WO2021214362A1 - Dispositivo de cimentación para torre eólica y método de montaje - Google Patents

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Definitions

  • the present invention is framed within the wind platforms installed in the sea, as well as the necessary means to carry out said installation.
  • the devices can be with a floating or heavy foundation.
  • the former are more bulky, but do not need very powerful means to move them to the installation point.
  • the latter are smaller, but need large ships to transport them to the point of installation.
  • the assembly can be carried out on the ground (moving the whole assembly to the installation point) or at the installation point itself (moving the foundation and the tower independently).
  • the technical problem relevant to the present invention relates to heavy foundation devices, intended to be fully sunk.
  • the processes of assembling the tower, displacement of the foundation or set and sinking of the foundation are critical, and have their own technical requirements related to buoyancy, inertia and equipment necessary for its use, having nothing to do with those devices intended. to provide a floating foundation.
  • the present invention provides an alternative solution for the problems related to devices dedicated to the installation process of an offshore wind tower with a heavy foundation.
  • the present invention provides an alternative solution to the problem proposed above by means of a device according to claim 1.
  • the dependent claims define preferred embodiments of the invention.
  • An object of the present invention refers to a foundation device for a wind tower configured to be supported on the seabed comprising a hollow main body comprising a lower face intended to rest on the seabed and an upper face opposite to the lower face; the device characterized in that both the lower face and the upper face comprise a hollow space inside, therefore each of the faces comprises an outer perimeter and an inner perimeter; the main body further comprises an outer side wall arranged between the outer perimeter of the lower face and the outer perimeter of the upper face and an inner side wall between the inner perimeter of the lower face and the inner perimeter of the upper face; and the device further comprises a plurality of columns projecting from the upper face of the main body.
  • the vertical columns provide the necessary flotation during the immersion of the structure. This arrangement increases the metacentric height of the main body and therefore the stability of the structure while it is ballasting towards the seabed.
  • the device additionally comprises a floor slab located on the lower face, the floor slab being a polygonal surface without interior spaces.
  • This floor slab is intended to cover the polygonal ring formed between the upper and lower faces. In this way, the main structure continues to be ring, but with a floor, so that, when the device is thrown into the sea, the water does not penetrate into the inner hollow of the ring, reducing the draft in port.
  • the distance between the upper face and the lower face is at least four times greater than the height of the floor slab, where the height of the floor slab is measured in a direction parallel to the distance between the upper face and the underside.
  • the hollow space inside the upper face and the lower face is such that the ratio between the transverse metacentric radius of the device and the cube root of the displacement volume is greater than 0.003.
  • One of the main advantages of the invention is that a greater metacentric radius is achieved than in the case of traditional solutions.
  • One way to quantify this advantage is with a dimensionless parameter that consists of dividing the transverse metacentric radius by a characteristic length, calculated as the cube root of the volume of displacement.
  • This dimensionless parameter independent of the size of the foundation device, is higher in devices according to the present invention compared to known devices. The size of the interior gap allows this increase and this advantage.
  • At least one of the columns is hollow.
  • the interior of at least one of the columns is in communication with the interior of the main body.
  • one of the columns is an anchoring column and has an anchoring surface with anchoring means configured to receive the installation of a wind tower.
  • the device additionally comprises a plurality of first plates anchored in a reinforcing ring of the anchoring column; a plurality of second plates adapted to be fixed to a reinforcing ring of a wind tower; a plurality of lifting elements each configured to exert a pressure between one of the first plates and one of the second plates.
  • These adjustment elements allow a tilt adjustment once the tower is positioned on the anchor column.
  • the inclination adjustment is usually carried out once the foundation device is already supported on the seabed, in order to be able to take a reliable reference to the vertical.
  • the reinforcement rings allow to absorb the stresses produced by the force of the lifting elements.
  • At least a portion of one of the lifting elements is embedded on a second plate.
  • the pistons of the lifting element can serve as a guide during the leveling of the wind tower, preventing its unbalance.
  • the device further comprises reversible pumping means for selectively filling or emptying the interior of the main body.
  • the installation of pumping means that allow both the filling and the emptying of the interior of the main body is an advantage: the filling function allows controlling the ballasting process, while the emptying function allows the foundation device to be re-floated for dismantling or revision, allowing its subsequent reuse.
  • both the upper face and the lower face have an annular polygon shape, in which both the inner perimeter and the outer perimeter are polygons with the same number of sides.
  • both the upper face and the lower face have a ring shape, so that both the inner perimeter and the outer perimeter are closed curves, such as circles or ellipses.
  • a single sharp turn can offer other benefits, such as less drag in the water.
  • the main body is made of concrete.
  • the invention provides a method of installing a wind tower, comprising the steps of providing a foundation device according to any of the preceding claims providing a wind tower place the assembly formed by the foundation device and the wind tower at an installation point located in the sea fill the hollow main body with a fluid, so that the assembly formed by the foundation device and the wind tower collapses .
  • This method allows great stability while moving the foundation device to the point of installation, due to its particular geometry with a hole inside.
  • This method is compatible both for the option of installing the wind tower on the foundation assembly on land and then moving the entire assembly to the installation point and for the option of mounting the wind tower afloat and then proceeding to its transportation and subsequent ballasted.
  • the method comprises the steps of joining the wind tower to the installation column of the foundation device, and moving the assembly formed by the foundation device and the wind tower to an installation point located in the sea.
  • the tower is attached to the installation column before moving the entire assembly by sea to the installation point.
  • the union of the tower on land facilitates the process and avoids the movement of complex machines to the point of installation. Furthermore, on land the joint is not subject to wave movement.
  • the method additionally comprises the steps of effecting by means of a lifting device a pressure between a first plate and a second plate to vary the inclination of the wind tower with respect to the anchoring column, creating a leveling gap between the anchoring surface and the wind tower insert a clamping element into the leveling hole.
  • Figures 1a and 1b show two particular examples of foundation devices for a wind tower according to the invention.
  • Figures 2a to 2d show different stages of an installation method according to the invention.
  • Figure 3 shows a detail of the connection between the column of a foundation device and a wind tower, in which a system for correcting the inclination of a foundation device according to the invention can be seen.
  • Figure 4 shows an alternative embodiment of a foundation device.
  • Figures 1a and 1b show two particular examples of foundation devices 10 for a wind tower according to the invention.
  • Each device 10 comprises a hollow main body 1 with a lower face 2 intended to rest on the seabed and an upper face 3 opposite the lower face 2.
  • Both the lower face 2 and the upper face 3 comprise a hollow space inside them, each of the faces therefore comprising an outer perimeter 21, 31 and an inner perimeter 22, 32.
  • both the upper face 3 and the lower face 2 have an annular polygon shape.
  • this polygonal shape can be altered in other embodiments.
  • Figures 1a and 1b show a hexagon and a square, but it can well be done with triangles, pentagons, heptagons, octagons, etc. or to be done in closed curves, such as circles, ovals or ellipses.
  • the main body 1 additionally comprises an outer lateral wall 4 arranged between the outer perimeter 21 of the lower face 2 and the perimeter outer 31 of the upper face 3 and an inner side wall 5 between the inner perimeter 22 of the lower face 2 and the inner perimeter 32 of the upper face 3.
  • the transverse metacentric radius of the assembly understood as the quotient between the transverse inertia of the device with respect to a horizontal axis and the displacement volume, is higher than in known solutions, allowing the same stability to be obtained with a weight much lower, facilitating the movement of the assembly and reducing the ballasting time.
  • the foundation device 10 also comprises a plurality of columns 6 projecting from the upper face of the main body. These columns 6 are hollow, and their interior is in communication with the interior of the main body.
  • the vertical flotation columns allow the foundation device 10 to be submerged in due course without the aid of high tonnage auxiliary vessels, simply by adding ballast water. These columns maintain the values of the inertia in the flotation in adequate stability values, resulting as a main advantage the reduction of the installation costs, both in materials and in auxiliary means, being able to carry out the immersion process in a safe, efficient and fast.
  • One of these columns is an anchor column 60 and has an anchoring surface 61 with anchoring means 62 configured to receive the installation of a wind tower.
  • These anchoring means 62 are configured to provide a bolted connection between the column and the tower.
  • the foundation device 10 also includes reversible pumping means 11 to selectively fill or empty the interior of the main body 1 during installation and ballasting and dismantling or floating operations.
  • the pumping system is configured for reversible operation, allowing the shedding of the structure and its subsequent transport for dismantling once the useful life of the platform has concluded. For this, its design is protected against corrosion and both the pumps and some series of valves are replaceable during the life cycle of the structure.
  • the location of the pump room is located in a dry room located in the foundation device 10.
  • Both the main body 1 and the columns 6 are made of concrete.
  • FIGS 2a to 2d show different stages of an installation method according to the invention.
  • Figure 2a shows the assembly formed by the foundation device 10 and a wind tower 100, which has been mounted on the installation column 60 on the ground.
  • the pumping system 11 will be activated to fill the main body 1 with water. This will result in the submersion of the platform, as illustrated in figure 2d. During this process, only the assistance of the tugboats will be necessary to keep the platform in position, due to the flotation columns that, as explained, guarantee that no additional auxiliary means are necessary during the dive.
  • Figure 3 shows a detail of the connection between the anchor column 60 and the wind tower 100, in which a system for correcting the inclination of the wind tower 100 can be seen.
  • This system includes elements in both the anchor column 60 and the wind tower 100: a plurality of first plates 7 anchored to a reinforcing ring 63 of anchor column 60; a plurality of second plates 8 fixed to a reinforcing ring 63 of the wind tower 100; a plurality of hydraulic lifting cylinders 9 each configured to exert a pressure between one of the first plates 7 and one of the second plates 8.
  • the plates 7, 8, arranged perpendicular to the respective reinforcement ring 63, are responsible for housing the body or base of the hydraulic cylinders 9.
  • the plates 7, 8 perpendicular to the reinforcement rings 63 are responsible for receiving the hydraulic cylinder piston force 9.
  • the pistons themselves act as a guide, embedding the hydraulic cylinder 9 on the plate 8 of the tower 100.
  • the hydraulic cylinder 9 only acts on the plate 8 of the tower 100
  • auxiliary guides can be used to prevent tower 100 from destabilizing during the leveling process.
  • this correction step involves using the hydraulic lifting cylinders 9 to effect a pressure between a first plate 7 anchored to a reinforcing ring 63 of the anchoring column 60 and a second plate 8 anchored to a reinforcement ring 63 of the wind tower 100, to vary the inclination of the wind tower 100 with respect to the anchoring column 60, creating a leveling gap between the anchoring surface and the wind tower introducing an element of fastening in the leveling hole.
  • FIG 4 shows an alternative embodiment of a foundation device.
  • a floor slab 12 has been added to the lower face of the device.
  • the height of this floor slab 12, measured in a vertical direction, from the lower face 2 to the upper face 3, is notably less than the distance between said lower 2 and upper faces 3.
  • the relationship between the height of the floor slab 12 and the distance between said faces is 15%.

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Abstract

La invención proporciona un dispositivo de cimentación (10) para torre eólica que comprende un cuerpo principal (1) hueco con una cara inferior (2) y una cara superior (3). Tanto la cara inferior (2) como la cara superior (3) comprenden un espacio hueco en su interior, comprendiendo por tanto cada una de las caras un perímetro exterior (21, 31) y un perímetro interior (22, 32). El cuerpo principal (1) comprende adicionalmente una pared lateral exterior (4) dispuesta entre el perímetro exterior (21) de la cara inferior (2) y el perímetro exterior (31) de la cara superior (3) y una pared lateral interior (5) entre el perímetro interior (22) de la cara inferior (2) y el perímetro interior (32) de la cara superior (3). También comprende una pluralidad de columnas (6) que sobresalen desde la cara superior del cuerpo principal. En la invención también se proporciona un método de montaje de una torre eólica (100).

Description

DESCRIPCIÓN
DISPOSITIVO DE CIMENTACIÓN PARA TORRE EÓLICA Y MÉTODO DE MONTAJE CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se enmarca dentro de las plataformas eólicas instaladas en el mar, así como de los medios necesarios para realizar dicha instalación.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
A la hora de instalar un aerogenerador dentro del mar, es necesario proveer un sistema adecuado para realizar su cimentación y estabilización.
Existen numerosos métodos y dispositivos dedicados a tal efecto. Todos ellos se pueden clasificar según dos tipos de clasificaciones: la que corresponde al tipo de cimentación utilizada y la que corresponde al tipo de estructura que se desplaza hasta el punto de instalación.
Según la primera clasificación, los dispositivos pueden ser con cimentación flotante o pesada. Los primeros son más voluminosos, pero no necesitan medios muy potentes para desplazarlos hasta el punto de instalación. Los segundos son más pequeños, pero necesitan grandes barcos que los transporten hasta el punto de instalación.
Según la segunda clasificación, el montaje puede realizarse en tierra (desplazando todo el conjunto hasta el punto de instalación) o en el propio punto de instalación (desplazando la cimentación y la torre de manera independiente).
El problema técnico relevante para la presente invención se refiere a los dispositivos de cimentación pesada, destinados a ser hundidos totalmente. Los procesos de montaje de la torre, desplazamiento de la cimentación o conjunto y hundimiento de la cimentación son críticos, y poseen sus propios requisitos técnicos relativos a la flotabilidad, inercias y equipamiento necesario para su utilización, no teniendo nada que ver con aquellos dispositivos destinados a proporcionar una cimentación flotante. La presente invención aporta una solución alternativa para los problemas relacionados con los dispositivos dedicados al proceso de instalación de una torre eólica en alta mar con una cimentación pesada.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN
La presente invención proporciona una solución alternativa al problema anteriormente propuesto mediante un dispositivo según la reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes definen realizaciones preferidas de la invención.
A menos que se defina de otra manera, todos los términos (tanto los científicos como los técnicos) que se usan en este documento han de ser interpretados como lo haría un experto en la materia. Se entenderá, por tanto que los términos de uso común deben ser interpretados de la manera que lo haría un conocedor de la materia, y no de un modo idealizado o estrictamente formal.
A lo largo del texto, la palabra “comprende” (y sus derivados, como “comprendiendo”) no deben ser entendidos de un modo excluyente, sino que deben ser entendidos en el sentido en que admiten la posibilidad de que lo definido pueda incluir elementos o etapas adicionales.
Un objeto de la presente invención se refiere a un dispositivo de cimentación para torre eólica configurado el dispositivo para ser apoyado en el lecho marino que comprende un cuerpo principal hueco que comprende una cara inferior destinada a apoyarse sobre el lecho marino y una cara superior opuesta a la cara inferior; caracterizado el dispositivo por que tanto la cara inferior como la cara superior comprenden un espacio hueco en su interior, comprendiendo por tanto cada una de las caras un perímetro exterior y un perímetro interior; el cuerpo principal comprende adicionalmente una pared lateral exterior dispuesta entre el perímetro exterior de la cara inferior y el perímetro exterior de la cara superior y una pared lateral interior entre el perímetro interior de la cara inferior y el perímetro interior de la cara superior; y el dispositivo comprende adicionalmente una pluralidad de columnas que sobresalen desde la cara superior del cuerpo principal. Con este tipo de dispositivos de cimentación se consigue una mejor estabilidad en relación al peso, debido al hueco interior que se genera por la forma de las caras superior e inferior. El volumen de desplazamiento (entendido como el volumen del dispositivo sujeto al principio de Arquímedes) se sitúa lejos de su centro de gravedad, lo que aumenta la estabilidad hidrostática.
Las columnas verticales aportan la flotación necesaria durante la inmersión de la estructura. Esta disposición incrementa la altura metacéntrica del cuerpo principal y por lo tanto la estabilidad de la estructura mientras se está lastrando hacia el fondo del mar.
En realizaciones particulares, el dispositivo comprende adicionalmente una losa de suelo situada en la cara inferior, siendo la losa de suelo una superficie poligonal sin espacios interiores.
Esta losa de suelo está destinada a tapar el anillo poligonal formado entre las caras superior e inferior. De este modo, la estructura principal sigue siendo de anillo, pero con un suelo, de modo que, al echar el dispositivo al mar, el agua no penetra en el hueco interior del anillo, disminuyendo el calado en puerto.
En realizaciones particulares, la distancia entre la cara superior y la cara inferior es al menos cuatro veces mayor que la altura de la losa de suelo, donde la altura de la losa de suelo se mide en dirección paralela a la distancia entre la cara superior y la cara inferior.
Se trata por tanto de una losa delgada en comparación con la altura del conjunto, entendida en dirección desde la cara inferior a la cara superior (es decir, en dirección vertical cuando el dispositivo está en uso). De este modo, no afecta significativamente a las ventajas de estabilidad y ahorro de peso.
En realizaciones particulares, el espacio hueco en el interior de la cara superior y de la cara inferior es tal que la relación entre el radio metacéntrico transversal del dispositivo y la raíz cúbica del volumen de desplazamiento es mayor de 0,003.
Una de las ventajas principales de la invención es que se consigue un radio metacéntrico mayor que en el caso de las soluciones tradicionales. Una manera de cuantificar esta ventaja es con un parámetro adimensional que consiste en dividir el radio metacéntrico transversal entre una longitud característica, calculada como la raíz cúbica del volumen de desplazamiento. Este parámetro adimensional, independiente del tamaño del dispositivo de cimentación, es mayor en dispositivos de acuerdo con la presente invención en comparación con los dispositivos conocidos. El tamaño del hueco interior permite este aumento y esta ventaja.
En realizaciones particulares, al menos una de las columnas está hueca. En realizaciones particulares, el interior de al menos una de las columnas está en comunicación con el interior del cuerpo principal.
Esto permite que las columnas también aporten espacio hueco para recibir el lastre y poder controlar mejor el hundimiento del dispositivo durante el proceso de instalación.
En realizaciones particulares, una de las columnas es una columna de anclaje y posee una superficie de anclaje con medios de anclaje configurados para recibir la instalación de una torre eólica.
El hecho de anclar la torre eólica en una de las columnas permite una mejor fijación y un mejor diseño del dispositivo de cimentación, ya que cuenta con una referencia fija para la torre eólica.
En realizaciones particulares, el dispositivo comprende adicionalmente una pluralidad de primeras placas ancladas en un anillo de refuerzo de la columna de anclaje; una pluralidad de segundas placas adaptadas para ser fijadas a un anillo de refuerzo de una torre eólica; una pluralidad de elementos de elevación configurados cada uno de ellos para ejercer una presión entre una de las primera placas y una de las segundas placas.
Estos elementos de ajuste permiten un ajuste de inclinación una vez situada la torre en la columna de anclaje. El ajuste de inclinación se suele realizar una vez el dispositivo de cimentación está ya apoyado sobre el lecho marino, para poder tomar una referencia fiable de la vertical. Los anillos de refuerzo permiten absorber las tensiones producidas por la fuerza de los elementos de elevación.
En realizaciones particulares, al menos una porción de uno de los elementos de elevación está embutida sobre una segunda placa. De este modo, los pistones del elemento de elevación pueden servir de guía durante la nivelación de la torre eólica, impidiendo su desequilibrio.
En realizaciones particulares, el dispositivo comprende adicionalmente medios reversibles de bombeo para llenar o vaciar selectivamente el interior del cuerpo principal.
La instalación de medios de bombeo que permitan tanto el llenado como el vaciado del interior del cuerpo principal es una ventaja: la función de llenado permite controlar el proceso de lastrado, mientras que la función de vaciado permite reflotar el dispositivo de cimentación para su desmantelamiento o revisión, permitiendo su reutilización posterior.
En realizaciones particulares, tanto la cara superior como la cara inferior tienen una forma de polígono anular, en el que tanto el perímetro interior como el perímetro exterior son polígonos con el mismo número de lados.
El uso de polígonos en las caras superior e inferior conlleva una gran facilidad de fabricación, ya que permite construir la pared lateral mediante paneles rectangulares.
En realizaciones particulares, tanto la cara superior como la cara inferior tienen una forma de anillo, de modo que tanto el perímetro interior como el perímetro exterior son curvas cerradas, como circunferencias o elipses.
Una única curva cerrada puede ofrecer otras ventajas, como una menor resistencia al avance en el agua.
En realizaciones particulares, el cuerpo principal está fabricado de hormigón.
La fabricación de elementos de cimentación en hormigón es una práctica extendida, la presente invención es perfectamente compatible con estos métodos de fabricación.
En un segundo aspecto inventivo, la invención proporciona un método de instalación de una torre eólica, que comprende las etapas de proveer un dispositivo de cimentación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores proveer una torre eólica situar el conjunto formado por el dispositivo de cimentación y la torre eólica en un punto de instalación situado en el mar llenar el cuerpo principal hueco con un fluido, de modo que se produzca el hundimiento del conjunto formado por el dispositivo de cimentación y la torre eólica.
Este método permite una gran estabilidad mientras se desplaza el dispositivo de cimentación hasta el punto de instalación, debido a su particular geometría con un hueco en su interior.
Este método es compatible tanto para la opción de instalar la torre eólica sobre el conjunto de cimentación en tierra y luego mover todo el conjunto hasta el punto de instalación como para la opción de montar la torre eólica a flote y luego proceder a su transporte y posterior lastrado.
En realizaciones particulares, el método comprende las etapas de unir la torre eólica a la columna de instalación del dispositivo de cimentación, y desplazar el conjunto formado por el dispositivo de cimentación y la torre eólica hasta un punto de instalación situado en el mar.
En este caso particular, la torre se une a la columna de instalación antes de desplazar todo el conjunto por mar hasta el punto de instalación. La unión de la torre en tierra facilita el proceso y evita el desplazamiento de complejas máquinas hasta el punto de instalación. Además, en tierra la unión no está sujeta al movimiento del oleaje.
En realizaciones particulares, el método comprende adicionalmente las etapas de efectuar mediante un dispositivo de elevación una presión entre una primera placa y una segunda placa para variar la inclinación de la torre eólica con respecto a la columna de anclaje, creando un hueco de nivelación entre la superficie de anclaje y la torre eólica introducir un elemento de sujeción en el hueco de nivelación.
Esta etapa posterior de nivelación permite corregir la inclinación de la torre una vez que el dispositivo de cimentación descansa sobre el lecho marino. Debido a que no siempre es posible proporcionar un suelo totalmente plano, es posible que el dispositivo de cimentación quede con una pequeña inclinación. Esto se transmitiría irremediablemente a la torre si no fuera por esta etapa adicional. DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Para completar la descripción y facilitar la mejor comprensión de la invención, se añade a la descripción un conjunto de figuras. Estas figuras forman parte de la descripción e ilustran un ejemplo particular de la invención, que no debe ser interpretado como limitante del alcance de la misma, sino como un mero ejemplo de cómo la invención se puede llevar a cabo. Este conjunto de figuras comprende las siguientes:
Las figuras 1a y 1b muestran dos ejemplos particulares de dispositivos de cimentación para torre eólica de acuerdo con la invención.
Las figuras 2a a 2d muestran distintas etapas de un método de instalación de acuerdo con la invención. La figura 3 muestra un detalle de la conexión entre la columna de un dispositivo de cimentación y una torre eólica, en la que puede apreciarse un sistema de corrección de la inclinación de un dispositivo de cimentación según la invención.
La figura 4 muestra una realización alternativa de dispositivo de cimentación.
Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características técnicas de la invención, las citadas Figuras se acompañan de una serie de referencias numéricas donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se representa lo siguiente:
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DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Se procede a continuación a describir un ejemplo de realización preferida de la presente invención, aportada con fines ilustrativos pero no limitativos de la misma.
Las figuras 1a y 1b muestran dos ejemplos particulares de dispositivos de cimentación 10 para torre eólica de acuerdo con la invención.
Cada dispositivo 10 comprende un cuerpo principal 1 hueco con una cara inferior 2 destinada a apoyarse sobre el lecho marino y una cara superior 3 opuesta a la cara inferior 2.
Tanto la cara inferior 2 como la cara superior 3 comprenden un espacio hueco en su interior, comprendiendo por tanto cada una de las caras un perímetro exterior 21 , 31 y un perímetro interior 22, 32.
Asimismo, tanto la cara superior 3 como la cara inferior 2 tienen una forma de polígono anular. No obstante, esta forma poligonal puede alterarse en otras realizaciones. En las figuras 1a y 1b se muestra un hexágono y un cuadrado, pero bien puede realizarse con triángulos, pentágonos, heptágonos, octógonos, etc. o bien por realizarse en curvas cerradas, como circunferencias, óvalos o elipses.
Debido a que tanto la cara superior 3 como la cara inferior 2 tienen forma de polígono anular, hueco en su centro, el cuerpo principal 1 comprende adicionalmente una pared lateral exterior 4 dispuesta entre el perímetro exterior 21 de la cara inferior 2 y el perímetro exterior 31 de la cara superior 3 y una pared lateral interior 5 entre el perímetro interior 22 de la cara inferior 2 y el perímetro interior 32 de la cara superior 3.
De este modo, el radio metacéntrico transversal del conjunto, entendido como el cociente entre la inercia transversal del dispositivo con respecto a un eje horizontal y el volumen de desplazamiento, es más elevado que en las soluciones conocidas, permitiendo obtener la misma estabilidad con un peso muy inferior, facilitando el desplazamiento del conjunto y disminuyendo el tiempo de lastrado.
Además de este cuerpo principal 1 , el dispositivo de cimentación 10 también comprende una pluralidad de columnas 6 que sobresalen desde la cara superior del cuerpo principal. Estas columnas 6 están huecas, y su interior está en comunicación con el interior del cuerpo principal.
Las columnas verticales de flotación permiten que el dispositivo de cimentación 10 pueda ser sumergido en su momento sin ayuda de embarcaciones auxiliares de gran tonelaje, simplemente añadiendo agua de lastre. Estas columnas mantienen los valores de la inercia en la flotación en valores de estabilidad adecuados, resultando como principal ventaja la reducción de los costes de instalación, tanto en materiales como en medios auxiliares, pudiendo realizarse el proceso de inmersión de una manera segura, eficiente y rápida.
La forma de estas columnas puede ser diversa, siempre y cuando mantenga la inercia en flotación en valores aceptables. Por lo tanto, son admisibles secciones circulares o poligonales.
Una de estas columnas es una columna de anclaje 60 y posee una superficie de anclaje 61 con medios de anclaje 62 configurados para recibir la instalación de una torre eólica. Estos medios de anclaje 62 están configurados para proporcionar una unión atornillada entre la columna y la torre.
Además, como puede observarse en la figura, el dispositivo de cimentación 10 también incluye unos medios reversibles de bombeo 11 para llenar o vaciar selectivamente el interior del cuerpo principal 1 durante las operaciones de instalación y lastrado y de desmantelamiento o flotación. El sistema de bombeo está configurado para un funcionamiento reversible, permitiendo el deslastrado de la estructura y su posterior transporte para el desmantelamiento una vez concluida la vida útil de la plataforma. Para ello su diseño cuenta con la protección contra la corrosión y tanto las bombas como alguna serie de válvulas son remplazables durante el ciclo de vida de la estructura. La ubicación de la cámara de bombas está situada en un cuarto seco situado en el dispositivo de cimentación 10.
Tanto el cuerpo principal 1 como las columnas 6 están fabricadas de hormigón.
Las figuras 2a a 2d muestran distintas etapas de un método de instalación de acuerdo con la invención.
En la figura 2a se muestra el conjunto formado por el dispositivo de cimentación 10 y una torre eólica 100, que ha sido montada sobre la columna de instalación 60 en tierra.
El hecho de poder instalar el equipo con medios terrestres y en un entorno portuario reduce el proceso logístico y elimina los riesgos inherentes a cualquier operación en mar abierto y entre dos cuerpos con movimientos relativos distintos debido a sus diferentes flotabilidades.
A continuación, tal y como se observa en la figura 2b, una serie de remolcadores podrán transportar la estructura hasta el punto de instalación.
Allí, tal y como muestra la figura 2c, el sistema de bombeo 11 se activará para llenar el cuerpo principal 1 de agua. Esto dará lugar a la inmersión de la plataforma, tal y como queda ilustrado en la figura 2d. Durante este proceso solamente será necesaria la asistencia de los remolcadores para mantener la plataforma en posición, debido a las columnas de flotación que como se ha explicado garantizan que durante la inmersión no sea necesario medios auxiliares adicionales.
La figura 3 muestra un detalle de la conexión entre la columna de anclaje 60 y la torre eólica 100, en la que puede apreciarse un sistema de corrección de la inclinación de la torre eólica 100.
Este sistema comprende elementos tanto en la columna de anclaje 60 como en la torre eólica 100: una pluralidad de primeras placas 7 ancladas a un anillo de refuerzo 63 de la columna de anclaje 60; una pluralidad de segundas placas 8 fijadas a un anillo de refuerzo 63 de la torre eólica 100; una pluralidad de cilindros hidráulicos de elevación 9 configurados cada uno de ellos para ejercer una presión entre una de las primera placas 7 y una de las segundas placas 8.
Las placas 7, 8, dispuestas de manera perpendicular al anillo de refuerzo 63 respectivo, son los encargados de alojar el cuerpo o base de los cilindros hidráulicos 9. Las placas 7, 8 perpendiculares a los anillos de refuerzo 63 son los encargados de recibir la fuerza del pistón del cilindro hidráulico 9.
Para evitar que la torre se desnivele al subirla, los propios pistones actúan a modo de guía, embutiendo el cilindro hidráulico 9 sobre la propia placa 8 de la torre 100. Si bien el cilindro hidráulico 9 sólo actúa sobre la placa 8 de la torre 100, se pueden utilizar unas guías auxiliares para evitar que se desestabilice la torre 100 durante el proceso de nivelación.
Estos elementos mostrados en la figura 3 se utilizan en una etapa de corrección, que se efectúan posteriormente a la etapa ilustrada en la figura 2d. Una vez que el dispositivo de cimentación 10 ha sido fondeado, esta etapa de corrección supone utilizar los cilindros hidráulicos de elevación 9 para efectuar una presión entre una primera placa 7 anclada a un anillo de refuerzo 63 de la columna de anclaje 60 y una segunda placa 8 anclada a un anillo de refuerzo 63 de la torre eólica 100, para variar la inclinación de la torre eólica 100 con respecto a la columna de anclaje 60, creando un hueco de nivelación entre la superficie de anclaje y la torre eólica introducir un elemento de sujeción en el hueco de nivelación.
Para cerrar el espacio generado por el hueco de nivelación se pueden utilizar diferentes soluciones, como por ejemplo chapas, una pasta de epoxy y material metálico o un líquido de epoxy y material metálico.
De este modo, se produce la fijación de la torre eólica 100 en su nueva inclinación, intentando que el resultado final sea lo más vertical posible. La figura 4 muestra una realización alternativa de dispositivo de cimentación. En este caso, partiendo del dispositivo de la Figura 1b, se le ha añadido una losa de suelo 12 en la cara inferior del dispositivo. La altura de esta losa de suelo 12, medida en dirección vertical, desde la cara inferior 2 a la cara superior 3, es notablemente menor que la distancia entre dichas caras inferior 2 y superior 3. En este caso, la relación entre la altura de la losa de suelo 12 y la distancia entre dichas caras es del 15%. Mediante esta adición de suelo se aumenta ligeramente el peso del dispositivo, pero se obtiene una importante reducción del calado en puerto, facilitando por tanto el botado del dispositivo y las etapas iniciales del transporte.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Dispositivo de cimentación (10) para torre eólica configurado el dispositivo para ser apoyado en el lecho marino, que comprende un cuerpo principal (1) hueco que comprende una cara inferior (2) destinada a apoyarse sobre el lecho marino y una cara superior (3) opuesta a la cara inferior (2); caracterizado el dispositivo por que tanto la cara inferior (2) como la cara superior (3) comprenden un espacio hueco en su interior, comprendiendo por tanto cada una de las caras un perímetro exterior (21, 31) y un perímetro interior (22, 32); el cuerpo principal (1) comprende adicionalmente una pared lateral exterior (4) dispuesta entre el perímetro exterior (21) de la cara inferior (2) y el perímetro exterior (31) de la cara superior (3) y una pared lateral interior (5) entre el perímetro interior (22) de la cara inferior (2) y el perímetro interior (32) de la cara superior (3); y el dispositivo comprende adicionalmente una pluralidad de columnas (6) que sobresalen desde la cara superior del cuerpo principal.
2.- Dispositivo (10) según la reivindicación 1, que comprende adicionalmente una losa de suelo (12) situada en la cara inferior, siendo la losa de suelo (12) una superficie poligonal sin espacios interiores.
3.- Dispositivo (10) según la reivindicación 2, en el que la distancia entre la cara superior (3) y la cara inferior (2) es al menos cuatro veces mayor que la altura de la losa de suelo (12), donde la altura de la losa de suelo (12) se mide en dirección paralela a la distancia entre la cara superior (3) y la cara inferior (2).
4 Dispositivo (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el espacio hueco en el interior de la cara superior y de la cara inferior es tal que la relación entre el radio metacéntrico transversal del dispositivo y la raíz cúbica del volumen de desplazamiento es mayor de 0,003.
5.- Dispositivo (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde al menos una de las columnas (6) está hueca.
6.- Dispositivo (10) según la reivindicación 5, en el que el interior de al menos una de las columnas (6) está en comunicación con el interior del cuerpo principal. 7.- Dispositivo (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una de las columnas es una columna de anclaje (60) y posee una superficie de anclaje (61) con medios de anclaje (62) configurados para recibir la instalación de una torre eólica, y el dispositivo (10) comprende adicionalmente una pluralidad de primeras placas (7) ancladas en un anillo de refuerzo (63) de la columna de anclaje (60); una pluralidad de segundas placas (8) adaptadas para ser fijadas a un anillo de refuerzo (63) de una torre eólica (100); una pluralidad de elementos de elevación (9) configurados cada uno de ellos para ejercer una presión entre una de las primera placas (7) y una de las segundas placas (8).
8.- Dispositivo (10) según la reivindicación 7, en el que al menos una porción de uno de los elementos de elevación (9) está embutida sobre una segunda placa (8).
9.- Dispositivo (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente medios reversibles de bombeo (11) para llenar o vaciar selectivamente el interior del cuerpo principal.
10.- Dispositivo (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que tanto la cara superior (3) como la cara inferior (2) tienen una forma de polígono anular, en el que tanto el perímetro interior como el perímetro exterior son polígonos con el mismo número de lados.
11.- Dispositivo (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que tanto la cara superior (3) como la cara inferior (2) tienen una forma de anillo, de modo que tanto el perímetro interior como el perímetro exterior son curvas cerradas, como circunferencias o elipses.
12.- Dispositivo (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el cuerpo principal está fabricado de hormigón.
13.- Método de instalación de una torre eólica (100), que comprende las etapas de proveer un dispositivo de cimentación (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores; proveer una torre eólica (100); situar el conjunto formado por el dispositivo de cimentación (10) y la torre eólica (100) en un punto de instalación situado en el mar; y llenar el cuerpo principal hueco (1) con un fluido, de modo que se produzca el hundimiento del conjunto formado por el dispositivo de cimentación y la torre eólica.
14.- Método según la reivindicación 13, en el que el dispositivo de cimentación es según la reivindicación 7 y el método comprende las etapas de unir la torre eólica (100) a la columna de instalación (60) del dispositivo de cimentación (10), y desplazar el conjunto formado por el dispositivo de cimentación (10) y la torre eólica
(100) hasta un punto de instalación situado en el mar.
15.- Método según la reivindicación 14, que comprende adicionalmente las etapas de efectuar mediante un dispositivo de elevación (9) una presión entre una primera placa (7) y una segunda placa (8) para variar la inclinación de la torre eólica (100) con respecto a la columna de anclaje (60), creando un hueco de nivelación entre la superficie de anclaje y la torre eólica; y introducir un elemento de sujeción en el hueco de nivelación.
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