ES2981780T3 - Una construcción de armazón marítima que comprende elementos estructurales y una junta estructural que conecta los elementos estructurales - Google Patents
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Abstract
Se describe una junta estructural para estructuras de armazón marinas que comprende elementos estructurales (1, 2). La junta estructural entre los elementos estructurales (1, 2) comprende una parte de horquilla (3), una parte de oreja (4) y un pasador (5). La parte de horquilla y dicha parte de oreja comprenden un orificio, que está dispuesto para recibir dicho pasador. También se describe un método para el ensamblaje de estructuras de armazón marinas que comprenden elementos estructurales (1, 2), y el uso de la junta estructural en una cimentación de turbina eólica marina para la conexión entre las columnas y los tirantes de la estructura. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Una construcción de armazón marítima que comprende elementos estructurales y una junta estructural que conecta los elementos estructurales
Campo de la invención
La presente divulgación se refiere a una junta estructural para construcciones marítimas, en particular construcciones para turbinas eólicas marítimas.
Además, la presente divulgación se refiere a un método para el ensamble de tales construcciones de armazón marítimas.
Además, la presente divulgación se refiere a la utilización de dicha junta estructural.
Antecedentes de la invención
Las turbinas eólicas marítimas pueden instalarse sobre distintos tipos de cimentación. En aguas poco profundas suelen preferirse los monopilotes, pero en aguas más profundas se requieren construcciones de armazón para proporcionar la rigidez suficiente. Las cimentaciones flotantes de las turbinas eólicas marítimas también suelen diseñarse como construcciones de armazón.
Dichas construcciones de armazón pueden realizarse como construcciones de celosía o "camisa", como trípodes, como dispositivos flotantes tetraédricos o como otros tipos de construcciones compuestas por columnas o tirantes ensamblados en nudos. Las construcciones de armazón suelen tener buenas propiedades mecánicas gracias a una elevada relación rigidez/uso de material, y suelen ser comparativamente más rentables que los monopilotes.
La unión de columnas y tirantes en nudos representa un reto para las construcciones de armazones marinos. Tradicionalmente, en este tipo de construcciones de armazones marinos, tanto las columnas como los tirantes son tubos de acero huecos de sección transversal cilíndrica, y las juntas se realizan como uniones soldadas. Debido a la compleja geometría de una junta de tubería no axial, este tipo de soldadura sólo puede realizarse a mano, y como el interior de los tirantes no suele ser accesible, no es posible realizar la soldadura desde ambos lados. En consecuencia, la soldadura será de calidad moderada. La irregularidad geométrica de la junta da lugar a importantes concentraciones de tensiones geométricas, y la combinación de soldaduras de calidad moderada y concentraciones de tensiones geométricas conduce a la necesidad de un sobredimensionamiento significativo de los elementos estructurales en la junta y, por tanto, a una construcción más pesada de lo que sería necesario en otras circunstancias. Además, aunque algunas piezas puedan prefabricarse, la mayor parte del proceso de soldadura tiene lugar in situ, sobre la construcción completa, normalmente en un lugar caro, como en un dique seco o en el muelle. Como consecuencia, el ensamble de una construcción de armazón marino mediante soldadura es un proceso largo y costoso, que a menudo ocupa un espacio valioso durante muchas semanas o incluso meses.
EP 2 067 914 A1 divulga una construcción de camisa que comprende varias columnas y varios tirantes en alineación angular, en la que los nudos se fabrican como piezas de acero moldeadas. De este modo, la propia junta del nudo no se suelda. Las columnas y los tirantes se unen a las piezas fundidas del nudo mediante soldadura, pero la ventaja con respecto a las juntas soldadas convencionales de las tuberías es que las soldaduras están situadas lejos de las concentraciones geométricas de tensión y se realizan como simples soldaduras circunferenciales. Como resultado, la construcción del armazón puede fabricarse con soldaduras de mayor calidad y menores requisitos de sobredimensionamiento. La disposición divulgada en EP 2 067 914 A1 no reduce, sin embargo, el tiempo de fabricación in situ en una cantidad significativa.
EP 2535312 B2 divulga una construcción tipo camisa para construcciones marítimas en la que la conexión de las columnas y los tirantes se establece mediante atornillado. Los elementos de unión utilizados en las juntas son preferentemente piezas de hierro fundido. Esta disposición elimina la necesidad de soldar in situ y permite así un considerable ahorro de tiempo de ensamblaje. Sin embargo, al basarse en pernos introduce un elemento de unión que normalmente requerirá mantenimiento. También es bien sabido que la viabilidad a largo plazo de las uniones atornilladas sumergidas y sometidas a cargas dinámicas puede ser cuestionable. En consecuencia, la solución a los retos de los nudos fáciles de ensamblar parece haberse adquirido a costa de la introducción de un mantenimiento adicional.
US 3 134 235 divulga un método para colocar e instalar un ensamble de pilotes y puntal en relación con una estructura marítima para arriostrar dicha estructura.
Una solución podría ser disponer la conexión entre columnas y tirantes como juntas de pasador. Una junta de pasador comprende una parte en forma de oreja unida a un elemento, y una parte en forma de horquilla unida a otro elemento. Un pasador que atraviesa tanto la parte de la oreja como la de la horquilla sirve para unir las dos partes. Las piezas de unión pertinentes de una junta de pasadores (orejas u horquillas) podrían prefabricarse e incorporarse en lugares adecuados en columnas y tirantes, y esto permitiría un ensamblaje rápido en el lugar costoso para el embarque, es decir, en el dique seco o en el muelle.
Las juntas de pasador son conocidas en una amplia gama de construcciones de armazón en tierra, por ejemplo, el Centro Georges Pompidou de París y el aeropuerto de Billund. Las juntas de pasador también se utilizan en disposiciones estructurales más flexibles, como la construcción de soporte de la marquesina sobre el Centro Aeroportuario del aeropuerto de Múnich.
Las juntas de pasador se utilizan en aplicaciones marítimas en las que se acepta que será necesario realizar tareas de mantenimiento, por ejemplo, para las conexiones de los pasacables de las líneas de amarre. Sin embargo, las juntas de pasador no se utilizan para juntas estructurales en construcciones de armazón marítimas.
Objeto de la invención
Es objeto de la invención proporcionar una junta estructural para construcciones de armazón marítimas tales como camisas, trípodes, dispositivos flotantes tetraédricos u otros tipos de construcciones marítimas compuestas de columnas o tirantes ensamblados en nudos y cuya junta estructural evite los inconvenientes mencionados.
Además, es objeto de la invención proporcionar un método para el ensamble de tales construcciones de armazón marítimas utilizando dichas juntas estructurales.
Descripción de la invención
Estos objetos se consiguen gracias a las características que se describen a continuación y que se exponen con más detalle en las reivindicaciones. En particular, la invención se define por la reivindicación independiente 1. Las realizaciones preferidas se definen por las reivindicaciones dependientes.
En un primer aspecto, la presente divulgación se refiere a una junta de pasador como conexión entre los elementos estructurales que pueden proporcionarse en forma de columnas y tirantes.
La junta estructural de acuerdo con la presente divulgación es peculiar en que la junta estructural entre los elementos estructurales comprende una parte de horquilla, una parte de oreja y un pasador, en el que dicha parte de horquilla y dicha parte de oreja comprenden un orificio, cuyo orificio está dispuesto para recibir dicho pasador. De este modo, los elementos estructurales están conectados entre sí. Esta junta estructural puede denominarse junta de pasador.
La junta estructural es ventajosa para su uso en la cimentación de una turbina eólica marítima para la conexión entre columnas y tirantes.
En un segundo aspecto, la presente divulgación se refiere a un método para el ensamble de una junta de pasador para construcciones de armazón marítimas.
El método para el ensamble de construcciones de armazón marítimas que comprenden elementos estructurales tiene la particularidad de comprender los pasos de:
• Colocar los elementos estructurales en las proximidades de la posición que se va a ensamblar;
• Insertar una parte de la oreja proporcionada en un primero de los elementos estructurales en una parte de la horquilla proporcionada en un segundo de los elementos estructurales; y
• Completar el ensamble insertando un pasador en orificios alineados provistos en dicha parte de horquilla y dicha parte de oreja, cuyos orificios están dispuestos para recibir dicho pasador.
En una realización, la junta es similar a las juntas de pasador utilizadas en las construcciones de armazón en tierra, con una parte de oreja unida a un elemento y una parte de horquilla unida a otro elemento. Un pasador que pasa a través de orificios alineados previstos tanto en la parte de la oreja como en la parte de la horquilla sirve para unir las dos partes. Las piezas de unión pertinentes de una junta de pasador (orejas u horquillas) pueden prefabricarse e incorporarse en lugares adecuados de columnas y tirantes. Esto permitirá un ensamblaje rápido en el lugar costoso para el embarque, es decir, en el dique seco o en el muelle. La oreja, la horquilla y el pasador pueden ser de acero.
Las fuerzas hidrodinámicas sobre los elementos estructurales pueden dar lugar a micro movimientos entre el pasador y la oreja y la horquilla. Estos micromovimientos pueden dar lugar a rozamiento y corrosión, y en un entorno submarino la protección catódica puede ser incapaz de garantizar la protección debido al blindaje en los estrechos entrehierros entre los elementos. En consecuencia, existe el riesgo de que sea necesario un mantenimiento sustancial, normalmente en juntas situadas bajo el mar, con elevados costes asociados.
Un experto en la materia apreciará que por corrosión se entiende la corrosión en un entorno marítimo, incluido un entorno submarino. Además, un experto en la materia apreciará que por no corrosivo se entiende no corrosivo en un entorno marítimo, incluido un entorno submarino.
Este problema potencial se alivia en otra realización de la invención. En este caso, los orificios de dicha parte de horquilla y dicha parte de oreja comprenden una superficie deslizante, que está provista de un revestimiento que actúa como cojinete. El pasador está fabricado con un material inmune a la corrosión, y la superficie deslizante en la oreja y/o la horquilla está provista de un revestimiento que actúa como cojinete. De este modo se evita el riesgo de rozamiento y corrosión en las superficies de contacto.
Un pasador inmune a la corrosión puede constar de un cuerpo de acero rodeado parcial o totalmente por un revestimiento fabricado con un material inmune a la corrosión, o puede estar fabricado totalmente con un material inmune a la corrosión. Dicho material puede ser un compuesto o puede ser metálico, por ejemplo, bronce de aluminio o aleación 625. Los materiales metálicos inmunes a la corrosión tendrán un potencial electroquímico diferente del potencial electroquímico del acero, y si el revestimiento que actúa como cojinete también es metálico, esto puede provocar una corrosión galvánica entre el pasador y el revestimiento y/o entre el revestimiento y la oreja o la horquilla. Este riesgo de corrosión galvánica puede mitigarse utilizando un revestimiento fabricado con un material no conductor, como plástico reforzado con fibra de vidrio, PEEK (poliéter éter cetona) u otro tipo de plástico, lignum vitae, caucho, etc.
De acuerdo con otra realización, la junta estructural tiene la particularidad de que el pasador tiene una superficie no corrosiva, dicha superficie está hecha como un recubrimiento o casquillo soldado o encogido o pegado o fijado de otro modo al pasador hecho de un material diferente, o dicha superficie es continua con el pasador, estando el pasador en su totalidad hecho del material no corrosivo.
Debido a la carga hidrodinámica cíclica, la junta del pasador puede experimentar inversiones de carga. Como resultado, puede producirse desgaste entre el cojinete y el pasador, en particular si el agua tiene un contenido significativo de partículas.
Este problema potencial se alivia en otra realización de la invención. En esta realización, se establece un ajuste de interferencia entre el pasador y el cojinete.
El ajuste de interferencia puede establecerse por diversos medios, por ejemplo, mediante una disposición de expansión en la que el pasador se expande por el movimiento axial de una parte interna cónica, o simplemente haciendo que el propio pasador sea cónico y empujando el pasador axialmente dentro del cojinete hasta que se haya obtenido el ajuste de interferencia deseado.
Un ajuste deseado podría ser aquel en el que la presión superficial del ajuste de interferencia sea suficiente para garantizar que la superficie sin carga del cojinete no se despegue del pasador durante una carga extrema. En este nivel de ajuste, la superficie del cojinete nunca abandona la superficie del pasador, evitando así cualquier entrada de partículas en el cojinete. Un ajuste alternativo podría ser aquel en el que la presión superficial del ajuste de interferencia sea suficiente para garantizar que la superficie sin carga del cojinete no se despegue del pasador durante la carga normal. En este nivel de ajuste, la superficie del cojinete nunca abandona la superficie del pasador en condiciones normales, y cualquier entrada de partículas en el cojinete se limitará a unas pocas condiciones de carga extremas.
El cojinete de la junta de pasador puede estar sometido a cargas en los bordes en caso de carga fuera del plano de la junta, donde el plano se define como un plano perpendicular al eje del pasador. Dicha carga fuera del plano puede producirse, por ejemplo, como resultado de una desalineación en el cojinete, o como consecuencia de una carga hidrodinámica en los elementos unidos por la junta de pasador.
Dicha carga en los bordes puede reducirse mediante una conformación adecuada de la pista de rodadura del cojinete, con un alivio en los extremos, o haciendo que el pasador tenga una forma ligeramente de barril, o mediante una combinación de ambas cosas.
En otra realización de la invención, el cojinete es un cojinete esférico, con lo que se elimina el riesgo de carga en los bordes, a excepción de la carga inevitable que surge como consecuencia de la fricción interna en el cojinete. El cojinete esférico insertado en la parte de la oreja es un cojinete esférico, que comprende una parte interior externamente esférica y una parte exterior internamente esférica.
En otra realización de la invención, el cojinete se fabrica como cojinete elastomérico, por ejemplo, como casquillo de goma. El casquillo puede insertarse entre el pasador y la oreja, y/o entre el pasador y la horquilla. El casquillo puede estar insertado o vulcanizado con un casquillo metálico interior y/o un casquillo metálico exterior.
La junta de pivote puede establecerse como una junta simple, o puede establecerse como una junta doble o múltiple. En una realización preferida, la junta de pasador se establece como una bisagra.
Descripción de los dibujos
A continuación se describen ejemplos de realizaciones preferidas, visualizados en los dibujos adjuntos, en los que: La figura 1 muestra una vista en principio de una junta estructural inventiva de acuerdo con una primera realización ejemplar de la invención;
La figura 2 muestra una vista en principio seccional de una junta estructural inventiva de acuerdo con una primera realización ejemplar de la invención;
La figura 3 muestra una vista en principio seccional de una junta estructural inventiva de acuerdo con una segunda realización ejemplar de la invención;
La figura 4 muestra una vista en principio seccional de una junta estructural inventiva de acuerdo con una tercera realización ejemplar de la invención;
La figura 5 muestra una vista en principio seccional de una junta estructural inventiva de acuerdo con una cuarta realización ejemplar de la invención;
La figura 6 muestra una vista en principio seccional de una junta estructural inventiva de acuerdo con una quinta realización ejemplar de la invención;
La figura 7 muestra una vista en principio seccional de una junta estructural inventiva de acuerdo con una sexta realización ejemplar de la invención;
La figura 8 muestra una vista de principio de una primera configuración de una junta estructural inventiva de acuerdo con la invención; y
La figura 9 muestra una vista de principio de una configuración diferente de una junta estructural inventiva de acuerdo con la invención.
Descripción Detallada de la Invención
En las figuras, los elementos similares o correspondientes se denotan con los mismos números de referencia. La figura 1 muestra una vista en principio de una junta estructural inventiva de acuerdo con una primera realización ejemplar de la invención. Una columna 1 está unida a un tirante 2 con una junta de pasador. La junta de pasador consta de dos partes de horquilla 3 unidas a la columna 1, una parte de oreja 4 unida al tirante 2 y un pasador 5. La figura 2 muestra una vista en principio seccional de una junta estructural inventiva de acuerdo una primera realización ejemplar de la invención. Las partes de la horquilla 3 se unen con la parte de la oreja 4 mediante el pasador 5. Las partes de la horquilla 3, la parte de la oreja 4 y el pasador 5 pueden ser de acero.
La figura 3 muestra una vista en principio seccional de una junta estructural inventiva de acuerdo con una segunda realización ejemplar de la invención. Aquí, un cojinete 6 se inserta en la parte de la oreja 4. El pasador puede ser de acero o de un material no corrosivo como, por ejemplo, plástico reforzado con fibra de vidrio, bronce de aluminio o aleación 625. El material no corrosivo puede ser un recubrimiento encogido o pegado o fijado de otro modo a un pasador de acero, o el pasador puede estar hecho en su totalidad del material no corrosivo. El cojinete puede ser metálico o estar fabricado con un material compuesto no conductor, como plástico reforzado con fibra de vidrio o poliéter éter cetona (PEEK).
La figura 4 muestra una vista en principio seccional de una junta estructural inventiva de acuerdo con una tercera realización ejemplar de la invención. Como en la segunda realización ejemplar de la invención, el cojinete 6 se inserta en la parte de la oreja 4. Además, los cojinetes 7 se insertan en las partes de la horquilla 3. Además, se insertan cojinetes axiales 8 entre las partes de la horquilla 3 y la parte de la oreja 4 para garantizar que la junta del pasador sea capaz de soportar también cargas axiales.
La figura 5 muestra una vista en principio seccional de una junta estructural inventiva de acuerdo con una cuarta realización ejemplar de la invención. En este caso, el cojinete insertado en la parte de la oreja 4 es esférico y consta de una parte interior esférica externa 9 y una parte exterior esférica interna 10.
La figura 6 muestra una vista en principio seccional de una junta estructural inventiva de acuerdo con una quinta realización ejemplar de la invención. Aquí, tanto el cojinete 6 insertado en la parte de la oreja 4 como los cojinetes 7 insertados en las partes de la horquilla 3 son cónicos internamente, y el pasador 5 es igualmente cónico. Cuando se inserta en la posición de ensamblaje como se muestra en la figura, el pasador 5 tiene un fuerte ajuste a presión contra los cojinetes 6 y 7, eliminando así el juego de los cojinetes y evitando la entrada de partículas de desgaste.
La figura 7 muestra una vista en principio seccional de una junta estructural inventiva de acuerdo con una sexta realización ejemplar de la invención. En este caso, se utiliza un cojinete elastomérico que comprende un casquillo de caucho 11 montado entre un casquillo metálico exterior 12 y un casquillo metálico interior 13.
Las figuras 8 y 9 muestran una vista en principio de dos configuraciones diferentes de una junta estructural inventiva de acuerdo con la invención.
La figura 8 muestra una sola junta de pasador que une la columna 1 y el tirante 2.
La figura 9 muestra un pasador doble que une la columna 1 y el tirante 2. En este caso, los pasadores tienen un eje longitudinal común 14, lo que convierte la junta en una bisagra.
La descripción anterior de las realizaciones preferidas y otras no pretende limitar o restringir el alcance o la aplicabilidad de los conceptos inventivos divulgados. Se pretende que las reivindicaciones anexas incluyan todas las modificaciones y alteraciones en la medida en que entren en el ámbito de las reivindicaciones siguientes.
Claims (15)
1. Una construcción de armazón marítima que comprende elementos estructurales (1, 2) y una junta estructural que conecta los elementos estructurales (1, 2), donde la junta estructural entre los elementos estructurales (1, 2) comprende una parte de horquilla (3), una parte de oreja (4) y un pasador (5), donde dicha parte de horquilla (3) y dicha parte de oreja (4) comprenden un orificio, donde el pasador (5) se inserta en los orificios, caracterizada porque
- el pasador (5) tiene una superficie no corrosiva, la superficie está hecha como un recubrimiento o casquillo soldado o encogido o pegado o fijado de otro modo al pasador (5) hecho de un material diferente; o la superficie es continua con el pasador (5), estando el pasador (5) en su totalidad hecho del material no corrosivo; y - los orificios de dicha parte de horquilla (3) y dicha parte de oreja (4) comprenden una superficie deslizante, que está provista de un revestimiento que actúa como cojinete (6, 7),
donde el cojinete (6, 7) es un cojinete elastomérico, o
donde el pasador (5) tiene un cuerpo, que está rodeado por el revestimiento que está hecho de un material no conductor elegido entre uno de un plástico, plástico reforzado con fibra de vidrio, poliéter éter cetona, lignum vitae, o caucho.
2. La construcción de armazón marítima de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque uno o más cojinetes axiales (8) están insertados entre la oreja y la horquilla.
3. La construcción de armazón marítima de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque el pasador (5) tiene un cuerpo de acero que está rodeado por un revestimiento de un material elegido entre uno de:
- un metal que sea bronce de aluminio o
- un metal que sea la aleación 625.
4. La construcción de armazón marítima de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1-3, caracterizada porque el cojinete (6) es metálico, o el cojinete (6) está fabricado con un material no conductor.
5. La construcción de armazón marítima de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1-4, caracterizada porque el cojinete insertado en la parte de la oreja (4) es un cojinete esférico (10), que comprende una parte interior externamente esférica (9) y una parte exterior internamente esférica (10).
6. La construcción de armazón marítima de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1-5, caracterizada porque un casquillo de goma (11) está insertado o vulcanizado con un casquillo metálico interior (13) y/o un casquillo metálico exterior (12).
7. La construcción de armazón marítima de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1-6, caracterizada porque se establece un ajuste de interferencia entre el pasador (5, 9) y el cojinete (6, 10).
8. La construcción de armazón marítima de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada porque el ajuste de interferencia se establece mediante una disposición de expansión en la que el pasador (5) se expande.
9. La construcción de armazón marítima de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada porque el ajuste de interferencia se establece mediante un pasador cónico (5).
10. La construcción de armazón marítima de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las juntas de pasador pueden establecerse como una junta simple, como una junta doble o múltiple, o como una bisagra.
11. La construcción de armazón marítima de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque la parte de la horquilla (3) y la parte de la oreja (4) respectivas son piezas prefabricadas preparadas para e incorporadas a los elementos estructurales (1, 2) respectivos.
12. La construcción de armazón marítima de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el cojinete (6) insertado en la parte de la oreja (4) es esférico, comprendiendo una parte interior externamente esférica (9) y una parte exterior internamente esférica (10).
13. La construcción de armazón marítima de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque un cojinete (6) está en la parte de la oreja (4), porque los cojinetes (7) están en las partes de la horquilla (3), y cojinetes axiales (8) entre las partes de la horquilla (3) y la parte de la oreja (4).
14. La construcción de armazón marítima de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde uno de los elementos estructurales (1) es una columna y el otro elemento estructural (2) es un tirante.
15. La construcción de armazón marítima de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la construcción de armazón marítima es una cimentación de turbina eólica marítima o un dispositivo flotante tetraédrico.
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