BR112013011757B1

BR112013011757B1 - Lâmina para turbina eólica

Info

Publication number: BR112013011757B1
Application number: BR112013011757-5A
Authority: BR
Inventors: Luca Feigl
Original assignee: Ge Renewable Technologies Wind B.V.
Priority date: 2010-11-11
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2022-08-16
Also published as: BR112013011757B8; BR112013011757A8; EP2453129B1; WO2012062846A1; US9523281B2; CN103261679B; DK2453129T3; US20130209257A1; EP2453129B8; EP2453129A1; BR112013011757A2; CN103261679A

Abstract

LÂMINA PARA TURBINA EÓLICA. A presente invenção refere-se a uma lâmina para uma turbina eólica compreendendo uma porção base de lâmina (11) para fixação a um flange (12) de montagem da turbina eólica, a base da lâmina compreendendo uma pluralidade de primeiros furos (13) providos com uma bucha interna (14) em que as buchas compreendem uma primeira extremidade (141) em ou perto de uma superfície de montagem da base da lâmina, e uma segunda extremidade (142) oposta embutida em seus primeiros furos correspondentes, e em que uma ou mais buchas internas sendo buchas de guia, as buchas de guia compreendendo uma primeira extremidade que é adaptada para guiar a base da lâmina com relação a um flange de montagem.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a uma lâmina para uma turbina eólica e a um cubo ou extensor de um rotor de turbina eólica.

[0002] A invenção ainda se relaciona a um método de acoplamento de uma porção base de lâmina de uma lâmina a um flange de montagem, e a um método de correção de deformação da porção base de lâmina.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0003] As lâminas em uma turbina eólica são tipicamente fixadas a uma porção base de lâmina, a um cubo de rotor, ou diretamente, ou através de um extensor.

[0004] As lâminas em uma turbina eólica são tipicamente produzidas de materiais compostos: fibras de reforço podem ser ligadas entre si com uma resina e, subsequentemente, curadas para consolidarem. Tipos diferentes de fibras (por exemplo, vidro, carbono, combinações) e resinas (por exemplo, epóxi), podem ser usados em formas diferentes (por exemplo, "prepreg", folhas de fibra). Tais materiais compostos não podem ter a integridade estrutural para proporcionar um mecanismo de fixação seguro em que, por exemplo, parafusos rosqueados podem ser diretamente inseridos. Por esta razão, é conhecido que as lâminas da turbina eólica compreendam inserções de metal ou buchas que são embutidas na base da lâmina em uma direção paralela àquela do eixo longitudinal da lâmina. Rebites, parafusos ou hastes podem ser usados em combinação com estas buchas, para alcançar uma conexão segura entre o cubo ou extensor e a lâmina.

[0005] Um processo de produção de uma lâmina de uma turbina eólica em termos gerais pode compreender uma primeira etapa de moldagem e cura de duas metades separadas da lâmina produzidas de material composto, e uma segunda etapa de desmoldagem destas duas metades e união das mesmas juntas. Alternativamente, uma lâmina completa pode ser produzida em uma etapa de moldagem única. Uma vez que a lâmina tenha sido produzida, ela permanece na armazenagem até que a turbina eólica seja finalmente instalada. Tipicamente, referida armazenagem pode durar de um mês a um ano.

[0006] Embora lâminas sejam feitas de material composto de modo a reduzir seu peso, é importante considerar o fato que uma lâmina acabada, produzida de composto, ainda tem um peso considerável.

[0007] Portanto, um problema derivado do tempo de armazenagem acima mencionado é que a porção base de lâmina se deforma em uma posição de armazenagem devido ao peso da lâmina total (vide figura 4).

[0008] A Figura 4 mostra esquematicamente uma lâmina para uma turbina eólica em uma posição de armazenagem. A seta A mostra a força do peso que age na porção base de lâmina 11 que pode causar deformação da superfície de montagem 111 da porção base de lâmina.

[0009] A orientação da lâmina na figura 4 é meramente uma de várias posições de armazenagem possíveis. A posição de armazenagem ideal pode depender do comprimento da lâmina, da sua forma, da sua curvatura, e de outros parâmetros de projeto da lâmina.

[0010] Outro problema relacionado ao acima mencionado deriva da velocidade do processo de produção da lâmina. Lâminas ou metades de lâmina são frequentemente retiradas do molde quando o processo de cura não é ainda completamente acabado. A resina é, desse modo, ainda parcialmente macia, e a lâmina pode, desse modo, se deformar mais facilmente sob seu próprio peso.

[0011] Na prática, a deformação da base da lâmina pode conduzir a uma fixação mais vulnerável no cubo. Os furos de fixação da lâmina não podem ser completamente alinhados com os furos de fixação do cubo ou extensor, e os rebites ou parafusos, usados para ligação da lâmina ao cubo, não podem ser completamente centralizados em seus furos. Em operação, eles, desse modo, podem ser submetidos a cargas transversais, encurtando, potencialmente, sua vida útil e a vida útil das lâminas.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0012] É um objetivo da presente invenção pelo menos parcialmente superar alguns dos problemas acima mencionados.

[0013] Em um primeiro aspecto, a invenção proporciona uma lâmina para uma turbina eólica compreendendo uma porção base de lâmina para fixação a um flange de montagem da turbina eólica, a base da lâmina compreendendo uma pluralidade de primeiros furos providos com uma bucha interna na qual as buchas compreendem uma primeira extremidade em ou perto de uma superfície de montagem da base da lâmina, e uma segunda extremidade oposta embutida em seus correspondentes primeiros furos, e no qual uma ou mais buchas internas são buchas de guia, as buchas de guia compreendendo uma primeira extremidade que é adaptada para guiar a base da lâmina com relação ao flange de montagem.

[0014] Neste aspecto da invenção, as primeiras extremidades das buchas de guia podem agir como uma guia para os primeiros furos da base da lâmina em direção a segundos furos providos no flange de montagem. Os primeiros furos da base da lâmina podem, desse modo, serem mais facilmente alinhados com os segundos furos do flange de montagem.

[0015] Adicionalmente, neste aspecto, devido ao alinhamento dos primeiros furos e segundos furos, os fixadores que podem ser inseridos nos furos para fixação da lâmina ao cubo ou extensor não farão contato com as paredes internas destes furos. A vida útil dos fixadores e das lâminas pode, desse modo, ser aumentada.

[0016] Em algumas concretizações, as primeiras extremidades do uma ou mais buchas de guia podem compreender uma extensão que se projeta além de seu primeiro furo correspondente adaptado para guiar a base da lâmina com relação ao flange de montagem.

[0017] Em algumas concretizações, as primeiras extremidades das buchas de guia, ou suas extensões, podem compreender um diâmetro externo decrescente.

[0018] Em outras concretizações, as primeiras extremidades das buchas de guia, ou suas extensões, podem compreender um diâmetro interno crescente.

[0019] Ainda neste aspecto, uma lâmina substancialmente conforme aqui descrita pode ser provida, mas compreendendo pelo menos duas buchas de guia. Tal arranjo é especialmente adequado em casos onde uma deformação da porção base de lâmina já ocorreu.

[0020] Com estes pelo menos duas buchas de guia, é possível alinhar os primeiros e segundos furos da base da lâmina e do flange de montagem respectivamente, e é também possível corrigir a deformação da base da lâmina quando do assentamento de uma primeira extremidade de duas ou mais buchas de guia no flange de montagem. Portanto, é possível obter o alinhamento desejado dos primeiros furos da porção base de lâmina com segundos furos do flange de montagem para uma porção base de lâmina que estava em uma posição de armazenagem, e foi deformada sob o próprio peso da lâmina.

[0021] Em outro aspecto, a invenção proporciona um flange de montagem compreendendo uma pluralidade de segundos furos, no qual o flange de montagem pode ser adaptada para ser guiado pelas primeiras extremidades das buchas de guia da base da lâmina de modo a alinhar os segundos furos do flange de montagem com os primeiros furos da base da lâmina.

[0022] Em algumas concretizações, o flange de montagem pode compreender uma pluralidade de recessos adaptados para serem guiados pelas extensões das buchas de guia da base da lâmina de modo a alinhar os segundos furos do flange de montagem com os primeiros furos da base da lâmina.

[0023] Em algumas concretizações, o flange de montagem pode compreender uma pluralidade de protuberâncias adaptadas para serem guiadas pelas primeiras extremidades das buchas de guia da base da lâmina de modo a alinhar os segundos furos do flange de montagem com os primeiros furos da base da lâmina.

[0024] Em algumas concretizações, o flange de montagem pode formar parte da lâmina, em outras, ela pode formar parte do cubo ou extensor da turbina eólica.

[0025] Desse modo, outro aspecto da invenção proporciona um cubo para uma turbina eólica para fixação a uma lâmina substancialmente conforme aqui antes descrita, o cubo compreendendo um flange de montagem substancialmente conforme aqui antes descrito.

[0026] Em algumas concretizações, o cubo pode ainda compreender um extensor. Nestes casos, o flange de montagem pode preferivelmente ser disposto no extensor.

[0027] Adicionalmente neste aspecto, a invenção proporciona um rotor de turbina eólica compreendendo um cubo substancialmente conforme aqui abaixo descrito, e pelo menos uma lâmina substancialmente conforme aqui antes descrita. Em algumas concretizações, o rotor de turbina eólica pode ainda compreender um extensor substancialmente conforme aqui antes descrito.

[0028] Em um aspecto adicional, a invenção proporciona um método de acoplamento de uma lâmina substancialmente conforme aqui antes descrita, a um flange de montagem substancialmente conforme aqui antes descrito, o método compreendendo as etapas de assentamento das primeiras extremidades das buchas de guia no flange de montagem, desse modo, alinhando os primeiros furos da base da lâmina com os segundos furos do flange de montagem usando as primeiras extremidades das buchas de guia, e fixação da base da lâmina ao flange de montagem.

[0029] Objetivos, vantagens e características adicionais das concretizações da invenção serão aparentes àqueles técnicos no assunto após examine da descrição, ou podem ser aprendidos pela prática da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0030] Concretizações particulares da presente invenção serão descritas em seguida por meio de exemplos não limitativos, com referência aos desenhos em anexo, em que: - A Figura 1a mostra uma vista em corte da fixação da porção base de lâmina de uma lâmina de uma turbina eólica a um cubo ou extensor da turbina eólica, de acordo com uma primeira concretização; - A Figura 1b mostra uma vista em corte da fixação da porção base de lâmina de uma lâmina de uma turbina eólica a um cubo ou extensor da turbina eólica, de acordo com uma segunda concretização; - A Figura 2a mostra um corte transversal do detalhe A da figura 1a de acordo com uma primeira concretização das buchas de guia; - A Figura 2b mostra um corte transversal de outra concretização das buchas de guia; - A Figura 3 ilustra uma concretização preferida de uma lâmina de acordo com a presente invenção; e - A Figura 4 ilustra uma lâmina para uma turbina eólica em uma posição de armazenagem.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[0031] Uma lâmina para uma turbina eólica, um cubo e/ou extensor de um rotor de turbina eólica, bem como um método de acoplamento de uma porção base de lâmina a um flange de montagem, e um método de correção da deformação da porção base de lâmina, são agora revelados com referência aos desenhos.

[0032] As Figuras 1a e 1b ilustram esquematicamente um corte transversal da fixação de uma lâmina para uma turbina eólica a um cubo ou extensor 20, de acordo com uma primeira e segunda concretização, respectivamente. A lâmina compreende uma porção base de lâmina 11 para acoplamento a um cubo ou extensor 20 da turbina eólica. A base da lâmina 11 compreende uma pluralidade de primeiros furos 13 providos com uma bucha interno 14. A bucha sendo uma bucha de guia 14 que compreende uma primeira extremidade 141 em ou perto de uma superfície de montagem 111 (mostrada nas figuras 3 e 4) da base da lâmina 11, e uma segunda extremidade oposta 142 embutida em seu correspondente primeiro furo 13. A primeira extremidade 141 da bucha de guia 14 é adaptada para guiar a base da lâmina 11 com relação ao flange de montagem 12.

[0033] De acordo com a figura 1a, uma ou mais buchas de guia 14 podem compreender uma extensão 143 que se projeta além do correspondente primeiro furo 13. Conforme mostrado na figura 1a, a extensão 143 pode compreender uma forma de diâmetro externo decrescente, sendo, desse modo, adaptada para guiar a base da lâmina 11 com relação ao flange de montagem 12 do cubo ou extensor da turbina eólica.

[0034] Em adição, conforme adicionalmente ilustrado na figura 1a, o flange de montagem 12 de um cubo ou extensor pode compreender uma pluralidade de segundos furos 121, e pelo menos um recesso (mostrado na figura 2a), para ser guiado pelas extensões 143 das buchas de guia 14. O recesso é complementar à extensão 143. Desse modo, os segundos furos 121 do flange de montagem 12 podem ser alinhados com os primeiros furos 13 da lâmina. E considerando-se o fato que nesta concretização o flange de montagem 12 forma parte do cubo ou extensor, o cubo ou extensor é alinhado com o flange de montagem 12. Desse modo, o alinhamento acima mencionado dos primeiros furos 13 da base da lâmina 11 com segundos furos 121 do flange de montagem 12 capacita a inserção de fixadores 15 para fixar a lâmina ao cubo ou extensor.

[0035] Deve ser notado que um flange de montagem 12 pode formar parte de um cubo ou extensor, conforme ilustrado na figura 1a, ou pode formar parte da lâmina, conforme adicionalmente ilustrado na figura 1b.

[0036] A Figura 1b mostra o flange de montagem 12 montado ao longo de uma periferia de uma superfície de montagem anular 111 (mostrada nas figuras 3 e 4) da porção base de lâmina 11, o flange de montagem 12 formando parte da lâmina.

[0037] Nestes casos, uma vez que o flange de montagem 12 é montado na porção base de lâmina 11, os segundos furos 121 do flange de montagem 12 permanecerão alinhados com os primeiros furos 13 da base da lâmina. O flange de montagem 12 pode, preferivelmente, ser mais rígido do que a lâmina. O flange de montagem pode, por exemplo, ser produzido de um metal. A montagem da base da lâmina-flange de montagem não sofrerá deformações adicionais de sua superfície de acoplamento. Desse modo, ela pode ser acoplada a um cubo ou extensor 20 por meio de fixadores 15 inseridos através de terceiros furos 201 do cubo ou extensor 20, e através dos segundos 121 e primeiros furos 13 da montagem de base da lâmina-flange de montagem.

[0038] Nestas concretizações, o flange de montagem pode ser acoplado à base da lâmina usando, por exemplo, uma pluralidade de parafusos ou roscas menores, embora uma conexão usando, por exemplo, adesivos, possa também ser considerada.

[0039] O flange de montagem 12 pode ser produzido de qualquer material adequado para provisão da base da lâmina com a rigidez requerida para cessamento de deformação externa da porção base de lâmina 11, quando a lâmina está em uma posição de armazenagem conforme descrito acima.

[0040] A Figura 2a ilustra esquematicamente uma vista ampliada do detalhe A. A extensão 143 se projeta além do primeiro furo 13 em que a bucha de guia 14 é embutida e é adaptada para guiar a porção base de lâmina 11 com relação ao flange de montagem 12. A extensão 143 compreende uma forma de diâmetro externo decrescente. O flange de montagem 12 compreende um recesso 122 que complementa a extensão 143 da bucha de guia 14; desse modo, o primeiro furo 13 da bucha de guia 14 pode ser alinhado com o segundo furo 121 do flange de montagem 12.

[0041] A Figura 2b mostra uma segunda concretização das buchas de guia 14 no qual a bucha de guia 14 compreende uma primeira extremidade 141 compreendendo uma forma de diâmetro interno crescente. Nesta concretização, o flange de montagem 12 do cubo ou extensor pode compreender uma protuberância 123 para ser guiada pela primeira extremidade 141 da bucha de guia 14.

[0042] Será claro que a forma exata das primeiras extremidades 141 das buchas de guia 14 mostrada nas figuras 1a-2b pode variar de acordo com as circunstâncias. Várias formas são adequadas para guiar a base da lâmina 11 e alinhar os primeiros furos 13 da base da lâmina 11 com os segundos furos 121 do flange de montagem 12. Conforme mostrado nas figuras 1a-2b, as primeiras extremidades 141 e as extensões 143 das buchas de guia 14 podem preferivelmente serem de qualquer forma tendo um corte transversal compreendendo uma ponta. Em concretizações preferidas, as primeiras extremidades 141 ou extensões 143 podem compreender uma seção transversal tendo pelo menos um ângulo substancialmente reto.

[0043] Nestas concretizações tendo buchas de guia 14 compreendendo extensões 143 em suas primeiras extremidades 141, as extensões 143 podem preferivelmente serem dispostas ao longo de um eixo longitudinal da bucha de guia 14.

[0044] Nestas concretizações em que as buchas de guia 14 compreendem primeiras extremidades 141 compreendendo extensões 143, as extensões 143 são preferivelmente usinadas com as buchas de guia 14 que formam uma peça integral.

[0045] Em concretizações alternativas, as extensões 143 podem ser soldadas as buchas de guia 14. Em ainda outras concretizações, as extensões 143 podem ser rosqueadas na bucha.

[0046] Em algumas concretizações, as extensões 143 podem ser produzidas do mesmo material conforme as buchas de guia 14. Em outras concretizações, elas podem também serem produzidas de um material diferente daquele das buchas de guia 14, referido material podendo ser selecionado, por exemplo, para proporcionar desempenho aperfeiçoado em termos de dureza e/ou propriedades friccionais.

[0047] A Figura 3 ilustra uma lâmina para uma turbina eólica em uma posição de armazenagem de acordo com uma concretização preferida compreendendo quatro buchas de guia 14a-14d compreendendo cada uma primeira extremidade adaptada para guiar a base da lâmina 11 com relação a um flange de montagem. Conforme representado, estas buchas de guia 14a- 14d podem ser dispostas em uma configuração cruzada ao longo da superfície de montagem anular 111 da base da lâmina. Desse modo, uma primeira bucha de guia 14a e uma segunda bucha de guia 14b estão localizadas em posições substancialmente diametricamente opostas. E uma terceira bucha de guia 14c e uma quarta bucha de guia 14d estão localizadas em posições substancialmente diametricamente opostas, as terceira e quarta buchas de guia 14c-14d estando localizadas ao longo de uma linha imaginária que é perpendicular a uma linha imaginária entre as primeira e segunda buchas de guia 14a-14b.

[0048] Em concretizações adicionais, somente duas buchas de guia podem ser providas. Em outras concretizações, três, cinco, seis, ou qualquer outro número de buchas de guia podem ser providas. Em algumas concretizações, todas as buchas podem ser buchas de guia.

[0049] O número exato de buchas de guia pode depender de considerações de custo, se existe qualquer deformação na lâmina, e quando deformação existe, e ainda onde esta deformação pode estar localizada.

[0050] Quando uma porção base de lâmina é acoplada a um flange de montagem, os furos no flange de montagem podem automaticamente serem alinhados com os furos na base da lâmina. Adicionalmente, dependendo da possível deformação na lâmina, quando pelo menos duas buchas de guia são usadas, a deformação na lâmina pode pelo menos parcialmente ser corrigida por meramente acoplamento da base da lâmina a um flange de montagem. Após acoplamento da base da lâmina a um flange de montagem de, por exemplo, o cubo, eles podem ser fixados juntos usando qualquer meio de fixação adequado, tais como parafusos, rebites, hastes, ou pinos. Particularmente, quando o flange de montagem forma parte da própria lâmina, não de um cubo ou extensor, parafusos menores ou meios de adesivo podem ser usados para fixação do flange de montagem à porção base de lâmina.

[0051] Embora apenas um número de concretizações particulares e exemplos da invenção fossem revelados aqui, será compreendido pelo versado na técnica que outras concretizações alternativas e/ou usos da invenção e modificações óbvias e equivalentes das mesmas são possíveis. Além disso, a presente invenção cobre todas as combinações possíveis das concretizações particulares descritas. Desse modo, o escopo da presente invenção não deve ser limitado por concretizações particulares, mas deve ser determinado somente por uma leitura correta das reivindicações que se seguem.

Claims

1. LÂMINA PARA UMA TURBINA EÓLICA compreendendo uma porção base de lâmina (11) para fixação a um flange de montagem (12) da turbina eólica, a base da lâmina compreendendo uma pluralidade de primeiros furos (13) providos com uma bucha interna (14) em que as buchas compreendem uma primeira extremidade (141) em ou perto de uma superfície de montagem (111) da base da lâmina, e uma segunda extremidade oposta (142) embutida em seus primeiros furos correspondentes (13), e em que uma ou mais bucha internas (14) são buchas de guia, as buchas de guia compreendendo uma primeira extremidade (141) que é adaptada para guiar a lâmina com relação a um flange de montagem (12), caracterizado pelas primeiras extremidades (141) das buchas de guia (14) compreendem um diâmetro externo decrescente, ou um diâmetro interno crescente.

2. LÂMINA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela primeira extremidade (141) das buchas de guia (14) compreendem uma extensão (143) que se projeta além de seu primeiro furo correspondente que é adaptada para guiar a base da lâmina com relação ao flange de montagem (12), em que a extensão das buchas de guia (14) compreende um diâmetro externo decrescente, ou um diâmetro interno crescente.

3. LÂMINA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pela extensão ser usinada com as buchas de guia formando uma peça integral.

4. LÂMINA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pela extensão ser soldada à bucha de guia.

5. LÂMINA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada por compreender pelo menos duas buchas de guia.

6. FLANGE DE MONTAGEM (12) para fixação de uma porção base (11) de lâmina de uma lâmina, como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, o flange de montagem compreendendo uma pluralidade de segundos furos (121), caracterizado pelo flange de montagem ser adaptado para ser guiado pelas primeiras extremidades das buchas de guia da base da lâmina de modo a alinhar os segundos furos do flange de montagem com os primeiros furos da base da lâmina.

7. FLANGE DE MONTAGEM (12), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo flange de montagem compreender uma pluralidade de recessos (122) ou protuberâncias (123) adaptados para serem guiados pelas primeiras extremidades das buchas de guia da base da lâmina de modo a alinhar os segundos furos do flange de montagem com os primeiros furos da base da lâmina.

8. LÂMINA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada por compreender adicionalmente um flange de montagem como definido em qualquer uma das reivindicações 6 a 7.

9. CUBO PARA UMA TURBINA EÓLICA para fixação de uma lâmina como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo cubo compreender um flange de montagem como definido em qualquer uma das reivindicações 6 a 7.

10. EXTENSOR PARA UMA TURBINA EÓLICA para fixação de uma lâmina como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo extensor compreender um flange de montagem como definido em qualquer uma das reivindicações 6 a 7.

11. ROTOR DE TURBINA EÓLICA, caracterizado por compreender pelo menos uma lâmina como definida na reivindicação 8, e um cubo.

12. ROTOR DE TURBINA EÓLICA, caracterizado por compreender pelo menos uma lâmina como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, e um cubo como definido na reivindicação 9.

13. ROTOR DE TURBINA EÓLICA, caracterizado por compreender pelo menos uma lâmina como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, e um extensor como definido na reivindicação 10, e um cubo.

14. MÉTODO DE ACOPLAMENTO de uma porção base de lâmina (11) de uma lâmina como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, a um flange de montagem como definido em qualquer uma das reivindicações 6 a 7, o método sendo caracterizado por compreender as etapas de assentar as primeiras extremidades (141) das buchas de guia (14) no flange de montagem (12) alinhando, desse modo, os primeiros furos (13) da porção base de lâmina com os segundos furos (121) do flange de montagem usando as primeiras extremidades (141) das buchas de guia da porção base de lâmina, e fixação da base da lâmina ao flange de montagem.