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WO2008031912A1 - Torre para aerogeneradores montada con elementos prefabricados. - Google Patents

Torre para aerogeneradores montada con elementos prefabricados. Download PDF

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WO2008031912A1
WO2008031912A1 PCT/ES2007/070158 ES2007070158W WO2008031912A1 WO 2008031912 A1 WO2008031912 A1 WO 2008031912A1 ES 2007070158 W ES2007070158 W ES 2007070158W WO 2008031912 A1 WO2008031912 A1 WO 2008031912A1
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longitudinal
prefabricated
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wind turbines
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José Ignacio LLORENTE GONZÁLEZ
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Gamesa Innovation & Technology, S.L.
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a tower structure for wind turbines, in particular for a tower structure for large wind turbines mounted with prefabricated elements.
  • Document DE 10206242 describes a complete lattice tower with at least three clamping legs for a wind turbine.
  • Document DE 10230273 describes a wind turbine tower comprising a lower conical section in concrete and an upper cylindrical section in steel, with a connection device between them.
  • the document WO 9739240 describes a chimney system in which a wind turbine tower is introduced, thus taking advantage of the chimney height.
  • EP 1262614 describes a tower for prestressed concrete wind turbine.
  • WO 03/069099 describes a wind turbine tower with preferably precast concrete elements.
  • WO 2004031578 describes a modular system for wind turbine towers, in which different parts of steel tubes of different sections, conical and cylindrical are adapted.
  • WO 2004083633 describes a method for building a tower for a generator with prefabricated elements using horizontal and vertical flanges for joining said elements.
  • precast concrete solutions are undoubtedly the alternatives that best respond, according to the current technique, to these conditions: quality control of assembly execution, greater rigidity and damping of concrete against steel in static and dynamic phenomena, etc. .
  • quality control of assembly execution greater rigidity and damping of concrete against steel in static and dynamic phenomena, etc.
  • the objective of the present invention is to provide a wind turbine tower that solves the aforementioned problems. This is achieved with a tower with its shaft divided into a plurality of segments joined by transverse rings, at least one of said segments being formed with a plurality of precast concrete pieces, of equal height to the segment and with straight longitudinal edges, being These pieces are configured with longitudinal stiffening ribs at their edges and with at least one hole in them to form a longitudinal joint together with an identical hole in the adjacent piece, this joint being made with metallic elements and high-strength mortars arranged between them and said prefabricated parts
  • Figure 1 is a cross-sectional view of the tower according to the invention.
  • Figure 2 is a plan view of the tower according to the invention.
  • Figure 3 is an elevation view of a longitudinal joint from inside the tower.
  • Figure 4 is a plan view of a longitudinal joint.
  • Figure 5 is a view of an embodiment of a longitudinal joint with four metal plates parallel to the edges and high strength mortar between them and the prefabricated parts.
  • the tower 11 for wind turbines according to a preferred embodiment of the present invention has a part of its shaft formed by 4 segments 13 each of which is formed by 6 prefabricated concrete pieces 15.
  • the upper part of the shaft that could have a similar structure or be formed by a metal structure is not shown in the figures.
  • the tower 11 illustrated in the Figures has a truncated conical shape of revolution and the pieces 15 consequently have a curved shape, but the invention would be equally applicable to towers and parts of other shapes.
  • the segments 13 are joined together by rings 17 and the assembly would be prestressed by cables 19 in a manner known in the art.
  • the pieces 15 include on their longitudinal edges stiffening ribs 21 that facilitate transport and assembly operations.
  • the pieces 15 include holes 23 of a prismatic-triangular shape for the formation of a plurality of discrete joints 25 in each segment 13.
  • the ribs 21 have widened areas 31.
  • each piece 15 includes two gaps 23 in each longitudinal edge located in equidistant positions of its ends.
  • the joints 25 are made with metal plates 33 located parallel to the walls of the pieces 15 and high strength mortar 35 between said metal plates 33 and said walls.
  • the discrete joints 25 according to the invention effectively transmit the shear forces between adjacent pieces 15 and can be carried out “in situ” with ease.
  • the shape of the joints 25 facilitates that they can only be made with a mortar that would be subjected to compression stresses along the diagonal and to tensile stresses in the perpendicular direction.
  • variations in the direction of the compression and traction stresses could cause the mortar to fail so that the mentioned reinforcement is advisable.
  • the discrete joints 25 according to the invention are very advantageous over the known solutions that use metal elements introduced, at least partially, in the prefabricated parts.

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Abstract

Torre para aerogeneradores montada con los elementos prefabricados con al menos parte de su fuste dividido en una pluralidad de segmentos (13) unido mediante anillos transversales (17), estando formado al menos uno de dichos segmentos (13) con una pluralidad de piezas prefabricadas (15) de hormigón, de igual altura que el segmento (13) y bordes longitudinales rectos que incluyen unos nervios longitudinales (21) en sus bordes y al menos un hueco (23) en un nervio longitudinal (21 ) para configurar junto con un hueco idéntico (23) en Ia pieza prefabricada (15) contigua una junta longitudinal (25) realizada con elementos metálicos (33) y morteros de alta resistencia (25) dispuestos entre ellos y dichas piezas prefabricadas (15).

Description

TORRE PARA AEROGENERADORES MONTADA CON ELEMENTOS
PREFABRICADOS
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere a una estructura de torre para aerogeneradores, en particular para una estructura de torre para grandes aerogeneradores montada con elementos prefabricados.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El desarrollo e innovación en el campo de los aerogeneradores durante las últimas dos décadas ha dado como resultado el aumento del tamaño y de Ia potencia de las turbinas de los mismos. Esto implica un aumento de las alturas de las torres, así como del peso y las cargas que actúan sobre las torres de los aerogeneradores. Por esta razón, las torres de los aerogeneradores han de ser más rígidas y resistentes, Io que conduce a mayores dimensiones, en altura y en diámetro, de las citadas torres. Este aumento en las dimensiones de las torres origina problemas para su transporte en tierra, así como problemas de interferencias entre las palas del rotor y Ia estructura de Ia torre debidos al conflicto entre las deflexiones de las palas y el mayor diámetro de las citadas torres.
Se citan a continuación algunas propuestas conocidas de torres para aerogeneradores. El documento DE 10206242 describe una torre completa en celosía con al menos tres patas de sujeción para un aerogenerador.
El documento DE 10230273 describe una torre para aerogenerador que comprende una sección cónica inferior en hormigón y una sección cilindrica superior en acero, con un dispositivo de conexión entre ambas. El documento WO 9739240 describe un sistema en chimenea en el cual se introduce una torre para aerogenerador, que aprovecha de esta forma Ia altura de Ia chimenea.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) El documento EP 1262614 describe una torre para aerogenerador de hormigón pretensado.
El documento WO 03/069099 describe una torre para aerogenerador con elementos prefabricados preferentemente de hormigón. El documento WO 2004031578 describe un sistema modular para torres de aerogeneradores, en el cual se adaptan diferentes partes de tubos de acero de diferentes secciones, cónicas y cilindricas.
El documento WO 2004083633 describe un método para construir una torre para un generador con elementos prefabricados utilizando bridas horizontales y verticales para Ia unión de dichos elementos.
Analizando el estado de Ia técnica se observa que para las torres de 100 a 120 m requeridas actualmente no son válidas las soluciones convencionales metálicas en chapa curva, con módulos unidos por tornillos de alta resistencia siendo preciso el recurso de soluciones metálicas transportables y montables (celosías con elementos lineales) o, preferentemente, soluciones de hormigón. La ejecución "¡n situ" de hormigón, mediante técnicas trepantes o deslizantes, presenta lógicamente problemas de rendimiento y coste, no siendo por otra parte generalizable a ciertos emplazamientos.
Así pues, las soluciones de hormigón prefabricadas constituyen sin duda las alternativas que mejor responden, según Ia técnica actual, a estos condicionantes: control de calidad de ejecución de montajes, mayor rigidez y amortiguamiento del hormigón frente al acero en fenómenos estáticos y dinámicos, etc. La exigencia de generalización de tales soluciones a diferentes emplazamientos, costes y condicionantes de accesibilidad de las potentes grúas necesarias para el montaje, así como a las limitaciones de permisos y accesos para el transporte de pesados elementos obliga, necesariamente, a un despiece de las torres en elementos de geometría y pesos controlados que permitan su transporte, elevación y posterior montaje con grúas.
En Ia técnica conocida se han propuesto diversas soluciones prefabricadas para torres con una geometría básica troncocónica de revolución contemplando asimismo su posible aproximación mediante secciones poligonales, asumiendo un comportamiento monolítico de Ia torre resultante
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) completamente análogo a Ia que hubiera tenido una torre construida "in situ" de hormigón.
Por su parte, para resolver los problemas planteados por las juntas continuas, tanto longitudinales como transversales que son consustanciales con Ia utilización de elementos prefabricados, Ia técnica anterior se ha limitado a Ia aplicación de soluciones bien conocidas.
En este sentido, se han mencionado todas las técnicas de pretensado actualmente conocidas en el ámbito estructural: pretensado interior inyectado alojado en vainas dentro de las paredes de los elementos prefabricados, pretensado exterior principalmente desde coronación, anclado en anillos a ciertas alturas y alojado en el hueco interior de Ia torre. Para las juntas verticales se han planteado asimismo soluciones habituales en el campo de Ia prefabricación: juntas secas o húmedas con armadura pasivas, armaduras activas de barras cortas, postesado anular, etc. Sin embargo, Ia técnica conocida no ha propuesto soluciones efectivas que, por un lado, garanticen Ia respuesta estructural de las juntas y, por otro lado, tengan en cuenta las condiciones y resistencia de los elementos prefabricados durante el transporte, manipulación, elevación y montaje así como los problemas de absorción de tolerancias en las juntas entre piezas.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
El objetivo de Ia presente invención es proporcionar una torre para aerogeneradores que resuelva los problemas mencionados. Ello se consigue con una torre con su fuste dividido en una pluralidad de segmentos unidos mediante anillos transversales, estando formado al menos uno de dichos segmentos con una pluralidad de piezas prefabricadas de hormigón, de igual altura que el segmento y con bordes longitudinales rectos, estando configuradas dichas piezas con unos nervios longitudinales rigidizadores en sus bordes y con al menos un hueco en ellos para conformar junto con un hueco idéntico en Ia pieza contigua una junta longitudinal, realizándose esta junta con elementos metálicos y morteros de alta resistencia dispuestos entre ellos y dichas piezas prefabricadas.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Éstas y otras características y ventajas de Ia presente invención se desprenderán de Ia descripción detallada que sigue de las realizaciones de Ia misma, a título ilustrativo y no limitativo, en relación con las figuras que se acompañan.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La Figura 1 es una vista en sección transversal de Ia torre según Ia invención. La Figura 2 es una vista en planta de Ia torre según Ia invención.
La Figura 3 es una vista en alzado de una junta longitudinal desde el interior de Ia torre.
La Figura 4 es una vista en planta de una junta longitudinal. La Figura 5 es una vista de una realización de una junta longitudinal con cuatro placas metálicas paralelas a los bordes y mortero de alta resistencia entre ellas y las piezas prefabricadas.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS
La torre 11 para aerogeneradores según una realización preferente de Ia presente invención tiene una parte de su fuste formada por 4 segmentos 13 cada uno de los cuales está formado por 6 piezas prefabricadas 15 de hormigón.
No se muestra en las figuras Ia parte superior del fuste que podría tener una estructura similar ó bien estar formada por una estructura metálica. La torre 11 ilustrada en las Figuras tiene una forma troncocónica de revolución y las piezas 15 tienen consiguientemente una forma curva, pero ta invención resultaría igualmente aplicable a torres y piezas de otras formas.
Los segmentos 13 están unidos entre sí mediante anillos 17 y el conjunto estaría pretensado mediante cables 19 de manera conocida en Ia técnica. Las piezas 15 incluyen en sus bordes longitudinales unos nervios de rigidización 21 que facilitan las operaciones de transporte y montaje.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) A su vez las piezas 15 incluyen unos huecos 23 de forma prismático- triangular para Ia formación de una pluralidad de juntas discretas 25 en cada segmento 13. A este efecto los nervios 21 disponen de zonas ensanchadas 31.
Preferentemente cada pieza 15 incluye dos huecos 23 en cada borde longitudinal situados en posiciones equidistantes de sus extremos.
Las juntas 25 se realizan con placas metálicas 33 situadas paralelamente a las paredes de las piezas 15 y mortero de alta resistencia 35 entre dichas placas metálicas 33 y dichas paredes.
Las juntas discretas 25 según Ia invención transmiten eficazmente los esfuerzos cortantes entre piezas 15 contiguas y pueden realizarse "in situ" con facilidad.
En principio, Ia forma de las juntas 25 facilita que puedan realizarse únicamente con un mortero que estaría sometido a esfuerzos de compresión a Io largo de Ia diagonal y a esfuerzos de tracción en Ia dirección perpendicular. Ahora bien, dado el carácter dinámico de Ia carga en función de Ia dirección de viento, las variaciones de sentido de los esfuerzos de compresión y tracción podrían ocasionar el fallo del mortero por Io que resulta aconsejable Ia armadura mencionada.
En todo caso, las juntas discretas 25 según Ia invención resultan muy ventajosas sobre las soluciones conocidas que utilizan de una manera ú otra elementos metálicos introducidos, al menos parcialmente, en las piezas prefabricadas.
Aunque Ia presente invención se ha descrito enteramente en conexión con realizaciones preferidas, no se han de considerar éstas como limitativas, pudiéndose introducir aquellas modificaciones dentro del alcance definido por las siguientes reivindicaciones.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Torre (1 1 ) para aerogeneradores con al menos parte de su fuste dividido en una pluralidad de segmentos (13) unidos mediante anillos transversales (17), estando formado al menos uno de dichos segmentos (13) con una pluralidad de piezas prefabricadas (15) de hormigón, de igual altura que el segmento (13) y con bordes longitudinales rectos, caracterizada porque
- dichas piezas prefabricadas (15) incluyen unos nervios longitudinales (21) en sus bordes; - dichas piezas prefabricadas incluyen al menos un hueco (23) en un nervio longitudinal (21 ) para configurar junto con un hueco idéntico (23) en Ia pieza prefabricadas (15) contigua una junta longitudinal (25);
- dicha junta longitudinal (25) se realiza con elementos metálicos (33) y morteros de alta resistencia (25) dispuestos entre ellos y dichas piezas prefabricadas (15).
2.- Torre (1 1) para aerogeneradores según Ia reivindicación 1 , caracterizada porque los nervios longitudinales (21 ) de dichas piezas tienen ensanchamientos (31 ) en torno a dichos huecos (23).
3.- Torre (11) para aerogeneradores según las reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque dichos huecos (23) tienen forma prismático-triangular, con su hipotética base en el borde longitudinal de Ia pieza prefabricada (15).
4.- Torre (1 1) para aerogeneradores según Ia reivindicación 3, caracterizada porque los elementos metálicos (33) son cuatro placas colocadas paralelamente a los lados de los dos huecos (23) de forma prismático-triangular de dos piezas prefabricadas (15) contiguas.
5.- Torre (1 1 ) para aerogeneradores según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizada porque cada pieza prefabricada tiene al menos dos huecos (23) en cada borde longitudinal situados en posiciones equidistantes de sus extremos.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
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