WO2010084210A1 - Procedimiento de reparacion de cimentaciones de aerogeneradores - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a pathology analysis system and repair of wind turbine foundations, with which a more effective and lasting result of what is currently known is achieved, prolonging the useful life of the wind turbine.
  • the present invention proposes an effective procedure and specifically dedicated to the function in question, which results in a repair system of the foundation of wind turbines of simple execution, with low cost and technically appreciable results.
  • the characteristics of this system offer the state of the art a novel, simple, simple and highly economical implementation compared to other traditional alternatives such as it can be the replacement of the affected foundations or the trimming with perimeter beams of reinforced concrete.
  • the known models are based on the execution of strongly reinforced circular beams that act as foundations of the foundations, also circular and of reinforced concrete affected, prone to deterioration by the vibration and oscillation of the shaft, the cracking of the reinforced concrete is treated by pouring or injection of very fluid resins at low pressure, which achieve, at best, a mere surface seal.
  • This procedure fails to solve the problem, since it is not very durable and does not monolithize the interior of the wind turbine base.
  • the cost of this usual procedure is very high.
  • the present invention provides the state of the art with novel, simple, fast and easy execution solutions, which result in the following advantages:
  • the cracking of reinforced concrete is treated by means that inject in all cracks, interior and exterior, synthetic, inert and elastic materials, which do not have aging, so that the longevity of the base is significantly longer than with the usual procedures.
  • This procedure manages to solve the problem, since it is very durable and monolithizes the interior of the wind turbine base.
  • the cost of this procedure is less than the usual procedures given its simplicity, speed and durability. Its execution is very fast, so the downtime of the operation is minimal, thus making the exploitation more profitable.
  • the foundations repaired by the proposed procedure reduces up to 98% the movement of the shafts of their original sites.
  • Second stage Perforations are made in the concrete until the lower steel flange of the shaft embedded in the concrete is reached. Other perforations are also made that interest the radial cracks of the foundation.
  • a belt is dimensioned that surrounds the entire base in order to constrict the concrete mass to prevent it from opening, as a consequence of the tractions produced by the movement of the shaft of the wind turbine, of suitable measures, manufactured with steel plate or carbon fiber laminate, which has attached at one end, a first plate that is fixed to the concrete, by means of epoxy adhesive and mechanical anchor and the other end of the strip also a second plate, without fixing to the concrete, which allows the displacement and testing of the material.
  • Both plates are made of steel and have a hook for a hydraulic jack, which pulls the free end of the belt until it gives the tension recommended by the calculations.
  • the cat pulls the second plate with the force obtained from the calculations, until it is taken to its correct place. At that time, high resistance threaded bars are placed between the two plates, and the cat can be removed. Finally we proceed to the mechanical anchoring of this end to the concrete, by means of tacos and thymes. In this way, a test is achieved on the foundation that compensates for the tractions that give rise to failures and damages.
  • the product obtained by the proposed procedure is constituted by a base that supports the shaft of a wind turbine that after suffering deterioration due to oscillations of the shaft of the wind turbine is repaired and reinforced by drilling in the concrete until reaching the lower steel flange of the shaft embedded in the concrete and also interested in the radial cracks of the foundation. Injecting high or medium viscosity resin with pressures up to 600 Kg / cm2, covering the mouths of the perforations with shutters provided with ball keys.
  • Figure 1 Concrete base and shaft Figure 2.-Detail of perforations and cracks
  • a preferred embodiment of the proposed invention is constituted from the following stages:
  • a mathematical calculation based on the principles is carried out of the flat elasticity, which represents the tensional behavior of the foundation when it is subjected to the loads and project actions depending on the movements suffered in the base (1) of the wind turbine caused by the tensions supported by the shaft (2), Likewise, the state of the concrete, the cracks produced (6) and their location are analyzed, which leads to an assessment of the damage.
  • perforations (3) are made in the concrete until the lower steel flange (4) of the shaft (2) embedded in the concrete is reached. Other perforations (5) that interest radial cracks (6) of the foundation are also made.
  • the seals (3 and 5) are placed outside the seals (7) made up of steel tubes that press into the perforation, inside which rubber sleeves are attached, which by means of a set of nuts and washers originate, when tightening the nuts, a radial expansion that closes the holes hermetically, finishing its placement by means of a ball wrench, whereby high or medium viscosity resins are injected at pressures up to 600 K / cm2, This injection is intended to fill all the gaps, cracks and cracks that have occurred, as well as regenerate the fractured concrete. During this injection process the possible movements of the shaft (2) and the wind turbine ferrule are controlled.
  • a belt (8) is dimensioned that surrounds the entire base (1) in order to constrict the concrete mass to prevent it from opening, such as consequence of the tractions produced by the movement of the shaft (2) of the wind turbine, of suitable measures, made of steel plate, which has attached at one end, a first plate (9) that is fixed to the concrete, using epoxy adhesive and anchor mechanical and the other end of the belt (8) also couples a second plate (10), without fixing to the concrete, which allows the displacement and testing of the material.
  • Both plates (9 and 10) are made of steel and have a hook for a hydraulic jack (11), which pulls the free end of the belt (8) until the tension recommended by the calculations is given.

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Abstract

Constituido por una primera etapa en la que se efectúa un análisis de desperfectos: Una segunda etapa donde se realizan perforaciones hasta alcanzar la brida de acero inferior del fuste y que interesan las fisuras radiales de la cimentación. Una tercera etapa en la que se colocan unos obturadores en la boca de las perforaciones y se procede a la inyección de resina de alta o media viscosidad y una cuarta etapa en la que se coloca una faja de acero tensada por un gato y fijada mediante barras roscadas de alta resistencia.

Description

PROCEDIMIENTO DE REPARACIÓN DE CIMENTACIONES DE AEROGENERADORES.
La presente invención se refiere a un sistema de análisis de patologías y reparación de cimentaciones de aerogeneradores, con Ia que se consigue un resultado más efectivo y duradero de Io que actualmente se conoce, prolongado Ia vida útil del aerogenerador.
El crecimiento mundial del número y tamaño de los aerogeneradores ha originado que se construyan e instalen turbinas cada vez más altas y pesadas que requieren importantes bases de cimentación de hormigón armado. El crecimiento está siendo tan rápido que no se ha podido ratificar con experimentos reales Ia validez de las hipótesis de diseño de estas cimentaciones, antes de seguir construyendo más. La consecuencia es que en estos momentos se empieza a comprobar que los movimientos de los fustes de las turbinas, como consecuencia de Ia presión del viento, son en muchos casos, muy superiores a los admisibles, provocando desperfectos en el hormigón de las cimentaciones.
La presente invención propone un procedimiento efectivo y específicamente dedicado a Ia función en cuestión, que de lugar a un sistema de reparación de Ia cimentación de aerogeneradores de sencilla ejecución, con bajo coste y resultados técnicamente apreciables. Las características de este sistema ofrecen al estado de Ia técnica una realización novedosa, simple, sencilla y de ejecución altamente económica frente a otras alternativas tradicionales como puede ser Ia reposición de las cimentaciones afectadas o el zunchado con vigas perimetrales de hormigón armado.
Tiene su campo de aplicación dentro de Ia industria de Ia construcción y singularmente en el marco de Ia industria auxiliar de mantenimiento de grandes estructuras, más concretamente en Ia reparación y rehabilitación de estructuras de hormigón en masa o armado.
No se conoce en este sector de Ia industria ningún procedimiento ni dispositivo con aplicación directa para resolver de una forma específica Ia problemática que soluciona Ia presente invención. Así Ia carencia de un sistema que aporte al estado de Ia técnica las novedosas soluciones propuestas, presenta ante esta invención los siguientes inconvenientes:
Los modelos conocidos están basados en Ia ejecución de unas vigas circulares fuertemente armadas que actúan de zunchos de las cimentaciones, también circulares y de hormigón armado afectadas, propensas al deterioro por Ia vibración y oscilación del fuste, Ia fisuración del hormigón armado se viene tratando por vertido o inyección de resinas muy fluidas a baja presión, que consiguen, en el mejor de los casos, un mero sellado superficial. Este procedimiento no consigue solucionar el problema, ya que es poco duradero y no monolitiza el interior de Ia base del aerogenerador. El coste de este procedimiento habitual es muy elevado. El empleo del hormigón en Ia reparación de Ia viga de zunchado obliga a mantener el aerogenerador parado durante muchos días, Io que representa un lucro cesante en Ia explotación, inasumible por Ia empresa explotadora de las turbinas.
Frente a los inconvenientes descritos, Ia presente invención aporta al estado de Ia técnica unas soluciones novedosas, sencillas, rápidas y de fácil ejecución, que dan como resultado las siguientes ventajas:
La fisuración del hormigón armado se trata mediante medios que inyectan en todas las fisuras, interiores y exteriores, materiales sintéticos, inertes y elásticos, que no tienen envejecimiento por Io que Ia longevidad de Ia base se prolonga significativamente más que con los procedimientos habituales. Este procedimiento consigue solucionar el problema, ya que es muy duradero y monolitiza el interior de Ia base del aerogenerador. El coste de este procedimiento es menor que los procedimientos habituales dada su sencillez, rapidez y durabilidad. Su ejecución es muy rápida, por Io que el tiempo de parada de Ia explotación es mínimo, haciendo así más rentable Ia explotación. Las cimentaciones reparadas por el procedimiento propuesto reduce hasta un 98 % el movimiento de los fustes de sus emplazamientos originales.
Todos estos elementos conjugados dan lugar a un resultado final en el que se aportan características diferenciadoras significativas frente al estado de Ia técnica actual. Así, el procedimiento propuesto por Ia presente invención se constituye a partir de las cuatro etapas siguientes:
Primera etapa: Análisis matemático de calculo basado en los principios de Ia elasticidad plana, que representa el comportamiento tensional de Ia cimentación cuando se Ie somete a las cargas y acciones de proyecto en función de los movimientos sufridos en Ia base del aerogenerador provocados por las tensiones soportadas por el fuste, así mismo se analiza el estado del hormigón, las fisuras producidas y Ia ubicación de éstas, Io que lleva a una valoración de los desperfectos.
Segunda etapa: Se realizan perforaciones en el hormigón hasta alcanzar Ia brida de acero inferior del fuste embebido en el hormigón. También se realizan otras perforaciones que interesan las fisuras radiales de Ia cimentación. Tercera etapa: En el exterior de las perforaciones se colocan unos obturadores constituidos por tubos de acero que entran a presión en Ia perforación, en cuyo interior están acoplados unos manguitos de caucho, que mediante un juego de tuercas y arandelas originan, al apretar las tuercas, una expansión radial que cierran los taladros de forma hermética, finalizando su colocación mediante una llave de bola, por donde se procede a inyectar resinas de alta o media viscosidad a presiones de hasta 600 K/cm2, Esta inyección tiene por objeto rellenar todos los huecos, grietas y fisuras que se hayan producido, así como regenerar el hormigón fracturado. Durante este proceso de inyección se controlan los posibles movimientos del fuste y de Ia virola del aerogenerador.
Cuarta etapa: Una vez consolidado el hormigón se realizan unos cálculos estructurales para determinar el valor de Ia fuerza de tesado necesaria en función de los movimientos detectados en el aerogenerador, geometría de Ia cimentación en el pedestal, virola y zapata y las cargas transmitidas por el aerogenerador a su cimiento. Conocido el valor de las presiones necesarias a transmitir entre el zuncho activo y el pedestal se dimensiona una faja que rodea toda Ia base con el objeto de constreñir al macizo de hormigón para evitar que se abra, como consecuencia de las tracciones que produce el movimiento del fuste del aerogenerador, de medidas adecuadas, fabricado con pletina de acero o laminado de fibra de carbono, que tiene acoplada en un extremo, una primera placa que se fija al hormigón, mediante adhesivo epoxi y anclaje mecánico y el otro extremo de Ia faja acopla también una segunda placa, sin fijar al hormigón, que permite el desplazamiento y tesado del material. Ambas placas están fabricadas en acero y cuentan con enganche para un gato hidráulico, el cual tira del extremo libre de Ia faja hasta darle Ia tensión que recomiendan los cálculos. El gato tira de Ia segunda placa con Ia fuerza obtenida de los cálculos, hasta llevarla a su sitio correcto. En ese momento, entre ambas placas se colocan unas barras roscadas de alta resistencia, pudiendo procederse a retirar el gato. Finalmente se procede al anclado mecánico de este extremo al hormigón, mediante tacos y tomillos. De esta forma se logra un tesado sobre Ia cimentación que compensa las tracciones que dan lugar a los fallos y desperfectos.
El producto conseguido por el procedimiento propuesto está constituido por una base que sostiene el fuste de un aerogenerador que después de sufrir un deterioro debido a las oscilaciones del fuste del aerogenerador queda reparada y reforzada mediante perforaciones en el hormigón hasta alcanzar Ia brida de acero inferior del fuste embebido en el hormigón y que también interesan las fisuras radiales de Ia cimentación. Inyectando resina de alta o media viscosidad con presiones de hasta 600 Kg/cm2, tapando las bocas de las perforaciones con obturadores provistos de llaves de bolas. Una vez consolidado el hormigón y después de realizar unos cálculos estructurales para determinar el valor de Ia fuerza de tesado necesaria en función de los movimientos detectados en el aerogenerador, geometría de Ia cimentación en el pedestal, virola y zapata y las cargas transmitidas por el aerogenerador a su cimiento se dimensiona una faja que rodea toda Ia base con el objeto de constreñir al macizo de hormigón para evitar que se abra, de medidas adecuadas, fabricado con pletina de acero o laminado de fibra de carbono, consiguiendo así un tesado sobre Ia cimentación que compensa las tracciones que dan lugar a los fallos y desperfectos. Para una mejor comprensión de esta memoria descriptiva se acompañan unos dibujos que a modo de ejemplo no limitativo, describen una realización preferida de Ia invención:
Figura 1.- Base de hormigón y fuste Figura 2.-Detalle de perforaciones y fisuras
Figura 3.- Faja exterior Figura 4.- Placas tensoras
En dichas figuras se destacan los siguientes elementos numerados; 1.- Base del aerogenerador
2.- Fuste
3.- Perforaciones hasta Ia brida de acero 4.- Brida de acero interior del fuste 5.- Perforaciones hasta las fisuras 6.- Fisuras
7.- Obturadores 8.- Faja
9.- Primera placa de Ia faja 10.- Segunda placa de Ia faja 11.- Enganche para gato hidráulico
12.- Barras roscadas
Una realización preferida de Ia invención propuesta, se constituye a partir de las siguientes etapas: En una primera etapa se efectúa un análisis matemático de calculo basado en los principios de la elasticidad plana, que representa el comportamiento tensional de Ia cimentación cuando se Ie somete a las cargas y acciones de proyecto en función de los movimientos sufridos en Ia base (1) del aerogenerador provocados por las tensiones soportadas por el fuste (2), así mismo se analiza el estado del hormigón, las fisuras producidas (6) y Ia ubicación de éstas, Io que lleva a una valoración de los desperfectos. En una segunda etapa, una vez comprobado los desperfectos se realizan perforaciones (3) en el hormigón hasta alcanzar Ia brida de acero inferior (4) del fuste (2) embebido en el hormigón. También se realizan otras perforaciones (5) que interesan las fisuras radiales (6) de Ia cimentación. En una tercera etapa se colocan en el exterior de las perforaciones (3 y 5) se colocan unos obturadores (7) constituidos por tubos de acero que entran a presión en Ia perforación, en cuyo interior están acoplados unos manguitos de caucho, que mediante un juego de tuercas y arandelas originan, al apretar las tuercas, una expansión radial que cierran los taladros de forma hermética, finalizando su colocación mediante una llave de bola, por donde se procede a inyectar resinas de alta o media viscosidad a presiones de hasta 600 K/cm2, Esta inyección tiene por objeto rellenar todos los huecos, grietas y fisuras que se hayan producido, así como regenerar el hormigón fracturado. Durante este proceso de inyección se controlan los posibles movimientos del fuste (2) y de Ia virola del aerogenerador. Una vez consolidado el hormigón, en una cuarta etapa, se realizan unos cálculos estructurales para determinar el valor de Ia fuerza de tesado necesaria en función de los movimientos detectados en el aerogenerador, geometría de Ia cimentación en el pedestal, virola y zapata y las cargas transmitidas por el aerogenerador a su cimiento. Conocido el valor de las presiones necesarias a transmitir entre el zuncho activo (4) y el pedestal se dimensiona una faja (8) que rodea toda Ia base (1) con el objeto de constreñir al macizo de hormigón para evitar que se abra, como consecuencia de las tracciones que produce el movimiento del fuste (2) del aerogenerador, de medidas adecuadas, fabricado con pletina de acero, que tiene acoplada en un extremo, una primera placa (9) que se fija al hormigón, mediante adhesivo epoxi y anclaje mecánico y el otro extremo de Ia faja (8) acopla también una segunda placa (10), sin fijar al hormigón, que permite el desplazamiento y tesado del material. Ambas placas (9 y 10) están fabricadas en acero y cuentan con enganche para un gato hidráulico (11 ), el cual tira del extremo libre de Ia faja (8) hasta darle Ia tensión que recomiendan los cálculos. El gato tira de Ia segunda placa (10) con Ia fuerza obtenida de los cálculos, hasta llevarla a su sitio correcto. En ese momento, entre ambas placas se colocan unas barras roscadas de alta resistencia (12), pudiendo procederse a retirar el gato. Finalmente se procede al anclado mecánico de este extremo al hormigón, mediante tacos y tornillos. De esta forma se logra un tesado sobre Ia cimentación que compensa las tracciones que dan lugar a los fallos y desperfectos.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Procedimiento de reparación de cimentaciones de aerogeneradores constituido a partir de que en una primera etapa se realiza un análisis matemático de calculo basado en los principios de Ia elasticidad plana, que representa el comportamiento tensional de Ia cimentación cuando se Ie somete a las cargas y acciones de proyecto en función de los movimientos sufridos en Ia base del aerogenerador provocados por las tensiones soportadas por el fuste, así mismo se analiza el estado del hormigón, las fisuras producidas y Ia ubicación de éstas, Io que lleva a una valoración de los desperfectos que va a determinar Ia cantidad, dirección y longitud de las perforaciones efectuadas en una segunda etapa, caracterizado porque en Ia segunda etapa se realizan perforaciones en el hormigón hasta alcanzar Ia brida de acero inferior del fuste embebido en el hormigón. También se realizan otras perforaciones que interesan las fisuras radiales de Ia cimentación.
2.- Procedimiento de reparación de cimentaciones de aerogeneradores según reivindicación 1 , caracterizado porque en una tercera etapa en el exterior de las perforaciones se colocan unos obturadores constituidos por tubos de acero que entran a presión en Ia perforación, en cuyo interior están acoplados unos manguitos de caucho, que mediante un juego de tuercas y arandelas originan, al apretar las tuercas, una expansión radial que cierran los taladros de forma hermética, finalizando su colocación mediante una llave de bola, por donde se procede a inyectar resinas de alta o media viscosidad a presiones de hasta 600 K/cm2, rellenando los huecos, grietas y fisuras que se hayan producido, así como regenerar el hormigón fracturado.
3.- Procedimiento de reparación de cimentaciones de aerogeneradores según reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque durante el proceso de inyección se controlan los posibles movimientos del fuste y de Ia virola del aerogenerador.
4.- Procedimiento de reparación de cimentaciones de aerogeneradores según reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque una vez conocido el valor de las presiones necesarias a transmitir entre el zuncho activo y el pedestal se dimensiona una faja que rodea toda Ia base con el objeto de constreñir el macizo de hormigón para evitar que se abra, como consecuencia de las tracciones que produce el movimiento del fuste del aerogenerador, de medidas adecuadas, fabricado con pletina de acero o laminado de fibra de carbono, que tiene acoplada en un extremo, una primera placa que se fija al hormigón, mediante adhesivo epoxi y anclaje mecánico y el otro extremo de Ia faja acopla también una segunda placa, sin fijar al hormigón, que permite el desplazamiento y tesado del material, ambas placas están fabricadas en acero y cuentan con enganche para un gato hidráulico, el cual tira del extremo libre de Ia faja hasta darle Ia tensión que recomiendan los cálculos, el gato tira de Ia segunda placa con Ia fuerza obtenida de los cálculos, hasta llevarla a su sitio correcto, en ese momento, entre ambas placas se colocan unas barras roscadas de alta resistencia, pudiendo procederse a retirar el gato, finalmente se procede al anclado mecánico de este extremo al hormigón, mediante tacos y tornillos. De esta forma se logra un tesado sobre Ia cimentación que compensa las tracciones que dan lugar a los fallos y desperfectos.
5.- Rehabilitación de cimentación de aerogeneradores caracterizado porque está constituido por el producto obtenido a partir de las etapas anteriormente descritas.
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