismo grosor de pared. Para optimizar el tonelaje total, las secciones de tubería contiguas, o incluso los subsegmentos de una sección de tubería, pueden tener diferentes grosores de pared.
El soldado de los bordes longitudinales opuestos entre sí de los subsegmentos tiene lugar generalmente por medio de una costura de soldadura longitudinal, que se puede realizar, por ejemplo, como una soldadura a tope en ambos lados de acuerdo con el documento EN ISO 2553, Tabla 2, mediante soldadura de arco sumergido. En este caso los bordes longitudinales opuestos se afilan, por ejemplo, para realizar una costura a tope soldada de penetración total en ambos lados en el proceso de soldadura posterior, de modo que tiene lugar una unión de los bordes de chapa
colocados unos sobre otros sobre el espesor de pared completo de la chapa de los subsegmentos. Tanto la preparación de los bordes longitudinales opuestos como la fabricación de una soldadura a tope soldada con penetración total en ambos lados requieren mucho tiempo y dinero.
Ahora se ha reconocido que las costuras de soldadura a lo largo de los bordes longitudinales no tienen que ser costuras completas continuas para lograr las propiedades mecánicas necesarias para la estructura de soporte. Más bien, se propone que la junta soldada respectiva tenga un espesor por secciones que sea menor que el grosor de pared de la plancha de metal (costura parcial) y tenga un espesor por secciones que corresponda al menos al espesor de pared de la plancha de metal (costura completa). Con esto las costuras completas y las costuras parciales se alternan así a lo largo de un borde longitudinal en la superficie de junta entre dos subsegmentos.
La provisión de una conexión soldada, en particular una costura de soldadura, en particular de acuerdo con el documento EN ISO 2553, Tabla 2, por medio de soldadura por arco sumergido, en particular como soldadura a tope, cuyo espesor es al menos en secciones menor que el espesor de pared de las planchas de metal (costura parcial), ofrece la ventaja de que, en comparación con las soluciones que requieren soldadura por penetración en todo el espesor de pared (costura completa), el tiempo de proceso y la entrada de calor en el componente pueden reducirse. Sorprendentemente, se ha demostrado que solo una unión de las superficies de unión en áreas parciales es suficiente para mantener en forma de manera fiable el elemento de estructura de soporte durante el proceso de producción.
El espesor de la unión soldada, en particular de una costura soldada, es en este caso la extensión de la unión soldada a lo largo del espesor de pared de la plancha de metal. En otras palabras, tanto los grosores de pared de la plancha de metal como el espesor de la junta soldada se miden en un corte perpendicular al eje longitudinal, en particular ortogonalmente a una superficie de revestimiento interna y/o externa del segmento de estructura de soporte. El grosor de la pared del segmento de la estructura de soporte corresponde preferiblemente al grosor de la plancha de metal a partir de la cual se han producido los subsegmentos por remodelación.
La soldadura puede extenderse sobre una longitud parcial, dos o más tramos longitudinales, o la longitud total del subsegmento. Una pluralidad de subsegmentos soldados entre sí a lo largo de su eje longitudinal, que forman un anillo cerrado, puede entenderse como un segmento de estructura de soporte o sección de tubería. La longitud del segmento de la estructura de soporte se puede medir en este caso paralelamente al eje longitudinal de los subsegmentos. En particular, se pueden proporcionar varios puntos de soldadura separados o una o más costuras de soldadura longitudinales en la zona de una longitud parcial, de una tramo de longitudinal o a lo largo de toda la longitud del segmento de estructura de soporte.
El espesor d1 de la junta soldada, medido en un corte transversal al eje longitudinal cuyo espesor es inferior al grosor de pared de la plancha de metal, por ejemplo del cordón de soldadura de una costura de soldadura, puede ser inferior o igual a 4/5 , o menor o igual a 1/2, preferiblemente menor o igual a 1/10, más preferiblemente menor o igual a 1/20 del espesor de pared d2 del segmento de estructura de soporte, y en consecuencia cumplir una de las reglas d1= 0,8-d2, d1=0,5xd2, preferiblemente d1=0,1xd2, más preferiblemente d1 = 0,05xd2. Así, el espesor de pared del segmento de estructura de soporte puede ser de 100 mm, por ejemplo, mientras que el espesor de la unión soldada, por ejemplo, el cordón de soldadura de una costura de soldadura ser de solo 5 mm o menos. En el caso del espesor d1 se puede tratar, por ejemplo, del espesor de la costura s según el documento EN ISO 2553, Tabla 5.
La estructura de soporte se ensambla a partir de una pluralidad de segmentos de estructura de soporte formados correspondientemente, en cuanto que segmentos de estructura de soporte que limitan frontalmente entre sí se unen mediante una costura de soldadura circunferencial de tal manera que los respectivos ejes longitudinales de los segmentos de estructura de soporte discurren colineales entre sí. Esta costura circunferencial es preferiblemente una costura completa.
La extensión en ancho de las respectivas planchas de metal a partir de las cuales se pueden producir los subsegmentos mediante doblado es normalmente de 3 m - 5 m, mientras que la extensión longitudinal de las planchas de metal a partir de las cuales se forman los subsegmentos puede ser de hasta 24 m.
Los cantos longitudinales de los respectivos subsegmentos están dispuestos paralelos entre sí y, por lo tanto, dispuestos uno frente al otro.
Un segmento de estructura de soporte comprende preferiblemente más de dos, es decir, tres, cuatro, cinco, seis, siete, ocho o más subsegmentos conectados entre sí. En este sentido, no existen restricciones en cuanto al número de subsegmentos. El número de subsegmentos a partir de los cuales se produce un segmento de estructura de soporte solo depende del diámetro de la estructura de soporte y de la extensión longitudinal respectiva de las planchas de metal a partir de las cuales se forman los subsegmentos.
Los subsegmentos se fabrican preferiblemente como subsegmentos cilíndricos a partir de la plancha de metal mediante doblado a lo largo de la extensión en ancho de la plancha de metal.
Las transiciones entre diferentes diámetros de las secciones de tubería se realizan en este caso mediante subsegmentos cónicos. Es común que una estructura de soporte muestre más de un diámetro sobre la extensión vertical.
Un radio de curvatura de los subsegmentos puede ser mayor o igual que el radio de la línea circular envolvente. Con esto, los subsegmentos de una sección de tubería, que forma la línea circular envolvente, pueden tener diferentes radios de curvatura. Esto puede aumentar la estabilidad de la sección de tubería. Los subsegmentos podrían no ser redondeados a lo largo de sus cantos frontales, en particular elípticos, facetados, hipocicloides o epicicloides.
De acuerdo con un ejemplo de realización, se propone que los subsegmentos unidos entre sí estén desplazados entre sí en la extensión longitudinal, de modo que sus cantos frontales estén separados axialmente entre sí (es decir, en la dirección del eje longitudinal del segmento de estructura de soporte). Los cantos frontales están desplazados entre sí mediante el desplazamiento en la extensión longitudinal. Como resultado, se consigue una unión de los subsegmentos entre sí, lo que aumenta la rigidez debido a los cantos frontales desplazados. Al final de un segmento de estructura de soporte, este puede tener un canto frontal que discurra en un plano si los subsegmentos con diferentes extensiones longitudinales están unidos entre sí en sus cantos frontales. En este caso el empalme se puede formar como un medio empalme o un cuarto de empalme. Si los cantos frontales de los subsegmentos se encuentran siempre en un plano, se puede hablar de un empalme cruzado.
Dos cantos frontales contiguos también pueden estar separados entre sí, de modo que se forme un hueco entre dos subsegmentos en dirección axial. Con esto se reduce la cantidad de material utilizado para una sección de tubería.
Según un ejemplo de realización, se propone que dos subsegmentos estén unidos sobre superficies de unión colocadas una sobre otra a lo largo de los cantos frontales mediante una unión soldada, teniendo la unión soldada un espesor que inferior al grosor de la pared del metal, es al menos en secciones. La unión entre los subsegmentos sobre los cantos frontales colocados uno sobre otro se puede diseñar como una costura parcial o una costura completa. Los cantos frontales adyacentes circunferencialmente se pueden formar alternativamente como una costura parcial o una costura completa, o todas o algunas conexiones de los cantos frontales se pueden formar como una costura parcial o una costura completa. Un segmento de estructura de soporte puede estar formado circunferencialmente por subsegmentos soldados entre sí en sus cantos longitudinales y en su extensión longitudinal por al menos dos subsegmentos que están unidos entre sí sobre sus cantos frontales mediante una costura parcial. Dos segmentos de estructura de soporte que son adyacentes entre sí pueden soldarse entre sí circunferencialmente sobre sus cantos frontales adyacentes entre sí mediante una costura completa.
Según un ejemplo de realización, se propone que dos superficies de unión opuestas entre sí en un subsegmento estén desplazadas entre sí en la extensión longitudinal a lo largo de los cantos longitudinales con uniones de soldadura cuyo espesor presenta al menos el grosor de pared de la plancha de metal. Esto significa que sobre un primer canto longitudinal las costuras completas están a una primera distancia de un canto frontal del subsegmento y sobre el otro canto longitudinal las costuras completas están a una distancia diferente del canto frontal del subsegmento. De este modo, se puede formar una costura completa circunferencialmente en un plano perpendicular al eje longitudinal del segmento de estructura de soporte sobre una superficie de unión y una costura parcial sobre la siguiente superficie de unión. Además, dos superficies de unión opuestas entre sí sobre un subsegmento a lo largo de los cantos longitudinales con juntas soldadas, cuyo espesor es al menos el grosor de pared de uno de los subsegmentos adyacentes, pueden estar a la misma altura entre sí en la extensión longitudinal.
Según un ejemplo de realización, se propone disponer una abrazadera de retención entre las superficies de unión en una sección de las superficies de unión con una unión soldada cuyo espesor es menor que el grosor de pared de la plancha de metal.
Adicionalmente, las superficies de unión se pueden unir entre sí mediante al menos una abrazadera de retención. Puede tratarse de una pieza intermedia que se puede fijar en la zona de las superficies de unión en unión de materiales o separable para unir las superficies de unión entre sí. La abrazadera de retención sirve para mantener los subsegmentos conectados en la forma deseada para los procesos de manipulación y unión y, si es necesario, en el estado completamente ensamblado. Después de que un segmento de estructura de soporte se haya conectado a otro segmento de estructura de soporte al final, la abrazadera de retención se puede quitar o permanecer sobre el componente.
La abrazadera de retención ofrece la ventaja de que se puede prescindir de una costura de soldadura longitudinal continua en la zona de las superficies de unión y, no obstante, se garantiza la estabilidad dimensional del segmento de la estructura de soporte. Así por ejemplo, las superficies de unión enfrentadas entre sí pueden estar a una distancia de un metro entre sí, siendo salvada esta distancia con la ayuda de la abrazadera de retención para crear una unión entre las superficies de unión. Se entiende que se pueden proporcionar dos o más abrazaderas de retención entre las superficies de unión.
La abrazadera de retención se puede fijar mediante uniones de soldadura, de tornillo, de perno, de remache o magnética en la zona de una superficie de unión respectiva. En este caso la unión soldada se puede realizar, por ejemplo, de la manera descrita anteriormente de tal manera que no se produzca soldadura de penetración total, sino que la soldadura solo constituya una zona parcial del espesor y/o de la longitud de las secciones del componente enfrentadas entre sí de que van a unirse.
Según un ejemplo de realización, se propone que la abrazadera de retención esté rodeada por dos lados por las superficies de unión y/o termine enrasada con la superficie de revestimiento exterior y/o interior de al menos uno de los subsegmentos. De esta manera, la abrazadera de retención se puede integrar en la geometría de la pared del segmento de estructura de soporte sin aumentar las dimensiones externas del componente o el espacio requerido para el segmento de estructura de soporte en el estado completamente ensamblado.
Según un ejemplo de realización, se propone que la abrazadera de retención presente al menos un rebaje cóncavo, en particular una parte redondeada, por lo que el rebaje pasa a las superficies de unión en particular esencialmente sin saltos y/o presenta esencialmente una forma esencialmente bicóncava. Para introducir la menor cantidad posible de tensiones de tracción en las costuras de soldadura contiguas o adyacentes previstas, la abrazadera de retención puede tener al menos una parte redondeada cóncava, en cuyo caso la parte redondeada puede pasar a las superficies de unión esencialmente sin costuras. La parte redondeada se puede utilizar como paso para cables, líneas, tuberías u otros elementos de sujeción y/o conexión y, por lo tanto, puede servir como abertura de paso desde el entorno hacia el interior del segmento de estructura de soporte y viceversa.
Alternativa o adicionalmente, la abrazadera de retención puede tener una forma esencialmente bicóncava. Una forma bicóncava de este tipo se caracteriza en particular por dos partes redondeadas opuestas una de la otra, que preferiblemente pueden pasar cada una de ellas a las superficies de unión opuestas esencialmente sin saltos. De esta manera, una abrazadera de retención dispuesta a una distancia de las dos caras frontales de un segmento de estructura de soporte puede reducir la transmisión de tensiones de tracción a las costuras de soldadura colindantes o contiguas en dos lados. Por lo tanto, una abrazadera de retención bicóncava puede usarse en particular para evitar o limitar las grietas entre dos cordones de soldadura adyacentes. Una grieta que se propaga en un cordón de soldadura puede así interrumpirse o detenerse en la zona de la abrazadera de retención sin que la grieta se propague más allá de la abrazadera de retención a las costuras de soldadura contiguas.
Según un ejemplo de realización, se propone que las superficies de unión estén separadas entre sí al menos por secciones y/o que estén colocadas una al lado de la otra.
Las superficies de unión pueden estar colocadas "a tope" y limitar directamente una con otra. En este caso, las superficies de unión se pueden unir directamente entre sí de manera sencilla con una o varias costuras de soldadura longitudinales, presentando las costuras de soldadura longitudinales alternativamente costuras completas y costuras parciales. Las superficies de unión que están en contacto entre sí también ofrecen la ventaja de que la costura de soldadura circunferencial se puede soldar a un segmento de estructura de soporte contiguo sin interrupción. Una costura de soldadura continua es especialmente ventajosa en el caso de la soldadura por arco sumergido, ya que la costura se puede producir sin tener que dejar el dispositivo de soldadura.
También puede disponerse al menos una chapa entre las superficies de unión, extendiéndose la chapa especialmente sobresaliendo esencialmente hacia el interior del tubo y/o presentando una sección transversal esencialmente en forma de L, siendo concebibles también chapas sencillas rectas. La chapa se puede soldar a las superficies de unión respectivas, de modo que las superficies de unión están conectadas entre sí indirectamente a través de la chapa. Por ejemplo, se pueden prever costuras de soldadura longitudinales que se extienden esencialmente paralelas entre sí, que encierran la chapa al menos por secciones en dos lados y la conectan respectivamente con una de las superficies de unión. La chapa de metal se puede utilizar para sujetar y guiar cables, líneas o tuberías y/o para sujetar componentes de sistemas de protección contra la corrosión o instalaciones de mantenimiento. La chapa se puede disponer en la zona de una costura completa y/o una costura parcial. La propia chapa también puede unirse a los subsegmentos mediante una costura completa en una primera zona y una costura parcial en una segunda zona.
La unión soldada puede haber estado sujeta a un procesamiento posterior mecánico para aumentar su resistencia. Según un perfeccionamiento ventajoso, la unión soldada presenta tensiones de compresión internas en una sección transversal de espesor, habiéndose generado las tensiones de compresión internas en particular por deformación en frío y/o forjado. La introducción de tensiones de compresión en la costura de soldadura reduce la susceptibilidad al agrietamiento bajo tensión de tracción. Si aquí se menciona una sección transversal de espesor de la unión soldada, en particular una costura soldada, esto significa una sección transversal, en particular ortogonal, al eje longitudinal de la estructura de soporte. Las tensiones de compresión en la zona del cordón de soldadura se pueden detectar de manera conocida y se pueden estimar, por ejemplo, determinando la dureza superficial del cordón. Alternativa o adicionalmente, la unión soldada puede haberse aliviado mediante perforación. Así, la costura de soldadura puede incluir perforaciones o rebajes que están dispuestos a propósito en áreas que son propensas a agrietarse debido a tensiones de tracción propias. Por ejemplo, en el presente caso, las áreas de transición entre una costura longitudinal y una costura circunferencial adyacente pueden aliviarse mediante perforación de núcleo, por lo que una parte de la costura longitudinal, en particular su área de transición al material base, es eliminada al menos en secciones.
Según un ejemplo de realización, se propone que la estructura de soporte sea una estructura de cimentación, en particular un pilote de cimentación, en particular para una turbina eólica en el mar, en particular un monopilote, triplete, trípode o coraza. La estructura de soporte puede ser en particular una estructura de torre de una turbina en alta mar, en particular una turbina eólica.
De acuerdo con un ejemplo de realización, se propone que los subsegmentos que están unidos entre sí y forman un anillo, cuyos respectivos bordes longitudinales están dispuestos paralelos entre sí, formen un segmento de estructura de soporte, y que la estructura de soporte comprenda al menos dos segmentos de estructura de soporte, cuyos ejes longitudinales discurran esencialmente colineales entre sí y cuyos cantos frontales estén conectados entre sí. Los segmentos de la estructura de soporte formados a partir de los subsegmentos pueden unirse entre sí a lo largo de sus cantos frontales y formar así una estructura de soporte. En este caso los ejes longitudinales de los respectivos segmentos de la estructura de soporte discurren colineales entre sí.
Según un ejemplo de realización, se propone que los cantos frontales colocados uno al lado de otro de dos segmentos de estructura de soporte estén unidos al menos parcialmente circunferencialmente por una unión soldada que tiene un espesor que corresponde al menos al grosor de pared de la plancha de metal. De este modo, dos segmentos de la estructura de soporte están unidos entre sí mediante una costura completa.
De acuerdo con un ejemplo de realización, se propone que los cantos longitudinales de subsegmentos de dos segmentos de estructura de soporte colocados uno sobre otro frontalmente estén desplazados en ángulo entre sí. Si dos segmentos de estructura de soporte están conectados mediante sus superficies frontales, pueden estar desplazados angularmente entre sí de tal manera que las superficies de unión entre los respectivos subsegmentos no estén alineadas entre sí y estén en una línea, sino que las superficies de unión de dos segmentos de estructura de soporte adyacentes están desplazadas entre sí.
También se propone que la posición de la costura parcial quede a ras de la superficie de revestimiento exterior o interior del subsegmento, en el medio o a una distancia asimétrica de las superficies de revestimiento del subsegmento.
El objeto se explica con más detalle a continuación con referencia a un dibujo que muestra ejemplos de realización. En el dibujo muestran:
Figura 1 una plancha de metal de un subsegmento;
Figura 1b una plancha de metal doblada según la Figura 1 a;
Figura 2 subsegmentos unidos entre sí a lo largo de los cantos longitudinales;
Figura 3a dos segmentos de estructura de soporte que están unidos entre sí a lo largo de su canto frontal;
Figura 3b un segmento de estructura de soporte con subsegmentos dispuestos desplazados unos respecto a otros;
Figura 4 una unión de dos subsegmentos a lo largo de un canto frontal;
Figura 5a,b una costura completa así como una costura parcial;
Figura 6 una costura parcial con una chapa en forma de L;
Figura 7a una costura soldada con una abrazadera de retención;
Figura 7b la costura soldada entre los subsegmentos y la abrazadera de sujeción según la figura 7a
La figura 1 muestra una plancha de metal 2 que está formada, por ejemplo, a partir de una chapa de metal, en particular una chapa de acero. La plancha de metal 2 se dobla a lo largo de un radio de curvatura 4, como se muestra en la figura 1 b. El radio de curvatura 4 corresponde en particular a un radio de un segmento de estructura de soporte, y por lo tanto a un radio de una estructura de soporte de un pilote de cimentación tubular, como se describirá a continuación. Sin embargo, el radio de curvatura también puede ser mayor o menor que el radio que rodea el subsegmento.
La plancha de metal doblada 2 forma un subsegmento 6. El subsegmento 6 tiene una extensión longitudinal 8, así como una extensión en ancho 10. En la extensión longitudinal 8 dos cantos longitudinales 8a, b se encuentran uno frente al otro y en la extensión en ancho 10 dos cantos frontales 10a, b se encuentran uno frente al otro. La plancha de metal 2 del subsegmento 6 es preferiblemente rectangular.
Para formar una estructura de soporte, los subsegmentos 6 se unen entre sí a lo largo de sus cantos longitudinales 8a, b. La superficie estrecha colocada sobre los cantos longitudinales 8a, b puede entenderse como una superficie de unión longitudinal entre dos subsegmentos 6. La superficie estrecha colocada sobes los cantos frontales 10a, b puede entenderse como la superficie de unión frontal entre dos subsegmentos 6.
Para la unión se superponen en cada caso dos subsegmentos 6 con cantos longitudinales 8a, b o sus superficies de unión longitudinales, como puede verse en la fig. 2. A continuación tiene lugar un soldado de los subsegmentos 6, pudiendo formarse la costura de soldadura en partes a partir de costuras completas 12 y en partes a partir de costuras parciales 14 o incluso sin costura. En la fig. 2 puede verse que los cantos longitudinales 8a, 8b que se encuentran uno contra otro están soldados entre sí mediante la costura completa 12 así como la costura parcial 14. Las costuras completas 12 y las costuras parciales 14 se alternan así a lo largo de la extensión 8 longitudinal.
En la figura 2 también se puede ver que es posible que las costuras 12 completas y, por lo tanto, las costuras 14 parciales estén desplazadas de un plano 16 perpendicular a un eje 18 longitudinal. Esto significa que un subsegmento 6 puede tener una costura completa 12 sobre un primer canto longitudinal 8a, mientras que en el plano 16 en el lado opuesto del subsegmento 6 puede haber una costura parcial 14 sobre el canto longitudinal 8b. En otras palabras, las costuras completas 12 están desplazadas entre sí sobre los cantos longitudinales 8a, b para formar un eje longitudinal 18 desde superficies de unión opuestas entre sí.
En una realización adicional, las costuras completas y las costuras parciales se encuentran en un plano circundante en la medida de lo posible.
Debido a su curvatura alrededor del radio de curvatura 4, los subsegmentos 6 soldados entre sí se unen para formar un segmento de estructura de soporte tubular, como se muestra en la figura 3a.
Los subsegmentos 6 unidos a lo largo de los cantos longitudinales 8a, b juntos forman un segmento de estructura de soporte 20. Dos segmentos de estructura de soporte 20 están unidos entre sí en sus cantos frontales mediante una costura completa 22. Como puede verse en la figura 3a, los cantos longitudinales 8a, b de los subsegmentos 6 de dos segmentos de la estructura portante 20 que se encuentran uno contra el otro están desplazados angularmente entre sí. Como resultado, la costura longitudinal se extiende a lo largo de la superficie de unión sobre los cantos longitudinales 8a, b solo sobre un segmento de estructura de soporte 20 y en el siguiente segmento de estructura de soporte 20 adyacente a él, una costura longitudinal a lo largo de la superficie de unión en los bordes longitudinales 8a, b está desfasada formando un ángulo con el mismo.
Como se muestra en la figura 3b, un segmento de estructura de soporte 20 se puede formar a partir de subsegmentos 6, que están desplazados entre sí con sus cantos frontales 10a, b en el eje longitudinal 18. En este caso los cantos frontales 10a, b colocados uno sobre otro pueden unirse entre sí con una costura parcial 14. Las superficies de unión a lo largo de los cantos longitudinales 8a, b se pueden formar alternando costuras completas 12 y costuras parciales 14.
La figura 4 muestra dos subsegmentos 6 que están unidos entre sí por su canto frontal 10a, b mediante una costura parcial 14.
La figura 5a muestra una costura completa 12. Se puede ver que ésta se extiende por todo el grosor del material de los subsegmentos 6 en sus cantos longitudinales 8a, b. La figura 5b muestra una costura parcial en la que se puede ver que ésta sólo se extiende sobre partes del grosor del material de los subsegmentos 6. La posición de la costura parcial puede estar enrasada con el exterior, con el interior de las superficies de revestimiento del subsegmento, en el centro o a una distancia asimétrica de las superficies de revestimiento.
La unión de las superficies de unión 18 del segmento 14 puede tener una abrazadera de retención 24 (figura 7a). La abrazadera de retención 24 está bordeada por las costuras 12 a ambos lados y cierra al ras con la superficie de revestimiento interior (no representada) y la superficie de revestimiento exterior del subsegmento 6. La abrazadera de retención 24 está soldada con los cantos longitudinales 8a, b, en particular a las superficies de unión longitudinales 8' del subsegmento 6. Esto se muestra en la figura 7b. Allí se puede ver que la abrazadera de retención 24 está conectada con las superficies de unión 8' contiguas mediante una costura completa 12.
La abrazadera de retención 24 tiene dos partes redondeadas cóncavas 28 que se fusionan esencialmente sin saltos en las superficies de unión longitudinales 8', de modo que en particular en la transición desde una parte redondeada 28 a las superficies de unión 8' enfrentadas entre sí no está previsto ningún escalón o salto. La abrazadera de retención 24 tiene una forma sustancialmente bicóncava.
Debido a la forma bicóncava de la abrazadera de retención 24 se alivian los cordones de soldadura 14 contiguos o adyacentes, de modo que en particular se puede contrarrestar la formación de grietas en la zona de las costuras de soldadura 14 debido a tensiones de tracción. Además, la abrazadera de retención 24 puede servir como limitador de rasgado. Si falla una de las costuras de soldadura 14 del subsegmento 6, no se produce una fisura en toda la longitud del segmento 14, sino que se interrumpe en la zona de la abrazadera de sujeción 24.
En el presente caso, la abrazadera de retención 24 está integrada permanentemente en la estructura de soporte. De acuerdo con formas de realización alternativas, una abrazadera de retención 24 también se puede quitar después de que los segmentos 6 se hayan conectado entre sí frontalmente. De esta forma, se puede crear una abertura de paso más grande para fijar cables u otros accesorios o para guiarlos a través de la pared de la tubería, reducir el peso o ahorrar costos al reutilizar la abrazadera de retención.
Para aumentar la resistencia de los cordones de soldadura 12, 14, en particular frente a las cargas de tracción, se han introducido tensiones de compresión en las costuras de soldadura 12, 14 mediante deformación en frío. Alternativa o adicionalmente, las tensiones de compresión también se pueden introducir en las costuras de soldadura mediante forja.
También se puede introducir una chapa 26, en particular en forma de L, entre las superficies de unión 8'. La chapa 26 puede estar prevista especialmente en la zona de una costura parcial 14, como se muestra en la fig. 6.
Lista de signos de referencia plancha de metal
radio de curvatura
subsegmento
extensión longitudinal
a, b canto longitudinal
' superficie de unión
0 extensión a lo ancho
0a, b canto frontal
2 costura completa
4 costura parcial
6 plano
8 eje longitudinal
0 segmento de estructura de soporte
4 abrazadera de retención
6 plancha
8 parte redondeada
Claims (15)
1. Estructura de soporte , en particular para una turbina eólica, con
- al menos dos subsegmentos (6) que están al menos parcialmente conectados entre sí y están formados cada uno de una plancha de metal (2) que tiene una extensión longitudinal (8) y una extensión a lo ancho (10), siendo la extensión longitudinal (8) mayor que la extensión a lo ancho (10), y en donde
- los subsegmentos (6) tienen cada uno cantos longitudinales (8a, b) que se extienden en la extensión longitudinal (8) y están unidos entre sí sobre superficies de unión (8') colocadas una sobre otra a lo largo de los cantos longitudinales (8a, b) por medio de una unión soldada respectivamente,
- los subsegmentos (6) tienen cada uno cantos frontales (10a, b) que se extienden en extensión a lo ancho (10), estando cada uno de los subsegmentos (6) doblados a lo largo de sus cantos frontales (10a, b), caracterizada por que
- la respectiva unión soldada tiene, por secciones, un espesor inferior al espesor de pared de la plancha de metal (2) y, por secciones, un espesor que corresponde al menos al espesor de pared de la plancha de metal (2).
2. Estructura de soporte según la reivindicación 1,
caracterizada por que
- el radio de curvatura (4) de los subsegmentos (6) es mayor, menor o igual que el radio de la línea circular envolvente y/o
- los subsegmentos (6) están doblados a lo largo de sus cantos frontales (10a, b) de forma no redonda, en particular elíptica, facetada, hipocicloide o epicicloide.
3. Estructura de soporte según la reivindicación 1 o 2,
caracterizada por que
- los subsegmentos unidos entre sí (6) están desplazados unos respecto a otros en la extensión longitudinal (8), de modo que sus cantos frontales (10a, b) están separados axialmente entre sí y/o por que
- los subsegmentos unidos entre sí (6) están desplazados unos respecto a otros en la extensión longitudinal (8), de modo que sus cantos frontales (10a, b) están separados axialmente entre sí y al menos un subsegmento (6) está separado aparte del subsegmento adyacente (6) en la dirección longitudinal, de modo que resulta un hueco.
4. Estructura de soporte según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
- dos subsegmentos (6) están unidos sobre superficies de unión (8') colocadas una sobre otra a lo largo de los cantos frontales (10a, b) mediante una junta soldada, teniendo la junta soldada un espesor que, al menos en secciones, es inferior a un grosor de pared de la plancha de metal (2).
5. Estructura de soporte según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
- dos superficies de unión (8') opuestas sobre un subsegmento (6) están desplazadas entre sí en extensión longitudinal (8) a lo largo de los cantos longitudinales (8a, b) con juntas soldadas cuyo espesor es al menos igual al grosor de pared de una de las planchas de metal adyacentes (2) y/o por que
- dos superficies de unión (8') opuestas sobre un subsegmento (6) a lo largo de los cantos longitudinales (8a, b) con juntas soldadas, cuyo espesor tiene al menos el grosor de pared de uno de los subsegmentos adyacentes (6), tienen la misma altura entre sí en la extensión longitudinal (8).
6. Estructura de soporte según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
- en un tramo de las superficies de unión (8') con una unión soldada, cuyo espesor es inferior al grosor de pared de la plancha de metal (2), se dispone una abrazadera de retención (24) entre las superficies de unión (8' ) y/o por que
- la abrazadera de retención (24) está encerrada a ambos lados por las superficies de unión (8') y/o termina enrasada con la superficie de revestimiento exterior y/o interior de al menos uno de los subsegmentos (6)
7. Estructura de soporte según una de las reivindicaciones 5 ó 6,
caracterizada por que
- la abrazadera de retención (24) tiene al menos un rebaje cóncavo, en particular una parte redondeada (28), pasando el rebaje en las superficies de unión (8') en particular esencialmente sin ninguna discontinuidad, y/o tiene una forma esencialmente bicóncava.
8. Estructura de soporte según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
- las superficies de unión (8') están separadas entre sí al menos por secciones y/o están colocadas una sobre otras y/o entre las superficies de unión (8') está dispuesta al menos una chapa (26), por lo que la chapa (26), en particular, se extiende esencialmente de manera que sobresale en el interior del tubo y/o tiene una sección transversal esencialmente en forma de L.
9. Estructura de soporte según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
- la estructura de soporte es una estructura de cimentación, en particular un pilote de cimentación, en particular para una turbina eólica en el mar, en particular un monopilote, triplete, trípode o coraza y/o
- la estructura de soporte es una estructura de torre, en particular para una turbina eólica en tierra o en el mar.
10. Estructura de soporte según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
- el subsegmento (6) es un segmento de cilindro parcial.
11. Estructura de soporte según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
- subsegmentos unidos entre sí (6) que forman un anillo, cuyos respectivos cantos longitudinales (8a, b) están dispuestos paralelos entre sí, forman un segmento de estructura de soporte (20), y por que la estructura de soporte comprende al menos dos segmentos de estructura de soporte (20), cuyos ejes longitudinales (18) son sustancialmente colineales entre sí, y cuyos cantos frontales (10a, b) están unidos entre sií.
12. Estructura de soporte según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
- los cantos frontales (10a, b) colocados uno sobre otro de dos segmentos de estructura de soporte (20) están unidos entre sí al menos parcialmente circunferencialmente por una junta soldada que tiene un espesor correspondiente al menos al grosor de pared de la plancha de metal (2).
13. Estructura de soporte según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
- los cantos longitudinales (8a, b) de subsegmentos (6) de dos segmentos de estructura de soporte (20) colocados uno sobre otro en las caras frontales están desplazados angularmente entre sí.
14. Estructura de soporte según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
- los respectivos subsegmentos (6) definen cada uno un eje longitudinal (18) en su extensión longitudinal (8), y que los ejes longitudinales (18) de los respectivos subsegmentos (6) discurren paralelos a un eje longitudinal (18) de la estructura de soporte y/o por que
- los radios de curvatura de los respectivos subsegmentos (6) corresponden a un radio de curvatura de la estructura de soporte.
15. Estructura de soporte según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
- la posición de la costura parcial (14) queda al ras con la superficie de revestimiento exterior o interior del subsegmento (6), en el centro o a una distancia asimétrica de las superficies de revestimiento del subsegmento (6).
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