BRPI0907167B1

BRPI0907167B1 - Pá do rotor para uma instalação de força eólica, método para fabricação da mesma, cubo do rotor e mancal de passo

Info

Publication number: BRPI0907167B1
Application number: BRPI0907167-9A
Authority: BR
Inventors: Tommy Sorensen
Original assignee: Lm Glasfiber A/S
Priority date: 2008-01-14
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2020-09-29
Also published as: EP2238344A2; BRPI0907167A2; CN101918706A; WO2009089833A2; WO2009089833A3; DK2238344T3; US8545182B2; EP2238344B1; CN101918706B; EP2078851A1; US20100290912A1

Abstract

pá do rotor de turbina de vento e montagem de cubo do rotor. a presente invenção refere -se a uma pá do rotor de turbina de vento com pelo menos dois elementos de conexão tais como buchas e/ou barras rosqueadas na raiz da dita pá do rotor para fixar a dita pá do rotor em um cubo do rotor.os elementos de conexão são colocados ao longo da superfície da pá do rotor e pelo menos alguns dos ditos elementos de conexão não são paralelos e , portanto orientados em direções diferentes. com isso, obtém -se que a seção da raiz da pá do rotor possa ser reduzida e a máxima corda da pá do rotor da turbina de vento pode ser movida mais próximas ao cubo do rotor por meio disso a parte da pá do rotor que explora o vento é aumentada e a produção de força similarmente aumentada. a presente invenção ainda refere-se a um mancal com dois ou mais buracos para posicionamento de elementos de fixação para preencher uma pá do rotor da turbina de vento no mancal. aqui de maneira diferentes de modo que os elementos de fixação posicionados nos buracos não são paralelos e se estendem em diferentes posições diferentes.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a uma pá do rotor de turbina para uma instalação de energia eólica e sua conexão em um mancai e um cubo do rotor para uma instalação de energia eólica.

ANTECEDENTES

[002] As pás do rotor para uma instalação de energia eólica são, na maior parte, formadas como perfis aerodinâmicos a fim de explorar a força do vento perfeitamente. As pás do rotor são conectadas no cubo do rotor, frequentemente, através de um ou mais mancais, por meio disso as cargas são transferidas para o cubo do rotor e até certo grau para o eixo do rotor. As cargas compreendem igualmente as forças rotacionais (intencionais), forças centrífugas, forças de gravidade e forças, cargas e momentos que surgem fora da ação do vento nas pás do rotor do rotor. As pás do rotor da turbina de vento podem ser rigidamente conectadas no cubo do rotor, mas as turbinas de vento mais modernas podem regular e ajustar a posição das pás do rotor, por exemplo, pela regulação do passo e/ou pela formação dos anéis internos. Portanto, as pás do rotor são frequentemente conectadas no cubo do rotor através de mancais de algum tipo, por exemplo, um mancai de passo circular que permite que cada pá do rotor seja girada ao redor do seu eixo geométrico de passo.

[003] Atualmente, pás do rotor de turbina de vento são tipicamente feitas de laminados reforçados com fibra a fim de obter construções fortes, porém leves. Tais pás do rotor são conectadas no mancai circular no cubo do rotor por meio de um número de hastes ou parafusos que se estendem da raiz da pá do rotor em paralelo ao eixo geométrico de passo e sendo presos na pá do rotor por buchas ou cunhas embutidas no laminado da pá do rotor. Em tentativas para resolver o problema da garantia de um engate apropriado das buchas e obtenção de uma transferência de carga apropriada para o laminado circundante, projetos diferentes das buchas e do laminado construídos foram sugeridos, por exemplo, WO 2003/082551, WO 2004/110862, WO 2006/070171; entretanto, ainda permanece um campo para a pesquisa contínua.

[004] A fixação das hastes na pá do rotor e a transferência da carga da pá do rotor para o cubo do rotor também exigem que a pá do rotor seja formada com um cilindro de raiz reto de certo comprimento mínimo, no qual as buchas são colocadas. O cilindro da raiz é então transformado na parte aerodinamicamente otimizada da pá do rotor. A seção da raiz - definida como a parte da pá do rotor que se estende do cubo do rotor e a raiz verdadeira da pá do rotor para a posição do perfil da pá do rotor com corda máxima pode ser na ordem de 10 m em uma pá do rotor de 60 m de comprimento. A desvantagem da seção da raiz é naturalmente que as forças do vento não são perfeitamente exploradas nessa região mais próxima do cubo do rotor. Em Wobben, WO 2004/097215, é sugerida a resolução desse problema pela aplicação de uma seção de borda traseira dobrável ou um revestimento que é preso sobre o 'esqueleto' do mancai de carga da pá do rotor.

OBJETIVO E SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[005] Portanto, é um objetivo da presente invenção proporcionar uma pá do rotor para uma instalação de energia eólica e uma montagem e projeto de cubo do rotor que permitam uma melhor extração da força eólica na região próxima do cubo do rotor e onde algumas das desvantagens acima mencionadas são superadas ou reduzidas.

[006] De acordo com um aspecto, a presente invenção se refere a uma pá do rotor para uma instalação de força eólica que compreende pelo menos duas buchas na raiz da dita pá do rotor para prender a dita pá do rotor em um cubo do rotor, e onde as ditas buchas são colocadas ao longo da superfície da pá do rotor, e onde pelo menos algumas das ditas buchas não são paralelas. As buchas consideradas são colocadas, como declarado, ao longo da superfície da pá do rotor, isto é, por exemplo, mais ou menos embutidas ou colocadas no meio de algumas das camadas no laminado no caso de uma pá do rotor feita de compósitos reforçados com fibra ou em outras palavras colocadas substancialmente longitudinais à pá do rotor ou mais ou menos ao longo do comprimento da pá do rotor em contraste ao serem posi cionadas no sentido transversal da espessura da pá do rotor. Também, aqui e por todo o documento, uma bucha é para ser entendida amplamente como um inserto ou furo que de alguma maneira é capaz de receber e fixar ou reforçar algum tipo de elemento de fixação e, portanto, pode dentro do escopo da invenção e como conhecido por um versado na técnica ser na forma de, por exemplo, uma bucha convencional com uma rosca interna, um furo ou um tubo com um pino cruzado etc.

[007] Com isto, é obtido que a seção da raiz da pá do rotor na qual as buchas são colocadas não precisa ser na forma de um cilindro reto circular como é de outra forma, tradicionalmente, o caso quando as buchas estão todas paralelas. Ao invés disso, as buchas podem ser orientadas em direções diferentes e a transição da pá do rotor tendo um perfil de pá do rotor para a extremidade da raiz (que é mais frequentemente circular a fim de se adaptar sobre um mancai circular) pode ser, portanto, mais gradual e forma da de maneira mais livre e natural. Isso é também vantajoso por possibilitar uma pá do rotor com uma seção da raiz muito mais curta e onde o perfil da pá do rotor com um comprimento máximo de corda pode ser trazido muito mais perto do cubo do rotor. Com isso, a produção de força anual para uma pá do rotor de um dado comprimento é aumentada ou alternativamente o mesmo rendimento de força pode ser obtido com pás do rotor mais curtas e, portanto não tão pesadas. Pás do rotor mais curtas são vantajosas na redução do risco de colisão da torre já que as pás do rotor são, frequentemente, muito flexíveis e curvam consideravelmente no vento. A redução do peso das pás do rotor é também vantajoso na redução das cargas nas engrenagens, mancais etc. na instalação de força eólica.

[008] Além do que, como as buchas na pá do rotor de acordo com a invenção podem se estender em direções diferentes consegue-se que a pá do rotor possa ser projetada mais livremente com a possibilidade de obter uma forma melhor, mais natural da pá do rotor evitando curvaturas maiores. Isso é vantajoso na diminuição dos estresses na raiz da pá do rotor, dessa maneira também diminuindo os riscos de danos e desgaste no laminado da pá do rotor, bem como resultando em uma melhor transferência de carga da pá do rotor para o mancai e o cubo do rotor.

[009] Além do mais, como pelo menos algumas das buchas são em ângulo, o comprimento efetivo das buchas (o componente de comprimento ao longo do comprimento da pá do rotor e/ou eixo geométrico de passo) é também diminuído. Isso, por sua vez, implica que o comprimento requerido da seção da raiz da pá do rotor pode ser mais reduzido.

[010] Também, de acordo com o acima, as buchas podem ser descritas em ângulo em tais maneiras que a força requerida para arrancar ou puxar as buchas do laminado circundante é muito grande, com isto obtendo uma montagem mais forte da pá do rotor no cubo do rotor. Isso, por sua vez, implica em que a espessura do laminado da pá do rotor na raiz pode ser diminuída sem implicação na resistência da montagem, por meio disso peso e material podem ser economizados.

[011] Em outra modalidade da invenção, a pá do rotor para uma instalação de força eólica de acordo com o acima compreende buchas distribuídas de maneira não uniforme na extremidade de raiz da pá do rotor. Com isso, é obtido que as buchas possam ser colocadas de acordo com a distribuição das cargas na pá do rotor.

[012] Em uma modalidade adicional, pelo menos algumas das ditas buchas na pá do rotor para uma instalação de força eólica de acordo com o acima são colocadas mais próximas uma da outra no lado afastado do vento e/ou a favor do vento da pá do rotor. Isso é vantajoso já que as buchas colocadas no lado afastado do vento e/ou a favor do vento podem ser embutidas próximas a ou no laminado principal da pá do rotor que facilmente pode absorver as cargas das buchas. Também, as cargas mais elevadas ocorrem no lado afastado do vento e a favor do vento da pá do rotor, pelo que uma concentração mais elevada de buchas aqui é vantajosa. De acordo com a invenção, isso pode ser obtido ao mesmo tempo em que mantendo uma distribuição uniforme das buchas no plano da raiz verdadeira.

[013] Ainda uma modalidade adicional se refere a uma pá do rotor para uma instalação de força eólica de acordo com qualquer um dos acima, onde a seção da raiz da dita pá do rotor não é cilíndrica. Como mencionado acima, uma seção da raiz cilíndrica é desvantajosa na produção de certo comprimento de pá do rotor ineficaz com relação à produção de força. Ao contrário, uma seção da raiz não cilíndrica é vantajosa na produção de uma mudança de forma mais gradual e natural da seção mais interna da pá do rotor.

[014] De acordo com outro aspecto, a presente invenção também se refere a uma pá do rotor para uma instalação de força eólica que compreende pelo menos um inserto na raiz da dita pá do rotor para fixar a dita pá do rotor em um cubo do rotor, onde o(s) dito(s) inserto(s) compreende(m) pelo menos dois furos para fixação de elementos no dito inserto, e onde pelo menos alguns dos ditos furos não são paralelos. Elementos de fixação são aqui e por todo o texto elementos usados para descrever recursos de fixação tais como hastes, pinos, barras e porcas rosqueadas ou parafusos a serem inseridos nas buchas, buracos e/ou insertos na seção da raiz da pá do rotor. Pelo aspecto acima da invenção é evitado que o grande número de buchas precise ser colocado independentemente no laminado da pá do rotor durante a fabricação, o que pode ser um processo difícil e longo para controlar e que é também complicado se algumas ou todas as buchas devem ser orientadas em direções diferentes de acordo com a invenção. Ao invés disso, apenas um ou uns poucos insertos com furos correspondendo com os furos nas buchas podem ser colocados na seção da raiz da pá do rotor. Outras vantagens são obtidas como descrito previamente.

[015] Em outra modalidade o, pelo menos um, inserto é pelo menos parcialmente embutido na pá do rotor para a instalação de força eólica de acordo com o acima, com isso produzindo uma conexão forte entre a pá do rotor e o(s) inserto(s).

[016] Além do que, em outra modalidade o, pelo menos um, inserto compreende um número de cunhas em formato de lingueta, o que é vantajoso na diminuição de quaisquer concentrações de estresse nas zonas de transição entre o inserto e o restante da pá do rotor.

[017] A invenção, além disso, se refere a um mancai de passo que compreende um anel de mancai com dois ou mais buracos para o posicio namento de elementos de fixação para fixação de uma pá do rotor de turbina de vento no dito mancai de passo, onde pelo menos dois dos ditos buracos são orientados em ângulos diferentes, de modo que os elementos de fixação posicionados nos ditos buracos não serão paralelos. Isso é vantajoso por permitir a montagem para uma pá do rotor de turbina de vento que compreende buchas ou insertos para elementos de fixação como descrito acima. O mancai de passo com isso obtido resultaria em uma construção um pouco mais pesada do que um mancai de passo convencional; entretanto, o peso extra possível é colocado relativamente próximo do centro rotacional do rotor. Além disso, a invenção é vantajosa em que o cubo do rotor e os mancais e as buchas como tal (dimensões, construção etc.) podem todos permanecer inalterados à parte os buracos no anel do mancai conectado diretamente na pá do rotor, onde os buracos podem ser perfurados em direções diferentes.

[018] De acordo com outra modalidade, os buracos são feitos no anel do mancai interno do mancai de passo de acordo com o acima. Isso é vantajoso em que isso resulta em um mancai de passo de menor massa do que se os buracos em ângulo fossem feitos no anel de mancai externo.

[019] De acordo com outra modalidade, os buracos em um mancai de passo como descrito acima são alargados perto de uma superfície para obter faces de contato para os elementos de aperto, tais como porcas e/ou cabeças de parafuso dos elementos de fixação posicionados nos ditos buracos.

[020] A invenção também se refere a um cubo do rotor para uma instalação de força eólica que compreende pelo menos uma face de conexão com dois ou mais buracos para o posicionamento de elementos de fixação para fixar uma pá do rotor de turbina de vento na dita face de conexão, onde pelo menos dois dos ditos buracos são orientados em ângulos diferentes, de modo que os elementos de fixação posicionados nos ditos buracos não serão paralelos. As vantagens aqui são como descrito acima para o mancai de passo.

[021] De acordo com outro aspecto, a invenção se refere a um método de produção de uma pá do rotor para uma instalação de força eólica que compreende embutir um número de buchas na seção da raiz da dita pá do rotor, onde pelo menos algumas das ditas buchas não são paralelas. Com isso, uma pá do rotor de turbina de vento com as vantagens previamente mencionadas pode ser obtida.

[022] Em uma modalidade adicional, um método de produção de uma pá do rotor para uma instalação de força eólica de acordo com o acima também compreende embutir pelo menos parcialmente as ditas buchas substancialmente ao longo da superfície da pá do rotor.

[023] Em ainda uma modalidade adicional, um método de produção de uma pá do rotor para uma instalação de força eólica de acordo com o acima ainda compreende embutir, pelo menos, uma cunha atrás das ditas buchas, pelo menos algumas das ditas cunhas sendo de comprimentos diferentes.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[024] No seguinte, modalidades preferidas da invenção serão descritas com referência às figuras, onde

[025] A figura 1 mostra uma pá do rotor de turbina de vento como conhecida na técnica em uma vista em perspectiva,

[026] A figura 2 mostra uma pá do rotor de turbina de vento como conhecida na técnica quando vista a partir da raiz,

[027] A figura 3 mostra uma bucha embutida na extremidade de raiz de uma pá do rotor de turbina de vento como conhecida na técnica em uma vista em corte transversal,

[028] A figura 4 ilustra um mancai de passo como conhecido na técnica em uma vista em corte transversal,

[029] A figura 5 é um esboço de uma pá do rotor de turbina de vento como conhecida na técnica quando vista em uma vista em corte transversal a partir do lado afastado do vento ou a favor do vento,

[030] As figuras 6a e b são esboços de uma pá do rotor de turbina de vento de acordo com uma modalidade da invenção quando vista em uma vista em corte trnasversal a partir do lado afastado do vento ou a favor do vento e da borda traseira, respectivamente,

[031] As figuras 7 e 8 ilustram uma turbina de vento com um número de buchas quando vista a partir da extremidade de raiz de acordo com modalidades diferentes da invenção, e

[032] As figuras 9 e 10 ilustram um mancai de passo com um elemento de fixação,

[033] A figura 11 ilustra outra modalidade do mancai 5 de passo com um elemento de fixação,

[034] As figuras 12-14 ilustram modalidades diferentes de uma placa da raiz ou bloco para fixação de uma pá do rotor da turbina de vento no cubo do rotor,

[035] A figura 15 é um esboço de um cubo do rotor,

[036] A figura 16 ilustra um inserto de bucha com furos rosqueados de acordo com uma modalidade da invenção e

[037] A figura 17 ilustra uma modalidade de uma extremidade da raiz da pá do rotor com as buchas colocadas em uma formação de múltiplos círculos concêntricos.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERIDAS

[038] A figura 1 mostra, em uma vista em perspectiva, uma pá do rotor de turbina de vento 100 da qual a maior parte é formada de acordo com a aerodinâmica para maximizar a absorção da força do vento. A parte da pá do rotor da raiz 101 onde o perfil aerodinâmico atinge sua máxima corda 102 é aqui e no seguinte citada como a seção da raiz 103 da pá do rotor. Essa seção é geralmente formada tanto com a consideração na aerodinâmica, mas também e primariamente de modo que a montagem de pá do rotor no cubo do rotor garanta perfeitamente a melhor transferência de carga possível e o mínimo risco de dano e mínimo desgaste da pá do rotor, dos elementos de fixação 104 e dos mancais no cubo do rotor. A pá do rotor é mais frequentemente conectada no cubo do rotor por um número de elementos de fixação tais como hastes, pinos, barras e porcas rosqueadas ou parafusos 104 (dos quais somente uns poucos são desenhados por clareza) que são inseridos nas buchas 105 na seção da raiz 103. Se barras rosqueadas são usadas, elas poderiam também ser diretamente embutidas no laminado da pá do rotor. A extremidade da raiz 101 é mais frequentemente circular, se encaixando sobre um mancai circular no cubo do rotor. As hastes e as buchas 105, das quais podem existir na ordem de 40-60, são igualmente distribuídas ao redor da raiz circular 101 e se estendem na mesma direção perpendicular ao plano da raiz 107 e paralelas ao eixo geométrico de passo se a pá do rotor é regulada no passo. A parte da seção da raiz mais próxima do cubo do rotor é formada como um cilindro circular verdadeiro ou reto 108 no qual as buchas 105 são colocadas. O comprimento do cilindro da raiz 108 é dimensionado pelo comprimento necessário das buchas e das cunhas. O cilindro de raiz é então gradualmente alterado para o perfil aerodinâmico em tal maneira que a geometria externa da pá do rotor não muda muita abruptamente com curvaturas muito grandes. Isso produz, entretanto, uma seção da pá do rotor com propriedades aerodinâmicas relativamente insuficientes, o que é especialmente um problema na borda traseira, onde a forma da superfície da pá do rotor muda mais.

[039] A figura 2 mostra uma pá do rotor da turbina de vento 100 como ilustrada na figura 1, porém observada a partir da raiz 101. A partir desse ângulo, é mais claramente observado como o cilindro de raiz circular 108 com as buchas igualmente distribuídas 105 dispostas e estendidas ao longo da superfície da pá do rotor (as buchas não estão colocadas na superfície, mas em uma direção mais ou menos paralela à superfície interna ou externa da pá do rotor) é alterado e transformado para o perfil de pá do rotor aerodinâmico mais para fora da pá do rotor. O comprimento da corda máxima 102 é maior do que o diâmetro da raiz 200, enquanto que a espessura (altura) do perfil da pá do rotor é mais curta do que o diâmetro da raiz. O cilindro de raiz circular é assim transformado para fora em algumas direções e para dentro em outras.

[040] Na figura 3 é ilustrada uma bucha na raiz de uma pá do rotor de turbina de vento como observado em uma vista em corte e de acordo com a técnica anterior. A solução da raiz para as pás do rotor precisa ser robusta a fim de garantir uma conexão apropriada da pá do rotor longa e pesada no cubo do rotor. As buchas 105 que, por exemplo, podem ser feitas de aço são aqui fundidas e embutidas no laminado da raiz 301 e formam uma parte integral da pá do rotor 100. As buchas são geralmente colocadas no meio da espessura 304 do laminado da raiz e em uma direção perpendicular ao plano da raiz 107 e paralelas ao eixo geométrico de passo da pá do rotor; ou em outras palavras, ao longo da superfície da pá do rotor. Na traseira de cada bucha é inserida uma cunha 302, de modo que o laminado é somente gradualmente aberto envolvendo a bucha, com isso o risco de desfazer a laminação é diminuído. Quanto mais grossos os parafusos e as buchas, mais longas as cunhas precisam ser. Isso também implica, por sua vez, em que o comprimento do cilindro de raiz reto e direito 108 precise ser mais longo quanto mais longas e mais grossas as buchas; novamente para garantir uma mudança gradual no laminado antes de mudar para uma forma de perfil aerodinâmico. Também, as buchas precisam ser de certo comprimento mínimo 303 a fim de obter a pré-tensão necessária dos parafusos quando montando a pá do rotor no cubo do rotor.

[041] A figura 4 mostra um corte de uma parte de um mancai de passo padrão 400 em um cubo do rotor. O mancai mostrado aqui é um mancai de esferas com esferas entre o anel de mancai interno 402 que nesse caso é para ser preso na pá do rotor 100 e o anel externo 403 conectado no cubo do rotor 410. As posições da pá do rotor 100 e do cubo do rotor 410 são indicadas vagamente na figura com linhas tracejadas. A pá do rotor é conectada no cubo do rotor orientando os elementos de fixação (por exemplo, parafusos ou hastes) 104 inteiramente através dos buracos ou furos 404 no anel de mancai 402 para dentro das buchas na pá do rotor e os apertando a partir do interior do cubo do rotor. Por finalidades ilustrativas, uma parte de um parafuso 104 é esboçado na figura na sua posição apertada no mancai.

[042] A figura 5 é um esboço de uma pá do rotor de turbina de vento tradicional 100 como na figura 1, mas observada em uma vista em corte transversal a partir de cima. Aqui, é claramente observado como os elementos de fixação 105 de algum comprimento 505 estão se estendendo para dentro da seção da raiz da pá do rotor ao longo do comprimento da pá do rotor. O cilindro reto circular 108 é frequentemente na ordem de duas vezes tão longo quanto as buchas 105. A seguir, a forma da pá do rotor é gradualmente alterada para a forma do perfil da pá do rotor em 102, onde a pá do rotor atinge seu comprimento de corda máximo.

[043] A presente invenção resolve o problema de obtenção de uma seção da raiz mais curta da pá do rotor e dessa maneira a obtenção da máxima corda mais próxima em relação à raiz. Isso é feito alterando a montagem da pá do rotor no cubo do rotor virando os elementos de fixação na raiz da pá do rotor a fim de ajustar a forma natural da geometria externa. Isso é ilustrado na figura 6 e nas figuras seguintes.

[044] Na modalidade da invenção mostrada nas figuras 6a e 6b, uma pá do rotor de turbina de vento 100 é desenhada como observado em uma vista em corte transversal a partir de cima e da borda traseira, respectivamente. A pá do rotor nessa modalidade ainda termina em uma raiz circular a fim de facilitar a montagem em um mancai de passo circular 400. Os elementos de fixação 104 e dessa maneira também as buchas 105 podem aqui se estender em direções diferentes e não são restritas a serem paralelas a qualquer eixo geométrico de passo 110 e/ou perpendiculares ao plano da raiz 107. Com isso, obtém-se que a superfície da pá do rotor não precise mais terminar na forma de um cilindro circular reto (como esboçado nas figuras 1-3), mas possa ter declive ou inclinação diferente de zero na raiz e até mesmo inclinação diferente, por exemplo, na borda traseira, ao longo dos lados afastados do vento e a favor do vento e na borda dianteira como mostrado nas figuras 6a-b. Isso é vantajoso no aumento das possibilidades de projeto da pá do rotor na sua seção da raiz 103. Como pode ser observado a partir das figuras 6a e 6b, a geometria da pá do rotor pode ser alterada e transformada de um perfil aerodinâmico (em 102) para a extremidade de raiz circular sobre um comprimento muito mais curto 501, o que também se toma claro quando comparado com a vista em corte transversal correspondente de uma pá do rotor de turbina de vento tradicional como esboçado na figura 5. Assim, uma pessoa pode obter a mesma produção de força com uma pá do rotor mais curta, dessa maneira reduzindo vantajosamente o peso da pá do rotor e as cargas nos mancais, engrenagens, construção de torre etc. ou alternativamente aumentar a produção de força para uma pá do rotor do mesmo comprimento.

[045] As buchas em ângulo são também vantajosas por proporcionar uma melhor transferência de carga da pá do rotor para o mancai, por meio disso os estresses na raiz são diminuídos. Além disso, as buchas em ângulo permitem que a transição de forma da pá do rotor da parte aerodinâmica para a raiz seja otimizada tendo uma forma mais natural com mínimas curvaturas e mudanças na inclinação e declive, o que é vantajoso na diminuição dos riscos de danos e desgaste no laminado e no aumento do desempenho dos laminados com relação à fadiga.

[046] Esse projeto como descrito acima, por sua vez, implica em que as buchas 105 em e perto das bordas dianteira e traseira (502 e 503, respectivamente) estão apontando para fora como pode ser claramente observado a partir da figura 6a, enquanto que as buchas 105 no lado afastado do vento e a favor do vento (602 e 603, respectivamente) estão apontando para dentro como observado na figura 6b. Algumas das buchas poderiam ainda estar paralelas ao eixo geométrico de passo 110. Em uma modalidade da invenção, o ângulo entre cada bucha e o eixo geométrico de passo é no máximo +/- 10°. Em uma modalidade adicional da invenção, as buchas são ainda igualmente distribuídas na extremidade da raiz circular 107 que constitui o plano de montagem entre a pá do rotor 100 e o mancai 400 e o cubo do rotor.

[047] Como mencionado previamente, é necessário que as buchas sejam de certo comprimento 303 a fim de serem apropriadamente ancoradas dentro do laminado da pá do rotor e de modo a serem capazes de obter a pré-tensão necessária dos elementos de fixação. Entretanto, como as buchas 105 de acordo com essa invenção são em ângulo, os comprimentos efetivos 505 das buchas ao longo do comprimento da pá do rotor são mais curtos, por meio disso a seção da raiz pode ser reduzida até mesmo mais obtendo o perfil aerodinâmico da pá do rotor até mesmo mais próximo da raiz. Um aspecto adicional a considerar é que as cunhas 302 podem ter formas diferentes dependendo de em quais buchas elas devem se unir, igualmente com relação ao comprimento e espessura. Também, as cunhas não precisam ser mais retas, mas podem ser vantajosamente curvadas se o laminado é curvado.

[048] As buchas não precisam ser colocadas exatamente entre as camadas centrais no laminado da pá do rotor, mas podem ser opcionalmente embutidas mais próximas ao interior ou exterior da pá do rotor. Similarmente, as buchas poderiam também, até certo ponto, ser em ângulo ou colocadas oblíquas em relação a uma direção do laminado. Em uma modalidade adicional da invenção, as buchas são embutidas no laminado da pá do rotor se projetando um pouco da extremidade da raiz. 0 comprimento extra das buchas é então vantajosamente cortado ou moído, por exemplo, quando a extremidade da raiz da pá do rotor é aplainada. Dessa maneira, buchas padrões e iguais podem ser aplicadas independente de como elas devem ser colocadas e como elas são inclinadas na pá do rotor.

[049] As figuras 7 e 8 ilustram como as buchas podem ser dispostas em uma raiz de pá do rotor de acordo com modalidades diferentes da invenção. Em ambas as figuras, uma pá do rotor de turbina de vento 100 é observada a partir da sua extremidade de raiz com um mancai de passo circular 400 e um número de perfis de aerofólios 701 de posições diferentes desenhadas mostrando o projeto da pá do rotor na seção da raiz. Por clareza somente, umas poucas buchas relativas 105 são esboçadas e suas posições são mostradas em linhas tracejadas. Na figura 7, as buchas 105 são uniformemente distribuídas na extremidade da raiz e se estendem em direções diferentes tanto seguindo a forma da pá do rotor quanto permanecendo mais ou menos uniformemente distribuídas nas posições diferentes de perfil. As posições e as direções exatas das buchas diferentes não são a preocupação principal, mas preferivelmente a ideia geral que elas podem ser em ângulo em relação uma a outra, o que novamente torna acessíveis muito mais possibilidades para o projeto da raiz de lâmina, por exemplo, com a finalidade de, por exemplo, minimizar os estresses na extremidade da raiz e/ou otimizar a produção de força extraída do vento.

[050] Outra modalidade da colocação das buchas de raiz 105 é mostrada na figura 8. Uma pá do rotor de turbina de vento 100 é esboçada e observada a partir do mesmo ponto de vista como na figura 7 prévia. Novamente, as buchas 105 são distribuídas aproximadamente de maneira uniforme na extremidade da raiz circular 101. Entretanto, aqui, as buchas não são mantidas uniformemente distribuídas ao redor de um perfil da pá do rotor 701 na seção da raiz mais para baixo do comprimento da pá do rotor. Ao invés disso, as buchas são mais separadas nos laminados principais do invólucro da pá do rotor, isto é, tipicamente ao longo dos lados afastados do vento e a favor do vento do perfil 801 e para algumas pás do rotor também na borda dianteira 802. Aqui, o invólucro do laminado e da pá do rotor é mais grosso e as buchas colocadas aqui são, portanto, embutidas melhor e capazes de transferir cargas mais altas dos elementos de fixação na bucha para a pá do rotor circundante. As buchas, portanto, não precisam ser colocadas tão próximas. O oposto é o caso na borda traseira tipicamente mais fina 803 e as regiões entre a borda dianteira e os laminados principais, onde as buchas, portanto, vantajosamente podem ser colocadas mais próximas comoilustrado na figura 8.

[051] As figuras 9-11 mostram modalidades diferentes dos mancais de passo 400 adaptados para a montagem de um cubo do rotor da turbina de vento em uma pá do rotor da turbina de vento com buchas de raiz em ângulo e/ou elementos de fixação de acordo com o acima. Como as buchas de raiz105 na seção da raiz da pá do rotor se estendem em direções diferentes, assim agem os elementos de fixação 104 e esses são, portanto, guiados através dos buracos 404 no mancai da pá do rotor 400 que são em ângulo correspondentemente. Nas modalidades mostradas nas figuras 9 e 10, a pá do rotor da turbina de vento é conectada no anel de mancai interno 402 e o mancai de passo é, nesse caso, um mancai de esferas. O mancai de passo poderia naturalmente ser igualmente apropriado de outro tipo tal como, por exemplo, um mancai de rolamentos ou um mancai radial. Como os buracos 404 para os elementos de fixação 105 no anel de mancai 402 são em ângulo, o anel do mancai 402 mais provavelmente terá que ser feito de uma largura maior 901 do que é o caso com um anel de mancai convencional. Isso leva a um aumento no peso do anel do mancai e é, portanto, vantajoso conectar a pá do rotor no anel de mancai interno ao invés de no anel de mancai externo 403 como ilustrado na figura 11. Entretanto, ambas as possibilidades são absolutamente possíveis.

[052] Os elementos de fixação podem ser distribuídos no anel do mancai de modo que eles fiquem igualmente separados da, por exemplo, superfície externa 902 do anel do mancai, o que também toma as entradas para as buchas de raiz uniformemente distribuídas na extremidade de raiz da pá do rotor. Alternativamente, os elementos de fixação podem ser uniformemente separados na superfície interna 903 do anel de mancai, tornando as porcas ou cabeças de parafuso uniformemente distribuídas. Em ainda uma alternativa adicional, os elementos de fixação não são uniformemente distribuídos, mas ao invés disso distribuídos, por exemplo, com a intenção na distribuição de carga real no anel de mancai.

[053] A fim de obter uma face de contato 910 para o aperto dos elementos de fixação, os buracos 404 no anel de mancai foram alargados 911 (por exemplo, pela perfuração) na superfície interna 903 para acomodar as porcas ou cabeças de parafuso 904. Isso é também mostrado na figura 11. Na modalidade mostrada na figura 10, uma arruela em formato de cunha 1001 é aplicada no lugar da montagem.

[054] Como as buchas e os elementos de fixação são em ângulo de acordo com a forma local da pá do rotor, os elementos de fixação podem se estender em ambas as direções para fora e para dentro. Portanto, também os buracos correspondentes 404 no anel do mancai se estendem em direções diferentes tanto para dentro quanto para fora como ilustrado nas figuras 9 e 10, respectivamente. Além do que, os buracos (e os elementos de fixação e as buchas) não são restritos a sua colocação em planos radiais (como também mencionado previamente), o que é ilustrado na figura 10, onde um parafuso em ângulo 1002 é esboçado como colocado no corte através do buraco 404 no anel de mancai.

[055] Na figura 11 é mostrada uma modalidade de um mancai de passo 400, onde a pá do rotor é para ser presa no anel de mancai externo 403.

[056] Em outra modalidade a pá do rotor é conectada no cubo do rotor e opcionalmente um mancai de passo por meio de uma placa da raiz ou elemento de conexão com o mesmo objetivo como previamente da obtenção da máxima corda da pá do rotor mais próxima do cubo do rotor. A figura 12a ilustra uma vista de extremidade de uma placa da raiz 1200 confrontando-se com a pá do rotor (não mostrada), conectando a pá do rotor no mancai do cubo do rotor (não mostrado). A extremidade da placa da raiz 1200 confrontando-se com a paleta, vantajosamente, tem uma forma externa correspondendo com a seção transversal da pá do rotor na sua corda máxima, e a extremidade confrontando-se com o mancai do cubo do rotor (não mostrado) é circular. A extremidade de raiz da pá do rotor (não mostrada) foi disposta com um número de buchas (não mostradas), que como descrito previamente podem ser em ângulo ou inclinadas em relação uma a outra seguindo a forma e a geometria da pá do rotor. Uma modalidade de uma placa da raiz onde esse é o caso é esboçada na figura 13. A extremidade da placa da raiz confrontando-se com a raiz da

[057] pá do rotor compreende um número de buracos 1220 dispostos de maneira correspondente nas buchas na pá do rotor. Primeiro, elementos de fixação tal como barras rosqueadas (não mostradas) são presos nas buchas da pá do rotor e se estendem através dos buracos 1220 na placa da raiz 1200 e são presos a ela, por exemplo, com porcas. A extremidade da placa da raiz confrontando-se com o mancai do cubo do rotor da mesma maneira compreende buracos 1210 com ou sem rosqueamento fêmea para fixação da placa da raiz 1200 no mancai do cubo do rotor 400. Se os buracos 1210 são com rosqueamento fêmea, barras rosqueadas podem ser montadas nos buracos 1210 e a placa da raiz 1200 presa no mancai do cubo do rotors com as porcas (não mostradas) a partir do interior do cubo do rotor. Se os buracos 1210 estão sem o rosqueamento fêmea, barras rosqueadas, parafuso ou hastes podem ser levados através desses e fixados no lado da pá do rotor da placa da raiz com porcas e presos no mancai do cubo do rotor com porcas (não mostradas) a partir do interior do cubo do rotor.

[058] As buchas 105 na pá do rotor, os buracos 1210, 1220 na placa da raiz 1200 e os buracos (não mostrados) no mancai do cubo do rotor podem todos ser dispostos e orientados tal que uma distribuição de carga ótima pode ser obtida e não necessariamente, como tradicionalmente, paralela ao eixo geométrico longitudinal da pá do rotor ou ao eixo geométrico do passo como também ilustrado na modalidade mostrada na figura 13.

[059] Além do que, os buracos 1220 para fixação da pá do rotor 100 na placa da raiz 1200 não têm que ser uniformemente distribuídos ao longo da superfície da extremidade da raiz da pá do rotor, mas podem ser vantajosamente distribuídos para otimizar a transferência de carga da pá do rotor 100 para o mancai do cubo do rotor. Além disso, a fim de minimizar o peso da placa da raiz e melhorar a sua capacidade de transferência das cargas da pá do rotor para o cubo do rotor, o material desnecessário (por exemplo, 1240) pode ser removido, proporcionando para a placa da raiz uma estrutura gradeada ou semelhante a barra. O material excessivo na superfície externa da placa da raiz 1200 pode também ser removido, opcionalmente proporcionando para a placa da raiz 1200 uma forma semelhante a um cone. Depois da montagem da pá do rotor no mancai do cubo do rotor usando a placa da raiz 1200, a estrutura opcionalmente aberta da placa da raiz 1200 pode ser fechada ou vedada para evitar que água, neve ou outras partículas indesejadas possam entrar no interior da pá do rotor. A placa da raiz 1200 pode ser de, por exemplo, metal e precisa ser capaz de transferir as altas cargas sobre uma distância relativamente muito curta entre a pá do rotor 100 e o cubo do rotor.

[060] A figura 12b ilustra um esboço preliminar de uma placa da raiz 1200 em uma vista em perspectiva. A placa da raiz esboçada 1200 pode compreender todos os aspectos descritos na figura 12a. A linha pontilhada indica a posição planejada da pá do rotor (não mostrada). De modo a, por exemplo, minimizar o peso na placa da raiz 1200, o material excessivo foi removido, por exemplo, 1240.

[061] A figura 14 ilustra uma perspectiva explodida de um bloco da raiz 1400 e a extremidade da raiz de uma pá do rotor de turbina de vento 100. O bloco da raiz 1400 serve a mesma finalidade que a placa da raiz 1200 que é reduzir a distância do mancai do cubo do rotor (não mostrado)para a máxima corda da pá do rotor 100. Comparado com a placa da raiz 1200, o bloco da raiz 1400 tem uma construção e projeto mais aerodinâmicos. Como a placa da raiz 1200, o bloco da raiz 1400 também compreende buracos (não mostrados) com e/ou sem um rosqueamento fêmea usado para fixá-lo na pá do rotor 100 e mancai do cubo do rotor. Esses buracos podem ser de avanço direto dependendo do recurso com o qual eles são presos na pá do rotor 100 e mancai do cubo do rotor. Além disso, esses buracos podem ser dispostos em uma maneira que proporcione uma distribuição ótima das cargas na pá do rotor 100 para o mancai do cubo do rotor. Isso significa que os buracos no bloco da raiz 1400, as buchas na raiz da pá do rotor e os buracos no mancai do cubo do rotor podem ser orientados de acordo com tal distribuição de carga e dessa maneira não necessariamente ao longo do eixo geométrico longitudinal da pá do rotor 100. Como descrito anteriormente (figuras 12a e b), os buracos no bloco da raiz 1400 para fixação da pá do rotor 100 e das buchas na pá do rotor não precisam ser distribuídos igualmente ao longo da superfície externa da pá do rotor 100 e bloco da raiz. Novamente, parâmetros de projeto importantes são a ótima distribuição de carga e a ótima aerodinâmica. O bloco da raiz 1400 poderia ser feito, por exemplo, de metal ou um material reforçado com fibra e precisa como a placa da raiz 1200 ser capaz de transferir as altas cargas sobre uma distância relativamente muito curta.

[062] A figura 15 mostra um cubo do rotor 1500 para uma instalação de força eólica com um cone de hélice 1501 apenas visível e as faces de conexão 1502 sobre as quais as pás do rotor são presas. Nessa modalidade, a instalação de força eólica e o cubo do rotor 1500 não compreendem um mancai de passo. Ao invés disso, as pás do rotor são montadas sobre o cubo do rotor por um número de elementos de fixação tal como parafusos sendo inseridos através dos buracos ou furos 404 feitos diretamente no cubo do rotor ou indiretamente em uma parte subsequentemente presa sobre o cubo do rotor (opcionalmente através de um mancai). Os buracos 404 (ou pelo menos alguns deles) são de acordo com a invenção orientados em ângulos diferentes e não paralelos, possibilitando que os elementos de fixação se estendam em direções correspondentemente diferentes. Com isso, como também discutido previamente, a pá do rotor não fica mais restrita a terminar em um cilindro direto ou reto, mas pode ser fornecida com uma forma mais natural enquanto ao mesmo tempo com os elementos de fixação ainda seguindo a forma da superfície da pá do rotor. Além disso, de acordo com outra modalidade da invenção, as faces de conexão 1502 no cubo do rotor não precisam ser circulares, mas podem ser, por exemplo, ao invés disso fornecidas com um contorno de perfil. Similarmente, a extremidade da raiz das pás do rotor não precisa ser circular, se a pá do rotor não é para ser monta da em um mancai de passo comum com buracos dispostos em um círculo. O cubo do rotor mostrado é para uma turbina de vento de três pás do rotor, mas pode ser similarmente projetado para outro número de pás do rotor sem se afastar do escopo da invenção.

[063] A figura 16 mostra uma modalidade da invenção, onde a pá do rotor 100 compreende um inserto 1600 na seção da raiz 103. O inserto 1600 resolve o problema da necessidade de colocação de um número frequentemente muito grande de buchas (frequentemente na ordem de 50-100) tão precisamente quanto possível no laminado da pá do rotor durante a fabricação dos invólucros da pá do rotor. Isso é mais complicado se algumas ou todas as buchas não são paralelas. O inserto 1600 substitui todas ou algumas das buchas. O inserto então compreende um número de furos ou buracos 1601 em ângulo em direções de acordo com a forma da pá do rotor 100. Os elementos de fixação (não mostrados) para a montagem da pá do rotor no cubo do rotor são então presos nos buracos ou furos 1601 que podem ser rosqueados. O inserto 1600 pode ser conectado na parte restante da pá do rotor de várias maneiras, por exemplo, sendo parcialmente embutido no laminado da pá do rotor como esboçado na figura. Em outra modalidade, o inserto é totalmente embutido e integrado no laminado da pá do rotor com somente a extremidade da raiz 1603 e os furos visíveis. Em uma modalidade adicional, o inserto consiste em múltiplas partes ao invés de somente uma como esboçado na figura. Também o(s) inserto(s) pode(m) compreender um número de cunhas em formato de lingueta 1604 tornando a transição do(s) inserto(s) para dentro do laminado da pá do rotor mais gradual, assim minimizando ou evitando as concentrações de estresse na seção da raiz da pá do rotor.

[064] Finalmente, ao invés de colocar as buchas 105, de modo que elas terminem uniformemente distribuídas em um círculo na raiz 101 como, por exemplo, esboçado nas figuras 2, 7 e 12, as buchas podem ser alternativamente colocadas em dois ou até mesmo mais círculos concêntricos 1701 de raios diferentes 1702 - as buchas externas deslocadas relativamente às buchas internas como mostrado na figura 17. Com isso, obtém-se um acondicionamento mais próximo das buchas para uma raiz da pá do rotor de um dado diâmetro. Naturalmente, os buracos ou furos no cubo do rotor ou no mancai de passo através do qual os elementos de fixação devem ser guiados são então também para serem feitos em um padrão de dois ou mais círculos concêntricos correspondendo com o padrão das buchas. Até mesmo mais geral e ainda dentro do escopo da invenção, as buchas e os buracos ou furos correspondentes no cubo do rotor ou no mancai de passo podem ser colocados em qualquer padrão geral (e assim, não necessariamente distribuídos em um ou mais círculos concêntricos), por exemplo, fora as considerações para a distribuição de carga ou a geometria da raiz da pá do rotor e/ou cubo do rotor ou mancai de passo.

[065] Deve ser observado que as modalidades acima mencionadas ilustram ao invés de limitar a invenção e que aqueles versados na técnica serão capazes de projetar muitas modalidades alternativas sem se afastarem do escopo das reivindicações anexas. Nas reivindicações, quaisquer sinais de referência colocados entre parênteses não devem ser interpretados como limitando a reivindicação. A palavra 'compreendendo' não exclui a presença de outros elementos ou etapas além desses listados em uma reivindicação. Petição 870190122213, de 25/11/2019, pág. 34/35

Claims

1. Pá (100) do rotor para uma instalação de força eólica compreendendo duas buchas (105) na raiz (101) da dita pá do rotor para prender a dita pá do rotor em um cubo do rotor, e onde as ditas buchas (105) são colocadas ao longo da superfície da pá do rotor, caracterizada pelo fato de que as ditas buchas (105) se estendem em direções diferentes.

2. Pá do rotor para uma instalação de força eólica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as buchas (105) são distribuídas de maneira não-uniforme na extremidade da raiz da pá do rotor.

3. Pá do rotor para uma instalação de força eólica, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que as buchas (105) são colocadas mais próximas uma da outra no lado afastado do vento (602) e/ou a favor do vento (603) da pá do rotor.

4. Pá do rotor para uma instalação de força eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a seção da raiz (103) da dita pá do rotor possui uma forma diferente da cilíndrica.

5. Pá do rotor para uma instalação de força eólica que compreende insertos (1600) na raiz (103) da dita pá (100) do rotor, em que os ditos insertos (1600) compreendem furos (1601), caracterizada pelo fato de que os ditos furos (1601) se estendem em direções diferentes.

6. Pá do rotor para uma instalação de força eólica, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que os insertos (1600) são parcialmente embutidos na pá do rotor.

7. Pá do rotor para uma instalação de força eólica, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que os insertos (1600) compreendem cunhas em formato de lingueta (1604).

8. Mancai de passo (400) que compreende um anel de mancai (402;403) com dois ou mais buracos (404) para o posicionamento de elementos de fixação (104) para fixação de uma pá do rotor (100) conforme definida em qualquer uma das reivindicações anteriores no dito mancai de passo, caracterizado pelo fato de que dois dos ditos buracos (404) são orientados em ângulos diferentes.

9. Mancai de passo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os buracos (404) são feitos no anel do mancai interno (402) do mancai de passo (400).

10. Mancai de passo, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que os buracos (404) são alargados (911) perto de uma superfície.

11. Cubo do rotor (1500) para uma instalação de força eólica que compreende pelo menos uma face de conexão (1502) com dois ou mais buracos (404) para o posicionamento de elementos de fixação para fixar uma pá do rotor (100) conforme definida em qualquer uma das reivindicações de 1 a 7 de turbina de vento na dita face de conexão, caracterizado pelo fato de que os ditos buracos (404) são orientados em ângulos diferentes.

12. Método de produção de uma pá do rotor (101) para uma instalação de força eólica conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 7 caracterizado pelo fato de que compreende embutir buchas (105) na seção da raiz (103) da dita pá do rotor (100), em que as ditas buchas (105) se estendem em direções diferentes.

13. Método de produção de uma pá do rotor (101) para uma instalação de força eólica, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente embutir as buchas (105) ao longo da superfície da pá do rotor.

14. Método de produção de uma pá do rotor para uma instalação de força eólica, de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente embutir cunhas (302) atrás das buchas (105), as ditas cunhas (302) sendo de comprimentos diferentes.