EQUIPO ELEVADOR PARA MANIPULAR UN COMPONENTE DE TURBINA EOLICA Y UN MÉTODO PARA MANIPULAR UN COMPONENTE DE TURBINA
EÓLICA
CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con un equipo elevador para la manipulación de un componente de una turbina eólica y un método para la manipulación de un componente de turbina eólica.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El transporte y la elevación de las diferentes secciones de una turbina eólica es siempre un reto y especialmente las torres eólica y los segmentos de torre son bastante difíciles de manipular. La forma y las dimensiones de las unidades varían de una unidad a otra, por ejemplo, debido a la forma cónica de las torres eólica. Usualmente los segmentos de torre de una turbina eólica se montan con equipo elevador en las bridas de las torres. La patente EP número EP-B 1 303 447 expone un ejemplo de un sistema conocido de elevación con la delineación de un aparato de sujeción para un segmento de la torre de turbina eólica. El aparato de sujeción puede ser sujetado al segmento de la torre en una cierta posición
sobre las bridas, con conexiones de tornillos a través de agujeros adaptados a las bridas. Los agujeros en el aparato de sujeción están arreglados de acuerdo a los agujeros en las bridas de la sección de la torre. Un problema con la solución de la patente anteriormente mencionada es que debido a que los puntos de sujeción son diferentes en los segmentos diferentes, se tienen que producir equipos de sujeción diferentes y únicos para utilizarse cuando se eleva una turbina eólica. Consecuentemente el proceso de elevación se prolongará y será más caro de lo necesario. Un objeto de la presente invención es describir un aparato de elevación sin esas desventajas y que especialmente no involucre las operaciones de cambio del equipo elevador durante la elevación de una turbina eólica.
SUMARIO DE LA INVENCION La invención aporta equipo elevador para la manipulación de componentes de turbina eólica con respecto a medios elevadores, el equipo elevador incluye: una estructura base con al menos un área de sujeción, y al menos dos puntos de sujeción para el componente de turbina eólica en donde al menos uno de los puntos de sujeción
está montados de manera ajustable en relación con la estructura de la base. Con esto se asegura que el equipo elevador pueda adaptarse y utilizarse con una pluralidad de diferentes componentes de turbina eólica, donde la distancia y el ángulo relativo entre los puntos de sujeción de los componentes varían. En un aspecto de la invención, el componente de la turbina eólica es un segmento de torre de turbina eólica. Con ello se asegura que un equipo elevador se pueda utilizar con cualquiera de los segmentos de torre incluyendo los segmentos inferiores con diámetros mayores y los segmentos superiores con diámetros más pequeños, por ejemplo, cuando se iza una torre de turbina eólica cónica. Además el mismo equipo elevador se puede utilizar cuando se manipulan diferentes segmentos durante la manufactura y el transporte . Los puntos preferidos de sujeción de los segmentos de torre de turbina eólica son los orificios de conexión en cualquier brida de los segmentos. En otro aspecto de la invención al menos uno de los puntos de sujeción comprende al menos un manguito con un orificio pasante, cuyo centro está desviado del centro del manguito, con el objeto de realizar un movimiento excéntrico dentro del área de un orificio en la estructura
de la base. Con esto se asegura que la distancia y el ángulo entre al menos dos puntos de sujeción del equipo elevador se puedan ajustar a las posiciones deseadas, es decir, el orificio del manguito se puede ubicar en la posición deseada dentro del orificio de la estructura de la base . En otro aspecto de la invención, la estructura de la base comprende al menos un orificio que le atraviesa, el área del orificio que le atraviesa en la estructura de la base es sustancialmente mayor que el área del orificio en al menos un manguito, por ejemplo, al menos dos veces en tamaño en relación con un orificio en uno de los manguitos. Con ello es posible lograr un alto grado de libertad para colocar un agujero del manguito en cualquier lugar dentro del área del orificio de la estructura de la base. En otro aspecto de la invención el número de magüitos es dos, primero y segundo manguitos, los cuales están parcial o totalmente integrados uno con otro o con la estructura de la base, por ejemplo, en áreas avellanas de la estructura de la base y el manguito, respectivamente. Al integrar los manguitos entre ellos se asegura una estabilidad mejorada. Adicionalmente, al crear medios de sujeción a través de los manguitos y la estructura de la base en áreas de integración es posible entrelazarlos uno con otro en una modalidad, por ejemplo, mientras se
transportan, posicionan, etc. En otro aspecto de la invención, el primer manguito se localiza en un área de depresión de la estructura de la base y un segundo manguito se localiza en un área hundida de la primera brida opuesta a la estructura de la base. Con esto se logra una estabilidad especialmente en una dirección perpendicular en relación con la unión del componente de la turbina eólica. En otro aspecto de la invención, el movimiento excéntrico entre los orificios de los dos manguitos y el movimiento excéntrico entre el orificio en el primer manguito y el orificio en- la estructura de la base permite un movimiento doblemente excéntrico del orificio en el segundo manguito en relación con la estructura de la base. Con ello se asegura que sea posible ubicar el orificio en el segundo manguito sobre cualquier posición deseada dentro del área del orificio en la estructura de la base, lo cual da una flexibilidad máxima al equipo elevador. En otro aspecto de la invención, el primer manguito comprende un orificio transversal con un diámetro mayor que el diámetro del orificio en el segundo manguito y la estructura de la base comprende un orificio transversal con un diámetro mayor que el diámetro en el orificio en el primer manguito. Con ello existe un agrupamiento ventajoso de la invención lograda.
En otro aspecto de la invención, al menos un punto adicional de unión comprende un puntal montado en relación con la estructura de la base. Con ello se asegura que el esfuerzo cortante entre el componente de la turbina eólica y el equipo elevador de la invención especialmente durante la elevación inicial se pueda manipular con una parte inmóvil de la herramienta de elevación. Adicionalmente cuando se posiciona el equipo elevador en su lugar de operación, por ejemplo, en una brida de una sección de torre de la turbina eólica, el direccionamiento del equipo elevador se desahoga al utilizar el puntal como clavija de guarda. En otro aspecto de la invención el puntal en relación con la estructura de la base se puede remplazar, por ejemplo, con un puntal con otro diámetro y/o longitud y/o forma ya sea triangular o circular. Con ello se asegura que un puntal elaborado óptimo se pueda usar y adaptar al equipo elevador de la invención dependiendo de, por ejemplo, la elaboración del punto de unión o del área de unión. En otro aspecto de la invención el equipo elevador incluye un área para la manipulación, tal como cuando se fija el equipo elevador a un componente de la torre eólica. Con esto se asegura que una grúa o algún medio similar de elevación se utilicen, por ejemplo, cuando
se ubica el equipo elevador de la invención en su localización de operación y entonces se asegura que los operadores no necesiten elevar manualmente el equipo hasta el lugar. En otro aspecto de la invención, la estructura de la base incluye un área para conectar los medios elevadores, por ejemplo, un orificio para unir el cable de la grúa y el anzuelo. Con ello se asegura que la grúa o un medio similar de elevación se utilice con ventaja después de ubicar el equipo elevador de la invención en su lugar de operación . La invención también aporta un método para la manipulación de un componente de turbina eólica, el método incluye los pasos de - unir equipo elevador de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 al componente de la turbina eólica . conectar los medios elevadores al equipo elevador, y - manipular el componente de la turbina eólica hasta la posición deseada. Con esto se logra un método ventajoso para utilizarse con el equipo elevador logrado.
breve descripción de las figuras La invención se
describirá en lo subsiguiente con referencia a las figuras en las cuales: la figura 1 ilustra una turbina eólica grande moderna como se ve de frente la figura 2a ilustra un equipo convencional de elevación unido a un segmento de torre de turbina eólica la figura 3 ilustra esquemáticamente una sección de un componente de turbina eólica la figura 4a ilustra una vista tridimensional de una modalidad de la herramienta universal de elevación de acuerdo a la invención, la figura 4b ilustra una primera vista lateral de una modalidad de la herramienta universal de elevación de acuerdo a la invención, la figura 4c ilustra una primera vista transversal de la sección de la herramienta universal de elevación de acuerdo a una modalidad de la invención, la figura 4d ilustra una segunda vista de una modalidad de la herramienta universal de elevación de acuerdo a una modalidad de la invención, la figura 5 ilustra una segunda vista transversal de sección de la herramienta universal de elevación de acuerdo a una modalidad de la invención, la figura 6a ilustra esquemáticamente una vista tridimensional de una modalidad preferida de la herramienta
universal de elevación de la invención de acuerdo a la presente invención, la figura 6b ilustra esquemáticamente una primera vista lateral de una modalidad preferida de la invención, la figura 6c ilustra esquemáticamente una segunda vista de una modalidad preferida de la invención, la figura 7a ilustra esquemáticamente la herramienta de elevación universal de la invención cuando está unida a un segmento de torre de turbina eólica con un primer radio, la figura 7b ilustra esquemáticamente la herramienta universal de elevación de acuerdo a la invención cuando está unida al segmento de la torre de turbina eólica con un segundo radio, la figura 8 ilustra esquemáticamente una vista explorada de una modalidad preferida de la presente invención unida a un segmento de turbina eólica, y la figura 9 ilustra esquemáticamente una vista de una modalidad preferida de la presente invención unida y levantando un segmento de torre de turbina eólica.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La figura 1 ilustra una turbina eólica modesta 1, que incluye una torre 2 y una góndola de turbina eólica 4 colocada sobre la parte superior de la torre 2. La torre 2
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está construida de varios segmentos de torre 3. El rotor de la turbina eólica 5, que comprende tres aspas de turbina 6, está conectado a la góndola 4 a través del árbol que se extiende hasta la góndola frontal 4. La figura 2a ilustra esquemáticamente un segmento de torre 3 con bridas 7. Las bridas están construidas con un numero de orificios espaciados en forma prácticamente uniforme o puntos de conexión 8 alrededor de su linea central que se utiliza para asir los segmentos de torre 3 cuando se yergue la torre 2. Además para utilizarse con el propósito de unir los segmentos de la torre uno con otro, los puntos de conexión 8 se utilizan con frecuencia como puntos de unión para la herramienta de elevación 9 durante la manufactura, transporte e instalación. Como un ejemplo cuando se yergue una torre de turbina eólica 2, la herramienta elevadora 9 se puede unir, por ejemplo, a los puntos 2, 4 u 8 distribuidos alrededor de la brida 7. Durante la instalación y erección de una torre eólica 2, la pluralidad de diferentes segmentos de torre 3 debe colocarse uno sobre otro o sobre los cimientos, y asegurarse de manera fija a los puntos de unión. El proceso para erguir una torre de turbina eólica incluye pasos de: - unir la herramienta de elevación 9, 12 a uno
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o más puntos alrededor de la brida 7, unir los medios elevadores a la herramienta de elevación 9, 12, una primera secuencia de elevación de la sección de torre 3 desde el suelo. En esta secuencia las fuerzas que actúan entre la sección de la torre 3 y la herramienta de elevación 9, 12 cambian de ser primordialmente esfuerzos cortantes (cuando la sección de torre 3 está sustancialmente en posición horizontal), a primordialmente fuerzas de tensión (cuando la sección de torre 3 está libre, no en el piso, y se encuentra esencialmente en posición vertical) , una segunda secuencia de posicionamiento de la sección de torre 3 a su posición de instalación en la parte superior de un cimiento u otra sección de torre 3, y una tercera secuencia de ataque y aseguramiento de la sección de torre 3. La figura 2b ilustra una vista de despiece de una modalidad la técnica anterior de una herramienta convencional de elevación 9 conectada a los puntos de unión 8 durante, por ejemplo, la instalación. La herramienta de elevación incluye una estructura de base que incluye un ojal para el propósito de unir, por ejemplo, un grillete 23 conectado a los medios elevadores (por ejemplo una grúa) con el alambre 11.
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Durante la elevación los pernos pinza 19 están expuestos a fuerzas gravitatorias verticales de la torre mediante el esfuerzo cortante y la tensión, y deben dimensionarse para adaptarse a ellos. La figura 3 ilustra el origen de un problema con la técnica anterior. Dependiendo de la construcción, por ejemplo, las bridas 7 del segmento de torre de turbina eólica 3, la distancia i entre los puntos de unión 8 y el ángulo a respecto a la horizontal pueden variar. Esto significa que la herramienta de elevación con los puntos de unión fijos sólo puede asirse a un componente con puntos de unión distribuidos en una forma similar. Por ejemplo, las puntas de segmentos de torre de turbina eólica pueden tener radio diferente y pueden tener un número variable de puntos de unión, í y a pueden variar en relación con los diferentes segmentos de torre. Para el propósito de la elevación, se puede requerir una variedad de arreglos de equipo elevador para cada sección de torre. La figura 4a ilustra la vista tridimensional de una herramienta universal de elevación 12 de acuerdo a una modalidad de la presente invención. Para esta modalidad la herramienta universal de elevación 12 incluye una placa base 13, una placa de elevación 14 y dos placas laterales 15 que en total constituyen una estructura de base para la herramienta
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universal de elevación de la invención. La placa de elevación 14 incluye un ojal 21 para la unión de los medios elevadores de la torre, por ejemplo, con un grillete 23. Una de las placas laterales 15 incluye un ojal 22 para la unión de los medios elevadores de la herramienta que se utilizan cuando la herramienta universal de elevación de la invención 12 va a ser maniobrada a su posición de operación. En una modalidad la herramienta universal de elevación de la invención 12 se fija a tres puntos de unión, por ejemplo, 8 en una brida 7 de una sección de torre de turbina eólica 3. Un punto medio de unión incluye un puntal 19 que penetra la placa base 13 y está sujeta a la placa base, por ejemplo con dos tornillos 20. El puntal se puede remplazar dependiendo del diámetro de los puntos de conexión 8 y puede ser, por ejemplo, de 30 mm, 36 mm, 42 mm o 48 mm de diámetro . La figura 4b ilustra una primera vista lateral de la herramienta universal de elevación de la invención de acuerdo con una modalidad e ilustra el puntal 19 que penetra la placa base 13. Una función del puntal 19 es soportar los esfuerzos cortantes entre la herramienta universal de
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elevación 12 y las bridas 7 durante la primera secuencia de elevación del proceso de erguido de una torre de turbina eólica 2. La figura 4a ilustra además dos puntos de conexión distales de esta modalidad 12, cada uno incluye los manguitos 16, 17 y un buje 18 localizados uno sobre otro . Se forma un primer manguito 16 con un orificio sustancialmente circular 25 desviado del punto central del manguito 16. El primer manguito 16 puede rotar alrededor de su punto central como se indica por las flechas punteadas. Un segundo manguito 17 también se forma con un orificio circular 26 dentro del cual se ajusta el buje 18. El centro del orificio 26 está desviado del punto central del segundo manguito 17. El segundo manguito puede rotar alrededor de su punto central como se indica por las flechas punteadas. El diámetro del orificio 25 en el manguito 16 excede el diámetro del orificio 26 en el segundo manguito 17. Para la modalidad descrita en la invención la placa base 13 se forma con un orificio circular 24 para cada punto distal de sujeción (mostrado en la figura 5) . El diámetro del orificio 24 excede el diámetro del orificio 25 del segundo manguito 16.
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Al colocar el primer manguito 16 y el segundo 17 sobre la placa base 13 como se ilustra en la figura 4a, y posteriormente rotarlos uno en relación con el otro, es posible llevar el orificio 26 en el segundo manguito 17 a la posición dentro del área del orificio 24 en la placa base 13 como se desee con resultado positivo, tal que la distancia i y el ángulo a relativo al punto de sujeción fijo que posee el buje 19, se puede cambiar según se requiera . Con ello se logra que un equipo elevador 12 se pueda adaptar a los puntos de conexión 8 de cualquier sección de torre 3 a pesar del ángulo a y la distancia í entre los puntos 8. Esto se encuentra mejor ilustrado en la figura 4c donde se muestra una vista de despiece del punto de unión 16b-18b, 13 y una modalidad de la herramienta de elevación 12. Se ilustra que los orificios 25, 26 en el primero y segundo manguitos 16b, 17b respectivamente están desviados de sus lineas centrales el, c2 y aquéllas dependientes de la rotación de los manguitos 16b, 17b en relación con la estructura de base 13, el orificio 26 en el segundo manguito 17 puede llevarse a la posición dentro del área del orificio 24. La figura 4d ilustra una segunda vista lateral de una modalidad del equipo elevador de la invención. Se
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ilustra que el ángulo entre la placa de elevación 14 y la placa base 13 puede ser diferente de 90 grados. La figura 5 ilustra una vista de sección transversal del equipo elevador de la invención que incluye una placa base 13, un primer manguito 16, un segundo manguito 17 y un buje 18. En una modalidad, el primer manguito 16 puede ser convexo y ajustarse a la placa base 13. Para esta modalidad un tornillo de punta 28 se utiliza con el propósito de mantener el segundo manguito 16 en posición durante el manejo del equipo elevador. En otra modalidad, el segundo manguito 17 puede contra-avellanado y ajustado en el primer manguito 16. Para esa modalidad, se usa un tornillo de punta 28 para mantener al segundo manguito 17 posicionado durante las maniobras del equipo elevador. Las figuras 6a, 6b y 6c ilustran diferentes vistas de una modalidad preferida de la herramienta universal de elevación de la invención. Como se ilustra en la figura 6a para esta modalidad preferida, la herramienta de elevación universal 12 incluye una placa base 13 que constituye una estructura de base y un ojal 21 para asir los medios elevadores de la torre . La figura 6a también ilustra dos puntos de
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conexión de la modalidad preferida 12, cada uno incluye los manguitos 16, 17 y un buje 18 localizados uno sobre otro. Este ejemplo de una modalidad preferidas se asirá a tres puntos de sujeción, por ejemplo, 8 de una brida 7 de una sección de torre de turbina eólica 3. Un punto de sujeción medio (no se ilustra en la figura 6a) incluye un puntal 19 fijado a la placa base 13. Para varias modalidades el puntal puede remplazarse dependiendo del diámetro de los puntos de conexión 8 y puede ser, por ejemplo, de 30 mm, 36 mm, 42 mm o 48 mm de diámetro . Además se forma un primer manguito 16 con un orificio sustancialmente circular 25 (no se ilustra en la figura 6a) desviado del punto central del primer manguito 16. El primer manguito 16 puede rotar alrededor de su punto central como se ilustra con las flechas punteadas. Un segundo manguito 17 también se forma con un orificio circular 26 (no se ilustra en la figura 6a) dentro del cual se ajusta el buje 18. El centro del orifico 26 está desviado del punto central del segundo manguito 17. El segundo manguito puede rotar alrededor de su punto central como se indica con las flechas punteadas. El diámetro del orificio 25 en el primer manguito 16 excede el diámetro del orificio 26 en el segundo manguito 17.
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Al colocar los manguitos primero 16 y segundo 17 en la placa base 13 como se ilustra en la figura 6a, y posteriormente rotarlos uno en relación con el otro, es posible llevar el orificio 26 en el segundo manguito 17 a la posición dentro del área de orificio 24 en la placa base 13 como se ha deseado con resultado positivo, tal que la distancia í y el ángulo a relativo al punto de sujeción fijo poseído por el puntal 19, se cambie según se requiera. Con ello se logra que un equipo elevador 12 se pueda adaptar a los puntos de conexión 8 de cualquier sección de torre 3 a pesar del ángulo a y la distancia í entre los puntos 8. Para una modalidad preferida, el ojal 21 se construye de tal forma que penetre la placa base 13 permite a los medios elevadores de torre, que incluyen uno o más alambres, pasar a través del ojal 21. Esto se ilustra mejor en la figura 8. Las rutas de entrada/salida del ojal 21 están curvas y en tal ángulo que minimizan la tensión en los alambres y la placa base 13. Para varias modalidades preferidas, las porciones de las rutas de entrada/salida del ojal 21 son partes giratorias 27 y que pueden seguir cualquier variación del ángulo que ocurra, por ejemplo, cuando un segmento de torre en posición horizontal se eleva a posición vertical.
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La figura 6b ilustra una primer vista lateral de una modalidad preferida de la invención que incluye un puntal 19. La figura 6c ilustra una segunda vista de una modalidad preferida de la invención. Las figuras 7a y 7b ilustran esquemáticamente una modalidad de la herramienta elevadora universal de la invención 12 unida a las bridas 7 de secciones de torre de la turbina eólica 3 con dos diámetros diferentes. La figura 7a ilustra una ubicación preferida de los dos manguitos 16 y 17 para una brida 7 con un primer radio rl. La figura 7b ilustra una ubicación preferida de dos manguitos excéntricos 16 y 17 para una brida 7 con un segundo radio r2 (por ejemplo, rl > r2 ) . La figura 8 ilustra esquemáticamente una modalidad preferida de la herramienta universal elevadora de la invención 12 fija a las bridas 7 de una sección de torre de turbina eólica 3 y con el alambre de elevación 11 asido . La figura 9 ilustra esquemáticamente las herramientas universales elevadoras 12 asidas al segmento de torre de turbina eólica 3 cuando se eleva sustancialmente el segmento en posición prácticamente vertical .
Lis a 1. Turbina eólica 2. Torre 3. Segmentos de torre 4. Góndola 5. Rotor 6. Cuchilla 7. Brida de una sección de torre 8. Punto de sujeción en la brida 9. Punto de elevación convencional 10. Perno pinza 11. Alambre de elevación 12. Herramienta elevadora universal 13. Placa base 14. Placa elevación 15. Placa lateral 16. Primer manguito 17. Segundo manguito 18. Buje 19. Puntal 20. Tornillo 21. Ojal para los medios elevadores de la torre 22. Ojal para los medios elevadores de la herramienta
23. Grillete 24. Orificio en la placa base
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25. Orificio en el primer manguito 26. Orificio en el segundo manguito 27. Parte giratoria del ojal 28. Tornillo con punta
rl radio de la primer brida de la sección de la torre r2 radio de la segunda brida de la sección de la torre el centro del primer manguito c2 centro del segundo manguito
Distancia entre los puntos de sujeción Ángulo relativo a la horizontal