BR102015016363B1 - Método e dispositivo de substituição de pá de aerogerador - Google Patents

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Abstract

MÉTODO E DISPOSITIVO DE SUBSTITUIÇÃO DE PÁ EM AEROGERADORES. Método e dispositivo de substituição de pá (13) em aerogeradores que constam em dois elementos, um superior (1) e outro inferior (2) que cooperam entre si para elevar e/ou descender a pá (13) de um aerogerador. O elemento superior "top" (1) do dispositivo consta de uns elementos (4) aparafusados ao rolamento (3) do aerogerador e uns meios de fixação (5) de pá (13), enquanto que o elemento inferior "ground" (2) consta de uma estrutura que circunda a torre (8) do aerogerador e que dispõe de pelo menos dois guinchos (2.5) e duas roldanas de desvio (2.4) para conectar uns cabos (6) entre o elemento "top" (1) e o elemento "ground" (2) do dispositivo. Fig.8

Description

OBJETIVO DA INVENÇÃO
[0001] A presente invenção se refere a um método e um dispositivo para a montagem e desmontagem das pás em aerogeradores, do tipo que empregam guinchos sem necessidade de usar um guindaste convencional.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[0002] O desenvolvimento de novos aerogeradores tem dado como resultado o aumento do tamanho e da potência dos mesmos. Os grandes aerogeradores permitem instalar mais potência em uma mesma localização e reduzem o impacto visual que apresenta um parque formado por vários aerogeradores.
[0003] Os aerogeradores constam de uma torre fixa que eleva sobre o solo uma gôndola que porta um gerador elétrico conectado a um rotor por meios mecânicos. O rotor está conformado por um cubo que une pelo menos uma pá, aparafusada a uns pinos de uns mancals do cubo, que se encarrega de transformar a energia cinética do vento em movimento de rotação do rotor.
[0004] O aumento de potência gerada está diretamente relacionado com o aumento das dimensões do rotor do aerogerador, e em consequência o aumento do comprimento das pás do aerogerador. As pás representam o elemento mais crítico do aerogerador e por esta causa são elementos sujeitos a inspeções preventivas e corretivas para as quais costuma ser necessário desmontar as pás do cubo e descendê-las ao solo para posteriormente içá-las e tornar a montá-las no cubo uma vez realizada as tarefas de manutenção.
[0005] Para isto, os operários de manutenção utilizam guindastes de grandes dimensões que permitem manipular rotores de grande tamanho e peso. Este tipo de guindastes tem vários inconvenientes, por um lado são muito onerosos, através do qual o custo de instalação de um parque de aerogeradores ou o custo das tarefas de manutenção se vê notavelmente incrementado através do seu uso, e por outro lado, dado que os aerogeradores costumam estar localizados em localizações de difícil acesso, o traslado destes guindastes até o ponto requerido se torna praticamente impossível e costuma precisar da habilitação de acessos, o qual resulta complicado e custoso. Neste sentido são conhecidas diferentes soluções do Estado da Técnica que descrevem diferentes equipamentos para a montagem e desmontagem das pás de um aerogerador.
[0006] A Patente WO2011/095167 descreve um equipamento de montagem/desmontagem que dispõe um guincho no interior do cubo do aerogerador e engata a pá mediante um gancho a umas platinas aparafusadas aos pinos de união ao mancal da pá. O equipamento dispõe de um elemento provido por um rolo que se coloca entre o gancho e o guincho e que permite descer a pá em posição vertical e posteriormente girá-la para a posição horizontal quando está próxima ao solo. No entanto, este sistema apresenta o inconveniente de que se requere um grande espaço para colocar um guincho que suporte os elevados pesos das pás atuais, assim como sistemas de retenção e anti-giro mais confiáveis que o descrito anteriormente.
[0007] A patente WO2009/128708 descreve um equipamento provido com dois elementos, um colocado no cubo do aerogerador, que fixa a pá desde os mancals, e outro colocado no interior da pá e que cooperam entre si para elevar ou descer uma pá usando uns meios de posicionamento e uns meios de elevação. A descensão da pá, assegurada mediante um guincho, se realiza em posição vertical (a ponta voltada para o solo) mediante a ativação de um atuador localizado em um dos meios que balança a pá até um alinhamento predeterminado em relação à torre. Utiliza-se um guincho para garantir a descida vertical da pá
[0008] A patente US2010/0253086 descreve um sistema que incorpora umas roldanas pelo exterior do cubo, nos espaços existentes entre as pás, as quais são utilizadas para guiar um cabo que se conecta com um guindaste de serviço localizado na gôndola do aerogerador ou um guincho (W) instalado na terra. A pá se fixa para sua descida ou içamento mediante uma roldana localizada no interior do cubo.
[0009] À vista dos inconvenientes das soluções anteriores, se prevê a necessidade de implementar uma solução que garanta a montagem e/ou desmontagem de pás a um custo mínimo.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[00010] Para isto o dispositivo de substituição da invenção consta de dois elementos, um superior e outro inferior que cooperam entre si para elevar e/ou descer uma pá de um aerogerador.
[00011] O elemento superior do dispositivo, que a partir de agora denominaremos “topo”, consta de uns elementos de roldanas e uns médios de fixação de pá, enquanto que o elemento inferior, que a partir de agora denominaremos "solo", consta de uma estrutura que circunda a torre do aerogerador e que dispõe de pelo menos dois guinchos e duas roldanas de desvio para conectar uns cabos entre o elemento “topo” e o elemento "solo" do dispositivo.
[00012] É um objetivo da invenção que o dispositivo possa ser utilizado em qualquer tipo de parque eólico independentemente do tipo de aerogeradores instalados, através dos quais a estrutura do elemento "solo" do dispositivo permite seu ajuste a diferentes diâmetros de torre.
[00013] É um objetivo da invenção que o dispositivo possa ser utilizado em qualquer tipo de parque eólico independentemente do tipo de aerogeradores instalados, através dos quais o elemento de fixação da pá do elemento “topo” do dispositivo permite seu ajuste a diferentes diâmetros da pá.
[00014] É um objetivo da invenção que o dispositivo possa ser utilizado em qualquer localização na qual se encontre o parque, independentemente das condições climatológicas, através da qual a invenção determina no elemento "solo" um clinômetro que controla a inclinação da pá durante as operações de descida e/ou ascensão, assim como células de carga que meçam o peso suportado por compressão e contrapesos que contra-arrestem o peso da pá.
[00015] É um objetivo da invenção que o sistema impeça que a pá gire sobre
[00016] si mesma ou volte, através do qual o dispositivo pode ser combinado com
[00017] qualquer sistema de retenção e com qualquer sistema anti-giro.
[00018] É um objetivo da invenção um método de elevação e/ou descida
[00019] de uma pá de um aerogerador utilizando o dispositivo da invenção.
[00020] Estes e outros aspectos da invenção serão descritos de uma forma
[00021] mais detalhada com ajuda dos desenhos que são descritos a seguir.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[00022] As figuras 1A e 1B mostram o elemento superior do dispositivo de substituição da invenção.
[00023] A figura 2 mostra o elemento inferior do dispositivo de substituição de acordo com uma realização da invenção.
[00024] Afigura 3 é uma vista em perspectiva da disposição dos elementos de mancal do elemento superior do dispositivo de substituição de acordo com uma realização da invenção.
[00025] As figuras 4A, 4B e 4C mostram os diferentes tipos de elementos de mancal do elemento superior do dispositivo de substituição da invenção da figura anterior.
[00026] A figura 5 é uma vista em perspectiva da disposição dos meios de fixação da pá do elemento superior do dispositivo de substituição de acordo com uma realização da invenção.
[00027] As figuras 6A e 6B são umas vistas em detalhe do elemento de fixação da pá da figura anterior.
[00028] As figuras 7A, 7B e 7C são umas vistas em detalhe dos diferentes elementos que compõem o elemento inferior do dispositivo de substituição de pá de acordo com uma realização da invenção.
[00029] A figura 8 é uma vista em perspectiva do dispositivo de substituição aplicado em um aerogerador.
[00030] A figura 9 é uma vista em detalhe da fixação da pá de acordo com uma realização da invenção.
DESCRIÇÃO DE UMA REALIZAÇÃO PREFERENCIAL
[00031] A presente invenção está relacionada com um método e um dispositivo para substituir as pás de um aerogerador em tarefas de manutenção ou instalação de parques eólicos.
[00032] Os aerogeradores constam de uma torre (8) que eleva sobre o solo uma gôndola (14) que porta um gerador elétrico conectado a um rotor por meios mecânicos.
[00033] O rotor está conformado por um cubo (15) que une pelo menos uma pá (13) que é aparafusada ao cubo (15) do aerogerador através de uns mancais (3) que dispõem de uns pinos que são inseridos na base (7) da pá.
[00034] O dispositivo de substituição da pá (13) da presente invenção consta de dois elementos (1, 2) que cooperam entre si para garantir a correta elevação/descida da pá (13) do aerogerador; um elemento “topo” (1) (ver figuras 1Ae 1B) que se coloca no mancal (3) do cubo (15) e na base (7) da pá (13), e um elemento "solo" (2) (ver figura 2) que está disposto na base da torre (8) do aerogerador.
[00035] O elemento “topo” (1) consta de duas partes (4, 5), uma (4) que se fixa ao mancal (3) do cubo (15) (figura 1A) e outra (5) em forma de braçadeira (figura 1B) que circunda a base (7) da pá (13). A parte (4) do elemento “topo” (1) que se fixa ao mancal (3) da pá (ver figura 3) consta de várias roldanas de desvio horizontais (4.2) e verticais (4.1), e vários elementos de fixação (4.3) do cabo (6) (ver figuras 4A, 4B e 4C), que se dispõem na pista externa do mancal (3) da pá do cubo (15) e cuja função é suportar, conduzir e amarrar os cabos (6) que sobem dos guinchos (2.5) do elemento "solo" (2) e engatam com a braçadeira (5) da pá (13) do elemento “topo”(1). As roldanas de desvio vertical (4.1) são utilizadas para dirigir o cabo (6) até a braçadeira (5) da pá (13) e os guinchos (2.5) do elemento "solo" (2), enquanto que as roldanas horizontais (4.2) são utilizadas para guiar os cabos (6) no sentido horizontal ao redor do mancal (3) e os elementos de fixação (4.3) para fixar a extremidade final dos cabos (6).
[00036] A braçadeira (5) de pá (13) do elemento “topo” (1) (figura 1B) consta de dois segmentos de roldana (5.1) e pelo menos dois segmentos de união (5.2), aparafusados entre si mediante uns parafusos (5.3) de união que, em cooperação com uns calços (5.4), permitem ajustar o diâmetro da braçadeira (5) ao diâmetro da base (7) da pá (13) (ver figuras 6A e 6B). Os segmentos de roldana (5.1) constam de uma roldana (9) e um elemento de reforço (10), devendo ser posicionado à roldana (9) mirando o mancal (3) e enfrentada à correspondente roldana de desvio (4.1) da parte (4) de mancal do elemento “topo” (1), enquanto que os segmentos de união (5.2) são simétricos, pelo que não têm nenhuma posição determinada de colocação. A braçadeira (5) é constituída ao unir os segmentos de roldana (5.1) e os segmentos de união (5.2) de forma que tenha um segmento de roldana (5.1) em cada um dos lados da pá (13), isto é, um em cada lado mais próximo à torre (8) e outro no lado externo.
[00037] Para que a braçadeira (5) da pá trabalhe corretamente deve estar nivelada em relação ao mancal (3) da pá. Dado que a base (7) da pá costume apresentar bastantes irregularidades, os segmentos (5.1, 5.2) da braçadeira (5) da pá dispõem de uma série de orifícios (11) para introduzir umas varetas (12) (ver figura 5) que apoiam com a extremidade oposta ao segmento (5.1, 5.2) no mancal (3) de pá e que permitem regular a braçadeira (5) na altura relativa ao mancal (3). Ditas varetas (12) serão retiradas a posteriori, uma vez que a braçadeira (5) tenha sido totalmente fixada à base (7) da pá (13).
[00038] De acordo com uma realização invenção, a parte (4) do elemento “topo” (1) que se fixa ao mancal (3) e a parte (5) que constitui a braçadeira da pá (13) devem estar perfeitamente alinhadas entre si, de forma que o desvio do cabo (6) entre as roldanas verticais (4.1) e as roldanas (9) da braçadeira (5) esteja perfeitamente alinhado, pelo que os diferentes elementos (4, 5) que constituem o elemento “topo” devem estar em uma posição concreta e a pá em posição 0o.
[00039] O elemento "solo" (2) consta de uma estrutura (2.1) formada por seções que compreendem uns rolos fixos (2.2), um rolo de centralização (2.3), umas roldanas de desvio (2.4), uns guinchos (2.5), uma estrutura desmontável (2.1), um contrapeso (2.6), um quadro elétrico (2.7) e elementos de controle como um clinômetro (não representado) e umas células de carga (não representadas) localizadas nas roldanas de reenvio (2.4) dos contrapesos (2.6) que permitem controlar a tensão do cabo (6).
[00040] O alongamento principal da estrutura (2.1) suporta os guinchos (2.5), o quadro elétrico (2.7) e os rolos fixos (2.2) e se posiciona à testa na base da torre (8). Os seções paralelos da estrutura (2.1) são simétricos e são aparafusados ao alongamento principal de forma perpendicular a este. Os contrapesos (2.6) são colocados nas extremidades dos seções paralelos e entre eles é colocado um alongamento frontal provido por um rolo de centralização (2.3) regulável. O alongamento frontal, uma vez se coloca no ponto mais próximo à torre (8), é aparafusado entre os contrapesos (2.6) para finalmente ajustar o rolo de centralização (2.3) regulável com a torre (8) (ver figuras 7A, 7B, 7C).
[00041] O quadro eléctrico (2.7) dispõe de um botão de arranque e um de emergência (não representados), uma tela sensível ao toque (não representado) para visualizar o estado dos diferentes elementos que conformam o dispositivo de substituição da pá (13), assim como indicadores de tensão e de movimento de cabo (6) conectados às células de carga das roldanas (2.4) dos contrapesos (2.6), um seletor e umas lâmpadas piloto de alarmes do funcionamento dos guinchos (2.5). Desta forma, o dispositivo permite configurar os limites de trabalho de inclinação da pá (13) e a tensão nos cabos (6). O método de substituição da pá (ver figuras 8 e 9) compreende as seguintes etapas: - colocar na base da torre (8) o elemento "solo" (2) do dispositivo de substituição de pá (13); - colocar a braçadeira (5) do elemento “topo” (1) na base (7) da pá (13) a ser substituída/reparada; - posicionar a pá (13) na vertical até a parte superior ou em posição horizontal; - girar o rotor do aerogerador até que a pá (13) esteja em posição horizontal até a parte inferior; - içar os cabos (6) desde o elemento "solo" (2) mediante o guindaste auxiliar (não representado) localizado na gôndola (14) do aerogerador; - passar os cabos (6) pelas roldanas (9) dos segmentos de roldana (5.1) da braçadeira (5) do elemento “topo” (1) na base (7) da pá (13) e pelas roldanas de desvio horizontais (4.2) e verticais (4.1), e assegurá-los aos elementos de fixação (4.3) da parte (4) do elemento “topo” (1) que se fixa ao mancal (3) de pá; - retirar a amarração do guindaste auxiliar (não representado) localizado na gôndola (14) do aerogerador; - guiar um utensílio de retenção (não representado) pela pá mediante um sistema de retenção convencional (não representado); - desaparafusar a pá (13) do mancal (3) do cubo (15) do aerogerador; - descer a pá (13) acionando os guinchos (2.5) do elemento "solo" (2) do dispositivo de substituição de pá (13) ajudando-se de um sistema de retenção convencional (não representado) e coloca-la em posição horizontal no solo.
[00042] O içamento da pá (13) é realizado seguindo as etapas da descida da pá em ordem inversa.
[00043] Ainda que a presente invenção tenha sido descrita inteiramente em conexão com realizações preferidas, é evidente que podem ser introduzidas aquelas modificações dentro de seu alcance, não considerando este como limitado pelas realizações anteriores.

Claims (9)

1. Dispositivo de substituição de pá de aerogerador, para substituição de pás de um aerogerador em tarefas de manutenção ou instalação de parques eólicos, caracterizado por compreender de dois elementos (1 ,2) que cooperam entre si para garantir a correta elevação/descida da pá (13) do aerogerador, estando um elemento “topo” (1) disposto entre o cubo (15) e as pás (13) do aerogerador, e um elemento "solo" (2) disposto na base da torre (8) do aerogerador; e o elemento “topo” (1) compreendendo duas partes (4, 5), uma (4) que se fixa ao mancal (3) do cubo (15) e outra (5) em forma de braçadeira que circunda a base (7) da pá (13); e o elemento "solo" (2) consisitir de uma estrutura (2.1) formada por seções que compreendem uns rolos fixos (2.2), um rolo de centralização (2.3), umas roldanas de desvio (2.4), uma pluralidade de guinchos (2.5), uma estrutura desmontável (2.1), um contrapeso (2.6), um quadro elétrico (2.7) e elementos de controle como um clinômetro e uma pluralidade de células de carga localizadas nas roldanas de reenvio (2.4) dos contrapesos (2.6) que permitem controlar a tensão do cabo (6); e o quadro elétrico (2.7) dispor de um botão de arranque e um de emergência, uma tela sensível ao toque para visualizar o estado dos diferentes elementos que compõem o dispositivo de substituição de pá (13), assim como indicadores de tensão e de movimento de cabo (6) conectados às células de carga das roldanas (2.4) dos contrapesos (2.6), um seletor e uma pluralidade de lâmpadas piloto de alarmes do funcionamento dos guinchos (2.5).
2. Dispositivo de substituição de pá de aerogerador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a parte (4) do elemento “topo” (1) que se fixa ao mancal (3) de pá apresentar várias roldanas de desvio horizontais (4.2) e verticais (4.1), e vários elementos de fixação (4.(3) do cabo (6), que sedispõem na pista externa do mancal (3) da pá do cubo (15) e cujafunção é suportar, conduzir e fixar os cabos (6) que sobem dos guinchos(2.5) do elemento "solo" (2) e engatam com a braçadeira (5) de pá (13) doelemento “topo” (1).
3. Dispositivo de substituição de pá de aerogerador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a braçadeira (5) da pá (13) doelemento “topo” (1) compreender dois segmentos de roldana (5.1) e pelo menosdois segmentos de união (5.2), aparafusados entre si mediante uns parafusos (5.3) de união que, em cooperação com uns calços (5.4), permitem ajustar odiâmetro da braçadeira (5) ao diâmetro da base (7) de pá (13).
4. Dispositivo de substituição de pá de aerogerador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os segmentos de roldana (5.1) compreender uma roldana (9) e um elemento de reforço (10).
5. Dispositivo de substituição de pá de aerogerador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o alongamento principal da estrutura (2.1) suportar os guinchos (2.5), o quadro elétrico (2.7) e os rolos fixos (2.2) e se posicionar na base da torre (8).
6. Dispositivo de substituição de pá de aerogerador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as seções paralelas da estrutura (2.1) serem simétricos e serem aparafusados ao alongamento principal de forma perpendicular a este.
7. Dispositivo de substituição de pá de aerogerador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os contrapesos (2.6) serem colocados nas extremidades das seções paralelas e entre eles ser colocado um alongamento frontal provido por um rolo de centralização (2.3) regulável.
8. Método de substituição de pá de aerogerador do tipo que utiliza um dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por a descida da pá (13) compreender as seguintes etapas: - colocar na base da torre (8) o elemento "solo" (2) do dispositivo de substituição de pá (13); - colocar a braçadeira (5) do elemento “topo” (1) na base (7) da pá (13) a ser substituída/reparada; - posicionar a pá (13) na vertical, apontando para cima ou em posição horizontal; - girar o rotor do aerogerador até que a pá (13) esteja em posição vertical voltada para baixo; - içar os cabos (6) desde o elemento "solo" (2) mediante o guindaste auxiliar localizado na gôndola (14) do aerogerador; - passar os cabos (6) pelas roldanas (9) dos segmentos de roldana (5.1) da braçadeira (5) do elemento “topo” (1) na base (7) da pá (13) e pelas roldanas de desvio horizontais (4.2) e verticais (4.1), e fixa-los aos elementos de fixação (4.3) da parte (4) do elemento “topo” (1) que se fixa ao mancal (3) de pá; - retirar a fixação do guindaste auxiliar localizado na gôndola (14) do aerogerador; - guiar um utensílio de retenção pela pá mediante um sistema de retenção convencional; - desaparafusar a pá (13) do mancal (3) do cubo (15) do aerogerador; - descer a pá (13) acionando os guinchos (2.5) no elemento "solo" (2) do dispositivo de substituição de pá (13), assistido por um sistema de retenção convencional e coloca-la em posição horizontal no solo.
9. Método de substituição de pá de aerogerador, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o içamento da pá (13) seguir as etapas de descida da pá (13) em ordem inversa.
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