BRPI0621045A2 - mancal, turbina eólica, método para a fabricação de um mancal, e uso de um mancal - Google Patents

mancal, turbina eólica, método para a fabricação de um mancal, e uso de um mancal Download PDF

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Abstract

MANCAL, TURBINA EóLICA, MéTODO PARA A FABRICAçãO DE UM MANCAL, E USO DE UM MANCAL. A invenção está relacionada a um mancal Vi) para uma turbina eólica (1) compreendendo anéis de mancal (8, 9) com leitos de rolagem (12) dos elementos de rolamento do mancal, e pelo menos um fileira (10) de esferas de mancal (11) ou roletes posicionados entre os referidos leitos de rolagem dos elementos de rolamento do mancal. Pelo menos um dos referidos leitos de rolagem (12) dos elementos de rolamento do mancal compreende uma ou mais áreas de entalhadura (13) em relação a uma forma padrão dos leitos de rolagem dos elementos de rolamento do mancal. A invenção também está relacionada a uma turbina eólica e métodos para a fabricação de um mancal.

Description

MANCAL, TURBINA EÓLICA, MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE UM MANCAL, E USO DE UM MANCAL
Antecedentes da Invenção
A invenção está relacionada a um mancai de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1, uma turbina eólica e métodos de fabricação de um mancai.
Descrição da Técnica Relacionada
Mancais são usados em uma ampla variedade de campos técnicos a fim de suportar, servir de guia, e reduzir o atrito do movimento entre diferentes partes tais como partes fixas e partes que se movimentam.
Os mancais podem enfrentar cargas de forças muito altas em alguns campos técnicos tais como em guindastes e em aplicações em turbinas eólicas.
Os leitos de rolagem dos elementos de rolamento do mancai de um mancai de palhetas precisam ser endurecidos a fim de que o mancai consiga aceitáveis propriedades de fadiga em sua sub-superficie. 0 modo normal de endurecer os leitos de rolagem dos elementos de rolamento do mancai é ou o endurecimento por chama ou endurecimento por indução. 0 processo de endurecimento dominante na indústria é ou ter uma chama ou ferramenta de indução que segue a circunferência dos anéis do mancai até que o leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai tenha sido endurecido. Devido ao fato de que a ferramenta de endurecimento poder apenas endurecer uma pequena seção/fração do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancal por vez, o fabricante do mancal de palhetas precisa começar num local arbitrário ou bem definido sobre os anéis do mancal e em seguida continuar ao redor da circunferência até que a ferramenta de endurecimento esteja de volta para a posição na qual iniciou o trabalho.
A sobreposição das posições de inicio e de fim no processo de endurecimento não é feita de modo ordenado a fim de evitar o recozimento ou a têmpera do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancal já endurecido ou a fim de prevenir características imprevistas do material. Como uma conseqüência disso, uma pequena parte do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancal fica menos endurecida, isto é, apresenta "pontos moles" no leito endurecido de rolamento das esferas do mancal. 0 consenso atual no campo técnico de mancals é que as áreas de "pontos moles" sejam tão pequenas que de modo a que elas não tenham influência sobre a vida útil do mancal.
Todavia, isso não sempre o caso e o objetivo da presente invenção é estabelecer técnica de mancal que proporcionem uma vida útil total mais prolongada de um mancal.
A invenção
A invenção provê quanto a um mancal em que pelo menos um dos referidos leitos de rolagem dos elementos de rolamento do mancai compreende uma ou mais áreas de entalhadura em relação a uma forma padrão dos leitos de rolagem dos elementos de rolamento do mancai.
Desse modo, é possível estabelecer técnica de mancai que proporcione uma vida útil total mais prolongada e de um mancai mediante transferir forças de carga mais baixas sobre os elementos de rolamento do mancai em posições especificas do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai.
A frase "forma padrão dos leitos de rolagem dos elementos de rolamento do mancai" deve ser entendida como a geometria ou contorno normal fabricado dos leitos de rolagem dos elementos de rolamento do mancai, por exemplo, uma geometria axial/rotacional simétrica.
O uso de uma ou mais área de entalhadura em partes da superfície do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai vai contra as orientações contidas na área técnica. A uniformidade e a consistência dos leitos de rolagem dos elementos de rolamento do mancai e a força da carga sobre uma fileira de esferas de mancai é geralmente considerado ser de grande importância no estabelecimento de um mancai.
Em um aspecto da invenção, os referidos elementos de rolamento do mancai são esferas ou roletes de mancai.
Em um outro aspecto da invenção, o referido mancai é um meio de conexão entre diferentes partes de uma turbina eólica tal como um mancai de palheta, mecanismo de mudança de direção, rotor, engrenagem ou mancai de gerador da turbina eólica.
Os mancais de uma turbina eólica funcionam geralmente em difíceis condições de carga onde eles podem experimentar forças axiais e radiais bem como grandes momentos de flexão/inclinação.
Especialmente, mancais de palhetas trabalham em difíceis condições de carga devido à presença de forças axiais e radiais bem como de grandes momentos de flexão/inclinação enquanto realizam movimentos oscilatórios limitados em lugar de um movimento contínuo de rotação. A fim de conseguir uma alta vida útil total do mancai é desse modo muito vantajoso transferir forças de carga mais baixas com os elementos de rolamento do mancai em posições específicas do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai tal como áreas onde a força da carga seja maior ou a resistência do mancai seja mais baixa.
Em aspectos da invenção, um ou cada leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai compreende uma área de entalhadura. Desse modo é assegurado que parte ou a totalidade dos "pontos moles" dos leitos de rolagem dos elementos de rolamento do mancai em um mancai experimente forças de carga mais baixas provenientes dos elementos de rolamento do mancai tais como as áreas menos endurecidas e áreas de preenchimento de material durante a fabricação. Em um aspecto da invenção, a referida área de entalhadura está pelo menos posicionada no material de características materiais mais fracas de mancai que a do material endurecido do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai, por exemplo, material mais fraco do leito de rolagem dos elementos de rolamento por ser menos endurecido, não endurecido ou de fragilidade maior. A área de entalhadura assegura que menos força de carga seja transferida a pelo menos parte da área de material de mancai mais fraco. Desse modo é evitado que o material do mancai na área descasque e eventualmente reduza a vida útil total do mancai.
Em um aspecto da invenção, a referida área de entalhadura compreende uma área de características materiais mais fracas de mancai e áreas de transição no material adjacente endurecido do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai. Desse modo é possível criar uma área tratada onde seja assegurado que menos força da carga seja transferida desde o elemento de rolamento do mancai para todas as áreas de material de mancai mais fraco.
Pela frase "características materiais mais fracas de mancai" é especialmente entendido material de mancai que está menos endurecido em comparação com o material endurecido adjacente. A área menos endurecida área é considerada ser material com pelo menos 15 por cento menos dureza em relação ao restante do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai.
Em um aspecto da invenção, a referida área de entalhadura compreende uma forma de furo ou entalhe com uma profundidade mínima nas áreas de transição. Desse modo é possível transferir menos força de carga do elemento de rolamento para a área de entalhadura.
Em um aspecto da invenção, a forma da referida área de entalhadura é bem definida e reproduzível por máquina com uma profundidade mínima nas áreas de transição. Desse modo é possível criar áreas de entalhadura similares ou mesmo idênticas em diferentes leitos de rolagem dos elementos de rolamento do mancai com os mesmos procedimentos de usinagem bem como em outros mancais.
Em um aspecto da invenção, a referida área de entalhadura compreende uma forma de curvatura dupla, um furo ou entalhe de configuração redonda ou um entalhe com uma profundidade mínima X1h1, X1h2, nas áreas de transição. Desse modo é possível transferir os elementos de rolamento do mancai desde altas forças de carga até baixas forças de cargas e vice versa através da área de entalhadura nu modo contínuo.
Em um aspecto da invenção, a referida área de entalhadura compreende uma forma contínua ou nivelada com profundidade mínima X1h1, X1h2 nas áreas de transição.
O termo "contínua ou uniforme" deverá ser entendido como uma linha ou curva que se estende sem quebra ou irregularidade tal como uma borda (por exemplo, a derivada do contorno da entalhadura deverá ser uma função continua).
A forma continua garante que um elemento de rolamento do mancai transfira desde altas cargas de força até baixas cargas de força e vice versa sem rolar sobre as bordas que rapidamente irão se desgastar e enviar material solto ao interior do mancai.
Em um aspecto da invenção, a referida área de entalhadura se desenvolve perpendicular ao longo da extensão do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai de uma borda à outra do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai. Desse modo é assegurado que os elementos de rolamento do mancai transfiram menos força da carga numa área de entalhadura a despeito das forças axiais ou radiais bem como grandes momentos de flexão/inclinação sobre o mancai.
Em um outro aspecto da invenção, a referida área de entalhadura apenas se desenvolve ao longo da extensão de partes do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai tal como as laterais ou o fundo do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai. Desse modo é possível transferir menos força da carga por meio do elemento de rolamento do mancai numa área de entalhadura quando o mancai enfrenta forças axiais ou radiais bem como grandes momentos de flexão/inclinação. Em um outro aspecto da invenção, profundidade minima Xihi/ Xih2 na área de transição numa área de entalhadura é pelo menos 1 milésimo do diâmetro Db das esferas de mancai, por exemplo, na faixa de 2 e 20 milésimos. Desse modo, é possível inicialmente reduzir ou remover a força da carga transferida pelas esferas de mancai a um nível tal que o leito de rolagem dos elementos de rolamento do material do mancai não irão descascar, deteriorar, bem como reduzir a vida útil completa do mancai.
Em um outro aspecto da invenção, a profundidade mínima Xihi/ Xih2 na área de transição numa área de entalhadura é pelo menos 0,7 milésimos do diâmetro Db dos roletes do mancai, por exemplo, na faixa de 1 e 50 milésimos. Desse modo, é possível inicialmente reduzir ou remover a força da carga transferida pelos roletes do mancai a um nível tal que o material não irá descascar, deteriorar, bem como reduzir a vida útil completa do mancai.
Em um outro aspecto da invenção, as referidas áreas de entalhadura são entalhaduras em relação a uma linha base ou forma normal dos leitos de rolagem dos elementos de rolamento do mancai.
Em um aspecto da invenção, a referida uma ou mais área de entalhadura compreende profundidade mínima Xihi, Xih2 na área de transição ta de pelo menos 0,04 milímetros, por exemplo, na faixa de 0,1 a 1,5 milímetros tal como entre 0,2 e 0,6 milímetros em relação ao diâmetro Db das esferas de mancai sendo pelo menos de 30 milímetros, por exemplo, aproximadamente 38,10, 44,45, 50,80, 53,98, 63,50, 76,20 ou 101,60 milímetros bem como outras dimensões.
Em um outro aspecto da invenção, a referida uma ou mais área de entalhadura compreende profundidade mínima X1h1 / X1h2 na área de transição ta de pelo menos 0,04 milímetros em relação ao diâmetro Db dos roletes do mancai sendo de pelo menos 20 milímetros.
Em um aspecto adicional da invenção, cada uma das referidas uma ou mais áreas de entalhadura é menor que 360 graus, por exemplo, menos que 15 graus do comprimento de um leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancal.
Desse modo é possível reduzir ou remover a força da carga sobre pelo menos um elemento de rolamento sem provocar significativa influência sobre a função do mancai como um todo.
Em um aspecto ainda adicional da invenção, cada uma da referida uma ou mais áreas de entalhadura está posicionada em pelo menos uma zona de contato de um leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai para abrigar os elementos de rolamento de mancai. Desse modo é possível reduzir ou remover a força da carga sobre pelo menos um elemento de rolamento sem provocar significativa influência sobre a função do mancai como um todo. Figuras
A invenção será descrita a seguir com referência às Figuras, nas quais:
A Figura 1 ilustra uma grande e moderna turbina eólica,
A Figura 2 ilustra um exemplo de um mancai de palhetas para uma turbina eólica,
A Figura 3 ilustra uma fileira de esferas de mancai tal como uma fileira do mancai de palhetas ilustrado na Figura 2,
A Figura 4 ilustra zonas de contato de um mancai,
A Figura 5 ilustra uma vista transversal de uma seção de um mancai de acordo com a invenção,
A Figura 6a ilustra esquematicamente em uma vista lateral uma modalidade de um mancai de acordo com a invenção provido com esferas de mancai,
A Figura 6b ilustra esquematicamente em uma vista lateral uma modalidade de um mancai de roletes radiais de acordo com a invenção provido com roletes de mancai,
A Figura 6c ilustra esquematicamente uma vista em seção transversal de um mancai com três fileiras de roletes de acordo com a invenção,
A Figura 7 ilustra em perspectiva uma seção de um leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai com uma entalhadura de acordo com uma modalidade preferida da invenção A Figura 8 ilustra uma seção do mancai incluindo uma área de entalhadura era mais detalhes,
A Figura 9 ilustra esquematicamente a força da carga de um elemento de rolamento do mancai em diferentes posições da área de entalhadura,
A Figura 10 ilustra diferentes meios de um processo de fabricação de mancai de acordo com a invenção,
A Figura 11a ilustra uma modalidade da invenção com a um primeiro tipo de área de entalhadura, e
A Figura 11b ilustra uma modalidade da invenção com um segundo tipo de área de entalhadura.
Descrição Detalhada
A Figura 1 ilustra uma moderna turbina eólica 1 montada sobre uma fundação 6. A turbina eólica compreende uma torre 2, que inclui um número de seções de torre, e uma nacela 3 da turbina eólica posicionada na parte de topo da torre 2. O mecanismo de mudança de direção com um mancai e motores para a mudança de direção permite à nacela girar em relação à torre em um modo tal que o rotor da turbina eólica possa ficar contra o vento.
O rotor da turbina eólica, compreendendo pelo menos uma palheta e ilustrado na Figura com três palhetas 5 de turbina eólica, está conectado ao cubo 4 através de mecanismos de passo. Cada mecanismo de passo inclui um mancai de palhetas 7 que permite à palheta fazer passo em relação ao vento. O cubo está conectado à nacela através do eixo que se estende para fora da parte frontal da nacela. 0 eixo está diretamente conectado a um gerador ou indiretamente através de um mecanismo de engrenagens e eixos de baixa velocidade/alta velocidade em que as conexões podem compreender um ou mais mancais de eixo tais como mancais de rotor e de gerador.
A Figura 2 ilustra um exemplo de um mancai de palhetas 7 para uma turbina eólica. A palheta da turbina eólica 5 está conectada ao anel interno 8 do mancai de palhetas 7 com um número de ferrolhos providos com rosca e porca. O anel externo 9 do mancai de palhetas está também conectado com um número de ferrolhos providos com rosca e porca ao cubo 4. Entre os leitos de rolagem dos elementos de rolamento dos anéis de mancai 8, 9 estão posicionadas duas fileiras 10 de esferas de mancai que permitem à palheta da turbina eólica 5 ter passo em relação ao cubo 4.
A palheta da turbina eólica pode também estar conectada ao anel externo e o cubo ao anel interno em outras modalidades.
Outros tipos de mancais serão conhecidos por aqueles usualmente versados na técnica inserida no âmbito técnico de mancais tais como mancais para turbinas eólicas e guindastes.
Exemplos de tipos possíveis de mancais: Mancai de esferas com 4 pontos de contato,
Mancais de encosto axial, por exemplo, mancais de encosto axial de roletes esféricos, mancais de encosto axial de esferas, mancais de encosto axial de contato angular de esferas, e mancais de encosto axial de roletes cilíndricos, ou
Mancais giratórios, por exemplo, mancais com três fileiras de roletes (3RRB) ou mancais de duas fileiras de roletes +uma fileira de esferas (2RRB+1RBB).
ou ainda,
Mancais de esferas auto-alinhantes, mancais de esferas de entalhe profundo ou mancais de esferas de contato angular.
Os roletes podem ser, por exemplo, era forma cilíndrica, agulha, cônica, tambor ou de forma esférica.
Além disso, os mancais podem compreender apenas uma fileira de esferas de mancai ou mais gue duas fileiras de esferas de mancai tal como três fileiras. Além disso, as fileiras podem estar posicionadas na parte de topo ou em seguida uma da outra.
A Figura 3 ilustra uma fileira de esferas de mancai tal como uma fileira do mancai de palhetas ilustrado na
Figura 2.
O mancai inclui um anel interno e externo de mancai 8, 9 com um número de elementos de rolamento do mancai 11 em meio e conectando os anéis de mancai. Os elementos de rolamento do mancai podem ser esferas de mancai como ilustrado na Figura 2 ou roletes de mancai.
A fileira de elementos de rolamento de mancai 11 é movediça nos leitos de rolagem dos elementos de rolamento dos anéis de mancai 8, 9 e como tal os anéis de mancai podem girar livremente em ambas as direções como indicado pelas setas. Os elementos de rolamento do mancai podem ser mantidos em separado ou contidos por meio de diferentes meios de espaçamento tais como separadores plásticos de mancai ou uma caixa metálica de mancai.
É também ilustrado que os anéis interno e externo de mancai 8, 9 possuem uma área de leito de rolagem dos elementos de rolamento Ih que possui uma ou mais características materiais relevantes que é um valor mais fraco que o do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai em geral. Uma característica material relevante pode ser um menor endurecimento do metal ou uma maior fragilidade na área Ih em comparação com o restante do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai.
A área menos endurecida é considerada ser material com pelo menos 15 por cento menos dureza em relação ao restante do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai. Isto se aplica tanto aos métodos de medição de dureza Rockwell C (RHC) e 'Vickers..
As duas áreas Ih são ilustradas com diferentes tamanhos onde a área maior Ih no mancai interno 8 pode ser a área de preenchimento de material durante a fabricação. O obturador fecha o furo que foi usado quando da introdução das esferas de mancai ao interior do mancai e pode, por conseqüência, ser usado como um furo de inspeção. A área do furo com obturador marca usualmente o inicio e o fim do processo de endurecimento como descrito acima.
A área menor Ih do anel externo de mancai ilustra o inicio e o final do processo de endurecimento de um anel de mancai sem um furo com preenchimento de material obturante.
A área 1h pode ser também uma área do anel de mancai com as pertinentes características materiais mais fracas devido à sobreposição do processo de endurecimento.
A Figura 4 ilustra as zonas de contato 16 em um anel de mancai 12 de um mancai de um a mancai de esferas. As zonas de contato 16 correspondem ao leito de rolagem dos elementos de rolamento de um anel de mancai onde os elementos de rolagem (ilustrados por uma esfera de mancai 11) pode estar em contato com os anéis de mancai e podem transferir força de carga. O contato do elemento de rolamento do mancai sobre os anéis de mancai pode se alterar com o tamanho da força da carga.
Uma ou mais zonas de contato similares existem para um projeto de mancai de roletes (por exemplo, ver Figuras 6b e 6c).
A Figura 5 ilustra uma vista transversal de uma seção de uma modalidade preferida do mancai de acordo com a invenção. A seção inclui quatro elementos idênticos de rolamento do mancai os quais são ilustrados como esferas de mancai 11 entre os anéis de mancai 8, 9 e leitos de rolagem 12 dos elementos de rolamento do mancai. Os leitos de rolagem dos elementos de rolamento dos anéis de mancai 8, 9 incluem ambos uma área de entalhadura 13 que está pelo menos posicionada na área Ih dos anéis de mancai.
A Figura ilustra que as esferas de mancais, que circundam uma esfera de mancai em uma área de entalhadura 13, suporta uma alta força da carga Fh, enquanto que a esfera de mancai na área de entalhadura 13 suporta apenas uma mais baixa força da carga F1, preferivelmente uma força desprezível ou nenhuma força da carga. Conseqüentemente, as áreas de entalhadura experimentam menos força da carga ou nenhuma força da carga provenientes das esferas de mancai nas áreas de entalhadura.
A força da carga F1 da esfera de mancai numa área de entalhadura 13 é baixa ou não existente. A distância na área de entalhadura 13 em relação a duas zonas opostas de contato do mancai 16 é similar ou maior que o diâmetro da esfera de mancai. Conseqüentemente, as outras esferas de mancai que estão posicionadas na parte endurecida do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai carregam a alta força da carga Fh do mancai.
A Figura 6a ilustra esquematicamente a área de entalhadura 13 em uma seção do leito de rolagem 12 dos elementos de rolamento do mancai. A ilustração é visualizada a partir do centro do mancai em vista radial no sentido dos anéis de mancai, com, por exemplo, o anel interno removido. Ou visto a partir do lado de fora dos anéis de mancai em vista radial voltada para dentro do centro do mancai com o anel externo removido. Três esferas de mancai (ilustradas com linhas sombreadas) estão posicionadas no leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai e com a segunda esfera adentrando ao interior da área de entalhadura 13.
A Figura ilustra uma modalidade onde o leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai está dividido numa parte endurecida do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai e uma parte menos endurecida ou área Ih do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai. A parte menos endurecida tem um comprimento Lih que é muito menor que o comprimento Lh da parte endurecida, por exemplo, um comprimento Lih substancialmente correspondente ao tamanho do furo com preenchimento de material durante a fabricação, isto é, um pouco maior que o diâmetro de uma esfera de mancai e menos que duas vezes o diâmetro da esfera.
A Figura também ilustra que a área de entalhadura 13 pode ir além da área de uma parte menos endurecida e pode se estender ao interior da parte endurecida do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai, por exemplo, por ter comprimento Ld sendo mais alongado que Lih.
A Figura também ilustra que o comprimento Ld da área de entalhadura 13 tratada pode se estender para além da parte menos endurecida ou não endurecida do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai, por exemplo, para dentro de uma ou ambas as áreas das proximidades da parte endurecida (como será explanado mais adiante em relação à Figura 9).
0 comprimento Lih pode, por exemplo, estar entre 0,5 e 1 centímetro em relação a um diâmetro total de mancai de mais que um metro. O comprimento de uma área de entalhadura Ld é preferivelmente menos que 15 graus do comprimento de um leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai. Um comprimento da área de entalhadura Ld correspondente substancialmente ao diâmetro de uma esfera Db, por exemplo, correspondente à área de preenchimento de material durante a fabricação em um anel de mancai, o seguinte pode ser o caso: 7,9 graus para um mancai de esferas de anel giratório de 4 pontos de contato com uma esfera de 40 milímetros e um raio de mancai de 291,5 milímetros. Ou para o mesmo tipo de mancai com esfera de 53,98 milímetros e raio de mancai de 955 milímetros iguala 3,2 graus.
O diâmetro de uma esfera de mancai pode, por exemplo, ser de 38,10, 44,45, 50,80, 53,98, 63,50, 76,20 ou 101,60 milímetros bem como de outras dimensões.
A Figura 5 ilustra esquematicamente a área de entalhadura 13 em uma seção do leito de rolagem 12 dos elementos de rolamento do mancai. A ilustração é visualizada a partir do centro do mancai em vista radial no sentido dos anéis de mancai, com, por exemplo, o anel interno removido. Ou visto a partir do lado de fora dos anéis de mancai era vista radial voltada para dentro do centro do mancai com o anel externo removido.
Três roletes de mancai 15 (ilustrados com linhas sombreadas) estão posicionados no leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai e com o segundo rolete adentrando na área de entalhadura 13.
A parte menos endurecida tem um comprimento L1h que é muito menor que o comprimento Lh, da parte endurecida e menos que o diâmetro do rolete (ou esfera), por exemplo, aproximadamente 0,2 do diâmetro do rolete (ou esfera).
A Figura 6c ilustra esquematicamente uma seção transversal de uma modalidade de um mancai giratório de acordo com a invenção.
O mancai está ilustrado como um mancai de roletes de fileira tripla (3RRB) mas também inclui duas fileiras de roletes (fileira superior e inferior; que suportam momentos de flexão/inclinação bem como forças de cargas axiais) e uma fileira simples (fileira intermediária; que suporta força de carga radial) de esferas de mancai (2RRB+1RBB). Cada área de entalhadura 13 dos seis leitos de rolagem dos elementos de rolamento do mancai está ilustrada com linhas sombreadas.
As combinadas fileiras radial e de encosto dos elementos de rolagem nos mancals 3RRB ou 2 RRB + 1 RBB podem ser usadas em aplicações de cargas muito pesadas tais como em turbinas eólicas ou guindastes.
A Figura 7 ilustra uma modalidade preferida de um mancal de acordo com a invenção e especialmente uma seção de um leito de rolagem 12 dos elementos de rolamento do mancal em perspectiva que inclui uma esfera de mancal 11 de muitas esferas em uma fileira de mancal. As esferas podem estar na posição ou se movimentarem no leito de rolagem dos elementos de.rolamento do mancal durante o movimento entre as partes fixas e móveis conectadas através do mancal. Além disso, as outras esferas de mancai irão transferir a força de carga completa de um anel de mancal para o anel de mancal oposto quando uma ou mais esferas de mancal estiver nas áreas de entalhadura e transferir menos força ou nenhuma força da carga. Um leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancal padrão compreende usualmente de 30 a 120 elementos de rolamento de mancal.
A Figura também ilustra uma área de entalhadura 13 no leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancal onde o comprimento da área é menor que o diâmetro da esfera de mancal 11. A área de entalhadura é uma entalhadura pelo menos em uma parte menos endurecida ou não endurecida do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancal como explanado acima.
A área de entalhadura se desenvolve desde a borda lateral até a borda lateral do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai, por exemplo, de configuração como um furo ou um entalhe. Além disso, a área compreende uma dupla curvatura ou forma continua similar na direção do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai.
A área de entalhadura pode também estar em partes do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai, por exemplo, nas laterais do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai e não na parte baixa do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai como também explanado acima (ver Figura 11a).
A Figura 8 ilustra um elemento de rolamento do mancai numa área de entalhadura e entre os anéis de mancai 8, 9 em mais detalhes.
A esfera de mancai 11 tem um diâmetro Db onde o diâmetro é muito maior que a profundidade X da área em qualquer ponto ao longo da entalhadura.
A profundidade da linha base ou forma B do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai até o ponto mais baixo na área de entalhadura deve ser tal que o elemento de rolamento do mancai possa retornar à superfície normal do mancai sem problemas.
As setas grandes MD da Figura ilustra as direções possíveis de movimento do elemento de rolamento do mancai correspondente à direção do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai 12.
Leitos opostos de rolagem dos elementos de rolamento do mancai podem ambos compreender áreas de entalhadura numa outra modalidade da invenção, isto é, uma esfera de mancai pode adentrar em duas áreas de entalhadura em lugar de apenas numa.
A Figura 9 ilustra esquematicamente a força da carga F de um elemento de rolamento do mancai em diferentes posições da área de entalhadura 13. A linha B define uma forma de contorno normal de um leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai.
A área de entalhadura 13 preferivelmente compreende uma área de características materiais do mancai mais fracas lh e duas áreas de transição ta no material endurecido adjacente do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai. As áreas de transição representam o declínio a partir da forma de contorno normal do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai até as profundidades mínimas X1hl/ Xlh2 na transição entre o material endurecido e a área Ih de características materiais mais fracas de mancai. Usualmente, a área de entalhadura tem uma profundidade máxima entre as duas profundidades mínimas Xlh1/ Xlh2 ao final das áreas de transição (isto é, na transição no sentido do material de mancai mais fraco). O leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai prossegue com um contorno/forma normal nas outras laterais das áreas de transição ta.
A forma da área de entalhadura é vista na direção de rotação para o mancai e é continua, isto é, sem bordas. A esfera de mancai irá experimentar uma transição continua desde a força plena da carga Fh até menos ou nenhuma força da carga Fih ao final das áreas de transição até menos força ou nenhuma força Fi na área de material de mancai mais fraco. A menos força da carga Flh deve ser próxima a nenhuma força da carga em um moto tal que a totalidade da área Ih experimente pouca ou nenhuma força da carga.
Nenhuma força da carga ou próximo de nenhuma força da carga pode ser conseguida com relação de diâmetro/profundidade correspondente a aproximadamente 38,10 -milímetros/O., 2 milímetros ou 53, 98 milímetros/0,6 milímetros dependendo do tamanho do mancai, conformidade do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai, cargas de mancai bem como a tenacidade da estrutura circundante por sobre a qual o mancai está montado.
A forma da área de entalhadura pode ser de uma curvatura dupla, furo de configuração redonda, um entalhe ou forma contínua similar. A forma deve ser bem definida a fim de ser reproduzível por uma máquina.
A Figura 10 ilustra uma etapa de processo na fabricação de um anel de mancai com uma área de entalhadura de acordo com a invenção.
Um processo de remoção de material, tal como um processo de fresagem é usado a fim de estabelecer uma área de entalhadura 13.
O processo de remoção do material da área de entalhadura pode em uma modalidade do método de fabricação ser realizada mediante a entrada de uma máquina de fresagem ou de usinagem 14 na parte mais baixa do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai e preferivelmente remover o material desde a borda até o fundo do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai isto é, perpendicular à direção do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai. Em seguida o anel de mancai levantado em seu contorno e o processo é repetido desde a outra borda até o fundo do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai. Desse modo é estabelecida uma área de entalhadura no leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai de borda a borda perpendicular à direção de rotação para o mancai.
O processo pode ser também realizado em uma etapa mediante a entrada de uma máquina com uma pedra de desbaste substancialmente correspondente em diâmetro com o diâmetro do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai.
As áreas de entalhadura podem ser também estabelecidas primeiramente por meio do processo de remoção de material numa outra modalidade do processo de fabricação e o processo de endurecimento ser realizado em seguida sobre os anéis de mancai, por exemplo, mediante começar e terminar nas áreas de entalhadura.
A Figura lia ilustra uma modalidade da invenção onde apenas a área de entalhadura 13 (linhas sombreadas) está estabelecida na laterais internas do anel de mancai.
Entretanto, a área de entalhadura pode ser também estabelecida no fundo do anel de mancai ou no fundo bem como em outras posições a fim de estabelecer uma área de entalhadura com menor cobertura que a do anel de borda a borda (ao longo da extensão do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai).
A Figura Ilb ilustra uma modalidade da invenção onde a área de entalhadura 13 está estabelecida borda a borda do anel de mancai (ao longo da extensão do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai).
A invenção foi exemplificada acima com referência a exemplos específicos de mancais de palhetas numa turbina eólica. Entretanto, deverá ser entendido que a invenção não está limitada aos exemplos particulares mas pode ser esboçada e alterada num grande número de variantes inseridas no escopo da invenção como especificado nas reivindicações, por exemplo, em relação a outros mancais de turbina eólica bem como outras aplicações envolvendo mancais muito grandes que enfrentam forças de carga axial e radial bem como momentos de flexão/inclinação tal como mancais para grandes guindastes, radares ou de satélites aéreos. Lista:
1. Turbina eólica
2. Torre de turbina eólica que inclui pelo menos duas seções de torre
3. Nacela de turbina eólica
4. Cubo da turbina eólica
5. Palheta da turbina eólica
6. Fundações para a turbina eólica
7. Mancai de palhetas para um mecanismo de passo de uma palheta de turbina eólica
8,9. Anéis de mancai com leitos de rolagem para os elementos de rolamento do mancai
10. Fileira de elementos de rolamento do mancai tal como esferas ou roletes de mancai
11. Esfera de mancai
12. Leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai
13. Área tratada no leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai por meio de um processo de remoção, por exemplo um processo de fresagem
14. Máquina de remoção de material tal como uma máquina de fresagem/desbaste
15. Elementos de rolamento do mancai
16. Zona de contato do mancai entre os anéis de mancai e os elementos de rolamento
B Linha base ou de forma do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai Fh força da carga alta sobre um elemento de rolamento do mancai
Flh Força da carga mais baixa sobre um elemento de rolamento do mancai numa área de entalhadura
FlForça da carga mais baixa sobre um elemento de rolamento do mancai numa área de entalhadura
Db Diâmetro da esfera ou rolete de mancai
Ih Área menos endurecida, não endurecida ou quebradiça do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai isto é, material mas fraco do mancai
Lh Comprimento da parte endurecida do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai
Llh Comprimento da área de material mais fraco de mancai no leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai, por exemplo, parte menos endurecida ou parte não endurecida do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai
Ld Comprimento da área tratada
MD Direção de rotação dos elementos de rolagem
ta Área de transição entre o material mais fraco de mancai e o material endurecido padrão do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai
X Profundidade da área tratada
Xlhl, Xlh2 Profundidade na área tratada na transição entre a área de transição e o material mancai mais fraco.

Claims (36)

1. MANCAL, compreendendo anéis de mancai (8, 9) com leitos de rolagem dos elementos de rolamento do mancai (12), e pelo menos uma fileira (10) de elementos de rolamento do mancai (11, 15) posicionados entre os referidos anéis e em contato com os referidos leitos de rolagem dos elementos de rolamento do mancal caracterizado por pelo menos um dos referidos leitos de rolagem dos elementos de rolamento do mancai (12) compreender uma ou mais área de entalhadura (13) em relação a uma forma padrão dos leitos de rolagem dos elementos de rolamento do mancal.
2. Mancai, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os referidos elementos de rolamento do mancal serem esferas (11) ou roletes (15) de mancal ou combinações desses mencionados.
3. Mancal, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o referido mancai ser meio de conexão entre diferentes partes de uma turbina eólica (1) tal como a palheta, mecanismo de medição de direção, rotor, engrenagens ou mancai do gerador da turbina eólica (1).
4. Mancal, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por um leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai compreender uma área de entalhadura (13).
5. Mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por cada leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai compreender uma área de entalhadura (13).
6. Mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por a referida área de entalhadura (13) estar pelo menos posicionada em um material de características materiais mais fracas que as do material endurecido do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai, por exemplo, material mais fraco por ser menos endurecido, não endurecido ou de maior fragilidade que a outra parte do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai.
7. Mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por a referida área de entalhadura (13) compreender uma área de características materiais mais fracas de mancai e áreas de transição (ta) no material endurecido adjacente do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai.
8. Mancai, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a referida área de entalhadura (13) compreender uma forma de furo ou de entalhe com profundidade mínima (Xihi, Xih2) nas áreas de transição (ta) .
9. Mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 e 8, caracterizado por a forma da referida área de entalhadura (13) ser bem definida e reproduzível por máquina com uma profundidade mínima (Xihi/ Xih2) nas áreas de transição (ta).
10. Mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado por a referida área de entalhadura (13) compreender um furo de forma redonda ou um entalhe com profundidade mínima (Xmi, Xih2) nas áreas de transição (ta).
11. Mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 10, caracterizado por a referida área de entalhadura (13) compreender uma forma contínua e uniforme com profundidade mínima (Xihif Xih2) nas áreas de transição (ta) .
12. Mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por a referida área de entalhadura (13) se desenvolver de borda a borda do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai numa direção substancialmente perpendicular à direção de rotação (MD) dos elementos de rolagem.
13. Mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado por a referida área de entalhadura (13) apenas se desenvolver ao longo da extensão das partes do leito de rolagem (12) dos elementos de rolamento do mancai tal como as laterais ou o fundo do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai.
14. Mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 13, caracterizado por a profundidade mínima (Xihi, Xih2) na área de transição na área de entalhadura (13) ser pelo menos de 1 milésimo do diâmetro (Db) das esferas de mancai, por exemplo, na faixa de 2 e 20 milésimos.
15. Mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 13, caracterizado por a profundidade mínima (Xihi/ Xih2) na área de transição na área de entalhadura (13) ser de pelo menos 0,7 milésimos do diâmetro (Db) dos elementos de rolamento do mancai, por exemplo, na faixa de 1 a 50 milésimos.
16. Mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado por as referidas áreas de entalhadura (13) serem entalhaduras em relação a uma linha base normal ou forma (B) dos leitos de rolagem dos elementos de rolamento do mancai.
17. Mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 16, caracterizado por a referida uma ou mais áreas de entalhadura (13) compreender uma profundidade mínima -(Xihi, Xih2) na área de transição (ta) de pelo menos -0, 04 milímetros, por exemplo, na faixa de 0,1 a 1,5 milímetros tal como entre 0,2 e 0,6 milímetros em relação ao diâmetro (Db) das esferas de mancai que é de pelo menos -30 milímetros, por exemplo, aproximadamente 38,10, 44,45, -50,80, 53,98, 63,50, 76,20 ou 101,60 milímetros bem como outras dimensões.
18. Mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 16, caracterizado por a referida uma ou mais área de entalhadura (13) compreender uma profundidade mínima (Xihi, Xih2) na área de transição (ta) de pelo menos -0,04 milímetros em relação ao diâmetro (Db) do elementos de rolamento do mancai que é de pelo menos 20 milímetros.
19. Mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado por cada uma das referidas uma ou mais áreas de entalhadura (13) ser menor que 360 graus, por exemplo, menor que 15 graus do comprimento de um leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai.
20. Mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado por cada uma das referidas urna ou mais áreas de entalhadura (13) estar pelo menos posicionada em uma zona de contato do mancai (16) de um leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai para abrigar os elementos de rolamento de mancai (11, 15) .
21. TURBINA EÓLICA, caracterizada por compreender meios de conexão entre diferentes partes da turbina eólica tais como partes fixas e móveis onde os referidos meio de conexão incluem um ou mais mancais (7) compreendendo uma ou mais áreas de entalhadura (13) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18.
22. Turbina eólica, de acordo com a reivindicação -21, caracterizada por os referidos mancais são mancais de palheta, mecanismo de mudança de direção, rotor, engrenagem ou mancais de gerador.
23. MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE UM MANCAL, o referido métodosendo caracterizado por compreender as etapas de, estabelecer pelo menos dois anéis de mancai, endurecer uma grande parte do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai de cada anel de mancai por meio de um processo de endurecimento, e estabelecer uma área de entalhadura no referido leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai.
24. MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE UM MANCAL, o referido método caracterizado por compreender as etapas de, estabelecer pelo menos dois anéis de mancais, estabelecer pelo menos uma área de entalhadura no pelo menos um leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai, e endurecer cada anel de mancai por meio de um processo de endurecimento.
25. Método para a fabricação de um mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicaçções 23 e 24, caracterizado por a referida área de entalhadura ser estabelecida por meio de um processo de remoção de material tal como um processo de fresagem ou de desbaste no referido leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai por meio de uma máquina de fresagem ou de desbaste.
26. Método para a fabricação de um mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 25, caracterizado por as referidas áreas de entalhadura serem estabelecidas em cada um dos leitos de rolagem dos elementos de rolamento do mancai.
27. Método para a fabricação de um mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 2 6, caracterizado por a referida área de entalhadura ser estabelecida numa área (Ih) de características materiais mais fracas no leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai, isto é, o comprimento (Ld) da área de entalhadura é igual ou menor que o comprimento da área de características materiais mais fracas no leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai (Lih) .
28. Método para a fabricação de um mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 2 6, caracterizado por a referida área de entalhadura ser estabelecida numa área (Ih) de características materiais mais fracas no leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai e áreas de transição no material endurecido adjacentes ao leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai, isto é, o comprimento (Ld) da área de entalhadura é maior que o comprimento da área de características materiais mais fracas no leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai (Lih) .
29. Método para a fabricação de um mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 25 a 28, caracterizado por o processo de remoção de material estabelecer a área de entalhadura no leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai mediante uso de uma máquina de usinagem ou uma máquina de desbaste.
30. Método para a fabricação de um mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 2 9, caracterizado por o processo de remoção de material estabelecer a área de entalhadura como de forma continua e uniforme tal como um furo de forma redonda ou entalhe com profundidade mínima (Xihi, Xihá) nas áreas de transição.
31. Método para a fabricação de um mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 30, caracterizado por o de remoção de material estabelecer a referida área de entalhadura (13) de borda a borda do leito de rolagem (12) dos elementos de rolamento do mancai.
32. Método para a fabricação de um mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 30, caracterizado por o processo de remoção de material estabelecer a referida área de entalhadura (13) em partes do leito de rolagem (12) dos elementos de rolamento do mancai, por exemplo, nas laterais ou fundo do leito de rolagem dos elementos de rolamento do mancai.
33. Método para a fabricação de um mancai, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 32, caracterizado por a referida uma ou mais área de entalhadura (13) estar posicionada em relação a uma linha base ou forma (B) dos leitos de rolagem dos elementos de rolamento do mancai (12).
34. USO DE UM MANCAL, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 20, caracterizado por ser numa turbina eólica regulada com perda ativa de velocidade ou como um mancai de palheta de um mecanismo de passo.
35. USO DE UM MANCAL, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 20, caracterizado por ser em um mecanismo de mudança de direção, rotor, engrenagem ou mancai de gerador de uma turbina eólica.
36. USO DE UM MANCAL, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado por ser em mancais muito grandes que experimentam forças de cargas axiais e radiais bem como momentos de flexão/inclinação.
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