ES2940760T3 - Turbina eólica terrestre con sistema de soporte de torre - Google Patents

Turbina eólica terrestre con sistema de soporte de torre Download PDF

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Abstract

Una turbina eólica (10) incluye una góndola (14) con cualquier tipo de equipo de generación de energía asociado. la góndola (14) está montada encima de una torre (12) que tiene un extremo de base (20) configurado para apoyarse en una base a nivel del suelo (22). Un sistema de soporte de torre (24) proporciona soporte a la torre e incluye un manguito circunferencial que se extiende axialmente (26) montado alrededor de la torre en una ubicación entre el extremo de la base y la góndola. Una pluralidad de patas de apoyo (28) están dispuestas alrededor del manguito, cada pata de apoyo tiene un primer extremo (30) fijado rígidamente al manguito y un extremo de pie opuesto (32) configurado para montarse en una base a nivel del suelo (34). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Turbina eólica terrestre con sistema de soporte de torre
[0001] La presente invención se refiere en general al campo de las turbinas eólicas, y más concretamente a un sistema de soporte de base para torres de turbinas eólicas terrestres.
[0002] Las turbinas eólicas modernas basadas en tierra (terrestres "onshore") en el rango de megavatios son cada vez más potentes y, en consecuencia, más grandes. Las torres que soportan los componentes generadores de potencia de estas turbinas eólicas pueden superar ampliamente los 60 metros de altura. Por ejemplo, GE Wind Energy ofrece una turbina eólica de 2,5 MW con alturas de buje estándar disponibles de 75 metros, 85 metros y 100 metros. Turbinas eólicas más grandes con alturas de buje superiores a los 100 metros son cada vez más comunes.
[0003] Las estructuras de las torres de estas grandes turbinas eólicas pueden ser enormes, sobre todo en la sección de base de la torre, en la que se necesita un espacio y un peso significativos para alcanzar los criterios de diseño de soporte de la torre. En este sentido, las torres son cada vez más caras de fabricar, transportar y erigir. En muchos casos, las dimensiones de las secciones inferiores de la torre son factores limitantes en la selección del emplazamiento y el transporte de las secciones de la torre al mismo. Por ejemplo, las secciones de la torre no pueden superar los límites máximos de tamaño y peso de la jurisdicción local para el transporte por ferrocarril y camión. Véase, por ejemplo, EP 0892890 y EP 1457674.
[0004] En consecuencia, el sector se beneficiaría de una estructura de torre mejorada capaz de soportar turbinas más grandes a alturas de buje significativas sin los problemas de tamaño, peso y coste de las torres convencionales.
[0005] Diversos aspectos y ventajas de la invención se expondrán en parte en la siguiente descripción, o pueden ser claros a partir de la descripción, o pueden aprenderse mediante la práctica de la invención.
[0006] La presente invención se define por las reivindicaciones adjuntas.
[0007] Diversas características, aspectos y ventajas de la presente invención se comprenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y a las reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que se incorporan y forman parte de esta especificación, ilustran realizaciones de la invención y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención.
[0008] A continuación se describirán diversos aspectos y realizaciones de la presente invención en relación con los dibujos adjuntos, en los que:
La fig. 1 es una vista en perspectiva de una turbina eólica con un sistema de soporte de torre de acuerdo con aspectos de la invención;
La fig. 2 es una vista en perspectiva de una realización de partes de un sistema de soporte de torres;
La fig. 3 es una vista de un componente en perspectiva de la realización de la fig. 2;
La fig. 4 es una vista en sección transversal superior del sistema de soporte de la torre tomada a lo largo de las líneas indicadas en la fig. 2; y,
La fig. 5 es una vista en perspectiva de una realización para fijar una pata de soporte a una sección de manguito ("sleeve”).
[0009] A continuación se hará referencia en detalle a las realizaciones de la invención, uno o más ejemplos de las cuales se ilustran en los dibujos. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención, no de limitación de la misma. De hecho, será evidente para los expertos en la materia que pueden realizarse diversas modificaciones y variaciones en la presente invención sin apartarse del alcance de la misma. Por ejemplo, las características ilustradas o descritas como parte de una realización pueden utilizarse con otra realización para obtener una realización aún mayor. Así pues, se pretende que la presente invención incluya las modificaciones y variaciones que entren dentro del ámbito de las reivindicaciones adjuntas.
[0010] La Fig. 1 ilustra una turbina eólica 10 de construcción convencional. La turbina eólica 10 incluye una torre 12 con una góndola 14 montada sobre ella. Una pluralidad de palas de la turbina 16 están montadas en un buje del rotor 18, que a su vez está conectado a una brida principal que hace girar un eje de rotor principal dentro de la góndola 14. La generación de potencia de la turbina eólica y los componentes de control están alojados dentro de la góndola 14. La vista de la Fig. 1 se proporciona únicamente con fines ilustrativos para situar la presente invención en un campo de utilización de ejemplo. Debe apreciarse que la invención no se limita a ningún tipo particular de configuración de turbina eólica.
[0011] La fig. 1 también ilustra una realización de un sistema de soporte de la torre 24 de acuerdo con aspectos de la invención. El sistema de soporte 24 incluye un manguito circunferencial 26 que se extiende axialmente y que está montado alrededor de la torre 12 en una ubicación predefinida entre una sección del extremo de base 20 de la torre y la góndola 14. La ubicación del manguito 26 variará en función de cualquier número de variables, incluida la altura total de la torre 12, el peso soportado por la torre 12, la ubicación de la torre 12 en un emplazamiento en tierra determinado, etc. En una realización particular, el manguito 26 está situado a una altura de entre aproximadamente el 25% y aproximadamente el 75% de la altura de la torre 12, medida desde la parte inferior del extremo de base 20. Por ejemplo, el manguito 26 puede estar montado en la torre 12 en una ubicación que sea aproximadamente el 50% de la altura de la torre.
[0012] Una pluralidad de patas de soporte 28 están configuradas en relación con el manguito 26, teniendo cada pata 28 un primer extremo 30 que está rígidamente fijado al manguito 26 y un extremo de pie 32 opuesto que está configurado para ser montado en cualquier tipo de zapata ("footing”) adecuada a nivel del suelo 34, tal como se representa en la Fig. 1. En referencia a la fig. 2, el extremo de pie 32 de cada una de las patas de soporte 28 puede incluir cualquier tipo de brida 33 u otra estructura adecuada para montar de forma segura el extremo de pie 32 en o sobre una zapata 34. Por ejemplo, la brida 33 puede estar configurada para fijarse de forma rígida al manguito 26. Por ejemplo, la brida 33 puede incluir una pluralidad de orificios para pernos 35 para fijar la brida 33 a pernos predispuestos en cada zapata 34. También debe apreciarse que las bridas 33 pueden definirse en el extremo de pie 32 en cualquier ángulo predefinido en función de la orientación de la zapata 34 y de la configuración de montaje respectiva.
[0013] Las patas de soporte 28 se extienden desde el manguito 26 con una longitud 38 y un ángulo de extensión agudo 36, 37 con respecto a un eje longitudinal de la torre para proporcionar apoyo vertical y lateral alrededor de la circunferencia de la torre 12. Debe apreciarse que el número de patas 28, los ángulos 36, 37 y la longitud 38 de las respectivas patas 28 variarán en función de cualquier número de factores, como la altura de la torre 12, el peso de los componentes soportados por la torre 12, el terreno en el emplazamiento de la turbina eólica, etc. Está dentro de las capacidades de los expertos en la materia configurar el sistema de soporte 12 según sea necesario mediante modelado informático, datos empíricos, etc.
[0014] En la realización de la Fig. 1, el manguito 26 se representa como un miembro anular unitario 50. Con esta realización particular de miembro de anillo 26, el anillo 50 se colocaría en una de las secciones de la torre 12 durante el montaje de la torre 12 en el emplazamiento de la turbina. A este respecto, el miembro anular 50 tendría un diámetro interior que le permitiría deslizarse fácilmente sobre la sección de la torre.
[0015] En una realización alternativa ilustrada por ejemplo en las Figs. 2 y 3, el miembro de manguito 26 comprende una pluralidad de segmentos de manguito individuales 52 que están unidos entre sí alrededor de la torre 12. Como se ve particularmente en las Figs. 2 y 3, cada uno de los segmentos 52 puede incluir bridas 54 que se extienden axialmente y que se atornillan a bridas de segmentos 52 adyacentes alrededor de la circunferencia de la torre 12 con pernos 56. Cada uno de los segmentos 52 puede incluir una de las patas de soporte 28 que tiene un primer extremo 30 fijado al segmento de manguito 52 en el ángulo de extensión predefinido 36, 37. Con esta realización particular, el miembro de manguito 26 puede formarse alrededor de la torre 12 después de erigir la torre en el emplazamiento de turbina.
[0016] Refiriéndose a la Fig. 4 en particular, en una realización única del sistema de soporte 24, se utiliza un compuesto adhesivo 44 para montar el miembro de manguito 26 alrededor de la torre 12. Este compuesto 44 puede ser, por ejemplo, una lechada adhesiva, epoxi, cemento o similar. Este compuesto adhesivo 44 proporciona numerosas ventajas al sistema 24. El compuesto 44 proporciona un sistema de montaje esencialmente permanente y sin mantenimiento entre el manguito 26 y la torre 12. Además, el compuesto 44 tiene un grado de compresibilidad y elasticidad que se acomodará a un grado de movimiento relativo entre la torre 12 y el miembro de manguito 26 con las patas de soporte 28 unidas. Dicho movimiento relativo puede producirse, por ejemplo, durante vientos fuertes u otras condiciones meteorológicas adversas, eventos sísmicos y similares. El compuesto adhesivo elástico 44 absorberá así gran parte de las tensiones inducidas que de otro modo se generarían entre el manguito 26 y la torre 12.
[0017] Las patas de soporte 28 pueden comprender cualquier tipo de estructura, incluidos miembros en forma de viga o jácena, miembros sólidos, etcétera. En la realización ilustrada, las patas de soporte 28 están definidas por miembros tubulares 40 que tienen un primer extremo 30 que se fija en el ángulo predefinido 36, 37 al manguito 26. Los miembros tubulares 40 pueden estar igualmente espaciados alrededor de la circunferencia de la torre 12, como se representa en la realización de la Fig. 4. En una realización alternativa, los miembros tubulares 40 pueden estar espaciados alrededor de la torre 12 en cualquier posición circunferencial y configuración deseadas, que pueden variar en función del terreno del emplazamiento de turbina y de cualquier otro número de factores. Por lo tanto, debe apreciarse que el sistema de soporte 22 no está limitado a ningún número concreto de patas de soporte 28 o configuración de las patas 28 alrededor de la torre 12.
[0018] Los primeros extremos 30 de las patas de soporte 28 pueden fijarse permanentemente al miembro de manguito 26, por ejemplo mediante soldadura o cualquier otro proceso de fijación permanente adecuado, en particular en la realización ilustrada en las Figs. 2 y 3, en la que las patas de soporte 28 están fijadas a la pluralidad de segmentos de manguito 52 respectivos. En relación con la figura 3, puede apreciarse que cada una de las patas de soporte 28 con los segmentos de manguito 52 y la brida 33 acoplados puede transportarse individualmente al emplazamiento de turbina eólica. En otras realizaciones, los segmentos de manguito 52 y las bridas 33 pueden soldarse o fijarse de otro modo a los miembros tubulares 40 en el emplazamiento de turbina eólica.
[0019] En una realización alternativa representada, por ejemplo, en la Fig. 5, los miembros tubulares 40 que definen las patas de soporte 28 pueden fijarse mecánicamente al manguito 26 y, en particular, a los segmentos individuales de manguito 52. En la realización de la Fig. 5, el segmento de manguito 52 incluye un poste macho 46 que se forma en el manguito 52 en el ángulo de extensión definido. El miembro tubular 40 incluye un extremo abierto en el primer extremo 30 que se desliza sobre el poste 46. Los orificios para pernos 48 del miembro tubular 40 se alinean con los orificios para pernos 48 del poste 46 para la colocación de pernos pasantes para fijar el miembro tubular 40 con respecto al segmento de manguito 52. Debe apreciarse que la configuración del poste 46 puede utilizarse con la realización del miembro anular unitario 50 del manguito 26.
[0020] En la realización de la fig. 5, las patas 28 también pueden fijarse a los postes 46 con el uso del mismo material compuesto adhesivo 44, o uno similar, utilizado para fijar el manguito 26 a la torre 12. Por ejemplo, el material 44 podría aplicarse como una capa entre el poste 46 y la circunferencia interior de la pata 28.
[0021] Debido a que el sistema de soporte 24 proporciona el grado de soporte lateral y vertical diseñado para la torre 12 (así como para todos los componentes montados encima de la torre 12), las secciones de base de la torre 12 no necesitan ser tan anchas o pesadas como en las estructuras de torre anteriores. De acuerdo con la invención, tal y como se representa por ejemplo en las Figs. 1 y 2, la torre 12 tiene un diámetro 58 relativamente constante desde la ubicación del manguito 26 hasta el extremo de base 20. En otras palabras, la torre 12 no necesita ahusarse significativamente hacia el extremo de base 20 para proporcionar un espacio de soporte relativamente grande como en las estructuras de torre de la técnica anterior. Además, la torre 12 que incorpora el sistema de soporte 24 no necesita tener el peso requerido en otras estructuras de torre. En este sentido, la torre puede tener una masa por unidad de longitud relativamente constante desde el manguito 26 hasta el extremo de base 20.
[0022] En referencia a la Fig. 1, también debe apreciarse que los ángulos de extensión 36, 37 entre las distintas patas de soporte 28, así como la longitud 38 de las patas de soporte 28, pueden variar entre las distintas patas. En la fig. 1, puede verse que la pata de soporte 28 situada más a la izquierda tiene un ángulo de extensión 37 mayor que el ángulo de extensión 36 de las demás patas de soporte 28, así como una longitud 38 menor. La diferencia en los ángulos 36, 37 y la longitud 38 se debe, en parte, a la elevación del terreno en la ubicación de la zapata 34. Así pues, debe apreciarse que las patas de soporte 28 pueden variar en función de la ubicación de la torre 12, lo que también permite erigir la torre 12 en un terreno inclinado, o en la base de una colina u otra elevación del terreno, etcétera. Los emplazamientos que antes no estaban disponibles pueden utilizarse para erigir las turbinas eólicas 10 utilizando el sistema de soporte de torre 24.
[0023] También debe apreciarse que la presente invención abarca un sistema de soporte 24 para torres de turbinas eólicas, tal como se ha comentado anteriormente. Por ejemplo, el sistema de soporte 24 puede suministrarse como un conjunto para su montaje en una torre de turbina eólica 12 durante la producción inicial de la turbina eólica 10, o como un sistema de reparación, adaptación o actualización para turbinas eólicas existentes. El sistema de soporte 24 de esta invención independiente puede tener cualquiera de las características comentadas anteriormente.
[0024] Aunque la presente materia se ha descrito en detalle con respecto a realizaciones y métodos de ejemplo específicos de la misma, se apreciará que los expertos en la materia, al lograr una comprensión de lo anterior, pueden producir fácilmente alteraciones, variaciones y equivalentes a dichas realizaciones. En consecuencia, el alcance de la presente divulgación es a modo de ejemplo y no de limitación, y la divulgación no excluye la inclusión de tales modificaciones, variaciones y/o adiciones a la presente materia que serían fácilmente evidentes para un experto en la materia.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Una turbina eólica terrestre (10), que comprende:
una góndola (14);
una torre (12) con un extremo de base (20) configurado para apoyarse en una cimentación a nivel del suelo (22), dicha góndola montada sobre dicha torre;
un sistema de soporte de torre (24), dicho sistema de soporte de torre comprendiendo además:
un manguito circunferencial que se extiende axialmente (26) montado alrededor de dicha torre en un lugar situado entre dicho extremo de base y dicha góndola;
una pluralidad de patas de soporte (28) que tienen un primer extremo (30) fijado rígidamente a dicho manguito y un extremo de pie (32) opuesto configurado para montarse en una zapata (34) a nivel del suelo;
dichas patas de soporte se extienden desde dicho manguito con una longitud y en un ángulo de extensión agudo (36) con respecto a un eje longitudinal (42) de dicha torre a fin de proporcionar apoyo vertical y lateral alrededor de la circunferencia de dicha torre; y
caracterizada por que dicha torre (12) es un miembro tubular y tiene un diámetro sustancialmente constante (58) desde dicho manguito (26) hasta dicho extremo de base (20).
2. La turbina eólica (10) según la reivindicación 1, comprendiendo además un material compuesto adhesivo (44) entre dicho manguito (26) y dicha torre (12).
3. La turbina eólica (10) como en cualquier reivindicación precedente, en la que dicho primer extremo (30) de dichas patas de soporte (28) están fijados mecánicamente y son liberables a/del dicho manguito (26).
4. La turbina eólica (10) como en cualquier reivindicación precedente, en la que dicho manguito (26) comprende además postes macho (46) fijados a dicho manguito en cada ubicación de una pata de soporte (28) respectiva, dichas patas de soporte deslizables sobre dichos postes.
5. La turbina eólica (10) como en cualquier reivindicación precedente, en la que dicho manguito (26) comprende un miembro anular (50) formado integralmente que se desliza sobre dicha torre (12).
6. La turbina eólica (10) según cualquier reivindicación anterior, en la que dicho manguito (26) comprende una pluralidad de segmentos (52) que se unen alrededor de dicha torre (12), cada uno de dichos segmentos comprendiendo al menos una pata de soporte (28) que se extiende desde la misma.
7. La turbina eólica (10) según la reivindicación 6, en la que dicho primer extremo (30) de dichas patas de soporte (28) está fijado permanentemente a un segmento (52) respectivo dicho en un ángulo de extensión predefinido (36, 37).
8. La turbina eólica (10) como en cualquier reivindicación precedente, en la que una longitud de extensión varía entre diferentes de dichas patas de soporte.
9. La turbina eólica (10) como en cualquier reivindicación precedente, en la que dicha torre (12) tiene una masa por unidad de longitud sustancialmente constante desde el manguito (26) hasta dicho extremo de base (20).
10. La turbina eólica (10) como en cualquier reivindicación precedente, en la que dicho ángulo de extensión (36, 37) varía entre diferentes de dichas patas de soporte (28).
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