BR112018000845B1

BR112018000845B1 - Lâmina de turbina eólica com locais de ancoragem e método de fabricação da mesma

Info

Publication number: BR112018000845B1
Application number: BR112018000845-1A
Authority: BR
Inventors: Michael DRACHMANN HAAG
Original assignee: Lm Wp Patent Holding A/S
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2022-04-05
Also published as: WO2017012633A1; CN108025509A; BR112018000845A2; US10954916B2; ES2773632T3; CN108025509B; US20180230966A1; CA2992634C; DK3325255T3; EP3325255B1; EP3325255A1; CA2992634A1; PL3325255T3

Abstract

Lâmina de turbina eólica com locais de ancoragem e método de fabricação da mesma

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a uma lâmina de turbina eólica, uma turbina eólica que tem tal lâmina e um método de fabricação dessa lâmina.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] As lâminas modernas de turbinas eólicas podem exigir dispositivos montados em superfície, também conhecidos como complementos, anexados ao invólucro aerodinâmico da lâmina.

[003] Esses complementos são tipicamente anexados ao invólucro aerodinâmico da lâmina em várias posições usando diferentes tipos de adesivos ou fita dupla face.

[004] WO 13 060493 descreve geradores de vórtice fixados a uma lâmina de turbina eólica usando adesivos.

[005] É assim conhecido por anexar adesivamente os vários componentes, tais como spoilers e serrações as lâminas de turbinas eólicas.

[006] Um problema a este respeito é que tais complementos podem cair da lâmina durante a operação ou podem afrouxar ao longo do tempo, o que pode causar uma queda no desempenho da lâmina em relação à geração de energia, ruído operacional e segurança.

[007] Isso, por sua vez, causa um tempo de inatividade e reparos caros.

[008] É um objetivo da presente invenção diminuir ou melhorar tais problemas.

RESUMO DA INVENÇÃO

[009] A invenção refere-se a uma lâmina de turbina eólica com um corpo de invólucro de lâmina feito de um material compósito, o referido material compósito compreendendo fibras de reforço e uma resina termoendurecida, a referida lâmina de turbina eólica compreendendo uma extremidade de ponta e uma extremidade de raiz, bem como um bordo de ataque e um bordo de fuga, a referida lâmina de turbina eólica compreendendo um material termoplástico integrado no corpo de invólucro, o referido material termoplástico sendo compreendido em pelo menos uma parte da superfície exterior da lâmina de turbina eólica, o referido material termoplástico sendo configurado para atuar como um local de ancoragem para a anexação de pelo menos um dispositivo adicional montado na superfície.

[010] De acordo com a presente invenção, é fornecida uma lâmina de turbina eólica com locais de ancoragem para a anexação de dispositivos montados em superfície. Os locais de ancoragem do material termoplástico permitem uma anexação mais fácil e segura dos dispositivos à superfície da lâmina. O material termoplástico do local de ancoragem pode ser escolhido para proporcionar condições melhoradas para ligação a tais dispositivos montados em superfície. Além disso, o material termoplástico para os locais de ancoragem pode ser selecionado para proporcionar uma boa integração com o material reforçado com fibras do corpo de invólucro. Pode ser vantajoso ter boa adesão entre a resina termoendurecida usada e o material termoplástico do local de ancoragem.

[011] O dispositivo para montagem em superfície não precisa mais ser ligado ao material compósito do corpo de invólucro, que muitas vezes pode ser difícil e nem sempre reproduzível com o risco de desanexação de dispositivos montados na superfície da lâmina durante o uso. A anexação aprimorada de dispositivos através dos locais de ancoragem integrados no corpo de invólucro da lâmina de turbina eólica de acordo com a invenção pode resultar em maior vida útil e menor serviço relacionado aos dispositivos.

[012] Os locais de ancoragem dos termoplásticos integrados no corpo de invólucro da lâmina em posições adequadas também podem fornecer ajuda visível para identificar onde anexar um dispositivo. Por exemplo, o local de ancoragem pode ter uma cor ou textura diferente quando comparado ao material do corpo de invólucro, facilitando a identificação do local de ancoragem.

[013] De acordo com modalidades da invenção, os dispositivos montados em superfície tipicamente podem ser utilizados para modificar a performance aerodinâmica da lâmina de turbina eólica.

[014] De acordo com as modalidades da invenção, os locais de ancoragem dos termoplásticos podem ser utilizados para a anexação de um escudo de erosão, por exemplo, ao longo de pelo menos uma parte do bordo de ataque da lâmina de turbina eólica.

[015] Numa modalidade da invenção, o material termoplástico compreende grupos químicos capazes de reagir com componentes da resina termoendurecível.

[016] De acordo com as modalidades da invenção, é vantajoso selecionar o material termoplástico para poder ligar quimicamente aos componentes da resina termoendurecida por reação química entre, por exemplo, grupos químicos na espinha dorsal polimérica do material termoplástico e dos componentes de rein, por exemplo, componentes de reticulação e/ou monômeros, oligômeros ou polímeros compreendidos na mistura de resina.

[017] Por exemplo, tal ligação química pode, de acordo com as modalidades da invenção, ser conseguida selecionando poli (acrilonitrila butadieno estireno) como o material termoplástico e uma mistura de resina de poliéster compreendendo estireno como um solvente reativo e componente de reticulação. Os grupos estireno do polímero termoplástico podem então reagir com componentes de resina e se tornarem quimicamente ligados à resina. Deste modo, pode ser conseguida uma integração muito duradoura do local de ancoragem no corpo de invólucro.

[018] Numa modalidade da invenção, a lâmina de turbina eólica compreende adicionalmente pelo menos um dispositivo montado em superfície anexado ao local de ancoragem da lâmina de turbina eólica.

[019] A lâmina de turbina eólica pode, de acordo com estas modalidades, ser provida de dispositivos montados em superfície anexados aos locais de ancoragem.

[020] Numa modalidade da invenção, o referido pelo menos um dispositivo montado em superfície é anexado à lâmina de turbina eólica no referido local de ancoragem por colagem, soldagem plástica ou uma combinação destes.

[021] O material termoplástico utilizado para o local de anexação pode ser selecionado de acordo com o método de anexação do dispositivo montado em superfície. Consequentemente, em algumas modalidades da invenção, o material termoplástico é particularmente adequado para utilização com métodos de ligação adesiva, enquanto que em modalidades alternativas, o material termoplástico no local de ancoragem pode ser adequado para soldagem plástica. Alguns materiais termoplásticos podem ser adequados para uma combinação de colagem e soldagem.

[022] Numa modalidade da invenção a referida soldagem plástica é selecionada a partir de soldagem por laser, soldagem térmica, como soldagem por gás quente, soldagem por ponta de velocidade, soldagem por pontos, soldagem por contato e soldagem por placa quente, soldagem ultra- sônica, soldagem de alta frequência e soldagem por solvente.

[023] Quando o dispositivo montado em superfície é feito a partir de um material termoplástico, utilizando um processo de soldagem plástica para unir o dispositivo montado em superfície ao material termoplástico no local de ancoragem e, assim, à superfície de uma lâmina de turbina eólica tem múltiplas vantagens: - O processo de soldagem pode ser automatizado ou semi-automatizado, o que pode reduzir os custos de produção e melhorar a reprodutibilidade e a qualidade. - A ligação estabelecida entre o dispositivo e o local de ancoragem corresponde a um emaranhamento das cadeias poliméricas dos dois materiais na interface, tornando a ligação extremamente durável e muito improvável que falhe durante o funcionamento da lâmina. - O processo e a qualidade da conexão de material estabelecida são mais ou menos independentes do ambiente no local de soldagem. No local de fabricação da lâmina, o controle cuidadoso da temperatura e da umidade relativa, geralmente importante ao usar, por exemplo, adesivos, fitas e similares, pode não ser necessário. Além disso, um dispositivo danificado ou desgastado montado em superfície pode ser substituído no local enquanto a lâmina está na turbina eólica ou, pelo menos, sem mover a lâmina para um ambiente controlado.

[024] Em princípio, qualquer processo de soldagem adequado para soldar materiais plásticos pode ser utilizado de acordo com as modalidades da invenção.

[025] Em modalidades preferidas é utilizada a soldagem por calor.

[026] A soldagem por gás quente é um método possível aplicável de acordo com as modalidades da invenção. A soldagem por gás quente pode ser versátil e econômica.

[027] A soldagem por laser também pode ser usada, porque produz resultados muito reproduzíveis com uma variedade de materiais termoplásticos. A soldagem por laser pode ser automatizada e também pode ser adaptada para uso no local no campo.

[028] Desta forma, podem ser obtidas juntas muito reprodutíveis, mesmo quando as condições não são fáceis de controlar.

[029] A soldagem por laser exige tipicamente que o material termoplástico no local de ancoragem absorva energia no comprimento de onda do laser, enquanto o material termoplástico utilizado para o dispositivo montado em superfície deve permitir que o comprimento de onda do laser passe pelo menos parcialmente para alcançar a interface entre os dois materiais. Se o dispositivo montado em superfície e o local de ancoragem estiverem em contato próximo, o material transparente a laser também é aquecido na interface por condução e uma junta muito durável é formada.

[030] O contato próximo entre os materiais termoplásticos pode ser estabelecido, por exemplo, usando um dispositivo de aperto para fixar o dispositivo montado em superfície no local de ancoragem durante o processo de soldagem por laser.

[031] Em algumas modalidades, o material termoplástico no local de ancoragem compreende meios de absorção de calor, por exemplo, fuligem, outras pigmentações especiais ou outros aditivos.

[032] Numa modalidade da invenção, o material termoplástico é proporcionado sob a forma de camadas, películas ou tiras.

[033] O material termoplástico para o local de ancoragem pode ser suficientemente flexível para se adaptar à forma necessária do corpo de invólucro ou parte do corpo de invólucro requerido no local de ancoragem. Isto pode ser obtido usando camadas ou películas que podem seguir a forma da superfície do molde no processo de moldagem para produzir o corpo de invólucro que pode envolver transferência de resina assistida por vácuo.

[034] Pode ser vantajoso aquecer a camada, película ou tira até uma temperatura à qual o material termoplástico se amolece ligeiramente para auxiliar o posicionamento da camada ou película no molde.

[035] Numa modalidade da invenção, o material termoplástico tem uma espessura entre 0,1 e 2,0 mm, de preferência entre 0,2 e 1,0 mm.

[036] A espessura da camada, película ou tira do material termoplástico utilizado para o local de ancoragem pode variar. É necessária uma certa espessura para conseguir um material de base adequado e que funcione bem, ao qual um dispositivo montado em superfície pode estar anexado, por exemplo por soldagem plástica. Se a espessura se tornar muito grande, a flexibilidade pode ser prejudicada e os custos dos materiais aumentam.

[037] Numa modalidade da invenção, o pelo menos um dispositivo montado em superfície ser uma parte com serrações, um spoiler, um gerador de vórtice, uma ala, uma seção de ponta, uma aba de Guerney, uma placa na direção da corda ou qualquer combinação deles.

[038] Qualquer tipo de dispositivo montado em superfície pode ser anexado à lâmina de turbina eólica no local de ancoragem. Esses dispositivos tipicamente modificam o desempenho aerodinâmico da lâmina. Por exemplo, as partes de serração, tipicamente montadas no bordo de fuga da lâmina, podem ajudar a reduzir o ruído gerado pela lâmina de turbina eólica durante a rotação, enquanto que os geradores de vórtex podem impedir a desanexação do fluxo de ar em torno do perfil aerodinâmico da lâmina, aumentando assim a elevação gerada.

[039] Numa modalidade da invenção o pelo menos um dispositivo montado em superfície é uma parte de plástico moldada por injeção.

[040] Normalmente, os dispositivos montados em superfície requerem uma geometria detalhada e precisa. Podem em modalidades preferidas ser feitas de termoplásticos por moldagem por injeção.

[041] Numa modalidade o material termoplástico é selecionado do grupo que consiste de poliestireno, poli (acrilonitrila butadieno estireno), poli (acrilonitrila estireno acrilato), poli (estireno acrilonitrila), policarbonato, poliéter éter cetona, polibutileno tereftalato ou qualquer combinação destes.

[042] Uma série de materiais termoplásticos podem ser utilizados para os locais de ancoragem. Numa modalidade preferida da invenção, o poli (acrilonitrila butadieno estireno) forma o material termoplástico. Neste caso, pode ser obtida uma integração muito boa do material termoplástico com a resina termoendurecida e o reforço de fibras no corpo de invólucro, especialmente quando se usa resina de poliéster como a resina termoendurecida.

[043] Numa modalidade da invenção, o pelo menos um dispositivo montado em superfície é feito de poliestireno, poli (acrilonitrila butadieno estireno), poli (acrilonitrila estireno acrilato), poli (estireno acrilonitrila), policarbonato, poliéter éter cetona, polibutileno tereftalato, polietileno de densidade ultra alta, elastômero termoplástico , tais como poliuretano termoplástico ou qualquer combinação destes.

[044] O material selecionado para o dispositivo montado em superfície é selecionado para possibilitar uma boa ligação ao local de ancoragem e também pode ser escolhido em relação à boa resistência à erosão.

[045] Numa modalidade da invenção o material termoplástico é selecionado do grupo constituído de poli (acrilonitrila butadieno estireno), policarbonato, misturas de poli (acrilonitrila butadieno estireno) e policarbonato e suas combinações e pelo menos um dispositivo montado em superfície ser feito de policarbonato, misturas de poli (acrilonitrila butadieno estireno) e policarbonato, poliuretano termoplástico e suas combinações.

[046] De acordo com estas modalidades, são possíveis várias combinações de material termoplástico do local de ancoragem e material termoplástico do dispositivo montado em superfície.

[047] Por exemplo, o poli (acrilonitrila butadieno estireno), dado que o material termoplástico do local de ancoragem pode ser útil quando anexando um dispositivo montado em superfície feito de uma mistura de poli (acrilonitrila butadieno estireno) e policarbonato.

[048] Quando se utiliza poli (acrilonitrila butadieno estireno) como material termoplástico do local de ancoragem e o dispositivo montado em superfície é feito de policarbonato, foi obtida uma modalidade adicional da presente invenção.

[049] Quando é utilizada uma mistura de poli (acrilonitrila butadieno estireno) e policarbonato como material termoplástico do local de ancoragem e o dispositivo montado em superfície é feito de poliuretano termoplástico, foi obtida outra modalidade da presente invenção.

[050] Quando o poli (acrilonitrila butadieno estireno) é utilizado como material termoplástico do local de ancoragem e o dispositivo montado em superfície é feito de uma mistura de poli (acrilonitrila butadieno estireno) e policarbonato, foi obtida outra forma de realização da presente invenção.

[051] Em princípio, os materiais utilizados para o local de ancoragem e para o dispositivo montado em superfície podem ser ambos do mesmo tipo, por exemplo, policarbonato.

[052] De acordo com uma modalidade da invenção um recesso está presente no topo do material termoplástico, tendo o referido recesso uma profundidade adaptada para acomodar pelo menos um dispositivo montado em superfície, pelo que a parte de base do pelo menos um dispositivo montado em superfície na superfície da lâmina de turbina eólica é substancialmente nivelado com a superfície adjacente da lâmina de turbina eólica.

[053] Pode ser aerodinamicamente favorável que a base do dispositivo montado em superfície esteja nivelada com a superfície da lâmina de turbina eólica. Isto pode, por exemplo, ser obtido colocando o escudo de erosão em um recesso adaptado para acomodá-lo.

[054] Esse recesso pode ser estabelecido, por exemplo, primeiro colocando um material de baixa energia de superfície, como a borracha de silicone no molde para moldar o corpo de invólucro de lâmina, antes de colocar o material termoplástico no molde sobre o material de baixa energia de superfície. Após a moldagem, o material de baixa energia de superfície é removido e deixa um recesso para anexar o dispositivo montado em superfície.

[055] O material de baixa energia de superfície pode ser escolhido para igualar substancialmente a espessura da base do dispositivo montado em superfície.

[056] A invenção refere-se ainda a uma turbina eólica compreendendo uma lâmina como aqui descrita.

[057] A invenção também se refere a um método de fabricação de uma lâmina de turbina eólica, a referida lâmina para uma turbina eólica possuindo um corpo de invólucro de lâmina feito de um material compósito em um processo de moldagem, o referido material compósito compreendendo fibras de reforço e uma resina termoendurecida, a referida lâmina de turbina eólica compreendendo uma extremidade de ponta e uma extremidade de raiz, bem como um bordo de ataque e um bordo de fuga, o referido método compreendendo as etapas de: - colocar um material termoplástico em um molde para moldar pelo menos uma parte do corpo de invólucro de lâmina, - o referido material termoplástico ser colocado no molde para formar um local de ancoragem integrado na superfície do corpo de invólucro de lâmina para a anexação de pelo menos um dispositivo montado em superfície adicional, - colocar fibras de reforço no molde, - molhar o material termoplástico e as fibras de reforço com uma resina termoendurecida, e - curar a referida resina para formar pelo menos uma parte do corpo de invólucro, - opcionalmente unir as partes de corpo de invólucro para formar um corpo de invólucro.

[058] Numa modalidade da invenção, o referido método compreende adicionalmente a etapa de: - anexar o dispositivo adicional montado em superfície no local de ancoragem. Numa modalidade da invenção, o dispositivo adicional montado em superfície é anexado por colagem, soldagem plástica ou uma combinação destes.

[059] Numa modalidade da invenção, referida anexação do dispositivo montado em superfície adicional é realizada no local enquanto a lâmina de turbina eólica é montada numa turbina eólica ou a lâmina de turbina eólica tiver sido desanexada da turbina eólica para ser manuseada.

[060] A manutenção das turbinas eólicas geralmente é dispendiosa e envolve um tempo de inatividade indesejável onde nenhuma energia é produzida.

[061] As lâminas de turbinas eólicas também podem exigir manutenção, uma razão para isso ser a substituição ou a anexação de dispositivos montados em superfície. O método de acordo com as presentes modalidades é surpreendentemente adequado para o reparo no local, a substituição ou a montagem posterior de dispositivos montados em superfície como aqui descritos.

[062] Isso ocorre porque o local de ancoragem pode estar completamente intacto para a anexação de um novo dispositivo, por exemplo, depois que o dispositivo originalmente montado tiver sido danificado pela erosão ou outra falha. A remoção de restos do dispositivo original permite a fácil anexação de um novo dispositivo similar.

[063] Alternativamente, quando são necessárias modificações aerodinâmicas em uma lâmina de acordo com a invenção já em serviço em uma turbina eólica, os locais de ancoragem integrados na superfície da lâmina podem ser usados para conectar os dispositivos montados em superfície requeridos.

[064] Normalmente, o uso de adesivos para anexar dispositivos montados em superfície, por exemplo, o uso de fitas, beneficiaria de umidade e temperatura controladas para assegurar uma boa ligação e também requer grandes habilidades e limpeza.

[065] Esse controle geralmente não é possível ou apenas para uma extensão subóptima se um reparo ou uma nova anexação de um dispositivo for feita no local. A existência de locais dedicados de anexos integrados na lâmina pode diminuir a necessidade de tal controle.

[066] Além disso, se, por exemplo, o uso de soldagem plástica como, por exemplo, a soldagem por laser é usada para anexar o dispositivo montado em superfície ao local de ancoragem, isso não requer um clima especial, mas pode ser aplicado enquanto a lâmina é montada na turbina. Isso permite reparos e substituições durante todo o ano em oposição a outros métodos aplicáveis apenas durante o verão a temperaturas apropriadas.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[067] A invenção é explicada em detalhe abaixo com referência a uma modalidade mostrada nos desenhos, na qual A Fig. 1 mostra uma turbina eólica, A Fig. 2 mostra uma vista esquemática de uma lâmina de turbina eólica de acordo com a invenção, A Fig. 3 mostra uma vista esquemática de um perfil de aerofólio, A Fig. 4 mostra uma vista esquemática da lâmina de turbina eólica de acordo com a invenção, vista de cima e de lado, A Fig. 5 mostra uma vista esquemática de um perfil de aerofólio, com uma escudo de erosão composto por duas camadas de materiais termoplásticos no bordo de ataque, A Fig. 6 mostra uma vista esquemática de um perfil de aerofólio de duas partes de corpo de invólucro que tem um primeiro material termoplástico integrado num recesso no bordo de ataque, A Fig. 7 mostra uma vista esquemática de um escudo de erosão constituído por 2 camadas de materiais termoplásticos unidas entre si. A Fig. 8 mostra uma vista esquemática de partes pré- formadas de um primeiro e segundo material termoplástico, respectivamente. A Fig. 9 mostra uma vista esquemática de duas camadas/películas de um primeiro e um segundo material termoplástico, respectivamente. A Fig. 10 mostra uma vista esquemática de uma parte pré-formada de material termoplástico, sendo a parte mais fina nas extremidades do que no meio, A Fig. 11 mostra uma vista esquemática de um perfil de aerofólio correspondente à união das duas partes de corpo de invólucro da Fig. 5, A Fig. 12 mostra uma vista esquemática de uma lâmina de turbina eólica com um escudo de erosão, serrações e um spoiler anexado à lâmina da Fig. 2 nos locais de ancoragem indicados.

[068] A Fig. 1 ilustra uma turbina eólica contra o vento moderna convencional de acordo com o chamado "conceito dinamarquês" com uma torre (4), uma nacele (6) e um rotor com um eixo de rotor substancialmente horizontal. O rotor inclui um cubo (8) e três lâminas (10) que se prolongam radialmente a partir do cubo (8), tendo cada uma raiz (16) de lâmina mais próxima do cubo e uma ponta (14) de lâmina mais afastada do cubo (8). O rotor possui um raio denotado (R).

[069] A Fig. 2 mostra uma vista esquemática de uma primeira modalidade de uma lâmina (10) de turbina eólica de acordo com a invenção. A lâmina (10) de turbina eólica tem a forma de uma lâmina de turbina eólica convencional e compreende uma região de raiz (30) mais próxima do cubo, uma região perfilada ou uma região aerodinâmica (34) mais afastada do cubo e uma região de transição (32) entre a região de raiz (30) e a região aerodinâmica (34). A lâmina (10) compreende um bordo de ataque (18) voltado para o sentido de rotação da lâmina (10), quando a lâmina é montada no cubo, e um bordo de fuga (20) virado para a direção oposta do bordo de ataque (18).

[070] A região aerodinâmica (34) (também chamada de região perfilada) tem uma forma de lâmina ideal ou quase ideal em relação à geração de elevação, enquanto a região de raiz (30) devido a considerações estruturais tem uma seção transversal substancialmente circular ou elíptica, o que, por exemplo, torna mais fácil e mais seguro para montar a lâmina (10) no cubo. O diâmetro (ou a corda) da região de raiz (30) pode ser constante ao longo de toda a área da raiz (30). A região de transição (32) tem um perfil de transição que muda gradualmente da forma circular ou elíptica da região de raiz (30) para o perfil de aerofólio da região aerodinâmica (34). O comprimento de corda da região de transição (32) geralmente aumenta com o aumento da distância (r) do cubo. A região aerodinâmica (34) tem um perfil de aerofólio com uma corda que se prolonga entre o bordo de ataque (18) e o bordo de fuga (20) da lâmina (10). A largura da corda diminui com o aumento da distância (r) do cubo.

[071] Um ressalto (40) da lâmina (10) é definido como a posição onde a lâmina (10) tem o seu maior comprimento de corda. O ressalto (40) é tipicamente proporcionado na fronteira entre a região de transição (32) e a região aerodinâmica (34).

[072] Deve notar-se que as cordas de diferentes seções da lâmina normalmente não se encontram em um plano comum, uma vez que a lâmina pode ser torcida e/ou curvada (isto é, pré-dobrada), proporcionando assim o plano de corda com uma correspondente torção e/ou curso curvo, este sendo mais frequentemente o caso para compensar a velocidade local da lâmina sendo dependente do raio do cubo.

[073] É mostrado um local de ancoragem de termoplástica integrado (61) para anexar, por exemplo, um spoiler na região de transição (32). Um outro local integrado (63) para anexação, por exemplo, serrações de redução de ruído é indicado no bordo de fuga (20) na região aerodinâmica (34). No bordo de ataque (18), é mostrado um local de anexação (68) para um segundo material termoplástico, completando desse modo um escudo de erosão. Observa-se que o escudo de erosão pode se prolongar em torno da ponta da lâmina.

[074] É claro que a lâmina pode ter mais ou menos locais de anexação do que os três mostrados na Fig. 2.

[075] Os locais de anexação estão integrados na lâmina de turbina eólica durante a fabricação da lâmina. Esta integração pode ser alcançada colocando um material termoplástico no molde para o invólucro do corpo da lâmina ou partes do invólucro do corpo da lâmina, de modo que o material termoplástico esteja virado para a superfície exterior da lâmina final, conforme indicado na Fig. 2. Diferentes locais de anexação podem compreender os mesmos ou diferentes materiais termoplásticos. Por exemplo, o local de anexação (68) pode ser poli (acrilonitrila butadieno estireno) enquanto os locais de anexação (61) e (63) são policarbonato ou todos os locais de anexação são poli (acrilonitrila butadieno estireno).

[076] Figs. 3 e 4 representam parâmetros, que são usados para explicar a geometria da lâmina de turbina eólica de acordo com a invenção.

[077] A Fig. 3 mostra uma vista esquemática de um perfil de aerofólio (50) de uma lâmina típica de uma turbina eólica representada com os vários parâmetros, que são tipicamente usados para definir a forma geométrica de um aerofólio. O perfil de aerofólio (50) tem um lado de pressão (52) e um lado de sucção (54), que durante o uso, isto é, durante a rotação do rotor, normalmente são voltados para o lado de barlavento (ou contra o vento) e o lado de sotavento (ou a favor do vento), respectivamente. O aerofólio (50) possui uma corda (60) com um comprimento de corda (c) que se prolonga entre um bordo de ataque (56) e um bordo de fuga (58) da lâmina. O aerofólio (50) tem uma espessura (t), que é definida como a distância entre o lado de pressão (52) e o lado de sucção (54). A espessura (t) do aerofólio varia ao longo da corda (60). O desvio de um perfil simétrico é dado por uma linha de curvatura média (62), que é uma linha mediana através do perfil de aerofólio (50). A linha mediana pode ser encontrada desenhando círculos inscritos do bordo de ataque (56) para o bordo de fuga (58). A linha mediana segue os centros desses círculos inscritos e o desvio ou a distância da corda (60) é chamado de flecha (f). A assimetria também pode ser definida pelo uso de parâmetros chamados flecha superior (ou flecha do lado de sucção) e flecha inferior (ou flecha do lado de pressão), que são definidas como distâncias entre corda (60) e o lado de sucção (54) e o lado de pressão (52), respectivamente.

[078] Os perfis de aerofólio são frequentemente caracterizados pelos seguintes parâmetros: o comprimento de corda (c), a flecha máxima (f), a posição (df) da flecha (f) máxima, a espessura (t) máxima do aerofólio, que é o maior diâmetro dos círculos inscritos ao longo da linha de curvatura (62) mediana, a posição (dt) da espessura (t) máxima e um raio do nariz (não mostrado). Esses parâmetros são tipicamente definidos como razões para o comprimento de corda (c). Assim, uma espessura relativa da lâmina local t/c é dada como a relação entre a espessura (t) máxima local e o comprimento de corda (c) local. Além disso, a posição (dp) da flecha do lado de pressão máxima pode ser usada como um parâmetro de projeto e, claro, também a posição da flecha do lado de sucção máxima.

[079] A Fig. 4 mostra outros parâmetros geométricos da lâmina. A lâmina tem um comprimento de lâmina (L) total. Como mostrado na Fig. 3, a extremidade de raiz está localizada na posição r = 0 e a extremidade de ponta localizada em r = L. O ressalto (40) da lâmina está localizado na posição r = Lw, e tem uma largura de ressalto (W), o que equivale ao comprimento de corda no ressalto (40). O diâmetro da raiz é definido como (D). A curvatura do bordo de fuga da lâmina na região de transição pode ser definida por dois parâmetros, isto é, um raio de curvatura exterior mínimo (ro) e um raio de curvatura interior mínimo (ri), que são definidos como o raio de curvatura mínimo do bordo de fuga, visto exterior (ou atrás do bordo de fuga), e o raio de curvatura mínimo, visto do interior (ou na frente do bordo de fuga), respectivamente. Além disso, a lâmina é fornecida com uma pré-dobra, que é definido como Δy, o que corresponde à deflexão fora do plano a partir de um eixo de pitch (22) da lâmina.

[080] A Fig. 5 mostra uma vista esquemática de um perfil de aerofólio com um escudo de erosão (64) constituído por duas camadas, uma camada de um primeiro material termoplástico (65) e uma segunda camada de um segundo material termoplástico (66) no bordo de ataque. O escudo de erosão está situado em um recesso (67) na lâmina e é indicado que a superfície externa do escudo de erosão está nivelada com a superfície do corpo de invólucro.

[081] O bordo de ataque não é estritamente definido como uma borda estreita, mas é indicado para se prolongar tanto para o lado de sucção quanto para o lado de pressão do aerofólio. O bordo de ataque é amplamente entendida como a parte da lâmina que corta o ar durante a rotação do rotor da turbina eólica, sendo esta parte da lâmina mais vulnerável à erosão.

[082] A Fig. 6 mostra uma vista esquemática de um perfil de aerofólio de duas partes de corpo de invólucro que tem um primeiro material termoplástico integrado (65) num recesso (67) no bordo de ataque. O primeiro material termoplástico atua como um local para a anexação de um segundo material termoplástico, o segundo material termoplástico completando um escudo de erosão no bordo de ataque da lâmina. O escudo de erosão completado corresponde ao escudo (64) mostrado na Fig. 5.

[083] A Fig. 7 mostra uma vista esquemática de um escudo de erosão constituído de (2) camadas, uma camada de um primeiro material termoplástico (65) e uma segunda camada de um segundo material termoplástico (66), unidas entre si. Tal escudo de erosão pré-fabricado pode ser integrado no corpo de invólucro para fornecer uma proteção de bordo de ataque completa. As duas camadas no escudo de erosão são de preferência unidas por soldagem plástica. Em particular, a soldagem por laser é um método preferido para unir as 2 camadas de material termoplástico. O primeiro material termoplástico (65) e o segundo material termoplástico (66) são colocados em contacto próximo e é utilizado um laser para fundir o segundo material termoplástico e o primeiro material termoplástico na interface entre os dois materiais, através do qual é estabelecida uma ligação entre os dois materiais.

[084] Pode ser benéfico pré-fabricar tal escudo de erosão de duas camadas antes da integração com o corpo de invólucro, porque a união dos dois materiais termoplásticos em algumas modalidades pode ser mais convenientemente feita antes da integração com o corpo de invólucro, por exemplo, colocando o escudo de erosão pré-fabricado ou parte de um escudo de erosão pré-fabricado em um molde para formar o corpo de invólucro ou uma parte do mesmo.

[085] A Fig. 8 mostra uma vista esquemática de partes pré-formadas de um primeiro material termoplástico de (65) e um segundo (66), respectivamente. Tipicamente, a parte pré-formada do primeiro material termoplástico (65) é colocada no molde ao moldar o corpo de invólucro ou parte do corpo de invólucro da lâmina de turbina eólica. A parte pré-formada do segundo material termoplástico é então anexada à parte pré-formada do primeiro material termoplástico pós-moldagem para completar um escudo de erosão no bordo de ataque da lâmina. Ao usar partes pré-formadas, tanto a colocação correta da parte pré-formada do primeiro material termoplástico no molde e a anexação correta da segunda parte pós-moldagem podem ser mais fáceis em comparação com o uso de camadas ou películas flexíveis termoplásticas, porque as partes pré-formadas, devido às tolerâncias estreitas alcançáveis durante a sua fabricação, são relativamente fáceis de manusear e se encaixam bem quando ligadas uma à outra.

[086] A parte pré-formada do primeiro material termoplástico mostrado aqui é aplicável em um processo de moldagem pontual. Deve entender-se que, se, por exemplo, a lâmina é formada a partir de duas partes de corpo de invólucro (ver figura 6), a parte pré-formada do primeiro material termoplástico também pode constituir duas partes pré-formadas, uma a ser colocada num primeiro molde para moldar uma primeira parte de corpo de invólucro e outra para ser colocada num segundo molde para uma segunda parte de corpo de invólucro.

[087] A Fig. 9 mostra uma vista esquemática de duas camadas/películas de um primeiro material termoplástico (65) e um segundo (66), respectivamente. Canadas ou películas flexíveis podem ser vantajosas para usar de acordo com estas modalidades, para formar um escudo de erosão. A camada/película do primeiro material termoplástico pode ser colocada no molde juntamente com material de fibra. A camada/película pode ser suficientemente flexível para seguir o contorno da superfície do molde, especialmente quando submetida ao peso de camadas de fibras ou material pré-impregnado colocado sobre a camada/película de primeiro material termoplástico. O vácuo aplicado quando a resina é injetada também pode ajudar a consertar a camada/película do primeiro material termoplástico no molde.

[088] Após a moldagem do corpo do invólucro, que agora compreende o primeiro material termoplástico exposto à superfície exterior do invólucro no bordo de ataque, a camada/película do segundo material termoplástico é anexada em cima do primeiro material termoplástico. Ao escolher materiais termoplásticos adequados, como explicado acima, pode ser possível anexar o segundo material termoplástico por soldagem plástica, como a soldagem por laser.

[089] Em uma situação de serviço, onde o segundo material termoplástico foi erodido do escudo de erosão da lâmina de turbina eólica, expondo o primeiro material termoplástico na superfície exterior do bordo de ataque da lâmina, o reparo do escudo de erosão pode ser feito no local, soldando uma nova camada/película do segundo material termoplástico ao primeiro material termoplástico. Se, por exemplo, a soldagem por laser for usada, o processo de anexação é mais ou menos independente das condições ambientais no local de reparo (temperatura, umidade etc.).

[090] O reparo pode, naturalmente, ser realizado com partes pré-formadas do segundo material termoplástico também.

[091] A Fig. 10 mostra uma vista esquemática de uma parte pré-formada de material termoplástico, sendo a parte mais fina nas extremidades do que no meio. Tal parte pode ser vantajosa se não houver recesso disponível no bordo de ataque. Uma primeira parte desse primeiro material termoplástico pode ser integrada no corpo de invólucro da lâmina no processo de moldagem, conforme explicado anteriormente, e uma segunda parte do segundo material termoplástico pode estar ligada à primeira parte após a moldagem. A geometria com as extremidades mais finas permite que o escudo de erosão resultante seja substancialmente nivelado com a superfície do aerofólio, mesmo sem um recesso no corpo de invólucro, pelo que os distúrbios aerodinâmicos do escudo de erosão podem ser minimizados.

[092] A Fig. 11 mostra uma vista esquemática de um perfil de aerofólio correspondente à união das duas partes de corpo de invólucro da Fig. 5.

[093] O recesso (67) no bordo de ataque pode acomodar um segundo material termoplástico (não mostrado) em cima do primeiro material termoplástico (65) integrado e anexado ao primeiro material termoplástico (65), por exemplo, por soldagem plástica. O segundo material termoplástico pode estar na forma de uma camada ou película como mostrado na Fig. 9 ou uma parte pré-formada como mostrado na Fig. 8.

[094] Também pode ser possível anexar uma parte em sanduíche pré-formada (ver a Fig. 7) que já compreende uma camada de uma primeira e uma camada de um segundo material termoplástico ao material termoplástico no recesso, pelo que um escudo de erosão de três camada pode ser formado.

[095] A Fig. 12 mostra uma vista esquemática de uma lâmina de turbina eólica com um escudo de erosão (69) e outros dispositivos montados em superfície, serrações (71) e um spoiler (73), unidos à lâmina da Fig. 2 nos locais de anexação mostrados na Fig. 2. A anexação de tais complementos ou dispositivos montados em superfície através dos locais de anexação integrados no corpo de invólucro pode ser realizada usando adesivo. O adesivo pode ser escolhido para proporcionar uma melhor resistência de ligação do que pode ser conseguida através da colagem de dispositivos montados em superfície ao corpo de invólucro sem ter os locais dedicados para a anexação. Podem ser utilizados outros métodos de anexação, tais como soldagem plástica. Só é possível usar soldagem plástica se os locais de anexação e os dispositivos montados em superfície forem feitos de material termoplástico. Devido à integração dos locais de ancoragem para a anexação no corpo do invólucro, uma anexação superior dos dispositivos montados em superfície pode ser alcançada quando comparada à anexação de dispositivos montados em superfície diretamente ao material reforçado com fibra de um corpo de invólucro para uma lâmina de turbina eólica, por exemplo, usando a fita dupla face, porque o material usado para fornecer o local de ancoragem pode ser selecionado para uma ligação ótima, enquanto que o material reforçado com fibra é tipicamente selecionado para fornecer rigidez e para resistir a tensões induzidas na lâmina quando submetidas a forças diferentes durante a rotação quando montadas na turbina eólica.

[096] Consequentemente, quaisquer suplementos adequados para anexação em locais termoplásticos de anexação podem ser utilizados de acordo com as modalidades da invenção. Os geradores de vórtex (não mostrados), por exemplo, podem ser feitos de material termoplástico e anexados a locais de anexação adequadamente colocados.

[097] Lista de números de referência 2 turbina eólica 4 torre 6 nacele 8 cubo 10 lâmina 14 ponta de lâmina 16 raiz de lâmina 18 bordo de ataque 20 borda de fuga 22 eixo de pitch 30 região de raiz 32 região de transição 34 região aerodinâmica 41 primeiro perfil de aerofólio 42 segundo perfil de aerofólio 43 terceiro perfil de aerofólio 44 quarto perfil de aerofólio 45 quinto perfil de aerofólio 46 sexto perfil de aerofólio 50 perfil de aerofólio 52 lado de pressão 54 lado de sucção 56 bordo de ataque 58 bordo de fuga 60 corda 61 local de ancoragem termoplástica em região de transição 62 linha de curvatura média/linha mediana 63 local de ancoragem termoplástica no bordo de fuga 64 escudo de erosão 65 um primeiro material termoplástico 66 um segundo material termoplástico 67 recesso 68 local de ancoragem termoplástica no bordo de ataque 69 segundo escudo de erosão 71 dispositivo montado em superfície, serrações 73 dispositivo montado em superfície, spoiler c comprimento de corda dt posição da espessura máxima df posição da flecha máxima dp posição da flecha do lado de pressão máxima f flecha L comprimento da lâmina P saída de energia r raio local, distância radial da raiz de lâmina t espessura vw velocidade do vento θ torção, inclinação Δy pré-dobra

Claims

1. Lâmina de turbina eólica (10) com um corpo de invólucro de lâmina feito de um material compósito, em que que o referido material compósito compreende fibras de reforço e uma resina termoendurecida, a referida lâmina de turbina eólica compreendendo uma extremidade de ponta (14) e uma extremidade de raiz (16), bem como um bordo de ataque (18) e um bordo de fuga (20), a referida lâmina de turbina eólica (10) compreendendo um material termoplástico integrado no corpo de invólucro, o referido material termoplástico sendo compreendido em pelo menos uma parte da superfície exterior da lâmina de turbina eólica, caracterizada pelo fato de que o referido material termoplástico é configurado para atuar como um local de ancoragem (61, 63, 68) para a anexação de pelo menos um dispositivo adicional montado na superfície (71, 73), em que a lâmina de turbina eólica (10) compreende ainda pelo menos um dispositivo montado na superfície (71, 73) fixado ao local de ancoragem (61, 63, 68) da lâmina de turbina eólica.

2. Lâmina de turbina eólica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que material termoplástico compreende grupos químicos capazes de reagir com componentes da resina termoendurecível.

3. Lâmina de turbina eólica, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que referida pelo menos uma parte de dispositivo montada em superfície (71, 73) está anexada à lâmina de turbina eólica no referido local de ancoragem (61, 63, 68) por colagem, soldagem plástica ou uma combinação dos mesmos e, opcionalmente, em que a referida soldagem plástica é selecionada a partir de soldagem por laser, soldagem térmica, como soldagem por gás quente, soldagem por ponta de velocidade, soldagem por pontos, soldagem por contato e soldagem por placa quente, soldagem ultrassônica, soldagem de alta frequência e soldagem por solvente.

4. Lâmina de turbina eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o material termoplástico é proporcionado sob a forma de camadas, películas ou tiras, em que o material termoplástico tem uma espessura entre 0,1 e 2,0 mm, de preferência entre 0,2 e 1,0 mm.

5. Lâmina de turbina eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um dispositivo montado em superfície (71, 73) é uma parte com serrações, um spoiler, um gerador de vórtice, uma ala, uma seção de ponta, uma aba de Guerney, uma placa na direção da corda ou qualquer combinação deles.

6. Lâmina de turbina eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um dispositivo montado em superfície (71, 73) é uma parte de plástico moldada por injeção.

7. Lâmina de turbina eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o material termoplástico é selecionado do grupo que consiste de poliestireno, poli (acrilonitrila butadieno estireno), poli (acrilonitrila estireno acrilato), poli (estireno acrilonitrila), policarbonato, poliéter éter cetona, polibutileno tereftalato ou qualquer combinação destes.

8. Lâmina de turbina eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um dispositivo montado em superfície é feito de poliestireno, poli (acrilonitrila butadieno estireno), poli (acrilonitrila estireno acrilato), poli (estireno acrilonitrila), policarbonato, poliéter éter cetona, polibutileno tereftalato, polietileno de densidade ultra alta, elastômero termoplástico, tais como poliuretano termoplástico ou qualquer combinação destes.

9. Lâmina de turbina eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que o material termoplástico é selecionado do grupo constituído de poli (acrilonitrila butadieno estireno), policarbonato, misturas de poli (acrilonitrila butadieno estireno) e policarbonato e suas combinações e pelo menos um dispositivo montado em superfície ser feito de policarbonato, misturas de poli (acrilonitrila butadieno estireno) e policarbonato, poliuretano termoplástico e suas combinações.

10. Lâmina de turbina eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que um recesso (67) está presente no topo do material termoplástico, tendo o referido recesso (67) uma profundidade adaptada para acomodar pelo menos um dispositivo montado em superfície, pelo que a parte de base do pelo menos um dispositivo montado em superfície na superfície da lâmina de turbina eólica é substancialmente nivelado com a superfície adjacente da lâmina de turbina eólica.

11. Turbina eólica caracterizada pelo fato de que compreende uma lâmina conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 10.

12. Método de fabricação de uma lâmina de turbina eólica (10) conforme definida na reivindicação 1, a referida lâmina para uma turbina eólica possuindo um corpo de invólucro de lâmina feito de um material compósito em um processo de moldagem, o referido material compósito compreendendo fibras de reforço e uma resina termoendurecida, a referida lâmina de turbina eólica (10) compreendendo uma extremidade de ponta (14) e uma extremidade de raiz (16), bem como um bordo de ataque (18) e um bordo de fuga (20), caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: - colocar um material termoplástico em um molde para moldar pelo menos uma parte do corpo de invólucro de lâmina, - o referido material termoplástico ser colocado no molde para formar um local de ancoragem (61, 63, 68) integrado na superfície do corpo de invólucro de lâmina para a anexação de pelo menos um dispositivo montado em superfície adicional (71, 73), - colocar fibras de reforço no molde, - molhar o material termoplástico e as fibras de reforço com uma resina termoendurecida, e - curar a referida resina para formar pelo menos uma parte do corpo de invólucro, - opcionalmente unir as partes de corpo de invólucro para formar um corpo de invólucro, o referido método compreendendo ainda a etapa de - anexar o dispositivo adicional montado em superfície no local de ancoragem.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que referido dispositivo adicional montado em superfície (71, 73) é anexado por colagem, soldagem plástica ou uma combinação dos mesmos.

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 13, caracterizado pelo fato de que a referida anexação do dispositivo adicional montado em superfície (71, 73) ser realizada no local enquanto a lâmina de turbina eólica é montada numa turbina eólica ou a lâmina de turbina eólica tiver sido desanexada da turbina eólica para ser manuseada.