ES2552363A1 - Torre eólica multi-plataforma - Google Patents

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Abstract

Torre eólica multi-plataforma. La invención tiene por objeto conseguir una torre multi-plataforma, que permita reducir sensiblemente los costes de fabricación, al ser apta para distintos tipos de turbinas. Para ello, las mejoras consisten en obtener un perfil a base de tramos tronco-cónicos de diferentes inclinaciones que se corresponde geométricamente con una envolvente de cargas obtenida a partir de la superposición de los perfiles teóricos de respectivas torres diseñadas específicamente para una pluralidad de turbinas distintas. Dado que cada turbina presenta inferiormente unos medios de fijación con un diámetro distinto, es preciso disponer de una serie de adaptadores o carretes (4-4') de configuración tronco-cónica que permiten adaptar la torre a cualquier tipo de turbina. Si fuera necesario, podría disponerse un segundo adaptador (11), materializado en un anillo a modo de cuña, que modifique el ángulo del plano en el que giran las palas, separando el extremo libre de éstas de la torre.

Description

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TORRE EOLICA MULTI-PLATAFORMA
D E S C R I P C I O N
OBJETO DE LA INVENCION
La presente invencion se refiere a una torre eolica, de las destinadas a soportar la correspondiente turbina eolica como medio generador de energfa electrica.
El objeto de la invencion es proporcionar una torre multi-plataforma o multi-turbina que permita ahondar en el ahorro de costes en la fabricacion de este tipo de estructuras, de manera que la misma no tenga que ser disenada especfficamente para cada tipo de turbina existente en el mercado, sino que, a partir de un unico modelo de torre, por ejemplo de 120 metros de altura de buje, esta resulte perfectamente valida para una pluralidad de turbinas de diferentes fabricantes, de manera que esa polivalencia de uso permita obtener a la larga unos ahorros economicos sumamente importantes.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
En el ambito de aplicacion practica de la invencion, el de las torres eolicas de hormigon, hasta la fecha, cada torre eolica se disenaba especfficamente para el modelo de turbina concreto que iba a instalarse en la misma, lo que supone unos costes sumamente elevados, que a todas luces serfa deseable minimizar.
Si bien en la patente de invencion P201430312, de la que es titular el propio solicitante se describe una estructura a base de dovelas de configuracion tronco-conica, de distinta inclinacion, que permiten obtener a partir de tramos rectos un perfil quebrado lo mas aproximado al perfil curvo teorico y optimo previsto para la torre, reduciendo notablemente el coste en la fabricacion de este tipo de estructuras, con dicha estructuracion sigue siendo necesario el diseno especffico de cada torre para cada turbina concreta.
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DESCRIPCION DE LA INVENCION
La presente invencion centra sus caracterfsticas en obtener una torre a base de dovelas que definen tramos para dicha torre de configuracion tronco-conica, pero con la especial particularidad de que con unas caracterfsticas concretas para el diseno de la torre se hace posible que la misma obtenga un caracter sumamente versatil, siendo valida para soportar con totales garantfas de seguridad diferentes tipos de turbinas existentes en el mercado con la interposicion de uno, o en su caso, dos simples dispositivos adaptadores.
Para ello, y partiendo de la necesidad de disponer de una torre del orden de 120 metros de altura de buje, se ha previsto que el diseno de la torre consista en una envolvente de cargas de acuerdo con las especificaciones de cada uno de los fabricantes.
Las cargas se clasifican primeramente segun el tipo al que pertenecen, extremas, operacionales y fatiga, y seguidamente segun el esfuerzo maximo predominante en cada caso de cargas: flexion, torsion y cortante.
El encaje geometrico obtenido se basa en parametros tales como el diametro maximo admitido en punta de pala (blade tip) y rango de frecuencias para evitar que la torre entre en resonancia y se produzca una amplificacion de las cargas actuantes.
No obstante, se han previsto dos formas alternativas de llevar a cabo la obtencion de la torre:
- Cumplir en todas las secciones con el condicionante de diametro maximo admitido en punta de pala, (parametro que es conocido)
- Cumplir en la mayorfa de las secciones con el condicionante de diametro maximo admitido en punta de pala, de manera que en aquellas en las que no se pueda cumplir, se aplique un angulo mfnimo de “conning”
En cualquiera de los dos casos, la division en dovelas de la torre viene definida por los
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criterios de transporte, siendo conveniente limitar el peso maximo de la dovela a 55 toneladas y un ancho maximo de la misma de 4,5 metros y una longitud maxima de 24 metros.
En cuanto al rango de frecuencias, a partir de los datos correspondientes a los distintos tipos de turbinas, se calculan unos lfmites superior e inferior de los mismos.
De igual manera, es preciso comprobar la descompresion en las juntas, que es condicionante del pretensado en obra, controlando indirectamente la distancia entre anclajes.
Paralelamente es preciso comprobar el nivel mfnimo de pretensado en los tramos pretensados en taller, comprobar la flexion y rasante en las juntas, condicionante del armado pasivo en juntas.
A partir de esta estructuracion, se obtiene una torre multi-plataforma o multi-turbina, apta para soportar las cargas de muy diversos tipos de turbinas en el mercado, si bien, cada turbina tiene unos medios de fijacion por atornillado dispuestos anularmente, cuyo diametro varfa de unas turbinas a otras, con lo que, es preciso adaptar el diametro del extremo superior o coronacion de la torre al diametro de los medios de fijacion inferiores de la turbina, para lo cual se ha previsto la inclusion de adaptadores o carretes, materializados en cuerpos metalicos, de configuracion preferentemente en forma de tronco de cono, que pueden ser convergentes o divergentes en sentido superior de manera que en todos los casos se define una base inferior circular de diametro acorde a la de la coronacion de la torre, con una brida perimetral dotada de orificios para el paso de los correspondientes tornillos de fijacion, mientras que el diametro superior del carrete sera distinto para cada tipo de turbina, de acuerdo con las necesidades especfficas de cada caso, pudiendo ser este mayor o menor que el diametro de la coronacion de la torre, y consecuentemente determinando la forma invertida o no de la configuracion tronco-conica del carrete.
Obviamente, en la base superior del carrete se definira igualmente una brida perimetral dotada de los correspondientes orificios para fijacion mediante atornillado de la turbina.
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Como es evidente, la generatriz del adaptador no tiene por que ser estrictamente recta para obtener el mismo fin, de manera que esta podrfa ser curva o quebrada, sin que ello afecte a la esencia de la invencion, ya que esto obedecerfa exclusivamente a criterios de diseno.
Aunque en el estudio geometrico de la torre se ha tenido en cuenta el tema del “blade tip” (diametro maximo admitido en punta de pala) pueden existir modelos de turbinas en las que las palas presenten una separacion insuficiente de forma que por la propia configuracion de la torre hagan que los extremos de dicha pala en su giro efectuen una trayectoria demasiado proxima a la torre en dicho punto (al ser esta de seccion creciente en sentido descendente), para lo cual se ha previsto la existencia de un segundo tipo de adaptador, destinado a modificar ligeramente la posicion del eje horizontal del generador pasando a una posicion insignificantemente inclinada de forma que el plano de barrido por las palas pase automaticamente de una posicion vertical a una posicion ligeramente inclinada, de modo que las puntas de las palas se distancien con respecto a la torre.
Este segundo adaptador consiste en una especie de corona circular, de perfil en forma de cuna, es decir de espesor variable, y cuya variacion de espesor entre uno y otro extremo depende obviamente de la modificacion en el grado de inclinacion de las palas que se quiera conseguir.
A modo de ejemplo, una variacion de 1 grado en la verticalidad del plano de las palas aumentarfa en mas de un metro la separacion del extremo de dichas palas con respecto a la torre en dicha zona extrema, para unas palas de 60 metros.
Dado que las turbinas pueden girar para adaptarse a diferentes direcciones del viento, este elemento a modo de cuna, se dispone entre los medios de articulacion de la turbina y la propia estructura general de la misma, permitiendo asf mantener la distancia entre el extremo de las palas y la torre indistintamente de cual sea la orientacion del eje de giro de las palas.
Se consigue asf, adaptar muy diversos tipos de turbinas a una unica torre que, si bien esta sobredimensionada y de forma unitaria puede resultar mas costosa de fabricar, a la larga supone unos ahorros economicos importantfsimos, al no ser preciso fabricar una torre
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especffica para cada turbina.
DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripcion que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracterfsticas del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realizacion practica del mismo, se acompana como parte integrante de dicha descripcion, un juego de dibujos en donde con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1Muestra una representacion correspondiente a una comparativa de geometrfas de distintas torres necesarias para soportar distintos tipos de turbinas, a partir de las cuales, se obtiene una envolvente de cargas para la nueva torre que permita admitir con total seguridad los distintos tipos de turbinas, para una altura de 120 metros, perfil que aparece representado a mayor grosor, apareciendo marcadas seis secciones en las que se divide el cuerpo de la torre, si bien dicha torre podrfa opcionalmente dividirse en cualquier numero de secciones.
La figura 2.- Muestra un detalle en perfil y en seccion de los medios de adaptacion y fijacion de la torre a un primer tipo de turbina, en el que el radio inferior de la turbina es mayor que el de la coronacion de la torre multi-plataforma o multi-turbina.
La figura 3.- Muestra una vista similar a la de la figura 2, pero correspondiente a un segundo tipo de turbina, en el que el radio inferior de la turbina es menor que el de la coronacion de la torre multi-plataforma o multi-turbina.
La figura 4.- Muestra una vista en planta del segundo tipo de adaptadores previstos para la torre multi-plataforma o multi-turbina, en orden a aumentar la distancia entre el extremo de las palas y la propia torre.
La figura 5.- Muestra una vista en seccion del adaptador de la figura anterior, de acuerdo con la lfnea de corte A-B.
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La figura 6.- Muestra, finalmente, un detalle en seccion de la forma de instalacion del adaptador de las figuras 4 y 5 en un aerogenerador.
REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION
En la figura 1 aparecen representados en tramos mas finos, los perfiles teoricos necesarios para la obtencion de diferentes tipos de torres de 120 metros, en funcion de las especificaciones de una serie de turbinas.
Como se puede ver en trazo mas grueso, mediante las mejoras de la invencion se consigue obtener un perfil para la torre que se corresponde geometricamente con la envolvente de cargas obtenidas a partir de la superposicion de los perfiles teoricos anteriormente comentados.
En el presente ejemplo, se ha optado por una torre obtenida a partir de seis tramos, si bien, tal y como se comentaba anteriormente, la misma puede ser obtenida igualmente a partir de cualquier numero de tramos.
Pues bien, a partir de esta torre, de dimensiones invariables, se define para la misma un diametro superior fijo en su extremo o coronacion (1),el cual, obviamente, no tiene por que coincidir con los distintos diametros de los medios de fijacion inferiores (2) que se definen en correspondencia con la cara inferior de cada turbina (3).
Para ello, se ha previsto la interposicion entre estos elementos de un carrete (4-4’), materializado en un cuerpo metalico, de configuracion en forma de tronco de cono, divergente en el caso de la figura 2, es decir cuando el diametro de los medios de fijacion de la turbina (3) es mayor que el diametro de la coronacion (1) de la torre, o convergente, como en el caso de la figura 3, en el que el diametro de los medios de fijacion de la turbina (3’) es menor que el diametro de la coronacion (1) de la torre.
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Consecuentemente, el carrete (4-4’) presenta una base inferior circular de diametro acorde a la de la coronacion (1) de la torre, con una brida perimetral interior e inferior (5) dotada de orificios (6) para el paso de los correspondientes tornillos de fijacion (7), mientras que el diametro superior del carrete como se muestra en las figuras, sera distinto para cada tipo de turbina, de acuerdo con las necesidades especfficas de cada caso, incluyendo igualmente una brida perimetral interior superior (8) dotada de orificios (9) para el paso de los correspondientes tornillos de fijacion (10).
Tal y como se ha comentado anteriormente, y aunque la torre ha sido disenada para tener en cuenta la separacion de las palas de las distintas turbinas con respecto de la torre, en el caso en el algun modelo de turbina presente una separacion a nivel del extremo de sus palas que resulte insuficiente, se ha previsto la inclusion de un segundo adaptador (11), el mostrado en las figuras 4 y 5, y que consiste en una especie de corona circular, de perfil en forma de cuna, es decir de espesor variable, y cuya variacion de espesor entre uno y otro extremo depende obviamente de la modificacion en el grado de inclinacion de las palas que se quiera conseguir, estando afectada dicha corona de una pluralidad de orificios uniformemente distribuidos (12).
Este adaptador se dispone entre los medios de articulacion (13) de la turbina y la propia estructura general de la misma, con el concurso de los correspondientes pernos (14), permitiendo asf mantener la distancia entre el extremo de las palas y la torre indistintamente de cual sea la orientacion del eje de giro de las palas.
Para alturas inferiores a 120 metros se puede reducir la altura del tramo inferior de la torre, o incluso eliminar dicho tramo o mas tramos, en funcion de la altura que se desee dar a la torre.
Paralelamente, para una altura superior se puede anadir uno o mas tramos en la zona inferior de la torre.

Claims (1)

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    R E I V I N D I C A C I O N E S
    1§.- Torre eolica multi-plataforma, del tipo de las constituidas a partir de una serie de tramos verticales de hormigon armado, obtenidos mediante la union de dos o mas dovelas y en la que los distintos tramos que participan en la torre presentan una configuracion tronco- conica, de distinta inclinacion para cada tramo, de modo que se obtenga un perfil quebrado lo mas aproximado al perfil curvo teorico y optimo previsto para la torre, caracterizada porque el perfil de la torre se corresponde geometricamente con una envolvente de cargas obtenida a partir de la superposicion de los perfiles teoricos de respectivas torres disenadas especfficamente para una pluralidad de turbinas distintas, con la particularidad de que para la fijacion de las distintas turbinas al extremo superior o coronacion (1) de la torre, se han previsto una serie de adaptadores o carretes (4-4’), materializados en un cuerpo metalico, cuyo perfil puede variar de acuerdo con diferentes lfneas de diseno, en el que su base inferior presenta un diametro acorde al diametro invariable del extremo superior o coronacion (1) de la torre, mientras que su base superior presenta el diametro concreto de la turbina a instalar, estando estos adaptadores dotados de medios de fijacion a la coronacion de la torre y a la turbina, en correspondencia con sus bases superior e inferior.
    2§.- Torre eolica multi-plataforma, segun reivindicacion 1§, caracterizada porque los carretes (4-4’) incluyen respectivas bridas inferior (5) y superior (8) en correspondencia con sus bases inferior y superior, dotadas de orificios (6-9) para paso de los correspondientes tornillos de fijacion a la coronacion de la torre y a los medios de articulacion de la turbina.
    3§.- Torre eolica multi-plataforma, segun reivindicaciones anteriores, caracterizada porque cuando la separacion entre el extremo libre de las palas de una turbina y la torre propiamente dicha no es adecuada, se ha previsto la inclusion de un segundo tipo de adaptador (11), materializado en una corona circular, de espeso variable, que determina una especie de cuna, afectada una pluralidad de orificios uniformemente distribuidos (12) y que se dispone entre los medios de articulacion (13) de la turbina y la propia estructura general de la misma, con el concurso de los correspondientes pernos (14).
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