BR102012022742A2 - Unidade auxiliar de turbina para energia eólica - Google Patents
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Abstract
UNIDADE AUXILIAR DE TURBINA PARA ENERGIA EÓLICA Uma unidade auxiliar para uma turbina de energia eólica (1) apresentando uma nacela (3) e uma máquina elétrica rotativa (4); a unidade auxiliar (30) apresentando uma estrutura (31) concebida para conectar na nacela (3) da turbina de energia eólica (1) e definir uma câmara auxiliar para alojar ao menos um dispositivo (32, 33, 34) para condicionar a energia elétrica produzida pela máquina elétrica rotativa (4); e um guindaste de ponte (39) para manejar o dispositivo (32, 33, 34) no lado interno e externo da câmara auxiliar.
Description
Unidade auxiliar de turbina para energia eólica A presente invenção se refere a uma unidade auxiliar para
turbina de energia eólica.
As turbinas eólicas normalmente compreendem uma estrutura vertical; uma nacela montada de forma rotativa na parte superior da estrutura vertical; um conjunto de pás para converter a energia cinética do vento em rotação; e uma máquina elétrica rotativa para converter a rotação em energia elétrica que é alimentada na rede de energia elétrica. Em adição à máquina elétrica rotativa, as turbinas eólicas também compreendem um número de, por exemplo, dispositivos elétricos, eletrônicos e mecânicos, para fornecer a energia elétrica produzida na rede com fase e freqüência correta.
O espaço disponível no interior da nacela é algumas vezes limitado: devido á largura máxima permitida da nacela, o tamanho da qual afeta o perfil aerodinâmico da turbina; devido aos problemas de peso; e devido aos problemas relacionados à construção da nacela e da estrutura da turbina em si. Em adição, para aumentar a potência elétrica da turbina, uma vez que esteja instalada, ainda é necessário mais espaço, além e acima daquele calculado na fase de projeto.
Em outras palavras, o espaço no interior da nacela não é sempre suficiente para acomodar todo o equipamento necessário para operar a turbina.
Uma solução conhecida de instalação do equipamento ao longo do interior da estrutura vertical apresenta o inconveniente de reduzir o espaço interno da estrutura para o acesso pelos trabalhadores, equipamento de manutenção e peças sobressalentes.
Outra solução conhecida de instalação do equipamento do lado de fora da estrutura vertical, próximo à base da turbina, apresenta o inconveniente de exigir longos cabos de baixa tensão, de grande seção transversal, para conectar a máquina elétrica rotativa.
É um objetivo da presente invenção fornecer uma unidade auxiliar de turbina de energia eólica projetada para eliminar os inconvenientes da arte conhecida.
De acordo com a presente invenção, é fornecida uma unidade auxiliar para uma turbina de energia eólica que compreende uma nacela e uma máquina elétrica rotativa; a unidade auxiliar compreendendo uma estrutura projetada para conectar na nacela da turbina de energia eólica e definir uma câmara auxiliar para alojar ao menos um dispositivo de condicionamento da energia elétrica produzida pela máquina elétrica rotativa; e um guindaste de ponte para manejar o dispositivo interno e externo à câmara auxiliar.
A unidade auxiliar de acordo com a presente invenção fornece um espaço próximo à nacela e máquina elétrica rotativa, através do fornecimento de uma câmara auxiliar nesta para alojar o dispositivo de operação da turbina. Uma vez que a unidade auxiliar é montada na nacela, o dispositivo é, portanto, alocado adjacente à máquina elétrica rotativa, solucionando assim os problemas impostos pelo limitado espaço de manobra no interior da turbina, e sem a necessidade de longos cabos elétricos.
Em adição, por meio da presente invenção, o dispositivo pode ser manejado pelo uso do guindaste de ponte, para a manutenção e instalação mais simples e rápida.
A unidade auxiliar de acordo com a presente invenção também pode ser utilizada com vantagem nas modificações de modernização nas turbinas de energia eólica existentes.
Em uma forma de realização preferida, a unidade auxiliar inclui um pavimento; e uma abertura inferior formada no pavimento para permitir a passagem do dispositivo.
Em virtude da presente invenção, o dispositivo pode ser inserido na ou removido da unidade auxiliar através do uso do guindaste de ponte, sem necessariamente passar através da estrutura vertical, mas diretamente a partir do lado externo da estrutura, simplificando assim a primeira instalação, manutenção e montagem.
Em uma forma de realização preferida, a estrutura compreende ao menos uma viga superior e ao menos uma viga inferior paralela uma à outra.
Em uma forma de realização preferida, o guindaste de ponte compreende uma guia formando parte integral da estrutura.
Em uma forma de realização preferida, a guia se estende ao longo de um pavimento, e é mais longa do que o pavimento de tal forma a se estender parcialmente no interior da nacela.
Em virtude da presente invenção, a unidade auxiliar pode ser montada na nacela para alocar a câmara auxiliar adjacente à nacela e para alocar ao menos um dispositivo adjacente à máquina elétrica rotativa. Em adição, a unidade auxiliar pode ser montada antes ou depois do dispositivo ser montado no seu interior.
Em uma forma de realização preferida, a câmara auxiliar apresenta uma sede traseira e as sedes laterais para alojar um número de dispositivos.
Em virtude da presente invenção, uma vez que a unidade auxiliar seja montada na nacela, um número de dispositivos é alocado adjacente à máquina elétrica rotativa, de tal forma que a energia é conduzida de forma mais eficiente a partir da máquina elétrica rotativa para o número de dispositivos.
Outro objetivo da presente invenção é o de fornecer uma turbina eólica projetada para eliminar as desvantagens da arte conhecida. De acordo com a presente invenção, é fornecida uma turbina de energia eólica que compreende uma estrutura vertical; uma nacela montada de forma rotativa na estrutura vertical; uma máquina elétrica rotativa; e uma unidade auxiliar compreendendo uma estrutura conectada de forma removível na nacela da turbina de energia eólica; uma câmara auxiliar para alojar ao menos um dispositivo; e um guindaste de ponte para manejar o dispositivo no lado interno e externo da câmara auxiliar.
Em virtude da presente invenção, a turbina de energia eólica apresenta uma câmara auxiliar para alocar ao menos um dispositivo adjacente à máquina elétrica rotativa para melhorar a eficiência da turbina. A presente invenção também é apropriada para as modificações de modernização nas turbinas de energia eólica existentes.
Em adição, o dispositivo pode ser inserido na, ou removido da câmara auxiliar usando o guindaste de ponte, sem necessariamente passar através da estrutura vertical, mas diretamente do lado externo da estrutura, simplificando assim a primeira instalação, manutenção e montagem.
Em uma forma de realização preferida, a nacela apresenta ao menos uma abertura para alojar parte da unidade auxiliar na nacela.
Em virtude da presente invenção, a unidade auxiliar é conectada de forma removível na nacela, para aumentar a flexibilidade da turbina de energia eólica. De fato, na primeira instalação, o dispositivo pode ser montado na unidade auxiliar no solo, e a unidade auxiliar, em seguida, montada na nacela; ou a unidade auxiliar pode ser montada na nacela, e, em seguida, o dispositivo é montado na unidade auxiliar usando o guindaste de ponte. A turbina de energia eólica é também mais flexível em termos de manutenção, reduzindo assim os custos de parada e manutenção.
Em uma forma de realização preferida, o guindaste de ponte compreende uma guia que define parte da estrutura e se estende parcialmente no interior da nacela.
Em virtude da presente invenção, o guindaste de ponte pode ser movido, e assim manobrar o dispositivo ou outras unidades no interior da nacela, melhorando assim a capacidade de manobra e simplificando a primeira instalação e manutenção.
Em uma forma de realização preferida da invenção, a dita guia se estende ao longo da estrutura vertical para permitir que o guindaste de ponte realize as operações de carga e descarga no interior da estrutura vertical.
Em virtude da presente invenção, o guindaste de ponte pode mover o dispositivo a partir da estrutura vertical para a unidade auxiliar, e vice versa, através da nacela, melhorando assim a capacidade de manobra do dispositivo, tanto nas etapas de montagem como de manutenção, e assim, simplificando as operações de montagem e manejo como um todo.
Outro objetivo da presente invenção é o de fornecer um método de montagem da turbina de energia eólica concebido para eliminar as desvantagens da arte conhecida.
De acordo com a presente invenção, é fornecido um método de montagem da turbina de energia eólica, a turbina eólica compreendendo uma estrutura vertical; uma nacela; e uma unidade auxiliar compreendendo uma estrutura projetada para montar na nacela; o método compreendendo as etapas de montar uma máquina elétrica rotativa na nacela; montar um dispositivo na estrutura; e montar a estrutura da unidade auxiliar na nacela.
A presente invenção propicia a simplificação da montagem de uma turbina de energia eólica através de sua concepção de forma modular, e através da redução do custo de construção em virtude da economia em escala proporcionada. A presente invenção também apresenta a vantagem de que todas as conexões e testes sejam realizados no solo, ou seja, mais rapidamente e facilmente, com mais espaço de trabalho e condições de trabalho mais seguras, ao invés de a muitos metros acima do solo.
Serão descritos um número de formas de realização não Iimitativas da presente invenção a título de exemplo com referência aos desenhos acompanhantes, nos quais:
- a figura 1 mostra uma vista lateral parcialmente tracejada, com partes removidas para maior clareza, de uma turbina de energia eólica e unidade auxiliar de acordo com a presente invenção;
- a figura 2 mostra uma vista em perspectiva de um
detalhe na figura 1;
- a figura 3 mostra uma vista de plano superior de um
detalhe na figura 1;
- a figura 4 mostra uma vista em perspectiva de uma forma de realização alternativa da figura 1.
O número 1 na figura 1 indica como um todo a turbina de energia eólica para a produção de energia elétrica, a qual compreende uma estrutura vertical 2; uma nacela 3; uma máquina elétrica rotativa 4; um cubo 5; e três pás de hélice 6 (apenas duas mostradas na figura 1). A nacela 3 é montada para rotacionar em relação à estrutura vertical 2 em torno de um eixo A1, e o cubo 5 rotaciona em relação a nacela 3 em torno de um eixo A2. A máquina elétrica rotativa 4 compreende um estator 7 que define parcialmente a nacela 3, ou melhor, a concha externa da nacela 3; e um rotor 8 rigidamente conectado ao cubo 5. E um rolamento alocado entre o estator 7 e o rotor 8, próximo da conexão do cubo 5 com o rotor 8. O estator 7 compreende um corpo tubular 10, e um número de setores ativos do estator dispostos em torno do eixo A2 e montados no corpo tubular 10; e rotor 8 compreende um corpo tubular 12, e um número de setores ativos do rotor dispostos em tomo do eixo A2 e montados no corpo tubular 12.
Os setores ativos do estator e do rotor se estendem paralelamente ao eixo A2, são posicionados de frente um ao outro e separados por um espaço, e são axialmente inseríveis e removíveis em relação aos respectivos corpos tubulares 10 e 12. No exemplo mostrado, a máquina elétrica rotativa 4 é uma máquina elétrica síncrona de imãs permanentes; cada setor ativo do estator é definido por uma guia magnética acoplada a uma bobina (não mostrada); e cada setor ativo do rotor é definido por guias magnéticas acopladas a imãs permanentes.
Como mostrado na figura 2, a nacela 3 compreende uma concha externa 13, que por sua vez compreende uma porção inferior 14 da nacela e uma porção superior 15 da nacela, em ambas as quais são formadas as aberturas 16. As porções 14 e 15 da nacela podem ser transportadas separadamente e montadas no local de instalação da turbina de energia eólica 1.
A nacela 3 compreende uma flange 18 para a conexão de um pivô da estrutura vertical 2.
Mais especificamente, a porção inferior 14 da nacela 3 compreende a flange 18 para conectar no pivô, e uma porção superior 15 é conectada na porção inferior 14.
Com referência aos desenhos anexos, a turbina de energia eólica 1 compreende uma unidade auxiliar 30 que apresenta uma estrutura 31 para conectar na nacela 3 da turbina de energia eólica 1; e três dispositivos 32, 33, 34 de condicionamento da energia elétrica produzida pela máquina elétrica rotativa 4, para alimentar a rede de energia elétrica.
A unidade auxiliar 30 compreende uma câmara auxiliar formada na estrutura 31 para alojar os dispositivos 32, 33, 34, e compreende uma sede traseira 35 e duas sedes laterais 36, 37.
O dispositivo de condicionamento de energia elétrica 33 é um transformador elétrico alojado na sede traseira 35 na câmara auxiliar.
Os dispositivos 32 e 34 são chaves conversoras alojadas nas respectivas sedes laterais 36 e 37, para a conversão de entidades elétricas, tais como tensão e/ou freqüência e/ou corrente, de energia elétrica a partir de máquina elétrica rotativa para alimentar a rede elétrica.
A unidade auxiliar 30 compreende um guindaste de ponte 39 para o manejo dos dispositivos 32, 33, 34. E a estrutura 31 compreende uma viga central superior 40 montada na parte interna da nacela 3, e que define uma guia 38 do guindaste de ponte 39. A guia 38 se estende ao longo da unidade auxiliar 30 e no interior da nacela 3 de tal forma a permitir que o guindaste de ponte 38 maneje os dispositivos 32, 33, 34 no interior da câmara auxiliar e da nacela 3. Em outras palavras, o guindaste de ponte 39 é conectado de forma móvel na viga central superior 40.
A estrutura 31 compreende as vigas superiores 41 e a vigas inferiores 42 paralelas uma à outra e apresentando as respectivas extremidades 43 e 44; as vigas superiores 41 são fixadas no interior da nacela 3 através das aberturas 16; e as vigas inferiores 42 são fixadas no exterior da nacela 3.
A nacela 3 apresenta uma abertura 45 formada na porção superior 15 da nacela 3, e que se estende paralela ao eixo A2 ao longo de todo o comprimento da nacela 3 para alojar a viga central superior 40.
Em outras palavras, a viga central superior 40 é inserida no interior de abertura 45 ao longo de todo o comprimento da nacela 3, de tal forma que a unidade auxiliar 30 se estende em grande parte para fora da nacela 3.
O guindaste de ponte 39, conectado na viga central superior 40, se destina a se mover de uma primeira posição, na qual o guindaste de ponte 39 está alocado no interior da nacela 3 e adjacente à máquina elétrica rotativa 4, para uma segunda posição, na qual o guindaste de ponte 39 é alocado em uma extremidade da viga central superior 40, do lado de fora da nacela 3 e além da sede traseira 35. A unidade auxiliar 30 também compreende um pavimento 46 alocado no lado inferior da unidade auxiliar 30 e conectado na estrutura 31 para permitir a passagem dos operários de manutenção.
A unidade auxiliar 30 apresenta uma abertura inferior 49 formada no pavimento 46 e fechada por uma escotilha removível para permitir a inserção e remoção dos dispositivos 32, 33, 34 que entram e saem da unidade auxiliar 30 usando o guindaste de ponte 39.
Os dispositivos 32, 33, 34 podem também ser inseridos e removidos, utilizando o guindaste de ponte 39, através da passagem na nacela 3 e estrutura vertical 2.
A unidade auxiliar 30 também compreende os dispositivos de conexão 50 externos reversíveis conectados na viga central superior 40 para manobrar a unidade auxiliar 30 usando guindastes ou outros dispositivos semelhantes.
A unidade auxiliar 30 também compreende um invólucro externo (não mostrado) envolvendo a câmara auxiliar e a estrutura 31 para proteger, de agentes externos, os dispositivos 32, 33, 34 e outros equipamentos no interior da câmara auxiliar.
Durante a construção da unidade auxiliar 30, os dispositivos 32, 33, 34 são montados na estrutura 31, utilizando um guindaste, antes da fixação da unidade auxiliar 30 na nacela 3. Isto apresenta a vantagem de permitir que todas as conexões e testes sejam realizados no solo, ao invés de a muitos metros acima do solo, permite mais espaço aos trabalhadores para se moverem livremente e, portanto, simplifica a manutenção, reduz o tempo de manutenção, o tempo de parada, e os custos.
De acordo com outro modo de operação preferível adotado durante o serviço, os dispositivos 32, 33, 34 são montados na estrutura 31 após a estrutura 31 estar montada na nacela 3. Mais especificamente, os dispositivos 32, 33, 34 são fixados no guindaste de ponte 39 e içados através da abertura inferior 49 sobre a estrutura 31. Isto simplifica a manutenção e a substituição dos dispositivos 32, 33, 34.
Em uma forma de realização preferida mostrada na figura 4, a estrutura 31 é dividida em uma porção superior 55 da estrutura; duas porções laterais 56, 57 da estrutura, uma de cada lado; e uma porção traseira 58 da estrutura. A porção superior 55 da estrutura é conectada nas duas porções laterais 56, 57 da estrutura através dos meios de fixação 59; a porção traseira 58 da estrutura é conectada nas porções laterais 56, 57 da estrutura através dos meios de fixação 59; a porção superior 55 da estrutura compreende o guindaste de ponte 39, a guia 38, e a viga central superior 41; a porção traseira 58 da estrutura define a sede traseira 35; e as porções laterais 56 e 57 da estrutura compreendem as vigas superiores 41 e as vigas inferiores 42, e definem as respectivas sedes laterais 36 e 37.
As porções 55, 56, 57, 58 da estrutura são transportadas separadamente e depois montadas sobre a estrutura 31 no local de instalação.
Em virtude da presente invenção, a unidade auxiliar 30 pode ser montada no lado de fora da nacela 3, adjacente à máquina elétrica rotativa 4, solucionando assim os problemas representados pelo espaço limitado de manobra no interior da turbina de energia eólica 1, e sem a necessidade de longos cabos elétricos. Mais especificamente, a unidade auxiliar 30 pode ser movida para a sua posição e fixada na nacela 3 utilizando um guindaste externo, e também pode ser usada com vantagem nas modificações de modernização nas turbinas de energia eólica existentes.
Evidentemente, podem ser feitas alterações no equipamento e método conforme descrito aqui, sem, contudo, se afastar do âmbito das reivindicações acompanhantes.
Claims (13)
1. Unidade auxiliar para uma turbina de energia de energia eólica (1), caracterizada pelo fato de compreender uma nacela (3) e uma máquina elétrica rotativa (4); a unidade auxiliar (30) compreendendo uma estrutura (31) projetada para conectar na nacela (3) da turbina de energia eólica (1) e definindo uma câmara auxiliar para alojar ao menos um dispositivo (32, 33, 34) de condicionamento da energia elétrica produzida pela máquina elétrica rotativa (4); e um guindaste de ponte (39) para manejar o dispositivo (32, 33, 34) no lado interno e externo da câmara auxiliar.
2. Unidade auxiliar, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender um pavimento (46) e uma abertura inferior (49) formada no pavimento (46) para permitir a passagem do dispositivo (32, 33, 34).
3. Unidade auxiliar, de acordo com a reivindicação 1 ou a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a estrutura (31) compreende ao menos uma viga superior (41) e ao menos uma viga inferior (42) paralelas uma à outra.
4. Unidade auxiliar, de acordo com qualquer uma dentre as reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o guindaste de ponte (39) compreende uma guia (38) que forma uma parte integral da estrutura (31).
5. Unidade auxiliar, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a guia (38) se estende ao longo de um pavimento (46), e é mais longa do que o pavimento (46) de tal forma a se estender parcialmente no interior da nacela (3).
6. Unidade auxiliar, de acordo com qualquer uma dentre as reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a câmara auxiliar apresenta uma sede traseira (35) e as sedes laterais (36, 37) para alojar um número de dispositivos (32, 33, 34).
7. Unidade auxiliar, de acordo com qualquer uma dentre as reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a estrutura (31) é dividida em porções (55, 56, 57, 58) de estrutura conectadas uma à outra e que definem a câmara auxiliar.
8. Turbina de energia eólica, caracterizada pelo fato de compreender uma estrutura vertical (2); uma nacela (3) montada de forma rotativa na estrutura vertical (2); uma máquina elétrica rotativa (4); e uma unidade auxiliar (30) que compreende uma estrutura (31) conectada de forma removível na nacela (3) da turbina de energia eólica (1); uma câmara auxiliar para alojar ao menos um dispositivo (32,33,34); e um guindaste de ponte (39) para manejar o dispositivo (32, 33, 34) no lado interno e externo da câmara auxiliar.
9. Turbina de energia eólica, de acordo com a reivindicação8, caracterizada pelo fato de que a nacela (3) apresenta ao menos uma abertura (16, 45) para alojar parte da unidade auxiliar (30) na nacela (3).
10. Turbina de energia eólica, de acordo com a reivindicação 8 ou a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o guindaste de ponte (39) compreende uma guia (38) que define parte da estrutura (31) e se estende parcialmente no interior da nacela (3).
11. Turbina de energia eólica, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a dita guia (38) se estende ao longo da estrutura vertical (2) para permitir que o guindaste de ponte (39) realize as operações de carga e descarga no interior da estrutura vertical (2).
12. Turbina de energia eólica, de acordo com qualquer uma dentre as reivindicações de 8 a 11, caracterizada pelo fato de que a nacela (3) é dividida em uma porção (14) da nacela e uma porção (15) adicional da nacela, conectadas uma à outra.
13. Método de montagem da turbina de energia eólica, a turbina de energia eólica compreendendo uma estrutura vertical (2); uma nacela (3); e uma unidade auxiliar (30) que compreende uma estrutura (31) projetada para ser montada na nacela (3); o método sendo caracterizado pelo fato de compreender as etapas de montagem de uma máquina elétrica rotativa (4) na nacela (3); montagem de um dispositivo (32, 33, 34) na estrutura (31); e a montagem da estrutura (31) da unidade auxiliar (30) na nacela (3).
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