Estructura de soporte para aerogeneradores.

Estructura de soporte para aerogeneradores, que comprende una torre con un fuste (1) formado por dos o massecciones estructurales,

anulares, superpuestas unidas entre si por unas juntas transversales (7),con una sección transversal poligonal o circular, en la que

- una o mas de dichas secciones estructurales se obtienen mediante al menos dos piezas de pared (2, 3), dehormigón, prefabricadas, adyacentes unidas por unas juntas longitudinales, caracterizada porque

- cada una de las citadas piezas de pared esta obtenida por pretensado en taller, precomprimiendo su cuerpo en unbanco de fabricación, mediante al menos unos cables que se extienden a todo su largo, tensados, de forma que elpretensado esta incorporado en la pieza desde su fabricación y actua como armadura resistente; y

- cada una de dichas piezas de pared (2, 3) esta ensamblada con las adyacentes, en superposición para laformación de la estructura de soporte, con una union unicamente por sus extremos enfrentados a testa y sin unpostensado adicional que afecte a toda la pieza; y

- cada una de dichas piezas de pared tiene un grosor de pared entre 5 y 30 cm, con un pretensado centrado y unaarmadura pasiva de refuerzo en el perimetro de la sección u hormigon reforzado con fibras; y

- cada una de dichas piezas de pared esta hecha de hormigón de alta resistencia.

Estructura de soporte para aerogeneradores La presente invención se refiere a una estructura de soporte vertical o torre para aerogeneradores de energía eléctrica u otros usos, en hormigón pretensado, que aporta un fuste de hormigón pretensado de altura variable troncocónico o cilíndrico realizado mediante sectores anulares, cada uno de los cuales comprende varias piezas de pared sección semicircular o poligonal o sectores circulares o poligonales, unidas entre sí longitudinalmente, y en caso de varias superpuestas en altura, unidas transversalmente con un sistema que permite la continuidad estructural de la torre. En su extremo superior se situará o bien directamente el aerogenerador o bien otro fuste metálico sobre el que finalmente se fijará el generador.

Esta invención tiene su aplicación dentro del campo de la construcción en general y especialmente dentro de la industria destinada a la construcción e instalación de estructuras de soporte para aerogeneradores de energía eléctrica.

A lo largo de la presente memoria se entenderá por pieza de pared una pieza formadora de la pared de la estructura de soporte o torre, siendo dicha pared delgada de 5 a 30 cm en hormigón pretensado, con un pretensado centrado y una armadura pasiva en el perímetro de la sección u hormigón reforzado con fibras, apta para formar junto a una o más piezas un sector anular de la estructura de soporte o torre.

Antecedentes de la invención En referencia al estado de la técnica, debe mencionarse que el sector eólico, en gran expansión dentro del desarrollo de las energías renovables, ha ido evolucionando en busca de una mayor rentabilidad, lo que ha desembocado en el diseño de aerogeneradores cada vez más potentes, de 3 o incluso 5 MN, para cubrir la demanda creada.

Estos nuevos diseños obligan a un replanteamiento de las estructuras de soporte o torres portantes del aerogenerador que deben soportar esfuerzos mucho mayores que las actuales y alcanzar nuevas alturas de hasta 120m para poder albergar máquinas con palas de más de 50m de longitud.

Una extrapolación de las actuales torres (hasta 70m de altura) realizadas mediante chapas curvadas y electrosoldadas, unidas transversalmente mediante bridas, no permite hacer frente, de forma económica, a las nuevas prestaciones requeridas a dichos elementos, especialmente debido a la gran flexibilidad de este tipo de estructuras realizadas en acero y a la incompatibilidad de esta característica con los requerimientos que se extraen del cálculo dinámico de estas nuevas torres.

Es necesario, por consiguiente, el empleo de otros materiales y dentro de ellos el hormigón, reúne las características necesarias para hacer frente a los problemas antes mencionados.

En este sentido han sido varias las iniciativas ya acometidas: algunas resuelven la ejecución de estas torres en hormigón armado o realizando un postensado "in situ· es decir en el propio parque eólico y en su posición definitiva de estos elementos gracias a un encofrado deslizante o trepante. En el caso del postensado "in-situ' se realiza un enhebrado y postensado de cables por el interior de la pared delgada de hormigón en vainas dejadas al efecto o por el interior o exterior de la torre. Estas soluciones, además de su carestía. presentan el problema de los largos plazos que requiere para su ejecución lo que va directamente en contra de la rentabilidad del proyecto.

En otros casos, se ha buscado resolver el problema mediante pequeñas piezas en hormigón prefabricado como dovelas circulares, o placas de pequeño tamaño (que se unen entre sí conformando la torre) . Estas piezas en general armadas, requieren importantes espesores para garantizar el correcto funcionamiento dinámico de la torre una vez sometida a las cargas de servicio y consecuentemente con sección fisurada. Por tal motivo en ocasiones, se refuerzan estos diseños mediante postensados exteriores o interiores ejecutados in situ que compriman todas las secciones a lo largo de la torre para impedir la fisuración.

En esta solución, la presencia de un gran número de uniones entre piezas, de postensados in situ, etc., complica y encarece enormemente el montaje de estas torres y compromete el funcionamiento real del conjunto.

Se conocen numerosos antecedentes que describen diversos ejemplos de realización de torres utilizando hormigón armado, entre las cuales cabe citar: JP-A-9-235912, DE-A-29809541, DE-A-19832921, EP-A-960986, US2006/0254168, WO 02101025, US 7, 114, 295, JP-OR-3074144, EP-A-1474579 (MECALAPPLlED MECHANICS) , EP-A-1645761 (INNE021) , EP-A-1876316 (MONTANER) , W02007/033991 (SIKA) , W02008/031912 8 (GAMESA) , FR 1145789, DE 2020050103984, FR 2 872 843.

Las soluciones técnicas explicadas en las patentes citadas pueden clasificarse en los siguientes grupos:

a. Torre realizada in-situ.

b. Torre de hormigón armado con sectores anulares, superpuestos y postensado en obra.

c. Torres de hormigón formadas por la superposición de sectores· estructurales anulares int~grados por dos o más piezas componentes, ensambladas, que necesitan de un postensado en obra.

d. Torres de celosía ya sea de hormigón o acero.

e. Torre formada por hormigón vertido entre dos láminas de acero.

f. Torres en las que se aportan piezas de diferentes formas que resultan adecuadas ya sea para facilitar la producción o mejorar la eficacia estructural;

g. Torres incluyendo piezas que llevan ya incorporados elementos de refuerzo específicos.

La presente invención propone una estructura de soporte vertical o torre, del tipo que comprende varias secciones estructurales anulares, superpuestas, cada una de las cuales integra dos o más piezas de pared unidas por sus bordes longitudinales, y se diferencia de las propuestas anteriores, que se basan de forma general en el postensado de cables en el propio punto de instalación de la torre o parque eólico, para dotar de resistencia a la torre y a las juntas de unión, por la particularidad de realizar las piezas de pared por pretensado en taller, por lo que las piezas constituyentes de la torre, al llevar incorporado el pretensado, ya son de por sí estructuralmente resistentes precisando únicamente la realización de las uniones entre las piezas de pared adyacentes y superpuestas para formar la torre. Además mediante la propuesta de esta invención se reducen los costes al ser el pretensado en taller un proceso industrial y no ser necesario colocar cables de postensado en obra. Por otro lado la tecnología aplicada elimina la necesidad de elementos auxiliares para el transporte, garantiza un estado de compresión en las piezas que maximiza la vida útil de la torre, permite nuevos diseños y alternativas de montaje que simplifican la obtención de la torre. Otro aspecto diferenciador de la propuesta que fundamenta la presente invención reside en un sistema de conexión entre elementos prefabricados COn armadura pretensa, y en particular aplicable a la unión de los sectores anulares del fuste, que permite la continuidad de la acción del pretensado sin necesidad (total o parcial) de elementos adicionales como barras de unión u otros sistemas de postensado, aprovechando unos propios cables de pretensado que configuran la armadura activa de las piezas de pared pretensas citadas.

Se describe a continuación COn detalle los aspectos singulares de la presente invención.

Breve explicación de la invención Frente a las soluciones anteriormente mencionadas, la presente invención resuelve la prefabricación de la torre mediante grandes piezas de pared de hormigón pretensado en el banco de fabricación (aplicación controlada de una tensión al hormigón mediante el tensado de tendones o cables de acero) , de longitud limitada exclusivamente por las condiciones de transporte, COn sección semicircular o de sector circular, o poligonal o de sector poligonal, estando diseñada cada pieza para poder trabajar sometida a los esfuerzos derivados de su peso propio y del transporte como si se tratara de una gran viga con sección en U de resistencia estructural predeterminada. Estas piezas permiten formar la estructura de soporte o torre sin necesidad de someter al conjunto de cada pieza a postensadOs adiCionales, ulteriores, en obra. La estructura de soporte o torre que se propone integra un fuste en general troncocóriico, aunque puede ser cilíndrico, formado parcialmente por dos o más sectores o secciones estructurales anulares, superpuestas, unidas entre sí por unas juntas transversales. De acuerdo a los principios de esta invención cada sección estructural anular de la torre integra dos o más piezas de pared prefabricadas y pretensadas en taller, según lo citado, unidas por sus laterales formando unas juntas longitudinales... [Seguir leyendo]

1. Estructura de soporte para aerogeneradores, que comprende una torre con un fuste (1) formado por dos o más secciones estructurales, anulares, superpuestas unidas entre si por unas juntas transversales (7) ,

con una sección transversal poligonal o circular, en la que

-una o más de dichas secciones estructurales se obtienen mediante al menos dos piezas de pared (2, 3) , de hormigón, prefabricadas, adyacentes unidas por unas juntas longitudinales, caracterizada porque

-cada una de las citadas piezas de pared está obtenida por pretensado en taller, precomprimiendo su cuerpo en un banco de fabricación, mediante al menos unos cables que se extienden a todo su largo, tensados, de forma que el pretensado está incorporado en la pieza desde su fabricación y actúa como armadura resistente; y

-cada una de dichas piezas de pared (2, 3) está ensamblada con las adyacentes, en superposición para la formación de la estructura de soporte, con una unión únicamente por sus extremos enfrentado.s a testa y sin un postensado adicional que afecte a toda la pieza; y

-cada una de dichas piezas de pared tiene un grosor de pared entre 5 y 30 cm, con un pretensado centrado y una armadura pasiva de refuerzo en el perímetro de la sección u hormigón reforzado con fibras; y

-cada una de dichas piezas de pared está hecha de hormigón de alta resistencia.

2. Estructura de soporte según la reivindicación 1, en la que las piezas de pared de una o más de dichas secciones anulares tienen en una ó dos de sus porciones extremas una sección engrosada donde están configurados unos conductos para disposición a su través de dichos tramos prolongación de los cables de pretensado.

3. Estructura de soporte según la reivindicación 2 en la que el citado engrosamiento comprende unas configuraciones de grosor creciente desde un extremo de la pieza hasta la zona de desembocadura del conducto y se extiende a lo largo de un tramo longitudinal de longitud entre 50 y 300 cm.

4. Estructura de soporte según la reivindicación 2, en la que el citado engrosamiento sobresale hacia el interior, hacia el exterior o hacia ambas caras interior y exterior de la sección anular de la pieza de pared, ofreciendo en la zona más protuberante una superficie de anclaje para el postensado del cable.

5. Estructura de soporte según la reivindicación 2, en la que el citado engrosamiento abarca una sección anular completa o fracción de sección anular de la pieza de pared.

6. Estructura de soporte, según la reivindicación 2, en la que en algunas de dichas piezas de pared los cables de pretensado empleados se prolongan por unos tramos, sobresaliendo al exterior de la pieza de pared, estando dichos tramos de prolongación previstos para su disposición insertados a través de unos conductos configurados en una pieza de pared adyacente, para vinculación a la misma por un posterior tensado de dichos tramos de prolongación de cable, para obtener al disponer dos piezas de pared superpuestas, enfrentadas a testa, y obteniendo una junta transversal que garantiza la continuidad del pretensado.

7. Estructura de soporte según la reivindicación 2, en la que los citados conductos para paso de los cables sobresalientes para un posterior tensado están dotados de unas vainas.

8. Estructura de soporte según la reivindicación 1 en la que cada sección estructural anular comprende al menos dos piezas de pared (2) y (3) de sección transversal semicircular o poligonal de pared delgada con un pretensado centrado (4) , o ligeramente desviado respecto al espesor de la pieza o con una distribución no uniforme a lo largo de la sección anular para corregir los efectos del peso propio u otras cargas temporales, y una armadura pasiva (5) en el perimetro de la sección, quedando las piezas de pared (2.3) unidas entre si mediante juntas longitudinales (6) y transversales.

9. Estructura de soporte según la reivindicación 1 en la que cada una de las piezas de pared (2, 3) es troncocónica ó cilíndrica, y porque las piezas de pared de las diferentes secciones anulares unidas por unas juntas transversales (7) tienen alturas distintas.

10. Estructura de soporte según la reivindicación 1, en la que además comprende uno o más cables o barras dispuestos a través de unas porciones sobresalientes, de mayor grosor, de los extremos de cada pieza de pared.

11. Estructura de soporte según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho hormigón de alta resistencia se selecciona entre hormigón autocompactable u hormigón con fibras.

12. Estructura de soporte según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la ejecución de las uniones de las juntas longitudinales (6) están realizadas mediante bridas de hormigón perforadas (10) , a lo largo del interior de los bordes longitudinales de la pieza, que permiten el cierre de la junta mediante pernos roscados y

tuercas (11) , con control del par de apriete.

13. Estructura de soporte según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las mencionadas juntas longitudinales (6) , de las distintas secciones estructurales anulares, están desfasadas en sentido giratorio con el fin de evitar una junta longitudinal continua a lo largo de los diferentes tramos del fuste.

1.

14. Estructura de soporte según las anteriores reivindicaciones en la que está prevista la ejecución de las uniones de las juntas transversales (7) tanto a cimentación como entre tramos, si procede, mediante un regruesamiento (13) a modo de valona en los extremos de cada pieza de pared, perforado en el sentido de la generatriz de la pieza de modo que permita el cosido mediante barras de acero (12) de alta resistencia que se postensarán en obra en el

momento del montaje y de longitud suficiente para garantizar la continuidad del pretensado en todas las secciones de la torre, a pesar de la perdida de pretensión en las zonas de andaje de los torones.

15. Estructura de soporte, según las anteriores reivindicaciones, en la que las piezas (2) y (3) intercaladas de arranque y las intercaladas de culminación de la torre son de distinta altura, preferentemente de la mitad de longitud, 20 quedando las uniones transversales (7) entre piezas de los sucesivos tramos o fustes (1) , a distintos niveles, permitiendo e~montaje de la torre sin necesidad de estructuras o elementos auxiliares de montaje.