BR112021009996A2 - método para prevenir defeitos de fabricação e componente estrutural para um segmento de pá de uma pá de rotor de uma turbina eólica - Google Patents
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Abstract
método para prevenir defeitos de fabricação e componente estrutural para um segmento de pá de uma pá de rotor de uma turbina eólica. um método para fabricar um componente estrutural de um segmento de pá para uma pá de rotor (28) inclui fornecer um molde (150) do componente estrutural possuindo uma parede externa (152) que define uma superfície externa do componente estrutural. o método também inclui colocar uma ou mais camadas de fibra (154) no molde (150) de modo a cobrir pelo menos parcialmente a parede externa (152). como tal, a(s) camada(s) de fibra (154) formam a superfície externa do componente estrutural. além disso, o método inclui fornecer uma ou mais camadas de malha de metal (156) possuindo uma ou mais extremidades. além disso, o método inclui fornecer um material de cobertura (160) para a(s) extremidade(s) da(s) camada(s) de malha de metal (156). além disso, o método inclui colocar a(s) camada(s) de malha de metal (156) com a(s) extremidade(s) coberta(s) no topo da(s) camada(s) de fibra (154). assim, o método inclui infundir a(s) camada(s) de fibra (154) e a(s) camada(s) de malha de metal (156) juntas por meio de um material de resina de modo a formar o componente estrutural.
Description
[001] A presente invenção se refere, de modo geral, a turbinas eólicas e, mais particularmente, a um método para fabricar um componente estrutural de um segmento de pá para uma pá de rotor de uma turbina eólica.
[002] A energia eólica é considerada uma das fontes de energia mais limpas e ecologicamente corretas atualmente disponíveis, e as turbinas eólicas têm ganhado cada vez mais atenção a esse respeito. Uma turbina eólica moderna normalmente inclui uma torre, um gerador, uma caixa de engrenagens, uma nacela e um rotor com um cubo rotativo com uma ou mais pás de rotor. As pás de rotor capturam energia cinética do vento usando princípios de aerofólio conhecidos. As pás de rotor transmitem a energia cinética na forma de energia rotacional, de modo a girar um eixo que acopla as pás de rotor a uma caixa de engrenagens ou, se uma caixa de engrenagens não for usada, diretamente ao gerador. O gerador então converte a energia mecânica em energia elétrica que pode ser implantada em uma rede elétrica.
[003] As pás de rotor geralmente incluem um invólucro lateral de sucção e um invólucro lateral de 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 sucção são relativamente leves e têm propriedades estruturais (por exemplo, rigidez, resistência à flambagem e força) que não são configuradas para suportar os momentos de flexão e outras cargas exercidas na pá de rotor durante a operação. Assim, para aumentar a rigidez, a resistência à flambagem e a força da pá de rotor, o invólucro do corpo é tipicamente reforçado usando um ou mais componentes estruturais (por exemplo, mesas de longarina (spar caps) opostas com uma alma de cisalhamento (shear web) configurada entre elas) que engatam as superfícies laterais de pressão e de sucção internas das metades do invólucro. As mesas de longarina e/ou alma de cisalhamento podem ser construídas de vários materiais, incluindo, mas não se limitando a compósitos laminados de fibra de vidro e/ou compósitos laminados de fibra de carbono.
[004] Além disso, como as turbinas eólicas continuam a aumentar de tamanho, as pás do rotor também continuam a aumentar de tamanho. Como tal, as pás do rotor modernas podem ser construídas em segmentos que são unidos em uma ou mais juntas. Por conseguinte, certas pás de rotor articuladas incluem um primeiro segmento de pá possuindo uma estrutura de viga que é recebida dentro de uma seção de recepção de um segundo segmento de pá que é ainda preso entre si por meio de um ou mais pinos que se estendem no sentido da extensão e no sentido da corda que transferem o momento de flexão da pá de um segmento para o outro. Além disso, as reações dos pinos são transferidas para vários blocos de mancal nos locais de junta por meio de uma ou mais buchas.
[005] A fabricação de grandes componentes estruturais dos segmentos de pá pode ser complexa. Por exemplo, em certos casos, a estrutura de viga e/ou a seção de recepção podem incluir uma malha de metal embutida nela para proteção contra raios. Como tal, para os processos de fabricação atuais, a malha de metal deve ser colocada no molde do componente estrutural adjacente a uma ou mais camadas de tecido do mesmo.
Além disso, as camadas de tecido precisam ser tensionadas em ordem para garantir uma sobreposição consolidada. Como a malha de metal é menos flexível e mais rígida do que as camadas de tecido, as bordas da malha de metal tendem a agarrar e prender nas camadas de tecido durante o tensionamento. Portanto, certos problemas de qualidade (como rugas) podem ocorrer no componente estrutural durante a sobreposição e tensionamento do tecido.
[006] Por conseguinte, a presente invenção é direcionada a métodos para a fabricação de um componente estrutural de um segmento de pá para uma pá de rotor de uma turbina eólica que aborda os problemas acima mencionados.
[007] Aspectos e vantagens da invenção serão apresentados em parte na descrição a seguir, ou podem ser óbvios a partir da descrição, ou podem ser aprendidos através da prática da invenção.
[008] Em um aspecto, a presente invenção é direcionada a um método para prevenir defeitos de fabricação em um processo de fabricação de um componente estrutural de um segmento de pá de uma pá de rotor de uma turbina eólica. O método inclui fornecer uma ou mais camadas de malha de metal possuindo uma ou mais extremidades. O método também inclui cobrir a(s) extremidade(s) da(s) camada(s) de malha de metal com um material de cobertura. Além disso, o método inclui colocar a(s) camada(s) de malha de metal com a(s) extremidade(s) coberta(s) adjacente(s) a uma ou mais camadas de fibra. Além disso, o método inclui formar o componente estrutural com a(s) camada(s) de malha de metal possuindo a(s) extremidade(s) coberta(s) e a(s) camada(s) de fibra.
[009] Em uma forma de realização, o método pode incluir tensionar, por exemplo, por meio de expansão dentro de um molde ou de outra forma, a(s) camada(s) de fibra após colocar a(s) camada(s) de malha de metal com a(s) extremidade(s) coberta(s) adjacente(s) à(s) camada(s) de fibra. Em outra forma de realização, o material de cobertura pode incluir, por exemplo, um material de tecido composto (tal como um tapete de fios cortados (CSM),
um tecido biax ou um material pré-impregnado), uma peça composta pré- fabricada, um adesivo, uma resina e/ou qualquer outro material líquido adequado que endureça após a aplicação de modo a fornecer uma cobertura adequada para a(s) borda(s) da(s) camada(s) de malha de metal. Em outras formas de realização, a(s) camada(s) de malha de metal podem ser construídas, pelo menos em parte, de cobre ou qualquer outro material de metal adequado.
[010] Em formas de realização adicionais, a formação do componente estrutural com a(s) camada(s) de malha de metal possuindo a(s) extremidade(s) coberta(s) e a(s) camada(s) de fibra pode incluir colocar a(s) camada(s) de malha de metal possuindo a(s) extremidade(s) coberta(s) e a(s) camada(s) de fibra em um molde do componente estrutural e infundir a(s) camada(s) de malha de metal possuindo a(s) extremidade(s) coberta(s) e a(s) camada(s) de fibra juntas por meio de um material de resina. Em outra forma de realização, a formação do componente estrutural com a(s) camada(s) de malha de metal possuindo a(s) extremidade(s) coberta(s) e a(s) camada(s) de fibra pode incluir colocar um ou mais recursos estruturais no molde e infundir o(s) recurso(s) estrutural(is) com a(s) camada(s) de malha de metal possuindo a(s) extremidade(s) coberta(s) e a(s) camada(s) de fibra juntas por meio do material de resina.
[011] Em outras formas de realização, o componente estrutural pode incluir uma estrutura de viga de um segmento de pá, uma seção de recepção do segmento de pá ou semelhante. Em certas formas de realização, o material de resina pode incluir uma resina termofixa ou uma resina termoplástica.
[012] Em várias formas de realização, a(s) camada(s) de malha de metal são configuradas para fornecer proteção contra raios para o componente estrutural durante a operação da turbina eólica e/ou suporte estrutural para o componente estrutural.
[013] Em outro aspecto, a presente invenção é direcionada a um método para fabricar um componente estrutural de um segmento de pá para uma pá de rotor de uma turbina eólica. O método inclui fornecer um molde do componente estrutural. O método também inclui colocar uma ou mais camadas de fibra dentro ou sobre o molde. Como tal, a(s) camada(s) de fibra formam uma superfície do componente estrutural. Além disso, o método inclui fornecer uma ou mais camadas de malha de metal possuindo uma ou mais extremidades. Além disso, o método inclui fornecer um material de cobertura para a(s) extremidade(s) da(s) camada(s) de malha de metal. Além disso, o método inclui colocar a(s) camada(s) de malha de metal com a(s) extremidade(s) coberta(s) no topo da(s) camada(s) de fibra. Assim, o método inclui infundir a(s) camada(s) de fibra e a(s) camada(s) de malha de metal juntas por meio de um material de resina de modo a formar o componente estrutural. Deve ser entendido que o método pode incluir ainda qualquer uma das etapas e/ou características adicionais descritas neste documento.
[014] Em ainda outro aspecto, a presente invenção é direcionada a um componente estrutural para um segmento de pá de uma pá de rotor de uma turbina eólica. O componente estrutural inclui uma ou mais camadas de malha de metal possuindo uma ou mais extremidades, um material de cobertura cobrindo a(s) extremidade(s) da(s) camada(s) de malha de metal, uma ou mais camadas de fibra adjacentes à(s) camada(s) de malha de metal, e um material de resina que fixa a(s) camada(s) de malha de metal, o material de cobertura e a(s) camada(s) de fibra juntas. Deve ser entendido que o componente estrutural pode incluir ainda qualquer uma das características adicionais, conforme descrito neste documento.
[015] 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.
[016] Uma divulgação completa e capacitante da presente invenção, incluindo o melhor modo da mesma, direcionada a um técnico no assunto, é apresentada no relatório descritivo, o qual 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 invenção; A Figura 2 ilustra uma vista plana de uma forma de realização de uma pá de rotor possuindo um primeiro segmento de pá e um segundo segmento de pá de acordo com a presente invenção; A Figura 3 ilustra uma vista em perspectiva de uma seção de uma forma de realização do primeiro segmento de pá de acordo com a presente invenção; A Figura 4 ilustra uma vista em perspectiva de uma forma de realização de uma seção do segundo segmento de pá na junta no sentido da corda de acordo com a presente invenção; A Figura 5 ilustra um conjunto de uma forma de realização da pá de rotor da turbina eólica possuindo o primeiro segmento de pá unido ao segundo segmento de pá de acordo com a presente invenção; A Figura 6 ilustra uma vista em perspectiva explodida de uma forma de realização das múltiplas estruturas de suporte do conjunto da pá de rotor da turbina eólica de acordo com a presente invenção; A Figura 7 ilustra um fluxograma de uma forma de realização de um método para fabricar um componente estrutural de um segmento de pá para uma pá de rotor de uma turbina eólica de acordo com a presente invenção; A Figura 8 ilustra uma vista frontal de uma forma de realização de um molde de uma estrutura de viga de um segmento de pá de uma pá de rotor de acordo com a presente invenção, particularmente ilustrando uma camada de malha de metal colocada no molde adjacente a uma camada de fibra, a camada de malha de metal possuindo suas extremidades cobertas com um material de cobertura; A Figura 9 ilustra uma vista frontal do molde da Figura 8 com uma pluralidade de camadas de malha de metal colocadas no topo da camada de fibra; A Figura 10 ilustra uma vista frontal do molde da Figura 8 com uma pluralidade de recursos estruturais colocados no mesmo; A Figura 11 ilustra uma vista em perspectiva de uma forma de realização da camada de malha de metal colocada em um molde de uma estrutura de viga de um segmento de pá de uma pá de rotor de acordo com a presente invenção; A Figura 12 ilustra uma vista detalhada da camada de malha de metal da Figura 11, particularmente ilustrando uma extremidade da camada de malha de metal coberta com um material de cobertura; e A Figura 13 ilustra um fluxograma de uma forma de realização de um método para prevenir defeitos de fabricação em um processo de fabricação de um componente estrutural de um segmento de pá de uma pá de rotor de uma turbina eólica de acordo com a presente invenção.
[017] Agora será feita referência em detalhe às formas de realização da invenção, um ou mais exemplos das quais são ilustrados nas figuras. Cada exemplo é fornecido a título de explicação da invenção, não limitando a invenção. De fato, será evidente para um técnico no assunto que podem ser feitas várias modificações e variações na presente invenção sem se afastar do escopo ou sentido da invenção. Por exemplo, características ilustradas ou descritas como parte de uma forma de realização podem ser utilizadas com outra forma de realização para produzir ainda outra forma de realização. Assim, pretende-se que a presente invenção abranja tais modificações e variações como estando dentro do escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes.
[018] Com referência agora aos desenhos, a Figura 1 ilustra uma vista em perspectiva de uma forma de realização de uma turbina eólica (10) de acordo com a presente invenção. Na forma de realização ilustrada, a turbina eólica (10) é uma turbina eólica de eixo horizontal. Alternativamente, a turbina eólica (10) pode ser uma turbina eólica de eixo vertical. Além disso, como mostrado, a turbina eólica (10) pode incluir uma torre (12) que se estende a partir de uma superfície de suporte (14), uma nacela (16) montada na torre (12), um gerador (18) posicionado dentro da nacela (16), uma caixa de engrenagens (20) acoplada ao gerador (18), e um rotor (22) que está rotativamente acoplado à caixa de engrenagens (20) com um eixo de rotor (24).
Além disso, como mostrado, o rotor (22) inclui um cubo rotativo (26) e pelo menos uma pá de rotor (28) acoplada a e se estendendo para fora do cubo rotativo (26). Como mostrado, a pá de rotor (28) inclui uma ponta de pá (17) e uma raiz de pá (19).
[019] Com referência agora à Figura 2, uma vista plana de uma das pás de rotor (28) da Figura 1 é ilustrada. Como mostrado, a pá de rotor (28) pode incluir um primeiro segmento de pá (30) e um segundo segmento de pá (32). Além disso, como mostrado, o primeiro segmento de pá (30) e o segundo segmento de pá (32) podem, cada um, se estender em direções opostas a partir de uma junta no sentido da corda (34). Além disso, como mostrado, cada um dos segmentos de pá (30, 32) pode incluir pelo menos um elemento de invólucro, tal como elemento de invólucro lateral de pressão e/ou elemento de invólucro lateral de sucção. O primeiro segmento de pá (30) e o segundo segmento de pá (32) são conectados por pelo menos uma estrutura de suporte interna (36) se estendendo em ambos os segmentos de pá (30, 32) para facilitar a união dos segmentos de pá (30, 32). A seta (38) mostra que a pá de rotor segmentada (28) no exemplo ilustrado inclui dois segmentos de pá (30, 32) e que esses segmentos de pá (30, 32) são unidos pela inserção da estrutura de suporte interna (36) no segundo segmento de pá (32). Além disso, como mostrado, o segundo segmento de pá inclui múltiplas estruturas de longarina (66) (também referidas aqui como mesas de longarina) que se estendem longitudinalmente para conectar com uma seção de raiz de pá (35) da pá de rotor (28) (que é mostrada em mais detalhes na Figura 7) e com a estrutura de viga (40) do primeiro segmento de pá (30) (que é mostrado em mais detalhes na Figura 5).
[020] Com referência agora à Figura 3, uma vista em perspectiva de uma seção do primeiro segmento de pá (30), de acordo com a presente invenção, é ilustrada. Como mostrado, o primeiro segmento de pá (30) inclui uma estrutura de viga (40) que forma uma parte da estrutura de suporte interna (36) e se estende longitudinalmente para se conectar estruturalmente ao segundo segmento de pá (32). Além disso, como mostrado, a estrutura de viga (40) faz parte do primeiro segmento de pá (30) tendo uma extensão que se projeta a partir de uma seção de longarina (42), formando assim uma seção de longarina de extensão. A estrutura de viga (40) inclui uma alma de cisalhamento (44) conectada a uma mesa de longarina lateral de sucção (46) e uma mesa de longarina lateral de pressão (48).
[021] Além disso, como mostrado, o primeiro segmento de pá (30) pode incluir uma ou mais primeiras juntas de pino em direção a uma primeira extremidade (54) da estrutura de viga (40). Em uma forma de realização, a junta de pino pode incluir um pino que está em um ajuste de interferência apertado com uma bucha. Mais especificamente, como mostrado, a(s) junta(s) de pino pode(m) incluir um tubo de pino (52) localizado na estrutura de viga (40). Assim, como mostrado, o tubo de pino (52) pode ser orientado em uma direção no sentido da extensão. Além disso, o primeiro segmento de pá (30) também pode incluir uma fenda de junta de pino (50) localizada na estrutura de viga (40) próxima à junta no sentido da corda (34).
Além disso, como mostrado, a fenda de junta de pino (50) pode ser orientada em uma direção no sentido da corda. Em um exemplo, pode haver uma bucha dentro da fenda de junta de pino (50) disposta em um ajuste de interferência apertado com um tubo de pino ou pino (mostrado como pino (53) na Figura (6)). Além disso, o primeiro segmento de pá (30) pode incluir múltiplos segundos tubos de junta de pino (56, 58) localizados na junta no sentido da corda (34). Assim, como mostrado, os segundos tubos de junta de pino (56, 58) podem incluir um tubo de junta de pino de borda de ataque (56) e um tubo de junta de pino da borda de fuga (58). Além disso, cada um dos segundos tubos de junta de pino (56, 58) pode ser orientado em uma direção no sentido da extensão. Além disso, como mostrado, cada um dos segundos tubos de junta de pino (56, 58) pode incluir vários flanges (55, 57), respectivamente, que são configurados para distribuir cargas de compressão na junta no sentido da corda (34).
[022] Deve-se notar que o tubo de pino (52) localizado na primeira extremidade da estrutura de viga (40) pode ser separado no sentido da extensão com os múltiplos segundos tubos de junta de pino (56, 58) localizados na junta no sentido da corda (34) por uma distância ideal (D). Esta distância ideal (D) pode ser tal que a junta no sentido da corda (34) é capaz de suportar momentos de flexão substanciais causados devido às cargas de cisalhamento que atuam na junta no sentido da corda (34). Em outra forma de realização, cada uma das juntas de pino conectando o primeiro e o segundo segmentos de pá (30, 32) podem incluir uma junta com bucha de aço com ajuste de interferência.
[023] Com referência agora à Figura 4, uma vista em perspectiva de uma seção do segundo segmento de pá (32) na junta no sentido da corda (34) de acordo com a presente invenção é ilustrada. Como mostrado, o segundo segmento de pá (32) inclui uma seção de recepção (60) que se estende longitudinalmente dentro do segundo segmento de pá (32) para receber a estrutura de viga (40) do primeiro segmento de pá (30). A seção de recepção (60) inclui as estruturas de longarina (66) que se estendem longitudinalmente para conectar com a estrutura de viga (40) do primeiro segmento de pá (30). Como mostrado, o segundo segmento de pá (32) pode incluir ainda fendas de junta de pino (62, 64) para receber tubos de pino (56, 58) (mostrado na Figura 3) do primeiro segmento de pá (30) e formando ajustes de interferência apertados. Em um exemplo, cada uma das múltiplas fendas de junta de pino (62, 64) pode incluir múltiplos flanges (61, 63), respectivamente, que são configurados para distribuir cargas de compressão na junta no sentido da corda (34).
[024] Com referência agora à Figura 5, um conjunto (70) da pá de rotor (28) tendo o primeiro segmento de pá (30) unido ao segundo segmento de pá (32) de acordo com a presente invenção é ilustrado. Como mostrado, o conjunto (70) ilustra múltiplas estruturas de suporte sob elementos do invólucro externo da pá de rotor (28) tendo o primeiro segmento de pá (30) unido ao segundo segmento de pá (32). Além disso, como mostrado, a seção de recepção (60) inclui as múltiplas estruturas de longarina (66) que se estendem longitudinalmente e suporta a estrutura de viga (40). A seção de recepção (60) também inclui um elemento de fixação retangular (72) que se conecta ao tubo de pino (52) da estrutura de viga (40) na direção no sentido da extensão. Além disso, o primeiro e o segundo segmentos de pá (30, 32) também podem incluir elementos no sentido da corda (74, 76), respectivamente, na junta no sentido da corda (34). Além disso, como mostrado, os elementos no sentido da corda (74, 76) podem incluir aberturas de pino de borda de ataque (78) e aberturas de pino de borda de fuga (80) que permitem conexões de junta de pino entre o primeiro e o segundo segmentos de pá (30, 32). Por exemplo, como mostrado, os elementos no sentido da corda (74, 76) são conectados por tubos de pino (56) e (58) que estão em ajuste de interferência apertado com buchas localizadas nas aberturas de pino de borda de ataque (78) e nas aberturas de pino de borda de fuga (80). Em outra forma de realização, cada um dentre as estruturas de longarina (66), o elemento de fixação retangular (72) e os elementos no sentido da corda (74, 76) pode ser construído de fibras de vidro reforçadas. Neste exemplo, o conjunto (70) também pode incluir vários cabos receptores de atenuação (73) que estão incorporados entre os múltiplos tubos de pino ou pinos (56, 58) e as conexões de bucha fixadas aos elementos no sentido da corda (74, 76).
[025] Com referência agora à Figura 6, uma vista em perspectiva explodida das múltiplas estruturas de suporte do conjunto (70) em direção à seção de recepção (60) da pá de rotor (28) é ilustrada. Como mostrado, um par de estruturas de longarina (66) está configurado para receber a estrutura de viga (40) e inclui fendas de junta de pino (82, 84) que estão alinhadas com a fenda de junta de pino (50) da estrutura de viga (40) através da qual um tubo de pino ou pino (53) pode ser inserido. Além disso, o pino (53) é configurado para permanecer em um ajuste de interferência apertado dentro das fendas de junta de pino de alinhamento (82, 50, 84) de modo que as estruturas de longarina (66) e a estrutura de viga (40) sejam unidas durante a montagem.
Além disso, a Figura 6 também ilustra um elemento de fixação (72) que inclui uma fenda de junta de pino (86) configurada para receber o tubo de pino (52) da estrutura de viga (40). Como tal, o tubo de pino (52) é configurado para formar uma junta com pino de ajuste de interferência apertado. Além disso, o par de estruturas de longarina (66) pode ser unido em uma extremidade (88) usando qualquer material adesivo adequado ou uma vedação elastomérica.
[026] Com referência agora à Figura 7, um fluxograma (100) de um método para fabricar um componente estrutural de um segmento de pá para uma pá de rotor de uma turbina eólica de acordo com a presente invenção é ilustrado. Em geral, o método (100) será descrito neste documento com referência à estrutura de viga (40) da pá de rotor (28) mostrada nas Figuras 1 a 6 e 8 a 12. No entanto, deve ser apreciado que o método revelado (100) pode ser implementado com qualquer outro componente estrutural adequado da pá de rotor (28) (tal como a seção de recepção (60)) possuindo quaisquer outras configurações adequadas. Além disso, embora a Figura 7 represente as etapas realizadas em uma ordem particular para fins de ilustração e discussão, os métodos discutidos neste documento não estão limitados a qualquer ordem ou disposição particular. Um técnico no assunto, usando as divulgações fornecidas neste documento, apreciará que várias etapas dos métodos revelados neste documento podem ser omitidas, reorganizadas, combinadas e/ou adaptadas de várias maneiras, sem se desviar do escopo da presente invenção.
[027] Como mostrado em (102), o método (100) inclui o fornecimento de um molde (150) da estrutura de viga (40). Por exemplo, como mostrado na Figura 8, o molde (150) pode ter uma parede externa (152) que define uma superfície externa da estrutura de viga (40). Alternativamente, o molde (150) pode ter uma parede que define uma superfície interna do componente da pá de rotor. Como mostrado em (104), o método (100) inclui colocar uma ou mais camadas de fibra (154) dentro ou sobre o molde (150).
Por exemplo, como mostrado na Figura 8, uma camada de fibra externa (154) é ilustrada dentro do molde (150). Como tal, na forma de realização ilustrada, a(s) camada(s) de fibra (154) forma(m) a superfície externa da estrutura de viga acabada (40).
[028] Como mostrado em (106), o método (100) inclui o fornecimento de uma ou mais camadas de malha de metal (156) possuindo uma ou mais extremidades (158). Assim, a(s) camada(s) de malha de metal (156) é(são) configurada(s) para fornecer proteção contra raios para a estrutura de viga (40) durante a operação da turbina eólica (10) e/ou suporte estrutural para a estrutura de viga (40). Por exemplo, como mostrado nas Figuras 11-12, várias vistas de uma camada de malha de metal (156) no molde (150) da estrutura de viga (40) de acordo com a presente invenção são ilustradas. Mais especificamente, como mostrado, a camada de malha de metal (156) pode ser um material de folha flexível que define pelo menos um (158) ou borda em torno de uma periferia do mesmo. Assim, como mostrado, a camada de malha de metal (156) pode ser facilmente colocada no molde (150) e é configurada para se conformar à forma do molde (150). Além disso, em uma forma de realização, a(s) camada(s) de malha de metal (156) pode(m) ser construída(s), pelo menos em parte, de cobre ou qualquer outro material metálico adequado.
[029] Assim, referindo-se novamente à Figura 7, como mostrado em (108), o método (100) inclui fornecer um material de cobertura (160) para a(s) extremidade(s) (158) da(s) camada(s) de malha de metal (156). Mais especificamente, em certas formas de realização, o material de cobertura (160) pode incluir, por exemplo, um material de tecido composto (tal como um tapete de fios cortados (CSM), um tecido biax ou um material pré-impregnado), uma peça composta pré-fabricada, um adesivo, uma resina e/ou qualquer outro material líquido adequado que endureça após a aplicação de modo a proporcionar uma cobertura adequada à(s) extremidade(s)/borda(s) (158) da(s)
camada(s) de malha de metal (156). As Figuras 11-12 ilustram ainda uma forma de realização do material de cobertura (160) disposto no topo da(s) extremidade(s) (158) da(s) camada(s) de malha de metal (156). Por exemplo, como mostrado na Figura 11, o material de cobertura (160) pode ser colocado nas extremidades sobrepostas (158) de camadas de malha de metal adjacentes (156), como mostrado em (165) dentro do molde (150). Além disso, como mostrado nas Figuras 11 e 12, o material de cobertura (160) pode ser colocado nas extremidades externas (158) (isto é, fora do molde (150)) das camadas de malha de metal da borda de ataque e de fuga (156).
[030] Como mostrado em (110), o método (100) inclui colocar a(s) camada(s) de malha de metal (156) com a(s) extremidade(s) coberta(s) (158) no topo da(s) camada(s) de fibra (154). Por exemplo, como mostrado nas Figuras 8 e 9, as camadas de malha de metal da borda de ataque e de fuga (156) podem ser colocadas no molde (150) no topo das camadas de fibra (154). Mais especificamente, como mostrado na Figura 9, uma camada de malha de metal de borda de ataque (156) e uma camada de malha de metal de borda de fuga (158) podem ser colocadas no molde (150) de modo que suas respectivas extremidades (158) se sobreponham como mostrado em (165).
[031] Em uma forma de realização, o método (100) pode incluir tensionar a(s) camada(s) de fibra (154) após colocar a(s) camada(s) de malha de metal (156) com a(s) extremidade(s) coberta(s) (158) adjacente(s) à(s) camada(s) de fibra (154). Em tais formas de realização, o material de cobertura (160) é configurado para evitar prender ou rasgar a(s) camada(s) de fibra (154) contra a(s) camada(s) de malha de metal (156).
[032] Referindo-se novamente à Figura 7, como mostrado em (112), o método (100) inclui infundir a(s) camada(s) de fibra (154) e a(s) camada(s) de malha de metal (156) juntas por meio de um material de resina (162) de modo a formar a estrutura de viga (40). Mais especificamente, como mostrado na Figura 10, depois de colocar a(s) camada(s) de malha de metal (156) com a(s) extremidade(s) coberta(s) (158) no topo da(s) camada(s) de fibra (154), um ou mais recursos estruturais adicionais podem ser colocados no molde (150), isto é, de modo a formar a forma da estrutura de viga (40). Por exemplo, como mostrado, uma ou mais almas de cisalhamento (164, 166), uma ou mais camadas de pultrusões (168, 170) e/ou um material de núcleo ou espuma (172) podem ser colocados no molde (150). Em tais formas de realização, como mostrado, as extremidades das várias camadas de fibra (154) e camadas de malha de metal (156) podem ser dobradas ou enroladas em torno dos recursos estruturais para completar a forma da estrutura da viga.
Assim, devido ao material de cobertura (160), quando as extremidades externas (158) das camadas de malha de metal (156) são dobradas em torno dos recursos estruturais internos da estrutura de viga (40), as extremidades (158) não prendem as porções de contato das camadas de fibra (154). Em tais formas de realização, o método (100) pode incluir infundir a(s) camada(s) de fibra (154), a(s) camada(s) de malha de metal (156), as almas de cisalhamento (164, 166), as pultrusões (168, 170) e/ou o material de núcleo (172) juntos por meio do material de resina (162) de modo a formar a estrutura de viga (40).
[033] Em certas formas de realização, o material de resina (162) pode incluir uma resina termofixa ou uma resina termoplástica. Os materiais termoplásticos como aqui descritos podem, de modo geral, abranger 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 certa 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, de modo geral, incluir, mas não estão limitados a estirenos, vinis, celulósicos, poliésteres,
acrílicos, polissulfonas e/ou imidas. Mais especificamente, os materiais termoplásticos amorfos exemplificativos podem incluir poliestireno, acrilonitrila butadieno estireno (ABS), polimetil metacrilato (PMMA), polietileno tereftalato glicolisado (PET-G), policarbonato, acetato de polivinila, poliamida amorfa, cloreto de polivinila (PVC), cloreto de polivinilideno, poliuretano, ou qualquer outro material termoplástico amorfo adequado. Além disso, os materiais termoplásticos semicristalinos exemplificativos podem geralmente incluir, mas não estão limitados a poliolefinas, poliamidas, fluropolímero, etil-metil acrilato, poliésteres, policarbonatos e/ou acetais. Mais especificamente, os materiais termoplásticos semicristalinos exemplificativos podem incluir polibutileno tereftalato (PBT), polietileno tereftalato (PET), polipropileno, sulfeto de polifenil, polietileno, poliamida (náilon), polietercetona ou qualquer outro material termoplástico semicristalino adequado.
[034] Além disso, os materiais termofixos, conforme descritos neste documento, podem geralmente abranger um material plástico ou polímero que é de natureza não reversível. Por exemplo, materiais termofixos, uma vez curados, não podem ser facilmente remodelados ou retornados ao estado líquido. Como tal, após a formação inicial, os materiais termofixos são geralmente resistentes ao calor, corrosão e/ou fluência. Os materiais termofixos de exemplo podem incluir geralmente, mas não estão limitados a alguns poliésteres, alguns poliuretanos, ésteres, epóxis ou qualquer outro material termofixo adequado.
[035] Além disso, as camadas de fibra aqui descritas podem incluir, por exemplo, fibras de vidro, fibras de carbono, fibras poliméricas, fibras de madeira, fibras de bambu, fibras cerâmicas, nanofibras, fibras metálicas ou combinações das mesmas. Além disso, a direção ou orientação das fibras pode incluir quase isotrópica, multi-axial, unidirecional, biaxial, triaxial ou qualquer outra direção adequada e/ou combinações das mesmas.
[036] Com referência agora à Figura 13, um fluxograma (200) de um método para prevenir defeitos de fabricação em um processo de fabricação de um componente estrutural de um segmento de pá de uma pá de rotor de uma turbina eólica de acordo com a presente invenção é ilustrado. Em geral, o método (200) será descrito neste documento com referência à estrutura de viga (40) da pá de rotor (28) mostrada nas Figuras 1 a 6 e 8 a 12. No entanto, deve ser apreciado que o método revelado (200) pode ser implementado com qualquer outro componente estrutural adequado da pá de rotor (28) (tal como a seção de recepção (60)) possuindo quaisquer outras configurações adequadas.
Além disso, embora a Figura 13 represente as etapas realizadas em uma ordem específica para fins de ilustração e discussão, os métodos discutidos neste documento não estão limitados a qualquer ordem ou disposição particular. Um técnico no assunto, usando as divulgações fornecidas neste documento, apreciará que várias etapas dos métodos revelados neste documento podem ser omitidas, reorganizadas, combinadas e/ou adaptadas de várias maneiras, sem se desviar do escopo da presente invenção.
[037] Como mostrado em (202), o método (200) pode incluir o fornecimento de uma ou mais camadas de malha de metal (156) possuindo uma ou mais extremidades (158). Como mostrado em (204), o método (200) pode incluir cobrir a(s) extremidade(s) (158) da(s) camada(s) de malha de metal (156) com um material de cobertura (160). Como mostrado em (206), o método (200) pode incluir colocar a(s) camada(s) de malha de metal (156) com a(s) extremidade(s) coberta(s) (158) adjacentes a uma ou mais camadas de fibra (154). Como mostrado em (208), o método (200) pode incluir formar a estrutura de viga (40) com a(s) camada(s) de malha de metal (156) possuindo a(s) extremidade(s) coberta(s) (158) e a(s) camada(s) de fibra (154).
[038] O técnico no assunto reconhecerá a intercambialidade de várias características de diferentes formas de realização. Da mesma forma, as várias etapas de método e características descritas, bem como outros equivalentes conhecidos para cada um de tais métodos e características, podem ser misturadas e combinadas por um técnico no assunto para construir sistemas e técnicas adicionais de acordo com os princípios desta invenção.
Claro, deve ser entendido que, não necessariamente, todos os objetos ou vantagens descritas acima podem ser alcançados de acordo com qualquer forma de realização particular. Assim, por exemplo, os técnicos no assunto reconhecerão que os sistemas e técnicas descritos neste documento podem ser incorporados ou realizados de uma maneira que atinja ou otimize uma vantagem ou grupo de vantagens como ensinado neste documento, sem necessariamente atingir outros objetos ou vantagens como podem ser ensinados ou sugeridos aqui.
[039] Embora apenas certas características da invenção tenham sido ilustradas e descritas neste documento, muitas modificações e mudanças ocorrerão aos técnicos no assunto. Deve, portanto, ser entendido que as reivindicações anexas se destinam a cobrir todas as modificações e mudanças que caiam dentro do verdadeiro sentido da invenção.
[040] Esta descrição escrita usa exemplos para revelar 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 devem 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 não substanciais das linguagens literais das reivindicações.
Claims (15)
1. MÉTODO PARA PREVENIR DEFEITOS DE FABRICAÇÃO em um processo de fabricação de um componente estrutural de um segmento de pá de uma pá de rotor de uma turbina eólica, caracterizado pelo método compreender: fornecer uma ou mais camadas de malha de metal possuindo uma ou mais extremidades; cobrir as uma ou mais extremidades das uma ou mais camadas de malha de metal com um material de cobertura; colocar as uma ou mais camadas de malha de metal com as uma ou mais extremidades cobertas adjacentes a uma ou mais camadas de fibra; e formar o componente estrutural com as uma ou mais camadas de malha de metal possuindo as uma ou mais extremidades cobertas e as uma ou mais camadas de fibra.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda tensionar as uma ou mais camadas de fibra após colocar as uma ou mais camadas de malha de metal com as uma ou mais extremidades cobertas adjacentes às uma ou mais camadas de fibra.
3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo material de cobertura compreender pelo menos um dentre um material de tecido composto, uma peça composta pré-fabricada, um adesivo ou uma resina.
4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelas uma ou mais camadas de malha de metal serem construídas, pelo menos em parte, de cobre.
5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela formação do componente estrutural com as uma ou mais camadas de malha de metal possuindo as uma ou mais extremidades cobertas e as uma ou mais camadas de fibra compreender ainda colocar as uma ou mais camadas de malha de metal possuindo as uma ou mais extremidades cobertas e as uma ou mais camadas de fibra em um molde do componente estrutural e infundir as uma ou mais camadas de malha de metal possuindo as uma ou mais extremidades cobertas e as uma ou mais camadas de fibra juntas por meio de um material de resina.
6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pela formação do componente estrutural com as uma ou mais camadas de malha de metal possuindo as uma ou mais extremidades cobertas e as uma ou mais camadas de fibra compreender ainda colocar uma ou mais almas de cisalhamento (shear webs) no molde e infundir as uma ou mais almas de cisalhamento com as uma ou mais camadas de malha de metal possuindo as uma ou mais extremidades cobertas e as uma ou mais camadas de fibra juntas por meio do material de resina.
7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo componente estrutural compreender pelo menos um dentre uma estrutura de viga ou uma seção de recepção do segmento de pá.
8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo material de resina compreender pelo menos um dentre uma resina termofixa ou uma resina termoplástica.
9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelas uma ou mais camadas de malha de metal serem configuradas para fornecer pelo menos um dentre proteção contra raios para o componente estrutural durante a operação da turbina eólica ou suporte estrutural para o componente estrutural.
10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por compreender ainda colocar um ou mais recursos estruturais no molde e infundir os um ou mais recursos estruturais com as uma ou mais camadas de fibra e as uma ou mais camadas de malha de metal juntas por meio do material de resina.
11. COMPONENTE ESTRUTURAL PARA UM SEGMENTO DE PÁ DE UMA PÁ DE ROTOR DE UMA TURBINA EÓLICA, caracterizado pelo componente estrutural compreender: uma ou mais camadas de malha de metal possuindo uma ou mais extremidades; um material de cobertura cobrindo as uma ou mais extremidades das uma ou mais camadas de malha de metal; e uma ou mais camadas de fibra adjacentes às uma ou mais camadas de malha de metal; e um material de resina que fixa as uma ou mais camadas de malha de metal, o material de cobertura e as uma ou mais camadas de fibra juntas.
12. COMPONENTE ESTRUTURAL, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender ainda um ou mais recursos estruturais fixados dentro do material de resina.
13. COMPONENTE ESTRUTURAL, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 12, caracterizado pelos um ou mais recursos estruturais compreenderem pelo menos um dentre uma ou mais camadas de pultrusões, uma ou mais almas de cisalhamento ou um material de núcleo.
14. COMPONENTE ESTRUTURAL, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo material de cobertura compreender pelo menos um dentre um material de tecido composto, uma peça composta pré-fabricada, um adesivo ou uma resina, as uma ou mais camadas de malha de metal sendo construídas, pelo menos em parte, de cobre.
15. COMPONENTE ESTRUTURAL, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, caracterizado pelo componente estrutural compreender pelo menos um dentre uma estrutura de viga ou uma seção de recepção do segmento de pá.
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