BR102012012461B1

BR102012012461B1 - método para união de uma primeira e uma segunda peças pré-fabricadas de uma pá de turbina eólica

Info

Publication number: BR102012012461B1
Application number: BR102012012461A
Authority: BR
Inventors: Zugasti Paramo Amaia; Rodriguez Saiz Emilio; Sanz Pascual Eneko; Javier Marin Martinez Francisco; Arocena De La Rua Ion; Velez Oria Sergio
Original assignee: Gamesa Innovation & Tech Sl
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2020-04-07
Also published as: CN102794974A; ES2554387T3; EP2527128A2; CN102794974B; EP2527128B1; ES2399259A1; EP2527128A3; ES2399259B1; US20120301316A1; PL2527128T3; BR102012012461A2

Abstract

um método de união para uma pá de aerogerador multi-painel. um método de união para uma pá de aerogerador multi-painel. a união de uma primeira e uma segunda peças pré-fabricadas de uma pá de aerogerador compreende as etapas de: dispor bandas (45,55,65) de um material adesivo em um estado fresco utilizável seguindo traçados (43,53,63) assinalados em uma área de união de uma dessas peças, sendo capaz esse material adesivo de fluir na fase de cura de uma forma controlada, determinando a largura (w) e a altura (h) dessas bandas (45,55,65) e a separação (s1) entre esses traçados (43,53,63) de modo que uma separação predeterminada (s2) entre essas bandas, compreendida entre 0 e 300 mm, se mantenha após a união; unir ambas as peças sob condições predeterminadas de pressão e temperatura. a invenção também se refere a uma pá de aerogerador com peças pré-fabricadas unidas utilizando esse método.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: MÉTODO PARA UNIÃO DE UMA PRIMEIRA E UMA SEGUNDA PEÇAS PRÉ-FABRICADAS DE UMA PÁ DE TURBINA EÓLICA. CAMPO DA INVENÇÃO [0001] A presente invenção se refere em geral a pás de turbina eólica multi-painel e particularmente a um método de união de uma pá de turbina eólica multi-painel e a uma pá de turbina eólica unida utilizando esse método.

ANTECEDENTES [0002] Os aerogeradores incluem um rotor que suporta várias pás que se prolongam radialmente para capturar a energia cinética do vento e causam um movimento rotatório de um trem de potência acoplado a um gerador elétrico para produzir energia elétrica.

[0003] A quantidade de energia produzida pelos aerogeradores depende da superfície de varrimento do rotor de pás que recebe a ação do vento e, consequentemente, o aumento do comprimento das pás implica normalmente um aumento da produção de energia do aerogerador.

[0004] Contudo, o tamanho das pás para parques eólicos localizados em terra está limitado atualmente em certa medida por condicionamentos infra-estruturais e de transporte. Em particular, o tamanho de pontes e túneis limita o tamanho da corda da pá máxima.

[0005] Para resolver em particular os problemas apresentados por pás de grande comprimento a técnica anterior descreve a divisão da pá em duas ou mais secções longitudinais providas com meios de união, de forma que cada seção possa ser fabricada individualmente e todas as secções possam ser montadas no lugar de instalação do aerogerador. Alguns exemplos dessa técnica anterior são os seguintes. [0006] O documento DE 3 109 566 descreve uma pá de turbina eólica subdividida em pelo menos duas seções longitudinais que se

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2/10 unem mediante um prego extensível.

[0007] O documento US 4.389.182 descreve uma pá de turbina eólica subdivida em várias seções longitudinais que estão interligadas por elementos tensionadores como cabos de aço passantes através das seções da pá.

[0008] O documento EP 1 244 873 A1 descreve uma pá de turbina eólica subdividida em seções longitudinais que se unem através de uma união rente que compreende vários clips dispostos ao longo da junta com as suas respectivas extremidades fixados às seções objeto de união e pregos para fixar esses clips.

[0009] Os documentos WO 2005/100781, WO 2006/103307, WO

2007/051879 em nome do depositante descrevem pás de turbina eólica subdivididas em seções longitudinais com meios melhorados de união. [00010] Também se conhece a técnica anterior que descreve a divisão da pá em várias seções transversais adicional ou independentemente à divisão em seções longitudinais. Alguns exemplos dessa técnica anterior são os seguintes.

[00011] O documento EP 1 184 566 A1 descreve uma pá de turbina eólica que está formada montando uma, duas ou mais seções longitudinais, cada uma das quais compreende um elemento central formado por um tubo longitudinal de fibra de carbono sobre o qual estão montadas uma série de nervuras transversais de fibra de carbono ou fibra de vidro unidas a essa zona central e uma cobertura de fibra de carbono ou fibra de vidro unida a essas nervuras.

[00012] O documento WO 01/46582 A2 descreve uma pá de turbina eólica que tem uma pluralidade de elementos divididos unidos a uma viga caixa transmissora da carga e separados por juntas elásticas que permitem a esses elementos divididos movimentos entre eles com o objetivo de minimizar os esforços de tração na região da pá em que estão localizados esses elementos divididos.

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3/10 [00013] O documento EP 1 965 074 em nome do depositante descreve uma pá de turbina eólica formada por dois painéis préfabricados de asas e dois painéis pré-fabricados de almas dispostos um ao lado do outro em forma de caixa e pelo menos duas seções longitudinais de conchas formando, respectivamente, a borda de ataque e a borda de saída da correspondente secção da pá que estão dispostas adjacentemente às seções da viga central, estando definido o perfil aerodinâmico da pá por esses painéis de asas e por esses painéis únicos de conchas.

[00014] Um dos métodos conhecidos para unir as componentes de uma pá de turbina eólica é uma união adesiva. A técnica típica da aplicação do adesivo em uma superfície desses componentes é a distribuição do adesivo desde um recipiente ao qual é bombeado a partir de uma máquina de mistura em que é realizada e controlada a dosagem das componentes do adesivo.

[00015] Este processo tem várias desvantagens: requer tempos de aplicação muito exigentes, os trabalhadores que realizam a operação necessitam de equipamentos de proteção e é difícil uma aplicação correta sobre a superfície de união. Por outra parte, esse processo implica o uso de um excesso de adesivo e, portanto, um aumento de peso e custo.

[00016] A tendência atual na indústria de turbinas eólicas a pás de rotor maiores requer novos desenhos de pás aptos para cumprir com as condicionantes de transporte e com as condicionantes de qualidade na fabricação apresentadas por pás que podem atingir comprimentos de 100 m e cordas de 8 m pelo que existe uma demanda particular para melhorar as uniões adesivas das pás segmentadas.

[00017] A presente invenção está orientada à satisfação dessa demanda.

SUMARIO DA INVENÇÃO

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4/10 [00018] Um objetivo da presente invenção é proporcionar um método para unir peças pré-fabricadas de uma pá de turbina eólica que permita o controle do volume do material adesivo e, portanto, uma redução de peso.

[00019] Outro objetivo da presente invenção é proporcionar um método para unir peças pré-fabricadas de uma pá de turbina eólica que facilite a aplicação do material adesivo nas zonas de união.

[00020] Em um aspecto estes e outros objetivos são cumpridos por meio de um método de união de uma primeira e uma segunda peças pré-fabricadas de uma pá de turbina eólica que compreende as etapas de:

- dispor bandas de um material adesivo em um estado não curado manejável seguindo traçados assinalados em uma área de união de uma dessas peças, sendo capaz esse material adesivo de fluir na fase de cura de uma forma controlada, e determinando a largura e a altura dessas bandas e a separação entre esses traçados de modo que uma separação pré-determinada entre essas bandas, compreendida entre 0-300 mm se mantenha após a união;

- unir ambas as peças sob condições predeterminadas de pressão e temperatura. Em modalidades preferentes o material adesivo utilizado para dispor essas bandas é proporcionado em um dos seguintes formatos: fita, tira, rolo. É usado assim um material adesivo em um formato que facilita a sua aplicação nas superfícies de união, bem como um controle total do seu peso.

[00021] Em modalidades preferentes o material adesivo utilizado para dispor essas bandas se proporciona em blocos. Utiliza-se, assim, um material adesivo em um formato totalmente adaptado para a sua aplicação em bandas.

[00022] Em modalidades preferentes o material adesivo tem uma consistência em estado não curado que permite que essas bandas

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5/10 mantenham a sua geometria original quando não estão submetidas a pressão e a altura dessas bandas seja reduzida em uma proporção compreendida entre 25%-95% (preferentemente 50%-95%) da altura original quando submetidas a uma pressão compreendida entre 0,05 e 2 MPa. É usado, assim, um material adesivo com a consistência necessária para por um lado, permitir a sua aplicação em um estado semi-sólido e, por outro lado, controlar o seu fluxo durante a etapa de secagem nas condições típicas em que é levada a cabo a união de peças pré-fabricadas de uma pá de turbina eólica.

[00023] Em modalidades preferentes a aderência a cisalhamento desse material adesivo em estado seco é maior de 15 MPa. Utiliza-se, assim, um material adesivo com a aderência a cisalhamento requerida para unir peças pré-fabricadas de uma pá de turbina eólica.

[00024] Em modalidades preferentes essas condições predeterminadas de pressão e temperatura são as seguintes: a pressão está compreendida entre 0,05 e 2 MPa e a temperatura está compreendida entre 40°C e 100°C. Estas são as condições típicas para unir peças pré-fabricadas de uma pá de turbina eólica pelo que o método segundo a invenção não necessita de nenhum equipamento especial.

[00025] Em modalidades preferentes esse material adesivo é um material adesivo de um só componente selecionado dentre uma das seguintes: poliuretano, resinas epóxi, ésteres de vinilo ou metacrilato. Desta forma consegue-se um método de união usando componentes adesivas conhecidas.

[00026] Em modalidades preferentes as dimensões dessas bandas em estado não curado são: uma largura compreendida entre 30-150 mm, uma altura compreendida entre 2-40 mm e uma separação entre traçados compreendida entre 20-300 mm. Assim, o método é aplicável para a união de peças pré-fabricadas de turbinas eólicas de dimensões

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6/10 muito diferentes.

[00027] Em modalidades preferentes para a união de uma primeira peça que pertence a uma viga da pá e uma segunda peça que pertence a uma concha da pá, as dimensões dessas bandas em estado não curado são as dimensões mencionadas no parágrafo anterior.

[00028] Em modalidades preferidas para unir painéis de uma viga da pá ou para unir conchas de uma pá, essas bandas têm uma largura compreendida entre 30-150 mm, uma altura compreendida entre 2-25 mm e uma separação entre traçados compreendida entre 20-50 mm.

[00029] A invenção também se refere à utilização do método mencionado anteriormente para unir peças prefabricadas de uma pala de turbina eólica e a uma pá de turbina eólica que compreende pelo menos duas peças pré-fabricadas unidas usando o método mencionado anteriormente, quer pertencentes a um módulo da pá ao à pá inteira.

[00030] Outras características e vantagens da presente invenção desprender-se-ão da seguinte descrição detalhada em relação com as figuras que se acompanham.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [00031] A Figura 1a apresenta em uma vista esquemática em perspectiva as principais componentes do módulo interior de uma pá de turbina eólica dividida em dois módulos.

[00032] A Figura 1b apresenta em uma vista esquemática em perspectiva as principais componentes da viga desse módulo interior.

[00033] A Figura 2 é uma vista em seção transversal desse módulo interior.

[00034] As Figuras 3a, 3b, 5a, 5b, 7a, 7b são, respectivamente, vistas esquemáticas em planta e em seção transversal pelo plano A-A do estado inicial de uma união adesiva entre duas componentes desse módulo interior segundo três modalidades desta invenção.

[00035] As Figuras 4a, 4b, 6a, 6b, 8a, 8b são, respectivamente, vistas

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7/10 esquemáticas em planta e em seção transversal pelo plano A-A do estado final de uma união adesiva entre duas componentes desse módulo interior segundo três modalidades desta invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERENTES [00036] Em uma pá de turbina eólica multi-painel, a pá inteira podese dividir em, por exemplo, uns módulos interior e exterior e cada um deles em várias peças pré-fabricadas para a sua montagem em uma instalação ou em uma fábrica.

[00037] Como se ilustra nas Figuras 1a, 1b e 2, o módulo interior 13 da pá pode ser formado pelas conchas superior e inferior 17, 19 e uma viga 15 que também pode estar formada por uma aba superior 21, uma aba inferior 23, uma alma de borda de ataque 25 e uma alma de borda de saída 27.

[00038] Todas essas componentes individuais da viga são préfabricadas e se montam unindo os grampos 31, 33 dessas componentes.

[00039] Em um passo posterior o módulo interior monta-se unindo as conchas pré-fabricadas superior e inferior 17, 19 à viga 15 e unindo os bordos das conchas superior e inferior 17, 19.

[00040] Neste módulo interior existem três áreas diferentes de união: as áreas de união 41 dos grampos 31, 33 dos componentes da viga, as áreas de união 51 entre as abas da viga 21, 23 e, respectivamente, as conchas superior e inferior 17, 19 e as áreas de união 61 entre os bordos das conchas superior e inferior 17,19.

[00041] Outras configurações de uma pá de turbina eólica muitipainel não necessariamente têm as mesmas três áreas de união, portanto, a seguir vamos nos referir por separado a essas áreas de união 41, 51, 61 e o técnico no assunto compreenderá facilmente qual seria aplicável a qualquer configuração particular de uma pá de turbina eólica.

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8/10 [00042] A ideia básica da presente invenção consiste na utilização de um material adesivo que:

- tem uma consistência que permite que possa ser proporcionado em formatos como fitas, tiras, rolos ou blocos;

- tem uma consistência que permite um controle total da colocação do adesivo na área de união em forma de bandas seguindo um traçado desejado, sem que se deforme nesta operação (realizada a temperatura ambiente), isto é, o material adesivo deve manter a sua geometria original quando não se submete a uma pressão (e a uma temperatura superior à temperatura ambiente da fábrica de pás de turbinas eólicas);

- tem uma consistência que permite que possa fluir de forma controlada durante a fase de secagem de forma que se atinja uma separação final predeterminada S2 entre bandas compreendida entre 0 e 300 mm; em particular a altura das bandas do material adesivo reduzir-se-á em uma proporção compreendida entre 25%-95% (preferivelmente entre 50%-95% ) da altura original H quando são submetidas a uma pressão compreendida entre 0,05 e 2 MPa;

- tem uma aderência a cisalhamento apropriada, em particular maior de 15 MPa, após a realização do processo de união a uma pressão compreendida entre 0,05 e 2 MPa e a uma temperatura compreendida entre 40°C e 100°C.

[00043] Em termos gerais considera-se que para as diferentes áreas de união de uma pá de turbina eólica, essas bandas terão uma largura W compreendida entre 30-150 mm, uma altura H compreendida entre

2-40 mm e uma separação S1 entre traçados compreendida entre 20300 mm.

[00044] Em modalidades da presente invenção uma união adesiva na área de união 41 entre, por exemplo, a aba superior 21 e a alma da borda de saída 27 leva-se a cabo dispondo bandas 45 de um material

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9/10 adesivo em um estado usável não curado seguindo traçados 43 assinalados na área de união 41 da alma da borda de saída 27 com uma separação S1 entre elas como se apresenta nas Figuras 3a e 3b e unindo a aba superior 21 e a alma da borda de saída 27 sob condições predeterminadas de pressão e temperatura a fim de que esse adesivo se seque e essas peças se unam. O material adesivo é capaz de fluir na etapa de secagem de uma forma controlada para que o comprimento W e a altura H das bandas 45 e a separação 81 entre esses traçados 43 se determinem de forma que no fim do processo de união das bandas tenham uma largura W1 uma altura H1 e uma separação 32 entre elas predeterminadas como se mostra nas Figuras 4a e 4b.

[00045] Em uma modalidade particular desta invenção para essas áreas de união 41 entre componentes da viga as bandas 45 com uma largura W compreendida entre 30-150 mm e uma altura H compreendida entre 2-25 mm, foram dispostas na área de união 41 com uma separação S1 entre os traçados 43 compreendida entre 20-50 mm. Após o processo de união, a largura aumenta aproximadamente 50% e a altura reduz-se aproximadamente 50%. Estes resultados mostram que utilizando um adesivo de uma fluidez adequada a forma final das bandas adesivas pode ser controlada evitando as perdas típicas das uniões adesivas conhecidas.

[00046] Em modalidades da presente invenção uma união adesiva na área de união 51 entre, por exemplo, a concha superior 17 e a aba superior 21 leva-se a cabo dispondo bandas 55 de um material adesivo em um estado usável não curado seguindo traçados 53 assinalados na área de união 51 da alma da borda de saída 27 com uma separação S1 entre elas como se mostra nas Figuras 5a e 5b e unindo a concha superior 17 e a aba superior 21 sob condições predeterminadas de pressão e temperatura a fim de que esse adesivo se seque e essas peças se unam. O material adesivo é capaz de fluir na etapa de

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10/10 secagem de uma forma controlada para que a largura W e a altura H das bandas 55 e a separação S1 entre esses traçados 53 se determinem de forma que no fim do processo de união as bandas tenham uma largura W1, uma altura H1 e uma separação S2 entre elas predeterminadas como se mostra nas Figuras 6a e 6b.

[00047] No caso mostrado nas Figuras 6a e 6b não existe separação entre as bandas finais 55. Isto pode ser desejável se uma camada contínua de adesivo é necessária para evitar o empenamento que ocorreria em outro caso nas seções da concha sem adesivo. Mas também é possível o desenho da união entre conchas e abas de vigas com bandas 55 com uma largura W e uma separação S1 entre traçados selecionadas para minimizar o volume do adesivo se não existirem riscos de empenamento nas seções de conchas localizadas sobre os buracos entre bandas adesivas devido a, por exemplo, um desenho especial das conchas.

[00048] Mesmo que a presente invenção tenha sido descrita inteiramente em ligação com modalidades preferidas, é evidente que podem ser introduzidas as modificações dentro do seu âmbito, não considerando este como limitado pelas anteriores modalidades, mas sim pelas concretizações seguintes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1- Método para união de uma primeira e uma segunda peças pré-fabricadas de uma pá de turbina eólica, caracterizado por compreender as etapas de

- dispor bandas (45, 55, 65) de um material adesivo em um estado não curado utilizável seguindo traçados (43, 53, 63) assinalados em uma área de união de uma das ditas peças, o dito material adesivo sendo capaz de fluir em uma fase de secagem em uma forma controlada, a largura (W) e a altura (H) das ditas bandas (45, 55, 65) e a separação (S1) entre os ditos traçados (43, 53, 63) sendo determinados de modo que uma separação predeterminada (S2) entre as ditas bandas (45, 55, 65), compreendida entre 0 e 300 mm, se mantenha após a união;

- unir ambas as peças sob condições predeterminadas de pressão e temperatura.
2- Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material adesivo usado para dispor as ditas bandas (45, 55, 65) ser proporcionado em um dos seguintes formatos: fita, tira, rolo.
3- Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material adesivo usado para dispor as ditas bandas (45, 55, 65) ser proporcionado em blocos.
4- Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o material adesivo ter uma consistência no estado não curado que permite que

- as ditas bandas (45, 55, 65) mantenham a sua geometria original quando elas não estão submetidas a uma pressão;

- a altura das ditas bandas (45, 55, 65) seja reduzida em uma proporção compreendida entre 25%-95% da altura original (H) quando elas são submetidas a uma pressão compreendida entre 0,05 e 2 MPa.
5- Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado

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2/3 por a altura das ditas bandas se reduzir em uma proporção compreendida entre 50%-95% da altura original (H) quando elas são submetidas a uma pressão compreendida entre 0,05 e 2 MPa.
6- Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por a aderência ao cisalhamento do dito material adesivo no estado seco ser maior que 15 MPa.
7- Método de acordo com qualquer uma das reivindicações

1 a 6, caracterizado por as ditas condições predeterminadas de pressão e temperatura serem as seguintes

- a pressão está compreendida entre 0,05 e 2 MPa;

- a temperatura está compreendida entre 40°C e 100°C.
8- Método de acordo com qualquer uma das reivindicações

1 a 7, caracterizado por o dito material adesivo ser um material adesivo de um só componente selecionado entre um dos seguintes: poliuretano, resinas epóxi, ésteres de vinila ou metacrilato.
9- Método de acordo com qualquer uma das reivindicações

1 a 8, caracterizado por, no estado não curado

- as ditas bandas (45, 55, 65) terem uma largura (W) compreendida entre 30-150 mm e uma altura (H) compreendida entre

2-40 mm;

- a separação (S1) entre os ditos traçados (43, 53, 63) estar compreendida entre 20-300 mm.
10- Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por

- as ditas primeira e segunda peças pré-fabricadas serem painéis 27, 21; 27, 23; 25, 21; 25, 23) de uma viga (15) da pá;

- as ditas bandas (45) terem uma altura (H) compreendida entre 2-25 mm;

- a separação (S1) entre os ditos traçados (43) estar compreendida entre 20-50 mm.

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3/3
11- Método de acordo com qualquer uma das reivindicações

1 a 9, caracterizado por a dita primeira peça pré-fabricada pertencer a uma viga (15) da pá e a dita segunda peça pré-fabricada ser uma concha (17, 19) da pá.
12- Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por

- as ditas primeira e segunda peças serem conchas (17,19) da pá;

- as ditas bandas (65) terem uma altura (H) compreendida entre 2-25 mm;

- a separação (S1) entre os ditos traçados (63) estar compreendida entre 20-50 mm.