CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se a um método de determinação de defeitos em uma fixação de raiz de lâmina de turbina eólica.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] As lâminas em uma turbina eólica são elementos muito longos que são expostos a grande tensão. As lâminas são tipicamente fixadas, em uma parte de raiz da mesma, a um cubo de rotor, diretamente ou através de um extensor de lâmina, e através de uma fixação de raiz de lâmina. A fixação de raiz de lâmina compreende um número de orifícios formados na parte de raiz de lâmina e um número de orifícios formados no extensor de lâmina e/ou no cubo. Os orifícios são adequados para o recebimento de pinos de fixação para fixação da raiz de lâmina ao extensor de lâmina ou cubo. As buchas ou insertos metálicos podem ser fornecidos dentro de orifícios para o recebimento dos pinos.
[003] A grande tensão às quais as lâminas são submetidas causa o esforço. Apesar de isso poder ser mitigado pela variação da inclinação da lâmina, descobriu-se que os pinos se tornam pelo menos deformados, mas algumas vezes, até mesmo quebrados a uma distância de uma superfície de extensor causando uma rachadura longitudinal em uma borda dianteira. Uma inspeção visual durante as operações de manutenção normalmente resulta em uma deformação de pino e bucha a ser detectada. A deformação é tipicamente decorrente de uma interferência com o orifício do extensor de lâmina, que é confirmada durante um processo de remoção de pino. Quando o pino é removido da bucha dentro do orifício, arranhões formados na porca que é enroscada no pino também são detectados, particularmente em uma meia parte de uma arruela que é encaixada no meio. A deformação de bucha envolve um deslocamento lateral que representa um problema de qualidade importante que precisa ser solucionado pela verificação de todos os pinos e buchas e substituição individualmente dos que se deformaram. Uma operação de reparo para substituição de pinos deformados e/ou quebrados e buchas faz necessário o uso de ferramentas especiais. Descobriu-se, no entanto, que os pinos e buchas substituídos se quebram novamente.
[004] Seria, portanto, útil obter informação precisa sobre a deformação do pino e da bucha. A esse respeito, seria útil obter informação sobre o posicionamento e falta de alinhamento da bucha na raiz da lâmina de turbina eólica e/ou extensor de lâmina.
[005] Métodos de medição de carga agindo em uma parte de raiz de lâmina de turbina eólica e o modo como afeta a fixação da raiz de lâmina são conhecidos da técnica e são basicamente baseados no uso de sensores.
[006] Por exemplo, US2006000269 descreve um método no qual uma primeira extremidade de um feixe é acoplada à lâmina de rotor e uma segunda extremidade do feixe é posicionada adjacente ao cubo. A deformação do feixe é então medida utilizando-se pelo menos um sensor, e a deformação da lâmina é determinada com base na deformação do feixe.
[007] Como outro exemplo, um método de medição de deformação de um elemento alongado em uma turbina eólica é descrito em EP2037213. Isso é realizado pela medição de variações na distância entre dois pontos do dito elemento alongado através do uso de, por exemplo, um sensor de faixa de laser.
[008] A desvantagem principal desses métodos conhecidos é que os sensores são caros e não fornecem medições tal como no eixo geométrico de rosca de bucha, que é, na verdade, um dos parâmetros mais relevantes para caracterizar problemas de confiabilidade em potencial nas lâminas de turbina eólica. Além disso, métodos conhecidos podem não ser empregados para medir a perpendicularidade do eixo geométrico de rosca de bucha para uma superfície de contato entre a porca enroscada no pino e a raiz da lâmina de turbina eólica.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[009] A presente invenção fornece um método confiável, preciso e econômico para a determinação dos defeitos em uma fixação de raiz de lâmina de turbina eólica, como definido na reivindicação 1, através da qual os problemas da técnica anterior mencionados acima podem ser superados ou pelo menos aliviados.
[0010] Uma fixação de raiz de lâmina compreende vários orifícios de raiz de lâmina espaçados formados em uma superfície de extremidade ou flange da periferia da raiz de lâmina e um número de orifícios de referência formados no extensor de lâmina ou cubo do rotor de turbina eólica. Ambas a raiz de lâmina e os orifícios de referência são adequados para receber pinos de fixação para fixação da raiz de lâmina ao extensor de lâmina ou cubo através do uso de porcas correspondentes e arruelas. As buchas ou insertos de metal também podem ser fornecidos inseridos em pelo menos alguns dos orifícios de raiz de lâmina. Os pinos podem ser encaixados nas ditas buchas. As buchas podem ter uma parte enroscada interna.
[0011] De acordo com o método da presente invenção, pelo menos um pino de fixação é primeiramente removido do orifício onde está encaixado. Se o pino de fixação for encaixado dentro de uma bucha no orifício, o pino de fixação será então removido da bucha. Então, dois ou mais orifícios de referência são selecionados no extensor de lâmina ou cubo. Orifícios de referência possuem uma parte interna que é perpendicular a uma superfície de extremidade ou flange do extensor ou cubo e, em operação, está em contato com a raiz da lâmina.
[0012] Várias placas de referência, por exemplo, uma ou duas, são então fornecidas dentro do extensor de lâmina ou cubo. Um ou vários dispositivos de laser de referência são então encaixados dentro dos ditos orifícios de referência selecionados. Nesse exemplo, dois orifícios de referência foram selecionados de modo que os dispositivos de laser de referência sejam utilizados. Os dispositivos de laser de referência são encaixados nos orifícios de referência do extensor de lâmina ou cubo de uma forma que os feixes de laser de referência correspondentes sejam projetados em linha com o eixo geométrico respectivo dos orifícios de referência selecionados. Ambos os feixes de laser de referência projetados impingem na placa ou placas de referência.
[0013] Então, pelo menos um orifício de raiz de lâmina é selecionado na raiz de lâmina e um dispositivo de laser de medição é encaixado. Um feixe de laser de medição é então projetado na direção da placa de referência impingindo no mesmo. O dispositivo de laser de medição é encaixado no orifício de raiz de lâmina de modo que o feixe de laser de medição esteja em linha com o eixo geométrico do orifício de raiz de lâmina, isto é, em linha com o eixo geométrico de uma parte de rosca de bucha.
[0014] Então, uma linha é definida pelo feixe de laser de medição que impinge na placa de referência, e uma etapa é a realização de determinação da dita linha para determinação de defeitos. A dita etapa de determinação de laser pode compreender, por exemplo, a comparação da linha que representa o feixe de laser de medição com uma linha que representa o feixe de laser de referência e a determinação de seu desvio angular relativo. No entanto, a etapa de determinação de laser pode compreender a determinação de uma equação de uma linha correspondente ao feixe de laser de medição. Para essa finalidade, duas ou mais placas de referência são fornecidas em alturas diferentes, respectivamente, de uma extremidade do extensor de lâmina. A partir dessa equação de linha, o desvio do eixo geométrico do pino encaixado dentro da raiz de lâmina, com relação aos feixes de laser de referência, pode ser determinado.
[0015] A inclinação da superfície de extremidade ou flange do extensor de lâmina ou cubo pode ser determinada também através do uso de um comparador de acordo com o método da invenção.
[0016] O dispositivo de laser de medição mencionado acima pode ser realizado por uma ferramenta de medição ajustável, que não é parte da presente invenção.. Essa ferramenta de medição ajustável é adequada para determinação dos defeitos em uma fixação de raiz de lâmina de turbina eólica e é dimensionado de modo que possa ser encaixado dentro dos orifícios de raiz de lâmina. A ferramenta de medição é fornecida com uma haste possuindo, em uma primeira extremidade da mesma, uma parte de recebimento de dispositivo a laser e uma haste. Em alguns exemplos, a primeira extremidade da haste da ferramenta pode ser adaptada para receber um comparador para medir a inclinação de uma superfície de extremidade do extensor de lâmina ou cubo.
[0017] A segunda extremidade oposta da haste é dimensionada de modo que possa ser inserida no orifício de raiz de lâmina ou em uma bucha, então, inserida, se fornecida. A segunda extremidade da haste da ferramenta de medição pode compreender uma parte ajustável que pode ser acionada de modo que seja movida com relação à primeira extremidade. O deslocamento relativo da segunda extremidade com relação à primeira, resulta em um encaixe justo da haste contra o interior do orifício de raiz de lâmina quando a ferramenta foi inserida. Tal deslocamento da segunda extremidade pode ser axial ao longo do eixo geométrico longitudinal da haste ou pode ser radial, isto é, perpendicular ao eixo geométrico longitudinal da haste.
[0018] A primeira extremidade da haste pode ter uma parte que se projeta para fora a partir do orifício de referência, quando inserido. Essa parte de extremidade é adequada para o recebimento de vários rótulos adequados para serem lidos por um computador. Um número de rótulos é fixado espalhado na superfície dessa parte de extremidade da haste de ferramenta. O número e o tamanho dos rótulos é tal que eles podem ser lidos através de uma técnica de medição de coordenadas tridimensional adequada (fotogrametria). Por meio dessa técnica, as fotografias são criadas e são subsequentemente utilizadas para caracterizar o eixo geométrico longitudinal do orifício de raiz de lâmina.
[0019] Pela realização do método descrito acima e da ferramenta, de acordo com a invenção, várias vantagens são alcançadas através da técnica anterior. Por exemplo, é possível reproduzir o eixo geométrico real da rosca in-terna da bucha e medir a perpendicularidade entre tal eixo geométrico e a super-fície de extremidade ou flange. Portanto, pode ser determinado se as imperfei-ções dão lugar a cargas de dobra adicionais através do pino. Um bom controle de qualidade da lâmina pode ser alcançado, e problemas existentes ou lâminas instaladas podem ser verificados.
[0020] A invenção não está limitada às aplicações em turbinas eólicas, mas pode ser utilizada também em quaisquer aplicações que exijam verificação de alinhamento das roscas em juntas mecânicas com altas cargas.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0021] Uma realização em particular da invenção será descrita a seguir, apenas por meio de exemplo não limitador, com referência aos desenhos em anexo, nos quais:- A Figura 1 é uma vista em perspectiva fragmentada de uma parte de raiz de lâmina de turbina eólica fixada a um extensor de lâmina de turbina eólica em que os elementos principais para a realização do método da presente invenção são ilustrados;- A Figura 2 é uma vista em perspectiva fragmentada de uma parte aumentada da parte de raiz de lâmina de turbina eólica fixada ao extensor de lâmina de turbina eólica na Figura 1;- A Figura 3 é um gráfico representando de forma diagramática um eixo geométrico real de pino e sua orientação com relação a um eixo geométrico de orifício de referência;- A Figura 4 é uma vista em corte de uma realização de uma ferramenta de medição ajustável, com um dispositivo a laser encaixado em uma extremidade do mesmo;- A Figura 5 é uma vista em perspectiva de um comparador; e - A Figura 6 é uma vista em corte do comparador na Figura 5.
DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO
[0022] Um método e uma ferramenta para determinação de defeitos em uma fixação de raiz de lâmina de turbina eólica são agora descritos com referência aos desenhos. A ferramenta ilustrada nos desenhos e aqui descrita não é parte da presente invenção.
[0023] Como ilustrado nas Figuras 1 e 2, uma parte de raiz 100 de uma lâmina de turbina eólica possui uma superfície de extremidade ou flange de raiz 11. Em uso, o flange de raiz 11 é fixado a um cubo de rotor (não ilustrado) através de um extensor de lâmina 200. O extensor de lâmina 200 possui um flange extensor 21 também. Os flanges 11 e 21 estão em contato próximo quando a parte de raiz 100 e o extensor de lâmina 200 são fixados um ao outro como ilustrado nas Figuras 1 e 2.
[0024] A fixação da parte de raiz de lâmina 100 ao extensor de lâmina 200 é realizada através de uma fixação de raiz de lâmina. A fixação de raiz de lâmina compreende vários orifícios de raiz de lâmina 10 e vários orifícios de referência 20. Os orifícios de raiz de lâmina e de referência 10, 20 são dispostos de modo que sejam alinhados um ao outro, como ilustrado na Figura 1 e 2.
[0025] Os orifícios de raiz de lâmina 10 são formados no flange de raiz 11 da parte de raiz 100, e os orifícios de referência 20 são formados no flange de extensor 21 do extensor 200. Deve-se compreender, no entanto, que os orifícios de referência 20 podem ser formados também em um flange de extremidade do cubo.
[0026] Os orifícios de raiz de lâmina 10 e os orifícios de referência 20 podem ser fornecidos com buchas correspondentes 30 encaixadas. As buchas 30 são adequadas para o recebimento de pinos de fixação 40 para acoplamento do extensor de lâmina 200 à raiz de lâmina 100 através do uso de porcas respectivas 41 e arruelas 42.
[0027] Ambos os flanges de raiz de lâmina e de extensor 11, 21 são substancialmente perpendiculares à parede cilíndrica respectiva da parte de raiz 100 e do extensor 200. No entanto, a perpendicularidade do flange de extensor 21 precisa ser medida a fim de se obter uma informação mais precisa sobre a deformação dos ditos pinos 40 e das buchas 30.
[0028] Para a realização do método da invenção, pelo menos dois orifícios de referência 20 são primeiramente selecionados no extensor de lâmina 200. Duas placas de referência 300,3 10 são fornecidas dentro do extensor 200 em alturas diferentes h1, h2, a partir do flange extensor de lâmina 21. Como ilustrado na Figura 1, as placas de referência 300, 310 são dispostas de modo que h2 > h1. Placas de referência 300, 310 são feitas, por exemplo, de metacri- lato, e são fornecidas com indicadores alvo correspondentes 301, 311.
[0029] Dois dispositivos de laser de referência 400, 410 são adicionalmente fornecidos, encaixados dentro dos orifícios de referência 20 selecionados previamente. As buchas 30 podem ser utilizadas encaixadas nos orifícios de referência 20. Os dispositivos de laser de referência 400, 410 são encaixados de uma forma que seus feixes de referência projetados 400’', 410’' estejam alinhados com o eixo geométrico correspondente 20’' dos orifícios de referência 20 selecionados, ou com o da bucha 30 encaixada (isto é, a parte de rosca interna da mesma). Isso é realizado garantindo-se um encaixe justo dos dispositivos de laser 400, 410 dentro dos orifícios de referência 20. Os feixes de referência 400’', 410’', projetados pelos dispositivos de laser de referência 400, 410 impingem nos indicadores alvo respectivos 301, 311 nas placas de referência 300, 310, que são dispostas em duas ditas alturas diferentes h1, h2. Os pontos respectivos nos quais os feixes de referência 400’', 410’' impingem nos indicadores 301, 311 permitem que a posição dos feixes de referência 400’', 410’' sejam precisamente determinados.
[0030] Então, um orifício de raiz de lâmina 10 é selecionado para ser medido. Para essa finalidade, vários pinos de fixação 40 são primeiramente removidos da raiz de lâmina e orifícios de referência 10, 20 e um dispositivo de laser de medição 500 é fornecido. Um exemplo de tal dispositivo de laser de medição 500 é ilustrado na Figura 4. O dispositivo de laser 500 compreende um cabeçote de laser 510 que é encaixado em uma primeira extremidade 715 de uma ferramenta de medição ajustável 700.
[0031] A ferramenta de medição 700 é fornecida com uma haste de ferramenta 710. A haste 710 possui uma primeira extremidade 715 na qual o dispositivo de laser 500 é fixado através do cabeçote de laser 510. A haste 710 possui uma segunda extremidade oposta 720, que é adaptada para ser inserida no orifício de raiz de lâmina 10 ou dentro de uma bucha enroscada 30 inserida. Essa segunda extremidade 720 da haste de ferramenta 710 compreende uma parte ajustável 730 que pode ser acionada, por exemplo, por meio de um parafuso alongado (não ilustrado) que pode ser girado dentro de uma parte enroscada interna 740 da haste de ferramenta 710 em torno do eixo geométrico longitudinal 750 da ferramenta 700. A rotação do parafuso alongado faz com que a parte ajustável 730 seja deslocada para frente e para longe da primeira extremidade 715 da ferramenta 700 como ilustrado pela seta M. O deslocamento relativo entre a parte ajustável 730 e a haste 710 resulta em um encaixe justo da ferramenta 700 contra a parede interna do orifício de raiz de lâmina 10 onde a ferramenta de medição ajustável 700 foi inserida, ou a bucha 30 encaixada. A construção da ferramenta de medição ajustável 700 permite que o espaço entre a rosca da bucha 30 e a rosca do pino 40 seja eliminado de modo que uma medição real do eixo geométrico do pino 10’' (ou a parte enroscada interna do mesmo) seja obtida. Apesar de a parte ajustável 730 da ferramenta 700 ter sido ilustrada e descrita aqui como sendo capaz de realizar um deslocamento axial ao longo do eixo geométrico longitudinal 750 da ferramenta 700, de acordo com a seta M, a parte ajustável 730 da ferramenta pode ser movida radialmente, isto é, perpendicular ao eixo geométrico longitudinal 750 para alcançar tal encaixe justo da ferramenta 700 dentro do orifício 10.
[0032] A primeira extremidade 715 da ferramenta 700 também pode ser adaptada para portar um número de rótulos (não ilustrados) adequados para serem lidos por um computador através de um aplicativo de fotogrametria para caracterização do eixo geométrico longitudinal 10’' do orifício de raiz de lâmina 10.
[0033] A primeira extremidade 715 da haste da ferramenta 710 também é adaptada para portar um comparador 600 para medir a inclinação da superfície de extremidade ou flange 21 do extensor de lâmina 200. Uma modalidade de tal comparador é ilustrada nas Figuras 5 e 6.
[0034] Continuando com o método de acordo com a presente invenção, o dispositivo de laser de medição 500 é encaixado, portado pela ferramenta de medição 700, dentro da bucha 30 no orifício de raiz de lâmina 10. Isso é realizado pela inserção da segunda extremidade 720 da ferramenta 700 dentro do orifício de raiz de lâmina selecionada 10 e então acionando a parte ajustável de ferramenta 730 pela rotação do parafuso alongado (não ilustrado) dentro da parte enroscada interna 740 da haste de ferramenta 710 em torno do eixo geométrico longitudinal 750 do mesmo. Isso faz com que a parte ajustável 730 seja movida axialmente para longe da primeira extremidade de ferramenta 715, resultando em um encaixe justo da ferramenta 700 contra a parede interna do orifício de raiz de lâmina 10. Devido a tal encaixe justo da ferramenta 700 dentro do orifício de raiz de lâmina 10, o feixe de medição 500’' projetado pelo dispositivo de laser 500 está alinhado com o eixo geométrico 10’' do orifício de raiz de lâmina 10 ou o eixo geométrico da bucha 30 encaixado (isto é, a parte enroscada interna da mesma). Como com os feixes de laser de referência 400’', 410’', o feixe de medição 500’' impinge nas placas de referência 300, 310, também.
[0035] Uma equação de linha do feixe de laser de medição 500’' que é projetada para as placas de referência 300, 310 durante uma etapa de medição pode ser então determinada. A linha do feixe de laser de medição 500’' corresponde ao eixo geométrico de orifício de raiz de lâmina 10’'. Essa equação de linha, portanto, permite que o desvio angular α do eixo geométrico do pino 10’', com relação aos feixes de laser de referência 400’', 410’', seja determinado. A posição real do eixo geométrico de pino 10’' (feixe de laser de medição 500’') pode ser determinada com precisão através da linha de eixo geométrico 10’' (feixe de laser de medição 500’').
[0036] Mais particularmente, a partir da dita equação de linha é possível obter:i) o deslocamento x(y=0) do eixo geométrico de pino 10’' (medindo o feixe de laser 500’');ii) o ponto de rotação P (x=0), isto é, a interseção entre o eixo geométrico de pino 10’' com um eixo geométrico de referência 400’', 410’';iii) a posição do orifício de referência 20;iv) o desvio angular α do eixo geométrico do pino 10’' ou feixe de laser de medição 500’';v) a inclinação do flange de extensor 21 para a parede lateral interna do extensor 200, através de um comparador 600, tal como um ilustrado nas Figuras 5 e 6.
[0037] Para determinação do desvio angular α não é necessário se fornecer duas placas de referência 300, 310. Uma única placa de referência será suficiente para determinar o feixe de laser de medição 500’' para determinação dos defeitos.
[0038] O comparador 600 permite que a inclinação do flange de extensor de lâmina 21 para a parede lateral do extensor 200 seja medida com precisão. O comparador 600 compreende um calibrador 610 possuindo um pino seguidor 620. O calibrador comparador 610 é acoplado a uma placa de suporte 615 que, por sua vez, é fixada em uma extremidade da ferramenta de medição ajustável 700, ilustrada na Figura 4, e que será totalmente descrita abaixo. A placa de suporte 615 é fixada por uma de suas extremidades a uma extremidade da dita ferramenta 700 enquanto o calibrador 610 é recebido de forma rotativa em outra extremidade do mesmo. Essa configuração com o calibrador 610 do comparador 600 fixado à ferramenta separada do mesmo permite que o calibrador 610 seja girado em torno do eixo geométrico longitudinal da ferramenta 750. Em uso, a segunda extremidade 720 da ferramenta 700 é encaixada dentro da bucha 30 de um orifício de referência selecionado 20, de modo que o pino seguidor 620 esteja em contato com a superfície superior do flange de extensor de lâmina 21. Pela rotação do calibrador 610 em torno do eixo geométrico longitudinal da ferramenta 750, a inclinação do flange de extensor de lâmina 21 com relação ao eixo geométrico 750, isto é, à parede lateral interna do extensor 200, pode ser medida com precisão.
[0039] Em uma etapa de medição da perpendicularidade do flange de extensor de lâmina 21, e pela utilização do comparador descrito acima 600, um ângulo de inclinação β = 0,06° representando um desvio do plano perpendicular foi obtida com uma variação de 0,05mm entre as partes superior e inferior do flange de extensor 21. Com tal valor pequeno, o ângulo de inclinação β não foi considerado como importante nesse caso em particular.
[0040] Como apresentado de forma diagramática no gráfico da Figura 2, o eixo geométrico real do pino 10’' é uma linha definida pela coordenada x em um eixo geométrico horizontal e pela coordenada y em um eixo geométrico vertical. A linha 10’', isto é, o feixe de laser de medição 500’', representa a posição teórica do pino 40. A origem das coordenadas está no flange do extensor 21 onde as porcas 41 e a arruela 42 são suportadas.
[0041] De acordo com a Figura 3 para a determinação da equação da linha 10’', dois pontos diferentes y1, y2 foram medidos em alturas correspondentes h1, h2, a partir do flange de extensor 21 para as placas de referência respectivas 300, 310. Nesse exemplo, as medições foram em h1 = 900mm e h2 = 1400mm, de modo que y1 = 900mm e y2 = 1400mm. Através do uso de indicadores alvo correspondentes 301, 311 nas placas de referência 300, 310, o desvio x1, x2 foi medido nesses pontos y1, y2, resultando em x1 = 8mm e x2 = 6mm.
[0042] Considerando-se a equação geral de uma linha y = a.x + b
[0044] Então, a interceptação y, isto é, o valor b no ponto onde o eixo geométrico y é cruzado pela linha 10’' é:b = y - a.x = 8- (0,004 - 1400) = 2,4mm.
[0045] A partir desse valor medido do deslocamento lateral do pino medido 40 (ou bucha 30) pode ser dito que uma falha de 2,4mm pode ser formada devido ao contato do pino 40 com o flange de raiz 11.
[0046] A equação de linha 10’' é, portanto:y = 0,004.x + 2,4
[0047] Um ponto de rotação P é avaliado em x=0. O ponto de rotação P é localizado no eixo geométrico vertical do gráfico e é representado pela altura h3. A medição de acordo com os valores acima resulta em P = 600mm.
[0048] O desvio angular α da linha 10’' para o plano vertical é, por-tanto:
[0049] Tendo-se a equação da linha 10’' (feixe de laser de medição 500’'), a falta de alinhamento do eixo geométrico 10’' (ou do da rosca de bucha) pode ser determinada.
[0050] Através dessa equação, informação sobre a deformação dos pinos 40 e das buchas 30 pode ser precisamente obtida além de dados precisos de seu posicionamento e falta de alinhamento.