BR112020021990A2 - método para fabricar um painel de pá do rotor de uma turbina eólica e painel de pás do rotor para uma pá do rotor de uma turbina eólica - Google Patents

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Alan M. Walker
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Abstract

A presente divulgação é direcionada a métodos para a fabricação de pás do rotor de turbina eólica (10) e seus componentes. Em uma forma de realização, o método inclui a formação de uma superfície externa (76) de um painel de pá do rotor a partir de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra. O método também inclui a impressão e deposição de um menos uma estrutura de reforço (78) sobre a superfície interna (86) da uma ou mais películas externas reforçadas com fibra para formar o painel de pá do rotor, em que a estrutura de reforço (78) se liga à uma ou mais películas externas reforçadas com fibra à medida que a estrutura de reforço está sendo depositada.

Description

“MÉTODO PARA FABRICAR UM PAINEL DE PÁ DO ROTOR DE UMA TURBINA EÓLICA E PAINEL DE PÁS DO ROTOR PARA UMA PÁ DO ROTOR DE UMA TURBINA EÓLICA” CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente divulgação se refere em geral a pás do rotor de turbina eólica e, mais particularmente, a métodos de fabricação de pás do rotor de turbina eólica e componentes das mesmas.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] A energia eólica é considerada uma das fontes de energia mais limpas e ecologicamente corretas atualmente disponíveis, e as turbinas eólicas têm recebido cada vez mais atenção a esse respeito. Uma turbina eólica moderna normalmente inclui uma torre, um gerador, uma caixa de engrenagens, uma nacela e uma ou mais pás do rotor. As pás do rotor capturam a energia cinética do vento usando princípios de aerofólio conhecidos. As pás do rotor transmitem a energia cinética na forma de energia rotacional de modo a girar um eixo acoplando as pás do rotor a uma caixa de engrenagens, ou se não for usada uma caixa de engrenagens, diretamente ao gerador. O gerador então converte a energia mecânica em energia elétrica que pode ser implantada em uma rede elétrica.
[003] As pás do rotor geralmente incluem um invólucro do lado de sucção e um invólucro do lado da pressão normalmente formado usando processos de moldagem que são unidos em linhas de ligação ao longo das bordas de ataque e de fuga da pá. Além disso, os invólucros de pressão e de sucção são relativamente leves e têm propriedades estruturais (por exemplo, rigidez, resistência à flambagem e força) que não são configurados para suportar os momentos de flexão e outras cargas exercidas na pá do rotor durante a operação. Assim, para aumentar a rigidez, a resistência à flambagem e a força da pá do rotor, o invólucro do corpo é tipicamente reforçado usando um ou mais componentes estruturais (por exemplo, longarinas opostas com uma alma de cisalhamento configurada entre elas) que engatam a pressão interna e as superfícies laterais de sucção das metades do invólucro. As longarinas são tipicamente construídas de vários materiais, incluindo, mas não se limitando a compósitos laminados de fibra de vidro e/ ou compósitos laminados de fibra de carbono. O invólucro da pá do rotor é geralmente construído em torno das longarinas da pá, empilhando camadas de tecidos de fibra em um molde de invólucro. As camadas são então tipicamente infundidas juntas, por exemplo, com uma resina termoendurecível.
[004] A fabricação convencional de pás do rotor grandes envolve altos custos de mão de obra, produção lenta e baixa utilização de ferramentas de molde caras. Além disso, os moldes de pá podem ser caros para personalizar.
[005] Assim, os métodos para a fabricação de pás do rotor podem incluir formar as pás do rotor em segmentos. Os segmentos da pá podem então ser montados para formar a pá do rotor. Por exemplo, algumas pás do rotor modernas, como as pás descritas no Pedido de Patente US: 14/753,137 depositado em 29 de junho de 2015 e intitulado “Modular Wind Turbine Rotor Blades and Methods of Assembling Same”, que é incorporado neste documento por referência em sua totalidade, possuem uma configuração de painel modular.
Assim, os vários componentes da pá da pá modular podem ser construídos de materiais variados com base na função e/ ou localização do componente da pá.
[006] Assim, o estado da técnica está continuamente buscando métodos de fabricação de pás do rotor de turbinas eólicas e seus componentes.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[007] Aspectos e vantagens da invenção serão apresentados em parte na seguinte descrição, ou podem ser óbvios a partir da descrição, ou podem ser aprendidos através da prática da invenção.
[008] Em um aspecto, a presente divulgação é direcionada a um método para fabricar uma pá do rotor de uma turbina eólica. O método inclui a formação de uma estrutura de pá do rotor tendo uma primeira superfície e uma segunda superfície oposta, a primeira e a segunda superfícies sendo substancialmente planas. Outra etapa inclui imprimir, por meio de um dispositivo de controle numérico de computador (CNC), um segmento de borda de ataque da pá do rotor na primeira superfície, em que o segmento de borda de ataque se liga à primeira superfície quando o segmento de borda de ataque está sendo depositado. Além disso, o método inclui girar a estrutura da pá do rotor tendo o segmento de borda de ataque ligado a ela, por exemplo, até que a segunda superfície oposta esteja voltada para cima. Assim, o método também inclui a impressão, por meio do dispositivo de CNC, de um segmento de borda de fuga da pá do rotor sobre a segunda superfície, em que o segmento de borda de ataque se liga à primeira superfície quando o segmento de borda de ataque está sendo depositado. Além disso, o método inclui a fixação de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra aos segmentos impressos da borda de ataque e da borda de fuga de modo a completar a pá do rotor.
[009] Em uma forma de realização, a estrutura da pá do rotor pode incluir pelo menos uma de uma alma de cisalhamento ou uma ou mais longarinas. Além disso, em certas formas de realização, a etapa de formação da estrutura da pá do rotor pode incluir a formação da alma de cisalhamento a partir de um ou mais painéis sanduíche tendo um material de núcleo rodeado por uma ou mais películas termoplásticas ou termoendurecíveis reforçadas com fibra.
Além disso, a etapa de formar a estrutura da pá do rotor pode incluir usinagem, corte a jato de água ou corte a jato de laser de um perfil da alma de cisalhamento no painel sanduíche. Em formas de realização particulares, a alma de cisalhamento e uma ou mais longarinas podem incluir uma configuração de caixa.
[0010] Em outra forma de realização, o método pode incluir ainda a formação de uma ou mais fendas em pelo menos uma da estrutura da pá do rotor, o segmento de borda de ataque ou o segmento de borda de fuga, a inserção de uma ou mais longarinas nas uma ou mais fendas, e prender as uma ou mais longarinas nas uma ou mais fendas por meio de pelo menos um de adesivos, fixadores ou soldagem.
[0011] Em outras formas de realização, os segmentos de borda de ataque e de fuga da pá do rotor podem ser construídos de um material termoplástico ou termoendurecível reforçado com fibra.
[0012] Em formas de realização adicionais, a etapa de rotação da estrutura da pá do rotor tendo o segmento de borda de ataque a ela fixado pode incluir a utilização de um quarto eixo configurado no dispositivo de CNC que gira a estrutura da pá do rotor.
[0013] Em outra forma de realização, a etapa de prender uma ou mais películas externas reforçadas com fibra aos segmentos de borda de ataque e de fuga, de modo a completar a pá do rotor, pode incluir pelo menos um de ligação ou soldagem de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra termoplásticas ou termoendurecíveis para os segmentos de borda de ataque e de fuga.
[0014] Em certas formas de realização, a(s) película(s) externa(s) reforçada(s) com fibra pode(m) incluir fibras multiaxiais contínuas, como fibras biaxiais. Em outras formas de realização, a(s) película(s) externa(s) reforçada(s) com fibra pode(m) incluir películas laterais de pressão e de sucção, uma película de segmento de borda de fuga dividida, películas de segmento de borda de ataque e de fuga ou combinações das mesmas.
[0015] Em ainda outra forma de realização, o método pode incluir a formação da(s) película(s) externa(s) reforçada(s) com fibra por meio de pelo menos um dentre moldagem por injeção, impressão tridimensional 3-D, pultrusão bidimensional 2-D, pultrusão 3-D, termoformação, formação a vácuo,
formação por pressão, formação com bexiga, deposição automática de fibra, deposição automática de fita de fibra ou infusão a vácuo.
[0016] Em formas de realização adicionais, o método pode incluir ainda a impressão, por meio do dispositivo de CNC, de um ou mais componentes estruturais em um ou mais locais da pá do rotor contendo uma lacuna. Em tais formas de realização, um ou mais locais podem incluir pelo menos um dentre o segmento de borda de ataque, o segmento de borda de fuga ou as longarinas da pá do rotor.
[0017] Em ainda outras formas de realização, o método inclui prender uma ou mais películas internas reforçadas com fibra à estrutura da pá do rotor antes de imprimir os segmentos de borda de ataque e de fuga.
[0018] Em outra forma de realização, o método inclui imprimir, por meio do dispositivo de CNC, um ou mais recursos adicionais diretamente na estrutura da pá do rotor, em que o calor da impressão une os recursos adicionais à estrutura da pá do rotor. Mais especificamente, em certas formas de realização, os recursos adicionais podem incluir um grampo de cisalhamento estrutural, um guia de conexão de cabo de relâmpago, uma cobertura de cabo de relâmpago, uma característica de reforço, uma interface de aterragem, uma calha para uma ou mais longarinas ou semelhante.
[0019] Em outro aspecto, a presente divulgação é direcionada a um método para fabricar pelo menos uma porção de uma pá do rotor de uma turbina eólica. O método inclui a formação de uma estrutura de pá do rotor tendo uma primeira superfície e uma segunda superfície oposta, a primeira e a segunda superfícies sendo substancialmente planas. Além disso, o método inclui imprimir, por meio de um dispositivo de CNC, pelo menos um de um segmento de borda de ataque da pá do rotor ou um segmento de borda de fuga da pá do rotor sobre uma das primeira ou segunda superfícies, em que o segmento impresso se liga à primeira ou segunda superfície à medida que o segmento está sendo depositado. Além disso, o método inclui prender o outro dentre o segmento de borda de ataque ou o segmento de borda de fuga à primeira ou segunda superfície oposta de modo a completar a pá do rotor.
[0020] Em ainda outro aspecto, a presente divulgação é direcionada a uma pá do rotor de uma turbina eólica. A pá do rotor inclui uma estrutura da pá do rotor tendo uma configuração de caixa com longarinas opostas e membros de alma de cisalhamento paralelos. Os membros de alma de cisalhamento paralelos definem uma primeira superfície e uma segunda superfície oposta, as primeira e segunda superfícies sendo substancialmente planas. Além disso, a pá do rotor inclui um segmento de borda de ataque impresso ligado à primeira superfície dos membros de alma de cisalhamento paralelos e um segmento de borda de fuga impresso ligado à segunda superfície dos membros de alma de cisalhamento paralelos. Além disso, os segmentos de borda de ataque e de fuga são construídos de um material termoplástico ou termoendurecível reforçado com fibra. A pá do rotor também inclui uma ou mais películas externas reforçadas com fibras multiaxiais, contínuas presas aos segmentos impressos da borda de ataque e de fuga.
[0021] Em uma forma de realização, a alma de cisalhamento é construída de um ou mais painéis sanduíche tendo um material de núcleo rodeado por uma ou mais películas externas reforçadas com fibra. Em outra forma de realização, a(s) longarina(s) pode(m) ser construída(s) com membros pultrudados. Em outras formas de realização, a(s) película(s) externa(s) termoplástica(s) reforçada(s) com fibra pode(m) incluir películas laterais de pressão e de sucção, uma película de borda de fuga dividida, películas de segmento de borda de ataque e de fuga ou combinações das mesmas. Também deve ser entendido que a pá do rotor pode incluir ainda características adicionais, conforme descrito neste documento.
[0022] Em ainda outro aspecto, a presente divulgação é direcionada a um método para fabricar um painel de pá do rotor de uma turbina eólica. O método inclui formar uma superfície externa do painel de pá do rotor a partir de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra. O método também inclui a impressão, por meio de um dispositivo de CNC, de pelo menos uma estrutura de reforço em 3-D sobre uma superfície interna de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra para formar o painel de pá do rotor.
Assim, a estrutura de reforço liga-se a uma ou mais películas externas reforçadas com fibra à medida que a estrutura de reforço está sendo depositada.
[0023] Em uma forma de realização, as películas externas reforçadas com fibra ou a estrutura de reforço podem ser construídas de um material termoplástico ou um material termoendurecível. Mais especificamente, as películas externas reforçadas com fibra ou a estrutura de reforço podem incluir um polímero termoplástico, um polímero termoendurecível, uma espuma termoplástica ou uma espuma termoendurecível. Em outra forma de realização, a estrutura de reforço pode incluir um material de fibra, incluindo, mas não se limitando a fibras de vidro, nanofibras, fibras de carbono, fibras de metal, fibras de madeira, fibras de bambu, fibras de polímero ou fibras de cerâmica, ou semelhantes.
[0024] Em outras formas de realização, o painel de pá do rotor pode incluir uma superfície do lado de pressão, uma superfície do lado de sucção, um segmento de borda de fuga, um segmento de borda de ataque ou combinações dos mesmos.
[0025] Em formas de realização adicionais, o dispositivo de CNC deposita a estrutura de reforço ao longo de um contorno da superfície interna de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra.
[0026] Em ainda outra forma de realização, o método inclui impressão e depósito, por meio do dispositivo de CNC, de uma ou mais características de superfície aerodinâmica em uma superfície externa de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra. Mais especificamente, em tais formas de realização, a(s) característica(s) aerodinâmica(s) podem incluir geradores de vórtice, extensões de corda, serrilhados, abas de maca, âncoras de fluxo, extensões de ponta, winglets ou semelhantes.
[0027] Em ainda outras formas de realização, o método também pode incluir a formação de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra através de pelo menos um dentre moldagem por injeção, impressão 3-D, pultrusão bidimensional (2-D), pultrusão 3-D, termoformação, formação a vácuo, formação por pressão, formação com bexiga, deposição de fibra automatizada, deposição de fita de fibra automatizada ou infusão a vácuo.
[0028] Em outra forma de realização, a etapa de formar a superfície externa do painel de pá do rotor a partir de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra pode incluir o fornecimento de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra geralmente plana, forçando uma ou mais películas externas reforçadas com fibra em uma forma desejada correspondendo a um contorno da superfície externa da pá do rotor, e mantendo uma ou mais películas externas reforçadas com fibra na forma desejada durante a impressão e depósito de tal modo que quando uma ou mais películas externas reforçadas com fibra com a estrutura de reforço impressa na mesma é liberada, as películas externas geralmente mantêm a forma desejada. Em certas formas de realização, as películas externas reforçadas com fibra são forçadas e mantidas na forma desejada durante a impressão e depósito por meio de um dispositivo de ferramenta. Mais especificamente, em formas de realização particulares, o dispositivo de ferramenta pode incluir vácuo, um ou mais ímãs, um ou mais dispositivos mecânicos, um ou mais adesivos, um sistema de aquecimento, um sistema de resfriamento ou qualquer combinação dos mesmos.
[0029] Em uma forma de realização, o método pode ainda incluir tratar a superfície interna de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra para promover a ligação entre uma ou mais películas externas reforçadas com fibra e a estrutura de reforço. Mais especificamente, em certas formas de realização, a etapa de tratamento da superfície interna pode incluir tratamento de chama, tratamento de plasma, tratamento químico, corrosão química, abrasão mecânica, gravação em relevo, elevando a temperatura pelo menos das áreas a serem impressas sobre uma ou mais películas externas reforçadas com fibra e/ ou qualquer outro método de tratamento adequado para promover a referida ligação. Em formas de realização adicionais, o método pode incluir a formação de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra com mais (ou até menos) material de resina de matriz na superfície interna para promover a referida ligação.
[0030] Em ainda outras formas de realização, o método pode incluir a impressão, por meio do dispositivo de CNC, de um ou mais componentes estruturais em um ou mais locais da pá do rotor montada contendo uma lacuna.
Mais especificamente, em certas formas de realização, um ou mais locais podem incluir uma borda de ataque, uma borda de fuga, uma ou mais longarinas ou uma alma de cisalhamento. Por exemplo, em formas de realização particulares, após a pá do rotor ter sido montada, uma ou mais lacunas podem existir entre os componentes instalados, por exemplo, a longarina instalada ou quando a pá do rotor está fechada). Em tais casos, os componentes estruturais são configurados para preencher a lacuna.
[0031] Em ainda outra forma de realização, o método pode incluir prender uma ou mais películas internas reforçadas com fibra ao painel de pá do rotor.
[0032] Em formas de realização particulares, o método também pode incluir imprimir, por meio do dispositivo de CNC, um ou mais recursos adicionais diretamente no painel de pá do rotor, em que o calor da impressão liga os recursos adicionais ao painel de pá do rotor. Em tais formas de realização,
a(s) característica(s) adicional(is) pode(m) incluir uma longarina, uma alma de cisalhamento, um grampo de cisalhamento estrutural, um guia de conexão de cabo de relâmpago, uma cobertura de cabo de relâmpago, uma característica de reforço, uma interface de aterragem ou uma calha para uma ou mais longarinas.
[0033] Também deve ser entendido que o método pode incluir ainda qualquer uma das etapas e/ ou características adicionais descritas neste documento.
[0034] Em ainda outro aspecto, a presente divulgação é direcionada a um painel de pá do rotor para uma pá do rotor de uma turbina eólica. O painel de pá do rotor inclui uma superfície externa formada a partir de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra termoplásticas ou termoendurecíveis multiaxiais e contínuas e uma estrutura de reforço impressa tridimensional (3-D) soldada sobre uma superfície interna de uma ou mais películas externas termoplásticas reforçadas com fibras. Além disso, a estrutura de reforço é construída de um material termoplástico ou termoendurecível reforçado com fibra.
[0035] Em uma forma de realização, a superfície externa pode corresponder a uma superfície do lado de pressão da pá do rotor, uma superfície do lado de sucção da pá do rotor, um segmento de borda de fuga da pá do rotor, um segmento de borda de ataque da pá do rotor ou combinações dos mesmos.
[0036] Também deve ser entendido que o painel de pá do rotor pode incluir ainda qualquer uma das etapas e/ ou características adicionais descritas neste documento.
[0037] Estas e outras características, aspectos e vantagens da presente invenção serão melhor compreendidos com referência à seguinte descrição e reivindicações anexas. Os desenhos anexos, que são incorporados e constituem uma parte deste relatório descritivo, ilustram formas de realização da invenção e, juntamente com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0038] Uma divulgação completa e capacitadora da presente invenção, incluindo o melhor modo da mesma, dirigida a um técnico no assunto, é apresentada no relatório descritivo, que faz referência às Figuras anexas, nas quais: - A Figura 1 ilustra uma vista em perspectiva de uma forma de realização de uma turbina eólica de acordo com a presente divulgação; - A Figura 2 ilustra uma vista em perspectiva de uma forma de realização de uma pá do rotor de uma turbina eólica de acordo com a presente divulgação; - A Figura 3 ilustra uma vista explodida da pá do rotor modular da Figura 2; - A Figura 4 ilustra uma vista em seção transversal de uma forma de realização de um segmento de borda de ataque de uma pá do rotor modular de acordo com a presente divulgação; - A Figura 5 ilustra uma vista em seção transversal de uma forma de realização de um segmento de borda de fuga de uma pá do rotor modular de acordo com a presente divulgação; - A Figura 6 ilustra uma vista em corte transversal da pá do rotor modular da Figura 2 de acordo com a presente divulgação ao longo da linha 6- 6; - A Figura 7 ilustra uma vista em corte transversal da pá do rotor modular da Figura 2 de acordo com a presente divulgação ao longo da linha 7- 7; - A Figura 8 ilustra uma vista em seção transversal de uma forma de realização de uma estrutura de pá do rotor de acordo com a presente divulgação, particularmente ilustrando uma estrutura de pá do rotor tendo uma configuração de caixa;
- A Figura 9 ilustra uma vista em seção transversal de uma forma de realização de uma estrutura de pá do rotor tendo um segmento de borda de ataque da pá do rotor impresso na mesma de acordo com a presente divulgação;
- A Figura 10 ilustra uma vista em seção transversal detalhada da
Figura 9;
- A Figura 11 ilustra uma vista em seção transversal de uma forma de realização de uma pá do rotor tendo segmentos de borda de ataque e de fuga da pá do rotor impressos em uma estrutura de pá do rotor de acordo com a presente divulgação;
- A Figura 12 ilustra uma vista em seção transversal detalhada da
Figura 11;
- A Figura 13 ilustra uma vista em seção transversal de outra forma de realização de uma pá do rotor de acordo com a presente divulgação,
particularmente ilustrando as películas externas da borda de ataque e de fuga presas aos segmentos de borda de ataque e de fuga da pá do rotor;
- A Figura 14 ilustra uma vista em corte transversal de ainda outra forma de realização de uma pá do rotor de acordo com a presente divulgação,
particularmente ilustrando uma pluralidade de componentes estruturais configurados nas bordas de ataque e de fuga e nas longarinas da pá do rotor;
- A Figura 15 ilustra uma vista em seção transversal de ainda outra forma de realização de uma pá do rotor de acordo com a presente divulgação,
particularmente ilustrando uma película externa com uma borda de fuga dividida presa aos segmentos de borda de ataque e de fuga da pá do rotor;
- A Figura 16 ilustra uma vista em seção transversal de uma outra forma de realização de uma pá do rotor de acordo com a presente divulgação,
ilustrando particularmente as películas externas da borda de ataque e de fuga presas aos segmentos de borda de ataque e de fuga da pá do rotor, em que a película externa de borda de fuga tem uma borda de fuga dividida;
- A Figura 17 ilustra uma vista em seção transversal de uma forma de realização de uma pá do rotor de acordo com a presente divulgação,
particularmente ilustrando películas internas soldadas a uma estrutura de pá do rotor da pá do rotor;
- A Figura 18 ilustra uma vista em seção transversal de outra forma de realização de uma pá do rotor de acordo com a presente divulgação,
particularmente ilustrando uma estrutura de pá do rotor da pá do rotor tendo uma configuração de viga em I;
- A Figura 19 ilustra uma vista em seção transversal parcial de uma forma de realização de um segmento de borda de fuga de uma pá do rotor de acordo com a presente divulgação, particularmente ilustrando uma estrutura de pá do rotor tendo uma configuração de viga em I com fendas configuradas para receber as longarinas;
- A Figura 20 ilustra uma vista em seção transversal parcial de outra forma de realização de um segmento de borda de fuga de uma pá do rotor de acordo com a presente divulgação, ilustrando particularmente uma estrutura da pá do rotor tendo uma configuração de viga em I e tendo as longarinas configuradas dentro das fendas da estrutura da pá do rotor;
- A Figura 21 ilustra uma vista em perspectiva de uma forma de realização de uma alma de cisalhamento que foi impressa em um painel sanduíche de acordo com a presente divulgação;
- A Figura 22 ilustra uma vista em perspectiva de uma forma de realização de uma alma de cisalhamento configurada em um quarto eixo de um dispositivo de CNC, como uma impressora 3-D, de acordo com a presente divulgação;
- A Figura 23 ilustra uma vista em seção transversal de uma forma de realização de uma alma de cisalhamento que foi impressa em um painel sanduíche de acordo com a presente divulgação, particularmente ilustrando características adicionais que foram impressas na alma de cisalhamento; - A Figura 24 ilustra uma vista em perspectiva de outra forma de realização de uma alma de cisalhamento que foi impressa sobre um painel sanduíche de acordo com a presente divulgação, particularmente ilustrando características adicionais que foram impressas na alma de cisalhamento; e - A Figura 25 ilustra um diagrama esquemático de uma forma de realização de um painel de pá do rotor impresso de acordo com a presente divulgação.
DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO
[0039] Agora será feita referência em detalhes às formas de realização da invenção, um ou mais exemplos das quais são ilustrados nos desenhos. Cada exemplo é fornecido a título de explicação da invenção, não como limitação da invenção. Na verdade, será evidente para aqueles técnicos no assunto que várias modificações e variações podem ser feitas na presente invenção sem se afastar do escopo ou do espírito da invenção. Por exemplo, as características ilustradas ou descritas como parte de uma forma de realização podem ser usadas com outra forma de realização para produzir ainda uma forma de realização adicional. Assim, pretende-se que a presente invenção cubra tais modificações e variações que caiam no escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes.
[0040] Geralmente, a presente divulgação é direcionada a métodos para a fabricação de pás do rotor de turbina eólica e seus componentes usando deposição automatizada de materiais por meio de tecnologias como impressão 3-D, manufatura aditiva, deposição de fibra automatizada, bem como outras técnicas que utilizam controle CNC e múltiplos graus de liberdade para depositar material. Assim, os métodos descritos neste documento fornecem muitas vantagens não presentes no estado da técnica. Por exemplo, os métodos da presente divulgação fornecem a capacidade de personalizar facilmente estruturas de pá com várias curvaturas, características aerodinâmicas, resistências, rigidez, etc. Como tal, as estruturas impressas da presente divulgação podem ser projetadas para corresponder à rigidez e/ ou resistência à flambagem das pás do rotor dos painéis sanduíche existentes. Mais especificamente, as estruturas impressas contêm tipicamente estruturas ocas, o que permite que as estruturas impressas sejam menos limitadas em altura porque as estruturas não são completamente preenchidas com espuma e resina de infusão, o que é típico para painéis sanduíche convencionais. Como tal, as pás do rotor e seus componentes da presente divulgação podem ser mais facilmente personalizados com base na resistência à flambagem local necessária. Por exemplo, se houver uma área de alta flambagem na análise estrutural, na nervura e/ ou na estrutura da longarina da pá do rotor pode ser impressa em um padrão mais apertado ou mais alto ou ambos para aliviar a área de preocupação, ao usar uma estrutura mais aberta ou mais curta em áreas de problemas de flambagem reduzidos. Além disso, se desejável, a estrutura pode ser construída para conectar ou encostar contra uma estrutura no lado oposto da pá do rotor em áreas selecionadas. Como tal, os métodos da presente divulgação também são úteis para permitir intencionalmente menos resistência à flambagem nas pás do rotor em áreas selecionadas para permitir a flambagem durante eventos de rajadas extremas para promover o derramamento de carga.
[0041] Além disso, os métodos da presente divulgação fornecem um alto nível de automação, rendimento mais rápido e custos de ferramentas reduzidos e/ ou maior utilização de ferramentas. Além disso, as pás do rotor da presente divulgação podem não exigir adesivos, especialmente aqueles produzidos com materiais termoplásticos, eliminando assim custos, problemas de qualidade e peso extra associado à pasta de ligação.
[0042] Com referência agora aos desenhos, a Figura 1 ilustra uma forma de realização de uma turbina eólica (10) de acordo com a presente divulgação. Como mostrado, a turbina eólica (10) inclui uma torre (12) com uma nacela (14) nela montada. Uma pluralidade de pás do rotor (16) é montada em um cubo de rotor (18), que por sua vez é conectado a um flange principal que gira um eixo de rotor principal. Os componentes de geração e controle de energia da turbina eólica estão alojados dentro da nacela (14). A vista da Figura 1 é fornecida para fins ilustrativos apenas para colocar a presente invenção em um campo de uso exemplar. Deve ser apreciado que a invenção não está limitada a qualquer tipo particular de configuração de turbina eólica. Além disso, a presente invenção não está limitada ao uso com turbinas eólicas, mas pode ser utilizada em qualquer aplicação que tenha pás do rotor.
[0043] Com referência agora às Figuras 2 e 3, várias vistas de uma pá do rotor (16) de acordo com a presente divulgação são ilustradas. Conforme mostrado, a pá do rotor ilustrada (16) tem uma configuração segmentada ou modular. Também deve ser entendido que a pá do rotor (16) pode incluir qualquer outra configuração adequada agora conhecida ou desenvolvida posteriormente na técnica. Como mostrado, a pá do rotor modular (16) inclui uma estrutura de pá principal (15) construída, pelo menos em parte, a partir de um material termoendurecível e/ ou termoplástico e pelo menos um segmento de pá (21) configurado com a estrutura de pá principal (15). Mais especificamente, como mostrado, a pá do rotor (16) inclui uma pluralidade de segmentos de pá (21). O(s) segmento(s) de pá (21) também pode(m) ser construído(s), pelo menos em parte, a partir de um material termoendurecível e/ ou termoplástico.
[0044] Os componentes e/ ou materiais termoplásticos da pá do rotor, conforme descritos neste documento, geralmente abrangem um material plástico ou polímero que é reversível por natureza. Por exemplo, os materiais termoplásticos normalmente se tornam flexíveis ou moldáveis quando aquecidos a uma determinada temperatura e retornam a um estado mais rígido após o resfriamento. Além disso, os materiais termoplásticos podem incluir materiais termoplásticos amorfos e/ ou materiais termoplásticos semicristalinos. Por exemplo, alguns materiais termoplásticos amorfos podem geralmente incluir, mas não estão limitados a estirenos, vinis, celulósicos, poliésteres, acrílicos, polissulfonas e/ ou imidas. Mais especificamente, os materiais termoplásticos amorfos exemplares podem incluir poliestireno, acrilonitrila butadieno estireno (ABS), polimetil metacrilato (PMMA), tereftalato de polietileno glicolisado (PET- G), policarbonato, acetato de polivinila, poliamida amorfa, cloretos de polivinila (PVC), cloreto de polivinilideno, poliuretano, ou qualquer outro material termoplástico amorfo adequado. Além disso, os materiais termoplásticos semicristalinos exemplares podem geralmente incluir, mas não estão limitados a poliolefinas, poliamidas, fluropolímero, acrilato de etilmetila, poliésteres, policarbonatos e/ ou acetais. Mais especificamente, os materiais termoplásticos semicristalinos exemplares podem incluir tereftalato de polibutileno (PBT, tereftalato de polietileno (PET), polipropileno, sulfeto de polifenila, polietileno, poliamida (nylon), polietercetona ou qualquer outro material termoplástico semicristalino adequado.
[0045] Além disso, os componentes e/ ou materiais termoendurecíveis, conforme descritos neste documento, geralmente abrangem um material plástico ou polímero que é não reversível por natureza. Por exemplo, materiais termoendurecíveis, uma vez curados, não podem ser facilmente remodelados ou retornados ao estado líquido. Como tal, após a formação inicial, os materiais termoendurecíveis são geralmente resistentes ao calor, corrosão e/ ou fluência. Exemplos de materiais termoendurecíveis podem geralmente incluir, mas não estão limitados a alguns poliésteres, alguns poliuretanos, ésteres, epóxis ou qualquer outro material termoendurecível adequado.
[0046] Além disso, como mencionado, o termoplástico e/ ou o material termoendurecível como aqui descrito pode ser opcionalmente reforçado com um material de fibra, incluindo, mas não se limitando a fibras de vidro, fibras de carbono, fibras poliméricas, fibras de madeira, fibras de bambu, fibras cerâmicas, nanofibras, fibras de metal, ou semelhantes ou suas combinações.
Além disso, a direção das fibras pode incluir multi-axial, unidirecional, biaxial, triaxial ou qualquer outra direção adequada e/ ou combinações das mesmas.
Além disso, o conteúdo de fibra pode variar dependendo da rigidez necessária no componente de pá correspondente, a região ou localização do componente de pá na pá do rotor (16) e/ ou a soldabilidade desejada do componente.
[0047] Mais especificamente, como mostrado, a estrutura de pá principal (15) pode incluir qualquer uma ou uma combinação do seguinte: uma seção de raiz de pá pré-formada (20), uma seção de ponta de pá pré-formada (22), uma ou mais uma ou mais longarinas contínuas (48, 50, 51, 53), uma ou mais almas de cisalhamento (35) (Figuras 6 a 7), um componente estrutural adicional (52) fixado à seção de raiz da pá (20) e/ ou qualquer outro componente estrutural adequado da pá do rotor (16). Além disso, a seção de raiz de pá (20) é configurada para ser montada ou de outra forma presa ao rotor (18) (Figura 1).
Além disso, como mostrado na Figura 2, a pá do rotor (16) define um vão (23) que é igual ao comprimento total entre a seção da raiz da pá (20) e a seção da ponta da pá (22). Como mostrado nas Figuras 2 e 6, a pá do rotor (16) também define uma corda (25) que é igual ao comprimento total entre uma borda de ataque (24) da pá do rotor (16) e uma borda de fuga (26) da pá do rotor (16).
Como é geralmente entendido, a corda (25) pode geralmente variar em comprimento em relação ao vão (23) conforme a pá do rotor (16) se estende da seção da raiz da pá (20) até a seção da ponta da pá (22).
[0048] Referindo-se particularmente às Figuras 2 a 7, qualquer número de segmentos de pá (21) tendo qualquer tamanho e/ ou formato adequado pode ser geralmente disposto entre a seção de raiz de pá (20) e a seção de ponta de pá (22) ao longo de um eixo longitudinal (27) em uma direção geralmente no sentido do vão. Assim, os segmentos de pá (21) geralmente servem como o invólucro/ tampa externa da pá do rotor (16) e podem definir um perfil substancialmente aerodinâmico, tal como definindo uma seção transversal em forma de aerofólio simétrica ou curvada. Em formas de realização adicionais, deve ser entendido que a porção de segmento de pá da pá (16) pode incluir qualquer combinação dos segmentos descritos neste documento e não estão limitados à forma de realização como representada. Além disso, os segmentos de pá (21) podem ser construídos de quaisquer materiais adequados, incluindo, mas não se limitando a um material termoendurecível ou um material termoplástico opcionalmente reforçado com um ou mais materiais de fibra. Mais especificamente, em certas formas de realização, os segmentos de pá (21) podem incluir qualquer um ou combinação dos seguintes segmentos de pá: segmentos laterais de pressão e/ ou de sucção (44, 46) (Figuras 2 e 3), segmentos de borda de ataque e/ ou de fuga (40, 42) (Figuras 2 a 6), um segmento não articulado, um segmento articulado uma vez, um segmento de pá multi-articulado, um segmento de pá em forma de J ou semelhante.
[0049] Mais especificamente, como mostrado na Figura 4, os segmentos de borda de ataque (40) podem ter uma superfície do lado de pressão frontal (28) e uma superfície do lado de sucção frontal (30). De modo semelhante, como mostrado na Figura 5, cada um dos segmentos de borda de fuga (42) pode ter uma superfície do lado de pressão traseira (32) e uma superfície do lado de sucção traseira (34). Assim, a superfície do lado de pressão dianteira (28) do segmento de borda de ataque (40) e a superfície do lado de pressão traseira (32) do segmento de borda de fuga (42) geralmente define uma superfície do lado de pressão da pá do rotor (16). Da mesma forma, a superfície do lado de sucção dianteira (30) do segmento de borda de ataque (40) e a superfície do lado de sucção traseira (34) do segmento de borda de fuga (42)
geralmente definem uma superfície do lado de sucção do rotor pá (16). Além disso, como mostrado particularmente na Figura 6, o(s) segmento(s) da borda de ataque (40) e o(s) segmento(s) da borda de fuga (42) podem ser unidos em uma costura lateral de pressão (36) e uma costura lateral de sucção (38). Por exemplo, os segmentos de pá (40, 42) podem ser configurados para se sobrepor na costura lateral de pressão (36) e/ ou a costura lateral de sucção (38). Além disso, como mostrado na Figura 2, os segmentos de pá adjacentes (21) podem ser configurados para se sobrepor a uma costura (54). Assim, onde os segmentos de pá (21) são construídos pelo menos parcialmente de um material termoplástico, os segmentos de pá adjacentes (21) podem ser soldados juntos ao longo das costuras (36, 38, 54), que será discutido em mais detalhes aqui.
Alternativamente, em certas formas de realização, os vários segmentos da pá do rotor (16) podem ser fixados juntos por meio de um adesivo (ou fixadores mecânicos) configurados entre os segmentos de borda de ataque e de fuga sobrepostos (40, 42) e/ ou os segmentos de borda de ataque e de fuga sobrepostos (40, 42) adjacentes.
[0050] Em formas de realização específicas, como mostrado nas Figuras 2 a 3 e 6 a 7, a seção de raiz da pá (20) pode incluir uma ou mais longarinas que se estendem longitudinalmente (48, 50) infundidas com as mesmas. Por exemplo, a seção da raiz da pá (20) pode ser configurada de acordo com o pedido US Número 14/753.155 depositado em 29 de junho de 2015, intitulado “Blade root section for a modular rotor blade and method of manufacturing same”, que é incorporado neste documento por referência em sua totalidade.
[0051] Da mesma forma, a seção de ponta de pá (22) pode incluir uma ou mais longarinas que se estendem longitudinalmente (51, 53) infundidas com as mesmas. Mais especificamente, como mostrado, as longarinas (48, 50, 51, 53) podem ser configuradas para serem engatadas contra superfícies internas opostas dos segmentos de pá (21) da pá do rotor (16). Além disso, as longarinas de raiz da pá (48, 50) podem ser configuradas para alinhar com as longarinas da ponta da pá (51, 53). Assim, as longarinas (48, 50, 51, 53) podem geralmente ser projetadas para controlar as tensões de flexão e/ ou outras cargas que atuam na pá do rotor (16) de uma forma geral no sentido do vão (uma direção paralela ao vão (23) da pá do rotor (16)) durante a operação de uma turbina eólica (10). Além disso, as longarinas (48, 50, 51, 53) podem ser projetadas para suportar a compressão do vão que ocorre durante a operação da turbina eólica (10). Além disso, a(s) longarina(s) (48, 50, 51, 53) pode(m) ser configuradas para se estender da seção de raiz de pá (20) até a seção de ponta de pá (22) ou uma porção da mesma. Assim, em certas formas de realização, a seção de raiz de pá (20) e a seção de ponta de pá (22) podem ser unidas por meio de suas respectivas longarinas (48, 50, 51, 53).
[0052] Além disso, as longarinas (48, 50, 51, 53) podem ser construídas de quaisquer materiais adequados, por exemplo, um material termoplástico ou termoendurecível ou suas combinações. Além disso, as longarinas (48, 50, 51, 53) podem ser pultrudadas de resinas termoplásticas ou termoendurecíveis. Conforme usado neste documento, os termos “pultrudados”, “pultrusões” ou semelhantes geralmente abrangem materiais reforçados (por exemplo, fibras ou fios tecidos ou trançados) que são impregnados com uma resina e puxados através de uma matriz estacionária de modo que a resina cura ou sofre polimerização. Como tal, o processo de fabricação de membros pultrudados é tipicamente caracterizado por um processo contínuo de materiais compósitos que produzem peças compostas com uma seção transversal constante. Assim, os materiais compósitos pré-curados podem incluir pultrusões construídas de materiais termoendurecíveis ou termoplásticos reforçados. Além disso, as longarinas (48, 50, 51, 53) podem ser formadas dos mesmos compósitos pré-curados ou diferentes compósitos pré-curados. Além disso, os componentes pultrudados podem ser produzidos a partir de mechas, que geralmente englobam feixes de fibras longos e estreitos que não são combinados até unidos por uma resina curada.
[0053] Com referência às Figuras 6 a 7, uma ou mais almas de cisalhamento (35) podem ser configuradas entre uma ou mais longarinas (48, 50, 51, 53). Mais particularmente, a(s) alma(s) de cisalhamento (35) podem ser configuradas para aumentar a rigidez na seção da raiz da pá (20) e/ ou a seção de ponta de pá (22). Além disso, a(s) alma(s) de cisalhamento (35) podem ser configuradas para fechar a seção de raiz de pá (20).
[0054] Além disso, como mostrado nas Figuras 2 e 3, o componente estrutural adicional (52) pode ser fixado à seção de raiz da pá (20) e se estender em uma direção geralmente no sentido do vão. Por exemplo, o componente estrutural (52) pode ser configurado de acordo com o Pedido US Número 14/753,150 depositado em 29 de junho de 2015, intitulado “Structural Component for a Modular Rotor Blade”, que é incorporado neste documento por referência em sua totalidade. Mais especificamente, o componente estrutural (52) pode estender-se a qualquer distância adequada entre a seção da raiz da pá (20) e a seção da ponta da pá (22). Assim, o componente estrutural (52) é configurado para fornecer suporte estrutural adicional para a pá do rotor (16), bem como uma estrutura de montagem opcional para os vários segmentos de pá (21), conforme descritos neste documento. Por exemplo, em certas formas de realização, o componente estrutural (52) pode ser fixado à seção de raiz da pá (20) e pode se estender por uma distância pré-determinada no sentido do vão, de modo que os segmentos de borda de ataque e/ ou de fuga (40, 42) possam ser montados na mesma.
[0055] Com referência agora às Figuras 8 a 25, a presente divulgação é direcionada a métodos para a fabricação de uma pá do rotor de uma turbina eólica, como a pá do rotor (16) ilustrada nas Figuras 2 e 3 via impressão 3-D. A impressão 3-D, tal como aqui utilizada, é geralmente entendida como abrangendo processos usados para sintetizar objetos tridimensionais em que camadas sucessivas de material são formadas sob controle de computador para criar os objetos. Como tal, objetos de quase qualquer tamanho e/ ou forma podem ser produzidos a partir de dados de modelo digital. Deve ainda ser entendido que os métodos da presente divulgação não estão limitados à impressão 3-D, mas sim, também podem abranger mais do que três graus de liberdade de modo que as técnicas de impressão não se limitem a imprimir camadas bidimensionais empilhadas, mas também são capazes de imprimir formas curvas.
[0056] Referindo-se particularmente à Figura 8, uma forma de realização do método inclui a formação de uma estrutura de pá do rotor (56) tendo uma primeira superfície (58) e uma segunda superfície oposta (60). Além disso, como mostrado, a primeira e a segunda superfícies (58, 60) são substancialmente planas. Por exemplo, como mostrado, a estrutura da pá do rotor (56) pode incluir uma alma de cisalhamento (35) ou uma ou mais longarinas (48, 50, 51, 53). Mais especificamente, como mostrado na forma de realização ilustrada, a alma de cisalhamento (35) pode incluir membros da alma de cisalhamento paralelos (39). Além disso, em certas formas de realização, cada um dos membros da alma de cisalhamento paralelos (39) pode ser formado a partir de um ou mais painéis sanduíche tendo um material central (62) rodeado por uma ou mais películas externas termoplásticas ou termoendurecíveis reforçadas com fibra (64). Em certas formas de realização, os painéis sanduíche podem ser pultrudados. Além disso, em formas de realização particulares, o material de núcleo (62) aqui descrito pode ser construído de quaisquer materiais adequados, incluindo, mas não se limitando a, espuma de baixa densidade, cortiça, compósitos, madeira balsa, compósitos ou semelhantes. Materiais de espuma de baixa densidade adequados podem incluir, mas não estão limitados a, espumas de poliestireno (por exemplo, espumas de poliestireno expandido, espumas de poliuretano (por exemplo, espuma de poliuretano de célula fechada, espumas de tereftalato de polietileno (PET), outras borrachas de espuma/ espumas à base de resina e várias outras espumas de células abertas e fechadas.
[0057] Além disso, como mostrado nas Figuras 8 a 17, a alma de cisalhamento (35) e uma ou mais longarinas (48, 50, 51, 53) podem definir uma configuração de caixa, isto é, tendo uma seção transversal quadrada ou retangular. Assim, como mostrado, a configuração da caixa define a primeira e a segunda superfícies (58, 60) que fornecem superfícies de impressão ideais para imprimir tridimensionalmente os segmentos de borda de ataque e de fuga (40, 42) da pá do rotor (16), que é discutida em mais detalhes abaixo.
[0058] Em formas de realização alternativas, como mostrado nas Figuras 21 e 22, a etapa de formação da estrutura da pá do rotor (56) pode incluir usinagem, por exemplo, por meio de usinagem CNC, corte a jato de água ou corte a jato de laser de um perfil da alma de cisalhamento (35) no painel sanduíche. Em tais formas de realização, como mostrado nas Figuras 18 a 20, em vez da estrutura de pá do rotor (56) ter uma configuração de caixa, a estrutura (56) pode ter uma configuração de viga em I com uma única alma de cisalhamento (35) e duas longarinas opostas (48, 50), como mencionado acima.
Assim, como mostrado nas Figuras 19 e 20, o método pode ainda incluir a formação de uma ou mais fendas (66) na estrutura da pá do rotor (56), os segmentos de borda de ataque (40) e/ ou o segmento de borda de fuga (42) da pá do rotor (16). Cada uma das longarinas (48, 50) pode então ser facilmente inserida em uma das fendas (66) e presa nela. Por exemplo, em certas formas de realização, as longarinas (48, 50) podem ser presas nas fendas (66) por meio de pelo menos um de adesivos, fixadores ou soldagem.
[0059] Com referência agora às Figuras 9 e 10, o método inclui ainda imprimir, por meio de um dispositivo de CNC, um segmento de borda de ataque (40) da pá do rotor (16) na primeira superfície (58), em que o segmento de borda de ataque (40) se liga à primeira superfície (58) à medida que o segmento de borda de ataque (40) está sendo depositado. Deve ser entendido que o segmento de borda de ataque (40) pode ter qualquer configuração adequada. Por exemplo, como mostrado, o segmento de borda de ataque (40) da pá do rotor (16) pode ser construído de uma pluralidade de nervuras e/ ou longarinas. Além disso, o segmento de borda de ataque (40) pode ser construído de uma resina reforçada com fibra termoplástica ou termoendurecível, como PETG ou epóxi, e pode incluir materiais de fibra curtos, longos e/ ou contínuos, como fibras de vidro ou quaisquer fibras adequadas aqui descritas. Em formas de realização adicionais, reforços estruturais podem ser adicionados ao segmento de borda de ataque (40) durante o processo de impressão.
[0060] Com referência agora às Figuras 11 e 12, o método também pode incluir girar a estrutura de pá do rotor (56) tendo o segmento de borda de ataque (40) ligado a ela. Mais especificamente, em certas formas de realização, a etapa de girar a estrutura da pá do rotor (56) tendo o segmento de borda de ataque (40) ligado a ela pode incluir a utilização de um quarto eixo (82) (Figura 22) configurado no dispositivo de CNC (80) que gira a estrutura da pá do rotor (56) após o segmento de borda de ataque (40) ter sido impresso na primeira superfície (58). Como tal, o método também pode incluir a impressão, através do dispositivo de CNC (80), de um segmento de borda de fuga (42) da pá do rotor (16) sobre a segunda superfície (60), em que o segmento de borda de fuga (42) liga-se à segunda superfície (60) à medida que o segmento de borda de fuga (42) está sendo depositado. O segmento de borda de fuga (42) da pá do rotor (16) também pode ser construído de qualquer resina reforçada com fibra termoplástica ou termoendurecível adequada.
[0061] Com referência agora às Figuras 13 a 18, o método também inclui prender uma ou mais películas externas termoplásticas ou termoendurecíveis reforçados com fibra (64) aos segmentos impressos da borda de ataque e de fuga (40, 42) de modo a completar a pá do rotor (16). Mais especificamente, em certas formas de realização, a etapa de prender a(s) película(s) externa(s) reforçada(s) com fibra (64) aos segmentos de borda de ataque e de fuga (40, 42), de modo a completar a pá do rotor (16), pode incluir ligar ou soldar a(s) película(s) externa(s) reforçada(s) com fibra (64) às bordas de ataque e de fuga (40, 42). Em outras formas de realização, a(s) película(s) externa(s) (64) pode(m) incluir películas laterais de pressão e de sucção, uma película da borda de fuga dividida, películas das bordas de ataque e de fuga ou combinações das mesmas. Por exemplo, como mostrado na Figura 13, a(s) película(s) externa(s) (64) podem incluir uma película externa de borda de ataque e uma película externa de borda de fuga. Como mostrado na Figura 14, a(s) película(s) externa(s) (64) incluem duas películas externas de borda de ataque e uma única película externa de borda de fuga. Como mostrado na Figura 15, a(s) película(s) externa(s) (64) incluem uma única película externa tendo uma borda de fuga dividida. Como mostrado na Figura 16, a(s) película(s) externa(s) (64) incluem uma única película externa de borda de ataque e duas películas externas de borda de fuga. Como mostrado na Figura 17, a(s) película(s) externa(s) (64) incluem duas películas externas da borda de fuga e duas películas externas da borda de ataque.
[0062] Além disso, em certas formas de realização, a(s) película(s) externa(s) (64) podem incluir fibras multiaxiais contínuas, como fibras biaxiais.
Além disso, em formas de realização particulares, o método pode incluir formar a(s) película(s) externa(s) (64) por meio de pelo menos um dentre moldagem por injeção, impressão 3-D, pultrusão 2-D, pultrusão 3-D, termoformação, formação a vácuo, formação por pressão, formação por bexiga, deposição de fibra automatizada, deposição de fita de fibra automatizada ou infusão a vácuo.
[0063] Referindo-se particularmente à Figura 14, o método pode incluir ainda a impressão, por meio do dispositivo de CNC, de um ou mais componentes estruturais (68) (por exemplo, fibras contínuas e unidirecionais) em um ou mais locais da pá do rotor (16) contendo uma lacuna, por exemplo, entre os segmentos impressos da borda de ataque e de fuga (40, 42) e a(s) película(s) externa(s) (64). Mais especificamente, como mostrado, os locais podem incluir o segmento de borda de ataque (40, o segmento de borda de fuga (42) ou as longarinas (48, 50) da pá do rotor (16). Em tais formas de realização, as fibras unidirecionais não correm paralelas ao plano de construção devido à pré- curvatura da pá, torção, etc.
[0064] Com referência à Figura 17, o método também pode incluir prender uma ou mais películas internas termoplásticas ou termoendurecíveis reforçadas com fibra (70) à estrutura da pá do rotor (56). Por exemplo, como mostrado, os películas internas (70) podem ser soldadas à estrutura da pá do rotor (56). Como tal, as películas internas (70) são configuradas para fornecer suporte estrutural adicional para a pá do rotor (16).
[0065] Com referência agora às Figuras 23 e 24, o método também pode incluir imprimir, por meio do dispositivo de CNC, um ou mais recursos adicionais (72) diretamente para a estrutura da pá do rotor (56) e/ ou para uma superfície externa das películas externas (64), em que o calor da impressão une os recursos adicionais (72) na estrutura da pá do rotor (56). Mais especificamente, como mostrado, a(s) característica(s) adicional(is) (72) pode(m) ser impressas na estrutura da pá do rotor (56) e podem incluir um grampo de cisalhamento estrutural, um guia de conexão do cabo de relâmpago, uma cobertura do cabo de relâmpago, uma característica de reforço, uma interface de aterragem, uma calha para uma ou mais longarinas ou semelhante. Em formas de realização adicionais, a(s) característica(s) adicional(is) (72) podem ser impressas na superfície externa das películas externas (64) e podem incluir geradores de vórtice, extensões de corda, serrilhados, abas de maca, âncoras de fluxo, extensões de ponta, winglets ou semelhantes. Como tal, os métodos da presente divulgação podem facilmente imprimir/ depositar características da pá do rotor dentro da pá do rotor ou em um exterior da pá do rotor usando as mesmas técnicas de impressão.
[0066] Com referência agora à Figura 25, a presente divulgação também é direcionada a um método para a fabricação de um painel de pá do rotor (74) de uma turbina eólica, por exemplo, como os segmentos de pá ilustrados nas Figuras 2 a 7. Como tal, em certas formas de realização, o painel de pá do rotor (74) (isto é, a superfície externa (76) do mesmo) pode incluir uma superfície do lado de pressão, uma superfície do lado de sucção, um segmento de borda de fuga, um segmento de borda de ataque ou combinações dos mesmos. Mais especificamente, como mostrado na Figura 25, o método inclui a formação de uma superfície externa (76) do painel de pá do rotor (74) de uma ou mais das películas externas reforçadas com fibra (64) aqui descritas. Além disso, como mencionado, as películas externas reforçadas com fibra (64) podem incluir uma ou mais películas externas contínuas, multiaxiais (por exemplo, biaxiais) termoplásticas ou termoendurecíveis reforçadas com fibra. Além disso, como mostrado, a superfície externa (76) do painel de pá do rotor (74) pode ser curva. Como tal, o dispositivo de CNC pode ser adaptado para incluir um caminho de ferramenta que segue um contorno da superfície externa curva (76) do painel de pá do rotor (74). Como tal, o dispositivo de CNC é configurado para imprimir e depositar a estrutura de reforço em 3-D (78) sobre uma superfície externa de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra para formar o painel de pá do rotor (74). Assim, a estrutura de reforço se liga a uma ou mais películas externas reforçadas com fibra à medida que a estrutura de reforço está sendo depositada. Como tal, os materiais adequados para o reforço impresso (78) e as películas externas (64) são escolhidos de modo que o reforço impresso
(78) se ligue às películas externas (64) durante a deposição.
[0067] Mais especificamente, em certas formas de realização, a etapa de formar a superfície externa (76) do painel de pá do rotor (74) a partir de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra (64) pode incluir o fornecimento de uma ou mais películas externas geralmente planas reforçadas com fibra, forçando as películas externas (64) em uma forma desejada correspondendo a um contorno da superfície externa (76) da pá do rotor (16), e mantendo as películas externas (64) na forma desejada durante a impressão e depósito. Como tal, as películas externas (64) geralmente retêm sua forma desejada quando as películas externas (64) e a estrutura de reforço impressa nos mesmos são liberadas.
[0068] Em certas formas de realização, as películas externas (64) podem ser forçadas e mantidas na forma desejada durante a impressão e depósito por meio de um dispositivo de ferramenta (84). Por exemplo, em formas de realização particulares, o dispositivo de ferramenta (84) pode incluir vácuo, um ou mais ímãs, um ou mais dispositivos mecânicos, um ou mais adesivos, um sistema de aquecimento, um sistema de resfriamento ou qualquer combinação dos mesmos.
[0069] Em outra forma de realização, o método pode incluir ainda tratar a superfície interna (86) das películas externas (64) para promover a ligação entre as películas externas (64) e a estrutura de reforço (78). Mais especificamente, em certas formas de realização, a etapa de tratamento da superfície interna (76) pode incluir tratamento com chama, tratamento com plasma, tratamento químico, corrosão química, abrasão mecânica, gravação em relevo, elevando uma temperatura de pelo menos áreas a serem impressas nas películas externas (64) e/ ou qualquer outro método de tratamento adequado para promover a referida ligação. Em formas de realização adicionais, o método pode incluir formar as películas externas (64) com mais (ou até menos) material de resina de matriz na superfície interna para promover a referida ligação.
[0070] Em formas de realização adicionais, o método pode incluir variar a espessura da película externa e/ ou conteúdo de fibra, bem como a orientação da fibra. Além disso, o método pode incluir a variação do design das nervuras impressas e/ ou estruturas da longarina (por exemplo, largura, altura, etc.). Por exemplo, em uma forma de realização, o método pode incluir a impressão de estruturas de reforço mais altas para o lado da pressão que se ligam (ou se encostam contra) estruturas mais altas do lado da sucção para criar almas de cisalhamento/ longarinas de tipo auxiliar adicionais dependendo da necessidade do projeto.
[0071] Em formas de realização adicionais, o método também pode incluir a impressão de uma ou mais características nas bordas de fuga e/ ou de ataque dos painéis de pás do rotor que são configurados para se sobrepor, por exemplo, como bordas de travamento ou encaixes de pressão. Além disso, o método pode incluir a impressão dos painéis das pás do rotor para incluir características configuradas para alinhar as longarinas nos mesmos.
[0072] A presente divulgação é ainda direcionada a um método para fabricar pelo menos uma porção de uma pá do rotor de uma turbina eólica, tal como a pá do rotor (16) da Figura 2. Em tal forma de realização, o método inclui a formação de uma estrutura de pá do rotor (56) tendo uma primeira superfície (58) e uma segunda superfície oposta (60), com a primeira e a segunda superfícies sendo substancialmente planas, como mostrado na Figura
8. Além disso, o método inclui a impressão, por meio de um dispositivo de CNC, de um segmento de borda de ataque (40) da pá do rotor (16) ou um segmento de borda de fuga (42) da pá do rotor (16) em uma das primeira ou segunda superfícies (58, 60), em que o segmento impresso liga-se à primeira ou segunda superfície à medida que o segmento está sendo depositado. Além disso, o método também inclui prender o outro do segmento de borda de ataque (40) ou do segmento de borda de fuga (42) à estrutura da pá do rotor (56).
[0073] Por exemplo, em uma forma de realização, o segmento de borda de ataque (40) pode ser impresso na primeira superfície (58). O segmento de borda de fuga (42) pode então ser formado usando o método descrito em relação à Figura 25 (isto é, formando uma superfície externa (76) do painel de pá do rotor (74) de uma ou mais das películas externas reforçadas com fibra (64) e, em seguida, imprimir e depositar uma estrutura de reforço em 3-D (78) sobre uma superfície externa de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra para formar o painel de pá do rotor correspondente ao segmento de borda de fuga (42). Como tal, o segmento de borda de fuga (42) pode então ser facilmente preso à estrutura da pá do rotor (56), por exemplo, usando soldagem, fixadores ou qualquer outro método de união adequado. Em ainda outras formas de realização, o método pode ser revertido, em que o segmento de borda de fuga (42) é primeiro impresso sobre uma superfície plana da estrutura da pá do rotor (56) e o segmento de borda de ataque (40) é formado usando o método descrito em relação à Figura 25 e, em seguida, presa à estrutura da pá do rotor (56). Em outras palavras, qualquer uma das formas de realização aqui descritas pode ser combinada para construir uma pá do rotor e seus vários componentes.
[0074] Esta descrição escrita usa exemplos para divulgar a invenção, incluindo o melhor modo, e também para permitir que qualquer técnico no assunto pratique a invenção, incluindo a fabricação e uso de quaisquer dispositivos ou sistemas e a execução de quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorram aos técnicos no assunto. Esses outros exemplos se destinam a estar dentro do escopo das reivindicações se incluírem elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações, ou se incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais das linguagens literais das reivindicações.

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES
1. MÉTODO PARA FABRICAR UM PAINEL DE PÁ (74) DO ROTOR DE UMA TURBINA EÓLICA (10), caracterizado pelo método compreender: formar uma superfície externa (76) do painel de pá do rotor (74) a partir de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra (64); e, imprimir e depositar, por meio de um dispositivo de controle numérico de computador CNC, pelo menos uma estrutura de reforço tridimensional (3-D) (78) sobre uma superfície interna (85) de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra (64) para formar o painel da pá do rotor (74), em que a estrutura de reforço (78) se liga a uma ou mais películas externas reforçadas com fibra (64) à medida que a estrutura de reforço (78) está sendo depositada.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos uma das películas externas reforçadas com fibra (64) ou a estrutura de reforço (78) compreender pelo menos um de um material termoplástico ou um material termoendurecido.
3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela estrutura de reforço (78) compreender um material de fibra, em que o material de fibra compreende pelo menos uma dentre fibras de vidro, nanofibras, fibras de carbono, fibras de metal, fibras de madeira, fibras de bambu, fibras poliméricas ou fibras cerâmicas.
4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo painel de pá do rotor (74) compreender pelo menos um dentre uma superfície do lado de pressão, uma superfície do lado de sucção, uma borda de fuga, uma borda de ataque ou combinações das mesmas.
5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo dispositivo de CNC (80) depositar a estrutura de reforço
(78) ao longo de um contorno da superfície interna (86) de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra (64).
6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender ainda imprimir e depositar, através do dispositivo de CNC (80), uma ou mais características de superfície aerodinâmica em uma superfície externa (76) de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra (64).
7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por compreender ainda a formação da uma ou mais películas externas reforçadas com fibra (64) através de pelo menos um de moldagem por injeção, impressão 3-D, pultrusão bidimensional (2-D), pultrusão 3-D, termoformação, formação a vácuo, formação por pressão, formação com bexiga, deposição de fibra automatizada, deposição de fita de fibra automatizada ou infusão a vácuo.
8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por formar a superfície externa (76) do painel de pá do rotor (74) a partir de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra (64) compreender ainda: fornecer uma ou mais películas externas reforçadas com fibra (64) geralmente planas; forçar a uma ou mais películas externas reforçadas com fibra (64) em uma forma desejada correspondendo a um contorno da superfície externa (76) da pá do rotor; e, manter a uma ou mais películas externas reforçadas com fibra (64) na forma desejada durante a impressão e deposição de tal modo que quando uma ou mais películas externas reforçadas com fibra (64) com a estrutura de reforço (78) impressa nas mesmas são liberadas, as películas externas (64) geralmente retêm a forma desejada em pelo menos áreas onde a estrutura de reforço (78) foi impressa.
9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelas películas externas reforçadas com fibra (64) serem forçadas e mantidas na forma desejada durante a impressão e deposição por meio de um dispositivo de ferramenta (84), o dispositivo de ferramenta (84) compreendendo pelo menos um de vácuo, um ou mais ímãs, um ou mais dispositivos mecânicos, um ou mais adesivos, um sistema de aquecimento, um sistema de resfriamento ou qualquer combinação dos mesmos.
10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender ainda o tratamento da superfície interna (86) de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra (64) para promover a ligação entre a uma ou mais películas externas reforçadas com fibra (64) e a estrutura de reforço (78), em que o tratamento da superfície interna (86) compreende ainda pelo menos um dentre tratamento de chama, tratamento de plasma, tratamento químico, corrosão química, abrasão mecânica, gravação em relevo ou elevando a temperatura pelo menos das áreas a serem impressas sobre uma ou mais películas externas reforçadas com fibra (64).
11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por compreender ainda imprimir, por meio do dispositivo de CNC (80), um ou mais componentes estruturais (68) em um ou mais locais da pá do rotor contendo uma lacuna, os um ou mais locais compreendendo pelo menos um de uma borda de ataque, um borda de fuga, uma ou mais longarinas ou uma alma de cisalhamento.
12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por compreender ainda prender uma ou mais películas internas reforçadas com fibra ao painel de pá do rotor (74).
13. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado por compreender ainda imprimir, por meio do dispositivo de CNC (80), um ou mais recursos adicionais (72) diretamente no painel da pá do rotor (74), em que o calor da impressão liga os recursos adicionais (72) ao painel da pá do rotor (74).
14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por um ou mais recursos adicionais (72) compreenderem pelo menos um dentre uma longarina, uma alma de cisalhamento, um grampo de cisalhamento estrutural, um guia de conexão de cabo de relâmpago, uma cobertura de cabo de relâmpago, uma característica de reforço, uma interface de aterragem, ou uma calha para uma ou mais longarinas.
15. PAINEL DE PÁS DO ROTOR (74) PARA UMA PÁ DO ROTOR DE UMA TURBINA EÓLICA (10), caracterizado por compreender: uma superfície externa (76) que compreende uma ou mais películas externas reforçadas com fibra (64) multiaxial contínua; e, uma estrutura de reforço (78) impressa soldada sobre uma superfície interna (86) de uma ou mais películas externas reforçadas com fibra (64), as películas externas reforçadas com fibra (64) e a estrutura de reforço (78) sendo cada uma construída de pelo menos um de um material termoplástico ou um material termoendurecido.
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