BR112017024170B1

BR112017024170B1 - Transmissão de elemento flexível

Info

Publication number: BR112017024170B1
Application number: BR112017024170-6A
Authority: BR
Inventors: Jing Yuan
Original assignee: Gates Corporation
Priority date: 2015-05-14
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2022-11-29
Also published as: EP3295056B1; JP6611281B2; CN107636351B; US9528584B2; EP3295056A1; BR112017024170A2; MX2017014419A; CA2984452C; CA2984452A1; CN107636351A; KR102239079B1; WO2016183505A1; US20160333998A1; AU2016260559A1; JP2018515729A; KR20180005698A; AU2016260559B2; KR20190105138A

Abstract

MECANISMO DE ACIONAMENTO DE CORREIA. Um mecanismo de acionamento de correia compreendendo um primeiro disco em relação rotacional com uma haste secundária, um primeiro elemento flexível engatado entre o primeiro disco e a haste secundária para acionar de modo rotacional a haste secundária em torno de seu eixo de rotação, o primeiro elemento flexível tendo um segmento com uma cara de tração de aproximadamente zero Newton durante a operação, um segundo elemento flexível engatado entre a haste secundária e uma haste de saída para acionar de modo rotacional a haste de saída, o segundo elemento flexível tendo um segmento com uma carga de tração de aproximadamente zero Newton durante a operação, a haste de saída conectável a uma carga.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção se refere a um mecanismo de acionamento de correia, e mais particularmente, a um mecanismo de acionamento de correia compreendendo um primeiro elemento flexível e um segundo elemento flexível cada um tendo pelo menos um segmento com uma carga de tração de aproximadamente zero Newton durante a operação.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Turbinas eólicas são dispostas para capturar energia do vento por meio de uma ou mais pás de rotor, e transferir esta energia em energia elétrica por meio de um gerador. Em algumas turbinas eólicas, um trem de acionamento, incluindo uma disposição de engrenagem, é fornecido para transferir movimentos rotacionais de um cubo carregando a pá(s) de rotor para movimentos rotacionais do gerador. A disposição de engrenagem pode compreender um número de rodas de engrenagem dentada entrelaçadas que fornece uma engrenagem apropriada entre os movimentos rotacionais da haste de gerador. Como uma alternativa, a disposição de engrenagem pode compreender um número de polias sendo interconectadas por meio de um número de correias ou correntes, a fim de transferir moimentos rotacionais entre as polias.

[003] Para usar uma correia para transmitir a rotação do rotor para um gerador é conhecido, entre outras, de WO2015/058770A1. A fim de impedir o salto de catraca ou dente, uma correia dentada é instalada com uma pré-carga ou tensão. A pré-carga deve ser bastante grande de modo que a correia não saltará na roda dentada durante a operação de carga completa. A tensão de pré-cara é aplicada durante a instalação. A tensão de pré-carga pode ser uma fonte significante de desgaste e ruído de correia. A falta pré-carga ou inadequada pode também causar rachadura de dente. Pode também diminuir a eficiência do sistema. Pré-carga para uma correia dentada pode ser acima de 45,36 kg, dependendo do passo e largura da correia, ver Wallace Erickson, Belt Selection and Application for Engineers 277299, Marcel Dekker, Inc. (1987).

[004] A técnica anterior conta com um direcionamento simples das correias de acionamento. A alocação inapropriada de tensão de correia, direcionamento e alinhamento reduzirá a vida operação de uma correia de acionamento representando custo significante para reparar ou substituir. Também reduzirá a eficiência total do sistema de acionamento de turbina, também representando custos aumentados.

[005] EP2391825 representativa da técnica que descreve um dispositivo de acionamento para um moinho de vento compreendendo uma polia grande disposta em uma haste principal e pelo menos uma correia ou corrente adaptada para transferir rotação da polia para um gerador. A polia é acoplada rotacionalmente em pelo menos duas hastes secundárias que são dispostas paralelas na haste principal. Uma ou mais correias que transferem a rotação, se estendem sobre a polia e as hastes secundárias. As hastes secundárias por sua vez são acopladas rotacionalmente em pelo menos um, de preferência dois, geradores elétricos.

[006] O que é necessário é um mecanismo de acionamento de correia compreendendo um primeiro elemento flexível e um segundo elemento flexível tendo pelo menos um segmento com uma carga de tração de aproximadamente zero Newton durante a operação. A presente invenção satisfaz esta necessidade.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] Um aspecto da invenção é fornecer um mecanismo de acionamento de correia compreendendo um primeiro elemento flexível e um segundo elemento flexível cada um tendo pelo menos um segmento com uma carga de tensão de aproximadamente zero Newton durante a operação.

[008] Outros aspectos da invenção serão mostrados ou tornados óbvios pela descrição seguinte da invenção e os desenhos anexos.

[009] A invenção compreende um mecanismo de acionamento de correia compreendendo um primeiro disco em relação rotacional com uma haste secundária, um primeiro elemento flexível engatado entre o primeiro disco e a haste secundária para acionar rotacionalmente a haste secundária em torno de seu eixo de rotação, o primeiro elemento flexível tendo um segmento com uma carga de tração de aproximadamente zero Newton durante a operação, um segundo elemento flexível engatado entre a haste secundária e uma haste de saída para acionar rotacionalmente a haste de saída, o segundo elemento flexível tendo um segmento com uma carga de tração de aproximadamente zero Newton durante a operação, e a haste de saída conectável a uma carga.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[010] Os desenhos anexos, que são incorporados em e formam parte do relatório, ilustram modalidades preferidas da presente invenção, e junto com uma descrição, servem para explicar s princípios da invenção.

[011] A Figura 1 é um vista em perspectiva da transmissão.

[012] A Figura 2 é um esquema da disposição de acionamento.

[013] A Figura 3 é um esquema em vista plana da disposição de acionamento.

[014] A Figura 4 é um esquema do acionamento de primeiro estágio.

[015] A Figura 5 é um esquema do acionamento de segundo estágio.

[016] A Figura 6 é uma vista em perspectiva traseira de uma modalidade alternativa.

[017] A Figura 7 é uma vista em perspectiva dianteira de uma modalidade alternativa.

[018] A Figura 8(a) é uma vista plana de uma correia dentada.

[019] A Figura 8(b) é uma vista plana de uma correia estriada.

[020] A Figura 9 é uma vista em perspectiva do esquema de acionamento como mostrado na Figura 2.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDA

[021] A Figura 1 é uma vista em perspectiva da transmissão. A transmissão está disposta em uma armação de nacela típica 400. A transmissão compreende primeira haste 102 articulada com a armação em mancais 401. O segundo disco 204 e 205 são conectados às suas hastes respectivas (202 e 203) que por sua vez são articuladas com a armação em mancais 401. O elemento de acionamento flexível 101 é formado entre o disco de primeira haste e cada uma das hastes secundárias. A haste de rotor 102a é conectada a um rotor (não mostrado), tal como um suporte de turbina eólica. A haste 102(a) é a haste para entrada de energia para a transmissão.

[022] O gerador 302 é montado na armação 400. O elemento de acionamento flexível 201 é formado entre cada disco de haste secundária 204, 205 e a roda dentada do gerador 300. A roda dentada 300 é montada na haste 301. O gerador 302 é a carga para o sistema.

[023] Um aspecto inventivo do sistema é que uma tensão lateral frouxa para o elemento de acionamento flexível do 1° estágio 101 e o elemento de acionamento flexível do 2° estágio 201 é baia, mas maior que zero Newton na instalação. Amas as tensões de instalação então diminuem, tendendo a zero Newton quando torque de carga completa é aplicado a cada estágio do acionamento. A transmissão é uma transmissão intensificada. A maioria das turbinas eólicas roda de 5 a 20 RPM dependendo da velocidade do vento. A relação intensificada da transmissão instantânea é cerca de 80 a 1.

[024] A Figura 2 é um esquema da disposição de acionamento. O acionamento de primeiro estágio 100 compreende um elemento de acionamento flexível 101 que é formado em torno de um primeiro disco 102. Um raio R1 estabelece um perímetro externo do primeiro disco 102. O primeiro disco 102 é fixado a um rotor (não mostrado) tal como em uma turbina eólica. A rotação do primeiro disco é causada por vento atingindo as pás do rotor.

[025] O elemento de acionamento flexível 101 pode compreender uma correia dentada, correia com múltiplas estrias, correia plana ou uma corrente. O perímetro externo do primeiro disco 102 é dentado, estriado ou plano para engatar o elemento de acionamento flexível 101. O elemento de acionamento flexível 101 pode compreender um ou mais elementos (a, b, c) montados lado a lado em paralelo.

[026] O elemento de acionamento flexível 101 engata a haste 202 e a haste 203. Aparte da haste 202 e haste 203 que engata o elemento e acionamento flexível 101 é configurado como dentada, estriada ou plana para engatar o elemento 101. Cada haste 202 e 203 é articulada em mancais 401 ou outros rolamentos adequados para permitir a rotação. Os mancais ou outros rolamentos são montados em uma armação 400. A armação 400 é montada em uma nacela de turbina (não mostrada).

[027] O disco 204 é ficado na haste 202. O disco 205 é fixado na haste 203.

[028] O elemento de acionamento flexível 201 é formado entre o disco 204, o disco 205 e a haste de saída 300. O elemento de acionamento flexível 201 pode compreender um ou mais elementos (a, b, c) em paralelo. O elemento de acionamento flexível 201 pode compreender uma correia dentada, correia de múltiplas estrias, correia plana ou corrente.

[029] A parte de roda dentada 300 que engata o elemento de acionamento flexível 201 é configurada como dentada para engatar o elemento 201. A haste 301 pode ser conectada a uma carga acionada tal como um gerador elétrico 302. O eixo de rotação de haste 301 pode estar disposto fora do perímetro externo R1 do primeiro disco 102.

[030] A Figura 3 é um esquema em vista plana da disposição de acionamento. O primeiro estágio 100 é acoplado a um rotor (não mostrado). O segundo estágio 100 está disposto entre o primeiro estágio 100 e uma carga de haste de saída 301, tal como um gerador elétrico 302.

[031] A Figura 4 é um esquema do acionamento de primeiro estágio. Variáveis de sistema para o primeiro estágio ao identificados na Figura 4. Um segmento de elemento lateral frouxo é indicado por TS-0. À medida que o torque de entrada é dividido entre a haste 202 e a haste 203, existem dois segmentos de correia tendo uma característica frouxa em carga completa, isto é, o segmento 101a e segmento 101b. “Frouxa” se refere a ter pouca ou nenhuma carga de tração. Neste caso, o acionador é o disco 10 e a acionada é a haste 202 e haste 203. A direção de rotação é mostrada pelas setas nas figuras. Em uma modalidade alternativa, um gerador elétrico ou outra carga pode ser diretamente conectado a cada haste 202, 203.

[032] A Figura 5 é um esquema do acionamento de segundo estágio. Variáveis de sistema para o segundo estágio são identificadas na Figura 5. O segmento de elemento lateral frouxo é indicado por T3-O. O segmento 201a tem uma característica frouxa. Para este segundo estágio existem dois acionadores, 204 e 205. A acionada é a haste 301. A direção de rotação é mostrada pelas setas. O primeiro estágio e o segundo estágio rodam na mesma direção. A direção de rotação pode tanto ser em sentido horário quanto anti-horário. Neste exemplo, é anti-horário quando visto a partir da extremidade do rotor (extremidade de entrada) como mostrado na Figura 4 e Figura 5.

[033] Uma solução exemplar para o acionamento da invenção segue.

Cada uma das variáveis é definida como segue: Símbolo[unidade]descrição 0i[rad]rotação da haste 203 0r[rad]rotação da haste 202 0i[rad]rotação do disco 102 R1[mm]raio do disco 102 r1[mm]raio da haste 203 e haste 202 Tl[N]tensão lateral justa do elemento de acionamento 101 Tr[N]tensão lateral justa de elemento de acionamento 101 Ts[N]tensão lateral frouxa de elemento de acionamento 101 Li[mm]comprimento de extensão de acionamento de 1° estágio Lir[mm]comprimento de extensão de acionamento de 1° estágio M1[N/mm]correia do módulo de correia 101 w1[mm]largura de acionamento 101 de 1° estágio Ql[N-mm]torque transmitido pela haste 203 Qr[N-mm]torque transmitido pela haste 202 Q0[N-mm]torque de saída de haste 300 0o[rad]rotação da haste 301 R2[mm]raio de roda dentada 205 r2[mm]raio de roda dentada 300 r3[mm]raio de haste secundária 202, 203 T1[N]tensão lateral justa do elemento de acionamento 201 T2[N]tensão de extensão média do elemento de acionamento 201 T3[N]tensão lateral frouxa do elemento de acionamento 201 L2t[N]acionamento de 2° estágio, comprimento de extensão justa de elemento de acionamento 201 L2m[N]acionamento de 2° estágio, comprimento de extensão médio de elemento de acionamento 201 L2s[N]acionamento de 2° estágio, comprimento de extensão frouxa de elemento de acionamento 201 M2[N/mm]módulo de correia da correia 201 w2[mm]largura de correia de acionamento 201 de 2° estágio Qt[N-mm] torque transmitido entre a extensão meia T1 e extensão média T2 Qn[N-mm] torque transmitido entre a extensão meia T2 e extensão frouxa T3.

[034] “Simétrico” se refere a um sistema em que os segmentos de elemento 201a e T1 em cada lado do eixo de saída 301 têm comprimentos iguais. “Assimétrico” se refere a um sistema em que os segmentos 201a e T1 não têm comprimento igual.

[035] Para um acionamento de elemento flexível sem tensores de elemento, também chamado um “acionamento de centro de travamento”, a tensão de instalação inicial para o elemento de acionamento flexível 101 e elemento de acionamento flexível 201, isto é, Ts e T3, podem ser determinados da seguinte maneira: 1. Um elemento flexível, neste caso uma correia dentada, por exemplo, é colocado entre duas rodas dentadas de tamanho igual em uma máquina de teste. A correia é então submetida a uma tração estática (carga). Antes que a carga seja aplicada, a correia está em um formato um pouco frouxo. Neste estado, a carga de cubo de roda dentada versus a curva de deslocamento é muito plana desde que não existe carga na correia. Esta é a região de assentamento. Uma vez que a correia está assentada, os dois segmentos de corria entre as rodas dentadas se tornam retos na medida em que cada um assume carga. Neste ponto a carga de roda dentada versus deslocamento entrará em uma região linear mostrando o movimento da roda dentada (x) versus carga (y). A curva de transição de uma linha horizontal (nenhuma carga: y=0) para linear (carregada) pode ser facilmente identificada. A tensão na região de curva é a tensão inicial exigida T0 necessária para manter retos os segmentos de extensão de correia. Este valor é o valor mínimo da tensão de instalação inicial para a presente correia: T0min. Este método pode ser aplicado no elemento 101 e 201. 2. O torque máximo para o sistema operacional é Qmax. Usando DTR = 8, alguém pode determinar a tensão de instalação inicial T01 com Qmax. Não deve existir salto de dente de correia durante este teste. O salto de dente ocorre quando um dente desengata da roda dentada para pular ou “saltar” Para o dente adjacente seguinte. Isto ocorre tipicamente em situações de tensão baixa de corria. 3. O valor inicial de T01 é então reduzido pela metade, T02 = (T01)/2, e o teste é rodado novamente. Se não existe salto de dente detectado, o segundo valor é reduzido pela metade novamente, T03 = (T02)/2. 4. Este processo é repetido até que o salto de dente seja detectado, uma vez que o salto de dente é detectado a tensão de instalação apropriada é reajustada ao nível prévio T0n-1, isto é, o último ajuste onde nenhum salto de dente foi detectado. O teste é rodado novamente em T0n-1, para confirmar este ajuste de tensão. Em carga completa, o ajuste de tensão final para o lado frouxo (Ts ou T3) deve ser aproximadamente zero Newton.

[036] Para o acionamento de centro de travamento, a tensão inicial apropriada para os segmentos de elemento de acionamento flexíveis instalados, Ts e T3, pode então ser obtida por: 1. Mover cada haste 202 e haste 203 radialmente para fora, para longe do eixo de rotação “A” do disco 102, para determinar a tensão inicial de acionamento de 1° estágio Ts. Esta é de preferência a posição onde todos os segmentos são retos. 2. Instalar as rodas dentadas de 2° estágio 204, 205, mas não as bloqueie ate cada haste 202, 203. Uma bucha de trava cônica é um meio para obter isto. Para esta etapa, cada disco 204, 205 é deixado livre para rodar em torno de cada haste 202, 203. Qualquer lubrificante adequado pode ser usado lubrifica temporariamente as hastes. 3. Mover a haste de gerador 300 radialmente para fora do eixo A contra o elemento de acionamento flexível de segundo estágio 201 para determinar uma tensão inicial T3. Isto é de preferência a posição onde todos os segmentos são retos. 4. Travar cada uma das rodas dentadas 204, 205 em sua haste respectiva 202, 203. 5. Iniciar o sistema e verificar o salto de dente para ambos os elementos de acionamento em cara completa. Se ocorrer salto, mover a haste 202, 203 ou haste 300 do elemento de acionamento respectivo par aumentar ligeiramente a tensão de correia. Repetir verificar e ajustar quando necessário até que nenhum salto de dente ocorre em carga completa.

[037] A Figura 6 é uma vista em perspectiva traseira de uma modalidade alternativa. Nesta modalidade, o acionamento de segundo estágio compreende três discos dentados 204, 205, 206. Nesta modalidade, a potência (torque) do rotor 102 é dividida em terços, cada terço transmitido para uma das três hastes secundárias. Cada haste secundária 207, 208, 209 é engatada com o elemento flexível 101. Cada disco dentado 204, 205, 206 é conectado a uma haste secundária 207, 208, 209 respectiva. Cada um dos discos de haste secundária é engatado com o elemento flexível 201. Cada haste secundária pode ser dentada para engatar um elemento flexível de correia dentada 201. Cada haste secundária pode também ser estrada ou plana.

[038] O elemento flexível 101 engata um perímetro externo do primeiro disco 102. a fim de melhorar a transferência de energia do primeiro disco 102 para o elemento flexível 101, são usados roletes 204a, 205a, e 206a para pressionar o elemento flexível 101 em engate com o perímetro externo do primeiro disco 102. a circunferência adicional de engate faz com que mais dentes do elemento flexível 101 engatem o primeiro disco 102, que por sua vez diminui a carga por dente. Isto, por sua vez, reduz a chance de pulo de dente em condições de potência elevada (torque alto), onde a potência (HP) = (torque x velocidade)/5252.

[039] Cada rolete 204a, 205a e 206a, serve para direcionar o elemento flexível 101 de modo a aumentar o número de dentes engatados com cada haste 207, 208, 209. O direcionamento envolve mais do elemento flexível 101 em torno de cada haste, também referido como ângulo de envoltório (a), que então reduz a chance de pulo de dente sob condições de potencia elevada. O ângulo de envoltório (a) em torno de cada haste 207, 208, 209 e maior que 120 graus.

[040] O elemento flexível 201 engata cada disco 204, 205, 206. O elemento flexível 201 também engata o disco de rolete 210 e disco dentado ou roda dentada 300. a roda dentada 300 é conectada a uma carga tal como um gerador 302. O disco 210 é usado para aumentar o ângulo de envoltório (β) do elemento flexível 201 em torno da roda dentada 300 para maior que 1320 graus e até aproximadamente 180 graus.

[041] A Figura 7 é uma vista em perspectiva dianteira de uma modalidade alternativa. Cada rolete 204a, 205a, 206a direciona o elemento flexível 101 para estabelecer um ângulo de envoltório adequado α em torno de cada haste 207, 208, 209. Como tal, cada rolete ajuda a determinar o direcionamento da correia, mas não é usado para aplicar uma pré-cara significante na correia, portanto a condição Ts-0 é mantida em carga total.

[042] O disco de rolete 210 direciona o elemento flexível 201 para estabelecer um ângulo de envoltório adequado β. Como tal, o disco de rolete 210 ajuda a determinar o direcionamento de correia, mas não é usado para aplicar pré- carga significante na correia, portanto a condição Ts-0 é mantida em carga total.

[043] A Figura 8(a) é uma vista placa de uma correia dentada. Uma correia dentada compreende dentes 800 que se estendem através de uma largura (w) da correia.

[044] A Figura 8(b) é uma vista plana de uma correia estriada. Uma correia estriada compreende estrias 801 que se estendem na direção longitudinal (sem fim) da correia. Uma correia plana não compreende dentes ou estrias.

[045] A Figura 9 é uma vista em perspectiva dianteira do esquema de acionamento na Figura 2. A haste 102a pode ser conectada a uma haste propulsora (não mostrada). A haste 301 pode ser conectada a uma carga, tal como um gerador.

[046] Embora uma forma da invenção tenha sido descrita aqui, será óbvio para aqueles versados na técnica que podem ser feitas variações na construção e relação de partes sem se afastar do espírito e escopo da invenção descrita aqui.

Claims

1. Transmissão de elemento flexível, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: um primeiro disco (102) disposto para rotação em uma primeira haste (102a); pelo menos duas hastes secundárias (202, 203) dispostas para rotação em paralelo com a primeira haste, cada haste secundária tendo um disco de haste secundária (204, 205) montado na mesma; um primeiro elemento flexível (101) conectando de modo rotacional o primeiro disco em cada uma das duas hastes secundárias, o primeiro elemento flexível tendo pelo menos um segmento com uma carga de tração de aproximadamente zero Newton durante a operação; e cada disco de haste secundária conectado de modo rotacional em uma haste de saída (300) por um segundo elemento flexível (201), o segundo elemento flexível tendo pelo menos um segmento com uma carga de tração de aproximadamente zero Newton durante a operação.

2. Transmissão, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o primeiro elemento flexível compreende uma correia dentada.

3. Transmissão, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o segundo elemento flexível compreende uma correia dentada.

4. Transmissão, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que pelo menos um segmento do segundo elemento flexível tem uma tensão de instalação maior que zero Newton.

5. Transmissão, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que pelo menos um segmento do primeiro elemento flexível tem uma tensão de instalação maior que zero Newton.

6. Transmissão, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que cada segmento do segundo elemento flexível em cada lado da haste de saída tem comprimento igual.

7. Transmissão, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a operação é uma operação de carga total.

8. Transmissão, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a haste de saída é conectada a um gerador elétrico.