BRPI0916541B1

BRPI0916541B1 - Turbina eólica

Info

Publication number: BRPI0916541B1
Application number: BRPI0916541-0A
Authority: BR
Inventors: Andres Sõnajalg; Oleg Sõnajalg
Original assignee: Andres Sõnajalg; Oleg Sõnajalg
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2019-05-14
Also published as: EA018601B1; AU2009275208A1; ES2498820T3; US20110309627A1; JP2011529150A; SI2310672T1; KR20110052658A; CA2732088C; CN102124218B; EP2310672B1; DK2310672T3; BRPI0916541A2; CA2732088A1; EA201100265A1; EP2310672A2; EE200800049A; PT2310672E; KR101279954B1; HRP20140875T1; WO2010010544A2

Abstract

"turbina eólica" a presente invenção está correlacionada a uma 5 aperfeiçoada construção de turbina eólica, cujo objetivo é aumentar a sua estabilidade e melhorar o equilíbrio entre o di to gerador e a torre, assim como, separar o referido gerador da função de parte estrutural de apoio, possibilitando dirigir a força gerada na turbina para os 10 elementos do gerador.

Description

“TURBINA EÓLICA

Campo Técnico [001] A presente invenção está correlacionada, em geral, a um equipamento para produzir e armazenar energia eólica, particularmente, a uma aperfeiçoada construção de turbina eólica.

Descrição do Estado da Técnica [002]Existem diversos tipos de turbinas eólicas, que compreendem uma base, uma torre e uma turbina eólica propriamente dita, a qual é fixado à torre. As construções anteriores de turbinas eólicas incluíam uma turbina conectada com diversas pás ou hélices, um eixo principal, um dispositivo redutor e uma parte de gerador com um estator e um rotor. Esses tipos de geradores apresentam problemas de exaustão causados pela transmissão do gerador, dispositivo redutor e eixo principal. Além disso, essa estrutura não pode ser usada para turbinas eólicas que excedem a capacidade de 1500 kW, na medida em que o torque gerado pelo eixo principal e dispositivo redutor se torna demasiadamente excessivo e a construção sofre de exaustão e fadiga do material, o que poderá resultar em danos à estrutura.

[003]Outra solução conhecida de turbinas eólicas é uma turbina eólica sem a presença de redutor, produzida pela Companhia Enercon, usando as invenções de Wobben Aloys, em que a torre é conectada a uma estrutura de consolo no formato de joelho, que, por sua vez, é conectada a um eixo principal conectado a um cabeçote propulsor, o qual é fixado à parte do próprio gerador. Esse tipo de solução foi descrito no Pedido de Patente EP 1 794 450,

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2/8 depositado em 13 de Junho de 2007, onde uma estrutura de consolo, com um eixo principal, nacela e rotor é conectada a uma torre. A desvantagem dessa solução reside no fato de que as conexões da estrutura de consolo e da torre são submetidas à força do vento que atua sobre a turbina (comprimento da pá de 35-40 m), que é transferida para as ditas conexões do consolo, que, desse modo, se tornam sujeitas à fadiga do material e podem se romper. Além disso, esses tipos de turbinas eólicas são também problemáticas devido à insuficiência de resfriamento (a estanqueidade ao ar dos enrolamentos na estrutura do gerador deve ser ao mesmo tempo garantida). Diferentes soluções foram propostas, mas, o resfriamento e a confiabilidade estrutural ainda permanecem problemáticos. Além disso, as soluções propostas são de alto custo e de grande consumo de material.

[004]A solução mais vantajosa de um gerador de energia eólica é aquela descrita no Pedido de Patente P2007/00038, depositado pelos presentes autores, cujo desenvolvimento constitui a presente invenção. Portanto, a descrição seguinte inclui as referências e detalhes apresentados no Pedido de Patente anterior.

Resumo da Invenção [005] O objetivo da presente invenção é a proposição de uma estrutura de turbina eólica, que possibilite:

- melhorar o equilíbrio entre a parte instalada na turbina eólica e a torre;

- separar o gerador da função de estrutura de apoio, possibilitando dirigir as forças provenientes da

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3/8 turbina para os elementos do gerador (com exceção do torque);

- resfriar, de modo efetivo, os pontos de nós e componentes no corpo do gerador de energia eólica;

- garantir a exigida estanqueidade ao ar, considerando que as turbinas eólicas, na maioria das vezes, são posicionadas no mar e na costa, e em que a umidade do vento também carrega partículas de sais minerais da água do mar, o que, por sua vez, provoca a prematura corrosão dos elementos acessórios, além de uma considerável deterioração do isolamento do gerador e da perfuração elétrica nos enrolamentos.

[006]Para atendimento da presente proposição, os presentes autores sugerem uma estrutura de turbina eólica, em que a estrutura principal da turbina eólica, que é simultaneamente, corpo de rotor gerador, é uma estrutura tubular vazada, que é conectada a uma extremidade do cabeçote propulsor através de pás ou hélices. O corpo de rotor de turbina eólica é apoiado no corpo do gerador, o qual é formado de um tubo com a ajuda de um mancal ou de mancais, que são instalados no centro da superfície externa do eixo principal, sobre a primeira parte. Os mancais podem compreender mancais esféricos e mancais de roletes (também, mancais de roletes inclinados), os quais são citados na tecnologia do estado da técnica, como mancais de roletes de quaisquer tamanhos. Ao mesmo tempo, a referida estrutura garante estanqueidade ao ar entre o corpo de rotor de turbina eólica e a estrutura principal, pelo que, simultaneamente, o ar circula através do corpo de rotor de

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4/8 turbina eólica e, desse modo, os necessários pontos de nós e demais componentes são resfriados.

Breve Descrição dos Desenhos [007] A seguir, a invenção será descrita em maiores detalhes fazendo-se referência aos desenhos anexos, nos quais:

- a figura	1	mostra	uma seção	transversal da
turbina eólica, de acordo	com a	presente invenção;
- a figura	2	mostra	uma vista	em perspectiva

posterior da parte do próprio gerador e do corpo de rotor de turbina eólica, com a parte superior do corpo removida;

- a figura 3 mostra uma vista em perspectiva da parte do próprio gerador da turbina eólica, de acordo com a presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção [008] A turbina eólica (1) ilustrada nos desenhos anexos é conhecida no segmento da técnica através das conexões na parte superior da torre de apoio, etc., da turbina eólica. A turbina eólica (1) compreende uma estrutura principal (2, 2') que envolve a parte do próprio gerador (3) ou câmara de processamento, um cabeçote propulsor (não mostrado nos desenhos) que sustenta as pás ou hélices do gerador e uma peça de conexão (não mostrada), através da qual a turbina eólica (1) é fixada à torre, disposta no piso de uma base especial (não mostrado). O interior da torre apresenta pontos de nós e componentes dispostos e instalados, que são necessários para a operação da turbina eólica (1).

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5/8 [009] A parte do próprio gerador (3) é formada do corpo de rotor (4) de turbina eólica e de um corpo de estator (5).

[0010] O cabeçote propulsor é conectado ao corpo de rotor (4) de turbina eólica da parte do próprio gerador (3), usando um método de conexão conhecido no campo de construção de turbinas eólicas, pelo que, isso não será aqui mais explicado. Além disso, as hélices do elemento propulsor são fixadas ao cabeçote propulsor aplicando as soluções conhecidas no estado da técnica.

[0011] O corpo de rotor (4) de turbina eólica do gerador de energia eólica foi dividido em duas partes (2, 2'), de modo que a parte inferior (2) do corpo principal seja unida à torre e a parte superior (2') do corpo principal seja conectada à parte inferior do corpo principal, no estágio final da instalação do gerador de energia eólica (1). O uso de tal construção para o corpo principal possibilita suspender os componentes e pontos de nós do gerador de energia eólica no próprio local e, ainda, a montagem dos mesmos de uma maneira rápida e fácil.

[0012] O corpo de rotor (4) de turbina eólica é um elemento cilíndrico vazado com extremidades abertas, que no final do cabeçote propulsor é apoiado na estrutura principal (2) através de um mancal (6). O mancal pode ser um mancal de rolete cônico de dupla fila, produzido pela SKF, o qual, principalmente, é produzido para operar sob cargas pesadas, e ainda em condições nas quais cargas compostas atuam sobre a estrutura. Além disso, outro tipo de mancal pode ser usado, que seja compatível com as condições inerentes do mancal e da carga de impacto.

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6/8 [0013] O anel interno do mancal (6) envolve o corpo de rotor (4) de turbina eólica ou o mancal é fixado à superfície exterior do corpo de rotor (4) de turbina eólica, mediante ação de tensionamento, ou aos flanges no exterior do corpo de rotor (4) de turbina eólica, por meio de parafusos (não mostrado), a fim de garantir uma conexão firme entre o anel interno do mancal (6) e a superfície exterior do corpo de rotor (4) de turbina eólica. No lado do cabeçote propulsor do corpo de rotor (4) de turbina eólica, se dispõe um flange (7) na direção do interior do fuso do corpo de rotor (4) de turbina eólica, que apresenta aberturas perfuradas para prender determinados dispositivos e que deve sustentar o cabeçote propulsor instalado no curso da instalação da turbina eólica.

[0014] A estrutura principal (2) da turbina eólica apresenta um corpo de estator (5) preso ao mesmo, cujo corpo envolve o corpo de rotor (4) de turbina eólica e que também é conectado aos enrolamentos do estator (12) e anel externo do mancal (6). Desse modo, é garantida uma conexão firme do anel externo do mancal (6) e do corpo de estator (5) à estrutura principal (2).

[0015] O corpo de rotor (4) de turbina eólica ilustrado nos desenhos também inclui uma parte cônica (9), a qual possibilita aumentar o diâmetro interno (D1) para (D2) (D2>D1) do corpo de rotor (4) de turbina eólica. A parte cônica (9) também apresenta aberturas (10), através das quais o ar usado para resfriamento pode movimentar o corpo de estator (5). Os enrolamentos ou ímãs do rotor (11) são fixados à superfície externa do corpo de rotor (4) de turbina eólica, no lado do corpo de estator (5). Sobre a

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7/8 superfície interna do corpo de estator (5) são fixados enrolamentos de estator (12), cuja largura corresponde à largura dos enrolamentos do rotor (11). Ao mesmo tempo, os enrolamentos do rotor e enrolamentos do estator podem ser divididos em segmentos, etc., de modo a facilitar a manutenção e reparos da turbina eólica.

[0016] A fim de garantir o espaçamento de ar (S) entre o estator (12) e o rotor (11) exigido para uma adequada operação, o corpo do estator (5) e o corpo de rotor (4) de turbina eólica são mutuamente suportados através do mancal de suporte (13). O mancal de suporte (13) é fixado com o anel interno de mancal à parte de suporte (14) da extremidade do corpo de rotor (4) de turbina eólica. A parte de suporte (14) é fixada na placa terminal (15) , localizada na parte traseira do corpo de rotor (4) de turbina eólica, o qual é disposto a uma determinada distância do cabeçote propulsor, sendo conectado ao dito corpo de rotor de turbina eólica. A placa terminal (15) incorpora as aberturas (16) para o ar de resfriamento. A parte de suporte (14) se encontra localizada no centro da placa terminal (15), na direção do fuso do corpo de rotor (4) de turbina eólica e se constitui de um elemento cilíndrico, cuja superfície externa mantém uma conexão com o anel interno do mancal de suporte (13).

[0017] O anel externo do mancal (13) é fixado ao corpo de estator (5) através da placa terminal (17) na extremidade do corpo de estator (5). As placas terminais (15, 17) do corpo de rotor (4) de turbina eólica e do corpo de estator (5) podem ser feitas na forma de raios, a fim de

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8/8 garantir a livre passagem de ar de resfriamento proveniente da parte do próprio gerador.

[0018] A principal função do mancal de suporte (13) é garantir um permanente espaçamento (S) entre o rotor (11) e o estator (12), que é, por sua vez, necessário para a operação da turbina eólica (1).

[0019] A vantagem da turbina eólica descrita acima é o fato de que o centro de gravidade de toda a turbina eólica (1), principalmente, do rotor (11) e do estator (12), pode ser trazido para mais próximo do eixo central da torre, o que reduz a ação de carga sobre a estrutura de consolo da estrutura principal (2, 2').

[0020] A estrutura (2, 2') da turbina eólica pode ser fixada à torre por meio de conexões de flange, as quais não são aqui descritas em maiores detalhes, na medida em que não se correlacionam com a solução técnica apresentada na presente invenção.

[0021] Os especialistas versados na técnica irão entender que a construção do gerador de energia eólica de acordo com a invenção não se limita à modalidade descrita acima. Assim, por exemplo, a extensão do corpo de rotor de turbina eólica pode ser modificada, de modo que a dimensão de toda a turbina eólica, das pás ou hélices para a extremidade traseira da parte do próprio gerador, seja tomada como um mínimo e/ou usando apenas um mancal, de modo que a construção se torne mais leve e mais fácil de instalação e operação.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Turbina eólica (1), compreendendo uma torre, uma estrutura principal cilíndrica vazada da turbina (2, 2') envolvendo o gerador (3), um cabeçote propulsor, o gerador (3) compreendendo um corpo de rotor de turbina eólica cilíndrica vazada (4) cuja superfície externa que incorpora essencialmente toda a largura de enrolamentos ou ímãs de rotor (11) é envolvida por um corpo de estator (5) do gerador (3), dito corpo de estator (5) sendo fixado ao anel externo do mancal (6) ; sendo ainda que o corpo de rotor (4) da turbina eólica sobre o lado do cabeçote propulsor é fixado diretamente ao anel interno de mancal do dito mancal (6), que é proporcionado para suportar o corpo de rotor de turbina eólica (4) à estrutura principal (2), caracterizada pelo fato de que a estrutura principal (2, 2') da turbina eólica (1) é conectada ao corpo de estator (5) somente na extremidade do cabeçote propulsor e, desse modo, separada pelo espaçamento de ar do restante do corpo de estator (5).
2. Turbina eólica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o anel externo de mancal do referido mancal (6) e o corpo de estator (5) são fixados à extremidade do cabeçote propulsor da estrutura principal (2), enquanto o corpo de estator (5) é fixado somente na extremidade do cabeçote propulsor à estrutura principal (2).
3. Turbina eólica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a superfície interna do corpo de estator (5) apresenta enrolamentos de estator (12) fixados em uma extensão que

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2/2 corresponde à largura dos enrolamentos de rotor (11) providos essencialmente em toda a largura na superfície externa do corpo de rotor (4) de turbina eólica, enquanto, entre os enrolamentos do estator e do rotor (12, 11) se dispõe um espaçamento de ar fixo (S).
4. Turbina eólica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que na outra extremidade do corpo de rotor (4) de turbina eólica, depois do cabeçote propulsor, se dispõe uma placa terminal (15), cujo centro apresenta uma parte de suporte cilíndrica (14), dirigida para o eixo do corpo de rotor (4) de turbina eólica que apresenta o mesmo eixo, cuja superfície externa incorpora o anel interno do mancal de suporte (13), e que na outra extremidade do corpo do estator (5), depois do cabeçote propulsor, apresenta uma placa terminal (17), cujo centro apresenta uma abertura com um flange de suporte, cujo diâmetro corresponde ao diâmetro externo do mancal (13).
5. Turbina eólica, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a placa terminal (17) com a abertura integrada é apoiada no anel externo do mancal (13), de modo a existir um tensionamento entre a superfície externa do anel externo e a abertura na placa terminal.
6. Turbina eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o mancal (6) é um mancal de roletes cônico de duas filas ou um mancal de roletes de três filas.