BR102018000156B1 - Método para a fabricação de uma seção e conjunto de pá de rotor - Google Patents

Abstract

Um método para a fabricação de uma seção de raiz de uma pá de turbina eólica que inclui a montagem de um molde tendo um segmento de cilindro interno, um segmento de cilindro externo e uma flange inferior, em que um espaço radial é definido entre os cilindros interno e externo. Os conectores de eixo de raiz são unidos de forma circunferencial ao redor da flange inferior, de modo que os conectores de eixo de raiz se estendam axialmente para o espaço radial. Um primeiro cartucho de hastes pultrudadas é carregado no espaço, em que o primeiro cartucho inclui uma pluralidade de primeiras hastes pultrudadas dispostas adjacentes ao segmento de cilindro interno. O espaço é vedado, por exemplo, com uma tampa ou flange de topo, e o espaço é evacuado. A resina é injetada no espaço, de forma que a resina migra através do espaço radial entre as hastes pultrudadas, e, em seguida, é curada. A seção de raiz, em seguida, é removida do molde. Uma seção de raiz de pá de turbina eólica formada pelo método é abrangida pela invenção.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere geralmente a turbinas eólicas e, mais particularmente, para uma configuração de raiz de um conjunto de pá de rotor de turbina eólica.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A energia eólica é considerada uma das fontes de energia mais limpa e amiga do meio ambiente disponíveis atualmente, e as turbinas eólicas ganharam maior atenção a este respeito. Uma turbina eólica moderna normalmente inclui uma torre, um gerador, uma caixa de câmbio, uma nacela e um rotor. O rotor é acoplado à nacela e inclui um eixo rotativo tendo uma ou mais pás de rotor. As pás do rotor são conectadas ao eixo por uma pá de raiz. As pás do rotor capturam a energia cinética do vento usando princípios conhecidos de aerofólio e convertem a energia cinética em energia mecânica através da energia de rotação para girar um eixo que acopla as pás do rotor a uma caixa de câmbio, ou se uma caixa de câmbio não é utilizada, diretamente ao gerador. O gerador, então, converte a energia mecânica em energia elétrica que pode ser implantada a uma rede de distribuição.

[003] O tamanho particular das pás do rotor é um fator significativo que contribui para a capacidade geral da turbina eólica. Especificamente, o aumento do comprimento ou vão de uma pá de rotor geralmente pode levar a um aumento geral na produção de energia de uma turbina eólica. Por conseguinte, os esforços para aumentar o tamanho das pás de rotor ajudam no crescimento contínuo da tecnologia das turbinas eólicas e na adoção da energia eólica como uma fonte de energia alternativa e comercialmente competitiva. Esse aumento de tamanho nas pás do rotor, no entanto, pode impor um aumento de cargas em vários componentes de turbinas eólicas. Por exemplo, as pás de rotor maiores podem sofrer tensões aumentadas na conexão entre a raiz da pá e o eixo, levando a restrições de projeto desafiadoras, ambas caracterizadas por eventos extremos e requisitos de esgotamento de vida.

[004] Várias propostas têm sido feitas para melhorar a pá de raiz. Por exemplo, a publicação do pedido U.S. N° 2013/0111752 descreve um problema com as pás de turbinas eólicas convencionais feitas de plástico reforçado com fibras em que as fibras de reforço prevalecentes funcionam em uma direção longitudinal da pá de rotor, resultando em uma “ovalização” da raiz (também chamada de anel de raiz) uma vez que a pá é removida da ferramenta de moldagem e é submetida a forças de gravidade sem suporte na extremidade da raiz. A publicação '752 se propõe montar hastes de suporte com uma seção de interface a uma interface de eixo da turbina eólica em uma forma essencialmente circular, de modo que existam lacunas entre as hastes de suporte. As fibras são dispostas nas lacunas. Uma primeira ferramenta de moldagem é colocada ao longo de uma superfície externa da forma circular e uma segunda ferramenta de moldagem ao longo de uma superfície interna da forma circular. A resina é, então, injetada entre as hastes de suporte, que funcionam como um suporte para as fibras e uma estrutura para a seção de interface ao eixo.

[005] A publicação do pedido de patente U.S. N° 2014/0119926 descreve uma seção de raiz da pá cilíndrica definida por um componente circunferencial interno e um componente circunferencial externo separado por uma lacuna radial. Uma inserção de anel está disposta na lacuna radial e está ligada aos componentes circunferenciais interno e externo. A inserção de anel tem uma superfície circunferencial interna e uma superfície circunferencial externa, em que pelo menos uma dessas superfícies tem um perfil em corte transversal que varia no sentido longitudinal (span-wise) ou de forma circunferencial que aumenta a área de superfície de ligação em comparação com um perfil em corte transversal constante ou não variável.

[006] A publicação do pedido de patente U.S. N° 2012/0315145 descreve uma raiz de pá com elementos de conexão de segmento cilíndrico que possuem elementos de conexão semelhantes a rebites (stud) inseridos entre as respectivas fibras e/ou o material de fundição da pá de rotor durante a moldagem. Os membros de conexão atuam como meios de conexão para alinhar os membros de conexão em uma determinada relação geométrica. Geralmente, os respectivos membros de conexão fornecem a raiz de pá com estabilidade mecânica adicional, isto é, com especial rigidez, de modo que os efeitos de ovalização ou deformação sejam evitados ou pelo menos reduzidos. Os respectivos elementos de conexão estão adaptados para transferir e/ou distribuir as respectivas cargas aplicadas externamente na estrutura da raiz de pá da pá de rotor. Os membros de ligação podem ser integralmente construídos com um membro de conexão ou montado a um membro de conexão.

[007] Uma Publicação da Sandia National Labs (SAND2003- 0719 Versão Impressa Ilimitada de maio de 2003; http://windpower.sandia.gov/other/030719.pdf) inclui uma descrição de um método para instalar rebites de raiz em uma pá incorporando diretamente os rebites dentro do material laminado para reduzir o número de etapas do processo de fabricação e requisitos de ferramentas. O tecido seco é enrolado ao redor de cada rebite e o material dobrado é colocado entre os rebites antes de infusão de resina.

[008] A publicação do pedido de patente N° 8,172,538 descreve um método de fabricação de um elemento de invólucro de pá de turbina eólica com um elemento de fixação incorporado perto da raiz. O elemento de fixação é posicionado em um molde com varas pré-fabricadas que envolvem uma parte longitudinal substancial do elemento de fixação antes da infusão de resina. Um meio de guia é fornecido para alinhar o elemento de fixação em relação a um outro elemento de fixação e/ou em relação ao molde durante a moldagem.

[009] Assim, a indústria está continuamente procurando fornecer um método para a fabricação de seções de raiz de pá de turbina eólica com propriedades estruturais uniformes de forma econômica e oportuna em comparação com as técnicas existentes.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0010] Os aspectos e vantagens da invenção serão apresentados em parte na descrição a seguir, ou podem ser óbvios a partir da descrição, ou podem ser aprendidos através da prática da invenção.

[0011] De acordo com certos aspectos da invenção, um método é fornecido para a fabricação de uma seção raiz de uma pá de turbina eólica. O método inclui a montagem de um molde tendo um segmento de cilindro interno, um segmento de cilindro externo e um flange inferior, em que um espaço radial é definido entre os segmentos de cilindro interno e externo. O molde pode definir um cilindro completo, onde os segmentos de cilindro interno e externo são cilindros completos, ou pode ser formado em segmentos, em que segmentos de cilindro interno e externo são cilindros parciais. O método inclui a fixação de uma pluralidade de conectores de eixo de raiz de forma circunferencial em torno do flange inferior de modo que os conectores de eixo de raiz se estendam axialmente para dentro do espaço radial entre os cilindros interno e externo. Um primeiro cartucho de hastes pultrudadas é carregado no espaço radial, em que o primeiro cartucho inclui uma pluralidade de primeiras hastes pultrudadas dispostas adjacentes ao segmento de cilindro interno. O espaço no molde é selado, por exemplo, com um flange superior (tampa), uma bolsa de vácuo ou outro elemento de vedação colocado no molde sobre o espaço, e o espaço é evacuado (por exemplo, um vácuo é proporcionado no espaço). Uma resina é injetada no espaço radial e migra através do espaço radial e em lacunas ou vazios entre as hastes pultrudadas. A resina é então curada, em que a seção final de raiz é formada com a pluralidade de hastes pultrudadas encapsuladas em resina. A seção de raiz, em seguida, é removida do molde.

[0012] Em uma forma de realização particular, o primeiro cartucho de hastes pultrudadas inclui uma primeira luva de suporte cilíndrica, em que as hastes pultrudadas são retidas contra a primeira luva de suporte cilíndrica, e a primeira luva de suporte cilíndrica é posicionada contra ou ao redor do segmento de cilindro interno. Esta forma de realização pode incluir meios dentro do primeiro cartucho para retenção das primeiras hastes pultrudadas contra a primeira luva de suporte cilíndrica. Em uma forma de realização, tais meios podem incluir um dentre um material de estopa (tow) ou material de tecido enrolado em volta das primeiras hastes pultrudadas. Em algumas formas de realização, o material de revestimento de tecido pode ser aplicado em camadas ao longo das primeiras hastes pultrudadas no primeiro cartucho. As hastes pultrudadas podem ser anexadas ao material de revestimento de tecido. Por exemplo, o tecido pode ser tecido em torno das hastes pultrudadas, ou as hastes pultrudadas podem ser aderidas ao tecido. O tecido é permeável à resina e pode ser um tecido seco ou previamente impregnado com resina (um tecido “prepreg”).

[0013] Para reforçar a raiz na direção circunferencial (isto é, aro), pode ser desejado incorporar pelo menos uma certa quantidade de fibras fora do eixo (fibra não 0°) na seção de raiz. Este efeito de reforço pode ser proporcionado colocando camadas de tecido seco com fibras que funcionam predominantemente na direção circunferencial entre os cartuchos. Se utilizadas, estas camadas podem ser compactadas para reduzir sua massa através da obtenção de um vácuo na cavidade do molde para obter a resina entre as hastes e o cartucho, bem como os tecidos. O vácuo, essencialmente, pressiona as hastes para o tecido e os compacta.

[0014] Em uma determinada forma de realização, as primeiras hastes pultrudadas têm o mesmo comprimento e diâmetro, e podem ser feitas do mesmo material. Em outra forma de realização, as primeiras hastes pultrudadas têm qualquer ou combinação de tamanhos diferentes, diâmetros diferentes ou material diferente.

[0015] A etapa de infusão pode, em uma determinada forma de realização, incluir dirigir de forma rotacional o molde para gerar força centrífuga que direciona a resina através das lacunas de espaços radiais e vazios entre as hastes pultrudadas.

[0016] Em uma determinada forma de realização, o método pode incluir o carregamento de um segundo cartucho de hastes pultrudadas no espaço radial entre os segmentos de cilindro interno e externo concêntricos com o primeiro cartucho de hastes pultrudadas, e em que o segundo cartucho inclui uma pluralidade de segundas hastes pultrudadas dispostas contra uma segunda luva de suporte cilíndrica. Por exemplo, o primeiro cartucho de hastes pultrudadas pode ser colocado ao redor do cilindro interno do molde, e o segundo cartucho de hastes pultrudadas pode ser colocado ao redor do primeiro cartucho de hastes pultrudadas. Nesta forma de realização, as segundas hastes pultrudadas podem ter o mesmo comprimento ou ser maior do que as primeiras hastes pultrudadas. Como alternativa, as segundas hastes pultrudadas podem ter qualquer uma ou combinação de tamanhos diferentes, diâmetros diferentes ou materiais diferentes em comparação com as primeiras hastes pultrudadas.

[0017] A pluralidade de conectores de eixo de raiz podem ser inserções de raízes individuais que se estendem axialmente no espaço entre as hastes pultrudadas e são parafusados à flange inferior (de fora do molde). As inserções de raiz podem ser conectadas juntas em uma montagem que é colocada no espaço antes de parafusar as inserções de raiz no flange inferior. As inserções de raiz podem ser texturizadas ou revestidas com um tecido antes de serem colocadas no espaço para garantir que as inserções permaneçam incorporadas na resina.

[0018] A presente invenção também engloba um conjunto de pá de rotor para uma turbina eólica, a pá tendo um lado de pressão e um lado de sucção que se estende entre uma borda de ataque e uma borda de fuga. O conjunto de pá inclui uma seção de raiz de pá cilíndrica moldada que se estende no sentido longitudinal do lado de pressão e lado de sucção para uma face de extremidade da seção de raiz de pá que está configurada para unir o conjunto de pá de rotor a um eixo. A seção de raiz de pá compreende ainda um primeiro cartucho de uma pluralidade de primeiras hastes pultrudadas injetadas com uma resina endurecida entre e ao redor das primeiras hastes pultrudadas. A seção de raiz também inclui uma pluralidade de conectores de eixo de raiz espaçados de forma circunferencial em torno da face de extremidade da seção de raiz de pá e se estendendo no sentido longitudinal entre as primeiras hastes pultrudadas.

[0019] A seção de raiz de pá pode incluir qualquer um dos recursos ou características discutidos acima em relação ao método de fazer uma seção de raiz exemplar.

[0020] Essas e outras características, aspectos e vantagens da presente invenção serão ainda suportados e descritos com referência à seguinte descrição e reivindicações anexas. Os desenhos em anexo, que são incorporados e constituem parte deste relatório descritivo, ilustram formas de realização da invenção e, juntamente com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0021] Uma divulgação completa e facilitadora da presente invenção, incluindo o seu melhor modo, dirigida a um técnico no assunto, é apresentada no relatório descritivo, que faz referência às figuras em anexo, nas quais: - a Figura 1 ilustra uma vista em perspectiva de uma turbina eólica convencional; - a Figura 2 ilustra uma vista em perspectiva de uma forma de realização de um conjunto de pá de rotor de uma turbina eólica com uma seção de raiz de pá de acordo com a presente invenção; - a Figura 3 é uma vista em perspectiva de uma forma de realização de uma seção de raiz de pá de acordo com a presente invenção; - a Figura 4 é uma vista em perspectiva de uma forma de realização alternativa de uma seção de raiz de pá de acordo com a presente invenção; - a Figura 5 é uma vista em perspectiva de ainda outra forma de realização de uma seção de raiz de pá de acordo com a presente invenção; - a Figura 6 ilustra alguns aspectos de um processo de moldagem para a fabricação de uma seção de raiz de pá; uma vista de cima ao longo da linha A-A da forma de realização da Figura 4, de acordo com a presente invenção; - a Figura 7 ilustra alguns outros aspectos do processo de moldagem para uma seção de raiz cilíndrica completa; - a Figura 8 ilustra aspectos do processo de moldagem para uma única seção de raiz semicilíndrica; - a Figura 9 ilustra aspectos do processo de moldagem para seções de raiz semicilíndricas duplas; - a Figura 10 é uma vista de cima de uma forma de realização de uma seção de raiz de pá dentro de um molde; - a Figura 11 é uma vista de cima de uma forma de realização alternativa de uma seção de raiz de pá dentro de um molde; e - a Figura 12 é uma vista lateral cortada de uma forma de realização de uma seção de raiz da pá dentro de um molde.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[0022] Referência será agora feita em detalhe para formas de realização da invenção, um ou mais exemplos dos quais são ilustrados nos desenhos. Cada exemplo é fornecido a título de explicação da invenção, não limitação da invenção. Na verdade, será evidente para os técnicos no assunto que podem ser feitas várias modificações e variações na presente invenção sem se afastar do escopo da invenção. Por exemplo, as características ilustradas ou descritas como parte de uma forma de realização podem ser usadas com outra forma de realização para produzir uma ainda outra forma de realização. Assim, pretende-se que a presente invenção abranja tais modificações e variações que se enquadram no escopo das reivindicações em anexo e os seus equivalentes.

[0023] A presente invenção se refere a uma única seção de raiz de pá (e método de fazer essa seção de raiz de pá), em que a seção de raiz exibe resistência e propriedades estruturais aprimoradas e pode ser fabricada de forma rápida e eficiente.

[0024] Referindo-se aos desenhos, a Figura 1 ilustra uma vista em perspectiva de uma turbina eólica convencional (10) para colocar a presente invenção em seu ambiente de funcionamento. Como mostrado, a turbina eólica (10) inclui uma torre (12) estendendo a partir de uma superfície de apoio (14), uma nacela (16) montada na torre (12), e de um rotor (18) acoplado à nacela (16). O rotor (18) inclui um eixo rotativo (20) e pelo menos um conjunto de pá de rotor (22) acoplado a e se estendendo para fora do eixo (20). Por exemplo, na forma de realização ilustrada, o rotor (18) inclui três conjuntos de pá de rotor (22). No entanto, em uma outra forma de realização, o rotor (18) pode incluir mais ou menos do que três conjuntos de pá de rotor (22). Cada conjunto de pás de rotor (22) pode ser espaçado em torno do eixo (20) para facilitar a rotação do rotor (18) para permitir que a energia cinética seja transferida do vento em energia mecânica utilizável e, posteriormente, energia elétrica. Por exemplo, o eixo (20) pode ser acoplado rotativamente à nacela (16), que possui um gerador elétrico (não mostrado) para permitir que seja produzida energia elétrica.

[0025] Referindo-se agora a Figura 2, é ilustrada uma forma de realização de um conjunto de pá de rotor (22) com uma seção de raiz de pá (100) de acordo com a presente invenção. Mais especificamente, o conjunto de pá de rotor (22) inclui um invólucro (108) que define um lado de pressão (110) e um lado de sucção (112) entre uma borda de ataque (114) e uma borda de fuga (116). O invólucro (108) pode geralmente ser configurado para se estender entre a seção de raiz de pá (100) e uma ponta de pá (106) disposta em oposição à seção de raiz de pá (100) e pode servir como o invólucro/ revestimento externo de estrutura possuindo carga interna da pá. Além disso, o conjunto de pá de rotor (22) pode ter um alongamento (118) que define o comprimento total entre a seção de raiz de pá (100) e a ponta de pá (106). A seção de raiz da pá (100) pode ter uma forma geralmente cilíndrica e pode se estender no sentido longitudinal a partir do lado de pressão (110) e do lado de sucção (112) para uma face de extremidade (102) da secção de raiz (100). Além disso, a seção de raiz de pá (100) é configurada para unir o conjunto de pá de rotor (22) ao eixo (18) da turbina eólica (10) (Figura 1).

[0026] Referindo-se à Figura 3, uma forma de realização de uma seção de raiz de pá (100) inclui uma pluralidade de primeiras hastes pultrudadas (148) dispostas em uma formação cilíndrica e podem ser consideradas como um primeiro cartucho (146) de hastes pultrudadas. “Hastes pultrudadas” são geralmente entendidas na arte por abranger hastes de plástico reforçado com fibra de vidro (hastes FRP) fabricadas através do processo de pultrusão. Estas hastes são sólidas e compostas de resina de poliéster e fibra de vidro. Entende-se que, através do processo de pultrusão, é possível variar o sistema de resina e melhorar as propriedades de conteúdo de vidro das hastes para atender projetos e aplicações específicas. Como o material de pultrusão é leve e forte, muitas vezes é muito mais eficiente do que o aço, alumínio ou madeira estrutural. As hastes pultrudadas (ou tubos) são reconhecidas por funcionar bem em aplicações de flexão e tensão (puxando), uma vez que todas as fibras são orientadas ao longo do comprimento do tubo (ou haste). As peças são feitas no processo de pultrusão, puxando as fibras através de um molde dado, enquanto simultaneamente, se injeta resina para criar o perfil necessário. Para os propósitos da presente descrição em que as hastes pultrudadas são usadas em uma seção de raiz de pá (100), as hastes pultrudadas podem ter um diâmetro dentro de uma faixa de 3,0 mm (0,009 kg/m) a 37,5 mm (2,010 kg/m). O comprimento das hastes irá variar dependendo do comprimento total da seção de raiz de pá (100). Outras dimensões de hastes também estão dentro do escopo da presente invenção.

[0027] Na forma de realização particular representada na Figura 3, o primeiro cartucho (146) inclui uma primeira luva de suporte cilíndrica (150) em torno da qual as hastes (148) são retidas. Como explicado abaixo, com referência à Figura 10, esta primeira luva de suporte cilíndrica (150) não é necessária em todas as formas de realização.

[0028] Dentro do primeiro cartucho (146), as primeiras hastes pultrudadas (148) têm o mesmo comprimento e diâmetro, e podem ser feitas do mesmo material. Em outras formas de realização, as primeiras hastes pultrudadas (148) dentro de qualquer cartucho dado podem ter qualquer uma ou combinação de comprimentos diferentes, diâmetros diferentes ou materiais diferentes.

[0029] Referindo-se ainda a Figura 3, a primeira luva de suporte cilíndrica (150) (e qualquer outra segunda ou terceira luvas de suporte) pode ser um tubo de FRP (produto pultrudado). A luva (150) serve para fornecer uma base em torno da qual as hastes (148) são dispostas (explicado em maior detalhe abaixo) e, neste sentido, a luva pode ser relativamente fina.

[0030] Podem ser fornecidos os meios para manter as hastes (148) em uma disposição cilíndrica em torno da luva de suporte (150). Por exemplo, uma estopa de fibra de vidro (176) pode ser revestida em torno das hastes (148) de uma maneira semelhante a uma corda para manter as hastes pultrudadas (148) em um padrão disposto (tendo uma “espessura radial” definida) em torno da luva (150). Na forma de realização da Figura 4, um material de revestimento de tecido permeável (175) é enrolado em torno das hastes (148) e pode ser colocado em camadas ao longo das hastes (148), como representado na Figura 4. Por exemplo, alternando as camadas de material de tecido (175) e hastes (148) podem ser contidos dentro de um dado cartucho. O material de tecido (175) pode ser um material de fibra biaxial ou unidirecional, ou combinações dos mesmos dentro do cartucho (146). Além disso, nesta forma de realização, as hastes pultrudadas (148) podem ser unidas ao material de revestimento de tecido (175). Por exemplo, o tecido (175) pode ser tecido em torno das hastes pultrudadas (148), ou as hastes pultrudadas (148) podem ser aderidas ao tecido (175). O tecido (175) é permeável à resina e pode ser um tecido seco ou previamente impregnado com resina (um tecido “prepreg”).

[0031] No processo de moldagem (como explicado abaixo), uma resina (152) é injetada entre as hastes pultrudadas (148) e curada de tal modo que a seção de raiz de pá terminada (100) é definida pela pluralidade de hastes (148) envoltas dentro de uma resina endurecida ao redor da luva de suporte (150), como representado na Figura 3.

[0032] Como representado na Figura 3, a seção de raiz de pá (100) também inclui uma pluralidade de conectores de eixo de raiz (136) espaçados de forma circunferencial em torno da face de extremidade (102) da seção de raiz de pá (100). Estes conectores de eixo (136) servem para fixar a seção de raiz (100) (e, portanto, o conjunto de pá (22)) ao eixo de turbina eólica (20), como é bem conhecido na indústria. Vários tipos de conectores de eixo (136) são conhecidos, e a seção de raiz da pá atual (100) pode acomodar todos esses dispositivos. Na forma de realização ilustrada, os conectores de eixo (136) incluem uma inserção afunilada (142) (Figura 6) que se estende no sentido longitudinal entre as hastes (148). As inserções (142) têm um orifício roscado definido nas mesmas e são engatadas por conectores roscados no eixo de pá (20) ao instalar o conjunto de pá (22) no eixo (20). As inserções (142) podem ser texturizadas ou revestidas em um material de tecido para garantir que inserções (142), permanecem penetradas na resina (152) entre as hastes (148).

[0033] Em outras formas de realização, as inserções podem ser conectores convencionais de parafusos em T assentados na face de extremidade da seção de raiz (100).

[0034] Referindo-se à Figura 5, as formas de realização da seção de raiz da pá (100) podem incluir múltiplos cartuchos. Por exemplo, a seção de raiz da pá (100) inclui primeiro cartucho (146) das primeiras hastes pultrudadas (148) e a luva (150) e um segundo cartucho adicional (154) de segundas hastes pultrudadas (156) dispostas concentricamente a uma segunda luva de suporte cilíndrica (158), em que os cartuchos (146) e (158) são concêntricos. Nesta forma de realização, as segundas hastes pultrudadas (156) podem ter o mesmo comprimento ou ser maior do que as primeiras hastes pultrudadas (148). Do mesmo modo, as segundas hastes pultrudadas (156) podem ter qualquer uma ou combinação de tamanhos diferentes, diâmetros diferentes ou materiais diferentes em comparação com as primeiras hastes pultrudadas (148), ou dentro das segundas hastes pultrudadas (156). As características das hastes (146, 156) podem ser selecionadas para fornecer a força desejada total da seção de raiz (100) e outras características físicas.

[0035] As várias luvas (150, 158, 174) (Figura 11) podem incluir furos, ranhuras, ou outras passagens para a resina difundir para dentro e através dos diferentes cartuchos.

[0036] As Figuras 10 e 11 (discutidas em mais detalhes abaixo) representam uma forma de realização em que a seção de raiz de pá (100) incorpora três cartuchos de haste concêntricos (146, 154 e 170) com as respectivas hastes (148, 156 e 172) dispostas em torno de respectivas luvas de suporte (150, 158 e 174).

[0037] Uma seção de raiz de pá finalizada (100) pode incluir uma camada de pele externa (178) (Figuras 3 e 4) aplicada sobre a matriz de haste/ resina. Esta camada (178) pode ser formada no mesmo processo de moldagem, que forma a haste/ matriz de resina, ou por um processo subsequente.

[0038] A presente invenção também engloba vários métodos para a fabricação de seção de raiz de pá (100) descritos aqui. Referindo-se às Figuras 6 a 11, vários aspectos de um método exemplificativo são ilustrados. O método inclui a montagem de um molde (122) tendo um segmento de cilindro interno (124) e um segmento de cilindro externo (126), em que um espaço concêntrico radial é definido entre os segmentos de cilindro (124, 126).

[0039] Os segmentos de cilindro (124, 126) podem ser cilindros completos, conforme ilustrados nas Figuras 6 e 7, em que a seção de raiz (100) é moldada como um cilindro completo. Pode ser desejado posteriormente separar a seção de raiz (100) em segmentos separados para envio e outras considerações logísticas. Os segmentos separados, em seguida, podem ser conectados em conjunto com adesivo ou outro meio após a montagem final das pás de turbina eólica.

[0040] A Figura 8 representa uma moldagem (122) em que os segmentos de cilindro (124, 126) são segmentos cilíndricos parciais, em que são formadas porções segmentadas da seção de raiz (100). Essas porções segmentadas podem ser conectadas juntas após a montagem final da pá de turbina eólica. O molde (122) inclui uma configuração de contrapeso (169) que permite que todo o molde (122) seja rodado de modo a gerar força centrífuga suficiente para fazer com que a resina da fonte de resina (162) migre através do espaço radial entre os segmentos de cilindro (124, 126) e ao redor das hastes pultrudadas (148).

[0041] A Figura 9 representa uma moldagem (122) em que as porções segmentadas duplas são produzidas simultaneamente. Os pares de segmentos semicilíndricos (124, 126) estão conectados entre si por uma barra (171) ou outro elemento de conexão em uma configuração balanceada em rotação. Os segmentos separados, em seguida, podem ser conectados em conjunto com adesivo ou outro meio após a montagem final das pás de turbina eólica.

[0042] Um flange inferior (128) é conectado aos segmentos de cilindro (124, 126). Certas formas de realização do método inclui ainda a fixação de uma pluralidade de conectores de eixo de raiz (136) de forma circunferencial em torno da flange inferior (128) de modo que os conectores de eixo de raiz (136) se estendem para dentro do espaço entre os cilindros interno (124) e externo (126). Na forma de realização ilustrada, por exemplo, os conectores de eixo (136) incluem inserções de raiz (142) que estão parafusados no lado interno do flange inferior (128) com parafusos externos (144).

[0043] O primeiro cartucho (146) de hastes pultrudadas (148) é carregado no espaço entre os cilindros de molde (124, 126). Como discutido acima, o primeiro cartucho (146) inclui uma pluralidade de primeiras hastes pultrudadas (148), que podem ou não estar dispostas em torno de uma primeira luva de suporte cilíndrica (150). Por exemplo, na forma de realização da Figura 10, em que o molde inclui um cartucho único (primeiro cartucho (146)), as hastes (148) podem ser colocadas em torno do segmento de cilindro interno (124) sem uma luva de suporte. Em outras formas de realização, tal como representadas nas Figuras 10 e 11 por exemplo, cada cartucho (146, 154 e 170) inclui uma luva de suporte (150, 158 e 174) respectiva.

[0044] Meios são fornecidos para a vedação sobre o espaço no molde. Por exemplo, um flange superior (tampa) (130) pode ser colocado sobre o molde (122) para selar essencialmente o primeiro cartucho (146) no espaço entre os cilindros (124, 126). Em outra forma de realização, uma bolsa de vácuo pode ser usada para selar o espaço. Outros meios de vedação ou elementos estão dentro do escopo de invenção. O espaço, em seguida, é evacuado através de uma fonte de vácuo na comunicação com o espaço, como representado na Figura 5. Conforme mencionado acima, o vácuo ajuda na compactação das hastes e de quaisquer folhas de camada de fibra adicionais colocadas entre os cartuchos. Por exemplo, para reforçar a raiz na direção circunferencial (ou seja, aro), pode ser desejado incorporar pelo menos uma certa quantidade de fibras fora do eixo (fibra não 0°) na seção de raiz colocando camadas de tecido seco com fibras que funcionam predominantemente na direção circunferencial entre os cartuchos. Se utilizadas, estas camadas podem ser compactadas para reduzir sua massa através da obtenção de um vácuo na cavidade do molde para obter a resina entre as hastes e o cartucho, bem como os tecidos. O vácuo, essencialmente, pressiona as hastes para o tecido e compacta os componentes na seção de raiz.

[0045] A resina (152), em seguida, é injetada a partir de uma fonte (162) para o espaço, como mostrado nas Figuras 5 e 6. A resina migra através do espaço e em lacunas entre as hastes pultrudadas (148). O molde (122) pode ser conduzido rotativamente, como representado pela seta nas Figuras 7 e 8, para criar uma força centrífuga que melhor conduz a resina (152) entre as hastes (148). O molde (122) também pode ser revestido em um elemento de aquecimento (164) e no revestimento de isolamento (166) para auxiliar no processo de infusão.

[0046] Como mencionado acima, as várias luvas (150, 158, 174) podem incluir furos, ranhuras, ou outras passagens para a resina difundir para dentro e através dos diferentes cartuchos.

[0047] Uma pluralidade de transdutores ultrassônicos (168) pode ser espaçada em torno do molde (122), por exemplo, em torno da superfície de diâmetro interno do cilindro (124), para auxiliar na compactação das hastes pultrudadas antes e/ou durante o processo de cura.

[0048] Após o processo de infusão, a resina (152) é curada no molde (122).

[0049] Conforme discutido acima, em uma forma de realização de método particular, as primeiras hastes pultrudadas (148) podem ter o mesmo comprimento e diâmetro, e podem ser feitas do mesmo material, como representado na Figura 6. Em outra forma de realização, as primeiras hastes pultrudadas têm qualquer ou combinação de tamanhos diferentes, diâmetros diferentes ou material diferente.

[0050] Em algumas certas formas de realização de método representadas nas Figuras 5, 11 e 12, o método pode incluir o carregamento de um segundo cartucho (154) de hastes pultrudadas (156) no espaço entre os cilindros concêntricos interno (124) e externo (126) com o primeiro cartucho (146) de hastes pultrudadas (148). Tal como acontece com o primeiro cartucho (146), o segundo cartucho (154) inclui as hastes (156) dispostas em torno de uma segunda luva de suporte cilíndrica (158). As hastes (156) podem ser mantidas em torno da luva (158) com os meios acima discutidos, tais como estopa de fibra de vidro (176) (Figura 3) ou tecido de revestimento de fibra de vidro (175) (Figura 4). As segundas hastes pultrudadas (156) podem ter o mesmo comprimento que as primeiras hastes pultrudadas (148) ou, como representado na Figura 10, podem ter um comprimento diferente. Como alternativa, as segundas hastes pultrudadas (156) podem ter qualquer uma ou combinação de tamanhos diferentes, diâmetros diferentes ou materiais diferentes em comparação com as primeiras hastes pultrudadas ou entre elas.

[0051] As Figuras 11 e 12 representam uma forma de realização em que um terceiro cartucho (170) é carregado no molde (122), o terceiro cartucho (170) possuindo três hastes pultrudadas (172) dispostas em torno de uma terceira luva de suporte cilíndrica (174). Tal como acontece com os outros cartuchos, as hastes (172) podem ter o mesmo comprimento ou um comprimento diferente em comparação com as hastes (148, 156) dos outros cartuchos.

[0052] Com referência à Figura 12, é apreciado que, quando removidos do molde (122), os cartuchos terão um perfil de altura escalonada de hastes pultrudadas, em que as hastes (172) no terceiro cartucho (170) têm um comprimento axial maior do que as hastes (156) no segundo cartucho (154), que tem um comprimento axial maior do que as hastes (148) no primeiro cartucho (146). As hastes dentro de um determinado cartucho podem ter o mesmo comprimento, ou pode ter um perfil de altura decrescente (no sentido de uma linha de centro da seção de raiz (100)). Essa configuração economiza custos substanciais de material e tempo de fabricação no processo subsequente de laminação (lay-up) de conectar a seção de raiz aos invólucros de pá. No processo convencional, a seção de raiz deve ser usinada em um perfil cônico para a laminação de folhas de fibra de vidro entre a seção de raiz e os invólucros de pá. O presente método fornece um perfil cônico que requer pouca usinagem final, o que pode ser feito com a seção de raiz ainda no molde ou removida do molde.

[0053] O processo de infusão discutido acima pode resultar em uma camada de resina externa uniforme e lisa em torno das hastes pultrudadas, em que tal camada constitui uma camada de pele externa (178) da seção de raiz de pá (100). Como alternativa, a camada da pele (178) pode ser uma resina ou outra camada de material aplicada na seção de raiz sobre o cartucho mais externo após a seção de raiz (100) ser removida do molde (122).

[0054] Esta descrição escrita utiliza exemplos para divulgar a invenção, incluindo o de melhor modo, e também para permitir que qualquer técnico no assunto pratique a invenção, incluindo a fabricação e utilização de quaisquer aparelhos ou sistemas, e a realização de quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorrem para os técnicos no assunto. Tais outros exemplos pretendem estar dentro do escopo das reivindicações se eles incluem elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações, ou se eles incluem elementos estruturais equivalentes com diferenças não substanciais das linguagens literais das reivindicações. LISTA DE COMPONENTES

Claims (15)

1. MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE UMA SEÇÃO DE RAIZ (100) de um conjunto de pá de turbina eólica (22), o método caracterizado por compreender: - a montagem de um molde (122) tendo um segmento de cilindro interno (124), um segmento de cilindro externo (126) e um flange inferior (128), em que um espaço radial (132) é definido entre os segmentos de cilindro interno e externo; - a fixação de uma pluralidade de conectores de eixo de raiz (136) de forma circunferencial em torno do flange inferior (128) de modo que os conectores de eixo de raiz (136) se estendam para dentro do espaço radial (132); - o carregamento de um primeiro cartucho (146) de hastes pultrudadas (148) no espaço radial (132), em que o primeiro cartucho (146) inclui uma pluralidade de primeiras hastes pultrudadas (148) dispostas adjacentes ao segmento de cilindro interno (124), em que as hastes pultrudadas (148) possuem um diâmetro dentro de uma faixa de 3,0 mm a 37,5 mm; - a vedação ao longo do espaço (132) no molde (122), e evacuar o espaço; - a infusão de uma resina (152) no espaço (132), de modo que a resina migra entre as hastes pultrudadas (148), e a cura da resina; e - a remoção da seção de raiz curada (100) do molde (122).

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo primeiro cartucho (146) de hastes pultrudadas compreender uma primeira luva de suporte cilíndrica (150), as hastes pultrudadas (148) posicionadas contra a primeira luva de suporte cilíndrica e a primeira luva de suporte cilíndrica posicionada contra o segmento de cilindro interno (124).

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender ainda o fornecimento de meios (175, 176) dentro do primeiro cartucho (146) para reter as primeiras hastes pultrudadas (148) contra a primeira luva de suporte cilíndrica (150).

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelos meios de retenção compreenderem um de um material de estopa (176) ou material de tecido (175) revestido em torno das primeiras hastes pultrudadas (148), ou um material de revestimento de tecido (175) em camadas ao longo das primeiras hastes pultrudadas no primeiro cartucho (146).

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas primeiras hastes pultrudadas (148) terem o mesmo comprimento e o diâmetro.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pela etapa de infusão compreender ainda a rotação direcionada do molde (122) para gerar força centrífuga que direciona a resina (152) através do espaço radial (132) entre as hastes pultrudadas (148).

7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por compreender ainda o carregamento de um segundo cartucho (154) de hastes pultrudadas (156) no espaço radial (132) concêntrico com o primeiro cartucho (146) de hastes pultrudadas (148), em que o segundo cartucho (154) inclui uma pluralidade de segundas hastes pultrudadas (156) dispostas contra uma segunda luva de suporte cilíndrica (158).

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo primeiro cartucho (146) de hastes pultrudadas incluir uma primeira luva de suporte cilíndrica (150) colocada contra o segmento de cilindro interno (124) do molde e o segundo cartucho (154) de hastes pultrudadas (156) ser colocado em torno do primeiro cartucho (146) de hastes pultrudadas.

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pela pluralidade de conectores de eixo de raiz (136) serem inserções de raiz (142) que são parafusadas ao flange inferior (128) e se estendem axialmente entre as hastes pultrudadas (148).

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelas inserções de raiz (142) estarem conectadas entre si em um conjunto que é colocado no espaço radial (132) antes de parafusar as inserções de raiz no flange inferior (128).

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelas inserções de raiz (142) serem texturizadas ou revestidas com um tecido antes de serem colocadas no espaço (132).

12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo molde (122) definir um cilindro parcial, sendo os segmentos de cilindro internos (124) e externos (126) segmentos cilíndricos parciais, ou o molde (122) definir um cilindro completo, os segmentos de cilindro internos (124) e externos (126) sendo segmentos cilíndricos completos.

13. CONJUNTO DE PÁ DE ROTOR (22) para uma turbina eólica (10), obtido através do método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12, o conjunto de pá de rotor (22) caracterizado por compreender: - um lado de pressão (110) e um lado de sucção (112), o lado de pressão e o lado de sucção se estende entre uma borda de ataque (114) e uma borda de fuga (116); - uma seção de raiz de pá cilíndrica moldada (100) que se estende no sentido longitudinal (span-wise) do lado de pressão e lado de sucção para uma face de extremidade (102) da seção de raiz de pá que está configurada para unir o conjunto de pá de rotor (22) a um eixo(20); - a seção de raiz da pá (100) compreendendo ainda: - um primeiro cartucho (146) de uma pluralidade de primeiras hastes pultrudadas (148) injetadas com uma resina endurecida (152) entre e ao redor das primeiras hastes pultrudadas (148), em que as hastes pultrudadas (148) possuem um diâmetro dentro de uma faixa de 3,0 mm a 37,5 mm; e - uma pluralidade de conectores de eixo de raiz (136) espaçados de forma circuferencial em torno da face de extremidade (102) da seção de raiz de pá (100) e se estendendo no sentido longitudinal entre as primeiras hastes pultrudadas (148).

14. CONJUNTO DE PÁ DE ROTOR (22), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo o primeiro cartucho (146) compreender uma primeira luva de suporte cilíndrica (150), as primeiras hastes pultrudadas (148) retidas em torno da primeira luva de suporte cilíndrica (150).

15. CONJUNTO DE PÁ DE ROTOR (22), de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender ainda um segundo cartucho (154) de hastes pultrudadas (156) concêntrico com o primeiro cartucho (146) de hastes pultrudadas, em que o segundo cartucho (154) inclui uma pluralidade de segundas hastes pultrudadas (156) retidas em torno de uma segunda luva de suporte cilíndrica (158).