Sistema de unión de una góndola con la torre de hormigón de un aerogenerador.

La presente invención describe un sistema (1) de unión de una góndola (102) con la torre (103) de hormigón de un aerogenerador (100), donde la torre (103) de hormigón está formada por una sección anular inferior (103i), una o varios secciones anulares intermedias (103m) y una sección anular superior (103s), que comprende un apoyo anular plano (3) que se interpone entre una superficie superior de la sección anular superior (103s) de la torre (103) y la superficie inferior de un rodamiento de yaw (2) que soporta la góndola (102), comprendiendo el apoyo anular plano (3) unos orificios (4) a través de los cuales pasa una pluralidad de medios de unión (5), cada uno de los cuales está fijado inferiormente a la sección anular superior (103s) de la torre (103) y superiormente al rodamiento de yaw (2).

SISTEMA DE UNIÓN DE UNA GÓNDOLA CON LA TORRE DE HORMIGÓN DE UN AEROGENERADOR

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El objeto de la presente invención es un sistema sencillo, rápido y económico para unir la góndola de un aerogenerador a la última sección de una torre de hormigón. Para ello se emplea un apoyo anular plano que se fija al rodamiento de yaw que soporta la góndola y a la sección superior de hormigón de la torre por medio de pernos y/ cables de tensión pasantes.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La evolución tecnológica en generación eólica está actualmente dirigida al diseño de aerogeneradores de potencias cada vez mayores, lo cual implica un aumento de tamaño de las partes que componen los aerogeneradores. El desarrollo de torres más altas se debe hacer teniendo en cuenta una serie de criterios de diseño, como la carga, resistencia del material y comportamiento dinámico, así como condiciones de construcción, transporte e instalación.

Torres de hasta 80 metros de altura se suelen fabricar a partir de secciones metálicas tubulares. Sin embargo, se ha comprobado que a partir de esa altura, debido al aumento de la carga que deben soportar y la frecuencia de resonancia de la estructura, se requieren estructuras más resistentes y rígidas. Una posible solución es el uso de secciones metálicas inferiores de mayor diámetro y/o grosor. Sin embargo, esto presenta diversos inconvenientes relacionados con problemas de transporte y aumento excesivo de los costes de fabricación. Por ese motivo, el uso de hormigón para construir la torre es una alternativa atractiva. Sin embargo, existe una amplia problemática relacionada con la unión del último tramo de hormigón con la góndola del aerogenerador, y en particular con el rodamiento que permite el giro de la góndola alrededor de un eje de rotación vertical para que la turbina del aerogenerador se oriente según la dirección del viento. Este rodamiento normalmente se denomina "rodamiento de yaw".

El rodamiento de yaw tiene diámetro de entre 2 metros y 3.5 metros de diámetro, dependiendo del tamaño de la máquina, y sostiene tanto el peso de la góndola y el rotor del aerogenerador como las cargas derivadas de la acción del viento sobre el rotor. Por este motivo, el rodamiento de yaw impone unos fuertes requerimientos sobre la superficie sobre la que se asienta, fundamentalmente de planitud y resistencia.

Con relación a la planitud, la tolerancia relativa a la planitud de la superficie es típicamente de 0, 25 mm., que no es posible conseguir en piezas de hormigón. Además, con el objeto de facilitar el transporte de las secciones de torre que constituyen una torre de hormigón, cada sección se puede estar formada a su vez por varios módulos adyacentes fijados unos a otros mediante juntas verticales, como por ejemplo en el documento EP14743579. En estos casos, el requerimiento de planitud en el asiento del rodamiento de yaw exigiría un perfecto alineamiento vertical de los módulos adyacentes, algo difícil de cumplir dadas las dimensiones (superior a 15 m) y peso (decenas de toneladas) de dichos módulos.

En cuanto a la resistencia, y especialmente cuando el último tramo de la torre sobre el que se apoya el rodamiento es de hormigón, se presenta también el problema de repartir lo más uniformemente posible las tensiones. Nótese que la superficie de apoyo del rodamiento es sensiblemente inferior a la superficie de apoyo del tramo de hormigón y que, además de tensiones axiales, aparecen también tensiones tangenciales provocadas por la acción del viento y por el giro del rotor. Además el rodamiento de yaw está construido en acero, un material substancialmente más resistente y rígido que el hormigón convencional utilizado en la construcción de torres de aerogenerador.

Por estos motivos, es necesario el empleo de una pieza intermedia que sea suficientemente plana y reparta las tensiones uniformemente en el hormigón. En la actualidad se utiliza habitualmente una pieza metálica cilíndrica dotada de unas bridas superior e inferior que sirven para unirla respectivamente al rodamiento de yaw y al tramo de hormigón por medio de tornillos o pernos. El documento EP1474579, por ejemplo, describe una pieza de este tipo, frecuentemente denominada "carrete" en la técnica.

Con el objeto de mejorar la unión entre la pieza cilíndrica y el tramo de hormigón, se han descrito también sistemas de unión en los que la porción inferior del cilindro metálico queda embebida en el hormigón. Sin embargo, un inconveniente de este sistema es que las tensiones transmitidas por la pieza cilíndrica al hormigón pueden provocar la aparición de grietas en los puntos de concentración de esfuerzos debido a la fatiga. Los documentos EP1654460 y EP1947328 describen piezas cilíndricas de unión de este tipo.

DESCRIPCIÓN

La presente invención describe un sistema de unión que supera los inconvenientes arriba mencionados gracias al empleo de un apoyo anular plano. De este modo, se consigue resolver el problema planteado de un modo más rápido y económico, ya que tanto el montaje como la fabricación de esta novedosa pieza de unión son más sencillos que los de los carretes de la técnica anterior.

En el presente documento, se entiende que la torre de hormigón está formada por una pluralidad de secciones anulares de hormigón denominadas respectivamente desde la base hasta la cima de la torre: sección anular inferior, secciones anulares intermedias y sección anular superior. Así, el sistema de la invención comprende un apoyo anular plano que se interpone entre una superficie superior de la sección anular superior de la torre y la superficie inferior del rodamiento de yaw que soporta la góndola, comprendiendo el apoyo unos orificios a través de los cuales pasa una pluralidad de medios de unión, estando cada uno de los cuales fijado inferiormente a la sección anular superior de la torre y superiormente al rodamiento de yaw.

El apoyo anular plano está fabricado de un material de gran resistencia, pudiendo ser tanto metálico como estar fabricado con resinas epoxi, morteros u hormigones de alta resistencia. Dicho apoyo puede mecanizarse para alcanzar una planitud suficiente para el correcto apoyo del rodamiento de yaw.

La colocación del apoyo anular plano permite independizar las tolerancias de fabricación y montaje de las grandes piezas de hormigón de las que está constituida la torre, que están ligadas a las tolerancias de los moldes, retracción del hormigón, tolerancias de montaje etc., de las tolerancias para el correcto apoyo del rodamiento de yaw. Por otro lado mediante el apoyo anular plano se reparten uniformemente las tensiones del rodamiento de yaw sobre la superficie superior de la sección anular superior de la torre, a pesar de que la superficie de apoyo del rodamiento de yaw sea sensiblemente inferior a la superficie superior de la sección anular superior de la torre.

Preferentemente, los medios de unión están regularmente distribuidos en el apoyo anular plano, definiendo en conjunto al menos una circunferencia inscrita en la superficie de dicho apoyo anular. De acuerdo con otras realizaciones preferentes de la invención, los medios de unión pueden ser pernos y/o cables de tensión.

De acuerdo con otra realización preferente más, al menos la sección anular superior de la torre del aerogenerador está formada por varios módulos prefabricados adyacentes dispuestos de modo que aquella presenta al menos una junta en su superficie superior. Como se ha comentado anteriormente, el hecho de que la sección anular superior de la torre esté formada por varios módulos unidos mediante juntas sustancialmente verticales que llegan hasta la superficie superior de dicha sección anular dificulta aún más la consecución de una superficie superior suficientemente plana para el apoyo del rodamiento de yaw.

Cuando la góndola se orienta para que el eje de rotación del rotor se alinee con la dirección del viento, es necesario disponer un sistema de bloqueo para impedir que la góndola se desoriente debido a los esfuerzos a que somete el viento al rotor. Un sistema usual de bloqueo es disponer un disco de freno solidario a la torre y unas pinzas de freno fijadas al bastidor de la góndola. En ese caso, según otra realización preferida más de la invención, el sistema comprende un disco de freno dispuesto entre la superficie inferior del rodamiento de yaw y la superficie superior del módulo superior. Evidentemente, en ese caso el disco de freno debe tener unos orificios correspondientes con los orificios...

R E I V I N D I C A C I O N E S

1. Sistema (1) de unión de una góndola (102) con la torre (103) de hormigón de un aerogenerador (100) , donde la torre (103) de hormigón está formada por una sección anular inferior (103i) , una o varias secciones anulares intermedias (103m) y una sección anular superior (103s) , caracterizado porque comprende un apoyo anular plano (3) que se interpone entre una superficie superior de la sección anular superior (103s) de la torre (103) y la superficie inferior de un rodamiento de yaw (2) que soporta la góndola (102) , comprendiendo el apoyo anular plano (3) unos orificios (4) a través de los cuales pasa una pluralidad de medios de unión (5) , cada uno de los cuales está fijado inferiormente a la sección anular superior (103s) de la torre (103) y superiormente al rodamiento de yaw (2) .

2. Sistema (1) de unión de acuerdo con la reivindicación 1, donde los medios de unión (5) están regularmente distribuidos en el apoyo anular plano (3) , definiendo en conjunto al menos una circunferencia inscrita en la superficie de dicho apoyo anular plano (3) .

3. Sistema (1) de unión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de unión (5) son pernos y/o cables de tensión.

4. Sistema (1) de unión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde al menos la sección anular superior (103s) de la torre (103) está formada por varios módulos prefabricados adyacentes, presentando al menos una junta vertical en su superficie superior.

5. Sistema (1) de unión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que además comprende un disco de freno (6) dispuesto entre la superficie inferior del rodamiento de yaw (2) y la superficie superior de la sección anular superior (103s) de la torre (103) .

6. Sistema (1) de unión de acuerdo con la reivindicación 5, donde el disco de freno (6) y el apoyo anular plano (3) constituyen una única pieza.

7. Sistema (1) de unión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende una pluralidad de cables de tensión adicionales (7s) que atraviesan la sección anular superior (103s) de la torre

(103) y que están fijados superiormente al apoyo anular plano (3) e inferiormente a la sección anular intermedia (103m) inmediatamente inferior.

8. Sistema (1) de unión de acuerdo con la reivindicación 7, donde cada sección anular intermedia (103m) de la torre (103) comprende una pluralidad de cables de tensión (7m) fijados superiormente a la sección anular inmediatamente superior e inferiormente a la sección anular inmediatamente inferior.

9. Sistema (1) de unión de acuerdo con la reivindicación 8, donde la sección anular inferior (103i) de la torre comprende una pluralidad de cables de tensión adicionales (7i) fijados superiormente a la sección anular intermedia (103i) inmediatamente superior e inferiormente a una cimentación (104) sobre la que se asienta la torre (103) .

10. Sistema (1) de unión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7-9, donde los cables de tensión (7s, 7m, 7e) están regularmente distribuidos en las secciones anulares (103s, 103m, 103i) , definiendo en conjunto al menos una circunferencia inscrita en la superficie de dichas secciones anulares (103s, 103m, 103i) .

11. Sistema (1) de unión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la superficie de contacto entre el apoyo anular plano (3) y la superficie superior de la sección anular superior (103s) de la torre (103) se rellena con resina o mortero de alta resistencia.

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

Nº solicitud: 200930350

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 24.06.2009

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional DOCUMENTOS RELEVANTES

5. 59; columna 6, líneas 18-59; figuras 2-5. 1-3 A WO 2007011862 A2 (SOUTHWEST WINDPOWER INC et al.) 25.01.2007, párrafo 84; figura.

15. 15F. 1-3 A US 2005129504 A1 (DE ROEST ANTON H) 16.06.2005, resumen; párrafos 21, 36, 37, 47, 48, 51, 54, 68, 71, 74-76; figuras. 1, 4, 7-10 A US 5809711 A (WERNER ROLF J) 22.09.1998, resumen; figuras. 7-10 A ES 2296531 A1 (GAMESA INNOVATION & TECH SL) 16.04.2008, resumen; figuras. 1-4 A WO 2007011862 A2 (SOUTHWEST WINDPOWER INC et al.) 25.01.2007, resumen; párrafos 8, 33; figuras. 1-3, 7-11 Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº : Fecha de realización del informe 26.03.2012 Examinador P. Del Castillo Penabad Página 1/4

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 200930350

CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD

F03D1/00 (2006.01) F03D11/04 (2006.01) E04H12/08 (2006.01) E04B1/21 (2006.01) F03D7/02 (2006.01)

Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)

F03D, E04H, E04B

Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados)

INVENES, EPODOC

Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 200930350

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 26.03.2012

Declaración

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986) .

Base de la Opinión.

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Informe del Estado de la Técnica Página 3/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 200930350

1. Documentos considerados.

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración No se ha encontrado ningún documento que describa un sistema de unión de una góndola de un aerogenerador con la torre formada por secciones anulares de hormigón, que comprenda un apoyo anular plano:

- situado entre la superficie superior de la sección anular superior de la torre y la superficie inferior de un rodamiento de yaw que soporta la góndola, y -fijado a dichos elementos mediante medios de unión que pasan a través de unos orificios del apoyo anular plano.

El documento D01 US2009000227 se considerado el más próximo al objeto reivindicado (las referencias entre paréntesis se refieren a D01) . Este documento describe (resumen; párrafos 13, 22.

4. 46; figuras) un sistema de unión de un tramo inferior de hormigón (10) de la torre de un aerogenerador con un tramo metálico superior (60) de la misma. Dicha unión cuenta con un apoyo anular (34) con orificios, situado entre el tramo inferior de hormigón y el tramo superior metálico. La fijación del apoyo (34) y los dos tramos (10, 60) se realiza mediante tornillos pasantes (70) . Este documento D01 no describe una torre formada por varios tramos anulares de hormigón ni resuelve el problema de unir el rodamiento de yaw al último tramo de hormigón de la torre mediante un apoyo anular específicamente plano.

Se han encontrado otros documentos (D02-D08) que describen sistemas de unión entre los distintos tramos de una torre pero ninguno contiene las características de la reivindicación 1 de la solicitud.

No se considera obvio que un experto en la materia conciba el sistema de la reivindicación 1 de la solicitud a partir de los documentos mencionados, tomados solos o en combinación. Por lo tanto la invención de la reivindicación 1 es nueva e implica actividad inventiva.

Las reivindicaciones 2-11 son reivindicaciones dependientes de la reivindicación 1 y como ella también cumplen los requisitos de novedad y actividad inventiva.

Por todo lo anterior las reivindicaciones 1-11 de la solicitud son nuevas e implican actividad inventiva según los artículos 6 y 8 de la Ley 11/86 de Patentes.

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