ES2965699T3 - Procedimiento para fabricar una estructura de torre de turbina eólica telescópica - Google Patents
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Abstract
Un método para fabricar una estructura de torre de una turbina eólica incluye imprimir, mediante un dispositivo de impresión aditivo, una pluralidad de secciones concéntricas de la estructura de torre de la turbina eólica. Las secciones concéntricas pueden imprimirse simultáneamente a partir de hormigón, pueden incluir cables tensores u otros soportes estructurales y pueden definir otras pestañas o salientes de soporte. Después del curado, el método puede incluir elevar una sección interior de la pluralidad de secciones concéntricas hasta la parte superior de una sección exterior adyacente y unir las dos secciones. Este proceso se puede repetir para telescopar las secciones concéntricas y elevar la estructura de la torre. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento para fabricar una estructura de torre de turbina eólica telescópica
Campo
[0001]La presente divulgación se refiere, en general, a torres de turbina eólica, y, más en particular, a procedimientos de fabricación de forma aditiva de estructuras de torre de turbina eólica telescópica.
Antecedentes
[0002]La energía eólica se considera una de las fuentes de energía más limpias y más respetuosas con el medioambiente disponibles actualmente, y las turbinas eólicas han obtenido una creciente atención a este respecto. Una turbina eólica moderna incluye típicamente una torre, un generador, una caja de engranajes, una góndola y una o más palas de rotor. Las palas de rotor capturan energía cinética del viento usando principios alares conocidos. Las palas de rotor transmiten la energía cinética en forma de energía de rotación para girar un eje que acopla las palas de rotor a una caja de engranajes o, si no se usa una caja de engranajes, directamente al generador. A continuación, el generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica que se puede distribuir en una red de suministro.
[0003]La torre de turbina eólica, en general, se construye con tubos de acero, secciones de hormigón prefabricadas o combinaciones de los mismos. Además, los tubos y/o las secciones de hormigón típicamente se forman fuera del emplazamiento, se envían al emplazamiento y, a continuación, se disponen conjuntamente para levantar la torre. Por ejemplo, un procedimiento de fabricación incluía formar anillos de hormigón prefabricado, enviar los anillos al emplazamiento, disponer los anillos uno encima del otro y, a continuación, asegurar los anillos conjuntamente. Sin embargo, a medida que las turbinas eólicas continúan creciendo en tamaño, los procedimientos de fabricación convencionales están limitados por las normas de transporte que prohíben el envío de secciones de torre que tengan un diámetro mayor de aproximadamente 4 a 5 metros. Por tanto, determinados procedimientos de fabricación de torres incluyen formar una pluralidad de segmentos de arco y asegurar los segmentos conjuntamente en el emplazamiento para formar el diámetro de la torre, por ejemplo, por medio de empernado y/o soldadura. Dichos procedimientos, sin embargo, requieren mucho trabajo y pueden llevar mucho tiempo. El documento JP 2007/070884 A describe un procedimiento de construcción de una estructura similar a torre y un dispositivo de encofrado deslizante usado en el procedimiento; el documento EP 3 118 394 A1 describe un procedimiento de construcción de una torre.
[0004]En vista de lo anterior, la técnica busca continuamente procedimientos mejorados para fabricar torres de turbina eólica. En consecuencia, la presente divulgación se dirige a procedimientos para fabricar estructuras de torre de turbina eólica que abordan las cuestiones mencionadas anteriormente. En particular, la presente divulgación se dirige a procedimientos para fabricar de forma aditiva estructuras de torre de turbina eólica telescópica.
Breve descripción
[0005]Los aspectos y ventajas de la invención se expondrán en parte en la siguiente descripción, o pueden ser evidentes a partir de la descripción, o se pueden aprender a través de la práctica de la invención.
[0006]En un aspecto, la presente divulgación se dirige a un procedimiento para fabricar una estructura de torre de una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1. El procedimiento incluye imprimir, por medio de un dispositivo de impresión aditiva, una pluralidad de secciones concéntricas de la estructura de torre de la turbina eólica y elevar una sección interior de la pluralidad de secciones concéntricas para posicionar una parte inferior de la sección interior próxima a una parte superior de una sección exterior contigua de la pluralidad de secciones concéntricas. El procedimiento incluye además unir la sección interior de la pluralidad de secciones concéntricas a la sección exterior contigua de la pluralidad de secciones concéntricas.
[0007]En un modo de realización no reivindicado, la presente divulgación se puede dirigir a un procedimiento para fabricar una estructura. El procedimiento incluye imprimir, por medio de un dispositivo de impresión aditiva, una pluralidad de secciones concéntricas de la estructura y elevar una sección interior de la pluralidad de secciones concéntricas para posicionar una parte inferior de la sección interior próxima a una parte superior de una sección exterior contigua de la pluralidad de secciones concéntricas. El procedimiento incluye además unir la sección interior de la pluralidad de secciones concéntricas a la sección exterior contigua de la pluralidad de secciones concéntricas.
[0008]De acuerdo con otro modo de realización no reivindicada, se proporciona un procedimiento para fabricar una estructura de torre de una turbina eólica. El procedimiento incluye imprimir, por medio de un dispositivo de impresión aditiva, una pluralidad de secciones concéntricas de la estructura de torre de la turbina eólica, en el que se define un hueco entre secciones contiguas de la pluralidad de secciones concéntricas. El procedimiento incluye además posicionar una cámara (“bladder”) inflable dentro del hueco e inflar la cámara inflable llenando la cámara inflable con un líquido o un gas. El procedimiento incluye además imprimir, por medio de un dispositivo de impresión aditiva, al menos un reborde ("flange") en la cámara inflable y desinflar y retirar la cámara inflable después de que el al menos un reborde se haya solidificado.
[0009]Estos y otros rasgos característicos, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que se incorporan en y constituyen una parte de esta memoria descriptiva, ilustran modos de realización de la invención y, conjuntamente con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención.
Breve descripción de los dibujos
[0010]Una divulgación completa y suficiente de la presente invención, incluyendo el mejor modo de la misma, dirigida a un experto en la técnica, se expone en la memoria descriptiva, que hace referencia a las figuras adjuntas, en las que:
la FIG. 1 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación;
la FIG. 2 ilustra una vista en sección transversal de un modo de realización de una estructura de torre de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación con secciones interiores en una posición extendida y secciones exteriores en una posición retraída;
la FIG. 3 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una estructura de torre de una turbina eólica y un dispositivo de impresión aditiva de acuerdo con la presente divulgación;
la FIG. 4 ilustra una vista en perspectiva de otro modo de realización de una estructura de torre de una turbina eólica y un dispositivo de impresión aditiva de acuerdo con la presente divulgación;
la FIG. 5 ilustra una vista en perspectiva de otro modo de realización de una estructura de torre de una turbina eólica y un dispositivo de impresión aditiva de acuerdo con la presente divulgación;
la FIG. 6 ilustra una vista en sección transversal de rebordes superiores de secciones concéntricas de una torre eólica soportada por una cámara inflable de acuerdo con un modo de realización de ejemplo de la presente materia;
la FIG. 7 ilustra una vista en sección transversal superior de una estructura de torre que incluye secciones concéntricas que definen rebordes de bloqueo y rebajos correspondientes de acuerdo con un modo de realización de ejemplo;
la FIG. 8 ilustra un diagrama de bloques de un modo de realización de un controlador de un dispositivo de impresión aditiva de acuerdo con la presente divulgación; y
la FIG. 9 ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento para fabricar una estructura de torre de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación.
[0011]Se pretende que el uso repetido de caracteres de referencia en la presente memoria descriptiva y dibujos represente idénticos o análogos rasgos característicos o elementos de la presente invención.
Descripción detallada
[0012]Ahora se hará referencia en detalle a modos de realización de la invención, ilustrándose uno o más de sus ejemplos en los dibujos. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención, no de limitación de la invención.
[0013]En general, la presente divulgación se dirige a procedimientos para fabricar torres de turbina eólica usando el depósito automatizado de materiales cementosos por medio de tecnologías tales como fabricación aditiva, impresión 3-D, depósito por pulverización, fabricación aditiva por extrusión, impresión en hormigón, depósito de fibras automatizado, así como otras técnicas que utilizan control numérico por ordenador y múltiples grados de libertad para depositar material. Más específicamente, los procedimientos de la presente divulgación incluyen imprimir secciones concéntricas anidadas de torres de turbina eólica a partir de hormigón usando fabricación aditiva, que proporcionan características estructurales adecuadas para la tecnología de torre aditiva.
[0014]La presente divulgación también puede incluir elevar y unir las secciones concéntricas para formar la torre de turbina eólica. Las secciones concéntricas de la torre se pueden formar a partir de cualquier material o materiales adecuados y pueden tener cualquier forma o perfil en sección transversal adecuado. Además, las secciones concéntricas pueden incluir estructuras de soporte internas, tales como anillos o fibras de refuerzo o cables tensores para proporcionar soporte estructural a la estructura de torre. Las secciones concéntricas también se pueden imprimir y ensamblar de manera que se permita la formación de diversas estructuras salientes, tales como rebordes de montaje, aberturas para puertas, conductos de alambrado y otros rasgos característicos.
[0015]Por tanto, los procedimientos descritos en el presente documento proporcionan muchas ventajas no presentes en la técnica anterior. Por ejemplo, las secciones concéntricas se pueden imprimir en el emplazamiento y pueden tener cualquier tamaño deseable (por ejemplo, más de cinco metros de diámetro), posibilitando, de este modo, la construcción de mayores estructuras de torre y turbinas eólicas. Además, al construir partes de la torre eólica en secciones telescópicas posicionadas en un estado "comprimido", es posible instalar la góndola y rotor de turbina usando una grúa significativamente más corta, lo que reduce, por tanto, el coste de la grúa requerida para instalar la torre. Además, aspectos de la presente materia superan otras diversas restricciones de fabricación y logística relacionadas con técnicas anteriores de formación de estructuras de torre para turbinas eólicas y otras aplicaciones.
[0016]En referencia ahora a los dibujos, la FIG. 1 ilustra un modo de realización de una turbina eólica 10 de acuerdo con la presente divulgación. Como se muestra, la turbina eólica 10 incluye una torre 12 que se extiende desde una base 15 o superficie de soporte con una góndola 14 montada encima de la torre 12. Una pluralidad de palas de rotor 16 están montadas en un buje 18 de rotor, que a su vez está conectado a una brida principal que gira un eje de rotor principal. Los componentes de control y generación de potencia de turbina eólica se alojan dentro de la góndola 14. La vista de la FIG. 1 se proporciona solo con propósitos ilustrativos para posicionar la presente invención en un campo de uso de ejemplo. Se debe apreciar que la invención no se limita a ningún tipo particular de configuración de turbina eólica. Además, la presente invención no se limita al uso con torres de turbina eólica, sino que se puede utilizar en cualquier aplicación que tenga construcciones de hormigón y/o estructuras de torre alta además de torres eólicas, incluyendo, por ejemplo, casas, puentes, torres altas y otros aspectos de la industria del hormigón. Además, los procedimientos descritos en el presente documento también se pueden aplicar a la fabricación de cualquier estructura similar que se beneficie de las ventajas descritas en el presente documento.
[0017]En referencia ahora a la FIG. 2, la estructura de torre 12 de una turbina eólica 10 se describirá con más detalle de acuerdo con un modo de realización de ejemplo de la presente materia. Específicamente, la FIG. 2 ilustra una vista en sección transversal parcial de un modo de realización de la estructura de torre 12 de la turbina eólica 10 de acuerdo con la presente divulgación. Como se muestra, la estructura de torre 12 define una pared de torre 20 circunferencial que tiene una superficie exterior 22 y una superficie interior 24. Además, como se muestra, la pared de torre 20 circunferencial define, en general, una parte interior 26 hueca que se usa comúnmente para alojar diversos componentes de turbina (por ejemplo, un convertidor de potencia, un transformador, etc.). Además, como se describirá con más detalle a continuación, la estructura de torre 12 se forma usando fabricación aditiva.
[0018]Además, como se muestra, la estructura de torre 12 se forma de un material cementoso 28 que está reforzado con uno o más cables tensores 30 (FIG. 6), tales como cables o alambres alargados, cables o alambres helicoidales, barras de refuerzo (también denominadasrebar)y/o malla. De forma alternativa, se pueden usar fibras de refuerzo (metálicas o poliméricas) o anillos u otras formas para conferir resistencia a la estructura. Estos cables tensores 30 se pueden incrustar(“embedded")en el material cementoso 28 durante el procedimiento de impresión, como se describe con más detalle a continuación. Como se usa en el presente documento, el material cementoso 28 puede incluir cualquier pasta adecuada que se pueda trabajar que esté configurada para unirse después del curado para formar una estructura. Los materiales cementosos adecuados incluyen, por ejemplo, hormigón, resina de brea, asfalto, arcilla, cemento, mortero, composiciones cementosas o materiales o composiciones similares.
[0019]De acuerdo con modos de realización de ejemplo de la presente materia, se puede proporcionar un material adhesivo (no mostrado) entre uno o más del material cementoso 28 y la base 15, el material cementoso 28 y los cables tensores 30, o múltiples capas del material cementoso 28 y los cables tensores 30. Por tanto, el material adhesivo puede complementar además la unión entre capas entre materiales.
[0020]El material adhesivo descrito en el presente documento puede incluir, por ejemplo, material cementoso, tal como mortero, materiales poliméricos y/o mezclas de material cementoso y material polimérico. Las formulaciones adhesivas que incluyen material cementoso se denominan en el presente documento "mortero cementoso". El mortero cementoso puede incluir cualquier material cementoso que se pueda combinar con árido fino. El mortero cementoso fabricado usando cemento Portland y árido fino a veces se denomina "mortero de cemento Portland" u "OPC". Las formulaciones adhesivas que incluyen una mezcla de material cementoso y material polimérico se denominan en el presente documento "mortero polimérico". Cualquier material cementoso se puede incluir en una mezcla con un material polimérico y, opcionalmente, árido fino. Las formulaciones adhesivas que incluyen un material polimérico se denominan en el presente documento "adhesivo polimérico".
[0021]Los materiales poliméricos de ejemplo que se pueden utilizar en una formulación adhesiva incluyen/pueden incluir cualquier material polimérico termoplástico o termoendurecible, tal como resinas acrílicas, poliepóxidos, polímeros vinílicos (por ejemplo, poli(acetato de vinilo) (PVA), etileno-acetato de vinilo (EVA)), estirenos (por ejemplo, estireno-butadieno), así como copolímeros o terpolímeros de los mismos. Se describen características de materiales poliméricos ejemplares en ASTM C1059 / C1059M13, especificación estándar para agentes de látex para unir hormigón recién preparado a endurecido.
[0022]En referencia ahora, en general, a las FIGS. de 2 a 6, se describirá un dispositivo de impresión aditiva 40 de acuerdo con un modo de realización de ejemplo de la presente materia. En particular, toda o parte de la estructura de torre 12 se puede imprimir, capa por capa, usando un dispositivo de impresión aditiva 40, que puede usar cualquier mecanismo adecuado para depositar capas de material aditivo, tal como hormigón, para formar la estructura de torre 12. Por tanto, se dirigen aspectos de la presente materia a procedimientos para fabricar torres de turbina eólica por medio de fabricación aditiva. La fabricación aditiva, como se usa en el presente documento, se entiende, en general, que engloba procedimientos usados para sintetizar objetos tridimensionales en los que se forman sucesivas capas de material bajo control informático para crear los objetos. Como tal, se pueden producir objetos de casi cualquier tamaño y/o forma a partir de datos de modelos digitales. Se debe entender además que los procedimientos de fabricación aditiva de la presente divulgación pueden englobar tres grados de libertad, así como más de tres grados de libertad de modo que las técnicas de impresión no se limitan a imprimir capas bidimensionales apiladas, sino también pueden imprimir formas curvadas y/o irregulares.
[0023]Se debe entender que el dispositivo de impresión aditiva 40 descrito en el presente documento, en general, se refiere a cualquier dispositivo de impresión aditiva adecuado que tenga una o más boquillas para depositar material (tal como el material cementoso 28) sobre una superficie que se controla automáticamente por un controlador para formar un objeto programado dentro del ordenador (tal como un archivo CAD). Más específicamente, como se muestra, el dispositivo de impresión aditiva 40 incluye uno o más cabezales de impresión 42 montados de forma deslizable en un brazo de soporte 44 en voladizo(“cantilevered").El brazo de soporte 44 en voladizo se puede montar en un soporte central 46 que se extiende a lo largo de la dirección axial A (por ejemplo, paralela a la dirección vertical V) dentro de una parte interior 26 de la estructura de torre 12. El brazo de soporte 44 se puede fijar en una localización vertical en el soporte central 46 o se puede mover verticalmente a lo largo del soporte central 46 para mover los cabezales de impresión 42 verticalmente a medida que se añaden capas sucesivas a la estructura de torre 12.
[0024]Aunque la FIGS. de 2 a 6 ilustran el dispositivo de impresión aditiva 40 como que incluye un soporte central 46 que se extiende a través de la parte interior 26 de la estructura de torre 12 y un brazo de soporte 44 para suspender uno o más cabezales de impresión 42, se debe apreciar que el dispositivo de impresión aditiva se puede configurar para usar otras máquinas, sistemas o mecanismos de soporte para soportar los cabezales de impresión 42 durante la impresión de la estructura de torre 12. Por ejemplo, se pueden posicionar cuatro torres de soporte afuera de la estructura de torre 12 y pueden incluir una o más vigas transversales para formar un sistema de pórtico para soportar uno o más cabezales de impresión 42. De forma alternativa, por ejemplo, los cabezales de impresión 42 se pueden montar en el brazo de soporte 44 por un sistema de cables para permitir el movimiento vertical con respecto al brazo de soporte 44. De acuerdo con todavía otros modos de realización, los cabezales de impresión 42 se pueden soportar y posicionar por un sistema de alambres guía, brazos de posicionamiento, etc.
[0025]Además, cada uno del uno o más cabezales de impresión 42 se puede montar en un brazo de soporte 44 especializado y puede incluir una o más boquillas 48 para depositar diversos materiales. Por ejemplo, como se muestra en las FIGS. 2 y 3, el cabezal de impresión 42 incluye una única boquilla 48 para depositar hormigón capa por capa. Por el contrario, como se muestra en la FIG. 4, el cabezal de impresión 42 incluye tres boquillas 48 espaciadas a lo largo de la dirección radial R y configuradas para depositar simultáneamente una capa de hormigón en cada una de una pluralidad de secciones concéntricas 60 (descritas a continuación). De acuerdo con modos de realización alternativos, el dispositivo de impresión aditiva 40 puede incluir cualquier número de brazos de soporte 44 para soportar cualquier número de cabezales de impresión 42, incluyendo cualquier número de boquillas 48.
[0026]Durante el procedimiento de impresión, se pueden imprimir o incluir diversos componentes, soportes y otros rasgos característicos en el material cementoso 28 usado para imprimir la estructura de torre 12. Por ejemplo, de acuerdo con el modo de realización de ejemplo, el procedimiento de impresión puede incluir incrustar uno o más cables tensores 30 al menos parcialmente dentro de una o más partes de la estructura de torre 12. A este respecto, como se muestra, por ejemplo, en la FIG. 6, el dispositivo de impresión aditiva 40 puede incluir un módulo de suministro de cable 50 que sitúa el cable tensor 30 al menos parcialmente dentro de la estructura de torre 12. Se debe entender que dichos cables 30 se pueden extender a lo largo de toda la altura de la torre 12 o solo a lo largo de una parte de la altura de torre. Además, se debe apreciar que la orientación del cable tensor 30 se ilustra solo para explicar aspectos del módulo de suministro de cable 50. No se pretende necesariamente que el cable tensor 30 tenga el mismo tamaño o longitud. Además, la posición, orientación y configuración de los cables tensores 30 pueden variar mientras permanezcan dentro del alcance de la presente materia.
[0027]De acuerdo con un modo de realización de ejemplo, a medida que se construye la estructura de torre 12, el dispositivo de impresión aditiva 40 puede alternar entre depositar cables tensores 30 usando el módulo de suministro de cable 50 e imprimir el material cementoso 28 usando boquillas 48. De forma alternativa, como se ilustra en la FIG. 6, el módulo de suministro de cable 50 se puede posicionar contiguo a la boquilla 48 y configurar para desenrollar o extender el cable tensor 30 orebaren el área de impresión antes de depositar el material cementoso 28 de modo que el cable tensor se incruste dentro o imprima sobre el material cementoso 28. De forma alternativa, el dispositivo de impresión aditiva 40 puede incluir cualquier otro rasgo característico adecuado para comprimir o incrustar el cable tensor 30 en el material cementoso 28 antes de que se haya solidificado o curado. En modos de realización alternativos, el dispositivo de impresión aditiva 40 está configurado para expulsar el material cementoso 28 con anillos o fibras poliméricas y/o metálicas cortas como refuerzos para mejorar la resistencia estructural de la estructura de torre 12.
[0028]Los cables tensores 30 se pueden configurar, en general, para garantizar que los esfuerzos en el material cementoso 28, por ejemplo, hormigón, puedan seguir siendo, en gran medida, de compresión. Estos cables 30 se pueden pretensar y se puede imprimir material cementoso 28 alrededor de los cables 30 o el procedimiento de impresión puede definir orificios por toda la estructura de torre 12 a través de los que se puedan colocar cables tensores 30 después del curado y, después de esto, postensar. En modos de realización alternativos, el dispositivo de impresión aditiva 40 se puede configurar para proporcionar tensión al/a los cable(s) 30 durante la impresión de la estructura de torre 12. En dichos modos de realización, el dispositivo de impresión aditiva 40 puede variar una tensión de los uno o más cables 30 en función de una sección transversal de la estructura de torre 12 durante el procedimiento de impresión. Por tanto, dichos cables tensores 30 están configurados para controlar los esfuerzos de tracción de la estructura de torre 12.
[0029]En otro modo de realización, la estructura de torre 12 puede incluir, por ejemplo, una pluralidad de barras de refuerzo que formen una malla metálica (no mostrada) dispuesta en una configuración cilíndrica para corresponder a la forma de la estructura de torre 12. Además, la malla metálica cilíndrica se puede incrustar en el material cementoso 28 de la estructura de torre 12 antes de que el material 28 se cure y periódicamente a lo largo de la altura de la torre 12. Además, el dispositivo de impresión aditiva 40 está configurado para imprimir el material cementoso 28 de una manera que tenga en cuenta la velocidad de curado del mismo de modo que la pared de torre 20, según se forma, se pueda unir a sí misma. Además, el dispositivo de impresión aditiva 40 está configurado para imprimir la estructura de torre 12 de manera que pueda aguantar el peso de la pared de torre 20, ya que el material cementoso 28 formado de forma aditiva puede ser débil durante la impresión.
[0030]Como se ilustra mejor en la FIG. 2, la estructura de torre 12, o más específicamente, la pared de torre 20, incluye una pluralidad de secciones concéntricas 60 que, en general, están anidadas entre sí y están configuradas para moverse entre una posición extendida (es decir, una posición "elevada") y una posición retraída (es decir, una posición "bajada"). A este respecto, la estructura de torre 12 se puede imprimir usando un dispositivo de impresión aditiva 40 con toda la pluralidad de secciones concéntricas 60 posicionadas en la posición bajada, de modo que no se requiera una gran grúa para posicionar secciones formadas por separado a una altura completa de la estructura de torre 12.
[0031]En particular, las secciones concéntricas 60 de la estructura de torre 12 se pueden imprimir de cualquier manera adecuada y en cualquier orden adecuado. Por ejemplo, como se ilustra en las FIGS. 2 y 3, un único cabezal de impresión 42 puede atravesar el perfil de cada una de las secciones concéntricas 60, depositando una capa de material cementoso 28 alrededor de todo el perímetro de esa sección concéntrica 60. De acuerdo con un modo de realización, cada sección concéntrica 60 se puede imprimir por separado, por ejemplo, comenzando en la parte inferior de esa sección concéntrica 60 y finalizando en una parte superior de esa sección concéntrica 60 antes de proceder a la siguiente sección concéntrica 60. De acuerdo con modos de realización alternativos, el cabezal de impresión 42 se puede mover secuencialmente alrededor de un perfil de cada sección concéntrica 60 para imprimir una capa en cada una antes de regresar para imprimir una segunda capa.
[0032]Por el contrario, como se muestra en la FIG. 4, el dispositivo de impresión aditiva 40 puede incluir una pluralidad de cabezales de impresión 42, cada uno configurado para depositar una capa de material aditivo (por ejemplo, material cementoso 28) en secciones concéntricas 60 simultáneamente. A este respecto, por ejemplo, en el caso de una estructura de torre 12 cilíndrica que tiene secciones transversales circulares, el dispositivo de impresión aditiva 40 puede incluir tres cabezales de impresión 42 que permanecen en una posición radial fija en el brazo de soporte 44. Durante la impresión, los cabezales de impresión 42 depositan material cementoso 28 mientras que el soporte central 46 rota alrededor de su eje central (es decir, la dirección axial A) para imprimir simultáneamente una capa de cada una de las secciones concéntricas 60.
[0033]Para elevar la estructura de torre 12 a su altura apropiada, cada una de la pluralidad de secciones concéntricas 60 se puede mover a la posición extendida y fijar entre sí usando cualquier procedimiento conocido en la técnica. Por ejemplo, se puede usar cualquier sistema de levantamiento con gato, sistema de levantamiento por cable, sistema de levantamiento hidráulico o cualquier otro procedimiento adecuado para secuencialmente levantar y unir secciones contiguas. De acuerdo con todavía otros modos de realización, se puede usar una grúa u otro sistema de levantamiento para elevar las secciones concéntricas 60.
[0034]En particular, las secciones concéntricas 60 contiguas se pueden unir entre sí cuando están en la posición elevada usando cualquier dispositivo o mecanismo adecuado. Por ejemplo, de acuerdo con el modo de realización ilustrado, el dispositivo de impresión aditiva 40 puede imprimir rebordes circunferenciales en la pared exterior 22 y/o en la pared interior 24 de las secciones concéntricas 60. Más específicamente, cada sección concéntrica 60 puede incluir un reborde inferior 62 definido próximo a una parte inferior 64 de esa sección concéntrica 60 que se extiende hacia afuera sustancialmente a lo largo de una dirección radial R desde una pared radialmente exterior 22 de la sección concéntrica 60. Además, cada sección concéntrica 60 puede incluir un reborde superior 66 definido próximo a una parte superior 68 de esa sección concéntrica 60 que se extiende hacia adentro sustancialmente a lo largo de la dirección radial R desde una pared radialmente interior 24 de la sección concéntrica 60. De esta manera, las secciones concéntricas 60 se pueden deslizar verticalmente entre sí hasta que el reborde inferior 62 de una sección concéntrica 60 interior se acople con el reborde superior 66 de una sección concéntrica 60 exterior contigua.
[0035]El reborde inferior 62 y el reborde superior 66 se pueden fijar entre sí o unir usando cualquier procedimiento de dispositivo adecuado. Por ejemplo, de acuerdo con el modo de realización ilustrado, el reborde inferior 62 y el reborde superior 66 se imprimen para definir una pluralidad de orificios 70 configurados para recibir elementos de sujeción mecánicos 72. De esta manera, se pueden usar elementos de sujeción mecánicos 72, tales como pernos, para asegurar las secciones concéntricas 60 en la posición elevada después de haberse levantado por cualquier mecanismo de levantamiento adecuado (como se describe anteriormente).
[0036]Como se ilustra mejor en las FIGS. 2 y 6, se imprimen secciones concéntricas 60 de modo que estén espaciadas a lo largo de la dirección radial R para definir un hueco 76 entre secciones concéntricas 60 contiguas. El hueco 76, en general, facilita el movimiento telescópico de las secciones concéntricas 60 durante el procedimiento de elevación de la estructura de torre 12. Además, el reborde inferior 62 y el reborde superior 66 se sitúan dentro del hueco 76.
[0037]De forma notable, el procedimiento de fabricación aditiva, en general, requiere un soporte vertical para cada capa de material aditivo depositado. Por lo tanto, cuando se imprimen características que sobresalen de la pared vertical de las secciones concéntricas 60, o al menos se extienden en un ángulo mayor de 45 grados, el dispositivo de impresión aditiva 40 requiere rasgos característicos para soportar el material depositado durante el procedimiento de construcción. A este respecto, se pretende que "rebordes" o "estructuras salientes" se refieran a partes impresas de secciones concéntricas que se extienden en el hueco 76 entre secciones contiguas en un ángulo que de otro modo no tendría soporte durante el procedimiento de fabricación aditiva (por ejemplo, un ángulo mayor de 45 grados).
[0038]De acuerdo con un modo de realización de ejemplo, la impresión de salientes tales como el reborde superior 66 dentro del hueco 76 puede incluir posicionar una estructura de soporte temporal dentro del hueco 76 para soportar el reborde superior 66. De acuerdo con modos de realización de ejemplo, la estructura de soporte temporal es una cámara inflable 78 que se puede llenar con un líquido o gas 80 para proporcionar un soporte vertical sobre el que se puede depositar material cementoso 28 hasta que se cure. Después de que el material cementoso 28 se cure o de otro modo solidifique lo suficiente como para soportarse por sí mismo, el gas o líquido 80 se puede liberar de la cámara inflable 78, desinflando, de este modo, la cámara inflable 78, que, a continuación, se puede retirar de la estructura de torre 12 por completo.
[0039]Aunque la FIG. 2 ilustra todas las secciones concéntricas 60 como se imprimen a partir de un único material, por ejemplo, hormigón, se debe apreciar que cada sección concéntrica 60 se puede imprimir usando cualquier material adecuado, incluso si es diferente de otras secciones. Además, cada sección concéntrica 60 puede tener cualquier perfil en sección transversal (por ejemplo, tomado a lo largo de una dirección axial A), perfil (por ejemplo, como se define a lo largo de la dirección axial A) y altura global (por ejemplo, medida a lo largo de la dirección vertical V) adecuados. Por ejemplo, en referencia, de nuevo, brevemente a la FIG. 1, la estructura de torre 12 se puede formar a partir de una pluralidad de secciones inferiores, por ejemplo, similares a las secciones concéntricas 60. Sin embargo, la estructura de torre 12 también puede incluir una o más secciones superiores, tales como la sección superior 82. De acuerdo con un modo de realización de ejemplo, la sección superior 82 de la estructura de torre 12 se puede formar a partir de un material diferente al de la sección concéntrica, por ejemplo, acero, y se puede configurar para soportar directamente la góndola 14. A este respecto, por ejemplo, la sección concéntrica 60 más interior se puede configurar para recibir la sección superior 82 antes de que se eleven las secciones concéntricas 60. Aunque se ilustra una única sección superior 82 encima de una pluralidad de secciones concéntricas 60, se debe apreciar que se puede usar cualquier número y combinación adecuados de secciones superiores 82 y secciones concéntricas 60 de acuerdo con modos de realización alternativos.
[0040]Como se ilustra en las FIGS. de 2 a 4, la estructura de torre 12 se construye a partir de una pluralidad de secciones concéntricas 60 que tienen un perfil en sección transversal circular, por ejemplo, secciones concéntricas 60 cilíndricas. Sin embargo, se debe apreciar que, usando las técnicas de impresión descritas en el presente documento, cada una de la pluralidad de secciones concéntricas puede tener cualquier forma en sección transversal adecuada que pueda ser consistente a lo largo de una altura de las secciones o que pueda variar según se necesite de acuerdo con la aplicación. A este respecto, como se muestra en el modo de realización de ejemplo de la FIG. 5, las secciones concéntricas 60 pueden tener una forma en sección transversal poligonal. De acuerdo con todavía otros modos de realización, las secciones concéntricas 60 pueden ser elípticas, ovaladas, cuadradas, en forma de lágrima, de perfil alar o cualquier otra forma adecuada.
[0041]Además, de acuerdo con todavía otro modo de realización, las secciones concéntricas 60 se pueden ahusar o variar en el área en sección transversal dependiendo de la posición vertical a lo largo de la sección concéntrica 60. Por ejemplo, puede ser deseable ahusar ligeramente una o más de la pluralidad de secciones concéntricas 60 de modo que sean más anchas en la parte inferior 64 que en la parte superior 68. Específicamente, como se ilustra en la FIG. 2, las secciones concéntricas 60 pueden definir una o más partes ahusadas 84, o partes que tengan cualquier otro perfil adecuado.
[0042]En referencia ahora a la FIG. 7, la estructura de torre 12 puede definir rasgos característicos de bloqueo para fijar las posiciones relativas de una sección concéntrica 60 interior y una sección concéntrica 60 exterior. Específicamente, como se ilustra, la sección concéntrica 60 interior define un reborde de bloqueo 86 que se extiende hacia afuera a lo largo de una dirección radial R desde una superficie radialmente exterior o pared radialmente exterior 22 de la sección 60 interior. Además, una sección concéntrica 60 exterior contigua define un rebajo alargado 88 que se extiende a lo largo de una dirección vertical o dirección axial A en una superficie radialmente interior o pared radialmente interior 24 de la sección 60 exterior. Específicamente, como se ilustra, la estructura de torre 12 puede definir una pluralidad de rebordes de bloqueo 86 y una pluralidad de rebajos alargados 88 correspondientes espaciados circunferencialmente (por ejemplo, alrededor de la dirección circunferencial C) alrededor de las respectivas secciones concéntricas 60. Por el contrario, de acuerdo con modos de realización alternativos, la sección concéntrica 60 exterior podría definir el reborde sobresaliente y la sección concéntrica 60 interior podría definir el rebajo alargado. En particular, estos rebordes sobresalientes no se necesitan extender a lo largo de una altura de la estructura de torre 12, sino que pueden estar presentes solo durante una distancia corta suficiente para portar la carga de peso impuesta. Además, los rebordes y rebajos pueden adoptar cualquier forma, número y configuración de acuerdo con modos de realización alternativos.
[0043]En particular, después de imprimir las secciones concéntricas 60, los rebordes de bloqueo 86 se sitúan dentro de los rebajos alargados 88 correspondientes. Además, durante el procedimiento de elevación, los rebordes de bloqueo 86 se deslizan dentro de los rebajos alargados 88. Sin embargo, después de que la sección interior se eleve fuera de la sección exterior, la sección interior se puede rotar de modo que el reborde de bloqueo 86 ya no esté alineada con el rebajo alargado 88. De esta manera, se evita que la sección interior se desmorone o se deslice hacia la sección exterior, simplificando, de este modo, el procedimiento de construcción y ensamblaje.
[0044]En referencia ahora a la FIG. 8, se ilustra un diagrama de bloques de un modo de realización del controlador 90 del dispositivo de impresión aditiva 40. Como se muestra, el controlador 90 puede incluir uno o más procesadores 92 y dispositivo(s) de memoria asociado(s) 94 configurados para realizar una variedad de funciones implementadas por ordenador (por ejemplo, realizar los procedimientos, etapas, cálculos y similares y almacenar datos pertinentes como se divulga en el presente documento). Adicionalmente, el controlador 90 también puede incluir un módulo de comunicaciones 96 para facilitar las comunicaciones entre el controlador 90 y los diversos componentes del dispositivo de impresión aditiva 40. Además, el módulo de comunicaciones 96 puede incluir una interfaz de sensor 98 (por ejemplo, uno o más convertidores de analógico a digital) para permitir que las señales transmitidas desde uno o más sensores o dispositivos de retroalimentación se conviertan en señales que se puedan entender y procesar por los procesadores 92. Se debe apreciar que estos sensores y dispositivos de retroalimentación se pueden acoplar en comunicación al módulo de comunicaciones 96 usando cualquier medio adecuado, por ejemplo, por medio de una conexión alámbrica o inalámbrica usando cualquier protocolo de comunicaciones inalámbricas adecuado conocido en la técnica.
[0045]Como se usa en el presente documento, el término "procesador" no solo se refiere a circuitos integrados a los que se hace referencia en la técnica como que se incluyen en un ordenador, sino que también se refiere a un controlador, un microcontrolador, un microordenador, un controlador de lógica programable (“programmable logic controller” o PLC), un circuito integrado específico de aplicación y otros circuitos programables. El procesador 92 también está configurado para calcular algoritmos de control avanzados y comunicarse con una variedad de protocolos basados en Ethernet o en serie (Modbus, OPC, CAN, etc.). Adicionalmente, el/los dispositivo(s) de memoria 94 puede(n) comprender, en general, elemento(s) de memoria que incluyen, pero sin limitarse a, un medio legible por ordenador (por ejemplo, una memoria de acceso aleatorio (“random access memory” o RAM)), un medio no volátil legible por ordenador (por ejemplo, una memoriaflash),un disquete, una memoria de solo lectura en disco compacto (“compact disc-read only memory” o CD-ROM), un disco magnetoóptico (“magnetooptical disk” o MOD), un disco versátil digital (“digital versatile disc” o DVD) y/u otros elementos de memoria adecuados. Dicho(s) dispositivo(s) de memoria 94 se puede(n) configurar, en general, para almacenar instrucciones legibles por ordenador adecuadas que, cuando se implementan por el/los procesador(es) 92, configuran el controlador 90 para realizar las diversas funciones como se describe en el presente documento.
[0046]Ahora que se ha presentado la construcción y configuración de la estructura de torre 12 y del dispositivo de impresión aditiva 40 de acuerdo con un modo de realización de ejemplo de la presente materia objeto, se proporciona un procedimiento de ejemplo 100 para fabricar una estructura de torre de una turbina eólica usando un dispositivo de impresión aditiva. El procedimiento 100 se puede usar para formar la estructura de torre 12 usando el dispositivo de impresión aditiva 40, o para formar cualquier otra torre o estructura alta de hormigón adecuada usando cualquier otro dispositivo de impresión aditiva adecuado. A este respecto, por ejemplo, el controlador 90 se puede configurar para implementar el procedimiento 100. Sin embargo, se debe apreciar que el procedimiento de ejemplo 100 se analiza en el presente documento solo para describir aspectos de ejemplo de la presente materia y no se pretende que sea limitante.
[0047]Como se muestra en la FIG. 9, el procedimiento 100 incluye, en la etapa 110, imprimir una pluralidad de secciones concéntricas de una estructura de torre de una turbina eólica. Específicamente, de acuerdo con modos de realización de ejemplo, el procedimiento de impresión se puede realizar por un dispositivo de impresión aditiva que puede depositar material cementoso o cualquier otro material adecuado para construir cada una de las secciones concéntricas desde cero, como se describe anteriormente. Como se ilustra mejor en la FIG. 2, las secciones concéntricas de la estructura de torre se pueden anidar una dentro de otra en una configuración telescópica comprimida o retraída y pueden incluir una variedad de rasgos característicos internos, tales como cables tensores, y/o rasgos característicos de soporte, tales como rebordes.
[0048]Se usan las etapas 120 y 130 para imprimir estructuras salientes o rebordes en una o más de las secciones concéntricas. Como se ilustra, la impresión de dichos salientes puede incluir, en la etapa 120, posicionar una estructura de soporte temporal dentro del hueco definido entre las secciones concéntricas contiguas, por ejemplo, para soportar el reborde superior mientras se imprime. De acuerdo con modos de realización de ejemplo, la estructura de soporte temporal es una cámara inflable que se puede llenar con un líquido o gas para proporcionar soporte vertical sobre el que se puede depositar material cementoso hasta que se cure o de otro modo solidifique. Además, la cámara inflable se podría usar para formar puertas u otros rasgos característicos en los que el material cementoso se extenderá o esparcirá, por último, sobre un espacio abierto dentro de la parte interior 26.
[0049]La etapa 130 incluye imprimir al menos un reborde (u otra estructura saliente) en la cámara inflable. La etapa 140 incluye curar la pluralidad de secciones concéntricas, incluyendo el saliente, por ejemplo, esperando hasta que el hormigón se haya solidificado. Una vez que se cura el mortero, el gas o líquido se puede liberar de la cámara en la etapa 150, desinflando, de este modo, la cámara inflable. A continuación, se puede retirar la cámara inflable de la estructura de torre de modo que los rebordes formados se puedan unir durante el procedimiento de elevación.
[0050]La etapa 160 incluye montar al menos una sección superior formada a partir de acero sobre una de la pluralidad de secciones concéntricas impresas en las etapas anteriores. Por ejemplo, una sección superior puede incluir una carcasa de acero cilíndrica que soporte la góndola 14 de la turbina eólica 10. En particular, al montar la sección superior antes de elevar las secciones concéntricas, se puede minimizar la altura de cualquier grúa usada para elevar la sección superior.
[0051]A continuación, la etapa 170 puede incluir elevar una sección interior de las secciones concéntricas para posicionar una parte inferior de la sección interior próxima a una parte superior de una sección exterior contigua de las secciones concéntricas, por ejemplo, como se muestra para las secciones concéntricas 60 interiores en la FIG. 2. A continuación, la etapa 180 incluye unir la sección interior de la pluralidad de secciones concéntricas a la sección exterior contigua, por ejemplo, usando una pluralidad de elementos de sujeción mecánicos pasados a través de orificios de perno definidos dentro de los rebordes. Este procedimiento se puede repetir hasta que todas las secciones concéntricas se hayan extendido y la estructura de torre esté en la posición completamente extendida.
[0052]La FIG. 9 representa un procedimiento de control de ejemplo que tiene etapas realizadas en un orden particular con propósitos de ilustración y análisis. Los expertos en la técnica, usando las divulgaciones proporcionadas en el presente documento, entenderán que las etapas de cualquiera de los procedimientos analizados en el presente documento se pueden adaptar, reorganizar, ampliar, omitir o modificar de diversas maneras sin desviarse del alcance de la presente divulgación. Además, aunque se explican aspectos de los procedimientos usando la estructura de torre 12 y el dispositivo de impresión aditiva 40 como ejemplo, se debe apreciar que estos procedimientos se pueden aplicar a la operación del dispositivo de impresión aditiva para formar cualquier estructura de torre adecuada.
[0053]Esta descripción por escrito usa ejemplos para divulgar la invención, incluyendo el mejor modo, y también para posibilitar que cualquier experto en la técnica ponga en práctica la invención, incluyendo fabricar y usar cualquier dispositivo o sistema y realizar cualquier procedimiento incorporado. El alcance patentable de la invención está definido por las reivindicaciones.
Claims (12)
1. Un procedimiento para fabricar una estructura de torre (12), comprendiendo el procedimiento:
imprimir, por medio de un dispositivo de impresión aditiva (40), una pluralidad de secciones concéntricas (60) de la estructura de torre (12) de la turbina eólica, en el que una sección interior de la pluralidad de secciones concéntricas (60) define un reborde de bloqueo (86) que se extiende hacia afuera a lo largo de una dirección radial desde una superficie radialmente exterior (22) y una sección exterior contigua de la pluralidad de secciones concéntricas (60) define un rebajo alargado (88) que se extiende a lo largo de una dirección vertical (V) en una superficie radialmente interior (24), situándose el reborde de bloqueo (86) dentro del rebajo alargado (88) después de imprimir;
elevar la sección interior de la pluralidad de secciones concéntricas (60) para posicionar una parte inferior (64) de la sección interior próxima a una parte superior de una sección exterior contigua de la pluralidad de secciones concéntricas (60), deslizando el reborde de bloqueo (86) dentro del rebajo alargado (88); rotar la sección interior de la pluralidad de secciones concéntricas (60) después de elevar la sección interior de modo que el reborde de bloqueo (86) ya no esté alineado con el rebajo alargado (88);
y unir la sección interior de la pluralidad de secciones concéntricas (60) a la sección exterior contigua de la pluralidad de secciones concéntricas (60).
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que se define un hueco (76) entre secciones contiguas de la pluralidad de secciones concéntricas (60), comprendiendo además el procedimiento:
posicionar una cámara inflable (78) dentro del hueco (76);
inflar la cámara inflable (78) llenando la cámara inflable (78) con un líquido o un gas;
imprimir, por medio de un dispositivo de impresión aditiva (40), al menos un reborde en la cámara inflable; y desinflar y retirar la cámara inflable (78) después de que el al menos un reborde se haya solidificado.
3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que al menos dos de la pluralidad de secciones concéntricas (60) se imprimen secuencialmente.
4. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que al menos dos de la pluralidad de secciones concéntricas (60) se imprimen simultáneamente.
5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que al menos una de la pluralidad de secciones concéntricas (60) es cilíndrica.
6. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que al menos una de la pluralidad de secciones concéntricas (60) tiene una sección transversal poligonal.
7. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que al menos una de la pluralidad de secciones concéntricas (60) está ahusada hacia una parte superior de la al menos una de la pluralidad de secciones concéntricas (60). 8. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además:
durante la impresión, incrustar uno o más cables tensores (30) al menos parcialmente dentro de una o más de la pluralidad de secciones concéntricas (60).
9. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la sección interior define una pluralidad de rebordes de bloqueo (86) espaciados circunferencialmente alrededor de la superficie radialmente exterior (22) de la sección interior y la sección exterior contigua define una pluralidad de rebajos alargados (88) correspondientes espaciados circunferencialmente alrededor de la superficie radialmente interior (24) de la sección exterior. 10. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además:
curar la pluralidad de secciones concéntricas (60) antes de elevar la sección interior de la pluralidad de secciones concéntricas (60).
11. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que al menos una de la pluralidad de secciones concéntricas (60) tiene un diámetro mayor de aproximadamente cinco (5) metros.
12. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la pluralidad de secciones concéntricas (60) son secciones concéntricas (60) inferiores de la estructura de torre (12), comprendiendo además el procedimiento: montar al menos una sección superior (82) sobre una de la pluralidad de secciones concéntricas (60); y extender la pluralidad de secciones inferiores después de montar la al menos una sección superior (82).
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