ES2240732T3 - Brida de union para componentes tubulares. - Google Patents

Abstract

Brida de unión anular con una sección tubular para fijar a un extremo del lado frontal de un componente tubular, en especial para un segmento de torre para la construcción de una torre de una planta de energía eólica, y con un cuello de brida conectado radialmente a un extremo de la sección con una superficie de brida orientada axialmente en sentido contrario a la sección tubular, caracterizada porque la pared exterior (15) de la sección tubular (4) es cónica, en especial para fijarse a un componente (8) igualmente cónico.

Description

Brida de unión para componentes tubulares.

La presente invención se refiere a una brida de unión anular para fijar en un extremo de un componente tubular según el preámbulo de la reivindicación 1.

Para la unión de componentes tubulares son conocidas uniones anulares abridadas como, por ejemplo, por Dieter Lehmann, "Berechnung von L-Flanschen mit unterschiedlichen Kontakflächen/Ringflanschfor- men nach DIN 4133", Ernst & Sohn, Stahlbau 69 (2000), volumen 9, páginas 682-687, y están también muy extendidas. Por ejemplo, en la construcción de tuberías se conocen cuellos de brida conectados radialmente al componente tubular, que normalmente están orientados radialmente hacia fuera en el extremo del tubo. Los cuellos de brida tienen, por lo general, una superficie de brida plana, orientada axialmente en sentido contrario al propio cuerpo del tubo, y presentan perforaciones repartidas por su contorno. De esta manera, los componentes tubulares se pueden colocar uno junto a otro, por ejemplo, como segmentos de una tubería, y con ayuda de obturaciones apropiadas, atornillarse unos con otros para formar la tubería.

Debido a que estos cuellos de brida anular sobresalen lateralmente al volumen del propio componente tubular, generalmente es desventajoso desde el punto de vista técnico de la producción fabricar los cuellos de brida junto con el componente tubular en una pieza (al menos cuando los componentes no se pueden fabricar con técnicas de fundición): por ejemplo, un componente tubular que se fabrica a partir de chapas o placas metálicas con técnicas de soldadura, normalmente no se deja preformar apenas como semiproducto de tal modo que sólo mediante un plegado apropiado se puede formar un cuello de brida. También a consecuencia de ello ha llegado a ser habitual fabricar en primer lugar los componentes tubulares sin cuello de brida y luego insertarlos en el propio componente, con técnicas de ensamblaje adecuadas, en tubos metálicos, por ejemplo mediante soldadura, en el caso de tubos de plástico mediante pegado o laminado.

Para mejorar la aplicación de fuerzas en la zona de la brida anular, potencialmente sometida a gran esfuerzo, como es sabido ha demostrado ser ventajoso desde el punto de vista constructivo preformar un elemento de brida anular de tal manera que para fijarse a un extremo del componente con forma de tubo cilíndrico presente una corta sección con forma de tubo cilíndrico, uno de cuyos extremos sea, por ejemplo, soldado al componente con forma de tubo cilíndrico y cuyo otro extremo continúe en un cuello de brida adyacente radialmente con una superficie de brida orientada axialmente en sentido contrario a la
sección.

Por ejemplo, en la construcción de torres para plantas de energía eólica, en el lugar de edificación se apilan segmentos de torre tubulares unos sobre otros para alcanzar grandes alturas. También en este campo de la técnica ha demostrado su eficacia, por razones estáticas, conificar la torre desde el área cercana al suelo hacia arriba hasta la góndola. Hasta ahora se han presentado grietas y otros síntomas de fatiga en las uniones abridadas que conectan los segmentos de torre.

Frente a eso, la invención se plantea el objetivo de suministrar una brida anular que sea menos propensa a los daños debidos a su adecuada solicitación.

Este objetivo se alcanza conforme a la invención mediante una brida de unión con las características de la reivindicación 1. Las configuraciones preferidas se detallan en las reivindicaciones subordinadas.

Precisamente en el campo de aplicación de torres para plantas de energía eólica, es razonable desde el punto de vista constructivo aprovechar cualquier posibilidad de optimizar el flujo de potencia que se pierde a través de las uniones abridadas entre segmentos de torre. Insertar en los elementos de torre tubulares cónicos los elementos de brida anulares conocidos con secciones de fijación en forma de tubo cilíndrico, orientados de forma recta en dirección al eje del cilindro, tal como prevé el estado de la técnica, produce un flujo de potencia en las uniones abridadas que puede incluso implicar múltiples modificaciones de dirección y, por lo demás, es estéticamente desventajoso.

Frente a lo anterior y conforme a la invención, una brida anular presenta una sección tubular para fijar la brida a un extremo del componente tubular. En un extremo de esta sección se conecta un cuello de brida radialmente, de preferencia hacia dentro, y tiene una superficie de brida orientada axialmente en sentido contrario a la sección, preferiblemente plana. La pared exterior de la sección tubular es cónica y puede de esa manera ser fijada a un componente tubular cónico para generar un contorno exterior común continuo. Esto mejora considerablemente el flujo de potencia desde el componente tubular cónico hasta el cuello de brida, porque se evita un cambio de dirección en el flujo -que generalmente proporciona concentración de esfuerzos y posible sobrecarga en los elementos-.

El cuello de brida se conecta a la sección tubular preferentemente de forma radial hacia el interior, para que por ejemplo al utilizar la brida conforme a la invención para la unión de segmentos de torre de una planta de energía eólica a los cuellos de brida y también a otros elementos de unión como puedan ser tornillos para uniones abridadas, que mediante las perforaciones (preferiblemente) situadas axialmente en el contorno de los cuellos de brida generan fuerza de unión y arrastre de forma, sean colocados en el interior de la torre y de ese modo queden protegidos de las influencias meteorológicas.

La sección tubular y el cuello radial de la brida de unión conforme a la invención se fabrican preferiblemente como una sola pieza. Así, la brida de unión conforme a la invención se tornea preferiblemente a partir de un semiproducto metálico de una pieza o bobinado como un componente, por ejemplo, como producto preimpregnado para la fabricación a partir de material compuesto de fibras. Pero también se adecua a la invención un proceso de fundición para obtener un componente de una sola pieza.

Para poder fabricar con la brida conforme a la invención una unión entre dos componentes tubulares con un ventajoso contorno exterior continuo conforme a la invención, dos bridas conforme a la invención se tienen que adaptar preferiblemente entre sí para fabricar dicha unión de tal manera que las paredes exteriores (cónicas) de las secciones tubulares de ambas bridas se confundan permanentemente cuando ambas bridas estén unidas entre sí con sus superficies superpuestas, por ejemplo, a través de las perforaciones axiales en sus cuellos, que están atornillados uno al otro y, por lo tanto, preferiblemente se alinean en parejas.

Para seguir optimizando el flujo de potencia a través de las superficies de brida preferiblemente planas y a través de un tornillo de unión en la perforación preferida, hay que rodear la perforación preferiblemente con una entalladura en la superficie de brida. Debido a la gran longitud de extensión, esto repercute favorablemente para la carga del tornillo de unión en la perforación y desplaza la zona de contacto de la superficie de brida hacia una superficie de brida complementaria próxima a la perforación en el área radial del borde externo e interno de la superficie de brida.

La invención se describirá en lo sucesivo con referencia al dibujo adjunto.

En la figura se representa en sección transversal una unión abridada conforme a la invención con dos bridas que están fijadas respectivamente a un componente tubular cónico.

La unión abridada representada en la figura está formada por dos bridas 2 (en las que los componentes y elementos superiores están en relación con la superior de las dos bridas 2 representadas; marcada como a y la inferior como b para su necesaria distinción). Ambas bridas 2 tienen una sección tubular 4 y un cuello de brida 6 conectado radialmente hacia el interior en un extremo de la sección tubular 4. En el otro extremo de la sección tubular 4 se conecta respectivamente un componente tubular 8 y está allí fijado a la brida de unión anular 2 mediante soldaduras horizontales 10, 12, una radialmente interior y otra radialmente exterior respectivamente. Las bridas 2 son de acero soldable.

La disposición descrita en la figura es anular o tubular en conjunto, en un eje de rotación 14, cuya distancia, por tanto, el diámetro de toda la disposición no está representada a escala.

La pared exterior (15) de la sección tubular 2 de la brida 2 es cónica en conjunto al igual que el componente tubular 8, y las paredes exteriores (15) de ambos se confunden de forma continua en el ejemplo representado con forma rectilínea.

Ambas bridas 2 tienen respectivamente una superficie de brida plana 16, orientada axialmente en sentido contrario a la propia sección tubular 4, iguales en tamaño, es decir, que tienen un diámetro interior y exterior idéntico, y se superponen congruentemente. Orientadas entre sí, las bridas 2 presentan perforaciones 18 uniformemente repartidas por su contorno, que se extienden axialmente a través de sus respectivos cuellos de brida 6 y están alineadas unas a otras. Para generar fuerza de unión y arrastre de forma en las uniones de las bridas 2 pueden fijarse uniones roscadas conocidas en las perforaciones 18. Para optimizar el flujo de potencia a través de las uniones abridadas 2 hay que disponer las perforaciones 18 radialmente lo más cercanas posible a la sección tubular 4, lo cual sin embargo está limitado desde el punto de vista constructivo, especialmente por la accesibilidad de las perforaciones 18 para los útiles de fijación como puedan ser los tornillos de unión.

El cuello de brida 6a de sólo una brida 2a (aquí, la superior) de la unión abridada presenta en su superficie 16a una entalladura 20, que rodea en ese punto a la perforación 18a. Cuando ambas bridas 2 se tensan una contra otra mediante un tornillo para uniones abridadas (no representado) que atraviesa las perforaciones 18, la zona de transmisión de fuerza o del flujo de potencia se desplaza a través de las superficies de brida 16 radialmente hacia fuera en sentido contrario a las perforaciones 18 hasta una zona radial del borde interior 22 y una zona radial del borde exterior 24 de la superficie de brida 16. En especial, la transmisión de fuerza en la zona radial del borde exterior 24 es favorable desde el punto vista mecánicamente estructural, pues ésta provoca un flujo de potencia rectilíneo y sin cambios de dirección, desde el componente tubular cónico superior 8a a través de la sección tubular cónica de la brida superior 2a hacia la sección tubular cónica de la brida inferior 2b y finalmente hasta el componente tubular cónico inferior 8b es decir, de nuevo: un flujo de potencia sin desfavorables cambios de dirección desde el punto de vista mecánicamente estructural. Para hacer todavía más favorable el flujo de potencia, es preferible que la zona del borde exterior 24 de la superficie de brida 16 sea más ancha que el espesor de la pared de la sección tubular 4 y/o del componente 8, para que así no se produzca un estrangulamiento del flujo de potencia en esta zona.

Para seguir mejorando el flujo de potencia a través de la brida 2, la transición de la extensión esencialmente axial de la sección tubular 4 hacia la extensión del cuello de brida 6 no tiene aristas vivas, sino que está conformado como un radio 26. Esto evita puntas de tensión y efectos de entallado desventajosos desde el punto de vista mecánicamente estructural.

Claims (11)

1. Brida de unión anular con una sección tubular para fijar a un extremo del lado frontal de un componente tubular, en especial para un segmento de torre para la construcción de una torre de una planta de energía eólica, y con un cuello de brida conectado radialmente a un extremo de la sección con una superficie de brida orientada axialmente en sentido contrario a la sección tubular, caracterizada porque la pared exterior (15) de la sección tubular (4) es cónica, en especial para fijarse a un componente (8) igualmente cónico.

2. Brida según la reivindicación 1, caracterizada porque el cuello de brida (6) se conecta radialmente hacia el interior en la sección tubular (4).

3. Brida según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la superficie de brida (16) es plana.

4. Brida según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el cuello de brida (6) presenta al menos una perforación (18) axial para un tornillo para uniones abridadas.

5. Brida según la reivindicación 4, caracterizada porque el cuello de brida (6) presenta una entalladura (20) en la superficie de brida (16), que rodea las perforaciones (18).

6. Brida según la reivindicación 5, caracterizada porque la distancia (24) más corta entre la entalladura (20) y un borde de la superficie de brida, a la que se conecta una pared (15) de la sección tubular (4), es mayor que el espesor de la pared de la sección tubular (4).

7. Brida según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la sección tubular (4) y el cuello de brida radial (6) están fabricados como una sola pieza, en especial torneados de una sola pieza.

8. Brida según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la brida (2) para fijar en un extremo del componente tubular (8) se puede soltar.

9. Segmento de torre (8) para la construcción de una torre para una planta de energía eólica con una brida (2) según una de las reivindicaciones precedentes.

10. Unión abridada con dos bridas (2a, 2b) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las paredes exteriores (15) de la sección tubular (4) de las bridas (2) unidas mutuamente con las superficies de brida superpuestas (16) se identifican de forma continua cónicamente.

11. Torre de una planta de energía eólica con dos segmentos de torre como mínimo con una unión abridada según la reivindicación 10.