ES2963822T3 - Módulo de transmisión de fuerza para estructuras eólicas marinas, así como estructura de cimentación - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un módulo de transmisión de energía para una instalación eólica marina, que se puede conectar directa o indirectamente a una torre de una instalación eólica, caracterizado por un anillo superior, en particular un anillo de chapa, que durante el funcionamiento se extiende esencialmente en horizontal. y un anillo superior que durante el funcionamiento se extiende esencialmente horizontalmente, un anillo inferior, en particular un anillo de chapa, y varios segmentos de chapa que durante el funcionamiento se extienden esencialmente en dirección vertical entre el anillo de chapa superior y el anillo de chapa inferior para transmitir fuerzas, y una estructura de cimentación marina (1) con una sección inferior, en particular una sección de revestimiento (2), que presenta en particular varios puntales unidos entre sí en forma de armadura, y un alojamiento para una torre, en particular una turbina eólica , caracterizado por un módulo de transmisión de potencia. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Módulo de transmisión de fuerza para estructuras eólicas marinas, así como estructura de cimentación
La invención se refiere a un módulo de transmisión de energía para un aerogenerador, que se puede conectar directa o indirectamente a una torre y a una estructura de cimentación de un aerogenerador, en particular para aplicaciones marinas.
La invención se refiere también a una estructura de cimentación marina con una sección inferior, en particular una sección de camisa, que presenta en particular varios puntales unidos entre sí a modo de celosía, y un alojamiento para una torre de un aerogenerador.
Este tipo de estructuras de cimentación se utilizan en particular en la instalación de aerogeneradores (WEA, por sus siglas en alemán) en zonas marinas con grandes profundidades marinas. Por el documento DE 202012 009678 U1 se conoce una estructura de soporte para instalaciones marinas, en particular aerogeneradores, para el anclaje al fondo marino, compuesta por una pluralidad de puntales unidos entre sí. Al menos dos puntales esencialmente verticales o inclinados en un ángulo de 0 grados a 30 grados con respecto a la vertical están dispuestos esencialmente paralelos entre sí.
A medida que los aerogeneradores aumentan en tamaño, también aumentan los requisitos que se imponen a las estructuras de cimentación marinas en términos de su capacidad de carga. Además, la torre del aerogenerador introduce importantes fuerzas dinámicas en la estructura de cimentación marina. Para poder utilizar aerogeneradores en regiones marinas con altas velocidades de viento, a menudo se necesitan estructuras de cimentación con mayor capacidad de carga.
En la industria eólica marina, actualmente en las estructuras de soporte la unión de la torre del aerogenerador a la estructura se realiza a través de la llamada pieza de transición, que presenta un tubo.
Las fuerzas se introducen en la subestructura, es decir, en la estructura de cimentación, a través de la pieza de transición (abreviada TP). El estado de la técnica actual consiste en introducir estas fuerzas a través de una unión de tubos procedente del tubo central con el alojamiento de estructura de soporte. Las TP actuales son pesadas y requieren tubos grandes y de paredes gruesas para absorber las cargas de fatiga en las zonas de soldadura de las uniones.
El objetivo de la presente invención es indicar un módulo de transmisión de fuerza para un aerogenerador, así como una estructura de cimentación marina, que eviten al menos parcialmente las desventajas del estado de la técnica y puedan transmitir las grandes fuerzas dinámicas de un aerogenerador con poco esfuerzo de construcción.
Este objetivo se consigue mediante un módulo de transmisión de fuerza con las características de la reivindicación 1. La invención se caracteriza por un anillo superior, en particular un anillo de chapa, que se extiende esencialmente en horizontal durante el funcionamiento, un anillo inferior, en particular un anillo de chapa, que se extiende esencialmente en horizontal durante el funcionamiento, así como varios segmentos de chapa que se extienden esencialmente en dirección vertical durante el funcionamiento entre el anillo (de chapa) superior y el anillo (de chapa) inferior para transmitir fuerzas.
La invención soluciona los perfiles de tensión mediante construcciones de chapa económicas y mediante uniones soldadas más sencillas y geométricamente rectas. El número de segmentos de chapa se define mediante el número de secciones transversales de tubo de alojamiento de la subestructura, es decir, de la estructura de cimentación subyacente.
La invención toma un nuevo camino. Las fuerzas del segmento de torre del aerogenerador se introducen en la subestructura, es decir, a una estructura de cimentación, a través de varios segmentos de chapa que tienen un perfil de corte que no afecta a la tensión. Una particularidad de la invención es que esto se realiza a través de dos anillos dispuestos separados entre sí, que están unidos con segmentos de chapa a modo de alas de chapa. La invención permite reducir en conjunto el peso y la cantidad de material necesario y al mismo tiempo mejorar el flujo de fuerza a través de la estructura.
De acuerdo con una forma de realización preferida de la invención está previsto que los segmentos de chapa estén soldados con los anillos superior e inferior. De esta forma se consigue una unión firme y duradera utilizando medios sencillos.
En una forma de realización preferida alternativa está previsto que el anillo superior y/o los segmentos de chapa estén unidos, en particular soldados, con un tubo de pieza de transición. Esto aumenta aún más la resistencia de la estructura. Preferentemente solo la superficie necesaria se une al tubo central.
Otra forma de realización preferida prevé que varios segmentos de transmisión de fuerza estén soldados, por un lado, a los segmentos de chapa y, por otro lado, al anillo inferior. De este modo se mejora considerablemente la introducción de fuerza desde los segmentos de chapa al anillo inferior. Los cordones de soldadura individuales están sometidos a menos tensión.
De acuerdo con un perfeccionamiento de esta forma de realización se propone que los segmentos de transmisión de fuerza estén configurados como mitades de tubo y que dos mitades de tubo estén soldadas en superficies laterales enfrentados de un segmento de chapa y en el anillo inferior. Para transmitir las fuerzas con precisión en este caso a los tubos que se alojan por debajo del anillo y poder introducirlas en la sección transversal del tubo, se sueldan dos mitades de tubo respectivamente en el extremo inferior. Es especialmente ventajoso que los segmentos de transmisión de fuerza, en particular las mitades de tubo, estén dispuestos en el lado superior del anillo inferior y que enfrentados por debajo del anillo inferior estén dispuestos y soldados con el anillo inferior puntales en particular secciones de tubo de una sección de camisa que se puede unir con el módulo de transmisión de fuerza.
Una forma de realización alternativa prevé que las mitades de tubo se cierren mediante una tapa. Esto impide la penetración de agua de lluvia y similares y, en consecuencia, evita la corrosión y otros inconvenientes.
Una forma de realización alternativa se caracteriza porque cada segmento de chapa se extiende, partiendo del anillo superior, al menos por secciones radialmente hacia fuera y hacia abajo, hacia el anillo inferior. En caso de un flujo de fuerza favorable, la carga introducida por el aerogenerador se puede transferir a través del módulo de acuerdo con la invención a una estructura de cimentación más ancha. El diámetro del extremo inferior de la torre puede ascender, por ejemplo, a 6000 mm, mientras que la estructura de cimentación con su sección superior, en particular una estructura de camisa a modo de celosía en su zona superior, presenta un diámetro de aproximadamente 14000 mm; esto puede compensarse mediante el segmento de chapa que se extiende radialmente hacia fuera. Otra optimización resulta porque al menos un segmento de chapa, preferentemente todos los segmentos de chapa, presentan una sección superior esencialmente rectangular y una segunda sección que se ensancha radialmente hacia afuera. Preferentemente, en el exterior de los segmentos de chapa y en el anillo inferior están soldadas dos mitades de tubo enfrentadas.
Un perfeccionamiento prevé que los varios segmentos de chapa estén dispuestos esencialmente distanciados uniformemente y extendiéndose radialmente hacia afuera distribuidos alrededor del perímetro y, preferentemente, estén soldados al tubo de la pieza de transición al menos por secciones en la parte superior. Esto da como resultado una distribución uniforme de la carga.
Una capacidad de fabricación favorable se debe a que el anillo superior y/o el anillo inferior están configurados como chapa de una sola pieza o están compuestos por varios segmentos de chapa.
De acuerdo con una forma de realización alternativa, con la que se consigue un aumento adicional de la resistencia, se propone que el anillo superior y/o el anillo inferior presenten en el interior esencialmente una escotadura sustancialmente circular y estén soldados al tubo de la pieza de transición y presenten un borde esencialmente circular en el exterior o un borde compuesto por secciones esencialmente rectas y secciones curvadas.
El anillo superior y/o el anillo inferior presentan convenientemente esencialmente seis secciones de borde redondeadas, estando dispuestos entre los anillos superior e inferior seis o doce segmentos de chapa. Así, la estructura se adapta a una base de cimentación esencialmente hexagonal.
El objetivo se soluciona además con una estructura de cimentación marina con una sección inferior, en particular una sección de camisa, que presenta en particular varios puntales unidos entre sí a modo de celosía, y un alojamiento para una torre, en particular de un aerogenerador, que presenta un módulo de transmisión de fuerza de acuerdo con la invención; en cuanto a las ventajas a este respecto, se hace referencia a las descripciones anteriores y siguientes.
Un perfeccionamiento de la estructura de cimentación prevé que varios puntales, en particular secciones de tubo, de la sección de camisa estén unidos, en particular soldados, con el anillo inferior del módulo de transmisión de fuerza. Los extremos superiores de las secciones de tubo están dispuestos preferentemente enfrentados a un segmento de chapa en cada caso en el anillo inferior.
Se prefiere especialmente que dos secciones de tubo formen en cada caso una X y, por lo tanto, estén dispuestos en un ángulo agudo con respecto al plano formado por el anillo inferior. Convenientemente las mitades de tubo dispuestas enfrentadas a los segmentos de chapa están dispuestas enfrentadas a las secciones de extremo de las secciones de extremo de las secciones de tubo de la sección de camisa.
Otras características y ventajas de la invención se desprenden de las reivindicaciones dependientes, así como de la siguiente descripción de ejemplos de realización preferidos con referencia a los dibujos. Muestran:
la figura 1 un ejemplo de realización de una estructura de cimentación marina de acuerdo con la invención con un módulo de transmisión de fuerza de acuerdo con la invención en una vista lateral;
la figura 2 el módulo de transmisión de fuerza de acuerdo con la invención en una vista lateral ampliada;
la figura 3 el módulo de transmisión de fuerza de acuerdo con la invención en una vista en planta desde arriba;
la figura 4 el módulo de transmisión de fuerza de acuerdo con la invención en una vista en perspectiva desde arriba;
la figura 5 muestra el módulo de transmisión de fuerza de acuerdo con la invención en una vista en perspectiva desde arriba sin anillo superior y sin anillo inferior;
la figura 6 un segmento de chapa de acuerdo con la invención del módulo de transmisión de fuerza con dos mitades de tubo soldadas en el exterior del segmento de chapa en vista en perspectiva;
la figura 7 el segmento de chapa de acuerdo con la invención con dos mitades de tubo en una vista despiezada;
la figura 8 un anillo inferior del módulo de transmisión de fuerza en una vista en perspectiva desde arriba;
la figura 9 un anillo superior del módulo de transmisión de fuerza en una vista en perspectiva desde arriba.
De acuerdo con la figura 1, la estructura de cimentación marina 1 de acuerdo con la invención presenta una sección inferior 2, en el ejemplo de realización una denominada sección de camisa 2, que comprende varios puntales 3 unidos entre sí a modo de celosía. La sección inferior 2 también podría presentar otras formas, estructuras y elementos. De acuerdo con la figura 1, la estructura de cimentación marina 1 para aerogeneradores (WEA) presenta seis pilotes 30 que se pueden anclar en el fondo marino. La sección inferior, en este caso la sección de camisa 2, está unida con los pilotes 30. Está unida a los seis pilotes 30 con sus seis esquinas inferiores. Tiene una sección transversal esencialmente hexagonal con respecto a un eje longitudinal A. La sección de camisa 2 está configurada para estrecharse esencialmente de abajo arriba. La sección de camisa 2 presenta tres segmentos 32, 33, 34 dispuestos uno encima del otro, que están dispuestos coaxialmente entre sí. La sección de camisa 2, que comprende los segmentos 32, 33, 34, está formada por secciones de tubo o puntales 3 (solo uno en cada caso provisto de números de referencia), que están unidos entre sí por medio de nodos 35, 36 (en cada caso solo dos provistos de números de referencia). El nodo 35 está configurado como un denominado nodo redondeado o"rounded node"en inglés; para obtener detalles sobre este nodo, se hace referencia en particular al documento WO 2013/139816 A2, en el que estos nodos se describen en detalle y cuyo contenido de divulgación se incorpora en el presente documento como referencia. Dos secciones de tubo 3, dispuestas en cada caso oblicuamente, forman en cada caso una forma de X. Están unidas entre sí con un nodo 36.
En cada segmento están dispuestas un total de seis estructuras en forma de X, que constan en cada caso de dos secciones de construcción. Dos segmentos adyacentes 22, 33 o 33, 34 están unidos entre sí mediante un anillo circunferencial, en donde el anillo está formado por tubos o secciones de tubo 5 adyacentes y soldadas entre sí, que están dispuestos horizontalmente.
Como se muestra en particular en la figura 1 y en las figuras 2-4, una denominada pieza de transición 4 con un tubo de pieza de transición 6 está dispuesta en la parte superior de la estructura de cimentación marina 1 como alojamiento para una torre (no mostrada) de una un aerogenerador. El tubo 6 presenta una entalladura que se extiende a lo largo de un eje longitudinal A sustancialmente vertical y está configurado cilíndrico.
En ejemplos de realización, mediante el tubo 6 de la pieza de transición puede conectarse un módulo de transmisión de fuerza 8 con la torre de una aerogenerador, el módulo de transmisión de fuerza tiene un anillo superior 10 que durante el funcionamiento se extiende esencialmente en horizontal, en el ejemplo un anillo de chapa 10, y un anillo inferior 12 que se extiende esencialmente en horizontal durante el funcionamiento, en el ejemplo el anillo de chapa 12, así como varios segmentos de chapa 14 que, durante el funcionamiento, se extienden esencialmente en la dirección vertical entre el anillo superior 10 y el anillo inferior 12 para transmitir fuerzas. Los distintos segmentos de chapa 14 están configurados y son adecuados para transmitir o disipar las fuerzas debidas a las cargas del aerogenerador hacia abajo en la estructura de cimentación 2, concretamente en la sección superior 2, que en el ejemplo inicial está configurada como sección de camisa 2.
Los segmentos de chapa 14 están unidos fijamente, preferentemente soldados con el anillo superior 10 y el anillo inferior 12. En el ejemplo de realización, el anillo superior 10 y los segmentos de chapa 14 están unidos con el tubo de pieza de transición 6, en particular soldados. El anillo superior 10 está soldado al anillo 6 a lo largo de una costura de soldadura circunferencial; adicionalmente se puede aplicar un anillo de refuerzo al tubo 6. Cada uno de los segmentos de chapa 14 en la sección superior a lo largo de un borde recto superior 15, compárese con las figuras 2, 4, 5, 6, 7, preferentemente en ambos lados están soldados con la superficie inferior del anillo 10 y a lo largo de un borde lateral 17, preferentemente en ambos lados con el tubo 6 y más abajo a lo largo de un borde recto 19 con la superficie superior del anillo 12, preferentemente en ambos lados.
El módulo de transmisión de fuerza 8 presenta adicionalmente varios segmentos de transmisión de fuerza, que están configurados como mitades de tubo 18, que están soldados en cada caso con los segmentos de chapa 14, por un lado, y con el anillo inferior 12, por otro lado. Dos mitades de tubo 18 están soldados en cada caso por pares en superficies laterales enfrentadas de un segmento de chapa 14 y en el anillo inferior 12. En el exterior de los segmentos de chapa 14 y en el anillo inferior 12 están soldadas las mitades de tubo 18.
Enfrentados a los segmentos de transmisión de fuerza en forma de mitades de tubo 18 están dispuestos por debajo del anillo inferior 12 los puntales 3 en forma de secciones de tubo 3 de la sección de camisa 2 y están soldados en cada caso con sus extremos superiores al anillo inferior 12. Esta disposición enfrentada da como resultado un flujo de fuerza favorable de arriba abajo. Las dos secciones de tubo 3 están dispuestos en ángulo agudo con respecto al plano formado por el anillo inferior 12.
Como puede verse en las figuras, las mitades de tubo 18 están cerradas mediante una tapa 20.
Cada segmento de chapa 14 se extiende, como puede verse en particular en las figuras 2 a 5, comenzando desde el anillo superior 10 al menos en secciones radialmente hacia afuera y hacia abajo en la dirección del anillo inferior 12. Cada segmento de chapa 14 presenta una sección superior 22 esencialmente rectangular, que está soldada con el anillo superior 10, y una segunda sección inferior 24, que se ensancha al menos por secciones radialmente hacia afuera y que está soldada con el anillo inferior 12.
Como muestran claramente las figuras 3 a 5, la pluralidad de segmentos de chapa metálica 14 están dispuestos esencialmente espaciados uniformemente entre sí distribuidos alrededor del perímetro y/o se extienden - en forma de estrella - radialmente hacia afuera; preferentemente están soldados al tubo de pieza de transición 6 al menos por secciones en la parte superior.
De acuerdo con una variante, el anillo superior 10 y el anillo inferior 12 están configurados como una chapa de una sola pieza, de acuerdo con una variante alternativa mostrada en las figuras, véanse en particular las figuras 8 y 9, el anillo superior 10 y el anillo inferior. 12 están compuestos por varios segmentos de chapa. El anillo superior 10 y el anillo inferior 12 tienen una escotadura circular en el interior y un borde esencialmente circular (no mostrado) en el exterior o un borde formado por secciones esencialmente rectas y secciones curvadas como se puede distinguir en las figuras (figuras 8, 9). El anillo superior 10 y el anillo inferior 12 presentan esencialmente seis secciones de borde redondeadas y seis o doce segmentos de chapa.
Claims (12)
1. Módulo de transmisión de fuerza (8) para un aerogenerador marino, que puede conectarse directa o indirectamente a una torre de un aerogenerador, con
- un anillo de chapa superior (10) que se extiende esencialmente en horizontal durante el funcionamiento, y - un anillo de chapa inferior (12) que se extiende esencialmente en horizontal durante el funcionamiento, - varios segmentos de chapa (14) que se extienden esencialmente en dirección vertical durante el funcionamiento entre el anillo de chapa superior (10) y el anillo de chapa inferior (12) para transmitir fuerzas, en donde los segmentos de chapa (14) están soldados con los anillos de chapa superior e inferior (10, 12),
caracterizado por quevarios segmentos de transmisión de fuerza adicionales están soldados con los segmentos de chapa (14), por un lado, y con el anillo de chapa inferior (10), por otro lado, en donde los segmentos de transmisión de fuerza adicionales están configurados como mitades de tubo (18) y en donde dos mitades de tubo (18) están soldadas en superficies laterales enfrentadas de un segmento de chapa (14) y en el anillo de chapa inferior (10).
2. Módulo de transmisión de fuerza (8) según la reivindicación 1,
caracterizado por queel anillo de chapa superior (10) y/o los segmentos de chapa (14) están unidos / en particular soldados con un tubo de pieza de transición (6).
3. Módulo de transmisión de fuerza (8) según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado por quelos segmentos de transmisión de fuerza, en particular las mitades de tubo (18) estén dispuestos en el lado superior del anillo de chapa (10) inferior y por que enfrentados por debajo del anillo de chapa inferior (12) están dispuestos puntales (3), en particular secciones de tubo, de una sección de camisa (2) que puede unirse con el módulo de transmisión de fuerza (8) y están soldados con el anillo de chapa inferior (12).
4. Módulo de transmisión de fuerza (8) según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por quelas mitades del tubo (18) están cerradas mediante una tapa (20).
5. Módulo de transmisión de fuerza (8) según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por quecada segmento de chapa se extiende, partiendo del anillo de chapa superior (10), al menos por secciones radialmente hacia fuera y hacia abajo, en la dirección hacia el anillo de chapa (12) inferior.
6. Módulo de transmisión de fuerza (8) según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por queal menos un segmento de chapa (14), preferentemente todos los segmentos de chapa (14), presentan una sección superior esencialmente rectangular y una segunda sección que se ensancha radialmente hacia afuera.
7. Módulo de transmisión de fuerza (8) según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por quelos segmentos de transmisión de fuerza, en particular mitades de tubo (18), están soldados en el exterior en los segmentos de chapa (14) y el anillo de chapa inferior (12); y/o
caracterizado por quelos varios segmentos de chapa (14) están dispuestos esencialmente distanciados uniformemente y extendiéndose radialmente hacia afuera distribuidos alrededor del perímetro y, preferentemente, están soldados al tubo de pieza de transición (6) al menos por secciones en la parte superior y/ocaracterizado por queel anillo de chapa superior (10) y/o el anillo de chapa inferior (12) están configurados como chapa de una sola pieza o están compuestos por varios segmentos de chapa (14); y/o
caracterizado por queel anillo de chapa superior (10) y/o el anillo de chapa inferior (12) presentan en el interior esencialmente una escotadura esencialmente circular y están soldados al tubo de la pieza de transición (6) y presentan un borde esencialmente circular en el exterior o un borde compuesto por secciones esencialmente rectas y secciones curvadas; y/o
caracterizado por queel anillo de chapa superior (10) y/o el anillo de chapa inferior (12) presentan esencialmente seis secciones de borde redondeadas y entre los anillos de chapa superior e inferior (10, 12) están dispuestos seis o doce segmentos de chapa (14).
8. Estructura de cimentación marina (1) con
una sección de camisa inferior (2), que presenta varios puntales (3) unidos entre sí a modo de celosía, y un alojamiento para una torre de un aerogenerador,
caracterizada porun módulo de transmisión de fuerza (8) según al menos una de las reivindicaciones anteriores.
9. Estructura de cimentación marina (1) según la reivindicación 8,
caracterizada por quecon el anillo de chapa inferior (12) del módulo de transmisión de fuerza (8) están unidos, en particular soldados, varios puntales (3), en particular secciones de tubo (5) de la sección de camisa (2).
10. Estructura de cimentación marina (1) según la reivindicación 9,
caracterizada por quelos extremos superiores de las secciones de tubo (5) están dispuestos enfrentados a un segmento de chapa (14) en cada caso en el anillo de chapa inferior (12).
11. Estructura de cimentación marina (1) según al menos una de las reivindicaciones 8 a 10,
caracterizada por queen cada caso dos secciones de tubo (5) forman una X y, por lo tanto, están dispuestas en un ángulo agudo con respecto al plano formado por el anillo de chapa inferior (12).
12. Estructura de cimentación marina (1) según al menos una de las reivindicaciones 8 a 11,
caracterizada por quelas mitades de tubo (18) dispuestas enfrentadas a los segmentos de chapa (14) están dispuestas enfrentadas a las secciones de extremo de las secciones de tubo (5) de la sección de camisa (2).
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