BR112019012428A2 - instalação de energia eólica, e, uso de um separador de gotículas - Google Patents

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Abstract

a invenção se refere a uma instalação de energia eólica compreendendo uma nacela e um rotor aerodinâmico tendo um cabeçote de rotor ou um girador. o cabeçote de rotor ou girador é arranjado à frente de um plano de pás de rotor na direção de afluxo do vento. um separador de gotículas é provido em, ou sobre, o cabeçote de rotor ou girador e gira com o cabeçote de rotor ou girador. o separador de gotículas tem uma extremidade que é na forma de uma abertura no cabeçote de rotor ou o girador. ar pode entrar através dessa extremidade e fluir através do separador de gotículas, de forma que ar substancialmente sem gotículas d?água seja provido na saída do separador de gotículas, e possa ser usado para resfriar o gerador.

Description

INSTALAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA, E, USO DE UM SEPARADOR DE GOTÍCULAS [001] A presente invenção se refere a uma instalação de energia eólica e um uso de um separador de gotículas em um rotor de instalação de energia eólica.
[002] Uma instalação de energia eólica potencialmente tem uma nacela tendo um rotor aerodinâmico, que tipicamente tem três pás de rotor. Um gerador elétrico é diretamente ou indiretamente acoplado ao rotor aerodinâmico e gera energia elétrica quando o rotor aerodinâmico gira. Na operação, o gerador elétrico produz calor residual de forma que o gerador deve ser resfriado. Além disso, providos na nacela estão outros componentes elétricos, como, por exemplo, um retificador, que também gera calor residual, e devem, por conseguinte, ser resfriados.
[003] O resfriamento dentro da nacela pode ser realizado, por exemplo, por um sistema de resfriamento fechado ou por um sistema de resfriamento que puxa para dentro ar externo através de uma abertura na parte estacionária da nacela. Esse ar puxado para dentro pode então ser usado para resfriar o gerador elétrico e os outros componentes elétricos e, depois disso, pode ser soprado novamente para o exterior. Nesse caso, o ar externo puxado para dentro pode também envolver ar úmido, até gotículas de água de nevoeiro ou chuva.
[004] No pedido de patente alemão, do qual prioridade é reivindicada, o Escritório de Marcas e Patentes Alemão pesquisou os seguintes documentos: DE 10 2007 045 044 Ale DE 10 2012212619A1.
[005] Um objetivo da presente invenção é o de prover uma instalação de energia eólica tendo resfriamento mais eficaz, em particular para prover um sistema de resfriamento de uma instalação de energia eólica com ar externo isento de gotículas d’água e para descarregar de forma definida a água que foi removida.
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2/9 [006] Esse objetivo é alcançado por uma instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 1 e por um uso de um separador de gotículas em um rotor de instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 5.
[007] De acordo com a invenção é provida uma instalação de energia eólica compreendendo uma nacela e um rotor aerodinâmico (rotativo) tendo um cabeçote de rotor ou um girador. O cabeçote de rotor ou girador é arranjado à frente de um plano de pás de rotor na direção de fluxo de afluxo do vento. Um separador de gotículas é provido em, ou sobre, o cabeçote de rotor ou girador e gira com o cabeçote de rotor ou girador. O separador de gotículas tem uma extremidade que é na forma de uma abertura no cabeçote de rotor ou o girador. Ar pode entrar através dessa extremidade e fluir através do separador de gotículas, de forma que ar substancialmente sem gotículas d’água seja provido na saída do separador de gotículas, e possa ser usado para resfriar o gerador. O separador de gotículas é disposto na parte rotativa da nacela, mais especificamente no rotor. Consequentemente, o separador de gotículas gira conjuntamente com o rotor.
[008] A título de exemplo, as gotículas que podem ser minimamente separadas com o separador de gotículas podem ser de 15 pm em diâmetro. Gotículas menores podem somente ser separadas por envolver um nível mais alto de custo e esforço e perdas de pressão mais altas.
[009] De acordo com um aspecto da presente invenção, o separador de gotículas é na forma de pelo menos uma lamela ou placa arranjada em uma configuração em espiral. A espiral pode ser de uma configuração cônica. Uma extremidade da espiral (isto é, a ponta) representa uma abertura no cabeçote de rotor de forma que ar externo úmido passe para a ponta da espiral e o ar úmido flua através de um separador de gotículas conformado em espiral de modo que o ar seja separado da umidade contida no mesmo.
[0010] A configuração do separador de gotículas na forma de uma lamela em forma de espiral, em que uma linha de base da espiral representa
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3/9 um cone, é particularmente vantajosa, porque, dessa maneira, o líquido separado é transportado para o centro da espiral devido à rotação inerente do separador de gotículas e pode então ser drenado para fora.
[0011] Em um aspecto da presente invenção, o formato cônico da espiral é somente de uma implementação muito rasa a fim de evitar que o interstício entre duas lamelas se tomem muito pequeno (tanto quanto fazendo contato) no lado que está na direção para o vento, e se torne demasiadamente great no lado interno que está longe do vento.
[0012] De acordo com um aspecto da presente invenção, o gradiente da espiral é mais íngreme na região mais interna do separador de gotículas a fim de transportar líquido separado dentro de um pequeno raio para a ponta do separador de gotículas.
[0013] Nenhuma outra separação de gotículas é efetuada na região interna, pois grande deflexão do fluxo de afluxo de ar não é mais causada aqui. A água separada corre no canal do separador de gotículas devido à grande deflexão que ocorre nas lamelas para frente, para a primeira extremidade do separador de gotículas, e pode fluir para longe e para fora. Por conseguinte, opcionalmente, uma barreira, por exemplo, na forma de uma parede, pode ser provida na parte interna traseira do separador de gotículas.
[0014] Com a instalação de energia eólica de acordo com a invenção é possível prover ar isento de gotículas d’água para o resfriamento de ar da instalação de energia eólica, que é produzido por um separador de gotículas rotativo no cabeçote de rotor ou no girador.
[0015] Outras configurações da invenção são a matéria das reivindicações dependentes.
[0016] Vantagens e modalidades, a título de exemplo, da invenção serão descritas em mais detalhes daqui em diante com referência aos desenhos.
[0017] A figura 1 mostra uma vista esquemática de uma instalação de
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4/9 energia eólica de acordo com uma primeira modalidade, as figuras 2A e 2B mostram vistas esquemáticas de um separador de gotículas de acordo com uma primeira modalidade, a figura 3 mostra uma vista secional em perspectiva de um separador de gotículas de acordo com uma segunda modalidade, a figura 4 mostra uma vista secional em perspectiva de um separador de gotículas de acordo com uma terceira modalidade, a figura 5 mostra uma vista plana do separador de gotículas como mostrado na figura 4, as figuras 6A a 6C, respectivamente, mostram uma vista esquemática de um separador de gotículas de acordo com uma quarta modalidade, as figuras 6D e 6E mostram, cada, uma vista esquemática de um trajeto de fluxo de água no separador de gotículas de acordo com a quarta modalidade, as figuras 7A a 7C mostram, cada, uma vista esquemática de um separador de gotículas de acordo com uma quinta modalidade, a figura 7D mostra uma vista esquemática de um trajeto de fluxo de água no separador de gotículas de acordo com a quinta modalidade, e a figura 8 mostra uma vista esquemática de um trajeto de fluxo de água no separador de gotículas de acordo com a sexta modalidade.
[0018] A figura 1 mostra uma vista esquemática de uma instalação de energia eólica de acordo com uma primeira modalidade. A instalação de energia eólica 100 tem uma torre 102 e uma nacela 104. Um rotor 106 tendo três pás de rotor 108 e um girador ou cabeçote de rotor 110 é provido na nacela 104. O rotor 106 é colocado em rotação, na operação, pelo vento e aciona um gerador na nacela para gerar energia elétrica. Além disso, na região do cabeçote de rotor ou o girador 110, a instalação de energia eólica tem um separador de gotículas 200. O separador de gotículas 200 é acoplado ao
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5/9 cabeçote de rotor ou o girador 110 de forma que o separador de gotículas 200 gire conjuntamente com o cabeçote de rotor 110. Provida no cabeçote de rotor ou o girador 110 está uma extremidade do separador de gotículas 200, na forma de uma abertura 111, através da qual ar externo AL pode passar para o interior do cabeçote de rotor 110 e assim para o resto do separador de gotículas 200. As gotículas d’água contidas no ar externo AL são removidas do mesmo pelo separador de gotículas 200 de forma que ar substancialmente isento de gotículas d’água L seja provido na saída do separador de gotículas.
[0019] As figuras 2A e 2B mostram vistas esquemáticas de um separador de gotículas de acordo com uma primeira modalidade. De acordo com a primeira modalidade, o separador de gotículas 200 tem pelo menos uma placa ou lamela 201 arranjada em um formato de espiral. A espiral 200 forma um cone de modo que uma ponta 210 da espiral 200 seja arranjada a montante. Consequentemente, a ponta 210 forma uma primeira extremidade da espiral. A segunda extremidade 220 da espiral é provida no lado oposto da espiral 200. Na primeira extremidade 210, umidade e ar externo portando gotículas d’água AL passam para dentro de um separador de gotículas conformado em espiral e ar substancialmente isento de gotículas d’água L é descarregado na segunda extremidade 220.
[0020] A configuração de um separador de gotículas conformado em espiral, com a lamela arranjada em um formato de espiral, que tem uma linha de base cônica da espiral, provê que o líquido separado seja transportado pela rotação do separador de gotículas na direção para o centro da espiral e pode dali escoar para longe.
[0021] De acordo com a invenção, o formato cônico é somente muito ligeiro, a fim de evitar que o interstício entre as camadas de lamela no lado na direção para o vento se tome demasiadamente pequeno (até o grau de fazer contato) e se tome demasiadamente grande no lado interno remoto ao vento. O gradiente da espiral é mais íngreme na região interna 230 do separador de
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6/9 gotículas 200 que na região externa. Isso é vantajoso, de forma que o líquido ou fluido separado possa ser transportado dentro de um pequeno raio para a ponta 210 de forma que o líquido separado possa ser descarregado para fora. Em virtude da configuração da região interna 230, que agora somente contribui de forma limitada para a separação de gotículas, em particular porque não existe uma deflexão severa do fluxo nessa região interna. A água que entra aqui é deslocada pelo subsequente líquido separado que é puxado aqui para fora pela rotação e é empurrado para fora.
[0022] Opcionalmente, uma parede ou barreira pode ser provida na região da região interna da segunda extremidade 220. A parede deve ser envolvida na região interna de 220, porque, caso contrário, ar portando gotículas d’água flui para dentro do cabeçote de rotor. Nenhuma pode ser envolvida na região externa do 220 porque, caso contrário, o ar não mais pode fluir para longe.
[0023] A figura 3 mostra uma vista secional em perspectiva de um separador de gotículas de acordo com uma segunda modalidade. A figura 3 mostra em particular uma seção através da configuração tridimensional do separador de gotículas de acordo com a segunda modalidade. O separador de gotículas 200 tem uma primeira extremidade 210 e uma segunda extremidade 220. O separador de gotículas é arranjado em particular na forma de uma lamela de uma configuração conformada em espiral, tendo uma linha de base cônica. Opcionalmente, uma parede 250 pode ser provida como uma barreira para o ar portando gotículas d’água em uma região interna 230 e na segunda extremidade 220, a fim de prevenir que o ar portando gotículas d’água passe para dentro do cabeçote de rotor.
[0024] A perda de pressão que ocorre devido ao separador de gotículas 200 é causada pelo formato das lamelas e metade do interstício entre as respectivas camadas da espiral. A fim de obter gotículas d’água, que possam ser separadas, de cerca de 10 pm a 5 mm, um espaçamento de cerca
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7/9 de 10 mm a 100 mm é provido entre as camadas de lamela.
[0025] A figura 4 mostra uma vista secional em perspectiva de um separador de gotículas de acordo com uma terceira modalidade. O separador de gotículas de acordo com a terceira modalidade tem uma lamela arranjada em um formato de espiral, que tem uma linha de base cônica. O separador de gotículas 200 tem uma primeira extremidade 210 e uma segunda extremidade 220 bem como uma região interna 230. Ar externo portando gotículas d’água AL é introduzido na primeira extremidade e ar isento de gotículas d’água L é descarregado na segunda extremidade 220. A água separada AW passa para dentro da região interna 230 devido ao movimento rotacional do separador de gotículas e então na direção para a primeira extremidade 210, de onde pode fluir para longe e para fora.
[0026] O separador de gotículas de acordo com a invenção opera com base no princípio de deflexão de fluxo em virtude de passagens conformadas envolvendo lamelas. De acordo com a invenção, água separada é transportada pelo movimento rotacional para frente, para a primeira extremidade 210 do separador, de onde pode então fluir para longe e para fora.
[0027] De acordo com um aspecto da presente invenção, um sobrefluxo para frente pode ser configurado de tal maneira que água não possa passar para dentro da instalação de energia quando a instalação de energia está estacionária. Em particular o nível de cada camada de lamela pode ser radialmente mais perto do eixo geométrico de rotação na região dianteira do separador de gotículas que na região traseira do mesmo.
[0028] A figura 5 mostra uma vista plana do separador de gotículas mostrado na figura 4. Nesse caso, as setas na figura 5 mostram como a água separada é transportada na direção para a primeira extremidade 210.
[0029] Na instalação de energia eólica de acordo com a invenção, a pressão dinâmica que aparece fora do fluxo de afluxo do vento pode ser utilizada para superar pelo menos parcialmente as perdas de pressão do
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8/9 separador de gotículas.
[0030] O separador de gotículas de acordo com a invenção tem lamelas que produzem alterações severas na direção da passagem de fluxo do separador e pode assim causar a separação das fases gasosa e líquida.
[0031] De acordo com a invenção, gotículas de umidade podem ser separadas, por exemplo, com um espaçamento entre lamelas de 20 mm até um tamanho de 15 pm.
[0032] As figuras 6A a 6C mostram, cada, uma vista esquemática de um separador de gotículas de acordo com uma quarta modalidade. O separador de gotículas da quarta modalidade substancialmente corresponde àquela de acordo com a terceira modalidade, mas a espiral aqui não é de uma configuração cônica. No separador de gotículas de acordo com a quarta modalidade, a água flui para longe, para frente, isto é, para a primeira extremidade 210 do separador de gotículas. De acordo com a invenção pode ser provido um canal 260, por meio do qual a água pode escoar ou fluir para longe. O formato básico do separador de gotículas não é de uma configuração cônica. A primeira e segunda extremidades, nesse caso, podem ser retilíneas.
[0033] A figura 6 mostra a vista dianteira do separador de gotículas de acordo com a quarta modalidade. Em particular, um formato em espiral do separador de gotículas pode ser visto aqui.
[0034] As figuras 6D e 6E mostram, cada, uma vista esquemática do fluxo de água no separador de gotículas de acordo com a quarta modalidade. Em contraste com o separador de gotículas da terceira modalidade, o trajeto de fluxo de água representa um plano. A água escoa para fora em particular para frente e no centro. Como pode ser visto da figura 6E, a descarga de água é provida substancialmente em um plano 200a, em que uma porção 200b se projeta fora do plano, em que essa porção 200b possibilita que a água seja capaz de fluir para fora para frente.
[0035] As figuras 7A a 7C mostram, cada, uma vista esquemática de
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9/9 um separador de gotículas de acordo com uma quinta modalidade. No caso do separador de gotículas de acordo com a quinta modalidade, é provido um separador de gotículas que não tem uma superfície de base cônica, isto é, as extremidades dianteira e traseira 210, 220 são respectivamente retilíneas. O separador de gotículas pode também têm um canal 260.
[0036] Em um aspecto da presente invenção, a água pode escoar para longe e para fora e para frente por meio do dreno de descarga 230. De acordo com a quarta modalidade, a porção central pode ser estreitada para trás.
[0037] De acordo com a quinta modalidade, a água não flui para fora no centro, mas na porção externa 200c.
[0038] A figura 7D mostra a descarga de água. Em particular, a água flui para longe na porção 200c, isto é, na região externa. Consequentemente, a água flui para longe e é drenada para o lado.
[0039] A figura 8 mostra uma vista esquemática de um trajeto de fluxo de água em um separador de gotículas de acordo com uma sexta modalidade. O separador de gotículas de acordo com a sexta modalidade pode ser baseado em um separador de gotículas de acordo com a primeira, segunda, terceira, quarta ou quinta modalidade. Em particular, o separador de gotículas tem uma pluralidade de lamelas 201a, 201b, 201c, 201d, que podem ser arranjadas em relação mutuamente paralela. Aquelas lamelas podem ser na forma de elementos de perfil que se estendem em relação mutuamente paralela. Dessa maneira, as gotículas separadas podem fluir para longe em paralelo de forma que os fluxos das gotículas separadas não sejam adicionados conjuntamente para fornecer uma grande quantidade de líquido até a extremidade de uma espiral.

Claims (6)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Instalação de energia eólica (100), caracterizada pelo fato de que compreende um rotor (106) tendo três pás de rotor (108) e um cabeçote de rotor (110), e um separador de gotículas (200) na região do cabeçote de rotor (110) de forma que ar externo (AL) possa fluir para o interior do cabeçote de rotor (110), em que o separador de gotículas (200) tem uma primeira extremidade (210) e uma segunda extremidade (220), em que a primeira extremidade (210) do separador de gotículas (200) é na forma de uma abertura (111) do cabeçote de rotor (110), em que o separador de gotículas (200) tem pelo menos uma lamela (201) de uma configuração conformada em espiral.
  2. 2. Instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a espiral do separador de gotículas é de uma configuração cônica.
  3. 3. Instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o separador de gotículas (200) tem uma ponta de espiral na primeira ou segunda extremidade (210, 220).
  4. 4. Instalação de energia eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o separador de gotículas (200) tem uma região interna (230) na primeira extremidade (210), que é de um maior gradiente que o resto das lamelas conformadas em espiral, para transportar líquido separado para a ponta de espiral na primeira extremidade (210).
  5. 5. Instalação de energia eólica de acordo com qualquer uma
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    2/2 das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma parede (250) na região interna (230) da segunda extremidade (220).
  6. 6. Uso de um separador de gotículas (200), caracterizado pelo fato de ser em um cabeçote de rotor (110) de uma instalação de energia eólica (100), em que o separador de gotículas (200) tem uma lamela de uma configuração conformada em espiral, em que a espiral tem uma linha de base retilínea ou uma cônica.
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