Aparato y método mejorados para ensamblar turbinas eólicas.

Aparato para ensamblar una turbina eólica (10), que comprende:

una pluma de grúa (36) que tiene un cable de soporte principal (48) configurado para acoplarse a un componente (32) de una turbina eólica (10) para elevar el componente (32) durante el ensamblaje de la turbina eólica (10); y

un mecanismo de control (70, 128, 140, 160) acoplado operativamente a la pluma de grúa (36) para controlar la orientación del componente de turbina eólica (32) durante la elevación del componente, comprendiendo el mecanismo de control (70, 128, 140, 160):

un elemento de guía acoplado a la pluma de grúa (36);

un elemento móvil acoplado al elemento de guía y configurado para poder moverse en relación con la pluma de grúa (36) en una dirección guiada por el elemento de guía; caracterizado por:

un elemento de acoplamiento configurado para acoplar el elemento móvil al componente de turbina eólica (32); y

un mecanismo de accionamiento configurado para mover activamente el elemento móvil en relación con la pluma de grúa (36) independientemente del movimiento del cable de soporte principal (48).

Aparato y método mejorados para ensamblar turbinas eólicas Campo técnico La invención se refiere generalmente a un aparato y a métodos mejorados para ensamblar turbinas eólicas y, más particularmente, a una grúa que tiene características mejoradas que proporcionan un control mejorado de los componentes de turbina eólica durante el ensamblaje de los mismos.

Antecedentes Las turbinas eólicas para convertir la energía eólica en energía eléctrica se han conocido y aplicado durante muchos años, pero se ha encontrado un aumento considerable de su aplicación como fuente de energía alternativa durante el último par de décadas. Con este interés renovado en la energía eólica, los diseños de turbina eólica han visto avances significativos que, a su vez, han permitido que las turbinas eólicas aumenten significativamente su tamaño y peso. A modo de ejemplo, las turbinas eólicas actuales pueden tener rotores que se aproximan a de 100 a 150 metros de diámetro. Adicionalmente, el peso de, por ejemplo, tres palas de turbina eólica puede ser de hasta 40 a 50 toneladas. Por consiguiente, el ensamblaje de turbinas eólicas ha presentado algunos retos para los fabricantes. Estos retos no sólo se deben al aumento de tamaño y peso de los componentes de turbina eólica, sino que también se deben al cambio de ubicaciones de montaje tradicionales a zonas más extremas, de difícil acceso, tales como zonas montañosas y sitios en alta mar.

Una técnica convencional para ensamblar una turbina eólica incluye transportar los diferentes componentes al sitio de construcción; ensamblar las secciones de torre que forman colectivamente la torre; elevar la góndola con una grúa y montar la góndola encima de la torre; ensamblar el rotor de turbina eólica en el suelo; y elevar el rotor de turbina eólica con la grúa y montar el rotor en el árbol de baja velocidad que se extiende desde la góndola. Dependiendo del tamaño particular de la turbina eólica, de la ubicación particular o de otros factores, el procedimiento de ensamblaje puede modificarse de manera adecuada. Por ejemplo, el buje de rotor puede acoplarse a la góndola antes de montar la góndola en la torre, y elevarse de manera individual las palas con la grúa y montarse en el buje. Los expertos habituales en la técnica pueden reconocer combinaciones alternativas para ensamblar la turbina eólica.

Independientemente de cuál de las múltiples técnicas convencionales se utilice para ensamblar la turbina eólica, los aspectos del procedimiento de ensamblaje normalmente incluyen elevar componentes relativamente grandes, pesados con una grúa hasta una altura que está a una distancia significativa del suelo, tal como adyacente a la parte superior de la torre. Una consideración con una etapa de ensamblaje de este tipo pretende controlar de manera adecuada y segura el componente durante la elevación. Por ejemplo, durante el ensamblaje, puede ser importante controlar la orientación del componente para que pueda montarse el componente en la turbina eólica (por ejemplo, góndola, buje de rotor, pala, etc.) . Adicionalmente, puede ser deseable controlar el componente para evitar o minimizar el daño al mismo durante la elevación, tal como podría ocurrir al entrar en contacto con la torre, la grúa u otros objetos próximos.

Con respecto a esto, los enfoques convencionales para controlar el componente durante la elevación incluyen acoplar varios cables de retención (por ejemplo, cuerdas largas) al componente. Más particularmente, un extremo de cada cable de retención se acopla al componente que está elevándose por la grúa. La longitud de los cables de retención es tal que se coloca el otro extremo de los mismos adyacente al suelo u otra superficie de soporte, tal como, por ejemplo, un barco o plataforma para instalaciones en alta mar. Los trabajadores de ensamblaje en el suelo o en la superficie de soporte agarran entonces los cables de retención y manipulan o controlan manualmente los movimientos de los componentes durante la elevación e instalación del componente. Dependiendo del tamaño particular de la turbina eólica, puede haber varios de tales cables de retención para controlar los diversos componentes durante el ensamblaje.

El aumento de tamaño de las turbinas eólicas ha hecho que el uso de cables de retención operados manualmente para controlar la orientación de los componentes de turbina eólica suponga un reto mayor. En primer lugar, incluso con múltiples cables de retención, es difícil controlar la orientación del componente que está elevándose mediante la grúa. Un motivo es que cuando el componente se eleva para que esté adyacente a la parte superior de la torre, los cables de retención pueden ser casi perpendiculares al plano horizontal en el que se desea el control de giro del componente. A medida que aumenta el ángulo de inclinación entre el plano horizontal del componente que está elevándose mediante una grúa y el cable de retención, generalmente disminuye la capacidad para controlar la orientación del componente dentro de ese plano horizontal.

Además, cuando el componente de turbina eólica está adyacente a la parte superior de la torre, el punto de control para el cable de retención, tal como el punto en el suelo, barco, plataforma, etc. en el que el trabajador de ensamblaje está de pie para agarrar el cable de retención, está a su distancia máxima del componente. Cuando se usan cables de retención para controlar el componente que está elevándose mediante una grúa, el control de la carga generalmente es inversamente proporcional a la distancia entre el punto de control y la carga. Por tanto, cuando se usan cables de retención, el control del componente de turbina eólica generalmente se minimiza cuando

la necesidad para controlar el componente generalmente está en su punto máximo (por ejemplo, cuando el componente está cerca de la parte superior de la torre) .

La capacidad limitada de los cables de retención controlados manualmente para controlar el componente de turbina eólica durante la elevación da como resultado la necesidad de que tengan que estar presentes condiciones meteorológicas casi ideales para que se produzca el ensamblaje. Por tanto, por ejemplo, como ocurre actualmente con la técnica de cables de retención convencional, el ensamblaje sólo se intentará cuando las velocidades del viento no superen un determinado umbral, tal como, por ejemplo, 12 m/s. En algunos entornos, el número de días que tienen tales condiciones puede ser limitado y la aparición de estos días de condiciones ideales a menudo es impredecible. La incapacidad para ensamblar turbinas eólicas en una variedad más amplia de condiciones ambientales presenta cuestiones logísticas relacionadas con la organización del personal y el equipo necesarios para la instalación.

Además de lo anterior, las técnicas de cables de retención convencionales normalmente requieren un número relativamente grande de personal en el suelo para facilitar el control del componente de turbina eólica durante una elevación de grúa. Adicionalmente, las técnicas de cables de retención convencionales a menudo dan como resultado que el control del componente se disperse entre varias personas diferentes, (por ejemplo, operario de grúa, personal del cable de retención) necesitando todos la capacidad de comunicarse de manera eficaz para lograr satisfactoriamente el ensamblaje. Un control descentralizado de este tipo puede dar como resultado un aumento del tiempo de ensamblaje y los costes de ensamblaje.

Por tanto, aunque las técnicas de control de cables de retención convencionales generalmente son satisfactorias para su fin pretendido, sigue habiendo una necesidad de un aparato y metodologías mejorados para mejorar el control de los componentes de turbina eólica durante el ensamblaje de los mismos. El documento WO 2008/061797 da a conocer un sistema de elevación adecuado para la colocación controlada de palas de rotor, mediante el cual se usa un carro deslizante que puede moverse a lo largo de la pluma.

El documento WO2009/041812 da a conocer una grúa para su uso en el ensamblaje de una turbina eólica en la que van a interconectarse dos partes principales de la turbina mientras ambas están soportadas en la grúa. La grúa emplea un cable de elevación principal en un brazo de grúa principal para elevar un primer componente o parte de turbina principal tal como una góndola y rotor parcialmente ensamblado. En una ubicación definida en el brazo de grúa está previsto un receptáculo y un dispositivo de tracción asociado para el enganche con un armazón sujeto a la primera parte de turbina, sirviendo el dispositivo de tracción para desplazar la parte de turbina hacia la grúa y sobre el receptáculo para engancharse... [Seguir leyendo]

1. Aparato para ensamblar una turbina eólica (10) , que comprende:

una pluma de grúa (36) que tiene un cable de soporte principal (48) configurado para acoplarse a un componente (32) de una turbina eólica (10) para elevar el componente (32) durante el ensamblaje de la 5 turbina eólica (10) ; y un mecanismo de control (70, 128, 140, 160) acoplado operativamente a la pluma de grúa (36) para controlar la orientación del componente de turbina eólica (32) durante la elevación del componente, comprendiendo el mecanismo de control (70, 128, 140, 160) :

un elemento de guía acoplado a la pluma de grúa (36) ;

un elemento móvil acoplado al elemento de guía y configurado para poder moverse en relación con la pluma de grúa (36) en una dirección guiada por el elemento de guía;

caracterizado por:

un elemento de acoplamiento configurado para acoplar el elemento móvil al componente de turbina eólica (32) ; y un mecanismo de accionamiento configurado para mover activamente el elemento móvil en relación con la pluma de grúa (36) independientemente del movimiento del cable de soporte principal (48) .

2. Aparato según la reivindicación 1, en el que el elemento de guía incluye un carril de guía (74, 76) .

3. Aparato según las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento móvil incluye un carro (86) montado de manera móvil sobre el elemento de guía.

4. Aparato según las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento de acoplamiento incluye un cable de longitud ajustable (106, 108) .

5. Aparato según las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento de acoplamiento comprende:

un cabrestante (102, 104) acoplado al elemento móvil; y un cable de retención (106, 108) que tiene una parte acoplada operativamente al cabrestante (102, 104) y 25 otra parte configurada para acoplarse operativamente al componente de turbina eólica (32) , en el que el cabrestante (102, 104) está configurado para enrollar y desenrollar el cable de retención (106, 108) .

6. Aparato según las reivindicaciones anteriores, en el que el mecanismo de control (70, 128) incluye uno o más accionadores (100) configurados para mover el elemento de acoplamiento en relación con el elemento móvil en una dirección sustancialmente perpendicular a un eje longitudinal de la pluma de grúa (36) .

7. Aparato según las reivindicaciones anteriores, en el que el mecanismo de accionamiento incluye una cremallera (126) y un engranaje (122) acoplados operativamente al elemento móvil y configurados para mover el elemento móvil en relación con la pluma de grúa (36) .

8. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que el mecanismo de accionamiento incluye una disposición de cabrestante (132, 134) acoplada operativamente al elemento móvil y configurada para 35 mover el elemento móvil en relación con la pluma de grúa (36) .

9. Aparato según la reivindicación 1, en el que el elemento de guía incluye un cable de guía (150, 152) .

10. Aparato según las reivindicaciones 1 ó 9, en el que el elemento móvil incluye un elemento de placa (154) empalmado en el elemento de guía de manera que el movimiento del elemento móvil se logra mediante el movimiento del elemento de guía.

11. Aparato según las reivindicaciones 1, 9 ó 10, en el que el elemento de acoplamiento incluye un cable de longitud fija (156) .

12. Aparato según las reivindicaciones 1, 9, 10 u 11, en el que el mecanismo de control (140) comprende además:

un primer elemento de soporte (142) acoplado a la pluma de grúa (36) y que tiene un cabrestante (146a, 45 146b) acoplado operativamente al mismo; y un segundo elemento de soporte (144) acoplado a la pluma de grúa (36) separado del primer elemento de soporte (142) y que también tiene un cabrestante (148a, 148b) acoplado operativamente al mismo, 18

en el que el elemento de guía incluye un cable de guía (150, 152) acoplado operativamente a un cabrestante (146a, 146b, 148a, 148b) en cada uno de los elementos de soporte primero y segundo (142, 144) .

13. Aparato según las reivindicaciones 1, 9, 10 u 11, en el que el mecanismo de control (160) comprende 5 además:

un primer elemento de soporte (142) acoplado a la pluma de grúa (36) y que tiene al menos un cabrestante (146a, 146b, 148a, 148b) acoplado operativamente al mismo;

un segundo elemento de soporte (162) acoplado a la pluma de grúa (36) separado del primer elemento de soporte (142) y que tiene una polea (164a, 164b) acoplada operativamente al mismo, en el que el elemento de guía incluye un cable de guía (150, 152) acoplado operativamente a un cabrestante (146a, 146b, 148a, 148b) en el primer elemento de soporte y recibido por la polea (164a, 164b) en el segundo elemento de soporte (162) .

14. Aparato según la reivindicación 13, que comprende además un tercer elemento de soporte (144) acoplado a la pluma de grúa (36) adyacente al primer elemento de soporte (142) que tiene al menos un cabrestante (148a, 148b) acoplado operativamente al mismo, en el que el cable de guía (150, 152) está acoplado operativamente al cabrestante (148a, 148b) en el tercer elemento de soporte (144) .

15. Método para ensamblar una turbina eólica (10) mediante el aparato según la reivindicación 1 usando una pluma de grúa (36) que tiene un cable de soporte principal (48) acoplado a un componente de turbina eólica (32) , un elemento móvil acoplado a la pluma de grúa (36) y configurado para moverse en relación con la misma y un elemento de acoplamiento acoplado al elemento móvil, que comprende:

unir el elemento de acoplamiento al componente de turbina eólica (32) ;

elevar el componente de turbina eólica (32) con el cable de soporte principal (48) ;

activar un mecanismo de accionamiento para mover el elemento móvil en relación con la pluma de grúa (36) cuando el componente está elevándose; y cambiar la orientación del componente de turbina eólica (32) usando el elemento de acoplamiento.

16. Método según la reivindicación 15, en el que activar el mecanismo de accionamiento incluye usar una disposición de cremallera (126) y engranaje accionado (122) para mover el elemento móvil en relación con la pluma de grúa (36) .

17. Método según la reivindicación 15, en el que activar el mecanismo de accionamiento incluye usar una 30 disposición de cabrestante (132, 134) para mover el elemento móvil en relación con la pluma de grúa (36) .

18. Método según cualquiera de las reivindicaciones 15-17, que comprende además mover el elemento móvil en relación con la pluma de grúa (36) para estar sustancialmente dentro del mismo plano horizontal que el componente de turbina eólica (32) que está elevándose mediante el cable de soporte principal (48) .