BR112021011925A2 - Método e aparelho para testar um sistema de guinada - Google Patents
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Abstract
MÉTODO E APARELHO PARA TESTAR UM
SISTEMA DE GUINADA.
Apresentando, em um primeiro aspecto, um método para testar um sistema
de guinada 200 de uma turbina eólica, a turbina eólica compreendendo um
rotor; o sistema de guinada 200 compreendendo uma engrenagem de guinada
202 acoplada ao rotor de forma que a rotação da engrenagem de guinada
202 leve à rotação de guinada do rotor, e primeiro e segundo subsistemas
204a, 204b, o primeiro subsistema 204a compreendendo uma primeira
engrenagem pinhão 206a e um primeiro motor de acionamento 208a acoplado à
engrenagem de guinada 202 pela primeira engrenagem pinhão 206a, o
segundo subsistema 204b compreendendo uma segunda engrenagem pinhão 206b
e um segundo motor de acionamento 208b acoplado à engrenagem de guinada
202 pela segunda engrenagem pinhão 206b. O método compreende as etapas
de: testar o primeiro subsistema 204a pelas ações de: aplicar um
primeiro momento de guinada na engrenagem de guinada 202 com o segundo
motor de acionamento 208b por meio da segunda engrenagem pinhão 206b,
reagir o primeiro momento de guinada com a primeira engrenagem pinhão
206a, monitorar um parâmetro de movimento de guinada indicativo de
rotação da engrenagem de guinada 202, e determinar uma condição do
primeiro subsistema 204a com base no parâmetro de movimento de guinada
monitorado.
Description
“MÉTODO E APARELHO PARA TESTAR UM SISTEMA DE GUINADA” Campo de Aplicação
[001] A presente invenção diz respeito ao campo de sistemas de guinada de turbinas eólicas, especificamente ao teste de tais sistemas de guinada. A turbina eólica pode ser uma turbina eólica de múltiplos rotores ou uma turbina eólica de apenas um rotor.
Descrição do Estado da Técnica
[002] Um monitor de sistema de guinada conhecido para um sistema de turbina eólica de múltiplos rotores é descrito em WO-A1- 2018/157897. A turbina eólica de múltiplos rotores compreende uma torre com uma estrutura de suporte, pelo menos dois módulos de turbina eólica montados na estrutura de suporte e um sistema de guinada arranjado para permitir rotação da estrutura de suporte em torno da torre. O método compreende aplicar um momento de guinada no sistema de guinada a fim de rodar a estrutura de suporte, aumentar o momento de guinada aplicado até um limiar de momento de guinada, monitorar um parâmetro de guinada indicativo de movimento de guinada, e determinar uma condição do sistema de guinada com base no parâmetro de guinada monitorado.
[003] O momento de guinada aplicado pode ser gerado controlando a força de empuxo de pelo menos um dos módulos de turbina eólica, ou controlando um acionamento de guinada do sistema de guinada para rodar a estrutura de suporte.
Objetivos da Invenção
[004] Um primeiro aspecto da invenção provê um método para testar um sistema de guinada de uma turbina eólica, a turbina eólica compreendendo um rotor; o sistema de guinada compreendendo uma engrenagem de guinada acoplada ao rotor de forma que a rotação da engrenagem de guinada leve à rotação de guinada do rotor, e primeiro e segundo subsistemas, o primeiro subsistema compreendendo uma primeira engrenagem pinhão e um primeiro motor de acionamento acoplado à engrenagem de guinada pela primeira engrenagem pinhão, o segundo subsistema compreendendo uma segunda engrenagem pinhão e um segundo motor de acionamento acoplado à engrenagem de guinada pela segunda engrenagem pinhão. O método compreende: testar o primeiro subsistema pelas ações de: aplicar um primeiro momento de guinada na engrenagem de guinada com o segundo motor de acionamento por meio da segunda engrenagem pinhão, reagir o primeiro momento de guinada com a primeira engrenagem pinhão, monitorar um parâmetro de movimento de guinada indicativo de rotação da engrenagem de guinada, e determinar uma condição do primeiro subsistema com base no parâmetro de movimento de guinada monitorado.
[005] Preferivelmente, o primeiro momento de guinada é reagido aplicando um primeiro contramomento de guinada na engrenagem de guinada com a primeira engrenagem pinhão, em que o primeiro contramomento de guinada opõe ao primeiro momento de guinada.
[006] O método pode compreender adicionalmente: testar o segundo subsistema pelas ações de: aplicar um segundo momento de guinada na engrenagem de guinada com o primeiro motor de acionamento por meio da primeira engrenagem pinhão, reagir o segundo momento de guinada com a segunda engrenagem pinhão, monitorar um parâmetro de movimento de guinada indicativo de rotação da engrenagem de guinada, e determinar uma condição do segundo subsistema com base no parâmetro de movimento de guinada monitorado.
[007] Preferivelmente, o segundo momento de guinada é reagido aplicando um segundo contramomento de guinada na engrenagem de guinada com a segunda engrenagem pinhão, em que o segundo contramomento de guinada opõe ao segundo momento de guinada.
[008] Durante o teste do primeiro subsistema, o primeiro subsistema pode ser retido por um primeiro freio ou um primeiro circuito hidráulico. Por exemplo, o primeiro freio pode reter o primeiro motor, a primeira engrenagem pinhão, ou qualquer outra parte de um trem de acionamento entre o primeiro motor e a primeira engrenagem pinhão.
[009] Durante o teste do segundo subsistema, o segundo subsistema pode ser retido por um segundo freio ou um segundo circuito hidráulico. Por exemplo, o segundo freio pode reter o segundo motor, a segunda engrenagem pinhão, ou qualquer outra parte de um trem de acionamento entre o segundo motor e a segunda engrenagem pinhão.
[010] Durante o teste do primeiro subsistema, o primeiro motor de acionamento pode ser energizado para gerar um primeiro contramomento de guinada que reage ao primeiro momento de guinada por meio da primeira engrenagem pinhão; e/ou, durante o teste do segundo subsistema, o segundo motor de acionamento pode ser energizado para gerar um segundo contramomento de guinada que reage ao segundo momento de guinada por meio da segunda engrenagem pinhão. Neste caso, o primeiro motor de acionamento e/ou o segundo motor de acionamento pode ser um motor elétrico.
[011] Uma magnitude do primeiro momento de guinada pode aumentar durante o teste do primeiro subsistema, e/ou uma magnitude do segundo momento de guinada pode aumentar durante o teste do segundo subsistema.
[012] Determinar uma condição do primeiro subsistema com base no parâmetro de movimento de guinada monitorado pode compreender determinar um parâmetro de momento de guinada indicativo de uma magnitude do primeiro momento de guinada em um ponto quando o parâmetro de movimento de guinada monitorado indicar que a engrenagem de guinada rotacionou, por exemplo, em virtude de o primeiro subsistema ter deslizado ou ter sido contra-acionado.
[013] Determinar uma condição do segundo subsistema com base no parâmetro de movimento de guinada monitorado pode compreender determinar um parâmetro de momento de guinada indicativo de uma magnitude do segundo momento de guinada em um ponto quando o parâmetro de movimento de guinada monitorado indica que a engrenagem de guinada rotacionou, por exemplo, em virtude de o segundo subsistema ter deslizado ou ter sido contra-acionado.
[014] Opcionalmente, o parâmetro de momento de guinada é comparado a um nível previsto a fim de identificar uma condição falha do subsistema que está sendo testado: por exemplo, uma condição falha por emperramento associada com um alto parâmetro de momento de guinada, ou uma condição falha por folga associada com um baixo parâmetro de momento de guinada.
[015] Cada um dentre o primeiro e segundo subsistemas pode ter uma pluralidade de motores e uma pluralidade de engrenagens pinhão, cada motor da pluralidade de motores sendo acoplado à engrenagem de guinada por meio de uma respectiva engrenagem pinhão. Durante o teste do primeiro subsistema, os momentos de guinada podem ser simultaneamente aplicados à engrenagem de guinada por cada um dos motores do segundo subsistema por meio de suas respectivas engrenagens pinhão e reagidos por cada uma das engrenagens pinhão do primeiro subsistema, e/ou durante o teste do segundo subsistema, os momentos de guinada podem ser simultaneamente aplicados à engrenagem de guinada por cada um dos motores do primeiro subsistema por meio de suas respectivas engrenagens pinhão e reagidos por cada uma das engrenagens pinhão do segundo subsistema.
[016] A turbina eólica pode compreender pelo menos dois rotores, em que a engrenagem de guinada é acoplada aos rotores de forma que a rotação da engrenagem de guinada leve à rotação de guinada dos rotores. Alternativamente, a turbina eólica pode ter apenas um único rotor.
[017] A turbina eólica pode compreender uma torre com uma estrutura de suporte, o rotor sendo montado na estrutura de suporte, e rotação da engrenagem de guinada levando à rotação de guinada da estrutura de suporte em torno de um eixo longitudinal da torre, ou um eixo vertical.
[018] Um aspecto adicional da invenção provê um método para testar e controlar uma turbina eólica, o método compreendendo: testar um sistema de guinada da turbina eólica realizando o método de teste do primeiro aspecto; e, após testar o sistema de guinada, controlar uma posição de guinada do rotor aplicando simultaneamente momentos de controle de guinada à engrenagem de guinada com o primeiro e segundo motores de acionamento por meio da primeira e segunda engrenagens pinhão respectivamente de forma que a rotação da engrenagem de guinada leve à rotação de guinada do rotor. Dessa forma, durante o teste, os subsistemas aplicam momentos de guinada opostos na engrenagem de guinada de forma que eles ajam um contra o outro; e, após o teste, os subsistemas agem conjuntamente e aplicam momentos de não guinada opostos na engrenagem de guinada.
[019] Um aspecto adicional da invenção provê um método para testar e controlar uma turbina eólica, o método compreendendo: testar um sistema de guinada da turbina eólica realizando o método de teste do primeiro aspecto; e, se uma condição falha for determinada pelo método de teste, reduzir a potência da turbina eólica, realizando uma parada controlada da turbina eólica ou impedindo que a turbina eólica inicie.
[020] Um aspecto adicional da invenção provê um sistema de teste para testar um sistema de guinada de uma turbina eólica, em que o sistema de teste é arranjado para testar o sistema de guinada realizando o método do primeiro aspecto.
[021] Um aspecto adicional da invenção provê uma turbina eólica compreendendo: um rotor; um sistema de guinada compreendendo uma engrenagem de guinada acoplada ao rotor de forma que a rotação da engrenagem de guinada leve à rotação de guinada do rotor, primeiro e segundo subsistemas, o primeiro subsistema compreendendo uma primeira engrenagem pinhão e um primeiro motor de acionamento acoplado à engrenagem de guinada pela primeira engrenagem pinhão, o segundo subsistema compreendendo uma segunda engrenagem pinhão e um segundo motor de acionamento acoplado à engrenagem de guinada pela segunda engrenagem pinhão; e um sistema de teste de acordo com o aspecto anterior arranjado para testar o sistema de guinada.
[022] O sistema de guinada pode compreender adicionalmente um primeiro freio ou um primeiro circuito hidráulico arranjado para reter o primeiro subsistema; e um segundo freio ou um segundo circuito hidráulico arranjado para reter o segundo subsistema.
[023] A turbina eólica pode compreender pelo menos dois rotores, em que a engrenagem de guinada é acoplada aos rotores de forma que a rotação da engrenagem de guinada leve à rotação de guinada dos rotores.
[024] Um aspecto adicional da invenção provê um produto programa de computador diretamente carregável em uma memória acessível por um controlador, o produto programa de computador compreendendo instruções para realizar as etapas do primeiro aspecto quando o produto programa de computador estiver rodando no controlador.
Breve Descrição dos Desenhos
[025] Modalidades da invenção serão agora descritas com referência aos desenhos anexos, em que: - a Figura 1 mostra uma porção de uma turbina eólica de acordo com uma modalidade da presente invenção; - a Figura 2 mostra uma vista esquemática de um sistema de guinada de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção; - a Figura 3 mostra um controlador conectado aos circuitos hidráulicos;
- a Figura 4 mostra o sistema de guinada da Figura 2 com freios de guinada por atrito; e - a Figura 5 mostra um sistema de guinada com múltiplos motores de acionamento por subsistema.
Descrição Detalhada das Modalidades
[026] A Figura 1 mostra uma turbina eólica 100. A turbina eólica 100 compreende uma torre 102, apenas a porção do topo da qual é mostrada. A base da torre 102 poderia ser montada no chão; ou a turbina eólica poderia ser uma turbina fora da costa, em cujo caso a fundação poderia ser fixada no fundo do mar, ou de modo flutuante.
[027] A turbina eólica 100 compreende adicionalmente um mancal de guinada 104 que carrega dois braços de suporte 108a, 108b. O mancal de guinada 104 permite rotação de guinada 105 dos braços de suporte 108a, 108b em torno de um eixo pivô vertical 106 alinhado com um eixo longitudinal da torre 102 em um sentido horário ou anti-horário.
[028] Cada um dos braços de suporte 108a, 108b carrega um respectivo rotor 110a, 110b. Os rotores 110a, 110b são configurados para rodar para gerar energia elétrica a partir do vento. Embora dois rotores 110a, 110b estejam ilustrados na Figura 1, percebe-se que apenas um rotor pode ser carregado pela torre 102, ou mais de dois rotores podem estar presentes - por exemplo, pode haver dois pares de rotores como mostrado em WO-A1- 2018/157897, cada par de rotores carregado por um respectivo par de braços de suporte. Nesta modalidade, cada par de rotores e seu respectivo par de braços de suporte pode ser controlado por um respectivo sistema de guinada, de forma que cada sistema de guinada seja independente do(s) outro(s), isto é, eles podem guinar para diferentes ângulos.
[029] De volta à Figura 2, é mostrado um sistema de guinada que controla a rotação de guinada dos braços de suporte 108a, 108b. O sistema de guinada compreende uma engrenagem de guinada 202 acoplada aos rotores 110a, 110b por meio dos braços de suporte 108a, 108b de forma que a rotação da engrenagem de guinada 202 leve à rotação de guinada 105 dos braços de suporte 108a, 108b e seus rotores associados 110a, 110b.
[030] O sistema de guinada compreende primeiro e segundo subsistemas independentes e desacoplados 204a, 204b que agem ambos na engrenagem de guinada 202. O primeiro subsistema 204a compreende uma primeira engrenagem pinhão 206a, e um primeiro motor de acionamento 208a acoplado à engrenagem de guinada 202 pela primeira engrenagem pinhão 206a. O segundo subsistema 204b compreende uma segunda engrenagem pinhão 206b, e um segundo motor de acionamento 208b acoplado à engrenagem de guinada 202 pela segunda engrenagem pinhão 206b. As primeira e segunda engrenagens pinhão 206a, 206b engrenam com a engrenagem de guinada 202 de maneira tal que a rotação da engrenagem de guinada 202 leve à rotação das primeira e segunda engrenagens pinhão 206a, 206b e vice-versa.
[031] No caso da Figura 2, nenhuma caixa de engrenagem é mostrada, mas, em uma modalidade alternativa, pode haver uma caixa de engrenagem entre cada motor de acionamento e seu respectivo pinhão.
[032] Cada motor 208a, 208b é controlado por um respectivo circuito hidráulico. Cada circuito hidráulico compreende uma bomba 401a, 401b acoplada a um tanque de óleo 410. Neste caso, os circuitos hidráulicos compartilham um único tanque de óleo 410, mas, alternativamente, cada sistema hidráulico pode ter seu próprio tanque de óleo dedicado. Neste caso, os circuitos hidráulicos têm bombas dedicadas, mas, alternativamente, os sistemas hidráulicos podem compartilhar uma única bomba.
[033] Cada bomba pressuriza seu respectivo circuito hidráulico por meio de uma respectiva válvula de direção 402a, 402b. Cada válvula de direção 402a, 402b tem três ajustes: um primeiro ajuste de acionamento no qual ela conecta a linha de alta pressão da bomba a um primeiro lado do motor; um segundo ajuste de acionamento no qual ela conecta a linha de alta pressão da bomba a um segundo lado do motor; e um ajuste fechado no qual o fluxo de óleo é bloqueado a favor e contra o motor. Os ajustes de acionamento permitem que cada motor seja ativamente acionado e qualquer direção. O ajuste fechado provê uma função de retenção que restringe o motor.
[034] Cada circuito hidráulico também tem uma respectiva válvula de alívio 403a, 403b que é normalmente fechada. Se a pressão que está sendo aplicada através do motor de acionamento 208a, 208b for muito alta (se a pressão exceder um limiar, por exemplo), então a válvula de alívio 403a, 403b abre, reduzindo a pressão através do motor de acionamento e protegendo o sistema contra sobrecarga.
[035] Dessa forma, as válvulas de direção 402a, 402b provêm o sistema de guinada com uma função de retenção (por meio dos seus ajustes fechados) para impedir rotação de guinada para momentos de guinada abaixo do limiar das válvulas de alívio, e as válvulas de alívio 403a, 403b provêm o sistema de guinada com uma função de patinação de guinada para momentos de guinada acima do limiar das válvulas de alívio.
[036] O limiar das válvulas de alívio é incorporado no projeto da turbina eólica 100 e/ou adquirido por meio de calibração ou medição. Durante os procedimentos de teste descritos a seguir, o limiar das válvulas de alívio pode ser definido em um nível normal, ou em um nível reduzido que é menor que o nível normal.
[037] O sistema de guinada da Figura 2 é testado usando o procedimento de teste seguinte. Os dois subsistemas são testados individualmente. O teste de cada subsistema é similar, e assim apenas o procedimento de teste para o primeiro subsistema será descrito em detalhe.
[038] Para testar o primeiro subsistema 204a, a válvula de direção 402a é fechada e a válvula de direção 402b é aberta com a bomba 401b energizada de forma que o segundo motor de acionamento 208b aplique um primeiro momento de guinada 220b na engrenagem de guinada 202 por meio da segunda engrenagem pinhão 206b. Este primeiro momento de guinada 220b é transmitido ao primeiro subsistema por meio da engrenagem de guinada 202. Uma vez que a válvula de direção 402a é fechada, o primeiro momento de guinada 220b é reagido pela primeira engrenagem pinhão 206a - em outras palavras, a primeira engrenagem pinhão 206a aplica um contramomento de guinada igual e oposto 220a de maneira que forças fiquem em equilíbrio e não haja rotação de guinada.
[039] O segundo motor de acionamento 208b tem a potência elevada de forma que a magnitude do primeiro momento de guinada 220b aumenta até que a diferença de pressão através da válvula de alívio 403a do primeiro subsistema seja aberta pela maior pressão, em cujo ponto óleo escoa através da válvula de alívio aberta 403a, e os motores 208a, 208b, engrenagem de guinada 202 e engrenagens pinhão 206a, 206b rodem. Tal rotação é referida como “deslizamento” ou “patinação”.
[040] A potência pode ser elevada aumentando gradualmente a pressão na bomba 401b, consequentemente aumentando a pressão no circuito hidráulico.
[041] Um parâmetro de movimento de guinada indicativo de tal rotação de deslizamento ou patinação da engrenagem de guinada 202 é monitorado, e uma condição do primeiro subsistema 204a com base no parâmetro de movimento de guinada monitorado é então determinada. Por exemplo, a condição pode ser determinada com base em um parâmetro de momento de guinada indicativo da magnitude do primeiro momento de guinada sendo aplicado no ponto no tempo quando o parâmetro de movimento de guinada monitorado indica que a engrenagem de guinada está rodando.
[042] Um exemplo do parâmetro de momento de guinada é a diferença de pressão através do segundo motor de acionamento 208b. Outros métodos de medição do parâmetro de momento de guinada são medir a diferença de pressão através da bomba com um sensor de pressão, medir a potência da bomba, ou medir o torque em um eixo da engrenagem pinhão com um sensor de torque.
[043] Exemplos do parâmetro de movimento de guinada monitorado incluem obter a orientação da guinada a partir de um sensor de posição de guinada, ou obter valores operacionais do sistema de guinada. O sensor de posição de guinada pode ser um codificador ou resolvedor acoplado a um dos motores de acionamento. Os valores operacionais podem ser valores relacionados ao fluxo de fluido em um dos circuitos hidráulicos, ou corrente em um sistema de guinada elétrico (descrito a seguir). Ou seja, se a engrenagem de guinada 202 for rotacionada, o acionamento de guinada hidráulico ou elétrico pode gerar um fluxo de fluido mensurável no circuito hidráulico ou uma corrente elétrica de um motor elétrico, respectivamente. Dessa forma, o parâmetro de movimento de guinada monitorado pode ser usado para determinar se a engrenagem de guinada 202, ou qualquer outra parte rotacionável da turbina eólica (por exemplo, os braços de suporte 108a, 108b) rotacionou pelo momento de guinada aplicado 220b.
[044] Quando o parâmetro de movimento de guinada monitorado indica deslizamento ou patinação da rotação da engrenagem de guinada 202, a magnitude do primeiro momento de guinada 220b no ponto de patinação é comparado a um nível de deslizamento previsto. Se esta comparação produzir uma diferença significante, então uma condição falha é detectada. Por exemplo, se o primeiro momento de guinada no ponto de patinação for maior que o nível de deslizamento previsto, então o sistema de guinada tem uma condição falha “por emperramento”, e, se o primeiro momento de guinada no ponto de patinação for menor que o nível de deslizamento previsto, então o sistema de guinada tem uma condição falha “por folga”. Uma determinação como essa é indicativa de uma falha no sistema de guinada e investigação e ação adicional será exigida. Por exemplo, a turbina eólica pode ter a potência reduzida ou parar, ou a falha pode ser comunicada a um operador humano por meio de um monitor, por exemplo. Alternativamente, o procedimento de teste de guinada poderia ser executado imediatamente antes de a turbina começar a operar. Nesse cenário, se uma falha for detectada, o(s) rotor(s) acoplado(s) ao sistema de guinada com problema não poderá(ão) iniciar a operação.
[045] No exemplo anterior que descreve o teste do primeiro subsistema 204a, uma falha pode existir no primeiro subsistema 204a, ou pode existir na engrenagem de guinada 202.
[046] Uma condição falha pode surgir por causa de: o sistema de guinada sendo travado manualmente para efeitos de manutenção e o destravamento tendo sido esquecido; condições ambientes, tais como condições de temperatura especiais, que afetam as propriedades de atrito do mancal de guinada; uma falha em um sistema de acionamento do sistema de guinada, por exemplo, um defeito na válvula de pressão no circuito hidráulico; ou se um controlador não tiver liberado um freio de guinada que age na engrenagem de guinada por causa de uma falha de software.
[047] Apenas o primeiro subsistema pode ser testado como aqui descrito, mas, mais tipicamente, após o primeiro subsistema ter sido testado, o segundo subsistema é testado de uma maneira similar: ao aplicar um segundo momento de guinada na engrenagem de guinada 202 com o primeiro motor de acionamento 208a por meio da primeira engrenagem pinhão 206a, reagir o segundo momento de guinada com a segunda engrenagem pinhão 206b, monitorar um parâmetro de movimento de guinada indicativo de rotação da engrenagem de guinada 202, e determinar uma condição do segundo subsistema 204b com base no parâmetro de movimento de guinada monitorado. Por exemplo, a condição pode ser baseada na magnitude do segundo momento de guinada sendo aplicado quando o parâmetro de movimento de guinada monitorado indicar que a engrenagem de guinada está rodando.
[048] A Figura 3 ilustra um sistema de teste para testar o sistema de guinada aqui descrito. O sistema de teste compreende um controlador 404 eletricamente conectado a cada uma das válvulas 402a,b, 403a,b e cada uma das bombas 401a,b.
[049] O controlador 404 é um sistema de computador operável para controlar as válvulas e bombas para realizar os procedimentos de teste descritos acima. Mais especificamente: uma memória 405 contém um produto programa de computador diretamente carregável na memória 405 e acessível pelo controlador 404, o produto programa de computador compreendendo instruções para realizar os procedimentos de teste descritos acima quando o produto programa de computador estiver rodando no controlador 404.
[050] Os procedimentos de teste descritos acima podem ser realizados durante operação normal da turbina eólica, quando ela estiver gerando energia elétrica. Entretanto, mais tipicamente, os procedimentos de teste descritos acima não devem ser realizados durante operação normal da turbina eólica. Em outras palavras, a turbina eólica não está gerando energia elétrica à medida que os procedimentos de teste são realizados, e os rotores estão parados ou em marcha lenta, de forma que pouco ou nenhum empuxo está sendo gerado pelos rotores. De fato, os procedimentos de teste podem mesmo ser aplicados ao sistema de controle de guinada antes de ele ser instalado na torre junto com os rotores.
[051] O controlador 404 é também operável durante operação normal (isto é, quando a turbina eólica está gerando energia) para controlar as válvulas e bombas de forma que o primeiro e segundo subsistemas 204a,b são acionados juntos para rodar os rotores em ângulos de guinada desejados - em outras palavras, para prover guiada ativa. Dessa forma, durante operação normal, a posição de guinada dos rotores é controlada aplicando simultaneamente momentos de controle de guinada na engrenagem de guinada 202 com o primeiro e segundo motores de acionamento por meio das primeira e segunda engrenagens pinhão, respectivamente, de forma que a rotação da engrenagem de guinada leve à rotação de guinada dos rotores em um ângulo de guinada desejado.
[052] Na modalidade da Figura 3, cada válvula de alívio tem um limiar que pode ser ajustado remotamente por meio de um sinal de controle do controlador 404.
[053] Durante os procedimentos de teste descritos acima, o limiar da válvula de alívio (e o nível de deslizamento previsto associado) para o subsistema em teste pode ser definido pelo controlador 404 em um nível normal, ou em um nível reduzido que é menor que o nível normal.
[054] Durante os procedimentos de teste descritos acima, o limiar da válvula de alívio para o subsistema que aplica o momento de guinada pode ser definido pelo controlador 404 no nível normal.
[055] Durante a guinada ativa descrita acima, o limiar de ambas as válvulas de alívio pode ser definido pelo controlador no nível normal.
[056] Em uma modalidade alternativa, as válvulas de alívio podem ter apenas ajuste manual. Neste caso, o limiar de ambas as válvulas de alívio seria definido apenas para o nível normal de deslizamento.
[057] A Figura 4 ilustra um sistema similar ao mostrado na Figura 2, os mesmos números de referência sendo usados para indicar componentes equivalentes. O sistema da Figura 4 difere da Figura 2 em que o primeiro subsistema compreende um primeiro freio de guinada por atrito 300a que age na primeira engrenagem pinhão 206a, ou qualquer outra parte do trem de acionamento que acopla o primeiro motor 208a à engrenagem de guinada 202. Similarmente, o segundo subsistema compreende um segundo freio de guinada por atrito 300b com uma função equivalente. Os freios de guinada 300a,b são operados para reter os primeiro e segundo subsistemas respectivamente tanto para substituir as funções de retenção dos circuitos hidráulicos, quanto suplementá-las. Neste caso, o teste dos primeiro e segundo subsistemas pode ser usado para testar a função de retenção dos freios de guinada 300a,b.
[058] A Figura 4 mostra freios de guinada que atuam nos subsistemas individuais, mas opcionalmente o sistema de controle de guinada pode ter um freio de guinada adicional que age na engrenagem de guinada 202, em vez de um dos subsistemas. Neste caso, o teste dos primeiro ou segundo subsistemas também verifica se o freio de guinada adicional não foi liberado por causa de uma falha de software.
[059] As Figuras 2-4 mostram um sistema de controle de guinada com motores de acionamento hidráulicos, mas, em uma modalidade alternativa, o sistema de controle de guinada pode ser um sistema de controle de guinada elétrico que usa motores de acionamento elétricos. Neste caso, cada subsistema tem um motor elétrico que aciona um eixo de entrada em um lado de alta velocidade de uma caixa de engrenagem, e um eixo de saída em um lado de baixa velocidade da caixa de engrenagem aciona a engrenagem pinhão. Nas modalidades hidráulicas das Figuras 2-4, o trem de acionamento que acopla o motor hidráulico à engrenagem de guinada consiste apenas na engrenagem pinhão, mas, onde uma caixa de engrenagem é provida, então o trem de acionamento compreende não apenas a engrenagem pinhão, mas também a caixa de engrenagem. Um freio de guinada por atrito age no motor de acionamento elétrico, ou parte do trem de acionamento, para prover a função de retenção necessária para cada subsistema. Neste caso, o teste dos primeiro e segundo subsistemas verifica a operação dos freios de guinada por atrito e seus motores e trens de acionamento associados.
[060] Em uma outra modalidade (não ilustrada), o sistema de controle de guinada elétrico pode usar um método de controle ativo no qual os motores elétricos são energizados para gerar o contramomento de guinada e prover a função de retenção, em vez de usar freios de atrito ou um circuito hidráulico. Cada motor elétrico tem um codificador que produz a posição do motor. Um sistema de controle de circuito fechado opera o motor elétrico da maneira necessária para manter a posição do motor em um ponto de definição associado com um ângulo de guinada desejado. Dessa forma, motores elétricos aplicam continuamente um contratorque em uma ou outra direção para reter os rotores nos ângulos de guinada desejados determinados pelo ponto de ajuste. O sistema de controle de circuito fechado é programado com uma saturação no torque que limita o contratorque que pode ser aplicado pelos motores elétricos. Quando o sistema de controle de circuito fechado é solicitado a aplicar um contratorque acima desse limiar (por exemplo, por causa de uma grande rajada de vento durante operação normal, ou quando a magnitude do momento de guinada aplicado aumenta durante o procedimento de teste descrito acima) então o contratorque solicitado não será aplicado de forma que o motor elétrico será contra-acionado pelo momento de guinada aplicado pelo outro motor elétrico. Este contra-acionamento é análogo ao deslizamento ou patinação descritos acima, e permite que o ângulo de guinada mude e impede que cargas de torque excessivas sejam transmitidas para a torre. A função de contra- acionamento é testada realizando os procedimentos de teste descritos acima.
[061] Nas modalidades descritas acima, o sistema de controle de guinada tem apenas dois subsistemas. Em outras modalidades, pode haver três ou mais subsistemas que podem ser testados em várias maneiras diferentes. Por exemplo, cada subsistema poderia ser testado aplicando simultaneamente momentos de guinada à engrenagem de guinada com alguns ou todos os outros subsistemas e reagindo o(s) momento(s) de guinada aplicado(s) com o subsistema que está sendo testado. Alternativamente, cada subsistema poderia ser testado aplicando um momento de guinada à engrenagem de guinada com apenas um dos outros subsistemas, os demais subsistemas sendo “com folga” durante o processo de teste – isto é, sem aplicar torque à engrenagem de guinada ou reagir ao torque pela engrenagem de guinada.
[062] Nas Figuras 2-4, cada subsistema tem apenas um único motor de acionamento hidráulico e uma única engrenagem pinhão, mas, em uma modalidade alternativa mostrada na Figura 5, cada subsistema tem múltiplos motores de acionamento hidráulicos, 208a e 209a, 208b e 209b, cada qual tendo uma engrenagem pinhão associada (não mostrada). Neste caso, existem dois motores de acionamento por subsistema, mas o princípio pode ser estendido para prover qualquer número, por exemplo, dezesseis motores de acionamento por subsistema. Os motores de acionamento de cada subsistema são conectados em paralelo ao seu circuito hidráulico de forma que eles possam ser acionados juntos para aplicar simultaneamente momentos de guinada à engrenagem de guinada, ou travados pelas suas válvulas de direção para reagir simultaneamente aos momentos de guinada aplicados pelo outro subsistema.
[063] Cada subsistema é testado operando todos os motores do outro subsistema para aplicar momentos de guinada que são reagidos pelo subsistema em teste. Assim, neste caso, o método de teste não identifica uma falha em um motor ou engrenagem pinhão individual, mas identifica apenas que uma falha está presente em alguma parte do subsistema em teste: por exemplo, em um motor ou uma engrenagem pinhão, ou na válvula de alívio do sistema hidráulico.
[064] Embora a invenção tenha sido aqui descrita com referência a uma ou mais modalidades preferidas, percebe-se que várias mudanças ou modificações podem ser feitas sem fugir do escopo da invenção definido nas reivindicações anexas.
Claims (18)
1. MÉTODO PARA TESTAR UM SISTEMA DE GUINADA DE UMA TURBINA EÓLICA, caracterizado pelo fato de que a turbina eólica compreende um rotor; o sistema de guinada compreendendo uma engrenagem de guinada acoplada ao rotor de forma que a rotação da engrenagem de guinada leve à rotação de guinada do rotor, e primeiro e segundo subsistemas, o primeiro subsistema compreendendo uma primeira engrenagem pinhão e um primeiro motor de acionamento acoplado à engrenagem de guinada pela primeira engrenagem pinhão, o segundo subsistema compreendendo uma segunda engrenagem pinhão e um segundo motor de acionamento acoplado à engrenagem de guinada pela segunda engrenagem pinhão, o método compreende: testar o primeiro subsistema pelas ações de: aplicar um primeiro momento de guinada na engrenagem de guinada com o segundo motor de acionamento por meio da segunda engrenagem pinhão, reagir o primeiro momento de guinada com a primeira engrenagem pinhão, monitorar um parâmetro de movimento de guinada indicativo de rotação da engrenagem de guinada, e determinar uma condição do primeiro subsistema com base no parâmetro de movimento de guinada monitorado.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: testar o segundo subsistema pelas ações de: aplicar um segundo momento de guinada na engrenagem de guinada com o primeiro motor de acionamento por meio da primeira engrenagem pinhão, reagir o segundo momento de guinada com a segunda engrenagem pinhão, monitorar um parâmetro de movimento de guinada indicativo de rotação da engrenagem de guinada, e determinar uma condição do segundo subsistema com base no parâmetro de movimento de guinada monitorado.
3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, durante o teste do primeiro subsistema, o primeiro subsistema é retido por um primeiro freio ou um primeiro circuito hidráulico, e/ou durante o teste do segundo subsistema o segundo subsistema é retido por um segundo freio ou um segundo circuito hidráulico.
4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que, durante o teste do primeiro subsistema, o primeiro motor de acionamento ou a primeira engrenagem pinhão é retido(a) por um primeiro freio ou um primeiro circuito hidráulico, e/ou, durante o teste do segundo subsistema, o segundo motor de acionamento ou a segunda engrenagem pinhão é retido(a) por um segundo freio ou um segundo circuito hidráulico.
5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, durante o teste do primeiro subsistema, o primeiro motor de acionamento é energizado para gerar um primeiro contramomento de guinada que reage ao primeiro momento de guinada por meio da primeira engrenagem pinhão; e/ou, durante o teste do segundo subsistema, o segundo motor de acionamento é energizado para gerar um segundo contramomento de guinada que reage ao segundo momento de guinada por meio da segunda engrenagem pinhão.
6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma magnitude do primeiro momento de guinada aumenta durante o teste do primeiro subsistema e/ou uma magnitude do segundo momento de guinada aumenta durante o teste do segundo subsistema.
7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que determinar uma condição do primeiro subsistema com base no parâmetro de movimento de guinada monitorado compreende determinar um parâmetro de momento de guinada indicativo de uma magnitude do primeiro momento de guinada em um ponto quando o parâmetro de movimento de guinada monitorado indicar que a engrenagem de guinada rotacionou; e/ou determinar uma condição do segundo subsistema com base no parâmetro de movimento de guinada monitorado compreende determinar um parâmetro de momento de guinada indicativo de uma magnitude do segundo momento de guinada em um ponto quando o parâmetro de movimento de guinada monitorado indicar que a engrenagem de guinada rotacionou.
8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de momento de guinada é comparado a um nível previsto a fim de identificar uma condição falha.
9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que cada um dentre o primeiro e segundo subsistemas tem uma pluralidade de motores e uma pluralidade de engrenagens pinhão, cada motor da pluralidade de motores é acoplado à engrenagem de guinada por meio de uma respectiva engrenagem pinhão, durante o teste do primeiro subsistema, momentos de guinada são simultaneamente aplicados na engrenagem de guinada por cada um dos motores do segundo subsistema por meio de suas respectivas engrenagens pinhão e reagidos por cada uma das engrenagens pinhão do primeiro subsistema, e/ou, durante o teste do segundo subsistema, momentos de guinada são simultaneamente aplicados na engrenagem de guinada por cada um dos motores do primeiro subsistema por meio de suas respectivas engrenagens pinhão e reagidos por cada uma das engrenagens pinhão do segundo subsistema.
10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a turbina eólica compreende pelo menos dois rotores, em que a engrenagem de guinada é acoplada aos rotores de forma que a rotação da engrenagem de guinada leve à rotação de guinada dos rotores.
11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a turbina eólica compreende uma torre com uma estrutura de suporte, o rotor é montado na estrutura de suporte, e a rotação da engrenagem de guinada leva à rotação de guinada da estrutura de suporte em torno de um eixo longitudinal da torre.
12. MÉTODO para testar e controlar uma turbina eólica, o método caracterizado pelo fato de que compreende: - testar um sistema de guinada da turbina eólica realizando o método de teste de qualquer uma das reivindicações anteriores; e - após testar o sistema de guinada, controlar uma posição de guinada do rotor simultaneamente aplicando momentos de controle de guinada na engrenagem de guinada com os primeiro e segundo motores de acionamento por meio das primeira e segunda engrenagens pinhão respectivamente de forma que a rotação da engrenagem de guinada leve à rotação de guinada do rotor.
13. MÉTODO para testar e controlar uma turbina eólica, o método caracterizado pelo fato de que compreende: - testar um sistema de guinada da turbina eólica realizando o método de teste, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11; e - se uma condição falha for determinada pelo método de teste, reduzir a potência da turbina eólica, realizando uma parada controlada da turbina eólica ou impedindo que a turbina eólica inicie a operação.
14. SISTEMA DE TESTE PARA TESTAR UM SISTEMA DE GUINADA DE UMA TURBINA EÓLICA, caracterizado pelo fato de que o sistema de teste é arranjado para testar o sistema de guinada realizando o método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11.
15. TURBINA EÓLICA, caracterizada pelo fato de que compreende: um rotor; um sistema de guinada compreendendo uma engrenagem de guinada acoplada ao rotor de forma que a rotação da engrenagem de guinada leve à rotação de guinada do rotor, primeiro e segundo subsistemas, o primeiro subsistema compreendendo uma primeira engrenagem pinhão e um primeiro motor de acionamento acoplado à engrenagem de guinada pela primeira engrenagem pinhão, o segundo subsistema compreendendo uma segunda engrenagem pinhão e um segundo motor de acionamento acoplado à engrenagem de guinada pela segunda engrenagem pinhão; e um sistema de teste, de acordo com a reivindicação 14 arranjado para testar o sistema de guinada realizando o método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11.
16. TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que o sistema de guinada compreende adicionalmente um primeiro freio ou um primeiro circuito hidráulico arranjado para reter o primeiro motor ou a primeira engrenagem pinhão; e um segundo freio ou um segundo circuito hidráulico arranjado para reter o segundo motor ou a segunda engrenagem pinhão.
17. TURBINA EÓLICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 ou 16, caracterizada pelo fato de que a turbina eólica compreende pelo menos dois rotores, em que a engrenagem de guinada é acoplada aos rotores de forma que a rotação da engrenagem de guinada leve à rotação de guinada dos rotores.
18. PRODUTO PROGRAMA DE COMPUTADOR
DIRETAMENTE CARREGÁVEL EM UMA MEMÓRIA ACESSÍVEL POR UM CONTROLADOR, o produto programa de computador caracterizado pelo fato de que compreende instruções para realizar as etapas do método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 12 ou 13 quando o produto programa de computador roda no controlador.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B06W | Patent application suspended after preliminary examination (for patents with searches from other patent authorities) chapter 6.23 patent gazette] |