ES2796978B2 - Procedimiento para el mantenimiento de torres eolicas mediante sistemas flotantes auxiliares - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓN
PROCEDIMIENTO PARA EL MANTENIMIENTO DE TORRES EÓLICAS MEDIANTE SISTEMAS FLOTANTES AUXILIARES
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere, principalmente, a un procedimiento de uso de sistemas flotantes auxiliares para el mantenimiento de torres marinas, por ejemplo para el mantenimiento de torres eólicas mar adentro (u "offshore”). El principal sector de aplicación de la invención es, por tanto, la industria de la construcción civil y, especialmente, la industria de construcción y mantenimiento de torres y/o cimentaciones, en combinación con la industria de las energías renovables o verdes, más concretamente la energía eólica marina.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En el sector de la energía eólica marina tienen gran importancia y repercusión económica las labores de mantenimiento de aerogeneradores comúnmente conocidas como de "gran correctivo”, en las que resulta necesario contar con una grúa para subir o descender componentes pesados del aerogenerador que se encuentra a gran altura, en el entorno de los 100 metros o más.
Actualmente, dichas operaciones de "gran correctivo” para aerogeneradores marinos se han realizado casi exclusivamente mediante embarcaciones "Jack up”, que son barcos equipados con patas que pueden apoyarse en el lecho marino, para elevar el casco de la embarcación. De ese modo, la grúa que la propia embarcación incorpora puede trabajar sin verse apenas afectada por el movimiento del mar. Sin embargo, estas embarcaciones son muy escasas y costosas, y penalizan por ello mucho los costes de mantenimiento de los parques eólicos marinos.
Una solución mucho más económica y conocida en la técnica, para operar grúas en construcciones marinas, es la basada en el uso de grúas terrestres convencionales sobre barcazas o pontonas. Sin embargo, está opción no resulta viable en el caso de aerogeneradores marinos. Al ser la altura de trabajo muy elevada, los movimientos de la barcaza que da apoyo a la grúa se multiplican en el extremo de la pluma que debe operar a cota del aerogenerador, lo que hace la operación de la grúa impracticable, incluso en condiciones muy favorables del estado de la mar. Las anteriores problemáticas se hacen incluso mayores cuando la estructura de soporte del aerogenerador no es fija, sino flotante.
La presente invenci n est destinada a solventar estas limitaciones y desventajas de los sistemas conocidos durante las operaciones de mantenimiento de estructuras marinas, mediante un novedoso sistema flotante auxiliar y su procedimiento de uso correspondiente, que hacen posible anular los movimientos relativos entre el elemento flotante que soporta la grúa de mantenimiento y la estructura marina que soporta al aerogenerador a mantener.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN
Para resolver los inconvenientes del estado de la técnica anteriormente descritos, la presente invención tiene por objeto proporcionar un procedimiento de uso de un sistema flotante auxiliar para el mantenimiento de estructuras marinas, tales como torres eólicas, siendo dichas estructuras marinas flotantes o no, y donde dicho sistema permite optimizar las citadas operaciones de mantenimiento respecto a los sistemas conocidos.
Dicho objeto se realiza, preferentemente, mediante un procedimiento para el mantenimiento de un aerogenerador soportado sobre una estructura marina, que puede ser flotante o fija sobre el fondo marino, y que comprende un fuste y/o una cimentación. La invención resulta especialmente adecuada en operaciones de mantenimiento de componentes a gran altura, preferentemente por medio de operaciones de grúa. La invención permite, además, superar las limitaciones de los sistemas conocidos de tipo barcaza o grúas flotantes, en operaciones donde la libertad de movimiento de dichos sistemas resulta inconveniente o incluso desaconsejable, por ejemplo en el caso de operaciones de mantenimiento de aerogeneradores.
Ventajosamente, el procedimiento de la invención comprende el uso de un sistema flotante auxiliar que comprende:
- Uno o más elementos flotantes.
- Al menos una grúa ubicada sobre al menos uno de dichos elementos flotantes.
- Al menos una zona de trabajo para el acopio y/o reparación de componentes del aerogenerador y/o la estructura marina.
- Al menos una estructura de acoplamiento a la estructura marina, donde dicha estructura de acoplamiento comprende, a su vez:
- Un anillo de cierre articulado, adaptado para cerrarse rodeando un elemento de la estructura marina, preferentemente el fuste o torre, aunque también puede cerrarse sobre otros elementos de la cimentación, sin salir del alcance de la invención.
- Una pluralidad de elementos de contacto entre la estructura de acoplamiento y la estructura marina. En una realización preferente, se disponen al menos tres elementos de contacto en un nivel superior y al menos otros tres elementos de contacto en un nivel inferior, de manera que se genera un par entre la reacción de
los elementos del nivel superior y la reacción de los elementos del nivel inferior y, de ese modo, se facilita la transmisión de momentos entre la estructura de acoplamiento y el elemento de la estructura marina al que se acopla.
- Uno o más elementos de apriete, que permiten regular la posición de los elementos de contacto, estando dichos elementos de apriete adaptados para ejercer una fuerza de apriete, a través de los elementos de contacto sobre la estructura marina.
Preferentemente, la estructura de acoplamiento a la estructura marina puede adoptar, al menos, tres configuraciones:
- Una configuración abierta, en la que el anillo de cierre está abierto.
- Una configuración cerrada, en la que el anillo de cierre está cerrado.
- Una configuración apretada, en la que el anillo de cierre está cerrado y los elementos de apriete se encuentran dispuestos ejerciendo una fuerza de apriete sobre la estructura marina.
Adicionalmente, el procedimiento de la invención comprende la realización de los siguientes pasos, en cualquier orden técnicamente posible:
a) Se transporta a flote el sistema flotante auxiliar hasta la ubicación de la estructura marina.
b) Se aproxima el sistema flotante auxiliar hasta la estructura marina, con la estructura de acoplamiento en configuración abierta.
c) Se dispone la estructura de acoplamiento en configuración cerrada, de modo que el anillo de cierre rodee por completo un elemento de la estructura marina.
d) Se actúa de forma controlada sobre los elementos de apriete, para disponer la estructura de acoplamiento en configuración apretada, de tal modo que la estructura marina y el sistema flotante auxiliar pasan a estar conectados de forma solidaria en los seis grados de libertad del movimiento (alteada o "heave”, avance o "surge”, deriva o "sway”, guiñada o "yaw”, cabeceo "pitch” y balanceo o "roll”).
e) Se emplea la grúa para efectuar labores de mantenimiento del aerogenerador y/o de la estructura marina.
f) Se emplea la zona de trabajo del sistema flotante auxiliar para acopiar y/o reparar componentes del aerogenerador y/o de la estructura marina.
g) Se desacopla el sistema flotante auxiliar de la estructura marina, disponiendo la estructura de acoplamiento en configuración abierta.
En una realización preferente del procedimiento de la invención, el sistema flotante auxiliar comprende una pluralidad de elementos flotantes, conectados entre sí y/o a la estructura de acoplamiento.
En otra realización preferente del procedimiento de la invención, el sistema flotante auxiliar comprende un único elemento flotante en forma de barcaza, en el que se dispone tanto la grúa como la zona de trabajo, y donde dicha barcaza está conformada por un único cuerpo o por la unión de varios módulos que se conectan entre sí. En este segundo caso, la barcaza puede estar conformada por un módulo ad-hoc, específicamente diseñado de forma que comprenda la estructura de acoplamiento, y al que se acoplen módulos de barcaza convencionales o comerciales, para completar una barcaza con el área requerida. De ese modo se logra economía de coste, al minimizar el número de elementos específicos para el sistema y permitir el uso complementario de módulos estándar para barcazas conocidos en la técnica.
En otra realización preferente del procedimiento de la invención, la grúa es de tipo telescópico y/o plegable, y dicha grúa se despliega posteriormente al paso d) y vuelve a plegarse con anterioridad al paso g). Esta posibilidad es ventajosa porque facilita y/o incrementa la estabilidad del sistema flotante cuando se encuentra a flote y suelto (es decir, no acoplado a la estructura marina).
En otra realización preferente del procedimiento de la invención, la zona de trabajo se ubica, al menos en parte, a una distancia de la grúa superior al radio mínimo de acción de dicha grúa. El radio de acción de la grúa impone límites no sólo en caso de estar demasiado lejos, sino también si está demasiado cerca (este segundo caso es el más limitante, pues en ciertas configuraciones las grúas no pueden trabajar con elementos que están demasiado cerca de las mismas), y ello acaba imponiendo unas dimensiones mínimas sobre la barcaza. Para evitar que ello lleve a barcazas muy grandes, cuyos movimientos sea más difícil evitar, la invención plantea el uso de una zona de trabajo "exenta”, con una configuración análoga a la que puede tener por ejemplo un helipuerto en embarcaciones o estructuras offshore, que pueda alejarse de la grúa sin incrementar por ello el tamaño de la barcaza y su área de flotación. Dicha zona de trabajo está, al menos en parte, exenta respecto a los elementos flotantes, de tal modo que al menos parte del área de la zona de trabajo no está situada sobre la cubierta de un elemento flotante. La ventaja de una plataforma exenta radica en que, mediante su uso, es posible alejar el área de trabajo de la grúa, para estar fuera de su radio mínimo de trabajo, sin por ello incrementar innecesariamente el área del elemento flotante. Limitar el área permite, a su vez, limitar los esfuerzos sobre todo el sistema y la propia estructura marina durante el acoplamiento entre ambas.
En otra realización preferente del procedimiento de la invención, las etapas a) y/o b) se realizan mediante remolcado del sistema flotante auxiliar, lo que permite reducir costes del sistema auxiliar. Sin embargo el sistema flotante auxiliar según la presente invención puede también ser autopropulsado, no requiriendo en ese caso el uso de barcos remolcadores para su operación.
En otra realización preferente del procedimiento de la invención, los elementos flotantes comprenden placas de amortiguamiento hidrodinámico. La ventaja de dichas placas es, principalmente, su capacidad de limitar los movimientos a flote, en particular durante los pasos b), c) y g) de acoplamiento y desacoplamiento.
En otra realización preferente del procedimiento de la invención, los elementos flotantes son lastrables de forma central o excéntrica. La ventaja de un lastrado excéntrico consiste esencialmente en compensar el peso de la grúa en el caso preferente en el que la grúa se dispone excéntrica, lo que facilita evitar interferencias con la estructura de acoplamiento y permite alejar convenientemente el área de trabajo de la grúa para dejarla fuera del radio mínimo de trabajo de la grúa. El sistema de lastre excéntrico también permite compensar la presencia de otros pesos excéntricos, como el de la estructura de acoplamiento.
En otra realización preferente del procedimiento de la invención, dicho procedimiento comprende, después del paso d), el paso:
j) lastrar al menos un elemento flotante para compensar un ascenso de la marea y/o deslastrar al menos un elemento flotante para compensar un descenso de la marea. De este modo, se reduce la fuerza que se tiene que transmitir a través de la estructura de acoplamiento para mantener su acoplamiento solidario con la estructura marina en alteada, o “heave”. Esta ventaja sólo aplica al caso de estructuras marinas fijas, no al caso de flotantes, pues si la estructura marina a mantener es flotante, la marea afecta por igual a la estructura marina y al sistema flotante auxiliar. Alternativamente, la estructura de acoplamiento se puede mantener en configuración apretada y solidaría en alteada o “heave” sólo mientras la grúa está operando en el paso e). En cambio, cuando la grúa no está operando, la estructura de acoplamiento puede aflojar la fuerza de apriete para liberar el movimiento en alteada, de tal modo que se permite un movimiento relativo en alteada entre el sistema flotante auxiliar y la estructura marina para adaptarse a las variaciones de marea.
En otra realización preferente del procedimiento de la invención, el francobordo del sistema flotante auxiliar es compatible con la carrera de marea de tal modo que, mientras el sistema flotante auxiliar permanece acoplado a una estructura marina fija, la variación de la marea nunca reduce el francobordo a menos de 10 cm.
En otra realización preferente del procedimiento de la invención, el sistema flotante auxiliar está equipado con uno o más cables de aproximación o fijación entre dicho sistema y la estructura marina, y donde se regula la longitud de dichos cables durante la etapa b) de aproximación. Estos cables estarán habitualmente operados mediante “winches”, y tiene la ventaja de permitir un
mayor control durante la operaci n de aproximaci n del sistema flotante auxiliar a la estructura marina. En una realización preferente los cables están sujetos a la estructura marina en un extremo, y su longitud se regula mediante winches desde el sistema flotante auxiliar. Los cables también pueden por ejemplo, rodear parcialmente el fuste de la estructura marina y tener ambos extremos fijos en el sistema flotante auxiliar.
En otra realización preferente del procedimiento de la invención, el anillo de cierre alberga un espacio interior suficiente para su acoplamiento a una región de la estructura marina que comprende un embarcadero o una estructura "boat landing” . De este modo, se consigue evitar que se produzcan interferencias con dicho embarcadero, durante las operaciones de acoplamiento o desacoplamiento del sistema a la estructura marina.
En otra realización preferente del procedimiento de la invención, los elementos de apriete comprenden:
- Una palanca fijada a un punto de articulación respecto al que puede girar.
- Un elemento de contacto conectado a un punto de dicha palanca.
- Un cilindro hidráulico extensible y/o plegable conectado a otro punto de dicha palanca.
y donde accionando el cilindro hidráulico para extenderlo y/o plegarlo, se provoca un giro sobre dicha palanca y, de ese modo, se regula la posición y/o fuerza ejercida por dicho elemento de contacto.
En otra realización preferente del procedimiento de la invención, la distancia entre la línea de acción del cilindro hidráulico y el punto de articulación es superior a la distancia entre la línea de acción del elemento de contacto y el punto de articulación, de modo que, por efecto palanca, una fuerza F en el cilindro hidráulico genere una fuerza F' en el elemento de contacto que es superior a F.
En otra realización preferente del procedimiento de la invención, dicho procedimiento comprende, antes del paso c), el paso:
k) Aplicar medios de refuerzo en el elemento de la estructura marina al que se acopla la estructura de acoplamiento, de tal modo que se capacita a la estructura marina para soportar las fuerzas que el sistema auxiliar de flotación puede introducir en la estructura marina, a través de los elementos de contacto.
Así, el sistema resulta aplicable no sólo para estructuras marinas previamente diseñadas para su uso, sino también en estructuras en las que no se hubiese previsto originalmente su uso, y que se refuerzan adecuadamente para resistir las fuerzas que puede transmitir la estructura de acoplamiento del sistema flotante auxiliar.
En otra realización preferente, la estructura marina es de tipo monopilote y los medios de refuerzo comprenden un relleno total o parcial del interior de dicho monopilote con hormigón. Este relleno se realiza, preferentemente, en las zonas de apoyo de los elementos de contacto con la estructura marina, y puede ser un relleno completo o anular del interior del monopilote, en dos niveles coincidentes con los dos niveles de elementos de contacto de la estructura de acoplamiento. En el caso de monopilotes equipados con piezas de transición entre el monopilote y la torre eólica, dichos medios de refuerzo pueden aplicarse de manera análoga sobre en la pieza de transición. Este tipo de refuerzo tiene la ventaja de ser muy fácilmente ejecutable en estructuras ya existentes, mediante simple vertido de hormigón a través de la puerta de acceso a la torre u otro paso adecuado al interior del monopilote o pieza de transición, generando de forma sencilla y económica un refuerzo muy robusto en la zona prevista para el acoplamiento del sistema flotante auxiliar. En otras realizaciones puede emplearse otros medios de refuerzo conocidos en la técnica, metálicos o de otro tipo, sin salir por ello del alcance de la invención.
En otra realización preferente del procedimiento de la invención, el sistema flotante auxiliar comprende: medios de control y/o monitorización de la fuerza de apriete y/o de la posición de los elementos de apriete; y/o medios de apertura y cierre del anillo de cierre. Los medios de apertura y cierre del anillo pueden comprender, por ejemplo, actuadores hidráulicos que tienen un extremo fijado a la parte central del anillo y otro extremo fijado a una parte lateral del anillo, de tal modo que, al extenderse, empujan la parte lateral para cerrar el anillo de forma progresiva y, al recogerse, generan el efecto contrario para abrir el anillo.
En otra realización preferente del procedimiento de la invención, el sistema flotante auxiliar comprende una combinación de elementos de apriete activos y elementos pasivos. Los elementos pasivos se entienden, en el ámbito de la invención, como elementos de contacto que carecen de medios de apriete, pero ejercen fuerza sobre la estructura marina de forma pasiva como reacción. El uso de elementos activos resulta imprescindible para poder regular las fuerzas de apriete de la estructura de acoplamiento, pero la combinación con algunos elementos pasivos puede reducir el número de elementos activos necesarios y, con ello, el coste del sistema.
En otra realización preferente del procedimiento de la invención, los elementos de contacto comprenden placas de apoyo que entran en contacto con la estructura marina y cuyo coeficiente de rozamiento es superior al 3% de tal modo que, al apretar los elementos de contacto contra la estructura marina, se generan fuerzas de rozamiento que contribuyen a generar un acoplamiento solidario entre la estructura marina y el sistema flotante auxiliar. En particular, cuando el anillo de cierre rodea el fuste de la estructura marina u otro elemento vertical de la estructura marina, dicho rozamiento será ventajoso para transmitir fuerzas verticales y permitir la solidarización en alteada o “heave”. Así, durante el paso e) del procedimiento en el que la grúa está operando,
mediante los elementos de apriete se aplica una fuerza elevada entre los elementos de contacto y la estructura marina, generando así fuerza de rozamiento suficiente para evitar movimientos verticales relativos. En cambio, cuando la grúa no está operando, puede reducirse o relajarse dicha fuerza, reduciendo así la fuerza de rozamiento y posibilitando movimientos verticales relativos, para adaptarse a las mareas (esto sólo aplica a estructuras marinas fijas; en estructuras marinas flotantes ello no resulta necesario, puesto que la marea afecta por igual a la estructura marina y al sistema flotante auxiliar).
En otra realización preferente del procedimiento de la invención, el anillo de cierre del sistema flotante auxiliar comprende defensas cuya posición es tal que, durante los pasos b) y o c), las defensas contactan con la estructura marina antes de que lo hagan los elementos de contacto. En este contexto, se entienden dichas defensas como elementos de tipo flexible destinados, por ejemplo, a amortiguar impactos entre dos embarcaciones o entre una embarcación y un elemento fijo.
En otra realización preferente del procedimiento de la invención, la grúa es una grúa móvil terrestre de orugas o de ruedas que se apoya sobre al menos un elemento flotante. Poder usar grúas terrestres, en lugar de las grúas marinas que se usan en general para el mantenimiento de aerogeneradores marinos, supone una gran economía de costes.
En otra realización preferente del procedimiento de la invención, la grúa es una grúa móvil terrestre que comprende: un cuerpo superior que comprende al menos una pluma, unos contrapesos y los equipos de actuación de la grúa; un cuerpo inferior que comprende los medios para el desplazamiento de la grúa mediante ruedas y/u orugas; y donde el sistema flotante auxiliar comprende únicamente dicho cuerpo superior de la grúa. De este modo, se reduce el peso de la grúa. Además, renunciar al cuerpo inferior es asumible, puesto que durante el procedimiento de la invención la grúa no necesita moverse. En esta realización, el sistema flotante auxiliar debe comprender medios de anclaje para la conexión de dicho cuerpo superior de la grúa.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Las anteriores y otras características y ventajas se comprenderán más plenamente a partir de la descripción detallada de la invención, así como de los ejemplos de realización preferente referidos a los dibujos adjuntos, en los que:
- La Figura 1 ilustra una vista superior del sistema flotante auxiliar junto con una estructura marina.
- Las Figuras 2a-2b muestran dos vistas de detalle de los elementos de apriete del sistema flotante auxiliar de la invención, donde en una de las vistas (2a) dichos elementos no se encuentran aún fijados a la estructura marina, y en la otra (2b) sí se encuentran fijados a la misma, quedando el sistema flotante solidariamente fijado a la estructura marina.
- Las Figuras 3a-3b representan diferentes vistas del anillo de cierre del sistema de la invención, en una realización preferente de la misma, en posición abierta (Fig. 3a) y cerrada (Fig. 3b).
- La Figura 4 representa una primera realización preferente del sistema de la invención, aplicada al mantenimiento de una torre eólica telescópica.
- Las Figuras 5-7 ilustran diferentes vistas de una segunda realización preferente del sistema de la invención, donde sus elementos flotantes están configurados en forma de barcaza.
- La Figura 8 muestra una tercera realización preferente de la invención, donde la estructura marina es de tipo monopilote y comprende, preferentemente, medios de refuerzo en un relleno total o parcial del interior de dicho monopilote.
- Las Figuras 9-10 ilustran diferentes vistas de la segunda realización preferente del sistema de la invención correspondiente a las Figuras 5-7, donde los elementos flotantes de dicho sistema están configurados en forma de barcaza.
Listado de referencias numéricas de las figuras:
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Se expone, a continuación, una descripción detallada de la invención referida a diferentes realizaciones preferentes de la misma, basadas en las Figuras 1-10 del presente documento. Dicha descripción se aporta con fines ilustrativos, pero no limitativos, de la invención reivindicada.
La Figura 1 ilustra una vista superior (en planta) del sistema flotante auxiliar (1) de la invención, junto con una estructura marina (2) que soporta un aerogenerador (20), donde dicha estructura marina (2) comprende una cimentación (3) y una torre o fuste (4). En esta realización, el sistema flotante auxiliar (1) comprende al menos un elemento flotante (5) (concretamente, en el ejemplo de la Figura 1, se muestran tres de dichos elementos (5)). El sistema flotante auxiliar (1) se acopla a la estructura marina (2) preferentemente durante las operaciones de mantenimiento de la misma (si bien sería también posible, en determinadas realizaciones específicas de la invención, su utilización en otros procedimientos, tales como la instalación o el transporte de la estructura marina (1) hasta su posición definitiva en alta mar).
Los elementos flotantes (5) del sistema (1) se encuentran conectados, por medio de elementos de conexión (6) (por ejemplo, vigas o brazos de celosía), a una estructura de acoplamiento (7) que, preferentemente, está destinada a rodear al menos un elemento de la estructura marina (2), disponiéndose por ejemplo alrededor del fuste (4), de forma que los puntos o regiones de contacto con la estructura de acoplamiento (7) proporcionen un medio de fijación solidario a la estructura marina (2), de forma que el sistema (1) flotante mantenga su posición durante las operaciones mencionadas. Preferentemente, la estructura de acoplamiento (7) conforma un anillo (8) de cierre alrededor del fuste (4), que puede ser de forma circular, o tener cualquier otra geometría cerrada, siendo por ejemplo curva o poligonal.
Con relación a los puntos o regiones de contacto entre la estructura de acoplamiento (7) y la estructura marina (2), el sistema de la invención está equipado con uno o más elementos de apriete (9), fijados a dicha estructura de acoplamiento (7) y que pueden disponerse, preferentemente, a lo largo del anillo (8) de cierre. Dichos elementos de apriete (9) comprenden, preferentemente, actuadores activos, como por ejemplo cilindros hidráulicos, que permiten, una
vez el sistema (1) se encuentra acoplado a la estructura marina (2) por medio de la estructura de acoplamiento (7), generar una fuerza de apriete en la estructura marina y, de ese modo, fijar la posición de dicho sistema (1) de forma solidaria o cuasi-solidaria con la estructura marina (2). La unión solidaria entre la estructura de acoplamiento (7) y la estructura marina (2) permite eliminar o limitar lo suficiente los movimientos relativos entre ambas. En este contexto, debe entenderse que ciertos aspectos como la propia deformación elástica de los materiales puedan resultar en pequeños movimientos relativos, sin que por ello se esté fuera del alcance de la invención. En todo caso, la unión solidaria entre la estructura de acoplamiento (7) y la estructura marina (2) permitirá siempre limitar los movimientos relativos traslacionales a menos de 50 cm, y los movimientos relativos rotacionales, a menos de 2 grados en balanceo o cabeceo y a menos de 5 grados en guiñada.
En una cimentación (3) fija a fondo, o “bottom-fixed”, los movimientos de la estructura marina (2) son cuasi-nulos, con lo que decir que el acoplamiento es solidario o cuasi-solidario se interpreta como que dichos movimientos son cuasi-nulos tanto para la estructura marina (2) como para la estructura de acoplamiento (7). Pero en una estructura marina (2) flotante no ocurre así, habiendo por lo general movimientos en la misma. En este caso, el acoplamiento cuasi-solidario o solidario se entenderá como un movimiento relativo cuasi-nulo entre la estructura marina (2) como para la estructura de acoplamiento (7).
Típicamente, los elementos de apriete (9) comprenden elementos activos, tales como brazos desplegables por medio de sistemas electro-mecánicos, hidráulicos, neumáticos o similar, que permiten regular la posición de los elementos de contacto (9’) y así aproximarlos a la estructura marina (2) hasta hacer contacto con la misma. Del mismo modo, los elementos de apriete (9) pueden comprender también elementos pasivos, configurados por ejemplo como topes que limitan o impiden el desplazamiento de la estructura marina (2) con relación al sistema (1) flotante, manteniendo su posición relativa al anillo de cierre (8) invariante.
Opcionalmente, el sistema (1) de la invención puede comprender también elementos de contacto (9’) aptos para su uso durante las etapas previas a la fijación completa de los elementos de apriete (9) sobre la estructura marina (2). Dichos elementos de contacto (9’) pueden estar o no comprendidos en los propios elementos de apriete (9), y están preferentemente adaptados para proporcionar un contacto deslizante libre con el fuste (4). Así, los elementos de contacto (9’) permiten el movimiento relativo vertical entre dicho fuste (4) y el sistema flotante auxiliar (1), en las etapas previas al ajuste solidario de los elementos de apriete (9) sobre la estructura marina (2). De este modo, la estructura de acoplamiento (7) proporciona, mediante los elementos de contacto (9’), un tope físico frente a las variaciones en la posición de horizontalidad de la estructura marina (2), limitando también las posibles inclinaciones que ésta sufra (por ejemplo,
debidas al viento, oleaje, etc.) y ayudando a dicha estructura (2) a mantener su estabilidad, pero mediante contactos preferentemente deslizantes, que permiten su desplazamiento libre a lo largo de un eje sustancialmente vertical. El citado desplazamiento libre de la estructura marina (2) puede realizarse por deslizamiento, por rodadura, con orugas, o cualquier técnica conocida que permita un movimiento relativo independiente y suficientemente libre entre los elementos de contacto (9’) por la superficie del fuste (4).
Los elementos de contacto (9’) impiden y/o limitan, por tanto, otros movimientos relativos entre el sistema flotante auxiliar (1) y el fuste (4), ya sean de movimiento horizontal relativo (siendo éste, preferentemente, igual o inferior a 1 m), el giro relativo en balanceo y/o cabeceo (preferentemente igual o inferior a 10 grados), y el giro relativo en guiñada (preferentemente inferior a 20 grados). No obstante, y de forma novedosa en la presente invención, son los elementos de apriete (9) los encargados de impedir o limitar el movimiento vertical relativo entre la estructura marina (2) y el sistema flotante (1) durante las operaciones de mantenimiento.
Asimismo, en una realización de la invención en la que la estructura marina (2) posee un embarcadero, o "boat landing”, la geometría del anillo de cierre (8) permite evitar interferencias con dicho "boat landing”. Dicha geometría, por tanto, se podrá adaptar a las características formales de la estructura marina (2), para facilitar la fijación del sistema (1) a la misma, y por tanto mejorando las operaciones de mantenimiento.
Las Figuras 2a-2b muestran una posible realización de los elementos de apriete (9), donde dichos elementos comprenden, al menos, un elemento de contacto (9’) acoplado a una palanca (10), accionable mediante un cilindro hidráulico (11). En esta realización, una vez cerrada la estructura de acoplamiento (7) sobre el fuste (4), se accionan las palancas (10) hasta hacer contacto con dicho fuste (4), manteniendo el citado accionamiento y, por tanto, el despliegue de las palancas (10) hasta que el sistema (1) flotante queda acoplado de forma solidaria con la estructura marina (2). En este ejemplo, todos los elementos de apriete (9) podrían adoptar una configuración activa (en forma de palancas (10) ejerciendo fuerzas opuestas a través de los cilindros hidráulicos (11)), o se podría utilizar una combinación de palancas (10) y elementos pasivos, donde dichas palancas (10) ejercerían una fuerza, a través del fuste (4), contra los elementos pasivos. El accionamiento de las palancas (10) se puede realizar in situ o a través de medios de control remoto, en diferentes realizaciones de la invención. Asimismo, la conexión entre las palancas (10) y los cilindros hidráulicos (11) puede estar articulada mediante uno o más puntos de articulación (14).
En una realización posible de la invención, se emplean al menos tres elementos de contacto (9’) a una primera altura en la estructura de acoplamiento (7), y al menos tres elementos de contacto
(9’) a una segunda altura en la estructura de acoplamiento (7). De este modo, el anillo de cierre (8) está configurado con dos niveles de apoyo, lo que mejora la capacidad de absorber momentos producidos por la inclinación relativa entre la estructura marina (2) y el sistema (1) flotante auxiliar. Asimismo, dicho anillo (8) puede contar con diferentes mecanismos de cierre o de aseguramiento de su posición alrededor de la estructura marina (2), ya sea a través de pasadores, uniones cooperantes, sistemas electromecánicos o cualesquiera otros medios conocidos.
En el ejemplo de las Figuras 3a-3b, la estructura de acoplamiento (7) está formada por una estructura metálica en celosía. Además, dicha estructura de acoplamiento (7) comprende un subsistema de apertura y/o cierre (no mostrado en las figuras) para facilitar su colocación y/o retirada de la estructura marina (2) y, opcionalmente, uno o más actuadores para el plegado y/o desplegado del sistema (1) sobre la estructura marina (2)). Dichos actuadores pueden o no ser de accionamiento remoto y, en diferentes realizaciones, pueden comprender cilindros telescópicos hidráulicos, capacitados para ejercer fuerza al alargarse y acortarse. Alternativamente, pueden comprender también distintos tipos de medios conocidos en la técnica, tales como actuadores mecánicos, neumáticos o hidráulicos, cabos de tracción actuados mediante cabos, "winches”, o similares. Los medios de apertura y cierre del anillo (8) pueden consistir, por ejemplo, en actuadores hidráulicos que tienen un extremo fijado a la parte central de dicho anillo (8) y otro extremo fijado a una parte lateral del mismo de tal modo que, al extenderse, empujan la parte lateral para propiciar el cierre del anillo (8), y al recogerse generan el efecto contrario para abrirlo.
En la figura 3a se muestra una vista superior o en planta del anillo de cierre (8) en configuración abierta. El anillo de cierre cuenta con un sector central y dos sectores laterales, conectados en sendos puntos de articulación al sector central. Girando los sectores laterales en dichos puntos de articulación, puede disponerse el anillo en configuración cerrada, tal y como se muestra en la Figura 3b.
Como se ha mencionado, la estructura de acoplamiento (7) es preferentemente modular o ajustable, para poder adaptarse a estructuras marinas (2) y/o fustes (4) de distintas dimensiones y/o características, sin necesidad de modificar previamente dichas estructuras (2), ni de dotarlas de subestructuras o medios adicionales. Por ejemplo, a los brazos de la celosía de la estructura de acoplamiento (7) se les puede añadir o quitar un módulo para ajustar su longitud y, por tanto, su distancia al fuste (4), evitando así que el propio fuste (4) tenga que ser alterado. Alternativa o complementariamente, la posición y/o dimensión de los elementos de apriete (9) y/o de los elementos de contacto (9’) se puede cambiar o regular, de modo que el mismo sistema flotante auxiliar (1) puede emplearse para el mantenimiento de estructuras marinas (2) con fustes (4) de
, .
circular) y de distintas dimensiones (por ejemplo, distinto apotema o diámetro).
Como puede apreciarse en la Figura 1 y en la vista de perfil de la Figura 4, en una realización preferente del sistema (1) de la invención, éste comprende una grúa (12) de operaciones de mantenimiento, preferentemente dispuesta en una zona de trabajo (13) de dicho sistema, cuya localización puede encontrarse en los propios elementos flotantes (5), o en estructuras accesorias instaladas al efecto. La zona de trabajo (13) se utilizará, asimismo y de forma preferente, para el acopio y/o reparación de componentes de la estructura marina (2) (por ejemplo, componentes de una turbina o de las palas de un aerogenerador (20)). En diferentes realizaciones de la invención, dicha zona de trabajo (13) puede ser una zona elevada y/o exenta respecto de los elementos flotantes (5).
Preferentemente, se podrán usar grúas (12) terrestres (entendidas como grúas comerciales móviles o sobre orugas, de uso común en obras terrestres), más económicas que las grúas marinas, lo que resulta posible gracias a que el acoplamiento solidario del sistema flotante (1) a la estructura marina (2) limita los movimientos del primero y facilita la operativa de la grúa durante las operaciones de mantenimiento, incluso para trabajos en alturas elevadas, como sucede por ejemplo en las operaciones de mantenimiento de aerogeneradores (20). La grúa (12) puede ser, en diferentes realizaciones, de tipo plegable y/o telescópica, y permanecerá preferentemente plegada en las etapas previas al acoplamiento solidario (Figura 5) entre el sistema (1) flotante y la estructura marina (2). Una vez realizado dicho acoplamiento, la citada grúa se podrá desplegar de forma segura, y con ello podrán realizarse de forma segura las labores de mantenimiento en altura.
Las Figuras 5-7 muestran una segunda realización preferente de la invención, donde los elementos flotantes (5) del sistema (1) flotante auxiliar integran un único bloque de soporte en forma de barcaza, donde se dispone tanto la grúa (12) como la zona de trabajo (13). Las figuras 5 y 6 muestran una vista en alzado y planta de la situación en la que la grúa (12) tiene una pluma telescópica que está plegada. Dicha es la situación preferible para las fases en las que el sistema (1) flotante auxiliar flota independiente y desacoplado de la estructura marina (2) (por ejemplo en el paso a)). Durante estas fases, la pluma y gancho de la grúa (12) pueden contar con fijaciones provisionales a elementos fijos del sistema (1) flotante auxiliar, para mitigar posibles efectos de los movimientos a flote de dicho sistema (1).
Asimismo, en diferentes realizaciones de la invención, los elementos flotantes (5) pueden comprender placas de amortiguamiento hidrodinámico, por ejemplo de tipo "heave plate”, para reducir y amortiguar movimientos indeseados, provocados por el oleaje. Asimismo, los citados
elementos flotantes (5) del sistema (1) pueden ser lastrables, para proporcionar un medio de control adicional de su flotabilidad y, con él, también de la estabilidad de la estructura marina (2). Del mismo modo, los elementos flotantes (5) pueden comprender una o más medios de regulación de lastrado, situadas en su obra viva (esto es, la parte del cuerpo flotante que queda sumergida, en contacto con el agua) para permitir y/o controlar el flujo de agua entre el interior de dicho elemento flotante (5) y la masa de agua en la que flota. Ello permite ajustar su comportamiento, modificando el amortiguamiento y frecuencia natural del conjunto en la fase de transporte hasta la estructura marina (2). Y durante las operaciones de mantenimiento, limita el efecto de las mareas sobre el conjunto del sistema (1) flotante y la estructura (2) marina. Esta capacidad resulta especialmente ventajosa en aquellas operaciones en las que el sistema (1) alberga equipamiento pesado (por ejemplo, una pala de aerogenerador (20) que se desea sustituir) de forma excéntrica, lo que alteraría su horizontalidad. Gracias al lastrado excéntrico de sus elementos flotantes (5), el sistema puede compensar el efecto desestabilizante de dicho equipamiento durante las operaciones de mantenimiento, e incluso en las etapas previas de transporte del sistema (1) hasta el emplazamiento en alta mar de la estructura marina (2). Asimismo, los medios de lastrado pueden utilizarse como medio de compensación de mareas, permitiendo introducir o evacuar agua de los elementos flotantes (5). Este lastre puede emplearse para compensar la acción de las mareas mientras el sistema (1) está acoplado a la estructura marina (2), por ejemplo, en el mantenimiento de aerogeneradores (20) fijos.
Los medios de regulación de lastrado comprenden preferentemente compuertas de apertura regulable y/o de accionamiento remoto, y/o bombas de extracción o introducción de agua. La apertura de las compuertas de regulación permite establecer el nivel de llenado y/o de entrada/salida de agua de los elementos flotantes (5) del sistema, lo que en la práctica equivale a regular su área efectiva de flotación y/o su calado. Con ello es también posible controlar, de modo indirecto, cuál será el periodo de oscilación de dichos elementos flotantes (5) y/o del conjunto que forman con la estructura marina (2), en las diferentes etapas de las operaciones de transporte o mantenimiento de la estructura marina (2).
Por su parte, los elementos flotantes (5) pueden fabricarse empleando distintos materiales conocidos en la técnica, preferentemente hormigón y/o materiales metálicos. También pueden emplearse construcciones de tipo mixto, fabricando una parte inferior de hormigón, y el resto del elemento flotante (5) de acero. También pueden emplearse técnicas de hormigón prefabricado similares a las comúnmente empleadas para la construcción de depósitos prefabricados.
La configuración de los elementos flotantes (5) también puede ser modular, para poder ajustar su tamaño global. Las piezas o módulos que pueden emplearse para conformar dichos elementos flotantes (5) pueden adoptar diversas formas, siendo preferible que sus dimensiones
sean contenedorizables (no superiores a las de un contenedor estándar) para facilitar su transporte y reutilización. Dichos módulos pueden unirse entre sí, para conformar un elemento flotante (5) tanto en planta como en altura.
Preferentemente, el conjunto formado por el/los elementos flotantes (5) y la estructura de acoplamiento (7) a la estructura marina (2) es hidrodinámicamente autoestable, de forma que la distribución de masas de dichos elementos flotantes (5) y de la estructura de acoplamiento (7), y su centro de flotación correspondiente, sea tal que los elementos flotantes (5) estén equilibrados en posición adrizada cuando el subsistema (10) de apertura y/o cierre se encuentra abierto (esto es, con el sistema (1) desacoplado de la estructura marina (2)).
En otra realización preferente de la invención, el procedimiento de mantenimiento puede comprender una etapa adicional donde se aplican medios de refuerzo (15) en el elemento de la estructura marina (2) al que se acopla la estructura de acoplamiento (7), de tal modo que se capacita a la estructura marina (2) para soportar las fuerzas que el sistema (1) auxiliar de flotación puede introducir en la estructura marina, a través de los elementos de contacto (9’).
En la Figura 8 se muestra una estructura marina (2) de tipo monopilote, y en ella, preferentemente, los medios de refuerzo (15) consisten en un relleno total o parcial del interior de dicho monopilote con hormigón. Este relleno se realiza, preferentemente, en las zonas de contacto de los elementos de contacto (9’), y puede ser un relleno completo, parcial o anular del interior del monopilote, en dos niveles coincidentes con los dos niveles de elementos de contacto (9’) de la estructura de acoplamiento (7). En el caso de monopilotes equipados con piezas de transición entre el monopilote y la estructura marina (2), dichos medios de refuerzo pueden aplicarse de manera análoga sobre la pieza de transición. En otras realizaciones, pueden emplearse otros medios de refuerzo conocidos en la técnica, metálicos o de otro tipo, sin salir por ello del alcance de la invención.
En otra realización preferente de la invención, la grúa (12) es una grúa móvil terrestre equipada con al menos una pluma, unos contrapesos y los equipos de actuación de la grúa, un cuerpo inferior que comprende los medios para el desplazamiento de la grúa mediante ruedas y/o orugas; y donde el sistema (1) flotante auxiliar comprende únicamente dicho cuerpo superior de la grúa (12) (de este modo, se reduce el peso de la misma). Además, renunciar al cuerpo inferior es asumible, puesto que durante el procedimiento de mantenimiento la grúa (12) no necesita moverse. En esta realización, el sistema (1) flotante auxiliar debe comprender medios de anclaje para la conexión de dicho cuerpo superior de la grúa (12). Un ejemplo de dicha realización se muestra en la Figura 4, donde se aprecia que sólo se utiliza el cuerpo superior de la grúa, en
contraposición con por ejemplo las Figuras 5-7, en las que se usa una grúa terrestre con ambos cuerpos (incluido el cuerpo inferior con las ruedas).
Finalmente, a título ilustrativo, las Figuras 9-10 muestran diferentes vistas de la realización preferente del sistema (1) auxiliar flotante de la invención correspondiente a las Figuras 5-7, donde los elementos flotantes (5) están configurados en forma de barcaza.
Claims (23)
1.- Procedimiento para el mantenimiento de un aerogenerador (20) soportado sobre una estructura marina (2), que puede ser flotante o fija sobre el fondo marino, y que comprende un fuste (4) y/o una cimentación (3);
donde dicho procedimiento comprende el uso de un sistema (1) flotante auxiliar que comprende:
- uno o más elementos flotantes (5);
- al menos una grúa (12) ubicada sobre al menos uno de dichos elementos flotantes (5); - al menos una zona de trabajo (13) para el acopio y/o reparación de componentes del aerogenerador (20) y/o la estructura marina (2);
- al menos una estructura de acoplamiento (7) a la estructura marina (2);
donde dicha estructura de acoplamiento (7) comprende, a su vez:
- un anillo de cierre (8) articulado, adaptado para cerrarse rodeando un elemento de la estructura marina (2);
- una pluralidad de elementos de contacto (9’) entre la estructura de acoplamiento (7) y la estructura marina (2);
- uno o más elementos de apriete (9), que permiten regular la posición de los elementos de contacto (9’), estando dichos elementos de apriete (9) adaptados para ejercer una fuerza de apriete en una dirección sustancialmente horizontal, a través de los elementos de contacto (9’) sobre la estructura marina (2);
y donde la estructura de acoplamiento (7) puede adoptar al menos tres configuraciones: - una configuración abierta, en la que el anillo de cierre (8) está abierto;
- una configuración cerrada, en la que el anillo de cierre (8) está cerrado;
- una configuración apretada, en la que el anillo de cierre (8) está cerrado y los elementos de apriete (9) se encuentran dispuestos ejerciendo una fuerza de apriete sobre la estructura marina (2);
y estando dicho procedimiento, además, caracterizado por que comprende la realización de los siguientes pasos, en cualquier orden técnicamente posible:
a) se transporta a flote el sistema (1) flotante auxiliar hasta la ubicación de la estructura marina (2);
b) se aproxima el sistema (1) flotante auxiliar hasta la estructura marina (2), con la estructura de acoplamiento (7) en configuración abierta;
c) se dispone la estructura de acoplamiento (7) en configuración cerrada, de modo que el anillo de cierre (8) rodee por completo un elemento de la estructura marina (2);
d) se actúa de forma controlada sobre los elementos de apriete (9), para disponer la estructura de acoplamiento (7) en configuración apretada, de tal modo que la estructura de acoplamiento (7) proporciona, mediante la fuerza de apriete ejercida por los elementos de
estructura marina (2), y la estructura marina (2) y el sistema (1) flotante auxiliar pasan a estar conectados de forma solidaria en los seis grados de libertad del movimiento en alteada, avance, deriva, guiñada, cabeceo y balanceo, impidiéndose el movimiento vertical relativo entre la estructura marina (2) y el sistema flotante (1) durante las labores de mantenimiento;
e) se emplea la grúa (12) para efectuar labores de mantenimiento del aerogenerador (20) y/o de la estructura marina (2);
f) se emplea la zona de trabajo (13) del sistema (1) flotante auxiliar para acopiar y/o reparar componentes del aerogenerador (20) y/o de la estructura marina (2);
g) se desacopla el sistema (1) flotante auxiliar de la estructura marina (2), disponiendo la estructura de acoplamiento (7) en configuración abierta.
3. - Procedimiento según la reivindicación 1, donde el sistema (1) flotante auxiliar comprende un único elemento flotante (5) en forma de barcaza, y en el que se dispone tanto la grúa (12) como la zona de trabajo (13) y donde dicha barcaza está conformada por un único cuerpo o por la unión de varios módulos que se conectan entre sí.
6. - Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la zona de trabajo (13) está al menos en parte exenta respecto a los elementos flotantes (5), de tal modo que al menos parte del área de la zona de trabajo (13) no está situada sobre la cubierta de un elemento flotante (5).
elementos flotantes (5) comprenden placas de amortiguamiento hidrodinámico.
11. - Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el francobordo del sistema (1) flotante auxiliar es compatible con la carrera de marea, de tal modo que, mientras el sistema (1) flotante auxiliar permanece acoplado a una estructura marina fija, la variación de la marea nunca reduce el francobordo a menos de 10 cm.
12. - Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el sistema (1) flotante auxiliar está equipado con uno o más cables de aproximación o fijación entre dicho sistema (1) y la estructura marina (2), y donde se regula la longitud de dichos cables durante la etapa b) de aproximación.
14. - Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los elementos de apriete (9) comprenden:
- una palanca (10) fijada a un punto de articulación (14) respecto al que puede girar;
- un elemento de contacto (9’) conectado a un punto de dicha palanca (10);
- un cilindro hidráulico (11) extensible y/o plegable conectado a otro punto de dicha palanca (10);
y donde accionando el cilindro hidráulico (11) para extenderlo y/o plegarlo, se provoca un giro sobre dicha palanca (10) y de ese modo se regula la posición y/o fuerza ejercida por dicho elemento de contacto (9’).
15. - Procedimiento según la reivindicación anterior, en el que la distancia entre la línea de acción del cilindro hidráulico (11) y el punto de articulación (14) es superior a la distancia entre la línea de acción del elemento de contacto (9') y el punto de articulación (14), de modo que por
contacto (9') que es superior a F.
16. - Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además, antes del paso c), el paso:
k) aplicar medios de refuerzo (15) en el elemento de la estructura marina (2) al que se acopla la estructura de acoplamiento (7), de tal modo que se capacita a la estructura marina (2) para soportar las fuerzas que el sistema (1) auxiliar de flotación puede introducir en la estructura marina (2), a través de los elementos de contacto (9’).
20. - Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los elementos de contacto (9’) comprenden placas de apoyo que entran en contacto con la estructura marina y cuyo coeficiente de rozamiento es superior al 3%, de tal modo que al apretar los elementos de contacto (9’) contra la estructura marina (2), se generan fuerzas de rozamiento que contribuyen a generar un acoplamiento solidario entre la estructura marina (2) y el sistema (1) flotante auxiliar.
23.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la grúa (12) es una grúa móvil terrestre que comprende:
- un cuerpo superior que comprende al menos una pluma, unos contrapesos y los equipos de actuación de la grúa;
- un cuerpo inferior que comprende los medios para el desplazamiento de la grúa mediante ruedas y/u orugas;
y donde el sistema (1) flotante auxiliar comprende únicamente dicho cuerpo superior de la grúa.
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