ITPR20070049A1 - TUBULAR TOWER AND CONSTRUCTION PROCEDURE - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione avente per TITOLO: DESCRIPTION of the invention having as TITLE:
“TORRE TUBOLARE E PROCEDIMENTO DI REALIZZAZIONE”, "TUBULAR TOWER AND CONSTRUCTION PROCESS",
La presente invenzione ha per oggetto una torre tubolare ed un relativo procedimento di realizzazione. In particolare si tratta preferibilmente di torre monotubolare interamente bullonata, di utilizzo in centrali eoliche come supporto di turbine eoliche con pale rotanti. Per tale motivo questo tipo di torre o palo è comunemente denominato “torre eolica”. The present invention relates to a tubular tower and a related manufacturing process. In particular, it is preferably a fully bolted monotubular tower, used in wind power plants as a support for wind turbines with rotating blades. For this reason this type of tower or pole is commonly referred to as a "wind tower".
Gli sforzi trasmessi dal generatore eolico collocato sulla sommità della torre, unitamente alla spinta del vento, impongono pesi e dimensioni della struttura (altezze, diametri, spessori,...) molto impegnative, e impongono la necessità di prefabbricare in officina componenti di dimensioni e peso ridotti che saranno successivamente assemblati, parte nella stessa officina, parte nel sito dove dovrà essere eretta. The efforts transmitted by the wind generator located on the top of the tower, together with the thrust of the wind, impose very demanding weights and dimensions of the structure (heights, diameters, thicknesses, ...), and impose the need to prefabricate in the workshop components of dimensions and reduced weight that will be subsequently assembled, partly in the same workshop, partly on the site where it will be erected.
In particolare, eventuali componenti di dimensioni eccessive rendono impossibile la prefabbricazione e il trasporto su mezzi ordinari, nonché la zincatura in vasche di dimensioni correnti e la movimentazione e l’assemblaggio in cantiere. In particular, any oversized components make prefabrication and transport on ordinary vehicles impossible, as well as galvanizing in tanks of current size and handling and assembly on site.
Poiché si tratta di torri di altezza compresa tra 30 e 100 metri, con diametri fino ad oltre 4 metri, è evidente la necessità sia di costruire la torre assemblando più strutture troncoconiche (tronchi) giuntate trasversalmente tra loro, sia la necessità di realizzare tali strutture a partire da due semigusci (o più porzioni tubolari per i diametri maggiori) assemblati tra loro nella direzione longitudinale. Since these are towers with a height between 30 and 100 meters, with diameters up to over 4 meters, it is evident the need both to build the tower by assembling several truncated cone structures (trunks) jointed transversely to each other, and the need to build such structures starting from two half-shells (or more tubular portions for larger diameters) assembled together in the longitudinal direction.
Sono noti pali e torri aventi dimensioni piuttosto contenute e quindi realizzate in tronchi monolitici saldati longitudinalmente direttamente in officina e successivamente assemblati in cantiere tramite giunti a sovrapposizione o flange saldate alle estremità. Poles and towers are known having rather small dimensions and therefore made of monolithic logs welded longitudinally directly in the workshop and subsequently assembled on site by overlapping joints or flanges welded at the ends.
Sono note torri eoliche in cui i vari tronchi sono fissati tra loro mediante flange saldate o, per dimensioni superiori, mediante utilizzo di piastre forate che uniscono i tronchi mediante bulloni. Per altro, in tutte le più attuali realizzazioni, il collegamento alle fondazioni avviene tramite elementi parzialmente o integralmente saldati. Tuttavia si tratta di soluzioni strutturali a prestazioni impegnative e limitative. Wind towers are known in which the various trunks are fixed to each other by means of welded flanges or, for larger dimensions, by using perforated plates which join the trunks by means of bolts. On the other hand, in all the most current constructions, the connection to the foundations takes place through elements that are partially or fully welded. However, these are structural solutions with demanding and limiting performances.
Le torri eoliche sono infatti soggette, a regime, ad oscillazioni e vibrazioni di entità e frequenza molto significative e pertanto risultano estremamente sensibili a fenomeni di “fatica”, che si manifestano particolarmente critici soprattutto in corrispondenza di saldature, ove la possibile presenza di “cricche” ne amplifica pericolosamente gli effetti. Critici risultano anche gli effetti flessionali fluttuanti, ad esempio in corrispondenza dei giunti a flange saldate. Inoltre la presenza di saldature comporta l’insorgere di tensioni concentrate causate dai ritiri e la possibile alterazione, nei loro intorno, del materiale base. Il tutto ad ulteriore decadimento della resistenza e della sicurezza della struttura in opera. Wind towers are in fact subject, in steady state, to oscillations and vibrations of very significant magnitude and frequency and therefore are extremely sensitive to "fatigue" phenomena, which are particularly critical especially in correspondence with welds, where the possible presence of "cracks" ”Dangerously amplifies its effects. Fluctuating flexural effects are also critical, for example at joints with welded flanges. Furthermore, the presence of welds involves the onset of concentrated stresses caused by shrinkage and the possible alteration of the base material around them. All this to further decay the strength and safety of the structure in place.
Metodi di realizzazione di torri eoliche sono descritti in EP 1681464 Al ed EP 1681461 Al. Methods of manufacturing wind towers are described in EP 1681464 A1 and EP 1681461 A1.
Scopo del presente trovato è quello di eliminare i suddetti inconvenienti e di rendere disponibile una torre eolica ed un procedimento per realizzarla che garantiscano una migliore funzionalità e resistenza della torre alle sollecitazioni, nonché un assemblaggio più agevole. The purpose of the present invention is to eliminate the aforementioned drawbacks and to make available a wind tower and a method for making it which ensure better functionality and resistance of the tower to stresses, as well as easier assembly.
Detti scopi sono pienamente raggiunti dalla torre oggetto del presente trovato e dalle relative procedure di realizzazione, che si caratterizzano per il contenuto delle rivendicazioni sotto riportate e prevedono accoppiamenti esclusivamente bullonati con assenza di saldature. Said purposes are fully achieved by the tower object of the present invention and by the related manufacturing procedures, which are characterized by the content of the claims reported below and provide exclusively bolted couplings with no welds.
Questa ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente evidenziate nella seguente descrizione di una preferita forma di realizzazione illustratala puro titolo esemplificativo e non limitativo, nelle unite tavole di disegno, in cui: This and other characteristics will be more clearly highlighted in the following description of a preferred embodiment illustrated, purely by way of non-limiting example, in the accompanying drawing tables, in which:
- la figura 1 illustra la torre in una vista frontale, senza la turbina sulla sommità; Figure 1 illustrates the tower in a front view, without the turbine on the top;
- la figura 2 illustra una lamiera piana forata prima della piegatura; - le figure 3a, 3b e 3c illustrano la lamiera piegata, rispettivamente in una vista frontale, in pianta e in una vista prospettica; figure 2 illustrates a flat sheet perforated before bending; - figures 3a, 3b and 3c show the folded sheet, respectively in a front view, in plan and in a perspective view;
- le figure 4a, 4b e 4c illustrano un tronco della torre, rispettivamente in una vista frontale, in pianta e in una vista prospettica; - figures 4a, 4b and 4c show a section of the tower, respectively in a front view, in plan and in a perspective view;
- le figure 5a, 5b e 5c illustrano gli “elementi di giunzione” dei tronchi, rispettivamente in una vista frontale, in pianta e in una vista laterale; - figures 5a, 5b and 5c illustrate the "joining elements" of the trunks, respectively in a front view, in plan and in a side view;
- le figure 6a, 6b illustrano un “elemento di giunzione” di sommità, rispettivamente in una vista frontale ed in una vista laterale sezionata; - le figure 7a, 7b illustrano “elementi di giunzione” intermedi rispettivamente in una vista frontale ed in una vista laterale sezionata; - le figure 8a, 8b illustrano un “elemento di giunzione” di base, rispettivamente in una vista laterale ed in una vista frontale; - figures 6a, 6b illustrate a top "junction element", respectively in a front view and in a sectioned side view; - figures 7a, 7b show intermediate "junction elements" respectively in a front view and in a sectional side view; - figures 8a, 8b illustrate a basic "junction element", respectively in a side view and in a front view;
- le figure da 9 a 13 illustrano le fasi di montaggio in cantiere; - Figures 9 to 13 illustrate the assembly phases on site;
- le figure 14 e 15 illustrano alcuni particolari degli elementi costituenti la torre. - figures 14 and 15 illustrate some details of the elements making up the tower.
Con riferimento alle figure, con 1 è stata complessivamente indicata una torre, ottenuta dall’assemblaggio dì una pluralità di tronchi 2 sovrapposti. With reference to the figures, 1 indicates a tower as a whole, obtained by assembling a plurality of superimposed trunks 2.
Ciascun tronco, conico a sezione esadecagonale (cioè con 16 iati) è ottenuto dall’assemblaggio di quattro settori 3, (illustrati nelle figure 3 a, 3b, 3c) con i lembi 4 laterali ripiegati verso l’intemo della torre. Each trunk, conical with a hexadecagonal section (i.e. with 16 hiatus) is obtained by assembling four sectors 3, (illustrated in figures 3 a, 3b, 3c) with the 4 side flaps folded towards the inside of the tower.
Il diametro del tronco può essere anche superiore a 4 metri e pertanto numerose operazioni di assemblaggio effettuate in cantiere sono eseguibili operando alPintemo del tronco. The diameter of the log can be even greater than 4 meters and therefore numerous assembly operations carried out on site can be carried out by operating on the inside of the log.
L’assemblaggio dei quattro settori (illustrato nelle figura 4a, 4b, 4c) è realizzato mediante bullonatura longitudinale dei lembi 4, ripiegati, fino a formare un corpo unico. Per la bullonatura si utilizzano fori 5 nei quali si inseriscono viti appropriate. The assembly of the four sectors (illustrated in Figure 4a, 4b, 4c) is carried out by longitudinal bolting of the flaps 4, folded, to form a single body. For bolting, holes 5 are used in which appropriate screws are inserted.
Alcune operazioni sono realizzate in cantiere, cioè sul posto ove viene eretta la torre, altre operazioni sono realizzate in officina, cioè nel luogo ove vengono predisposti i singoli elementi costituenti prima del trasporto in cantiere. Some operations are carried out on site, i.e. on the place where the tower is erected, other operations are carried out in the workshop, i.e. in the place where the individual constituent elements are prepared before transport to the site.
Per consentire, in un secondo tempo, la giunzione in cantiere dei tronchi 2, i settori 3 costituenti sono attrezzati con “elementi di giunzione” 6 premontati (bullonati) in officina alle estremità del settore sulla superficie interna della lamiera, in modo tale che in cantiere si possano collegare i corrispondenti “elementi di giunzione” mediante tiranti 7 ad alta resistenza serrati da dadi 8, ottenendo la giunzione tra i tronchi come illustrato nelle figure 7a e 7b. To allow, at a later stage, the joining of the sections 2 on site, the 3 constituent sectors are equipped with pre-assembled (bolted) "joining elements" 6 in the workshop at the ends of the sector on the internal surface of the sheet, so that in the corresponding "joint elements" can be connected by means of high resistance tie rods 7 tightened by nuts 8, obtaining the joint between the trunks as illustrated in figures 7a and 7b.
Anche “gli elementi di giunzione” destinati all’applicazione di una piastra di sommità 10 sono premontati all’ interno. The "junction elements" intended for the application of a top plate 10 are also pre-assembled inside.
Al contrario alla base della torre gli “elementi di giunzione” sono premontati, preferibilmente, sulla superficie esterna della lamiera per ottimizzare l’accoppiamento ai tirafondi 11 emergenti dalla fondazione, come illustrato nelle figure 8a e 8b. On the contrary, at the base of the tower the "junction elements" are pre-assembled, preferably, on the external surface of the sheet to optimize the coupling to the log bolts 11 emerging from the foundation, as illustrated in Figures 8a and 8b.
Gli elementi di giunzione 6 e i relativi tiranti 7 costituiscono dispositivi di giunzione. The joining elements 6 and the related tie rods 7 constitute joining devices.
II procedimento prevede normalmente le seguenti fasi: The procedure normally includes the following steps:
a) in officina: a) in the workshop:
- taglio della lamiera, normalmente in forma trapezoidale; - sheet metal cutting, usually in a trapezoidal shape;
- foratura della lamiera con ottenimento dei fori 5 e dei fori di estremità 9; - drilling of the sheet metal obtaining the holes 5 and the end holes 9;
-piegatura della lamiera per costituire un settore 3 di tronco 2 realizzando i lati del poligono costituente la sezione del settore (o le facce del poliedro); la fase di piegatura è piuttosto critica perché richiede la massima attenzione e precisione in quanto deve garantire che dopo la piegatura vi sia perfetta coincidenza tra i fori 5 nella fase di bullonatura longitudinale dei settori; -bending of the sheet metal to form a sector 3 of trunk 2 making the sides of the polygon constituting the section of the sector (or the faces of the polyhedron); the bending phase is rather critical because it requires the utmost attention and precision as it must ensure that after bending there is perfect coincidence between the holes 5 in the longitudinal bolting phase of the sectors;
- zincatura a caldo della lamiera piegata; - hot galvanizing of the bent sheet metal;
- zincatura a caldo degli “elementi di giunzione”; - hot galvanizing of the "junction elements";
- applicazione di “elementi di giunzione”, sulla superficie interna o esterna della lamiera come sopra descritto. - application of "joint elements" on the internal or external surface of the sheet as described above.
b) in cantiere: b) on site:
- predisposizione di una fondazione; - preparation of a foundation;
- assemblaggio dei settori di tronco (normalmente quattro) mediante bullonatura in modo da formare un tronco 2 a sezione poligonale preferibilmente con 16 ma, eventualmente, anche con un diverso numero di lati; - assembly of the trunk sectors (normally four) by bolting so as to form a polygonal section trunk 2 preferably with 16 but, optionally, also with a different number of sides;
- fissaggio del tronco di base a tirafondi della fondazione; - fixing the base section to foundation bolts;
- sovrapposizione, allineamento e giunzione superiore di ulteriori tronchi fino a completare la torre. - overlapping, aligning and upper joining of further logs until the tower is completed.
Gli “elementi di giunzione” potrebbero essere interni od esterni o sia interni che esterni, a seconda del tipo di realizzazioni ed in particolare a seconda del tipo di sollecitazioni che la torre è destinata a sopportare. Nella preferita forma di realizzazione illustrata essi sono tuttavia interni alla torre, tranne nel caso degli “elementi di giunzione” del tronco di base ai tirafondi. The "junction elements" could be internal or external or both internal and external, depending on the type of construction and in particular depending on the type of stresses that the tower is intended to withstand. In the preferred embodiment illustrated, however, they are internal to the tower, except in the case of the "junction elements" of the base section to the log bolts.
L’adozione degli “elementi di giunzione” descritti e del tirante di collegamento disposto sostanzialmente in direzione longitudinale parallela all’asse della torre (la conicità della struttura è infatti poco accentuata) costituisce uno dei principali elementi distintivi del presente trovato presentando, a confronto con le tecniche note, i seguenti vantaggi: The adoption of the "junction elements" described and of the connecting tie rod arranged substantially in the longitudinal direction parallel to the axis of the tower (the conicity of the structure is in fact not very accentuated) constitutes one of the main distinctive elements of the present invention presenting, in comparison with the known techniques, the following advantages:
- eliminazione degli effetti flessionali e delle saldature; - elimination of bending effects and welds;
- riduzione delle difficoltà di assemblaggio data la conformazione progettuale degli elementi di giunzione che consente un ampio recupero delle difettosità costruttive e degli eventuali disassamenti realizzati in fase di montaggio in cantiere, in virtù del particolare profilo della sede di inserimento del tirante, che non necessita di essere “a misura” ma anzi è utilmente realizzato lasciando un certo gioco per facilitare rinserimento del tirante e la corrispondenza tra i fori; - reduction of assembly difficulties due to the design conformation of the junction elements which allows a large recovery of construction defects and any misalignments made during assembly on site, by virtue of the particular profile of the insertion seat of the tie rod, which does not require be "made to measure" but rather it is usefully made leaving a certain clearance to facilitate re-insertion of the tie rod and the correspondence between the holes;
- maggior resistenza della torre a sollecitazioni di trazione. - greater resistance of the tower to traction stresses.
Nelle figure da 9 a 13, è stato schematizzato un possibile procedimento di assemblaggio della torre in cantiere che prevede: In figures 9 to 13, a possible procedure for assembling the tower on site has been schematised, which includes:
- predisposizione di prime cerniere 12 e di seconde cerniere 13 alle estremità dei lembi laterali 4 dei settori 3, come illustrato nelle figure 14 e 15; in particolare nella figura 15 sono indicati i fori 14 e 15 rispettivamente per il fissaggio delle prime cerniere e delle seconde cerniere; - provision of first hinges 12 and second hinges 13 at the ends of the side flaps 4 of the sectors 3, as illustrated in figures 14 and 15; in particular in figure 15 the holes 14 and 15 are indicated respectively for fixing the first hinges and the second hinges;
- accostamento di due settori 3; - juxtaposition of two sectors 3;
- aggancio di prime funi 16 alle prime cerniere 12 e ad un tra battello 17 agganciato ad una trave 18 appesa ad una gru; - hooking of first ropes 16 to the first hinges 12 and to a boat 17 hooked to a beam 18 hanging from a crane;
- aggancio di un’ulteriore fune 19 ad un paranco 20 e a fori presenti alle estremità dei lembi laterali dei settori da parte opposta rispetto alle cerniere 12 e 13; la gru ed il paranco costituiscono primi e secondi mezzi di sollevamento; - attachment of a further rope 19 to a hoist 20 and to holes present at the ends of the side flaps of the sectors on the opposite side with respect to the hinges 12 and 13; the crane and the hoist are first and second lifting means;
- manovra in contemporanea della gru e del paranco per portare i settori nella posizione indicata in tratteggio in figura 9 e adatta per la bullonatura; - simultaneous operation of the crane and of the hoist to bring the sectors into the position indicated by the dotted line in figure 9 and suitable for bolting;
- chiusura di bulloni sui fori liberi dei lembi laterali interni dei settori accostati; - closing of bolts on the free holes of the internal side flaps of the adjacent sectors;
- applicazione di un tirante 28 alle seconde cerniere 13 (fig. 10) per la correzione o la conservazione del diametro della sezione, ossia della distanza tra dette cerniere; - application of a tie rod 28 to the second hinges 13 (fig. 10) to correct or preserve the diameter of the section, ie the distance between said hinges;
- sollevamento della struttura precedentemente ottenuta ed appoggio in una culla guida 21 che può essere ad ampiezza regolabile mediante cavalletti laterali 23 mobili comprendenti elementi tubolari 24 a sezione quadrata ed elementi tubolari 25 a sezione circolare; - lifting the previously obtained structure and resting it in a guide cradle 21 which can be of adjustable width by means of movable side stands 23 comprising tubular elements 24 with a square section and tubular elements 25 with a circular section;
- distacco delle funi 16 e 19 e smontaggio delle prime cerniere 12; - chiusura dei bulloni sui fori lasciati liberi dalla fune 19 e su tutti i fori longitudinali; - detachment of the ropes 16 and 19 and disassembly of the first hinges 12; - closing of the bolts on the holes left free by the rope 19 and on all the longitudinal holes;
- sovrapposizione di un’altra struttura similare per formare un tronco, con eventuale centraggio delle due strutture tramite spintori/centratori 22; - overlapping of another similar structure to form a trunk, with possible centering of the two structures by means of pushers / centering devices 22;
- serraggio bulloni su tutta la lunghezza del tronco; - tightening bolts along the entire length of the log;
- disinserimento tiranti 28 e smontaggio seconde cerniere 13. - disengagement of tie rods 28 and disassembly of second hinges 13.
Per quanto riguarda la fase di sovrapposizione di un’altra struttura similare per formare un tronco, secondo quanto illustrato in figura 13 sono previste le fasi di: As regards the overlapping phase of another similar structure to form a trunk, according to what is illustrated in Figure 13, the following phases are envisaged:
- sollevamento ed estrazione della struttura dalla culla mediante una fune 26 e rotazione della struttura ( in tratteggio) mediante utilizzo dì una fune contrapposta 27; - lifting and extracting the structure from the cradle by means of a cable 26 and rotation of the structure (in broken lines) by using an opposing cable 27;
- discesa ed appoggio a terra; - descent and support on the ground;
- sollevamento, appoggio e bullonatura su un’altra struttura o semiguscio inferiore. Smontaggio cerniere provvisorie 12, 13 e disinserimento tiranti 28. - lifting, supporting and bolting on another structure or lower half-shell. Disassembly of provisional hinges 12, 13 and detachment of tie rods 28.
Secondo un’altra modalità realizzativa non illustrata è previsto l’accostamento di due culle con aggancio lungo un bordo longitudinale comune delle strutture in esse contenute in modo tale da consentire la rotazione di una struttura sull’altra in corrispondenza di tale bordo longitudinale. According to another construction method not illustrated, two cradles are combined with hooking along a common longitudinal edge of the structures contained therein in such a way as to allow the rotation of one structure on the other at this longitudinal edge.
Claims (14)
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2007
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