BR102012010527A2 - Turbina eólica de acionamento direto com um sistema de controle térmico - Google Patents

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Steffen Soerensen
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Siemens Ag
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Abstract

Turbina eõlica de acionamento direto com um sistema de controle térmico a presente invenção refere-se a uma turbina eôlica de acionamento direto com um sistema de controle térmico (15) tem um gerador (11) com um rotor (12) e um estator (13) e um mancal (5) com um anel interno (6) e um anel externo (7) conectando o rotor (12) e o estator (13) de modo rotativo. O sistema de controle térmico (15) compreende um sistema de resfriamento (16) e um sistema de aquecimento (17). O sistema de resfriamento (16) compreende pelo menos um dissipador de calor (16) que está em comunicação térmica com o anel interno (6) do mancal (5) e um dispositivo dissipador de calor (24) que está em comunicação térmica com o dissipador de calor (18). O sistema de aquecimento (17) compreende pelo menos um elemento de aquecimento (25) que está em comunicação térmica com o anel externo (7) do mancal (5)

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "TURBINA EÓLICA DE ACIONAMENTO DIRETO COM UM SISTEMA DE CONTROLE TÉRMICO". A presente invenção refere-se ao controle térmico de um mancai de uma turbina eólica. Em particular, a presente invenção está direcionada para uma turbina eólica de acionamento direto com um sistema de controle térmico, uma montagem de mancai e um método para controlar a temperatura de um mancai.
Um mancai de uma turbina eólica tem uma folga de aproximadamente -0,1 a 0,2 mm. A fim de controlar a vida útil e o espaço de ar do gerador, é vantajoso controlar a folga. O problema é que o anel interno do mancai aquece e expande o que leva ao tempo de vida reduzido do mancai. A razão para o aquecimento é que o anel interno do mancai junto com a estrutura de eixo tem uma massa/rigidez pequena comparado com a mas-sa/estrutura do anel externo.
Para geradores de rotor externo/estator interno, a diferença de calor é mesmo maior devido à grande massa do cubo de lâmina e ao garfo de rotor, conectados no anel externo. Adicionalmente, o cubo e a estrutura de garfo são resfriados por ar ambiente.
Isto significa que a temperatura média do anel interno é maior que a temperatura média do anel externo e estrutura em torno do anel externo. O mancai de uma turbina eólica normalmente não é resfriado. No entanto, sabe-se em geral resfriar um mancai por um sistema de lubrificação de óleo integrado onde o óleo é resfriado e bombeado na montagem de mancai. A troca de óleo é limitada e não suficiente para resfriar um grande mancai principal por uma turbina eólica de acionamento direto. Além do mais, sistemas de lubrificação de óleo para resfriamento integrado são complexos e sempre existe o risco de vazamento de óleo na turbina eólica que deve ser evitada.
Para mancais lubrificados com graxa não são conhecidos sistemas de resfriamento.
Portanto é um objetivo da presente invenção fornecer resfriamento aperfeiçoado para um mancai.
Este objetivo é solucionado pelos aspectos das reivindicações 1, 10 e 13, respectivamente, as reivindicações dependentes oferecem detalhes adicionais e vantagens da invenção.
Em um aspecto, a invenção é direcionada para uma turbina eólica de acionamento direto com um sistema de controle térmico. A turbina eólica tem um gerador com um rotor e um estator, um mancai com um anel interno e um anel externo conectando o rotor e o estator de modo rotativo. O sistema de controle térmico compreende um sistema de resfriamento e um sistema de aquecimento. O sistema de resfriamento compreende pelo menos um dissipador de calor que está em comunicação térmica com o anel interno do mancai e um dispositivo dissipador de calor que está em comunicação térmica com o dissipador de calor. O sistema de aquecimento compreende pelo menos um elemento de aquecimento estando em comunicação térmica com o anel externo do mancai. É também possível fornecer o sistema de resfriamento ao anel externo e/ou o sistema de aquecimento ao anel interno também. Isto expande as possibilidades de controlar a temperatura do mancai.
Resfriar o anel interno e aquecer o anel externo permite controlar e reduzir ou eliminar a diferença de temperatura entre o anel interno e o externo do mancai durante a operação da turbina eólica. A expansão térmica descontrolada e indesejada do anel interno e a compressão térmica descontrolada e indesejada do anel externo são assim evitadas. A confiabilidade e a vida útil do mancai são aumentadas.
Adicionalmente, agora é possível controlar a folga de mancai (-0,1 a 0,2 mm) a fim de controlar e manter a vida útil e o espaço de ar do gerador. O sistema de resfriamento pode ser usado para mancais lubrifi-cados por graxa e óleo também. O dissipador de calor da turbina eólica de acionamento direto pode compreender um reservatório de resfriamento para um meio de resfri- amento como água. Nesta maneira, um sistema de resfriamento de água que já está instalado na nacela pode ser usado para fornecer um resfriamento suficiente do anel interno do mancai. Esta solução pode ser facilmente instalada em turbinas eólicas existentes não tendo resfriamento para o mancai. O dissipador de calor pode ser disposto em uma superfície cir-cunferencial interno do anel interno. A superfície circunferência! interna oferece uma boa região de contato para o dissipador de calor devido às boas características de tamanho e superfície. O dissipador de calor pode ser formado integralmente com o a-nel interno. Pelo menos parte do dissipador de calor pode estar localizada dentro do anel interno que pode aperfeiçoar a transferência de calor do anel interno para o dissipador de calor. O dissipador de calor pode compreender partes integralmente formadas e partes dispostas na superfície do anel interno. O sistema de resfriamento pode ser uma solução complementar fácil de instalar para um mancai padrão ou pode ser uma parte integrada do anel interno ou externo de tal maneira que os canais de resfriamento ou câmaras, por exemplo, são integradas nò anel interno e/ou externo do mancai. O dissipador de calor pode ser conectado com o dispositivo dissipador de calor por meio de um conduto. O dissipador de calor, de preferência um reservatório de resfriamento, pode ser conectado a um sistema de resfriamento de água da turbina eólica que já está instalada na nacela para resfriar o gerador etc. o dispositivo dissipador de calor do sistema de resfriamento de água pode ser usado para resfriar o mancai também. O conduto pode ser equipado com uma válvula para controlar o fluxo do meio de resfriamento para dentro e a partir do reservatório de resfriamento para controlar o resfriamento do mancai.
Por outro lado, pode ser usado um dissipador de calor que res-fria o anel interno localmente como aletas de resfriamento ou elementos Pel-tier, por exemplo. O elemento de aquecimento pode compreender meios de aque- cimento elétrico e/ou meio de aquecimento de fluido quente. Um ou mais meios de aquecimento como para elementos de aquecimento elétrico, por exemplo, ou fluidos quentes em tubos, mangueiras e/ou canais originando, por exemplo, de um sistema de fluido hidráulico como um sistema de pitch hidráulico pode ser utilizado. Um sistema de aquecimento de água com um aquecedor de água como um boiler elétrico com uma válvula de entra-da/saída controlável pode também ser usado. O elemento de aquecimento pode ser disposto no anel externo, um garfo de rotor e/ou um cubo de lâmina. O elemento de aquecimento precisa estar em comunicação térmica com o anel externo. Consequentemente, pode ser fixado em partes em comunicação térmica com o anel externo como o garfo de rotor ou cubo de lâmina. O elemento de aquecimento pode estar disposto em um único local em uma das estruturas mencionadas ou em vários lugares em uma ou mais das estruturas. O elemento de aquecimento pode também ser formado integralmente com o anel externo. O material de interface térmico pode estar disposto entre o mancai e o dissipador de calor e/ou o elemento de aquecimento. Para fornecer uma baixa resistência térmica, uma folha de alumínio, pasta condútõrã de temperatura ou outro material de interface térmica adequada, pode ser aplicado entre a superfície do anel e a superfície do dissipador de calor ou elemento de aquecimento. O sistema de controle térmico pode compreender um dispositivo de controle em comunicação com o sistema de resfriamento e/ou o sistema de aquecimento para controlar a temperatura do mancai. O dispositivo de controle pode ser usado para controlar o resfriamento do anel interno, por exemplo, controlando uma válvula localizada em um conduto entre o dissipador de calor e o dispositivo dissipador de calor e/ou para controlar o aquecimento do anel externo. O sistema de controle térmico pode compreender pelo menos um dispositivo de medição de temperatura. O dispositivo de medição de temperatura pode ser instalado no anel interno e/ou externo, mesmo em múltiplos pontos de medição para permitir uma inspeção de temperatura precisa e confiável do anel interno e o mancai. O gerador pode ser um gerador de rotor externo/estator interno. O anel interno do mancai pode ser conectado a uma parte estacionária da turbina eólica e o anel externo do mancai pode ser conectado em um garfo de rotor da turbina eólica. O sistema de resfriamento pode compreende um número de reservatórios de resfriamento com substancialmente o mesmo raio externo que o raio interno do anel interno do mancai. O comprimento dos reservatórios pode cobrir somente parte do perímetro de modo que mais que um reservatório está disposto para resfriar o anel interno, que torna a mais fácil a instalação do sistema de resfriamento em instalações existentes.
Em outro aspecto, a invenção é direcionada a uma montagem de mancai compreendendo um anel interno e um anel externo, em que pelo menos um reservatório de resfriamento está disposto no anel interno e/ou externo, e em que o reservatório de resfriamento compreende pelo menos um orifício para troca de um meio de resfriamento. Pelo menos um elemento de aquecimento está disposto no anel externo e/ou interno. Fornecer um reservatório de resfriamento e um elemento de aquecimento diretamente no mancai permite um ajuste de temperatura rápido e completo. A confiabilidade e vida útil do mancai, desse modo, são aumentadas. Vários reservatórios de resfriamento podem ser uniformemente distribuídos ao longo de uma circunferência interna do anel interno. Esta disposição facilita a instalação em uma turbina eólica já existente. Adicionalmente, pode ajustar variações de temperatura local.
Os reservatórios de resfriamento podem se estender ao longo de uma superfície circunferencial interna do anel interno e dois reservatórios de resfriamento podem ser dispostos em paralelo, esta disposição torna possível uma correção de temperatura mais fina. Pontos quentes, por exemplo, podem ser eliminados.
Pelo menos um dispositivo de medição de temperatura pode estar disposto no anel interno e/ou externo a fim de medir a temperatura do anel ου o mancai. Os valores de medição podem ser fornecidos em um dispositivo de controle para permitir uma boa regulagem de temperatura do mancai.
Em um aspecto adicional da invenção é direcionado para um método para controlar a temperatura de um mancai. A temperatura do mancai é medida, e o fluxo de um meio de resfriamento, como água, através de pelo menos um reservatório de resfriamento fixado em um anel do mancai, é controlado. Um elemento de aquecimento em comunicação térmica com um anel do mancai é também controlado. Empregar este método permite controlar a temperatura de um mancai, onde a confiabilidade e a vida útil do mancai são aumentadas.
Pelo menos um reservatório de resfriamento pode ser fixado no anel interno do mancai e a temperatura pode ser medida em pelo menos um ponto do anel interno do mancai. Em numerosos desenhos, o anel interno é a parte mais quente do mancai e é vantajoso medir e resfriar esta parte diretamente.
Uma folga entre o anel interno e o anel externo do mancai pode ser controlada, por exemplo, em uma faixa de -0,1 a 0,2 a fim de controlar e manter a vida útil e o espaço de ar do gerador.
Uma folga entre o anel interno e o anel externo do mancai pode ser determinada menor que ou igual a zero. Por exemplo, durante o transporte do mancai ou uma turbina eólica com a disposição de mancai, a temperatura do anel externo e/ou do anel interno do mancai pode ser controlada de tal maneira que a folga ente o anel externo e o anel interno é 0,0 mm ou mesmo menor que 0,0 mm, em particular -0,1 mm ou menos e de preferência entre -0,15 e -0,6 mm. Desta maneira o mancai está travado durante o transporte e vibrações que podem danificar o mancai são evitadas.
Os desenhos anexos são incluídos para fornecer um entendimento adicional das modalidades. Outras modalidades e muitas das vantagens pretendidas serão facilmente apreciadas, na medida em que são entendidas com referência a descrição detalhada seguinte. Os elementos dos desenhos não estão necessariamente em escala. Números de referência iguais designam partes similares correspondentes. A figura 1 ilustra uma vista esquemática de uma parte central de uma turbina eólica incluindo um mancai e um sistema de controle térmico de acordo com a invenção. A figura 2 ilustra uma vista dianteira de um mancai com um sistema de resfriamento de acordo com a invenção. A figura 3 ilustra uma vista em perspectiva de um mancai com um sistema de resfriamento de acordo com a invenção. A figura 4 ilustra uma vista esquemática de uma parte central de uma turbina eólica incluindo um sistema de aquecimento de acordo com a invenção.
Na descrição detalhada seguinte, é feita referência aos desenhos anexos que formam uma parte, e em que são mostradas modalidades específicas por meio de ilustração em que a invenção pode ser praticada. Neste aspecto, a terminologia direcional, tal como "topo" ou "fundo" etc., é usada com referência à orientação da figura(s) sendo descrita. Porque os componentes de modalidades podem ser posicionados em um número de orientações diferentes, a terminologia direcional é usada para propósitos de ilustração e não é de nenhuma maneira limitante. Deve ser entendido que outras modalidades podem ser utilizadas e mudanças estruturais ou lógicas podem ser feitas sem se afastar do escopo da presente invenção. A descrição detalhada seguinte, portanto, não deve ser tomada em um sentido limitante, e o escopo da presente invenção é definida pelas reivindicações anexas.
Uma turbina eólica 1 tem uma torre 2 que é fixada no solo e suporta a estrutura inteira da turbina eólica 1. No topo da torre 2 é fixado um conector de torre 3. O conector de torre 3 suporta um eixo principal 4 da turbina eólica 1. Em uma extremidade do eixo principal 4 oposta ao conector de torre 3 um mancai 5 frequentemente chamado mancai principal é fixado. O mancai 5 tem um anel interno 6 que é fixado no eixo principal 4 e um anel externo 7. O anel externo 7 é conectado em um garfo de rotor 8. O garfo de rotor 8 é conectado com um cubo de lâmina 9 que suporta as lâminas da turbina eólica 1. As lâminas não são ilustradas por clareza. Uma nacela 10 circunda o eixo principal 4 e é fixado no eixo principal 4. A turbina eólica 1 é uma turbina eólica de acionamento direto, isto é, o gerador 11 é acoplado diretamente no eixo principal 4 e o garfo de rotor 8, respectivamente. Nenhuma transmissão é utilizada. O gerador 11 compreende um rotor externo 12 fixado no garfo de rotor 8 e um estator interno 13 que é fixado no eixo principal 4 por meio de uma estrutura de retenção 14. O garfo de rotor 8 no qual o anel externo 7 é fixado está em contato com o ar ambiente. Portanto, o resfriamento do anel externo 7 ocorre pelo ar ambiente. O anel interno 6, no entanto, está localizado dentro da estrutura da turbina eólica 1 de modo que nenhum resfriamento é obtido pelo ar ambiente. Isto leva a uma diferença em temperatura entre o anel interno e externo 6 e 7, respectivamente. O anel interno 6 do mancai 5 junto com o eixo principal 4 tem uma massa menor comprada com o anel externo 7, o garfo de rotor 8 e o cubo de lâmina 9. Portanto, o anel interno 6 tende a aquecer mais rápido que o anel externo 7. A turbina eólica 1 é equipada com um sistema de controle térmico 15 com um sistema de resfriamento 16 e um sistema de aquecimento 17. O sistema de resfriamento 16 carrega o calor para longe do mancai 5, especíalmente a partir do anel interno 6. O sistema de resfriamento 16 tem um ou mais dissipadores de calor ou reservatórios de resfriamento 18 que são fixados em uma superfície circunferencial interna do anel interno 6. Aqui, múltiplos reservatórios de resfriamento 18 são fixados no anel interno 6. Os detalhes da disposição dos reservatórios de resfriamento 18 serão discutidos em conjunto com as figuras 2 e 3.
Cada reservatório de resfriamento 18 está conectado com um conduto 19 a fim de circular um meio de resfriamento, tal como água, através dos reservatórios de resfriamento 18. O meio de resfriamento transporta o calor para longe do anel interno 6. Os condutos 19 são mostrados esque-maticamente. O curso real dos condutos 19 pode diferir do curso mostrado, por exemplo, para evitar obstáculos ou curvas acentuadas. Também, um circuito fechado para o meio de resfriamento pode ser preferido. Para facilidade de entendimento, a figura 1 mostra um conduto 19 por reservatório de resfriamento 18. A válvula 20 controla o fluxo do meio de resfriamento através dos condutos 19. A válvula 20 pode estar localizada antes de um cruzamento 21 de modo que a única válvula 20 controla o fluxo do meio de resfriamento através de todos os condutos 19. A palavra "antes" significa neste contexto na direção de fluxo do meio de resfriamento para os reservatórios de resfriamento 18. Alternativamente, uma válvula pode ser empregada em cada conduto para controlar cada reservatório de resfriamento 18 individualmente. Adicionalmente, uma combinação de ambas é possível. Então cada válvula pode controlar um grupo de reservatórios de resfriamento 18.
Adicionalmente, na frente da válvula 21, um dispositivo central 22 do sistema de resfriamento 16 está localizado. O dispositivo central 22 compreende, por exemplo, uma bomba para o meio de resfriamento e uma unidade de controle 23. Um dispositivo dissipador de calor ou radiador 24 está conectado ao dispositivo central 22. O dispositivo dissipador de calor 24 está disposto fora da nacela 10 para usar o ar ambiente para resfriar o meio de resfriamento. O dispositivo dissipador de calor 24 pode estar disposto no topo da nacela 10 para transferência de calor ótima. A válvula 20 é conectada com o dispositivo central 22 por meio de uma parte adicional do conduto 19. O dispositivo central 22 é conectado com o dispositivo dissipador de calor 24 por meio de outra parte do conduto 19. O meio de resfriamento circula do dispositivo dissipador de calor 24 através do dispositivo central 22 e ainda através da válvula 20 que controla o fluxo do meio de resfriamento. No cruzamento 21 o conduto ramifica e o meio de resfriamento flui para os reservatórios de resfriamento 18. Enquanto flui através dos reservatórios de resfriamento 18, o meio de resfriamento absorve calor do anel interno 6. O meio de resfriamento flui de volta para o dispositivo dissipador de calor 24 onde é resfraido. O conduto ou condutos para transportar o meio de resfriamento de volta para o dispositivo dissipador de calor 24 não são mostrados por clareza.
Parte do sistema de resfriamento 16 como o dispositivo central 22 e o dispositivo dissipador de calor 24 pode ser usado para resfriar outros dispositivos como o gerador 11. Se o sistema de resfriamento 16 é adaptado em uma turbina eólica já existente, partes como o dispositivo central 22 e o dispositivo dissipador de calor 24 podem ser usados para resfriamento do mancai 5 também. O sistema de aquecimento 17 inclui um ou mais elementos de aquecimento 25 que estão em comunicação térmica com o anel externo 7 do mancai 5. O elemento de aquecimento 25 é aqui fixado diretamente no anel externo 7. É também possível fixar um ou mais ou todos os elementos de aquecimento 25 no garfo de rotor 8 e/ou cubo de lâmina 9. Detalhes do sistema de aquecimento 17 são descritos posteriormente em conjunto com a figura 4.
Um ou mais dispositivos de medição de temperatura ou sensores de temperatura 26 podem ser empregados. O sensor de temperatura 26 pode ser disposto no anel interno 6 para medição de temperatura. Os resultados da medição são avançados para o dispositivo central 22 ou a unidade de controle 23 que controla a válvula 20. O controle pode ser baseado na medição de temperatura. Em um circuito menor de controle, o sensor de temperatura 26 controla a válvula 20 diretamente. Uma combinação de vários sensores de temperatura 26 em conjunto com várias válvulas 20 e reservatórios de resfriamento 18 permite um controle de temperatura mais fino. Neste caso, o anel interno 6 e/ou o anel externo 7 pode ser dividido em várias zonas de controle. Para cada zona, um ou mais reservatórios de resfriamento 18, um conduto ou parte do conduto 19 e uma válvula 20 e/ou mais elementos de aquecimento 25 são designados.
Em benefício de clareza, as conexões entre o sensor de temperatura 26 e o dispositivo central 22, a unidade de controle 23 e/ou a válvula não são mostrados.
Esta modalidade emprega reservatórios de resfriamento 18 e condutos 19 usando um meio de resfriamento como água. É também possí- vel usar em uma maneira local um dissipador de calor e dispositivo dissipa-dor. A palavra "local" abrange um dissipador de calor e dispositivo dissipador de calor dispostos perto ou diretamente no mancai 5 ou o anel interno 6. Modalidades para este conceito são por exemplo, dissipadores de calor com aletas ou elementos Peltier. A transferência de calor pode ser suportada por um sistema de convecção de ar que flui o ar ambiente ao longo do dissipador de calor local e dispositivo dissipador de calor. A figura 2 mostra o mancai 5 com o anel interno 6 e o anel externo 7. Cada anel 6, 7 tem um flange para montar o mancai 5 no eixo principal 4 e o garfo de rotor 8, respectivamente.
Ao longo de uma superfície circunferencial interna 6a do anel interno 6, são dispostos três reservatórios de resfriamento 18. O formato curvado dos reservatórios de resfriamento 18 é adaptado para encaixar na superfície circunferencial interna 6a. Para contato térmico aperfeiçoado entre os reservatórios de resfriamento 16 e um anel interno 6, o material de interface térmico como uma folha de alumínio ou uma pasta condutora de calor pode ser empregado. Os reservatórios de resfriamento 16 podem ser uniformemente distribuídos ao longo da circunferência ou podem ser espaçados de maneira não uniforme como mostrado para dar conta das restrições em espaço, por exemplo. É também possível fixar um ou mais dissipadores de calor ou reservatórios de resfriamento em um lado de face do anel interno 6. Tem que ser tomado cuidado que o dissipador de calor se mantém livre dos dispositivos de montagem, por exemplo, parafusos que conectam o anel interno 6 no eixo principal 4.
Cada reservatório de resfriamento 18 tem um espaço interior oco através do qual um meio de resfriamento, como água ou um gás, pode circular. Para entrada e saída do meio de resfriamento, o reservatório de resfriamento 18 é equipado com pelo menos um orifício (não mostrado). Dois orifícios podem ser usados em que os orifícios podem estar dispostos em ambas as extremidades do reservatório de resfriamento 18 de modo que o meio de resfriamento flui através do reservatório de resfriamento inteiro 18. Isto assegura uma boa transferência de calor do anel interno 6 por meio do reser- vatório de resfriamento 16 para o meio de resfriamento.
Cada reservatório de resfriamento 18 pode ser conectado com seu próprio condutor no dispositivo dissipador de calor 24 ou em um cruzamento. Isto é uma configuração paralela. Alternativamente, é possível uma configuração em série em que um orifício de saída de um reservatório de resfriamento 18 é conectado a um orifício de entrada de um reservatório subsequente 18. Um grande reservatório de resfriamento, que cobre a superfície interna completa 6a ou a maior parte dela, pode ser utilizado também. O dissipador de calor ou reservatório de resfriamento 18 pode ser integrado na estrutura do anel interno 6. Outros furos internos ou canais podem ser utilizados para escoar um meio de resfriamento através do anel interno 6. Um ou mais orifícios para circulação do meio de resfriamento são então dispostos diretamente no anel interno 6. Uma combinação de dissipa-dores de calor integralmente formados e dissipadores de calor externos é também possível. Por exemplo, ranhuras podem ser formadas integralmente na superfície do anel interno 6 que se comunicam com um ou mais dissipadores de calor externos para formar um reservatório de resfriamento. A figura 3 mostra um mancai 5 com anel interno 6 e externo 7. Na superfície circunferencial interna 6a do anel interno 6 são dispostos dissipadores de calor ou reservatórios de resfriamento 18. Aqui, seis reservatórios de resfriamento 18 são fixados no anel interno 6. Ao longo da circunferência do anel interno 6 três pares de dois reservatórios de resfriamento paralelos 18 são dispostos. Esta disposição permite uma boa transferência de calor entre o anel interno 6 e o meio de resfriamento dentro dos reservatórios de resfriamento 16. A discussão detalhada da figura 2 aplica-se também ao mancai 4 mostrado na figura 3. A figura 4 mostra o sistema de controle térmico 15 da figura 1 em maior detalhe. Especialmente, o sistema de aquecimento 17 é mostrado e descrito.
Uma unidade de controle de aquecimento 27 está em comunicação com o dispositivo central 22 ou a unidade de controle 23. A unidade de controle de aquecimento 27 é conectada em uma unidade de energia 28 que é ainda conectada a um ou mais elementos de aquecimento elétricos 25 que são fixados ao cubo 9 no anel externo 7 do mancai 5. A unidade de controle de aquecimento 27 pode também ser parte do dispositivo central 22 ou da unidade de controle 23.
Os elementos de aquecimento 25 podem ser divididos em segmentos. Um elemento de aquecimento 25 em forma de anel pode ser fixado diretamente ao anel externo 7 entre o cubo 9 e o anel externo 7. A unidade de energia 28 é suprida com energia da turbina eólica, de uma bateria e/ou de unidades de energia externas. A unidade de energia 28 é controlada pela unidade de controle de aquecimento 27.
Dispositivos de medição de temperatura 26 no anel interno 6 e/ou anel externo 7 podem também estar conectados na unidade de controle 25. A fiação não é mostrada por uma questão de clareza.
De acordo com um método para controlar a temperatura de um mancai 5, a temperatura é medida no mancai 5. A temperatura pode ser medida diretamente no anel interno 6 na medida em que na maioria dos casos esta será a parte mais quente do mancai 5. Dispositivos comumente conhecidos para a medição da temperatura podem ser empregados como o sensor de temperatura 26.
Com base na medição, o fluxo de um meio de resfriamento através de um ou mais reservatórios de resfriamento 18 é controlado. Se, por exemplo, a temperatura medida atinge um limite superior, o fluxo do meio de resfriamento pode ser aumentado ou a temperatura do meio de resfriamento pode ser reduzida. Isto leva a uma remoção de calor maior. Se, por exemplo, a temperatura medida atinge um limite inferior, o fluxo do meio de resfriamento pode ser diminuído ou a temperatura do meio de resfriamento pode ser elevado. Isto leva a uma remoção de calor menor. Este esquema mantém a temperatura do mancai 5 ou do anel interno 6 em uma faixa alvo definida. A faixa alvo pode ser adaptada aos modelos de turbinas eólicas usando, por exemplo, uma configuração padrão. A faixa alvo pode também ser adaptada em tempo real, por exemplo, dependendo da velocidade do vento ou da temperatura ambiente. Em vez de uma faixa alvo, um ponto alvo de certa temperatura pode ser usado. O fluxo do meio de resfriamento pode ser controlado por uma ou mais válvulas 20 que estão localizadas nos condutos 19 que atingem os reservatórios de resfriamento 18. As válvulas 20 podem ser controladas pelos dispositivos de medição de temperatura 26 diretamente ou pelo dispositivo central 22 ou a unidade de controle 23 do sistema de controle térmico 15.
Adicionalmente, a temperatura de um ou mais elementos de a-quecimento 25 em comunicação térmica com o anel externo 7 do mancai 5 é controlada. Este controle é obtido pelo dispositivo central 22/unidade de controle 23/ou unidade de controle de aquecimento 27 que opera uma unidade de energia 28 como, por exemplo, um aquecedor de água, uma válvula, uma fonte de energia elétrica ou similar. A unidade de energia 28 dirige diretamente um ou mais elementos de aquecimento 25. A combinação de resfriar o anel interno 6 e aquecer o anel externo 7 permite um bom controle da folga ou espaço de ar do mancai. A unidade de controle 23 pode ativar o sistema de resfriamento 16 e o sistema de aquecimento 17 simultaneamente ou em operação única. Esta decisão pode, por exemplo, depender da temperatura ambiente, da temperatura total do mancai 5, da diferença de temperatura entre o anel interno e o anel externo ou similar.
Em caso de transporte do mancai 5 ou da turbina eólica 1, a folga entre o anel interno 6 e o anel externo 7 do mancai 5 pode ser ajustada menor que ou igual a zero. Em particular, o sistema de resfriamen-to/aquecimento pode ser controlado de tal maneira que o mancai é fortemente pré-tensionado durante o transporte para evitar um falso brinelling de um mancai e desse modo minimizar o movimento de oscilação com uma amplitude pequena. Falso brinelling é a ocorrência de pontos ocos que se parecem com dentes de Brinell e são devidos ao desgaste causado por vibração e oscilação lateral nos pontos de contato entre os elementos de rolamento e a pista. O falso brinelling de um mancai pode ocorrer durante o transporte se o mancai não está pré-tensionado tanto que a vibração entre o anel interno e o externo do mancai é evitada. Durante o transporte, o meio de resfriamento pode ser circulado através de um aquecedor onde o sistema de resfriamento funciona como um sistema de aquecimento para assegurar um pré-tensionamento forte do mancai onde a folga entre o anel interno e o anel externo do mancai é menor que 0,0 mm, em particular -0,1 mm ou menos e de preferência entre -0,15 e -0,6 mm.

Claims (15)

1. Turbina eólica de acionamento direto com um sistema de controle térmico (15) tendo um gerador (11) com um rotor (12) e um estator (13) e um mancai (5) com um anel interno (6) e um anel externo (7) conectando o rotor (12) e o estator (13) de modo rotativo, caracterizado pelo fato de que: o sistema de controle térmico (15) compreende um sistema de resfriamento (16) e um sistema de aquecimento (17), em que o sistema de resfriamento (16) compreende pelo menos um dissipador de calor (18) que está em comunicação térmica com o anel interno (6) do mancai (5) e um dispositivo dissipador de calor (24) que está em comunicação térmica com o dissipador de calor (18), e em que o sistema de aquecimento (17) compreende pelo menos um elemento de aquecimento (25) que está em comunicação térmica com o anel externo (7) do mancai (5).
2. Turbina eólica de acionamento direto, de acordo com a reivindicação 1, em que o dissipador de calor (18) compreende um reservatório de resfriamento para um meio de resfriamento.
3. Turbina eólica de acionamento direto, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o dissipador de calor (18) está disposto em uma superfície circunferencial interna (6a) do anel interno (6).
4. Turbina eólica de acionamento direto, de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, em que o dissipador de calor (18) é formado integralmente com o anel interno (6).
5. Turbina eólica de acionamento direto, de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, em que o elemento de aquecimento (25) compreende meios de aquecimento elétrico e/ou meio de aquecimento de fluido quente.
6. Turbina eólica de acionamento direto, de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, em que o elemento de aquecimento (25) está disposto no anel externo (7), um garfo de rotor (8) e/ou um cubo de lâmina (9).
7. Turbina eólica de acionamento direto, de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, em que o elemento de aquecimento (25) é formado integralmente com o anel externo (7).
8. Turbina eólica de acionamento direto, de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, em que o sistema de controle térmico (15) compreende um dispositivo de controle (22, 27) em comunicação com o sistema de resfriamento (16) e/ou o sistema de aquecimento (17) para controlar a temperatura do mancai (5).
9. Turbina eólica de acionamento direto, de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, em que o sistema de controle térmico (15) compreende pelo menos um dispositivo de medição de temperatura (26).
10. Montagem de mancai compreendendo um anel interno (6) e um anel externo (7), em que pelo menos um reservatório de resfriamento (18) está disposto no anel interno (6) e/ou anel externo (7), em que o reservatório de resfriamento (18) compreende pelo menos um orifício para troca de um meio de resfriamento, e em que pelo menos um elemento de aquecimento (25) está disposto no anel externo (7) e/ou anel interno (6).
11. Montagem de mancai, de acordo com a reivindicação 10, em que os reservatórios de resfriamento (18) se estendem ao longo de uma superfície circunferencial interna (6a) do anel interno (6) e em que dois reservatórios de resfriamento (18) estão dispostos em paralelo.
12. Montagem de mancai, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, em que pelo menos um dispositivo de medição de temperatura (26) está disposto no anel interno (6) e/ou anel externo (7).
13. Método para controlar a temperatura de um mancai (5) com um anel interno (6) e um anel externo (7), compreendendo as etapas de: - medir a temperatura do mancai (5), - controlar o fluxo de um meio de resfriamento, como água, através de pelo menos um reservatório de resfriamento (18) fixado em um anel (6, 7) do mancai (5), e - controlar um elemento de aquecimento (25) em comunicação térmica com um anel (6, 7) do mancai (5).
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, em que uma folga entre o anel interno (6) e o anel externo (7) do mancai (5) é controlada.
15. Método, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, em que uma folga entre o anel interno (6) e o anel externo (7) do mancai (5) é de- terminada menor que ou igual a zero.
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