ES2943842T3 - Amortiguador de masa sintonizado por impulsos para estructuras altas y delgadas - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un dispositivo amortiguador de impulsos, que se proporciona específicamente para el montaje o desmontaje de construcciones altas y esbeltas, en particular torres y preferiblemente torres de aerogeneradores, para en particular minimizar o eliminar estados de vibración no deseados, que a menudo ocurren durante la construcción o demolición y conducen a grandes aumentos en las amplitudes de vibración del sistema de vibración. Los amortiguadores de masas sintonizadas por impulsos según la invención están previstos preferentemente para un uso móvil temporal, pero en principio también son adecuados para un uso permanente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Amortiguador de masa sintonizado por impulsos para estructuras altas y delgadas
La invención se refiere a un dispositivo amortiguador de impulso que se proporciona específicamente para la construcción o desmantelamiento de estructuras altas y delgadas, en particular torres y preferentemente torres de turbinas eólicas, para minimizar o eliminar en particular estados de vibración no deseados de la instalación, preferentemente en un intervalo de frecuencia por debajo de 10, preferentemente por debajo de 5 Hz, que la experiencia ha demostrado que se producen especialmente en el estado incompleto o sin terminar y pueden dar lugar a incrementos grandes e imprevisibles en las amplitudes de vibración, iniciadas por viento, olas o sacudidas de tierra, del sistema de vibración. Los amortiguadores de masas sintonizados por impulsos de acuerdo con la invención están destinados preferentemente para un uso móvil temporal durante la fase de construcción o el desmontaje de la estructura, pero en principio también son adecuados para su uso permanente.
Cuando se construyen turbinas eólicas, la torre normalmente se construye primero en segmentos. A continuación se monta la góndola conjuntamente con el rotor. La situación sin la góndola (solo el tope de torre) se debe considerar crítica con respecto a la excitación de resonancia, puesto que en este estado se pueden producir amplitudes de vibración más grandes que en el caso de la góndola. El amortiguador de masa se coloca, por ejemplo, en el extremo del segmento de torre más superior y se atornilla allí. Este proceso se repite hasta que la torre se construya completamente y se pueda ajustar la góndola. También es posible montar temporalmente el amortiguador de masa en la góndola ya acoplada para facilitar el montaje de las palas de rotor en términos de vibración.
La frecuencia natural de la instalación cambia a medida que avanza el montaje o desmontaje y por lo tanto, la frecuencia del amortiguador de masa se debe poder adaptar en consecuencia.
Los amortiguadores de masa de vibración de la técnica anterior normalmente consisten en las siguientes tres unidades: masa amortiguadora, unidad amortiguadora y unidad de resorte.
En el sistema general, estos tres elementos normalmente están presentes como unidades separadas. La unidad de resorte se usa para adaptar la frecuencia del amortiguador de masa a las condiciones dadas en el sitio. La unidad de amortiguación se requiere para generar un amplio efecto de amortiguación. La unidad de resorte normalmente consiste en resortes de acero o elementos elásticos.
Los amortiguadores de tope o amortiguadores de impulso en principio son conocidos en la técnica anterior. En el caso de vibraciones a través del sistema principal, por ejemplo un turbina eólica, la masa prevista para la amortiguación golpea una pared de la instalación, que normalmente consiste en hormigón, acero o materiales híbridos. Se produce un impulso con un sentido que es opuesto al sentido de movimiento de la instalación. Esto calma gradualmente el sistema principal.
Una turbina eólica que comprende un amortiguador de impulso para amortiguar la primera frecuencia natural de torre se describe, por ejemplo, en el documento US 9.657.717 B2. El amortiguador de impulso se aloja en la estructura superior de la torre y comprende un alojamiento de amortiguador independiente que se acopla a dicha estructura superior. El alojamiento de amortiguador es cilíndrico y está provisto de un fondo plano. Dentro del alojamiento de amortiguador existe una masa amortiguadora en forma de disco que es físicamente más pequeña que el alojamiento que la rodea y se puede mover sobre el suelo del alojamiento por medio de rodillos. Cuando el sistema se mueve, los discos amortiguadores golpean el interior del alojamiento de amortiguador por medio de elementos amortiguadores y reducen por tanto la vibración de excitación. En la práctica, sin embargo, este sistema de amortiguación no es óptimamente eficaz cuando se usa como amortiguador de construcción, en particular en grandes instalaciones, puesto que de este modo solo se puede lograr una amortiguación moderadamente fuerte. El documento WO 2017/144167 divulga un amortiguador de vibración adecuado para una turbina eólica y se considerará como la técnica anterior más cercana.
Por lo tanto, el objetivo fue proporcionar un amortiguador de vibración de impulso que pueda ejercer un efecto amortiguador fuerte para grandes amplitudes de vibración durante el montaje o desmontaje de una estructura alta y delgada, por ejemplo, una turbina eólica.
Sumario de la invención:
El dispositivo amortiguador de masa de acuerdo con la invención funciona con el principio de amortiguación de tope y es adecuado para amortiguar en particular la primera frecuencia natural de una torre/estructura que se va a amortiguar, en particular una turbina eólica, con una frecuencia que es eficaz en particular en el extremo superior de la torre/estructura alta. En principio, la segunda frecuencia natural de torre también se puede amortiguar por dicho amortiguador.
El amortiguador de masa sintonizado presentado aquí no solo se caracteriza por su eficacia en términos de amortiguar la primera o segunda frecuencia natural y la reducción asociada en amplitudes de vibración más grandes, sino también por su alto grado de movilidad y fácil manejo cuando se construye o se desmontar la estructura alta y delgada, en particular una turbina eólica, ya que la torre se sigue construyendo o desmontando, puesto que dicha torre, debido a su altura superior a 100 m en el caso de turbinas eólicas, está compuesta de diferentes segmentos individuales que se han de unir entre sí de manera modular durante el montaje o separar entre sí durante o durante el desmontaje (desmantelado de la instalación), como resultado de esto todo el sistema de vibración cambia permanentemente y puede dar lugar a problemas. En principio, el amortiguador de impulso de acuerdo con la invención también es adecuado para un funcionamiento permanente.
Por lo tanto, la invención se refiere a un amortiguador de impulso que es fácil de montar y desmontar y está destinado para una estructura alta y delgada, en particular una turbina eólica, en particular durante la construcción o desmantelamiento. El amortiguador de impulso de acuerdo con la invención evita o reduce vibraciones incontroladas, en particular grandes amplitudes de vibración perjudiciales, que se producen más fuertemente en particular durante la construcción o desmontaje de la estructura y pueden dar lugar a daños en la instalación. El amortiguador de impulso de acuerdo con la invención es preferentemente reutilizable y, por lo tanto, está destinado para una aplicación móvil cuando se monta o se desmonta una estructura alta y delgada que es susceptible de vibración, en particular una turbina eólica, pero también es adecuado para su uso permanente.
Por lo tanto, la invención se refiere en particular a un dispositivo amortiguador de impulso para amortiguar vibraciones en una instalación, vibraciones que se producen en particular durante la construcción o desmontaje de una estructura alta y delgada, en particular constituida por segmentos individuales, tales como la torre de una turbina eólica, comprendiendo el dispositivo los siguientes elementos estructurales:
(i) un dispositivo de soporte fijo (2) que tiene dos o más, preferentemente tres o cuatro brazos de soporte (2.2) que se interconectan en un extremo, apuntan hacia afuera en forma de estrella con respecto entre sí al otro extremo libre, y se disponen en un plano horizontal,
(ii) una masa móvil (3) que comprende una o más partes se dispone por encima o por debajo o entre los dos o más brazos de soporte (2.2) del dispositivo de soporte orientado horizontalmente (2), y se monta de forma móvil con relación a dicho dispositivo de soporte,
(iii) al menos un dispositivo de deslizamiento/fricción o rodadura (4) que se dispone y se diseña para permitir el movimiento relativo entre el dispositivo de soporte (2) y la masa móvil vibratoria (3), y
(iv) al menos un dispositivo de tope (7) que comprende uno o más elementos de tope (7.1, 7.2) y se proporciona para que la masa móvil (3) golpee el dispositivo de soporte fijo (2), provocando de este modo que las vibraciones que se han producido en la instalación se reduzcan o se eliminen por medio de la amortiguación de impulso por la masa movida por las fuerzas aplicadas que golpean el dispositivo de soporte fijo, estando dispuesto el dispositivo de tope (7) de modo que la masa móvil (3) no puede rotar alrededor del eje vertical, como resultado de esto se puede transmitir un momento de torsión alrededor del eje vertical, y el dispositivo de tope es funcionalmente eficaz en una dirección tangencial con relación al eje longitudinal de la estructura delgada. La disposición de cada uno de los elementos de tope individuales (7.1) (7.2) de acuerdo con la invención es preferentemente unidireccional y tiene el efecto de que se puede amortiguar cualquier movimiento circular de la estructura alta y delgada.
En un modo de realización particular de la invención, la masa móvil (3) que comprende una o más partes forma un anillo cerrado que se conecta de forma móvil, por medio de dicho dispositivo de tope y dicho dispositivo de deslizamiento/fricción/rodadura, a los extremos libres de los brazos de soporte (2.2) del dispositivo de soporte (2). La estructura de anillo puede ser una unidad de masa, pero también puede estar compuesta de diferentes segmentos de anillo. El tamaño de la estructura de anillo del amortiguador de impulso se basa preferentemente en el tamaño o el diámetro de la torre o estructura alta y delgada. En principio, también es concebible una unidad de masa que se desvíe de la forma de anillo.
Como ya se menciona al principio, la amortiguación de impulso se basa en una masa móvil que golpea una estructura estacionaria. Por lo tanto, el diseño de tope es de particular importancia.
Por lo tanto, la invención se refiere en particular a un correspondiente amortiguador de impulso en el que el dispositivo de tope (7) tiene elementos de tope (7.1) (7.2) que se acoplan a los dos, tres, cuatro, cinco o seis brazos de soporte (2.2) del dispositivo de soporte en forma de estrella (2) y/o se acoplan a la masa móvil (3), acoplándose preferentemente dichos elementos de tope en una dirección tangencial con respecto al eje longitudinal de la estructura delgada.
Los elementos de tope (7.1) del dispositivo de tope (7) del amortiguador de impulso de acuerdo con la invención comprenden, en un primer modo de realización, elementos de amortiguación puramente elásticos o elásticos, en particular elementos de capas elásticas hechos de capas de caucho (7.1.1) y chapas metálicas intermedias (7.1.2). Normalmente se usan elementos de dos a cinco capas, que preferentemente se orientan verticalmente con respecto al plano horizontal del dispositivo de soporte. Además de dichos elementos de capa plana, también se pueden usar correspondientes elementos cónicos o casquillos hechos de capas de elastómero-metal.
Los elementos de tope (7.2) del dispositivo de tope (7) del amortiguador de impulso de acuerdo con la invención comprenden, en un segundo modo de realización, elementos de amortiguación elástica/hidráulica hechos de elementos de capa plana elástica (7.2.0) o cuerpos elásticos de cono o casquillo compuestos de capas de caucho y chapas metálicas intermedias, como se describe anteriormente, así como elementos hidráulicos (7.2.1) (7.2.2) (7.2.3) (7.2.4), como se describe con más detalle a continuación. Usando la hidráulica, es posible no solo modificar la rigidez de las partes elásticas, sino también cambiar la amortiguación en un intervalo mayor que el que es posible con elementos elásticos puros.
Dichos elementos de tope (7.1) (7.2) del dispositivo de tope (7) se disponen, en otro modo de realización de la invención, de modo que un primer elemento de tope ((7.1) o (7.2)) se acopla a la masa móvil (3) y un segundo elemento de tope (7.1) (7.2) se acopla a la parte opuesta del elemento de soporte fijo (2) (2.2), y estos elementos de tope se separan entre sí por un espacio o hueco de movimiento en el estado inactivo del amortiguador.
Cuando la masa (3) se mueve, se desliza, de acuerdo con el diseño de acuerdo con la invención, en puntos particulares que están en contacto con el dispositivo de soporte fijo (2), sobre los correspondientes puntos en los brazos de soporte (2.2), preferentemente en sus extremos que sobresalen hacia afuera. El espacio requerido para este movimiento deslizante/friccional se debe seleccionar para que sea lo suficientemente grande en los brazos de soporte. Los elementos deslizantes han de estar dispuestos de modo que se sitúen de la forma más óptima posible con respecto a los elementos de tope, de modo que se garantiza el deslizamiento (o rodadura en el caso de elementos de rodadura) de las correspondientes partes de la masa (3) contra los topes (7).
Por lo tanto, la invención se refiere a un correspondiente amortiguador de impulso, en el que el dispositivo de deslizamiento/fricción o rodadura (4) tiene correspondientes elementos funcionales (4.1) (4.2) (4.3) en posiciones particulares de la masa móvil (3) y en los brazos de soporte (2.2) del dispositivo de soporte (2). El coeficiente de fricción del dispositivo de deslizamiento/fricción (4) entre el dispositivo de soporte (2) y la masa móvil (3) debe tener un valor de entre 0,04 y 0,6, preferentemente entre 0,05 y 0,5.
Puesto que el revestimiento de fricción del dispositivo de deslizamiento/fricción se desgasta con cargas pesadas y ya no se garantiza el guiado paralelo de los elementos sobre la masa y sobre el brazo de soporte, se puede prever un dispositivo compensador (4.4).
En otro modo de realización de la invención, el dispositivo amortiguador de impulso tiene un dispositivo de bloqueo mecánico o electrónico, manual o por control remoto (3.1), con la ayuda del que se puede asegurar la masa móvil (3) con relación al dispositivo de soporte (2).
El dispositivo de soporte (2) del amortiguador de impulso de acuerdo con la invención normalmente tiene elementos de fijación (2.1) por medio de los que se puede conectar de forma segura pero opcionalmente de forma liberable, directamente o por medio de un reborde diseñado correspondientemente (1), a la estructura delgada o, preferentemente, al segmento más superior particular de esta estructura. Este reborde (1) se monta primero en el borde de la estructura durante el montaje. Esto va seguido de la conexión del amortiguador de impulso real a los brazos de soporte (2.2) por medio de las partes (2.1) y el dispositivo de soporte (2) para montarlo de forma segura. Como ya se establece anteriormente, el amortiguador de impulso de acuerdo con la invención es idealmente adecuado para amortiguar vibraciones, por ejemplo, en una turbina eólica durante la construcción o desmontaje de la torre, la góndola o las palas de rotor.
Por lo tanto, la invención también se refiere delgadalmente a un turbina eólica en construcción que comprende un dispositivo amortiguador de impulso móvil reutilizable como se describe anteriormente, a continuación y en las reivindicaciones, que se ha montado en el segmento más superior de la torre o en la góndola durante el montaje o desmontaje de la turbina eólica.
Breve descripción de los dibujos:
La fig. 1 es una vista en perspectiva del dispositivo amortiguador de impulso de acuerdo con la invención que incluye la conexión a la torre o a un segmento de torre de un turbina eólica:
Cada brazo de soporte (2.2) del dispositivo tiene, en el lado superior en su extremo libre, elementos deslizantes, que se conectan funcionalmente a elementos deslizantes en el lado inferior de la masa móvil anular (3). Además, en esta región, el dispositivo de acuerdo con la fig. 1 tiene elementos de tope elastómeros hidráulicos (7) (7.2) que se disponen tangencialmente en el brazo de soporte y en la masa anular móvil (7), de modo que la masa puede golpear en ambos lados. La distancia (5) entre los puntos de tope determina la libertad relativa de movimiento por medio de los elementos deslizantes (4) y, por tanto, el momento en el tiempo y la fuerza de la amortiguación provocada golpeando los elementos de tope. Los elementos deslizantes y los elementos de tope se disponen de modo que ocupan poco espacio. Los elementos de tope comprenden elementos de capa de elastómero-metal dispuestos verticalmente (que tienen 2, 3, 4, 5 o 6 capas), que se pueden comprimir a lo largo de su eje vertical cuando se golpean. Si se desea menos rigidez y amortiguación, dichos elementos de capa también se pueden disponer de modo que su eje vertical se disponga perpendicularmente al plano horizontal del dispositivo de soporte. El dispositivo de soporte (2) o la disposición en forma de estrella de los brazos de soporte (2.2) se proporciona en su centro de accesorios adecuados que fijan la estrella, o mantienen unida la estrella, en el medio. En cada brazo de soporte (2.2) se proporciona una fijación (2.1) para la conexión a la torre, opcionalmente a un reborde (1), en o dentro del radio de la pared estructural, que es redonda en este caso.
El amortiguador de impulsión también está provisto de acuerdo con la invención de elementos de tope puramente elásticos (7.1). Esto corresponde al modo de realización de acuerdo con la fig. 1, pero sin soporte hidráulico de los elementos de capa elastómera.
La fig. 2 es una vista lateral (A) y una vista superior (B) del amortiguador de impulso de acuerdo con la invención de acuerdo con la fig. 1, incluyendo el reborde de torre (1)
La fig. 3 muestra una sección transversal/detalle del amortiguador de impulso de la fig. 1, que tiene un tope hidráulico-elastómero (7.2) fijado a la masa móvil (3) y en el extremo de un brazo de soporte (2.2), respectivamente. Entre los dos elementos se proporciona un espacio de movimiento-actividad (5) hasta el tope. Cada brazo de soporte (2.2) tiene dicho par de elementos de tope (7.2) tangencialmente en ambos lados (tope en ambos lados). La fig. 4 muestra un esbozo de la disposición de los componentes hidráulicos del elemento de tope hidráulicoelastómero (7.2). El signo de referencia (7.2.0) representa el elemento de la capa de lámina de caucho-metal, el signo de referencia (7.2.1) representa la línea hidráulica más larga, el signo de referencia (7.2.2) representa el regulador de control, el signo de referencia (7.2.3) representa el recipiente para el medio hidráulico (líquido/gas), y la señal de referencia (7.2.4) representa la válvula de control.
La fig. 5 muestra una curva característica carga-desplazamiento del tope hidráulico-elastómero (7.2) de acuerdo con la invención. El desplazamiento de resorte (normalizado) se muestra en el eje X y la carga normalizada se muestra en el eje Y. La línea discontinua más inclinada muestra el curso mientras se cierra el acumulador de diafragma (7.2.3). Después de abrir la válvula (7.2.2), el líquido ahora fluye hacia el acumulador de diafragma y se obtiene un curso más plano (sólido), lo que representa un amortiguación incrementado.
Detalles de la invención:
Un amortiguador de impulso de acuerdo con la invención para una turbina eólica se describe con más detalle a continuación, a modo de ejemplo.
El amortiguador de impulso tiene los siguientes rasgos característicos, a modo de ejemplo:
(i) un dispositivo de soporte vertical (2) que se conecta a la turbina eólica o la torre o un segmento de torre y tiene al menos dos, preferentemente de tres a seis, brazos de soporte de igual longitud (2.2) que se interconectan en un extremo, apuntando hacia afuera en una forma de estrella con respecto entre sí al otro extremo libre, manteniendo un ángulo preferentemente idéntico (3 brazos: 120°; 4 brazos: 90°; 5 brazos: 72° y 6 brazos: 60°), y se disponen en un plano horizontal. Usando un amortiguador de impulso que tiene solo dos brazos opuestos, la amortiguación se puede lograr solo en una dirección, pero dicho amortiguador de impulso tiene la ventaja de que solo requiere una pequeña cantidad de espacio.
(ii) una masa móvil (3) que tiene una estructura sustancialmente anular y se dispone preferentemente sobre el dispositivo de soporte orientado horizontalmente (2) y se monta de forma móvil sobre el mismo, preferentemente en las regiones exteriores de los brazos de soporte (2.2)
(iii) un dispositivo de deslizamiento/fricción (4) entre dicho dispositivo de soporte (2) y dicha masa móvil (7), y (iv) un dispositivo de tope (7) que comprende uno o más elementos de tope (7.1) (7.2) para que la masa móvil (3) golpee el dispositivo de soporte (2).
La masa móvil (3) se apoya sobre la particular región exterior de los brazos de soporte dirigidos radialmente hacia afuera (2.2) del dispositivo de soporte (2) por medio de dicho dispositivo deslizante de modo que, cuando actúan fuerzas vibratorias sobre la instalación, dicha masa se puede mover con relación al dispositivo de soporte vertical hasta dicho dispositivo de tope, como resultado de esto se reducen o se eliminan las vibraciones que se han producido en la instalación por medio de la amortiguación de impulso cuando la masa choca.
El dispositivo de soporte (2) tiene, por ejemplo, en el lado inferior de los brazos de soporte (2.2), elementos de fijación (2.1) por medio de los que se puede conectar dicho dispositivo de forma segura pero opcionalmente liberable, directamente o por medio de un reborde anular (1), a la turbina eólica o al segmento más superior particular de la torre de una turbina eólica que se va a construir.
El dispositivo deslizante (4) comprende elementos (4).1) (4.2) (4.3) que se conectan de forma segura a la masa móvil (3), preferentemente en su lado inferior, y los correspondientes elementos que se conectan al dispositivo de soporte fijo (2), preferentemente en la parte superior de los correspondientes brazos de soporte (2.2).
En otro modo de realización de la invención, el dispositivo deslizante tiene, en la región de los elementos deslizantes en la masa o bien en la región de los elementos deslizantes sobre el dispositivo de soporte, un dispositivo compensador (4.4) que garantiza el guiado paralelo de dichos elementos deslizantes sobre los brazos de soporte (2.2) y sobre la masa móvil (3) en caso de desgaste de dichos elementos deslizantes durante el funcionamiento. De acuerdo con la invención, los elementos deslizantes se deben seleccionar de modo que el coeficiente de fricción de los elementos pertinentes entre el dispositivo de soporte (2) y los elementos de la masa móvil (3) tenga un valor entre 0 y 0,6, preferentemente entre 0,4 y 0,6, en particular entre 0,05 y 0,4.
Los elementos de tope elastómeros o hidráulico-elastómeros (7.1) (7.2) de acuerdo con la invención se conectan al dispositivo de soporte (2) o a sus brazos de soporte (2.2) así como a la estructura anular de la masa móvil (3), o partes de masa. En un modo de realización preferente de la invención, el dispositivo de tope se dispone en el tercio exterior de los brazos de soporte y de la masa móvil (3) apoyando en dicho punto por medio del dispositivo de deslizamiento. Puesto que cada elemento de tope es preferentemente eficaz en una dirección preferente, los elementos de tope se disponen en la estructura de soporte (2) de modo que cubran de forma funcionalmente suficiente todas las direcciones en un ángulo de 360°.
En un modo de realización preferente de la invención, dichos elementos de tope se acoplan en una dirección tangencial con respecto a la estructura anular de la masa móvil (3). Esta disposición en particular ahorra espacio. En general, sin embargo, el dispositivo de tope también se puede diseñar y disponer de modo que bloquee los movimientos radiales.
Los elementos de tope pueden ser rígidos o elásticos. Sin embargo, preferentemente comprenden elementos puramente elásticos (7.1), que se diseñan, por ejemplo, como elementos de capa en sí conocidos hechos de material elástico y chapas metálicas (7.1.0), y se disponen vertical u horizontalmente, preferentemente verticalmente. Por la selección apropiada del material elastómero y los grosores de capa, es posible influir en la rigidez y, por tanto, no solo en la amortiguación de impulso real, sino también en las propiedades de amortiguación generales del dispositivo por medio de amortiguación elástica. Sin embargo, los elementos de tope también pueden comprender elementos elásticos (7.2) que consisten en correspondientes elementos de capa (7.2.0) que están provistos de medios hidráulicos (7.2.1) (7.2.2) (7.2.3) (7.2.4), como resultado de esto se puede modificar la rigidez del material elástico así como la amortiguación del sistema.
En otro modo de realización de la invención, el amortiguador de impulso descrito y reivindicado en el presente documento tiene un dispositivo de bloqueo mecánico y/o electrónico (3.1) que se puede controlar de forma manual o remota y está destinado a evitar el movimiento relativo entre el dispositivo de soporte y la masa móvil (3) en estados de funcionamiento, transporte o montaje particulares.
Si un amortiguador de impulso de acuerdo con la invención se diseña para tener topes (7.1) que consisten exclusivamente en elastómero y metal, la amortiguación que se puede lograr se determina por el elastómero y no puede incrementar más allá de este límite.
Para aplicaciones particulares, también se pueden requerir valores de amortiguación mayores. De acuerdo con la invención, se usa para ello un elemento de tope hidráulico-elastómero (7.2), como se describe con más detalle a continuación (véanse también los dibujos). Dicho sistema hidráulico-elástico (7.2) consiste, por ejemplo, en un elemento elastómero-hidráulico (7.2.0) que se conecta a un acumulador de diafragma (7.2.3) por medio de una manguera (7.2.1) y opcionalmente por medio de un regulador (7.2.2) (fig. 4). Dicho acumulador de diafragma se llena con un medio hidráulico (líquido/gas). Dicho tope hidráulico-elastómero se puede instalar en la parte de soporte vertical (2) o en la parte de la masa móvil (3) o en ambos componentes.
En otro modo de realización, dicho tope hidráulico-elastómero (7.2) se combina con un tope puramente elastómero (7.1), acoplándose el tope (7.1) a la parte de soporte fija y acoplándose el tope (7.2) a las partes de masa móviles (3), o viceversa.
También es concebible un sistema en el que se instala un tope hidráulico-elastómero de acuerdo con la invención en la parte vertical o móvil, y en el lado opuesto particular se instala un elemento de amortiguación/resorte convencional.
Si la parte de soporte vertical (2) y la parte de masa móvil (3) chocan, el líquido se desplaza de los elementos elastómeros-hidráulicos (7.2.0) y la presión en el resto del sistema hidráulico (7.2.1), (7.2.2), (7.2.3) y (7.2.4) se incrementa. Si esta presión excede la presión de gas preajustada en el acumulador de diafragma lleno de gas (7.2.3), la válvula (7.2.4) del acumulador de diafragma (7.2.3) se abre y el fluido hidráulico puede fluir de vuelta al acumulador de diafragma desde (7.2.0). Puesto que el fluido es viscoso, la energía se disipa cuando el fluido fluye y esto da lugar a una fuerza de amortiguación entre el tope hidráulico y la masa de impulso. Si la presión vuelve a caer porque la masa impulsora se desacelera y sale de la posición de golpe de nuevo, el líquido sale del acumulador de diafragma (7.2.3). A partir de una presión particular, la válvula del acumulador de diafragma se cierra y el líquido fluye a través del regulador (7.2.2) y/o de la manguera (7.2.1) de vuelta al elemento elastómero-hidráulico (7.2.0). La energía también se disipa cuando el líquido fluye hacia atrás. El comportamiento carga-desplazamiento característico de este elemento se muestra en la fig. 6.
Si no hay golpe, solo se puede ajustar una pequeña presión de entrada en el elemento elastómero-hidráulico (7.2.0). Debido a la baja presión en el sistema hidráulico, existe el riesgo de que, en caso de golpe, se produzca una cavitación en el regulador (7.2.2), lo que quiere decir que el tope no podrá cumplir su función. Si se usa una manguera larga (7.2.1) como resistencia de disipación de energía en lugar de o además del regulador, se reduce el riesgo de cavitación. La cavitación se produce sobre todo cuando la velocidad del líquido se incrementa debido a un gran cambio en la sección transversal y, por tanto, la presión cae localmente por debajo de la presión de vapor del líquido. Se puede formar gas en estos puntos y el tope dejará de funcionar. La desgasificación de gases disueltos en el agua agrava esta situación. Usando una manguera larga, se genera amortiguación sin formación de gas en el líquido.
Seleccionando circuitos de válvulas adecuados, también se pueden generar otras curvas características. Esto depende mucho de la aplicación.
Por ejemplo, se pueden usar amortiguadores hidráulicos disponibles comercialmente conectados por válvulas, para los que se pueden ajustar las curvas características deseadas. Sin embargo, estos amortiguadores tienen la desventaja de que pueden absorber cargas solo en una dirección. El sistema elastómero-hidráulico (7.2) de acuerdo con la invención que tiene el elemento elastómero-hidráulico (7.2.0) también puede absorber cargas radiales.
De acuerdo con la invención, la masa móvil (3) se monta de modo que se puede deslizar verticalmente desde arriba sobre los brazos de soporte (2.2), opcionalmente por medio de guías apropiadas. Sin embargo, también es posible usar elementos rodantes apropiados.
En el caso de un dispositivo de soporte de tres brazos, son necesarios al menos tres dispositivos deslizantes (4). En este caso, los elementos deslizantes (4.1) (4.2) (4.3) (4.4) (4.5) (4.6) deben estar dispuestos a 120° entre sí, si es posible. Es suficiente proporcionar un dispositivo deslizante por brazo de soporte. Sin embargo, en cada brazo también puede haber dos o más unidades deslizantes entre la masa móvil (3) y el brazo de soporte particular.
Un dispositivo deslizante (4) de acuerdo con la invención está compuesto, en el lado de la masa móvil (3), por ejemplo, por una placa deslizante (4.3) y opcionalmente un elemento compensador (4.4), que se fijan a la masa móvil (3). por medio de la placa de montaje (4.2). El elemento compensador (4.4) no es absolutamente necesario, pero ayuda a compensar cualquier desviación en el paralelismo entre la masa móvil (3) y la parte vertical (2). Por lo tanto, el elemento compensador está destinado a garantizar que los dos componentes que se deslizan uno sobre el otro (masa, dispositivo de soporte) permanezcan siempre dispuestos horizontalmente, incluso si las capas deslizantes se desgastan irregularmente debido a la fricción generada.
El homólogo vertical del dispositivo deslizante de acuerdo con la invención, con un homólogo que se fija al dispositivo de soporte (2), es la chapa metálica deslizante/chapa metálica de fricción (4.1), que se fijan a la estrella (2) o a los brazos de soporte (2.2) del mismo, opcionalmente por medio de una placa intermedia o de fricción adicional (4.5) y una placa de conexión (4.6).
La fuerza de gravedad vertical y otras fuerzas de aceleración se introducen por medio del elemento deslizante en la estrella (2.2), en la conexión de la torre (2.4), en el reborde de torre (2.1) y delgadalmente en la torre (no mostrada). La chapa metálica deslizante (4.1) y la placa deslizante (4.3) se mueven una respecto a otra en el plano horizontal. No hay movimiento relativo vertical.
La fricción entre la placa deslizante (4.3) y la chapa metálica deslizante (4.1) se determina por la carga de cojinete y el coeficiente de fricción. La selección del material deslizante de la placa deslizante (4.3) o de la placa de fricción (4.5) determina el coeficiente de fricción.
Para la aplicación deseada en una turbina eólica, son posibles coeficientes de fricción en el intervalo entre 0,05 y 0,6. Si se selecciona un coeficiente de fricción de 0,05, el movimiento relativo entre la masa (3) y la estructura comienza a 0,5 m/s2 de aceleración de la estructura (por ejemplo, la torre). Para un coeficiente de fricción de 0,4, la masa (3) se mueve solo a 3,9 m/s2 de aceleración de estructura. El coeficiente de fricción se debe seleccionar dependiendo de la instalación y el modo de funcionamiento. Si se pretende que el amortiguador de masa funcione solo con grandes amplitudes, se puede seleccionar un gran coeficiente de fricción. Se logra un mejor efecto del amortiguador de masa de impulso de acuerdo con la invención con un coeficiente de fricción más pequeño, preferentemente entre 0,05 y 0,1.
El movimiento relativo de la masa móvil (3) con respecto a la parte vertical (2) se limita de acuerdo con la invención por dichos elementos de tope (7.1) o (7.2), que se disponen preferentemente en una dirección tangencial. Los elementos de tope actúan solo unidireccionalmente y en la dirección tangencial.
Los elementos de tope (7) (7.1) (7.2) están destinados a disponerse siempre de modo que uno o dos elementos de tope estén presentes en ambos lados de un brazo de estrella de modo que la masa móvil (3) pueda golpear en ambas direcciones.
La selección de la geometría de caucho, rigidez y amortiguación determinan la eficacia del sistema. La distancia entre los elementos de tope y el lado opuesto particular también es importante. Esta distancia se llama desplazamiento libre. Si se produce un golpe, los elementos de caucho saltan y deceleran la masa móvil (3) de modo que llega a un tope después de un desplazamiento de resorte particular. Siempre se usan al menos dos elementos de tope en caso de golpe.
Tras golpear, la energía se disipa por la amortiguación del caucho y la energía se almacena por la resiliencia del caucho. La energía almacenada da lugar a que la masa móvil (3) se acelere fuera de la posición de golpe de nuevo. Si la rigidez de caucho y la amortiguación así como el desplazamiento disponible, la masa móvil (3) y el coeficiente de fricción se adaptan a la estructura (torre, edificio alto y fino, turbina eólica), se pueden reducir las vibraciones de excitación.
Si se desea que el sistema amortiguador de masa de impulso de acuerdo con la invención sea eficaz en un plano horizontal, al menos tres pares de elementos de tope unidireccionales se deberían disponer preferentemente a aproximadamente 120° entre sí, como se muestra en la fig. 1/fig. 2. Los ejes cilíndricos de los elementos de tope (7) (7.1) (7.2) se pueden orientar en principio radial o tangencialmente al dispositivo de soporte en forma de estrella (2) (2.2) . Es importante que los elementos de tope puedan cubrir ambas direcciones horizontales al mismo tiempo.
La orientación tangencial de los elementos de tope unidireccionales tiene la ventaja frente a la orientación radial de que se requiere un espacio de instalación más pequeño. Para la disposición tangencial, los elementos de tope se pueden disponer fácilmente en el mismo diámetro que la masa. Por lo tanto, dichos elementos no sobresalen hacia dentro o hacia afuera más allá de la masa. La disposición seleccionada de elementos de tope unidireccionales también quiere decir que se pueden amortiguar movimientos circulares de la torre. En otras soluciones conocidas de la técnica anterior, cuando la estructura móvil se mueve en movimientos circulares, la masa amortiguadora permanece constantemente en la posición de golpe y por tanto tiene un efecto muy pequeño. Solo la disposición de acuerdo con la invención, como se puede observar en la fig. 1 o fig. 2, provoca repetidamente eventos de golpe durante un movimiento circular de la estructura (por ejemplo, la torre de una turbina eólica en el viento), eventos que dan lugar a amortiguación de la estructura. El efecto de los movimientos circulares no se debe necesariamente a la disposición tangencial, sino al hecho de que los elementos de tope no se disponen centralmente de acuerdo con la invención y que existe una distancia entre los diferentes pares de dispositivos de tope (7). Para un anillo continuo de elementos de tope dispuestos externamente, el movimiento circular de la estructura no se podría amortiguar tan eficazmente
Como ya se ha mencionado, el amortiguador de impulso de acuerdo con la invención en la práctica normalmente tiene un medio de bloqueo que está destinado a evitar que la masa se mueva si esto no se desea en situaciones particulares. Los medios de bloqueo (3.1) de la masa móvil (3) pueden comprender, por ejemplo, uno o más gatos de rosca que tienen un motor, que están equipados con los correspondientes dispositivos de sujeción (por ejemplo, ganchos) que se pueden extender y retraer radialmente. Los ganchos están integrados y montados en la viga I. Los ganchos están equipados con elementos de tope o rodillos de caucho en el interior para no dañar la masa móvil (3) durante el proceso de bloqueo. Si se va a bloquear la masa móvil (3), los ganchos se retraen y los ganchos evitan cualquier movimiento de la masa móvil (3) con relación al dispositivo de soporte vertical (2). El sistema de bloqueo se puede hacer funcionar eléctricamente y de manera controlada en remoto, eléctricamente con control in situ o manualmente. Los motores eléctricos están equipados con un freno para evitar el desplazamiento involuntario de los ganchos. Al mismo tiempo, los gatos de rosca son autobloqueantes, de modo que los ganchos solo se pueden desplazar por el motor del gato de tornillo. Debido al autobloqueo, las fuerzas en la dirección del gancho no dan lugar al desplazamiento del gancho. Los ganchos también pueden ser cables tirados por la unidad rosca-gato-motor. Aunque los cables solo pueden transmitir fuerzas de tracción, no son necesarias fuerzas de compresión para que se usen los medios de bloqueo. Los tres cables también se pueden retraer o relajar por medio de una unidad central de rodillos y accionamiento.

Claims (15)

  1. REIVINDICACIONES
    i . Dispositivo amortiguador de impulso para amortiguar vibraciones en una instalación, vibraciones que se producen, en particular, durante la construcción o desmontaje de una estructura alta y delgada, en particular compuesta por segmentos individuales, comprendiendo dicho dispositivo
    (i) un dispositivo de soporte fijo (2) que tiene dos o más brazos de soporte (2.2) que se interconectan en un extremo, apuntan hacia afuera en forma de estrella con respecto entre sí al otro extremo libre, y se disponen en un plano horizontal,
    (ii) una masa móvil (3) que comprende una o más partes se dispone por encima o por debajo o entre los dos o más brazos de soporte (2.2) del dispositivo de soporte orientado horizontalmente (2), y se monta de forma móvil con relación a dicho dispositivo de soporte,
    caracterizado por
    (iii) al menos un dispositivo de deslizamiento/fricción o rodadura (4) que se dispone y se diseña para permitir el movimiento relativo entre el dispositivo de soporte (2) y la masa móvil (3), y
    (iv) al menos un dispositivo de tope (7), proporcionado para que la masa móvil (3) golpee el dispositivo de soporte fijo (2), provocando de este modo que las vibraciones que se han producido en la instalación se reduzcan o se eliminen por medio de la amortiguación de impulso por la masa movida por las fuerzas aplicadas que golpean el dispositivo de soporte fijo, en el que el dispositivo de tope (7) está dispuesto de modo que (a) la masa (3) no puede rotar alrededor del eje vertical del amortiguador de impulso, lo que da como resultado que se pueda transmitir un momento de torsión alrededor del eje vertical, y (b) dicho dispositivo de tope es funcionalmente eficaz en una dirección tangencial con relación al eje longitudinal de la estructura delgada.
  2. 2. Dispositivo amortiguador de impulso de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la masa móvil (3) que comprende una o más partes forma un anillo cerrado que se conecta de forma móvil, por medio de dicho dispositivo de tope y dicho dispositivo de deslizamiento/fricción/rodadura, a los extremos libres de los brazos de soporte (2.2) del dispositivo de soporte (2).
  3. 3. Dispositivo amortiguador de impulso de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado por que la masa (3) puede moverse por medio de dicho dispositivo de deslizamiento/fricción/rodadura (4) en la respectiva región exterior de los brazos de soporte dirigidos radialmente hacia afuera (2.2) del dispositivo de soporte (2).
  4. 4. Dispositivo amortiguador de impulso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado por que un primer dispositivo de deslizamiento/fricción o rodadura (4) está fijado a la masa móvil (3) y un segundo dispositivo de deslizamiento/fricción o rodadura (4) está fijado a uno o más brazos de soporte (2.2) del dispositivo de soporte (2).
  5. 5. Dispositivo amortiguador de impulso de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que el dispositivo de deslizamiento/fricción o rodadura (4) comprende un dispositivo compensador (4.4) que garantiza el guiado paralelo de los elementos (4.1) (4.2) (4.3) del dispositivo de deslizamiento/fricción o rodadura (4) sobre la masa móvil (3) y sobre los brazos de soporte (2.2) en caso de desgaste de dichos elementos durante el funcionamiento.
  6. 6. Dispositivo amortiguador de impulso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado por que el coeficiente de fricción del dispositivo de deslizamiento/fricción (4) entre el dispositivo de soporte (2) y la masa móvil (3) tiene un valor entre 0,05 y 0,6.
  7. 7. Dispositivo amortiguador de impulso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado por que el dispositivo de tope (7) tiene elementos de tope (7.1) (7.2) que están fijados a los brazos de soporte (2.2) del dispositivo de soporte (2) y/o a la masa móvil (3).
  8. 8. Dispositivo amortiguador de impulso de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que dichos elementos de tope (7.1) (7.2) del dispositivo de tope (7) están dispuestos en una dirección tangencial con relación al eje longitudinal de la estructura delgada, en cada caso estando un primer elemento de tope fijado a la masa móvil (3) y estando un segundo elemento de tope fijado a la parte opuesta del elemento de soporte fijo (2) (2.2), y estando estos elementos de tope separados entre sí por un espacio de movimiento (5) que se cierra cuando se produce la amortiguación de impulso.
  9. 9. Dispositivo amortiguador de impulso de acuerdo con la reivindicación 7 o la reivindicación 8, caracterizado por que los elementos de tope (7.1) (7.2) del dispositivo de tope (7) comprenden elementos de amortiguación elástica o elementos de amortiguación elástica/hidráulica.
  10. 10. Dispositivo amortiguador de impulso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizado por que comprende un dispositivo de bloqueo mecánico o electrónico, manual o por control remoto (3.1) para asegurar la masa móvil (3) con relación al dispositivo de soporte (2) o la estructura.
  11. 11. Dispositivo amortiguador de impulso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-10, caracterizado por que el dispositivo de soporte (2) tiene elementos de fijación (2.1) por medio de los que se puede conectar de forma segura pero opcionalmente de forma liberable, directamente o por medio de un reborde diseñado correspondientemente (1), a la estructura delgada o al segmento más superior particular de esta estructura.
  12. 12. Dispositivo amortiguador de impulso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-11, caracterizado por que es reutilizable.
  13. 13. Uso de un amortiguador de impulso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-12 para amortiguar vibraciones en una turbina eólica durante la construcción o desmontaje de la torre, la góndola o las palas de rotor.
  14. 14. Uso de un amortiguador de impulso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-12 para amortiguar vibraciones provocadas por movimientos circulares de la estructura alta y delgada iniciados por fuerzas externas.
  15. 15. Turbina eólica en construcción que comprende un dispositivo amortiguador de impulso de acuerdo con la reivindicación 12, que se monta en el respectivo segmento más superior de la torre o en la góndola durante el montaje o desmontaje de la turbina eólica.
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