PROCEDIMIENTO Y UNIDAD PARA LA FIJACIÓN DE UNA TORRE DE UN AEROGENERADOR A UNA CIMENTACIÓN Y AEROGENERADOR QUE INCORPORA DICHA UNIDAD.

La invención consiste en un procedimiento que permite unir una torre (1) de un aerogenerador a una cimentación,

así como la unidad de fijación que permite la mencionada unión entre la torre (1) y la cimentación y el propio aerogenerador que incorpora dicha unidad de fijación. El procedimiento posee una etapa de instalación de un elemento de apoyo (10) para la transmisión de esfuerzos de la torre (1) a la cimentación seguida de una posterior nivelación del mismo (10) y seguida del vertido del hormigón (2) de la cimentación hasta la cara inferior del elemento de apoyo (10) de modo que la cara inferior quede adherida al hormigón (2) vertido una vez fraguado.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El objeto de la invención es un procedimiento que permite fijar una torre de un aerogenerador a una cimentación, así como la unidad de fijación que permite la mencionada unión entre la torre y la cimentación y el propio aerogenerador que incorpora dicha unidad de fijación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El objetivo de la energía eólica consiste en generar electricidad a partir del viento mediante aerogeneradores con la máxima eficiencia posible y mínimo coste. Las configuraciones más extendidas de aerogeneradores implican el uso de una torre para la instalación del rotor a una determinada cota respecto del terreno.

Estas torres se diseñan para soportar el conjunto de reacciones generadas como consecuencia de las solicitaciones a las que se ven sometidos tanto el rotor como la nacelle del aerogenerador. La posición idónea de rotor para evitar el efecto suelo junto con los diámetros de pala hace que la altura óptima a la que se deba situar vaya aumentando conforme aumenta la potencia eléctrica del aerogenerador. En las máquinas de grandes potencias es corriente el empleo de torres superiores a los 100 metros de altura.

La zona de amarre de la torre a la cimentación es uno de los puntos críticos de diseño del aerogenerador y redunda en la integridad estructural del mismo.

Es conocida en el estado de la técnica la fabricación de fijaciones entre la cimentación y la base de la torre que esencialmente comprende los siguientes pasos:

Se realiza en primer lugar la cavidad de cimentación en cuyo interior se instalan un conjunto de pernos, sobre el que está destinado a unirse el primer tramo de torre. Posteriormente se realiza el vertido de hormigón en la cavidad de modo que los pernos sobresalen de la misma.

Se añade después el primer tramo de torre sobre el hormigón de la cimentación ya fraguado que estará en contacto con unas chapas de nivelación situadas entre dicho primer tramo y el hormigón de la cimentación y que corrigen las tolerancias dimensionales de fabricación de la cimentación y posicionan correctamente este primer tramo de torre.

Una vez nivelado el primer tramo de torre sobre la cimentación, en el perímetro que rodea al mismo se instala un anillo cilíndrico y sobre él se vierte mortero. Este mortero colabora en la fijación de la torre a la cimentación estableciéndose una unión adhesiva entre éste y la torre en la parte superior y entre éste y la cimentación en la parte inferior.

Finalmente, una vez ha fraguado el mortero se acaba de dar par a los pernos de amarre de la torre y se da el montaje por concluido.

Son conocidos también otros métodos de unión de la torre a la cimentación en los que también se realiza una etapa previa de realización de una cavidad que se rellena con hormigón y de la que sobresalen los mencionados pernos de unión a la base de la torre. Posteriormente sobre la cimentación se localiza un elemento de apoyo para la transmisión de esfuerzos de la torre a la cimentación que puede ser, por ejemplo, de acero o de hormigón y que se sitúa sobre el hormigón vertido en la cavidad de cimentación una vez que éste ha fraguado.

Posteriormente se realiza la nivelación del elemento de apoyo y después se vierte mortero de relleno en el espacio comprendido entre el elemento de apoyo y el hormigón de cimentación para la unión del elemento de apoyo a la cimentación. Una vez que ha fraguado el mortero de relleno se une la cara superior del elemento de apoyo a la base de la torre, a través de los pernos de unión que atraviesan el mencionado elemento de apoyo. En este caso se establece una unión adhesiva entre el mortero y el elemento de apoyo en la parte superior del mortero y entre el mortero y la cimentación en la parte inferior del mismo.

En ambos casos el empleo de mortero como elemento intermedio y los esfuerzos de reacción generados en la base de la torre condicionan, para un diseño de tramo de torre prefijado, la elección de la cimentación de un determinado emplazamiento, ya que la capacidad mecánica resistente del mortero es limitada y en cada emplazamiento los esfuerzos varían dependiendo del viento asociado a cada mencionado emplazamiento. Esto hace que haya que variar, bien las dimensiones de la cavidad, o bien, la capacidad resistente de la misma para cada tipo de torre.

Otros inconvenientes son el tiempo de fraguado adicional que implica la utilización del mortero que alarga el tiempo de construcción de la torre, así como la influencia de las condiciones climatológicas en el tiempo de fraguado del mortero y también en la propia calidad del mismo y por lo tanto en la calidad de la unión o incluso en la imposibilidad de poder realizar el vertido del mortero.

Finalmente otro inconveniente del empleo de mortero son los problemas de calidad asociados, ya que la calidad de la junta de mortero es crítica y difícil de controlar e incluso de unificar para cada aerogenerador, ya que depende, además de las condiciones climatológicas anteriormente comentadas, de la experiencia de la mano de obra empleada o de la existencia de burbujas en el interior del mortero que debilitan la unión y que pueden aparecer como consecuencia de que la dirección y la velocidad de avance del mortero en cada zona a lo largo de la superficie varíen con respecto a lo calculado previamente, siendo estos parámetro difíciles de controlar ya que se ven afectados por numerosas variables.

En el primer método de fijación de una torre a la cimentación conocido en el estado de la técnica descrito anteriormente se da además otro inconveniente adicional, ya que al implicar la fase de nivelación al primer tramo de torre, se hace necesario el empleo de una grúa de gran tonelaje para el movimiento de este primer tramo durante la fase de nivelación, con el subsiguiente coste de instalación y la posibilidad de daño de los componentes.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El procedimiento para la fijación de una torre de un aerogenerador a una cimentación objeto de la invención comprende las etapas anteriormente comentadas de:

-realización de una cavidad de cimentación para el posterior vertido en la misma de hormigón de cimentación, y

- colocación en dicha cavidad de cimentación de un conjunto de pernos de unión entre la cimentación y la torre.

Sin embargo, el procedimiento se caracteriza por una secuencia de fases en las que se realiza primeramente la instalación de un elemento de apoyo con capacidad de transmisión de esfuerzos de la torre a la cimentación seguido de una fase de nivelación del mismo y una vez nivelado el mencionado elemento de apoyo es cuando se realiza el vertido de hormigón de la cimentación en la cavidad.

La invención se aplica de manera equivalente tanto a aerogeneradores onshore, es decir, localizados en tierra, en los que se realiza una cavidad en el suelo para el vertido de hormigón, como a aerogeneradores offshore, es decir, localizados en el mar, en los que se realiza en tierra un encofrado que define la mencionada cavidad en la que se vierte el hormigón, retirándose una vez fraguado el hormigón este encofrado y trasladándose a su emplazamiento final en el mar el hormigón ya fraguado sin el encofrado.

Más concretamente, el procedimiento objeto de la invención comprende las siguientes etapas:

-instalación de al menos el elemento de apoyo para la transmisión de esfuerzos de la torre a la cimentación mediante la introducción de los pernos de unión a través de al menos unos orificios del elemento de apoyo,

-nivelación del elemento de apoyo en la cavidad de cimentación,

-fijación de la posición nivelada del elemento de apoyo a los pernos de unión,

- posteriormente a la fijación del elemento de apoyo, vertido del hormigón de la cimentación en la cavidad de cimentación hasta al menos la cara inferior del elemento de apoyo de modo que la cara inferior quede adherida al hormigón vertido una vez fraguado;

- posteriormente al fraguado del hormigón, instalación de al menos un tramo inferior de la torre sobre el elemento de apoyo nivelado, y

-unión del tramo inferior de la torre a los pernos de unión entre la cimentación y la torre.

En el caso de un aerogenerador offshore, la instalación del elemento de apoyo, su nivelación y fijación y el posterior vertido de hormigón en la cavidad de cimentación o encofrado, se realizaría en tierra. Posteriormente al fraguado del hormigón, el conjunto formado por éste, los pernos y el elemento de nivelación sería trasladado a su emplazamiento final en el mar, por lo que existiría una etapa adicional de traslado de los anteriores elementos al emplazamiento final y sería...

1. Procedimiento para la fijación de una torre (1) de un aerogenerador a una cimentación, que comprende las etapas de:

-realización de una cavidad (4) de cimentación,

-colocación en dicha cavidad (4) de cimentación de un conjunto de pernos (3) de unión entre la cimentación y la torre (1) ,

caracterizado porque comprende adicionalmente las siguientes etapas:

-instalación de al menos un elemento de apoyo (10) para la transmisión de esfuerzos de la torre (1) a la cimentación mediante la introducción de los pernos

(3) de unión a través de al menos unos orificios (11) del elemento de apoyo (10) ,

-nivelación del elemento de apoyo (10) en la cavidad (4) de cimentación,

-fijación de la posición nivelada del elemento de apoyo (10) a los pernos (3) de unión,

-vertido de hormigón (2) de cimentación en la cavidad (4) de cimentación hasta al menos la cara inferior del elemento de apoyo (10) de modo que la cara inferior quede adherida al hormigón (2) vertido una vez fraguado,

-posteriormente al fraguado del hormigón (2) de cimentación, instalación de al menos un tramo inferior de la torre (1) sobre el elemento de apoyo (10) nivelado, y

-unión del tramo inferior de la torre (1) a los pernos (3) de unión entre la cimentación y la torre (1) .

2. Procedimiento para la fijación de una torre (1) de un aerogenerador a una cimentación, según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de instalación de al menos un elemento de apoyo (10) en los pernos (3) de unión se realiza anteriormente a la etapa de colocación de los pernos (3) de unión en la cavidad (4) de cimentación.

3. Procedimiento para la fijación de una torre (1) de un aerogenerador a una cimentación, según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de instalación de al menos un elemento de apoyo (10) en los pernos (3) de unión se realiza posteriormente a la etapa de colocación de los pernos (3) de unión en la cavidad (4) de cimentación.

4. Procedimiento para la fijación de una torre (1) de un aerogenerador a una cimentación, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fase de nivelación del elemento de apoyo (10) comprende la etapa de regulación de la cota de los orificios (11) hasta la nivelación del elemento de apoyo (10) .

5. Procedimiento para la fijación de una torre (1) de un aerogenerador a una cimentación, según la reivindicación 4, caracterizado porque la regulación de la cota de los orificios (11) del elemento de apoyo (10) comprende una etapa de actuación sobre al menos un elemento roscado (13) desplazable respecto a los pernos (3) de unión también roscados, estando el elemento roscado (13) situado en conexión con el elemento de apoyo (10) de modo que desplaza el elemento de apoyo (10) al actuarse sobre el elemento roscado (13) .

6. Procedimiento para la fijación de una torre (1) de un aerogenerador a una cimentación, según la reivindicación 1, caracterizado porque sobre la cara superior del elemento de apoyo (10) metálico se sitúa una lámina de material elastomérico antes de la etapa de instalación de al menos un tramo inferior de la torre (1) sobre el elemento de apoyo (10) nivelado.

7. Procedimiento para la fijación de una torre (1) de un aerogenerador a una cimentación, según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de unión del tramo inferior de la torre (1) a los pernos (3) de unión comprende la introducción de los pernos (3) de unión por unos taladros (6) localizados en una brida (5) del tramo inferior de torre (1) para el amarre de ésta (5) al elemento de apoyo (10) y a la cimentación.

8. Unidad para la fijación de una torre (1) de un aerogenerador a una cimentación, comprendiendo la cimentación hormigón (2) vertido en una cavidad

(4) de cimentación y un conjunto de pernos (3) de unión entre la torre (1) y la cimentación embebidos en el interior del hormigón (2) , caracterizada porque comprende:

-al menos un elemento de apoyo (10) para la transmisión de esfuerzos de la torre

(1) a la cimentación localizado en posición montada de modo que su cara superior se encuentra en contacto con la torre (1) y su cara inferior en contacto con y adherida al hormigón (2) , comprendiendo el elemento de apoyo (10) al menos un conjunto de orificios (11) para el paso de los pernos (3) de unión, y

-unos medios de nivelación y fijación del elemento de apoyo (10) a los pernos (3) de unión.

9. Unidad para la fijación de una torre (1) de un aerogenerador a una cimentación, según la reivindicación 8, caracterizada porque, los medios de nivelación y fijación comprenden al menos un elemento roscado (13) localizado en conexión con el elemento de apoyo (10) desplazable respecto a los pernos (3) de unión también roscados de modo que el accionamiento del mismo (13) varía la cota de los orificios (11) del elemento de apoyo (10) .

10. Unidad para la fijación de una torre (1) de un aerogenerador a una cimentación, según la reivindicación 8, caracterizada porque el elemento roscado

(13) está situado en contacto con la cara inferior del elemento de apoyo (10) y se dispone embebido en el hormigón (2) de cimentación en posición montada.

11. Unidad para la fijación de una torre (1) de un aerogenerador a una cimentación, según la reivindicación 9, caracterizada porque el elemento roscado

(13) está situado en contacto con un elemento intermedio (15) que se dispone también unido al elemento de apoyo (10) y que es retirable posteriormente a la nivelación y fijación del elemento de apoyo (10) .

12. Unidad para la fijación de una torre (1) de un aerogenerador a una cimentación, según la reivindicación 8, caracterizado porque el elemento de apoyo (10) está dividido en sectores de configuración parcialmente anular (14) .

13. Unidad para la fijación de una torre (1) de un aerogenerador a una cimentación, según la reivindicación 12, caracterizado porque cada sector de configuración parcialmente anular (14) comprende al menos tres orificios (11) para su nivelación de modo que la nivelación se realiza actuando sobre los al menos tres elementos roscados (13) asociados.

14. Unidad para la fijación de una torre (1) de un aerogenerador a una cimentación, según la reivindicación 8, caracterizado porque el elemento de apoyo

(10) es metálico.

15. Unidad para la fijación de una torre (1) de un aerogenerador a una cimentación, según la reivindicación 8, caracterizado porque el elemento de apoyo

(10) comprende una base de material elastomérico reforzada con material metálico.

16. Aerogenerador que comprende:

-una torre (1) , y

-una cimentación caracterizado porque comprende adicionalmente la unidad para la fijación de la torre (1) del aerogenerador a la cimentación descrita en una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 15.

17. Aerogenerador según la reivindicación 16, caracterizado porque la torre (1) comprende un tramo inferior que comprende a su vez una brida (5) con taladros (6) para el paso de los pernos (3) de unión y el amarre de la misma (5) al elemento de apoyo (10) y a la cimentación.