BR102013024853A2

BR102013024853A2 - wind turbine and wind turbine protection systems

Info

Publication number: BR102013024853A2
Application number: BR102013024853A
Authority: BR
Inventors: Luiz Afonso Montone
Original assignee: Luiz Afonso Montone Me
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2016-08-02

Abstract

sistemas de proteção de turbina eólica e turbina eólica a presente invenção se refere a um sistema de proteção de turbina eólica, acionável por força centrífuga, que compreende hastes (4) montadas radialmente, de maneira deslocável para fora do corpo da turbina (1), apresentando, cada uma, um contra-peso (3) na extremidade externa ao corpo (1), e um flange (5) na extremidade interna ao corpo (1); uma mola (8) disposta em torno da parte interna da haste (4) e atuante entre o dito flange (5) e a extremidade de uma bucha (6) montada na periferia do corpo da turbina (1); o flange (5) estando fixado em uma placa de sujeição (14) disposta no interior do corpo da turbina (1), e a dita placa de sujeição (14) sendo deslocável para fora do dito corpo (1); a extremidade interna do eixo (18) de cada uma das pás (2) da turbina apresentando uma engrenagem (9), uma cremalheira (10) atuando na dita engrenagem (9) acionando o eixo (18) em ambos os sentidos, horário ou anti-horário; e sendo que uma das extremidades da cremalheira (10) está fixada na placa de sujeição (14). a invenção se refere ainda a um outro sistema de proteção de turbina eólica que compreende um sistema de montagem da pá (2) ao corpo da turbina eólica (1), em que o eixo (18) da pá (2) está montado no interior do corpo (1) e se projeta para fora do dito corpo (1), e sendo que a pá (2) está montada na parte externa do eixo (18) por meio de parafusos (22).wind turbine and wind turbine protection systems the present invention relates to a centrifugal force actionable wind turbine protection system comprising radially mounted rods (4) displaceable out of the turbine body (1), each having a counterweight (3) at the outer end of the body (1) and a flange (5) at the inner end of the body (1); a spring (8) disposed about the inner part of the rod (4) and acting between said flange (5) and the end of a bushing (6) mounted on the periphery of the turbine body (1); the flange (5) being fixed to a clamping plate (14) disposed within the turbine body (1), and said clamping plate (14) being displaceable outside said body (1); the inner end of the shaft (18) of each of the turbine blades (2) having a gear (9), a rack (10) acting on said gear (9) driving the shaft (18) either clockwise or counter-clockwise; and wherein one end of the rack (10) is fixed to the clamping plate (14). The invention further relates to another wind turbine protection system comprising a blade mounting system (2) to the wind turbine housing (1), wherein the shaft (18) of the blade (2) is mounted internally. from the body (1) and protrudes out of said body (1), and the blade (2) is mounted on the outside of the shaft (18) by means of screws (22).

Description

“SISTEMAS DE PROTEÇÃO DE TURBINA EÓLICA E TURBINA EÓLICA” CAMPO TÉCNICO A presente invenção se refere a sistemas de proteção de turbinas eólicas, as quais podem ser associadas a geradores eólicos, mais \ particularmente a um primeiro sistema de proteção que utiliza força centrífuga, assim como a um segundo sistema de proteção que emprega uma nova concepção de montagem da pá no corpo da turbina eólica.TECHNICAL FIELD The present invention relates to wind turbine protection systems which can be combined with wind generators, more particularly a first protection system that utilizes centrifugal force as well. as a second protection system that employs a new design of blade mounting on the wind turbine body.

TÉCNICA ANTERIOR E INCONVENIENTES DA TÉCNICAPRIOR AND INCONVENIENT TECHNIQUE OF TECHNIQUE

ANTERIORPREVIOUS

Conforme é do conhecimento geral, quando a velocidade do vento aumenta, ocorre, simultaneamente, o aumento da rotação (rpm) da hélice da turbina eólica, o que pode acarretar sérios inconvenientes, assim como acidentes. Assim, quando a velocidade da hélice alcança um valor limite, foram criados sistemas que fazem com que as pás girem em torno de seu eixo longitudinal, a fim de que a velocidade não ultrapasse aquele valor limite especificado. Alguns destes sistemas utilizam a força centrífuga, enquanto que outros empregam pás com uma configuração assimétrica em relação ao seu eixo longitudinal.As is well known, when wind speed increases, wind turbine propeller speed (rpm) increases simultaneously, which can cause serious inconvenience as well as accidents. Thus, when the propeller speed reaches a limit value, systems have been created that cause the blades to rotate about their longitudinal axis so that the speed does not exceed that specified limit value. Some of these systems use centrifugal force, while others employ blades with an asymmetrical configuration with respect to their longitudinal axis.

Desta forma, à medida que a velocidade do vento aumenta, as pás vão girando, proporcionalmente, em torno do seu eixo longitudinal, e reduzindo a velocidade da hélice.Thus, as the wind speed increases, the blades rotate proportionally about their longitudinal axis, reducing the speed of the propeller.

Um inconveniente dos dispositivos da técnica anterior, que proporcionam o giro das pás, consiste em que são complicados, assim como apresentam um custo de fabricação elevado.A drawback of prior art devices, which provide the rotation of the blades, is that they are complicated as well as have a high manufacturing cost.

Um outro problema que ocorre em turbinas eólicas da técnica anterior consiste em que, quando alguma pá sofre um dano qualquer, principalmente devido à colisão de pássaros, o impacto causa danos internos à turbina.Another problem that occurs in prior art wind turbines is that when any shovel suffers any damage, mainly due to bird collision, the impact causes internal damage to the turbine.

Um outro inconveniente de turbinas eólicas da técnica anterior é o fato de que, para se trocar uma pá danificada da dita turbina, é necessário remover a turbina da coluna, desmontar o seu corpo, substituir a pá danificada, e reinstalar a turbina no topo da coluna, ou seja, é um trabalho demorado e dispendioso. OBJETIVOS E VANTAGENS DA INVENÇÃO Um dos objetivos da presente invenção consiste em proporcionar um sistema de proteção à turbina, mais simples, mais confiável, e que promova um maior giro das pás à medida que a velocidade do vento for aumentando.Another drawback of prior art wind turbines is the fact that to replace a damaged blade of said turbine, it is necessary to remove the turbine from the column, disassemble its body, replace the damaged blade, and reinstall the turbine on top of the turbine. column, that is, a time consuming and expensive work. OBJECTS AND ADVANTAGES OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a simpler, more reliable turbine protection system that promotes greater blade rotation as wind speeds increase.

Um segundo objetivo da invenção consiste em proporcionar um segundo sistema de proteção, que evite danos aos componentes internos da turbina, quando as pás sofrerem colisões de pássaros ou de outros corpos e eventualmente se quebrem, assim como que proporcione a substituição da pá danificada de uma maneira rápida e econômica. O primeiro objetivo é alcançado por um sistema de proteção de turbina eólica, acionável por força centrífuga, que compreende: hastes montadas radialmente, de maneira deslocável para fora do corpo da turbina, apresentando, cada uma, um contra-peso na extremidade externa ao corpo, e um flange na extremidade interna ao corpo; uma mola disposta em torno da parte interna da haste e atuante entre o dito flange e a extremidade de uma bucha montada na periferia do corpo da turbina; o flange estando fixado em uma placa de sujeição disposta no interior do corpo da turbina, e a dita placa de sujeição sendo deslocável para fora do dito corpo; a extremidade interna do eixo de cada uma das pás da turbina apresentando uma engrenagem; uma cremalheira atuando na dita engrenagem acionando o eixo em ambos os sentidos, horário ou anti-horário; e sendo que uma das extremidades da cremalheira está fixada na placa de sujeição.A second object of the invention is to provide a second protection system which avoids damage to the turbine's internal components when the blades are collided with birds or other bodies and eventually broken, as well as providing replacement of the damaged blade of a turbine. fast and economical way. The first objective is achieved by a centrifugal force actionable wind turbine protection system comprising: rods mounted radially displaceable out of the turbine body, each having a counterweight at the outer end of the body. , and a flange at the inner end of the body; a spring disposed about the inner portion of the rod and acting between said flange and the end of a bushing mounted on the periphery of the turbine body; the flange being fixed to a clamping plate disposed within the turbine body, and said clamping plate being displaceable out of said body; the inner end of the shaft of each turbine blade having a gear; a rack acting on said gear driving the shaft in both directions, clockwise or counterclockwise; and one end of the rack is fixed to the clamping plate.

Assim, à medida que a velocidade do vento aumenta, o sistema de acordo com a invenção faz com que as pás girem até 60°, o que reduz consideravelmente a velocidade da hélice, e elimina os riscos de acidentes das turbinas da técnica anterior. O segundo objetivo é alcançado por um sistema de proteção de turbina eólica que compreende um sistema de montagem da pá ao corpo da turbina eólica, em que o eixo da pá está montado no interior do corpo e se projeta para fora do dito corpo, e sendo que a pá está montada na parte externa do eixo por meio de parafusos.Thus, as the wind speed increases, the system according to the invention causes the blades to rotate up to 60 °, which considerably reduces the propeller speed, and eliminates the risk of prior art turbine accidents. The second objective is achieved by a wind turbine protection system comprising a system for mounting the blade to the body of the wind turbine, wherein the shaft of the blade is mounted inside the body and protrudes out of said body, and being that the blade is mounted to the outside of the shaft by means of screws.

Uma das vantagens deste sistema de montagem das pás de acordo com a invenção é o fato de que, quando da colisão de pássaros ou de outros corpos com as pás, o impacto é todo absorvido pelos parafusos e não é transmitido para os componentes internos da turbina, conforme ocorria nas turbinas da técnica anterior.One of the advantages of this blade mounting system according to the invention is that, when birds or other bodies collide with the blades, the impact is all absorbed by the bolts and is not transmitted to the internal components of the turbine. as occurred in the prior art turbines.

Uma segunda vantagem desta concepção de montagem das pás de acordo com a invenção consiste em que, quando uma das pás se quebra, a manutenção pode ser feita no local, com a montagem de andaimes, pois as pás estão montadas externa e separadamente ao núcleo da turbina, ou seja, não é necessário remover a turbina do seu local de operação. Tal fato proporciona uma redução substancial nos custos de manutenção, assim como a redução do tempo de paralisação da turbina. A invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita, a título de exemplo, com base nas Figuras anexas: FIGURA 1 - vista frontal interna de uma concretização preferida da turbina eólica de acordo com a invenção, em uma primeira condição; FIGURA 2 - vista frontal interna da turbina eólica da Figura 1, em uma segunda condição; e FIGURA 3 - vista superior, interna, da turbina eólica da Figura 1. A Figura 1 mostra uma vista frontal interna da turbina de acordo com a invenção, onde se observa um corpo da turbina 1 com três pás 2 e três contrapesos 3. Uma haste 4 porta um respectivo contrapeso 3, na extremidade externa ao corpo 1, um flange 5, na extremidade interna ao corpo 1, e é suportada por um mancai de deslizamento 6 fixado na parede do corpo da turbina 1. Entre o flange 5 e o batente 7, que consiste na extremidade do mancai 6, está disposta uma mola 8.A second advantage of this blade mounting design according to the invention is that when one of the blades is broken, maintenance can be done on site with scaffolding as the blades are mounted externally and separately to the core of the blade. turbine, ie it is not necessary to remove the turbine from its operating location. This provides a substantial reduction in maintenance costs as well as a reduction in turbine downtime. In the following, the invention will be described in more detail below by way of example, based on the accompanying Figures: FIGURE 1 - Internal front view of a preferred embodiment of the wind turbine according to the invention, in a first condition; FIGURE 2 - Internal front view of the wind turbine of Figure 1, in a second condition; and FIGURE 3 - top internal view of the wind turbine of Figure 1. Figure 1 shows an internal front view of the turbine according to the invention, showing a turbine body 1 with three blades 2 and three counterweights 3. One rod 4 carries a respective counterweight 3, at the outer end of the body 1, a flange 5, at the inner end of the body 1, and is supported by a slide bearing 6 attached to the turbine body wall 1. Between the flange 5 and the stop 7 consisting of the end of the bearing 6, a spring 8 is arranged.

Observa-se ainda na Figura que as pás 2 apresentam uma engrenagem de giro 9 na extremidade interna, engrenagem esta que está acoplada a uma cremalheira 10, a dita cremalheira apresentando um prolongamento 11 com um pino 12 na sua extremidade. O pino 12 está inserido em um rasgo 13 de uma placa de sujeição 14, e a dita placa 14 é deslocável para fora do corpo da turbina 1 (ver Figura 2) e está fixada no flange 5 por meio de parafusos 15 (ver Figura 3).It is further observed in the Figure that the blades 2 have a turning gear 9 at the inner end, which gear is coupled to a rack 10, said rack having an extension 11 with a pin 12 at its end. The pin 12 is inserted into a slot 13 of a clamping plate 14, and said plate 14 is displaceable outside the turbine body 1 (see Figure 2) and is fixed to flange 5 by bolts 15 (see Figure 3 ).

Na condição mostrada na Figura 1, a hélice está em uma velocidade normal e o sistema de proteção não está acionado. A Figura 2 mostra uma condição em que o sistema de proteção está completamente acionado. Nesta condição, a velocidade do vento aumentou muito, aumentando, consequentemente, a velocidade da hélice. Com isto, a força centrífuga empurra os contrapesos 3 para fora do corpo da turbina 1 (ver setas 17), e estes tracionam as respectivas hastes 4 que comprimem as molas 8 e, simultaneamente, tracionam as respectivas placas de sujeição 14. As ditas placas de sujeição 14 tracionam as respectivas cremalheiras 10, por meio do pino 12, e estas, ao serem tracionadas, giram as engrenagens 9 e, consequentemente, giram as pás 2 em torno de seus eixos longitudinais, fazendo com que a velocidade da hélice se reduza.In the condition shown in Figure 1, the propeller is at normal speed and the guard system is not engaged. Figure 2 shows a condition in which the protection system is fully engaged. In this condition, the wind speed increased a lot, consequently increasing the propeller speed. In this way the centrifugal force pushes the counterweights 3 out of the turbine body 1 (see arrows 17) and they pull the respective rods 4 which compress the springs 8 and simultaneously pull the respective clamping plates 14. Said plates fasteners 14 pull the respective racks 10 by means of the pin 12, and these, when pulled, rotate the gears 9 and, consequently, rotate the blades 2 about their longitudinal axes, causing the speed of the propeller to be reduced. .

Observa-se na Figura 2, em comparação com a Figura 1, que o pino 12 do prolongamento 11 se encontra em uma posição diferente, ou seja, o dito pino 12 se desloca no interior do rasgo 13 quando ocorre o acionamento da placa de sujeição 14. Verifica-se ainda na Figura 2 que a placa de sujeição 14 foi deslocada para fora do corpo da turbina 1, conforme indicam as setas 16. À medida que a velocidade do vento diminui, a força centrífuga atuante nos contrapesos 3 se reduz, e as molas 8 fazem com que o sistema de proteção volte, gradativamente, à condição original, causando também o giro das pás 2 no sentido contrário, até que elas alcancem a posição inicial. O sistema de proteção de acordo com a invenção possibilita que as pás 2 girem em torno de seu eixo longitudinal até 60°. O giro das pás é proporcional à velocidade do vento, ou seja, o ângulo de giro pode variar de apenas alguns poucos graus até 60°. A Figura 3 mostra o segundo sistema de proteção de acordo com a invenção, onde se observa um sistema de montagem da pá 2 ao corpo da turbina eólica 1, em que o eixo 18 da pá 2 está montado no interior do corpo 1 por meio de mancais de rolamento de esfera 19 e mancais de rolamento cônico 20, o dito eixo 18 se projetando para fora do corpo 1. O eixo 18 possui um rebaixo 21, onde a pá 2 está montada por meio de parafusos 22. Uma tampa 23 disposta em torno do eixo 18, veda o corpo da turbina 1.It is observed in Figure 2, in comparison with Figure 1, that the pin 12 of the extension 11 is in a different position, that is, said pin 12 moves inside the slot 13 when the clamping plate occurs. 14. It is further seen in Figure 2 that the clamping plate 14 has been moved out of the turbine body 1 as shown by arrows 16. As the wind speed decreases, the centrifugal force acting on the counterweights 3 decreases, and the springs 8 cause the protection system to gradually return to the original condition, also causing the blades 2 to turn in the opposite direction until they reach the starting position. The protection system according to the invention enables the blades 2 to rotate about their longitudinal axis up to 60 °. The rotation of the blades is proportional to the wind speed, ie the angle of rotation can vary from just a few degrees to 60 °. Figure 3 shows the second protection system according to the invention, wherein a blade 2 mounting system is observed to the wind turbine body 1, wherein the shaft 18 of the blade 2 is mounted inside the body 1 by means of ball bearing housings 19 and tapered bearing housings 20, said shaft 18 protruding out of the body 1. The shaft 18 has a recess 21, where the blade 2 is mounted by means of screws 22. A cover 23 disposed on around shaft 18, seal the turbine body 1.

Assim, quando a pá se quebra devido à colisão de uma ave, por exemplo, os parafusos 22 absorvem todo o choque, evitando que o impacto se propague aos componentes internos de montagem do eixo 18. Além disso, quando da substituição da pá 2 quebrada, ou em uma manutenção de rotina, o sistema de acordo com a invenção possibilita a troca da pá 2 de uma maneira simples, rápida e econômica, uma vez que não requer a desmontagem de nenhum componente interno da turbina, ou seja, monta-se um andaime e, simplesmente substitui-se a pá quebrada no próprio local de operação da turbina.Thus, when the blade breaks due to the collision of a bird, for example, the screws 22 absorb all shock, preventing the impact from spreading to the internal shaft mounting components 18. In addition, when replacing the broken blade 2 , or in routine maintenance, the system according to the invention makes it possible to change the blade 2 in a simple, fast and economical way, since it does not require the disassembly of any internal turbine component, that is, it is assembled. a scaffold and simply replace the broken shovel at the turbine's own operating site.

Observa-se ainda na Figura 3 o eixo 24 de acionamento de um gerador elétrico (não mostrado).Also shown in Figure 3 is the drive shaft 24 of an electric generator (not shown).

Além das concretizações apresentadas anteriormente, o mesmo conceito inventivo poderá ser aplicado a outras alternativas ou possibilidades de utilização do invento. Por exemplo, a turbina pode apresentar qualquer número de pás e respectivos contrapesos, assim como as suas dimensões podem ser de alguns centímetros a dezenas de metros. Além disso, a turbina também poderá ser utilizada para outras finalidades, além de acionar um gerador elétrico. Por exemplo, a turbina poderá ser utilizada para acionar uma bomba mecânica de recalque de água de um poço.In addition to the embodiments set forth above, the same inventive concept may be applied to other alternatives or possibilities of use of the invention. For example, the turbine may have any number of blades and their counterweights, as well as their dimensions may be from a few centimeters to tens of meters. In addition, the turbine can also be used for purposes other than driving an electric generator. For example, the turbine could be used to drive a mechanical well booster pump.

Assim sendo, a presente invenção deverá ser interpretada de maneira ampla, sendo sua abrangência determinada pelos termos das reivindicações anexas.Accordingly, the present invention is to be interpreted broadly and its scope is determined by the terms of the appended claims.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. A centrifugal force actionable wind turbine protection system, characterized in that it comprises rods (4) mounted radially and displaceable outside the turbine body (1), each having a counterweight ( 3) at the outer end of the body (1), and a flange (5) at the inner end of the body (1); a spring (8) disposed about the inner part of the rod (4) and acting between said flange (5) and the end of a bushing (6) mounted on the periphery of the turbine body (1); the flange (5) being fixed to a clamping plate (14) disposed within the turbine body (1), and said clamping plate (14) being displaceable outside said body (1); the inner end of the shaft (18) of each turbine blade (2) having a gear (9); a rack (10) acting on said gear (9) driving the shaft (18) in both directions, clockwise or counterclockwise; and wherein one end of the rack (10) is fixed to the clamping plate (14).

System according to claim 1, characterized in that the rack has an extension (11) with a pin (12) at its end, said pin (12) being inserted into a slot (13) of the mounting plate. holding (14) and being movable along said slot (13).

System according to claim 1, characterized in that each rod (4) slides against the bushing (6).

System according to Claim 1 or 3, characterized in that the inner end of the bushing (6) acts as a stop for the spring (8).

5. Wind turbine protection system characterized by the fact that it comprises a blade mounting system (2) to the wind turbine body (1), wherein the shaft (18) of the blade (2) is mounted inside the body. (1) and protrudes out of said body (1), and the blade (2) is mounted on the outside of the shaft (18) by means of screws (22).

System according to claim 5, characterized in that the outside of the shaft (18) has a recess (21) on which the end of each blade (2) is mounted.

System according to Claim 5, characterized in that the inner part of the shaft (18) is mounted on bearings (19, 20) and a cover (23) disposed around the shaft (18) seals the shaft. turbine body (1).

Wind turbine, particularly suitable for driving an electric generator, characterized in that it comprises a protection system as defined in claim 1 and a protection system as defined in claim 5.