BR112016026798B1 - Método para conectar módulos opostos de uma lâmina modular - Google Patents

Abstract

Junta aparafusada para lâminas modulares que compreende um único parafuso (8) que une as inserções (5) incorporadas no flange da viga (20), aparafusando os dois módulos (1 e 1') voltados entre si. Um espaçador (9) é adicionado ao parafuso (8) no centro, e o parafuso é então pré-tensionado por tração, separando os módulos mecanicamente com um separador mecânico (10) ou termicamente ao aplicar aquecedores ao parafuso (8) e arrefecedores ao espaçador (9). A laminação é somente realizada nos locais sobre os módulos onde os alojamentos são usinados e as inserções são inseridas de modo que, após a secagem, as camadas resultantes (3) sejam moldadas para o volume final da cavidade do alojamento para a inserção (5), minimizando assim o material usado. Por último, para garantir que a conexão possa ser subsequentemente realizada com um único parafuso, a criação da rosca nas inserções do módulo é realizada após revestir estes módulos, obtendo consequentemente o controle sobre a posição longitudinal e angular da rosca.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção trata da junta aparafusada nos módulos de uma pá de turbina eólica e o processo de conexão de alguns módulos obtidos pela fabricação específica e um laminado mais estilizado que o atualmente disponível.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

[002] A fixação do módulo de pá e as inserções usadas para esta finalidade são extensivamente descritas na técnica anterior.

[003] Portanto, na patente ES2265760, as inserções metálicas são alojadas e fixadas axialmente sobre as paredes da estrutura longitudinal resistente (viga da pá). Os alojamentos são usinados e a conexão de inserção é fixada com um adesivo. Uma cavidade (16) é usinada em um laminado sólido (12) de fibras de carbono (13) e fibras de vidro (14) e uma inserção (10) é inserida. A parte superior da inserção pode ser de dois tipos: peças metálicas em forma de U para parafusos de tração e elemento de conexão de corte. Estas partes superiores elaboradas para aparafusamento de pares de inserção são grandes e pesadas, uma vez que incluem um alojamento para possibilitar a conexão de porcas para os parafusos de pré- tensionamento, punindo a conexão em custo e peso extra.

[004] Na patente ES2369442, as inserções são incorporadas e inseridas (primeiro usinando-as como no caso anterior) no material composto que constitui a pá. A estrutura da inserção possui um formato cilíndrico ou cônico. Há dois tipos, de acordo com sua colocação:

[005] Inserção usinada. Um orifício é usinado em uma laminação já seca, na qual uma inserção, parte superior (2) e estrutura (3) são inseridas e fixadas com adesivo (4). A laminação é realizada em uma espessura contínua em toda a largura da seção. Desvantagem. A laminação é muito espessa e tem um alto custo em material estruturalmente desnecessário, adicionando ao peso total do módulo.

[006] Inserção embutida. A inserção é laminada para adicionar uma parte de reforço (5) durante o processo de laminação. A mesma resina de laminado liga a inserção ao material após a secagem. Um separador (6) também é adicionado entre as inserções. Desvantagens. Ao contrário de um processo de usinagem, este processo manual não é facilmente automatizado e, portanto, é altamente susceptível às condições ambientais e ao nível de habilidade dos trabalhadores. Além disso, para atingir uma capacidade de carga aceitável, uma parte adicional (6) é incorporada. Esta parte também deve ser fixada sobre a inserção metálica antes da laminação. Portanto, para eliminar a desvantagem de massa extra decorrente da opção acima (inserção usinada), outras desvantagens claras são adicionadas, como a susceptibilidade do processo e o custo extra elevado que surge da parte e processo de fixação adicional.

[007] Além disso, o aperto dos elementos da junta usados nestas inserções é um processo complexo que exige um ponto de suporte externo ou é realizado por pares opostos para utilizar o equilíbrio de ação/reação de cada par, não exigindo assim nenhum suporte externo. A solução do processo de conexão difere nas patentes mencionadas, mas sempre possui um elemento de conexão: Patente ES2265760 usa um parafuso e duas porcas entre as partes superiores opostas, enquanto a patente ES2369442 usa duas conexões de um único parafuso e porca com diferentes peculiaridades (rosca à esquerda na inserção, rosca à direta na porca e parte superior usinada para fixação por chave inglesa). Em ambos os casos, os dois pares são compensados uns com os outros (o par de duas porcas ou o par de parafusos - porca) e o ponto de suporte extra é evitado, mas em qualquer caso há a necessidade de uma parte superior da inserção preferencialmente retangular, pesada e cara que possibilita o alojamento das porcas mencionadas, enquanto esta nova proposta define duas alternativas para parafusos de pré- tensionamento. Ao pré-tencionar por torque, os parafusos são compensados com o elemento de conexão adjacente. Ao pré- tencionar por tração, os módulos são separados para aplicar a tensão necessária à junta em todos os parafusos ao mesmo tempo, eliminando, assim, a necessidade de partes superiores entre os módulos e reduzindo as partes de conexão a uma expressão mínima e obtendo uma vantagem significativa em massa em custo em comparação à atual técnica anterior. Em ambos os casos, todos os parafusos são pré-tensionados simultaneamente ao aplicar torque ou tração, o que implica uma novidade substancial em relação à técnica anterior.

[008] O documento GB2472460A revela uma junta aparafusada para conectar módulos opostos de uma lâmina modular. Cada módulo oposto compreende uma inserção com orifícios roscados alojados no mesmo, de modo que a conexão entre as inserções seja feita através de parafusos por par de orifícios roscados. Cada parafuso compreende duas extremidades roscadas configuradas para serem roscadas nos orifícios roscados da inserção.

[009] O documento EP2381093A1 também revela uma junta aparafusada para conectar módulos opostos de uma lâmina modular. Em um dos módulos, está alojada uma inserção roscada de modo que uma extremidade roscada do parafuso é acoplada nele. Uma arruela e uma porca correspondente são usadas na outra extremidade roscada de cada parafuso para apertar e tensionar. Um anel intermediário é disposto entre os módulos para evitar a desfibrilação da casca lateral externa dos módulos.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[010] A presente invenção está relacionada com uma junta aparafusada dos módulos de uma pá de turbina eólica através de um único parafuso por par de inserções roscadas opostas, anteriormente alojadas nos laminados dos módulos. A invenção se refere a montagem de módulos de modo que a junta seja totalmente simplificada.

[011] Em vista do exposto acima, um objetivo da invenção é laminar camadas com um determinado formato para atingir, ao secar, o volume que seria obtido pela laminação sobre uma inserção (inserção embutida) sem ainda ter incorporado a inserção.

[012] O objetivo da invenção é fornecer um método para unir dois módulos de pá através das mesmas inserções roscadas às demais inserções igualmente voltadas ao anterior por meio de um único parafuso. Cada módulo oposto compreende uma inserção roscada alojada pela usinagem dentro dos módulos opostos, sendo que a conexão entre as inserções é feita através de um único parafuso por par de inserções voltadas. Cada parafuso compreende duas extremidades roscadas configuradas para serem roscadas nas inserções dos módulos.

[013] O método da invenção inclui as seguintes etapas: - fabricação de módulos de pá que contêm inserções roscadas internas onde as ditas roscas foram feitas como uma etapa final após a superfície de conexão voltada desses módulos, - instalação de parafusos dentro das inserções de um dos módulos, - posicionamento preciso do outro módulo contra ele, - giro dos parafusos individualmente para aparafusá- los em ambos os módulos de modo que os parafusos penetrem no outro módulo, deixando uma abertura entre os módulos, - separar os módulos (1 e 1’) de modo que a abertura (7) aumente, e - pré-tensionamento de todos os parafusos inserindo um espaçador sobre cada parafuso na abertura entre os módulos após os espaçadores terem sido comprimidos.

[014] O processo de conexão pode usar procedimentos para pré-tencionar todos os parafusos de uma vez através da separação dos módulos, em que as etapas a seguir são: - separação dos módulos por engajamento mecânico através de uma montagem que compreende vigas e cilindros hidráulicos ou efeitos térmicos sobre os espaçadores (contração por arrefecimento antes da colocação), - instalação de espaçadores sobre os parafusos, e - relaxamento e conclusão do processo de pré- tensionamento

[015] Ao contrário da patente ES2369442, a vantagem em particular desta nova alternativa é que não há necessidade de alterar a direção da rosca ao pré-tencionar através de tração e o parafuso possui uma rosca à direita em ambos os lados. Portanto, isto simplifica a inserção inicial dos parafusos nos módulos, uma tarefa que em qualquer caso também depende dos detalhes de fabricação do módulo altamente específicos.

[016] O processo de pré-tensionamento também pode ser realizado por torque de aperto, apesar da ausência de uso de um ponto de suporte externo para aplicar este torque de aperto, tencionando por pares adjacentes e utilizando o equilíbrio de ação/reação de cada par. Para a finalidade desta realização prática, uma parte intermediária é montada sobre o parafuso para permitir a rotação deste. Neste caso, as roscas nas inserções e parafusos viram um em cada direção em cada módulo, de modo que o giro crie avanços opostos, por meio do qual puxando e consequentemente pré-tencionando o parafuso.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[017] Uma breve descrição será fornecida abaixo para uma série de desenhos úteis para melhor entendimento da invenção. Estes desenhos servem como meros exemplos e estão expressamente relacionados, ainda que não restritos, a uma realização desta invenção...

[018] A Figura 1 é uma vista plana do formato das camadas laminadas na área de inserção para obter o volume onde a cavidade será subsequentemente usinada para as inserções.

[019] A Figura 2 representa uma seção transversal de laminação selecionada antes da usinagem das cavidades para as inserções.

[020] A Figura 3 é uma vista transversal e de perfil com a laminação, alojamento e inserção posicionados antes da inserção.

[021] A Figura 4 ilustra uma seção transversal de laminação com as inserções nos alojamentos.

[022] A Figura 5 é uma seção transversal em vista plana de dois módulos de pá voltados entre si e unidos de acordo com o método da invenção.

[023] A Figura 6 é a vista frontal e lateral de um parafuso e espaçador subdividido em duas partes.

[024] A Figura 7 representa quatro etapas de uma modalidade do método da invenção: a) instalação do espaçador mecânico, b) separação dos módulos, c) instalação dos espaçadores e d) relaxamento.

[025] A Figura 8 representa duas realizações práticas do engajamento.

[026] A Figura 9 ilustra um modelo para empregar nos módulos para aplicar os espaçadores.

[027] A Figura 10 representa realizações práticas de partes intermediárias que possibilitam a aplicação de torque, e pode apresentar um orifício para uma alavanca, com ou sem chave, em um formato hexagonal ou contorno com pinhões dentados.

[028] A Figura 11 ilustra o engajamento da junta do dispositivo de aperto de pinhão-corrente em um módulo de pá.

[029] A Figura 12 representa a conexão completa de dois módulos de pá.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[030] A Figura 1 é uma vista em planta transversal de um módulo de pá de turbina eólica (1). Este módulo (1) é parte da viga da pá e sua principal característica é de que apenas as partes onde as inserções serão alojadas na parte correspondente à parede livre (2) são laminadas, reforçando estas áreas com um acúmulo de camadas. Conforme estas camadas de laminado (3) serão sobrepostas da camada mais longa (3’) à camada mais curta (3’’), o laminado disponível na superfície do módulo (1) forma uma protrusão circular (4), conforme mostrado na figura 2. Portanto, isto possibilita que laminação de apenas o volume correspondente ao local que será usinado e aloja subsequentemente as inserções. As camadas de laminado (3) estão disponíveis durante o processo de modelagem de viga e as protrusões circulares (4) são criadas após secar ao longo de toda parte superior e inferior das paredes livres (2) da viga. Este processo pode ser realizado automática ou manualmente, camada por camadas ou formando pequenos elementos pré-fabricados.

[031] A Figura 3 representa o volume laminado (3), o alojamento (6) e a inserção (5). A inserção (5) possui uma estrutura (5’) e uma parte superior (5’’) onde, subsequentemente, ao fixar as inserções e voltá-las para a parede livre, uma rosca será usinada nelas. Esta conexão é, portanto, feita por usinagem do alojamento (6) para estar voltado para a parede livre (2), ajustando subsequentemente as inserções (5) nos alojamentos (6) e, então, fixando com um adesivo, produzindo os resultados mostrados na figura 4. Finalmente, com uma vista para controlar a posição longitudinal e angular das roscas sobre as inserções, suas superfícies livres estão voltadas, como última etapa na usinagem, para as roscas. Com o exposto acima, o módulo (1) está assim pronto para conexão com outro módulo.

[032] A invenção fornece um método para conectar dois módulos de pá (1 e 1’) por meio de algumas inserções (5) com roscas internas, obtendo assim esta conexão através de um único parafuso (8) por par de inserções voltadas para a conexão (5), conforme mostrado na figura 5.

[033] Cada módulo oposto (1 e 1’) compreende uma inserção roscada (5) alojada por usinagem dentro dos módulos opostos (1, 1'), sendo que a conexão entre os insertos (5) é feita através de um único parafuso (8) por par de inserções (5) voltadas. Cada parafuso (8) compreende duas extremidades roscadas configuradas para serem roscadas nas inserções (5) dos módulos (1 e 1’).

[034] O método da invenção inclui as seguintes etapas: - módulos de pá de fabricação (1 e 1’) contendo inserções roscadas internas (5), onde as ditas roscas foram feitas como uma etapa final após a superfície de conexão voltada desses módulos (1 e 1’), - aparafusamento de todos os parafusos (8) nas inserções (5) de um dos módulos (1), - união das inserções (5) do novo módulo (1’), alinhando-o com o módulo anterior (1), - giro dos parafusos (8) para aparafusá-los em ambos os módulos (1 e 1’), de modo que os parafusos (8) penetrem no novo módulo (1’) deixando uma abertura (7) entre os módulos (1 e 1’), e - pré-tensionamento de todos os parafusos (8) através da inserção de um espaçador (9) sobre cada parafuso (8) na abertura (7) entre os módulos (1 e 1’) após os espaçadores (9) terem sido comprimidos.

[035] A tensão adequada nesta conexão pode ser obtida em uma das duas formas descritas a seguir: a) ao separar os módulos (1 e 1’) com um engate mecânico (10) e inserindo uma parte do espaçador (9) sobre o parafuso (8), ou b) colocando uma parte do espaçador (9) termicamente retraído sobre o parafuso (8).

[036] A Figura 6 representa uma modalidade do parafuso (8) com a parte do espaçador (9) cobrindo-o. A parte do espaçador (9) compreende duas aberturas semicilíndricas com uma parte superior (9’) e uma parte inferior (9’’). Esta subdivisão é necessária devido à colocação de espaçadores entre as faces livres das inserções ser feita quando os parafusos (8) já estão no local.

[037] A Figura 7 ilustra os diferentes estágios de separação dos módulos (1 e 1’) para a opção de separação mecânica a). Um engate mecânico (10) é realizado entre os módulos (1 e 1’). Conforme a abertura (7) entre os módulos (1 e 1’) se amplia e se torna uma abertura maior (7’), os parafusos (8) devem ser puxados. Nesta versão, uma parte do espaçador (9) é então incorporada em cada parafuso (8) para cobri-lo. O comprimento da parte do espaçador (9) é menor que a abertura criada (7’), mas mais longa que a abertura inicial (7). Quando o engate mecânico (10) é desengatado, a nova abertura (7”) é menor que a abertura (7’) criada com o engate e maior que a abertura inicial (7), mantendo, assim, as peças do espaçador (9) comprimidas e os parafusos (8) pré-tensionados. Isto cria, portanto, uma conexão por tração pré-tensionada.

[038] A Figura 8 representa diversas realizações práticas para criar a separação de módulos (1 e 1’). As extremidades (11) do engate mecânico (10) podem se engatar nas faces livres das inserções (5) ou nas laterais das inserções (5) com pinos de cisalhamento. A seleção da forma de engate será determinada pelas dimensões da abertura existente (7) e a seção necessária para os espaçadores. Se o engate é feito na lateral da inserção (5), haverá elementos que prendem ambas as partes, como pinos, contrapinos ou elementos similares. A carga de separação pode ser distribuída através de um modelo (12), conforme mostrado na figura 9. O modelo (12) é usado quando o sistema de pré-tensionamento selecionado é a separação mecânica simples dos módulos através dos engates mecânicos (10), como cilindros hidráulicos. O modelo (12) serve para transmitir a força destes cilindros hidráulicos entre ambos os módulos (1 e 1’) e, portanto, separá-los um do outro. A rigidez do modelo (12) será essencial na realização prática para manter a tração homogênea.

[039] A segunda opção, ou seja, opção b), refere- se ao engate do parafuso (8) e do espaçador (9) através de efeitos térmicos. Assim, o parafuso (8) é dilatado de modo que a abertura existente (7) entre os módulos (1 e 1’) aumente, possibilitando a incorporação do espaçador (9) que foi anteriormente contraído por arrefecimento. Por exemplo, o nitrogênio líquido pode ser usado para arrefecimento e contração dos espaçadores (9) e os resistores elétricos usados para aquecimento e dilatação dos parafusos (8). O comprimento dos espaçadores em temperatura ambiente deve ser maior que o espaço entre os módulos, enquanto o comprimento dos espaçadores contraídos deve ser menor que o espaço entre os módulos com os parafusos dilatados. O retorno de ambos os elementos ao seu estado normal provoca, assim, a compressão do espaçador e a tração ou pré-tensionamento dos parafusos (8).

[040] Ao pré-tencionar por torque, conforme mostrado na figura 10, o parafuso (8) pode ser acompanhado por uma parte intermediária cujo propósito não está restrito a uma parte do espaçador, conforme utilizado nas figuras anteriores, mas também pode ser uma parte intermediária (13) que proveja uma superfície inoperável para a pá (8) para aplicar torque para criar o pré-tensionamento ao comprimir o espaçador. Um local para aplicar hastes (14), chaves inglesas (15) ou outros dispositivos para aplicar torque à montagem é pré-tensionado por torque; o parafuso (8) possui uma rosca à esquerda e outra rosca à direita, de modo que a rotação cria avanços opostos em cada extremidade e é puxada. Assim, a opção a) na figura 10 representa uma parte intermediária (13) contra o parafuso (8) e um orifício (16) sobre sua superfície de modo que possa alojar uma haste (14), com a qual o torque pode ser aplicado. A opção b) representa uma parte intermediária (13’) que compreende duas partes unidas a um pino de contrapino (17) sobre o parafuso. Da mesma forma, eles também possuem um orifício (16), de modo que uma haste (14) pode aplicar torque de aperto. A opção c) representa outra realização da parte intermediária (13”) incorporada no parafuso (8) ou como uma parte contra ela, a qual apresenta um formato hexagonal e permite o uso de chaves inglesas convencionais (15) para o aperto. A opção d) representa outra alternativa para a parte intermediária. Conferiu-se a esta realização um formato dentado (13’’’). A ação de uma corrente (18) que se engata aos dentes na parte intermediária dentada (13’’’) obtém torque de aperto total para todos os parafusos (8) em sincronia, conforme mostrado na figura 12. Um motor (19) move a corrente (18), que alternativamente se engata às partes intermediárias dentadas (13’’’), configurando, assim, o torque de aperto para utilizar o equilíbrio de ação/reação e também sem exigir suporte externo para o tensionamento.

[041] A Figura 12 representa os dois módulos (1 e 1’) unidos aos seus respectivos parafusos (8), nos quais os espaçadores (9) são incorporados. A parte que corresponde às inserções (5) será coberta subsequentemente com uma carenagem e montada no flange da viga (20) localizada entre os bordos de ataque (21) e o bordo de fuga (22) da pá.

Claims (4)

1. MÉTODO PARA CONECTAR MÓDULOS OPOSTOS (1, 1’) DE UMA LÂMINA MODULAR, cada módulo oposto (1, 1’) compreendendo inserções (5) alojadas por usinagem dentro dos módulos opostos (1, 1’), sendo a conexão entre as inserções (5) feita através de um único parafuso (8) por par de inserções (5) voltadas, cada parafuso (8) compreendendo duas extremidades roscadas configuradas para serem roscadas nas inserções (5) dos módulos (1, 1’), caracterizado pelo método compreender as seguintes etapas: - fabricação de módulos (1, 1’), onde a criação de roscas nas inserções (5) é realizada como uma etapa final após seguir o revestimento das superfícies de conexão destes módulos (1, 1’) - inserção de parafusos (8) em um dos módulos (1), - posicionamento preciso do outro módulo (1’) contra ele, - giro dos parafusos (8) de modo que os parafusos (8) penetrem o outro módulo (1’) deixando uma abertura (7) entre os módulos (1, 1’), - separação dos módulos (1, 1’) de modo que a abertura (7) aumente, e - pré-tensionamento de todos os parafusos (8) através da inserção de um espaçador (9) sobre cada parafuso (8) na abertura (7) aumentada entre os módulos (1, 1’) após os espaçadores (9) terem sido comprimidos.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo pré-tensionamento ser realizado em todos os parafusos simultaneamente por tração com efeitos térmicos, as roscas sendo roscas à direita, com as etapas a seguir: i) dilatação dos parafusos (8) através de resistores elétricos, ii) contração dos espaçadores (9) através de arrefecimento prévio, iii) inserção dos espaçadores (9), subdivididos em duas partes para simplificar sua incorporação em ambos os lados dos parafusos já montados (8), e iv) relaxamento da dilatação do parafuso (8) e contração do espaçador (9) por temperatura ambiente.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo pré-tensionamento ser realizado em todos os parafusos simultaneamente por tração, as roscas sendo roscas à direita, com as etapas a seguir: i) separação dos módulos com um separador mecânico (10), gerando uma segunda abertura (7’) entre os módulos (1, 1’) que é maior que a primeira abertura (7), ii) inserção de um espaçador (9), subdividido em duas partes para simplificar sua incorporação em ambos os lados dos parafusos já montados (8), e iii) relaxamento do espaçador mecânico (10), gerando uma terceira abertura (7’’) que é menor do que a segunda abertura (7’), mas maior do que a primeira abertura (7).

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo pré-tensionamento ser realizado por engajamento mecânico através de um motor (19) que move uma corrente (18) e a aplicação simultânea de torque em todas as inserções dentadas (13’’’) do módulo.

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