ES2980124T3

ES2980124T3 - Sistema y procedimiento para estabilizar una turbina eólica

Info

Publication number: ES2980124T3
Application number: ES18902983T
Authority: ES
Inventors: Biao Fang; Srikrishna Mantravadi; Nikolina Kristeva; Ingo Paura; Norman Turnquist; Todd Andersen; Pascal Meyer; Gregory Cooper; James Madge
Original assignee: General Electric Renovables Espana SL
Current assignee: General Electric Renovables Espana SL
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2024-09-30
Anticipated expiration: 2038-12-07
Also published as: CN111868375A; US10676952B2; EP3743624B1; EP3743624A4; WO2019147348A1; US20190234096A1; EP3743624A1; DK3743624T3

Abstract

Un sistema de turbina eólica incluye un generador de turbina eólica que tiene un rotor y una góndola montados encima de una estructura de torre. La estructura de torre está montada en una estructura de cimentación e incluye una pluralidad de secciones de torre, cada una de las cuales incluye una o más bridas de sección de torre. El sistema de turbina eólica incluye además uno o más anillos conectores. Cada uno de los uno o más anillos conectores está dispuesto próximo a dos bridas de sección de torre adyacentes e incluye una pluralidad de adaptadores de cáncamo, cada uno de los cuales tiene una abertura formada en el mismo. El sistema de turbina eólica incluye además una pluralidad de cables tensados, cada uno de los cuales está acoplado a uno de los adaptadores de cáncamo en un primer extremo y a la estructura de cimentación en un segundo extremo. La pluralidad de cables tensados están acoplados a la estructura de torre a diferentes o múltiples alturas de anillo conector en función de las condiciones del sitio para producir la estabilidad lateral deseada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y procedimiento para estabilizar una turbina eólica

[0001]La presente invención se refiere, en general, a turbinas eólicas y, en particular, a técnicas para estabilizar torres de turbinas eólicas tanto en aplicaciones nuevas como modernizadas.

[0002]Las turbinas eólicas, en general, se consideran una fuente de energía renovable deseable y segura para el medio ambiente. En resumen, una turbina eólica aprovecha la energía cinética del viento y transforma esta energía cinética en energía eléctrica. Por tanto, se puede generar potencia eléctrica con virtualmente cero emisiones, a diferencia de las tecnologías de generación de potencia alimentadas con gas natural o alimentadas con carbón existentes. Para maximizar la eficacia de generación de potencia y simplificar la conexión a una red de potencia, a menudo se localizan varias turbinas eólicas en proximidad entre sí en lo que, en general, se denomina en la técnica pertinente "parques eólicos". De forma ventajosa, estos parques eólicos se localizan en regiones con vientos relativamente fuertes.

[0003]Muchas turbinas eólicas se están acercando rápidamente al final de su vida de diseño. Con el desarrollo de nuevas tecnologías eólicas en los últimos años, actualizar o reemplazar las antiguas turbinas eólicas por otras más nuevas potencialmente puede aumentar el rendimiento por un factor de dos o más. Actualmente, la "repotenciación" de antiguas flotas eólicas es una actividad vital y en crecimiento entre los principales fabricantes de turbinas. Estas nuevas tecnologías incluyen el uso de turbinas más grandes o la localización de bujes en posiciones más altas, si las condiciones del viento lo permiten, posibilitando, por tanto, un incremento de la producción anual de energía (PAE).

[0004]El diseño estructural global de la estructura de torre y cimentación de una turbina eólica se determina por el tamaño de la turbina, las cargas del viento dinámicas bajo diversos modos operativos de turbina y por cargas extremas impuestas durante condiciones de alta velocidad del viento (durante las que la turbina puede o no estar operativa). Para minimizar la carga de fatiga, la rigidez de la estructura de torre y cimentación se debe dimensionar de forma deseable de modo que la frecuencia natural global del sistema de turbina eólica/cimentación esté fuera del intervalo de frecuencias de excitación debido a la operación del rotor y carga del viento dinámica. Una típica práctica en la industria es dimensionar la rigidez de la estructura de torre y cimentación de modo que la frecuencia natural del sistema global sea mayor que la excitación de la revolución del rotor pero menor que la excitación de la pala que pasa por la torre de turbina eólica. A mayores alturas (>120 m) encontradas en las tecnologías eólicas avanzadas, las torres tubulares estándar no son rentables. Incluso si estuvieran disponibles torres más grandes, la viabilidad de las mismas está limitada debido a la disponibilidad limitada y creciente gasto de estructuras de cimentación más grandes. La torre y cimentación se convierten, por tanto, en un factor limitante en la actualización a una turbina más grande. Reemplazar toda la estructura de torre y cimentación requiere significativos costes y tiempo.

En consecuencia, son necesarios diseños de torre avanzados tanto para aplicaciones nuevas como modernizadas para avanzar en la tecnología eólica y reducir costes.

[0005]Las torres estabilizadas con alambre o cable de retenida (“guy”) durante mucho tiempo han sido una tecnología probada para aplicaciones estáticas (mástiles de antena, puentes, etc.). Tradicionalmente, los cables se usaban para pequeñas turbinas eólicas. Solo recientemente se han hecho un hueco en el mercado de turbinas eólicas comerciales grandes. Al fijar cables a la estructura de torre, el momento de flexión adicional de una turbina más grande se compensa por las fuerzas de tensión de cable. Desde un punto de fijación del cable y hacia abajo, el momento de flexión se reduce significativamente. También se reduce el momento que actúa sobre la estructura de cimentación. Las tecnologías de conector unen el cable de retenida a la torre y transfieren cargas operativas eficazmente desde la torre a los cables. Los diseños existentes usan cable y conectores de cable que están soldados o bien asegurados con perno al exterior o interior de la concha/reborde de torre. En otros diseños, los conectores sujetos al interior de la concha de torre requieren que el cable penetre en la concha. Este diseño crea concentraciones de esfuerzos alrededor del perímetro de la abertura, lo que incrementa la complejidad del diseño. Las conexiones soldadas y aseguradas con perno típicamente son más difíciles de diseñar en cuanto a su vida a fatiga. El documento WO2014/068592A1 describe una torre para una turbina eólica; el documento US2018/003158A1 describe una torre de turbina eólica.

[0006]Por lo tanto, existe una necesidad de diseñar un sistema y procedimiento para estabilizar una turbina eólica que proporcionen la compensación necesaria para cargas de flexión incrementadas para turbinas más grandes, a alturas de torre incrementadas y mayores vientos. También existe una necesidad de obtener un diseño más sólido de un conector que no solo sea rentable, sino que tenga una vida a fatiga incrementada y proporcione facilidad de fabricación y ensamblaje.

Breve descripción

[0007]La invención está definida por las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes definen otros modos de realización de la invención. Los aspectos y ventajas de la presente divulgación 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 divulgación. Brevemente, de acuerdo con un aspecto de la presente técnica, se proporciona un sistema de turbina eólica. El sistema de turbina eólica incluye un generador de turbina eólica que comprende una estructura de torre montada en una estructura de cimentación, uno o más anillos conectores y una pluralidad de cables tensados. La estructura de torre incluye una pluralidad de secciones de torre. Cada una de la pluralidad de secciones de torre incluye uno o más rebordes de sección de torre. Cada uno de los uno o más anillos conectores está dispuesto próximo a dos rebordes de sección de torre contiguos. Cada uno de los uno o más anillos conectores incluye una pluralidad de adaptadores de cáncamo (“pad eye”) que tienen una abertura formada en los mismos. Cada uno de la pluralidad de cables tensados está acoplado a uno de los adaptadores de cáncamo en un primer extremo y a la estructura de cimentación en un segundo extremo. La pluralidad de adaptadores de cáncamo (146) comprende al menos tres adaptadores de cáncamo y los uno o más anillos conectores (190) comprenden una pluralidad de segmentos de anillo (192), y en los que cada uno de los al menos tres adaptadores de cáncamo está dispuesto entre segmentos de anillo contiguos de la pluralidad de segmentos de anillo.

[0008]De acuerdo con aún otro aspecto, se proporciona un procedimiento de estabilización de un sistema de turbina eólica. El procedimiento incluye montar una estructura de torre en una estructura de cimentación, asegurar una pluralidad de cables tensados y montar un generador de turbina eólica en la estructura de torre. La estructura de torre incluye una pluralidad de secciones de torre, incluyendo cada una de la pluralidad de secciones de torre uno o más rebordes de sección de torre. La pluralidad de cables tensados se aseguran a uno o más anillos conectores dispuestos próximos a dos rebordes de sección de torre contiguos y a la estructura de cimentación. Cada uno de los uno o más anillos conectores incluye una pluralidad de adaptadores de cáncamo que tienen una abertura formada en los mismos, la pluralidad de adaptadores de cáncamo (146) comprende al menos tres adaptadores de cáncamo y los uno o más anillos conectores (190) comprenden una pluralidad de segmentos de anillo (192), y cada uno de los adaptadores de cáncamo está dispuesto entre segmentos de anillo contiguos de la pluralidad de segmentos de anillo.

Dibujos

[0009]Estas y otras características de esta divulgación se entenderán más fácilmente a partir de la siguiente descripción detallada de los diversos aspectos de la divulgación tomada en conjunto con los dibujos adjuntos que representan diversos modos de realización de la divulgación en que los mismos caracteres representan las mismas piezas a lo largo de los dibujos, en los que:

la FIG. 1 es una ilustración esquemática de un sistema de turbina eólica, de acuerdo con uno o más modos de realización mostrados o descritos en el presente documento;

la FIG. 2 es una ilustración esquemática de un sistema de turbina eólica, de acuerdo con uno o más modos de realización mostrados o descritos en el presente documento;

la FIG. 3 es una ilustración esquemática de un sistema de turbina eólica, de acuerdo con uno o más modos de realización mostrados o descritos en el presente documento;

la FIG. 4 es una ilustración esquemática de un sistema de turbina eólica, de acuerdo con uno o más modos de realización mostrados o descritos en el presente documento;

la FIG. 5 es una ilustración esquemática de un sistema de turbina eólica, de acuerdo con uno o más modos de realización mostrados o descritos en el presente documento;

la FIG. 6 es una ilustración esquemática de un sistema de turbina eólica, de acuerdo con uno o más modos de realización mostrados o descritos en el presente documento;

la FIG. 7 es una ilustración esquemática de un sistema de turbina eólica, de acuerdo con uno o más modos de realización mostrados o descritos en el presente documento;

la FIG. 14 es una ilustración esquemática de un modo de realización de un anillo conector segmentado para su uso en el sistema de turbina eólica divulgado en el presente documento, de acuerdo con uno o más modos de realización mostrados o descritos en el presente documento;

la FIG. 15 es una ilustración esquemática de un adaptador de cáncamo como parte del anillo conector segmentado de la FIG. 15, de acuerdo con uno o más modos de realización mostrados o descritos en el presente documento: y

la FIG. 16 es una ilustración esquemática de un adaptador de cáncamo como parte del anillo conector segmentado, de acuerdo con uno o más modos de realización mostrados o descritos en el presente documento; y

la FIG. 17 es una ilustración esquemática de un modo de realización de un anillo conector segmentado para su uso en el sistema de turbina eólica divulgado en el presente documento, de acuerdo con uno o más modos de realización mostrados o descritos en el presente documento.

[0010]A menos que se indique de otro modo, los dibujos proporcionados en el presente documento están destinados a ilustrar características de modos de realización de esta divulgación. Se cree que estas características son aplicables en una amplia variedad de sistemas que comprenden uno o más modos de realización de esta divulgación. Como tales, los dibujos están destinados a incluir todas los características convencionales conocidas por los expertos en la técnica que se requieran para la práctica de los modos de realización divulgados en el presente documento.

[0011]Cabe señalar que los dibujos como se presentan en el presente documento no están necesariamente a escala. Se pretende que los dibujos representen solo aspectos típicos de los modos de realización divulgados y, por lo tanto, no se deben considerar limitantes del alcance de la divulgación. Se pretende que el uso repetido de caracteres de referencia en la presente memoria descriptiva y dibujos represente idénticas o análogas características o elementos de la presente divulgación.

Descripción detallada

[0012]Ahora se hará referencia en detalle a modos de realización de la divulgación, de los que se ilustran uno o más ejemplos en los dibujos. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la divulgación, no limitación de la divulgación. De hecho, será evidente para los expertos en la técnica que se pueden realizar diversas modificaciones y variaciones en la presente divulgación sin apartarse del alcance de la invención. Por ejemplo, las características ilustradas o descritas como parte de un modo de realización se pueden usar con otro modo de realización para proporcionar todavía otro modo de realización. Por tanto, se pretende que la presente divulgación cubra dichas modificaciones y variaciones que entren dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

[0013]La terminología usada en el presente documento es solo con el propósito de describir modos de realización particulares y no se pretende que sea limitante de la divulgación. Como se usa en el presente documento, se pretende que las formas en singular "un", "una" y "el/la" incluyan las formas en plural, a menos que el contexto lo indique claramente de otro modo. Se entenderá además que los términos "comprende" y/o "que comprende" al usarse en esta memoria descriptiva, especifican la presencia de características, números enteros, etapas, operaciones, elementos y/o componentes establecidos, pero no excluyen la presencia o adición de uno o más de otras características, números enteros, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos de los mismos.

[0014]Se aplica un lenguaje aproximado, como se usa en el presente documento a lo largo de la memoria descriptiva y reivindicaciones, para modificar cualquier representación cuantitativa que podría variar de forma permisible sin dar como resultado un cambio en la función básica con la que se relaciona. A menos que se indique de otro modo, el lenguaje aproximado, tal como "en general", "sustancialmente" y "aproximadamente", como se usa en el presente documento, indica que el término así modificado se puede aplicar solo en un grado aproximado, como se reconocería por un experto en la técnica, en lugar de en un grado absoluto o perfecto. En consecuencia, un valor modificado por dicho término no se debe limitar al valor preciso especificado. En al menos algunos casos, el lenguaje aproximado puede corresponder a la precisión de un instrumento para medir el valor. Aquí y a lo largo de la memoria descriptiva y reivindicaciones, las limitaciones de intervalo se combinan e intercambian. Dichos intervalos se identifican e incluyen todos los subintervalos contenidos en los mismos, a menos que el contexto o lenguaje lo indiquen de otro modo.

[0015]El sistema de estabilización descrito a continuación proporciona un enfoque novedoso hacia la estabilización de una superestructura, tal como una torre de turbina eólica, incorporando uno o más anillos conectores dispuestos entre uno o más rebordes de sección de torre que tienen acoplados a los mismos uno o más cables tensos o tensados. El corte lateral global y el momento de vuelco(“overturning moment”)de la turbina eólica se traducen en cargas de tracción variables en los cables tensos. Con cargas variables, los anillos conectores y los cables están configurados para proporcionar la rigidez requerida y la capacidad de admisión de carga. A continuación en el presente documento, se describen modos de realización de la presente técnica en referencia, en general, a la FIG. 1-16.

[0016]Volviendo ahora a los dibujos, las FIGS. 1 - 7 ilustran diversas configuraciones para los cables tensados para estabilizar la torre de turbina eólica, descrita en el presente documento. En cada uno de los modos de realización de las FIGS. 1-7, se ilustra un sistema de turbina eólica de acuerdo con modos de realización de ejemplo de la presente técnica. Cada uno de los sistemas de turbina eólica incluye un generador de turbina eólica 12 que comprende un rotor 14 que tiene múltiples palas 16. Diversos componentes eléctricos y mecánicos del generador de turbina eólica 12, tales como el tren de potencia, el generador eléctrico, etc., están alojados en una góndola 18. En cada modo de realización, el rotor 16 y la góndola 18 están montados encima de una torre 20 que expone las palas 16 al viento. Las palas 16 transforman la energía cinética del viento en un movimiento de rotación de un eje que acciona un generador (no mostrado) para producir potencia eléctrica.

[0017]La estructura de torre 20, la góndola 18 y el rotor 14 están montados en una estructura de cimentación 22. En los modos de realización ilustrados, la torre 20 está asegurada a la estructura de cimentación 22. La estructura de torre 20 es una columna cilíndrica, que se extiende desde la estructura de cimentación 22 hasta una altura 'hf por encima de la estructura de cimentación 22. La estructura de torre 20 está configurada para soportar el peso muerto de la góndola 18 y el rotor 14, dando como resultado cargas axiales (dirección vertical) debidas a la tensión en los cables (pretensión durante la instalación, así como las cargas de tracción variables durante la operación de la turbina eólica) y momentos de vuelco debidos a la carga del viento. De acuerdo con un modo de realización de la presente técnica, esta carga lateral y momento de vuelco combinados en la estructura de torre 20 se mitiga por el uso de una pluralidad de cables tensos o tensados 30, denominados en el presente documento simplemente cables tensados 30. Estos cables tensados 30 están configurados para asegurar el sistema de turbina eólica en un primer extremo 32 a la estructura de torre 20 por medio de un anillo conector 34 (descrito actualmente). Los cables tensados 30 están configurados además para asegurar el sistema de turbina eólica en un segundo extremo 36 a la estructura de cimentación 22 y, en última instancia, a una superficie de suelo 38, por medio de un conjunto de conectores 40. En un modo de realización, estos conectores 40 se podrían localizar en un conjunto circular simétrico alrededor de la estructura de torre 20. En determinados modos de realización, la localización real de los conectores 40 se puede determinar en base a la necesidad de potenciar la rigidez estructural y capacidad de admisión de carga en determinadas direcciones. Los conectores 40 están adaptados para transferir la carga desde los cables tensados 30 a la estructura de cimentación 22.

[0018]Los cables tensados 30 están conectados de forma flexible por medio del primer extremo 32 al anillo conector 34 y por medio del segundo extremo 36 a los conectores 40. En el contexto de este análisis, una conexión "flexible" es una que permite la rotación relativa de los cables 30 con respecto al anillo conector 34 y los conectores 40 en todos los respectivos puntos de interconexión, reduciendo, de este modo, la fatiga y la concentración de esfuerzos en estas uniones. En efecto, las conexiones "flexibles" descritas con mayor detalle a continuación están adaptadas para traducir las cargas laterales y los momentos de vuelco en la estructura de torre 20 en cargas axiales en los cables 30. Los cables 30 se pueden formar, por ejemplo, a partir de cable de acero, poliéster sintético, entre otros, y típicamente están entre 7,62-12,7 cm (3-5 pulgadas) de diámetro. En el modo de realización ilustrado, los cables 30 están diseñados con encastres (“sockets”) 42 y 44 en cada extremo. Los encastres 42 y 44 ilustrados están formados, por ejemplo, a partir de piezas de acero fundido y son de una conformación cónica con dos rebordes paralelos que reciben los pasadores de conexión 46 y 48. En el primer extremo 32 de cada uno de los cables tensados 30, el pasador de conexión 46 conecta el encastre 42 superior al anillo conector 34. En el segundo extremo 36 del cable tensado 30, el pasador de conexión 48 conecta el encastre 44 inferior a los conectores 40 de la estructura de cimentación 22. El uso de conexiones con pasadores permite pequeñas rotaciones de los cables 30 y, de este modo, minimiza la concentración de esfuerzos en ambas uniones. Los expertos en la técnica se darán cuenta de que se pueden realizar varios otros diseños de terminación de cables comúnmente usados y mientras se minimiza simultáneamente el efecto de las concentraciones de esfuerzos y se anticipan en el presente documento.

[0019]En los modos de realización ilustrados de las FIGS. 1 - 7, cada cable 30 puede incluir además un dispositivo tensor 50 en línea para ajustar la tensión en el cable 30 y proporcionar la estabilidad lateral apropiada y la rigidez de cimentación necesaria en el lugar de instalación. Las interconexiones entre el cable 30 y el dispositivo tensor 50 pueden ser a través de encastres adicionales (no mostrados), que se pueden rebordear (“flanged”) o bien soldar directamente sobre el dispositivo tensor. En un modo de realización, el dispositivo tensor 36 consiste en un perno en U roscado con tuercas de carga que se pueden apretar para incrementar la tensión en el cable 30. Se pueden utilizar diversos otros dispositivos tensores de cable en línea, como se apreciará por los expertos en la técnica. El dispositivo tensor 50 facilita de forma ventajosa ajustes en la tensión de los cables para facilitar la instalación rápida de la estructura de cimentación. Además, la tensión en los cables 30 se puede ajustar periódicamente para corregir los efectos de fluencia y relajación y mantener un margen de seguridad adecuado en todo momento.

[0020]Los cables 30 se pueden establecer en una condición de predeformación inicial por medio del dispositivo tensor 50 durante la instalación del sistema de turbina eólica. En determinados modos de realización, la tensión en los cables 30 se puede relajar durante las operaciones de mantenimiento para facilitar el acceso al lugar y volver a tensarse antes de que la turbina eólica reanude su operación. Los cables tensados 30 se pueden usar además de forma ventajosa para asegurar la góndola/torre de turbina eólica antes de un acontecimiento climático extremo, tal como con velocidades del viento fuera de la intención de diseño inicial; en determinados modos de realización, se pueden usar cables redundantes para anclar el cajón (“caisson”) o torre de modo que la turbina eólica permanezca operativa en régimen estable cuando uno de los cables falle debido a acontecimientos imprevistos, tales como, por ejemplo, impactos de barcos.

[0021]Como se ilustra mejor en las FIGS. 1-7, el conjunto de turbina eólica incluye además uno o más miembros acodados 52, orientados horizontalmente, con respecto a la estructura de torre 20. Los uno o más miembros acodados 52 proporcionan localizaciones de conexión adicionales de los cables tensados 30 próximos a la estructura de torre 20. Los uno o más miembros acodados 52 pueden estar compuestos por planchas de componentes individuales, estructuras de celosía o anillos completos dispuestos alrededor de la estructura de torre 20. En un modo de realización, los uno o más miembros acodados 52 están soldados a la estructura de torre 20. En otro modo de realización, los uno o más miembros acodados 52 están dispuestos entre rebordes de sección de torre contiguas (descritas actualmente) que se fijan entre rebordes de torre.

[0022]Las configuraciones variables de cada modo de realización de las FIGS. 1-7 se describirán ahora. En referencia más específicamente a la FIG. 1, se ilustra, en una vista en alzado lateral, un primer modo de realización de un sistema de turbina eólica 60. En el modo de realización de la FIG. 1, el anillo conector 34 está dispuesto entre secciones de torre contiguas próximas a un extremo de punta 62 de la estructura de torre 20. Más específicamente, en este modo de realización particular, el anillo conector 34 está dispuesto entre una primera sección de estructura de torre 64 y una segunda sección de estructura de torre 66. Cada una de las primera y segunda secciones de estructura de torre 64, 66 incluye un reborde (descrito actualmente). El anillo conector 34 está dispuesto entre los dos rebordes de sección de torre contiguas, y, más en particular, un primer reborde de sección de estructura de torre y un segundo reborde de sección de estructura de torre. Además, el modo de realización de la FIG. 1 incluye un miembro acodado 52, dispuesto entre el anillo conector 34 y la estructura de cimentación 22. Cada uno de los cables tensados 30 está acoplado al anillo conector 34 (descrito actualmente), al miembro acodado 52 y a un conector 40. En este modo de realización particular, al configurar el cable tensado 30, el anillo conector 34 y el miembro acodado 52 como se describe, una huella global (es decir, la estructura de cimentación 22) del sistema de turbina eólica 60 puede permanecer en un mínimo, tal como se requiere en muchos casos de parques eólicos, o similares. Como se ilustra, la inclusión del miembro acodado 52 proporciona a los cables 30 un punto en el que se orientan paralelos a la estructura de torre 20, entre el miembro acodado 52 y la estructura de cimentación 22.

[0023]El punto de interconexión de los cables tensados 30 y la estructura de torre 20 puede ser tan alto como sea viable en el lugar particular de instalación en base a motivos estéticos y de navegación, pero también situado para mantener una distancia segura con el paso de las palas 16 en rotación. En el modo de realización ilustrado de la FIG.

1, los cables están interconectados próximos al extremo de punta 62 de la estructura de torre 20. Los dispositivos tensores 50 se pueden disponer de forma ventajosa por encima o por debajo del miembro acodado 52 para facilitar un ajuste fácil y remoto de la tensión en los cables 30 en base a las condiciones del lugar. En el modo de realización ilustrado, el dispositivo tensor 50 está situado por encima de todo el miembro acodado 52.

[0024]La FIG. 2 ilustra, en una vista en alzado lateral, otro modo de realización de un sistema de turbina eólica 70 en el que los cables tensos 30 también se pueden fijar a otras alturas intermedias, tal como próximos a un punto medio 72 de la estructura de torre 20. Como se describe previamente con respecto a la FIG. 1, el anillo conector 34 está dispuesto entre secciones de torre contiguas de la estructura de torre 20. Más específicamente, en este modo de realización particular, el anillo conector 34 está dispuesto entre secciones de estructura de torre contiguas próximas al punto medio 72 de la altura global hi de la estructura de torre 20. Como se describe previamente, el anillo conector 34 está dispuesto entre los dos rebordes de sección de torre contiguas. De forma similar al modo de realización de FIG. 1, el sistema de torre eólica 70 de la FIG. 2 incluye un miembro acodado 52, dispuesto entre el anillo conector 34 y la estructura de cimentación 22. Cada uno de los cables tensados 30 está acoplado al anillo conector 34 (descrito actualmente), al miembro acodado 52 y a un conector 40. En este modo de realización particular, al configurar el cable tensado 30, el anillo conector 34 y el miembro acodado 52 como se describe, una huella global (es decir, la estructura de cimentación 22) del sistema de turbina eólica 70 puede permanecer en un mínimo, tal como se requiere en casos de parques eólicos, o similares. De forma similar al modo de realización de la FIG. 1, la inclusión del miembro acodado 52 proporciona a los cables 30 un punto en el que se orientan paralelos a la estructura de torre 20, entre el miembro acodado 52 y la estructura de cimentación 22.

[0025]En el modo de realización ilustrado de la FIG. 2, los dispositivos tensores 50 se pueden disponer de forma ventajosa por encima o por debajo del miembro acodado 52 para facilitar un ajuste fácil y remoto de la tensión en los cables 30 en base a las condiciones del lugar. En el modo de realización ilustrado, el dispositivo tensor 50 está situado por debajo del miembro acodado 52.

[0026]En referencia ahora a las FIGS. 3 y 4, se ilustran, en vistas en alzado lateral, configuraciones adicionales de un sistema de turbina eólica, en general, con la referencia 80, 90, respectivamente, de acuerdo con esta divulgación. En cada uno de los modos de realización de las FIGS. 3 y 4, el sistema de turbina eólica 80, 90 está configurado, en general, de la misma manera que en las FIGS. 1 y 2, con respecto a la inclusión del anillo conector 34 y los miembros acodados 52. A diferencia de los modos de realización de las FIGS. 1 y 2, en el sistema de turbina eólica 80, 90 de las FIGS. 3 y 4, se incluyen múltiples miembros acodados 52 para acoplar a los mismos los cables tensados 30 e ilustran diversas localizaciones a lo largo de la estructura de torre 20 para la pluralidad de miembros acodados 52. Además, a diferencia de los modos de realización de las FIGS. 1 y 2, la inclusión del miembro acodado 52 proporciona a los cables 30 un punto de conexión, sin embargo, no se requiere que los cables tensados 30, como se ilustra, estén orientados paralelos a la estructura de torre 20, entre el miembro acodado 52 y la estructura de cimentación 22. Como se ilustra mejor en las FIGS. 3 y 4, en un modo de realización donde los cables tensados 30 están acoplados a la estructura de cimentación 22 con ángulos más grandes, la estructura de cimentación 22 también se puede separar en dos o más secciones. Más específicamente, en los modos de realización de las FIGS. 3 y 4, la estructura de cimentación 22 está compuesta por una estructura de cimentación central 22a a la que se acopla la estructura de torre 20, y una o más zapatas de cimentación 22b individuales. Como se ilustra mejor en la FIG. 3, en un modo de realización, la pluralidad de cables tensados 30 se pueden acoplar a una única zapata de estructura de cimentación 22b formada alrededor de la estructura de cimentación central 22a. Como se ilustra mejor en la FIG. 4, en un modo de realización, la estructura de cimentación 22 puede estar compuesta por una pluralidad de zapatas de estructura de cimentación 22b individualmente formadas alrededor de la estructura de cimentación central 22a y en que cada cable tensado 30 individual está acoplado a una respectiva zapata de estructura de cimentación 22b.

[0027]En referencia ahora a las FIGS. 5 y 6, ilustradas en vistas en alzado lateral, son configuraciones adicionales de un sistema de turbina eólica, en general, con la referencia 100, 110, respectivamente, de acuerdo con esta divulgación. En cada uno de los modos de realización de las FIGS. 5 y 6, el sistema de turbina eólica 100, 110 está configurado, en general, de la misma manera que en las FIGS. 3 y 4, con respecto a la inclusión del anillo conector 34 y múltiples miembros acodados 52 situados en diversas localizaciones a lo largo de la estructura de torre 20. A diferencia de los modos de realización de las FIGS. 1-4, en los sistemas de turbina eólica 100, 110 de las FIGS. 5 y 6, los cables tensados 30 están configurados en una configuración de cables cruzados. La configuración de cables cruzados de los cables tensados 30 proporciona rigidez torsional adicional a la estructura global. Como se ilustra, los cables tensados 30 cruzados se pueden acoplar al anillo conector 34 y uno o más codos 52 situados en diversas localizaciones a lo largo de la estructura de torre 20.

[0028]La FIG. 7 ilustra, en una vista en sección transversal, otra configuración de un sistema de turbina eólica, en general, con la referencia 120, de acuerdo con esta divulgación. En este modo de realización particular, el sistema de turbina eólica 120 está configurado, en general, en la misma configuración de cables cruzados que en las FIGS. 5 y 6, y con respecto a la inclusión del anillo conector 34 y múltiples miembros acodados 52 situados en diversas localizaciones a lo largo de la estructura de torre 20. A diferencia de todos los modos de realización de las FIGS. 1-6, en el sistema de turbina eólica 120 de la FIG. 7, los cables tensados 30 están configurados en un espacio interior 122 definido dentro de la estructura de torre 20, y, más en particular, dentro de cada sección de estructura de torre. De forma similar a los modos de realización de las FIGS. 5 y 6. la configuración de cables cruzados de los cables tensados 30 proporciona rigidez torsional adicional a la estructura global. Como se ilustra, los cables tensados 30 cruzados se pueden acoplar al anillo conector 34 y uno o más codos 52 situados en diversas localizaciones a lo largo del espacio interior 122 de la estructura de torre 20.

[0029]En cada uno de los modos de realización de las FIGS. 1-7, los cables tensados 30 están acoplados a al menos un anillo conector 34. Las FIGS. 8-17 se proporcionan como modos de realización que se pueden emplear en cualquiera de las configuraciones de cable descritas previamente para asegurar el cable tensado 30 al anillo conector 34. Como se señala previamente, los mismos elementos tienen los mismos números a lo largo de los modos de realización. Cada uno de los anillos conectores descritos en el presente documento se puede formar por fundición, mecanizado o similares.

[0030]Como se señala previamente, en cada uno de los modos de realización de las FIGS. 1 -7, los cables tensados 30 están acoplados a al menos un anillo conector 34, y, más en particular, a una abertura 148 formada en el adaptador de cáncamo 146. Las FIGS. 14-17 se proporcionan como modos de realización adicionales que se pueden emplear en cualquiera de las configuraciones de cable descritas previamente para asegurar el cable tensado 30 al anillo conector 34. Como se señala previamente, los mismos elementos tienen los mismos números a lo largo de los modos de realización. En referencia más específicamente a la FIG. 14, se ilustra un modo de realización de un anillo conector 190, en general, similar al anillo conector 34, para su uso en cualquiera de los modos de realización descritos previamente en las FIGS. 1-6. En el modo de realización de la FIG. 14, el anillo conector 190 está segmentado. Más en particular, el anillo conector 190 está compuesto por una pluralidad de segmentos de anillo 192 y una pluralidad de adaptadores de cáncamo 146 para disponerse entre rebordes contiguos de las secciones de estructura de torre de la estructura de torre 20, como se describe mejor con respecto a las FIGS. 1 y 2. Más específicamente, en un modo de realización, el anillo conector 190 está dispuesto entre rebordes contiguos (no mostradas), en general, similares a los rebordes 134, 136 contiguos de cada una de una sección de estructura de torre 138, 140, respectivamente, como se describe previamente con respecto a las FIGS. 8 y 9. En este modo de realización particular, la pluralidad de segmentos de anillo 192 incluye una pluralidad de aberturas 144 formadas su alrededor y alineadas de forma cooperativa con aberturas formadas en los rebordes 134, 136, como se describe previamente. Para proporcionar el acoplamiento del anillo conector 190 a los rebordes 134, 136 de la estructura de torre 20, está dispuesto un perno (no mostrado) o componente de acoplamiento similar en las aberturas.

[0031]El anillo conector 190 incluye una pluralidad de adaptadores de cáncamo 146, teniendo cada uno una abertura 148 formada en los mismos. A diferencia de los modos de realización previos, cada uno de los adaptadores de cáncamo 146 está configurado como un componente separado dispuesto entre segmentos de anillo 192 contiguos y configurado extendiéndose una distancia "di" desde un perímetro exterior 150 de los segmentos de anillo 192 contiguos. En un modo de realización alternativo, para su uso en el interior, se localizan los cables tensados 30 como se describe en la FIG. 7, la pluralidad de adaptadores de cáncamo 146 se puede formar extendiéndose en el espacio interior 122 (FIG. 7) del anillo conector. En el modo de realización de la FIG. 14, los adaptadores de cáncamo 146 están configurados en una configuración en ángulo hacia abajo, en la que la pluralidad de aberturas 148 están orientadas verticalmente, pero, de nuevo, cabe señalar que la geometría del anillo conector 190 es dependiente del diseño con respecto al acoplamiento de los cables tensados 30 en las aberturas 148.

[0032]Como se describe previamente, en este modo de realización particular, los adaptadores de cáncamo 146 están configurados como componentes separados que están dispuestos entre segmentos de anillo 192 contiguos. A diferencia del modo de realización divulgado previamente, en este modo de realización particular, como se ilustra mejor en la FIG. 15, los adaptadores de cáncamo 146 incluyen una extensión de lado trasero 194 que proporciona la transferencia de carga a las extensiones de lado trasero 194. Para proporcionar acoplamiento de los adaptadores de cáncamo 146 a los rebordes 134, 136 de la estructura de torre 20, los adaptadores de cáncamo 146 pueden incluir aberturas 196, como se ilustra en la FIG. 15, y a través de las que se puede situar un componente de acoplamiento, tal como un perno, a través y en alineación con las aberturas 142 en los rebordes 134, 136.

[0033]En un modo de realización alternativo, un anillo conector 200, como se ilustra mejor en la FIG. 16, comprende el adaptador de cáncamo 146 situado entre los rebordes 134, 136 y acoplado a los rebordes 134, 136 por medio de uno o más pernos 204 que se extienden desde la extensión de lado trasero 194 a través de un refuerzo 206 opcional para la distribución de esfuerzo de contacto, y en los rebordes 134, 136 de la estructura de torre 20. En el modo de realización de la FIG. 16, se puede disponer una pluralidad de rodamientos cilíndricos 202 entre los adaptadores de cáncamo 146 y los rebordes 134, 146.

[0034]En referencia ahora a la FIG. 17, se ilustra otro modo de realización de un anillo conector, en general, similar al anillo conector 34 de las FIGS. 1-7. En este modo de realización particular, se ilustra un anillo conector 210. A diferencia de los modos de realización descritos previamente, en este modo de realización particular, el anillo conector 210 está configurado para disponerse alrededor del exterior de la estructura de torre 20. El anillo conector 210 típicamente está dispuesto alrededor de la superficie exterior de la estructura de torre 20 y próximo a rebordes contiguos de las secciones de estructura de torre. Más específicamente, y como mejor se ilustra en la FIG. 17, en un modo de realización, el anillo conector 210 está segmentado, y, más en particular, configurado en una pluralidad de secciones 212 que están acopladas entre sí, tal como con una pluralidad de pernos 214, o componentes de acoplamiento similares, alrededor de la estructura de torre 200. En el modo de realización ilustrado, el anillo conector 210 está compuesto por dos componentes semiesféricos, en un caso típico, el anillo conector 210 está dispuesto próximo a rebordes contiguos, tales como los rebordes contiguos 134, 136 de secciones de estructura de torre 138, 140 como se describe previamente con respecto a las FIGS. 9-13.

En este modo de realización particular, el anillo conector 210 está configurado para incluir la pluralidad de secciones 212, incluyendo cada una, una pluralidad de adaptadores de cáncamo 146 (de los que se ilustran tres), teniendo cada uno una abertura 148 formada en el mismo. En este modo de realización particular, los adaptadores de cáncamo 146 están configurados teniendo esencialmente cualquiera de las geometrías descritas previamente, pero cabe señalar que son dependientes del diseño con respecto al acoplamiento de los cables tensados 30 en las aberturas 148. A diferencia de los modos de realización de anillo conector descritos previamente, el anillo conector 210 descrito en la FIG. 17 no requiere ninguna modificación de la estructura de torre durante la instalación.

[0035]Los sistemas de turbina eólica descritos anteriormente facilitan la instalación o reparación de turbinas eólicas usando la mayor cantidad posible de componentes de torre y cimentación existentes, eliminando las limitaciones entre la torre y cimentación debidas a cargas más grandes y proporcionan el uso de bujes potencialmente más altos, incrementando, por tanto, la producción anual de energía (PAE), mientras se minimiza el trabajo de campo. El diseño del sistema de turbina eólica de acuerdo con la presente técnica proporciona el uso de cables tensos en configuraciones variables, con lo que los cables se acoplan a un anillo conector y miembros acodados opcionales. Se divulgan diversas configuraciones del anillo conector. Aunque en el presente documento solo se han ilustrado y descrito determinadas características de los modos de realización, a los expertos en la técnica se le ocurrirán muchas modificaciones y cambios. Por lo tanto, se debe entender que se pretende que las reivindicaciones adjuntas cubran todas dichas modificaciones y cambios que estén dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

[0036]Aunque la invención se ha descrito en términos de uno o más modos de realización particulares, es evidente que se pueden adoptar otras formas por un experto en la técnica. Esta descripción escrita 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 la fabricación y el uso de cualquier dispositivo o sistema y la realización de cualquier procedimiento incorporado. Además, el experto en la técnica reconocerá la intercambiabilidad de diversas características de diferentes modos de realización. Por supuesto, se debe entender que no todos dichos objetivos o ventajas descritos anteriormente se pueden lograr necesariamente de acuerdo con cualquier modo de realización particular. Por tanto, por ejemplo, los expertos en la técnica reconocerán que los sistemas y técnicas descritos en el presente documento se pueden realizar o llevar a cabo de manera que logre u optimice una ventaja o grupo de ventajas, como se enseña en el presente documento sin lograr necesariamente otros objetivos o ventajas como se pueda enseñar o sugerir en el presente documento.

[0037]El alcance patentable de la invención está definido por las reivindicaciones y puede incluir otros ejemplos que se les ocurrirán a los expertos en la técnica. Se pretende que dichos otros ejemplos estén dentro del alcance de las reivindicaciones si incluyen elementos estructurales que no difieran del lenguaje literal de las reivindicaciones o si incluyen elementos estructurales equivalentes con diferencias insustanciales de los lenguajes literales de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de turbina eólica (60), que comprende:

un generador de turbina eólica (12) que comprende una estructura de torre (20) montada en una estructura de cimentación (22), incluyendo la estructura de torre una pluralidad de secciones de torre, incluyendo cada una de la pluralidad de secciones de torre uno o más rebordes de sección de torre;

uno o más anillos conectores (34), cada uno de los uno o más anillos conectores dispuesto próximo a dos rebordes de sección de torre contiguos, incluyendo cada uno de los uno o más anillos conectores una pluralidad de adaptadores de cáncamo (146) que tienen una abertura formada en los mismos; y una pluralidad de cables tensados (30), cada uno acoplado a uno de los adaptadores de cáncamo en un primer extremo y a la estructura de cimentación en un segundo extremo;

en el que la pluralidad de adaptadores de cáncamo (146) comprende al menos tres adaptadores de cáncamo y

en el que los uno o más anillos conectores (190) comprenden una pluralidad de segmentos de anillo (192), y en el que cada uno de los al menos tres adaptadores de cáncamo está dispuesto entre segmentos de anillo contiguos de la pluralidad de segmentos de anillo.

2. El sistema de turbina eólica de la reivindicación 1, que comprende además al menos un miembro acodado, en el que la pluralidad de cables tensados están acoplados a los uno o más anillos conectores en un punto de conexión por encima de al menos un miembro acodado.

3. El sistema de turbina eólica de las reivindicaciones 1-2, que comprende un único miembro acodado dispuesto próximo a una de una punta de la estructura de torre o próximo a un punto medio de la estructura de torre.

4. El sistema de turbina eólica de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende un primer miembro acodado dispuesto próximo a una punta de la estructura de torre y un segundo miembro acodado dispuesto próximo a un punto medio de la estructura de torre, en el que la pluralidad de cables tensados están acoplados al anillo conector en un punto de conexión por encima del primer miembro acodado.

5. El sistema de turbina eólica de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la pluralidad de cables tensados están configurados en una configuración de cables cruzados.

6. El sistema de turbina eólica de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada uno de la pluralidad de cables tensados está acoplado a uno de los adaptadores de cáncamo, en el interior de la estructura de torre y en una configuración de cables cruzados.

7. El sistema de turbina eólica de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los uno o más anillos conectores están dispuestos entre dos rebordes de estructura de torre contiguos o alrededor de una superficie exterior de la estructura de torre.

8. El sistema de turbina eólica de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada uno de los adaptadores de cáncamo está configurado en una posición en ángulo hacia abajo, o en el que cada uno de los adaptadores de cáncamo está configurado en una de una configuración de lágrima, una configuración recta, una configuración de dónut y una configuración de seta.

9. El sistema de turbina eólica de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada uno de los adaptadores de cáncamo está compuesto por una pluralidad de componentes.

10. El sistema de turbina eólica de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada uno de la pluralidad de adaptadores de cáncamo comprende una extensión de lado trasero para la transferencia de carga.

11. El sistema de turbina eólica de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la abertura en cada uno de los adaptadores de cáncamo está configurada como una abertura horizontal o una abertura vertical.

12. El sistema de turbina eólica de cualquiera de las reivindicaciones 2 - 11, en el que cada uno de los uno o más anillos conectores comprende uno de un anillo conector no segmentado y un anillo conector segmentado.

13. Un procedimiento de estabilización de un sistema de turbina eólica (60), que comprende:

montar una estructura de torre (20) en una estructura de cimentación (22), incluyendo la estructura de torre una pluralidad de secciones de torre, incluyendo cada una de la pluralidad de secciones de torre uno o más rebordes de sección de torre;

asegurar una pluralidad de cables tensados a uno o más anillos conectores (34) dispuestos próximos a dos rebordes de sección de torre contiguos, incluyendo cada uno de los uno o más anillos conectores una pluralidad de adaptadores de cáncamo (146) que tienen una abertura formada en los mismos;

asegurar la pluralidad de cables tensados (30) a la estructura de cimentación; y

montar un generador de turbina eólica (12) en la estructura de torre;

en el que los uno o más anillos conectores (190) comprenden una pluralidad de segmentos de anillo (192), y en el que cada uno de los adaptadores de cáncamo está dispuesto entre segmentos de anillo contiguos de la pluralidad de segmentos de anillo.

14. El procedimiento de la reivindicación 13, que comprende además asegurar la pluralidad de cables tensados a diferentes o múltiples alturas de anillo conector y elegir una altura apropiada en base a las condiciones del lugar para proporcionar una estabilidad lateral deseada.