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WO2017013291A1 - Torre modular - Google Patents

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WO2017013291A1
WO2017013291A1 PCT/ES2016/070538 ES2016070538W WO2017013291A1 WO 2017013291 A1 WO2017013291 A1 WO 2017013291A1 ES 2016070538 W ES2016070538 W ES 2016070538W WO 2017013291 A1 WO2017013291 A1 WO 2017013291A1
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WO
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joint
prestressed
tower
horizontal
tower according
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/ES2016/070538
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English (en)
French (fr)
Inventor
Juan Carlos ARROYO PORTERO
Carlos RÍOS FRUTOS
Fernando IZQUIERDO SERRANO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ventus Windtowers SL
Original Assignee
Ventus Windtowers SL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Ventus Windtowers SL filed Critical Ventus Windtowers SL
Publication of WO2017013291A1 publication Critical patent/WO2017013291A1/es
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Ceased legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H12/00—Towers; Masts or poles; Chimney stacks; Water-towers; Methods of erecting such structures
    • E04H12/02—Structures made of specified materials
    • E04H12/12—Structures made of specified materials of concrete or other stone-like material, with or without internal or external reinforcements, e.g. with metal coverings, with permanent form elements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H12/00—Towers; Masts or poles; Chimney stacks; Water-towers; Methods of erecting such structures
    • E04H12/16—Prestressed structures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines

Definitions

  • the present invention falls within the prefabricated construction sector, specifically in the wind turbine tower sector.
  • US2006156681 shows an improved modular, concrete and / or mixed concrete tower structure for wind turbines and other applications, consisting of a plurality of precast, metallic and / or mixed concrete elements with smooth, rough and stamped surface textures, which they result from the idea of dividing the tower into horizontal and vertical sections, being characterized in that the set of elements is formed by precast, metallic or mixed concrete elements that are partial segments of a revolution surface with a straight or curved generatrix (outer shape of the tower) and can also be formed by straight or curved linear concrete elements, forming a lattice inscribed on the surface of revolution mentioned above.
  • Prefabricated elements of decreasing size in relation to height are capable of being mounted one on top of the other creating a closed tower or an open tower with latticework inscribed on an ideal truncated conical surface with a straight or curved generatrix.
  • the elements constitute different lengths in the height of the tower which, in the case of the closed tower, each length is composed of a plurality of cross sections: section of a medium, section of a third, section of a quarter, section of a fifth, section of a sixth, section of a seventh, section of an eighth, etc. joined together by means of vertical and horizontal joints, wet or dry, or half vertical joints sewn together by means of bars prestressed by the openings existing in a vertical flange.
  • Each length of the tower in the open lattice is composed of a set of quasi-vertical linear elements and a ring of horizontal elements with a circular or polygonal guideline that serves as bracing at the height of each horizontal joint between two successive lengths.
  • the invention relates to a modular tower as defined in claim 1.
  • the dependent claims define additional features of the invention.
  • the invention solves a series of problems that until now remained without resolving:
  • the assembly process must respect the time necessary for a union between components of the tower to consolidate before the assembly process can continue.
  • the invention comprises a number of features:
  • the installation of the bar-type prestressing elements of the connections between rings in the horizontal joints is facilitated, avoiding the need for pouring mortars or grout, unlike in concrete tower designs where the union between rings in horizontal joint materializes by standard passive reinforcement protruding from a ring and received in another ring by means of sheaths to be filled with mortar afterwards to guarantee its operation.
  • the assembly process is expedited by the application of a regularization product on the horizontal joint that allows the installation of a ring on another ring and the pre-compression of the joint by means of the prestressed bar-like elements.
  • Figure 1 is an elevation of the tower where you can see:
  • Figure 2 is a perspective view of the tower where the modulation of the complete ring in individual segments is observed. The vertical joint with the space necessary for the introduction of mortar is observed.
  • Figure 3 is a vertical section showing the connection of the base of the tower to the foundation. The general connection is observed by internal tendons that run through the interior of the tower and the bracket or recessed arranged for additional placement of the short prestressing elements (bars).
  • Figure 4 is a vertical section showing the connection of the upper part of the concrete tower to the metal part of the tower, either to a metal adapter on which the gondola is placed, or to a metal tower that completes the height necessary total of the tower, in case of hybrid typology.
  • Figure 5 is a horizontal section of the tower showing the layout of the vertical joints by means of which a ring is divided into individual segments suitable for transport and handling.
  • Figure 6 is a horizontal section in detail of a vertical joint with protruding armature of segments that overlaps straight.
  • Figure 7 is a horizontal section in detail of a vertical joint with protruding armature of segments that loop overlap.
  • Figure 8 is a horizontal section in detail of a prestressed vertical joint, with an enclosure for pouring mortar.
  • Figure 9 is a horizontal section in detail of a prestressed vertical joint with direct contact between segment sides and regularization resin element.
  • Figure 10 shows external cords of external prestressing in the rings, guaranteeing the monolithism of the vertical joints.
  • Figure 1 1 is a vertical section in detail of a bracket in the horizontal joint area, with the appropriate dimensions for placing the short bar prestressing elements.
  • the bracket geometry is rectangular in cross section.
  • the bracket can be run along the entire inner perimeter of the ring (or segment, in case the ring is formed from several segments), forming a flange on each ring (or segment), or it can be a Individual bracket for each prestressing bar.
  • Figure 12 is a vertical section in detail of a bracket in the horizontal joint area, with the dimensions suitable for placing the short bar prestressing elements.
  • the brackets are of varying thickness at both the lower and upper ends, while the thickness is constant between both ends, arranged in the bar arrangement area to obtain a flat surface to place the anchor plates of the bars. short prestress
  • Figure 13 is a vertical section in detail of a horizontal joint showing a mounting frame crossing the horizontal joint, where the mounting frame is embedded in a lower ring and inserted into a sleeve in an upper ring. This order can be reversed: mounting armor embedded in an upper ring and sheath in a lower ring.
  • Figure 14 is a vertical section in detail of a horizontal joint between rings without connecting elements of any kind, the surfaces regularized by resin or the like.
  • connection between rings at the level of horizontal joint by means of connection guarantees:
  • the axial connection means (41, 42) are selected between prestressed axial bars (41) and prestressed axial screws (42).
  • the horizontal joint (4) comprises additional joining means selected from:
  • the rings (1, 1 ') comprise a plurality of segments (2) defined between two planes containing the axis of the tower.
  • the modular tower comprises n segments (2) that have a central angle (a) of 360 / n.
  • the modular tower comprises a vertical joint (3) between segments (2) of the same ring (1) and configured to ensure monolithism between segments (2) of the same ring (1).
  • the vertical joint (3) is selected from:
  • the tangential connection means (331, 332) are selected between prestressed tangential bars (331) and prestressed tangential screws (332).
  • the laces (34) are selected from naked and protected.

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Abstract

Torre modular formada por varios anillos (1,1') ensamblables entre sí que conforman la torre en altura. La torre tiene juntas horizontales (4) entre los anillos (1). Las juntas horizontales (4) son pretensadas.

Description

TORRE MODULAR
Sector técnico de la invención
La presente invención se encuadra en el sector de las construcciones prefabricadas, concretamente en el sector de las torres para aerogeneradores.
Antecedentes de la invención
US2006156681 muestra una estructura de torre modular de hormigón, metálica y/o mixta mejorada, para turbinas eólicas y otras aplicaciones, compuesta por una pluralidad de elementos de hormigón prefabricado, metálicos y/o mixtos con texturas de superficie lisa, rugosa y estampada, que resultan de la idea de dividir la torre en secciones horizontales y verticales, estando caracterizada porque el conjunto de elementos está formado por elementos de hormigón prefabricado, metálicos o mixtos que son segmentos parciales de una superficie de revolución con una generatriz recta o curvada (forma exterior de la torre) y también puede estar formado por elementos lineales de hormigón rectos o curvados, formando una celosía inscrita en la superficie de revolución anteriormente mencionada. Los elementos prefabricados de tamaño decreciente en relación a la altura son susceptibles de montarse uno en la parte de arriba del otro creando una torre cerrada o una torre abierta con celosía inscrita en una superficie cónica truncada ideal con una generatriz recta o curvada. Los elementos constituyen diferentes longitudes en la altura de la torre que, en el caso de la torre cerrada, cada longitud está compuesta por una pluralidad de secciones transversales: sección de un medio, sección de un tercio, sección de un cuarto, sección de un quinto, sección de un sexto, sección de un séptimo, sección de un octavo, etc. unidas entre sí por medio de juntas verticales y horizontales, húmedas o secas, o medias juntas verticales cosidas entre sí mediante barras pretensadas por las aberturas existentes en un reborde vertical. Cada longitud de la torre en la celosía abierta está compuesta por un conjunto de elementos lineales cuasiverticales y un anillo de elementos horizontales con directriz circular o poligonal que sirve de arriostramiento en la altura de cada junta horizontal entre dos longitudes sucesivas.
Descripción de la invención
La invención se refiere a una torre modular como la definida en la reivindicación 1 . Las reivindicaciones dependientes definen características adicionales de la invención.
La invención soluciona una serie de problemas que hasta el momento permanecían sin resolver:
Estabilidad de la torre durante el proceso de montaje de la torre.
Complejidad del proceso de montaje de la torre, lo que ralentiza el ritmo de ejecución de la torre.
Necesidad de esperar tiempos de fraguado de cada etapa para poder continuar con la siguiente etapa del proceso de montaje. Básicamente, el proceso de montaje debe respetar el tiempo necesario para que una unión entre componentes de la torre consolide antes de poder proseguir con el proceso de montaje.
Para resolver estos problemas, la invención comprende una serie de características:
Utilización de un pretensado corto en la junta horizontal mediante elementos tipo barra que precomprime la junta inmediatamente después de la colocación de un anillo sobre otro.
Utilización de un producto regularizador en la junta horizontal que permite montar un anillo sobre otro
Estas características de la invención llevan asociados unos efectos técnicos que son los que solucionan los problemas que hasta ahora no habían sido resueltos. Dichos efectos técnicos son los siguientes:
Durante el proceso de montaje, se mejora la estabilidad de los anillos colocados uno encima del otro, garantizando la seguridad de la torre en cada fase, gracias al empleo de los elementos pretensados en juntas horizontales.
Se facilita la instalación de los elementos de pretensado tipo barra de las conexiones entre anillos en las juntas horizontales, evitando la necesidad de vertido de morteros o grout, al contrario que en diseños de torre de hormigón donde la unión entre anillos en junta horizontal se materializa mediante armadura pasiva estándar saliente de un anillo y recibida en otro anillo mediante vainas que han de rellenarse con mortero a posteriori para garantizar su funcionamiento. Se agiliza el proceso de montaje por la aplicación de un producto de regularización en la junta horizontal que permite la instalación de un anillo sobre otro anillo y la pre-compresión de la junta mediante los elementos pretensados tipo barra.
La utilización de un producto regularizador de la superficie de la junta y con capacidad portante inmediata, permite que la superficie de apoyo en la junta horizontal de un anillo sobre otro anillo comprenda la totalidad de la superficie de la junta, aumentando la estabilidad de la torre durante el proceso de montaje comparado, por ejemplo, con las disposiciones empleadas en otras soluciones, esto es el empleo de chapas metálicas o pastillas de neopreno.
Se reduce la cantidad de elementos de pretensado exterior de la torre (tendones), gracias a la colaboración de los elementos pretensados tipo barra en la junta horizontal.
Breve descripción de los dibujos
Para una mejor comprensión de cuanto se describe en la presente memoria se acompañan unos dibujos en los que, tan sólo a título de ejemplo, se representan diferentes características de la invención.
La figura 1 es un alzado de la torre donde se puede observar:
División en altura de la torre en anillos.
Ménsulas o recrecidos en la junta horizontal para la disposición de los elementos de pretensado corto de la junta (barra).
Tendones interiores (fuera del espesor del hormigón), discurriendo por el interior de la torre.
La figura 2 es una vista en perspectiva de la torre donde se observa la modulación del anillo completo en segmentos individuales. Se observa la junta vertical con el espacio necesario para la introducción de mortero.
La figura 3 es una sección vertical que muestra la conexión de la base de la torre a la cimentación. Se observa la conexión general mediante tendones interiores que discurren por el interior de la torre y la ménsula o recrecido dispuesto para la colocación adicional de los elementos de pretensado corto (barras).
La figura 4 es una sección vertical que muestra la conexión de la parte superior de la torre de hormigón a la parte metálica de la torre, bien a un adaptador metálico sobre el que se coloca la góndola, bien a una torre metálica que completa la altura total necesaria de la torre, en caso de tipología híbrida.
La figura 5 es una sección horizontal de la torre que muestra la disposición en planta de las juntas verticales mediante las que se divide un anillo en segmentos individuales aptos para transporte y manipulación.
La figura 6 es una sección horizontal en detalle de una junta vertical con armadura saliente de segmentos que solapa en recto.
La figura 7 es una sección horizontal en detalle de una junta vertical con armadura saliente de segmentos que solapa en lazo.
La figura 8 es una sección horizontal en detalle de una junta vertical pretensada, con recinto para vertido de mortero. La figura 9 es una sección horizontal en detalle de una junta vertical pretensada con contacto directo entre laterales de segmentos y elemento tipo resina de regularización. La figura 10 muestra cordones exteriores de pretensado exterior en los anillos, garantizando el monolitismo de las juntas verticales.
La figura 1 1 es una sección vertical en detalle de una ménsula en la zona de junta horizontal, con las dimensiones adecuadas para colocar los elementos de pretensado corto tipo barra. La geometría de ménsula es de sección transversal rectangular. La ménsula puede ser corrida a lo largo de todo el perímetro interior del anillo (o segmento, en caso de que el anillo esté formado a partir de varios segmentos), formando una brida en cada anillo (o segmento), o bien puede ser una ménsula individual para cada barra de pretensado.
La figura 12 es una sección vertical en detalle de una ménsula en la zona de junta horizontal, con las dimensiones adecuadas para colocar los elementos de pretensado corto tipo barra. En este caso las ménsulas son de espesor variable en ambos extremos inferior y superior, mientras que el espesor es constante entre ambos extremos, disponiéndose cajeados en la zona de disposición de barras para obtener una superficie plana para colocar las placas de anclaje de las barras de pretensado corto.
La figura 13 es una sección vertical en detalle de una junta horizontal que muestra una armadura de montaje cruzando la junta horizontal, donde la armadura de montaje está embebida en un anillo inferior e introducida en una vaina en un anillo superior. Este orden se puede invertir: armadura de montaje embebida en un anillo superior y vaina en un anillo inferior.
La figura 14 es una sección vertical en detalle de una junta horizontal entre anillos sin elementos de conexión de ningún tipo, regularizadas las superficies mediante resina o similar.
Las referencias:
Anillos (1 ,1 ')
Segmentos (2)
Ángulo central (a)
Junta vertical (3)
Armadura horizontal recta (31 )
Armadura horizontal en forma de lazo (32)
Medios de conexión tangencial (331 , 332)
Barras tangenciales pretensadas (331 ) Tornillos tangenciales pretensados (332)
Cordones (34)
Recinto (35) para vertido de mortero
Junta horizontal (4)
Medios de conexión axial (41 , 42)
Barras axiales pretensadas (41 )
Tornillos axiales pretensados (42)
Placas de anclaje (47)
Armadura pasiva de montaje (43)
Vaina (46)
Elementos de regularización (44)
Ménsulas o recrecidos (45)
Resina de regularización (48)
Tendones interiores (10)
Cimentación (100)
Parte metálica de la torre (200)
Descripción de una realización preferente
Una realización de la invención se refiere a una torre modular que comprende:
- una pluralidad de anillos (1 ,1 ') ensamblables entre sí y configurados para conformar la torre en altura;
- una junta horizontal (4) entre los anillos (1 ), configurada para asegurar una continuidad estructural de la torre y pretensada mediante medios de conexión axial (41 , 42).
La conexión entre anillos a nivel de junta horizontal mediante medios de conexión garantiza:
- Seguridad y estabilidad durante el montaje.
Rapidez en la ejecución de la junta, sobre todo comparado con juntas con armadura pasiva y vaina corrugada donde se vierte mortero a posteriori.
Conforme a otras características de la invención:
Los medios de conexión axial (41 , 42) están seleccionados entre barras axiales pretensadas (41 ) y tornillos axiales pretensados (42).
La junta horizontal (4) comprende medios de unión adicionales seleccionados entre:
- armadura pasiva de montaje (43);
- elementos de regularización (44). El elemento de regularización tipo resina en juntas horizontales garantiza:
- Un perfecto contacto entre superficies de anillos, siendo toda la superficie de la junta efectiva y por lo tanto más eficaz que cuando se disponen chapas o neoprenos de montaje.
- Posibilidad de tesado inmediato de las barras pretensadas en junta horizontal, sin necesidad de esperar a alcanzar unas resistencias mínimas, como es el caso del mortero.
Los anillos (1 ,1 ') comprenden una pluralidad de segmentos (2) definidos entre dos planos que contienen el eje de la torre.
La torre modular comprende n segmentos (2) que tienen un ángulo central (a) de 360/n.
La torre modular comprende una junta vertical (3) entre segmentos (2) de un mismo anillo (1 ) y configurada para asegurar un monolitismo entre segmentos (2) de un mismo anillo (1 ).
La junta vertical (3) está seleccionada entre:
-junta con mortero y armadura horizontal recta (31 ) saliente solapada;
-junta con mortero y armadura horizontal en forma de lazo (32) saliente;
-junta pretensada mediante medios de conexión tangencial (331 , 332);
-junta pretensada exterior mediante cordones (34).
Los medios de conexión tangencial (331 , 332) están seleccionados entre barras tangenciales pretensadas (331 ) y tornillos tangenciales pretensados (332).
Los cordones (34) están seleccionados entre desnudos y protegidos.

Claims

REIVINDICACIONES
1 . Torre modular caracterizada por que comprende:
- una pluralidad de anillos (1 , 1 ') ensamblables entre sí y configurados para conformar la torre en altura;
- una junta horizontal (4) entre los anillos (1 , 1 '), configurada para asegurar una continuidad estructural de la torre y pretensada mediante medios de conexión axial (41 , 42).
2. Torre modular según la reivindicación 1 caracterizada por que los medios de conexión axial (41 , 42) están seleccionados entre barras axiales pretensadas (41 ) y tornillos axiales pretensados (42).
3. Torre modular según la reivindicación 2 caracterizada por que la junta horizontal (4) comprende medios de unión adicionales seleccionados entre:
- armadura pasiva de montaje (43) y
- elementos de regularización (44).
4. Torre modular según la reivindicación 1 caracterizada por que los anillos (1 ,1 ') comprenden una pluralidad de segmentos (2) definidos entre dos planos que contienen el eje de la torre.
5. Torre modular según la reivindicación 4 caracterizada por que comprende n segmentos (2) que tienen un ángulo central (a) de 360/n.
6. Torre modular según la reivindicación 4 caracterizada por que comprende: una junta vertical (3) entre segmentos (2) de un mismo anillo (1 , 1 ') y configurada para asegurar un monolitismo entre segmentos (2) de un mismo anillo (1 , 1 ').
7. Torre modular según la reivindicación 6 caracterizada por que: la junta vertical (3) está seleccionada entre:
- junta con mortero y armadura horizontal recta (31 ) saliente solapada;
- junta con mortero y armadura horizontal en forma de lazo (32) saliente;
- junta pretensada mediante medios de conexión tangencial (331 , 332);
- junta pretensada exterior mediante cordones (34).
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26)
8. Torre modular según la reivindicación 7 caracterizada por que los medios de conexión tangencial (331 , 332) están seleccionados entre barras tangenciales pretensadas (331 ) y tornillos tangenciales pretensados (332).
9. Torre modular según la reivindicación 7 caracterizada por que los cordones (34) están seleccionados entre desnudos y protegidos.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26)
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ES2597429B1 (es) 2017-10-24
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