BRPI1106941A2 - uniço entre o eixo de entrada da multiplicadora e o eixo de giro do rotor - Google Patents

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Abstract

UNIçO ENTRE O EIXO DE ENTRADA DA MULTIPLICADORA E O EIXO DO GIRO DO ROTOR. A união entre o eixo da entrada da multiplicadora e o eixo do giro do rotar se realizar com uma flange anilhada que combina uma união por interferência entre a surperfície horizontal do eixo do rotor (4) e a face interna da flage (5),com uma união aparafusada entre a surpefície vertical da flange (5), e a face frontal do corpo multiplicado (4) correspondente ao eixo de baixa. A união por interferência adicionada uma ranhura entre ambas às superfícies com sua correspondente chaveta (9). Também se inclui um método de montegem com um tratamento superficial a uma temperatura T1, um aquecimento da flange (5) em um forno a uma temperatura T2, um anilhamento da flange (5) sobre o eixo do giro do rotor (4) fazendo coincidir a ranhura com chaveta (9), um posterior esfriamento e finalmente uma união aparafusada da flange (5) e a multiplicadora (3).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: "UNIÃO ENTRE O EIXO DE ENTRADA DA MULTIPLICADORA E O EIXO DE GIRO DO ROTOR".
OBJETIVO DA INVENÇÃO
A presente invenção se refere à união entre o eixo que vem do rotor de uma turbina e a multiplicadora que modifica as revoluções do citado eixo para ajustá-las aos requerimentos do gerador.
Todo ele dentro das turbinas utilizadas para a produção de energias limpas ou renováveis.
ANTECEDENTES DA INVECÃQ O desenho padrão do trem de potência consiste em localizar a caixa multiplicadora e o
gerador elétrico atrás do rotor eólico e dentro da gôndola. Esta é a configuração mais compacta. E dentro desta configuração, o desenho do eixo de giro do rotor e sua integração com o trem de potência é um dos pontos fundamentais do desenho mecânico da turbina.
Normalmente a união entre o eixo de giro do rotor e a multiplicadora se realiza na fábrica e uma vez montado se integra no interior da gôndola e é transportada até o lugar de montagem no campo.
O eixo de giro do rotor repousa sobre rolamentos separados e se une ao eixo de giro da multiplicadora mediante uniões por fricção (estranguladas) ou aparafusadas. No caso de certas máquinas a união é um colar que se dispõe sobre o exterior da união que forma o eixo de giro do rotor e o eixo de giro da multiplicadora. O eixo de giro da multiplicadora recebe no seu interior oco o eixo de giro do rotor. O colar hidráulico (ou mecânico) comprime o eixo oco com o eixo de giro do rotor e transmite os de torção mediante fricção.
No caso das máquinas com trem compacto integrado, a união é aparafusada e se utiliza um aditivo para que a superfície de fricção seja mais efetiva. Tal e como se aponta nas patentes EP2075466.
Embora estas formas de união possam apresentar os seguintes problemas:
A união aparafusada e os aditivos utilizados na união da máquina com trem compacto integrado mostram pouca modularidade e a manutenção precisa do espaço de manobra dentro da nacele. A união realizada com o colar exige um ajuste muito comprometido durante o deslocamento axial dos elementos. Além do custo alto do material com o qual se faz o colar.
As uniões aparafusadas existentes utilizam uma combinação de parafusos e pinos para fixar flanges menores que os correspondentes para transmitir torque somente por fricção. Isso é feito para não penalizar o tamanho do rolamento do eixo da multiplicadora, do próprio eixo e do flange. Entretanto, as uniões por fricção são mais versáteis para a montagem e desmontagem e repartem melhor o trabalho e as tensões. A montagem do trem de potência e sua posterior manutenção é muito importante e repercute diretamente nos custos da turbina. O eixo do rotor transmite grandes esforços e sua união com o eixo da multipticadora deve ser calculada com grande detalhe. Estes elementos são eixos rotatórios e algumas vezes estão cobertas com suas correspondentes carcaças. Deve se ter em conta sua permutabilidade e acessibilidade. DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
No novo desenho e devido principalmente a uma questão de espaço, se tem desenvolvido uma combinação de união aparafusada acompanhada com a modularidade, versatilidade e robustez que proporciona uma união por interferência. Assim, um objetivo da presente invenção é a obtenção de um trem de potência com
menor peso que os existentes na atualidade.
Outro objetivo da presente invenção é permitir uma montagem mais simples e por sua vez uma desmontagem (para a substituição da multiplicadora) também mais simples.
Por sua vez, é outro objetivo da presente invenção desenhar e utilizar na união uma flange como uma peça única, formada de aço estrutural e que seja capaz de suportar altas temperaturas durante sua montagem.
E por último é outro objetivo da presente invenção que a união se realize com uma flange que combina uma união por interferência com uma união aparafusada por fricção.
Tudo isso é conseguido com uma flange anilhada e um específico método de montagem em que primeiro se aquece a flange atendendo as solicitações que marcam as interferências de montagem. Antes do delicado processo de aquecimento se realiza um tratamento superficial da peça de maneira que a flange é protegida contra a corrosão e aumenta seu coeficiente de atrito. A flange anilhada representa um elemento de pressão que realiza a função de suportar as cargas de fadiga. A ranhura e sua correspondente chaveta (disposto entre as peças unidas) fornece o diferencial para as cargas extremas e, além disso, diminui as dimensões do aro.
A principal vantagem deste novo desenho é a redução de custos e a redução de peso, além da robustez da fixação da flange ao eixo. BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS Com a finalidade de explicar de forma preferencial como se realiza a montagem do
eixo de giro do rotor e o eixo de entrada da multiplicadora, se acompanham as seguintes figuras:
A figura 1 mostra o cubo do rotor e urna parte do trem de potência que inclui o eixo do rotor e a multiplicadora.
A figura 2 mostra em outra perspectiva o cubo e o eixo do motor, com uma representação da flange anilhada.
A figura 3 mostra uma seção das figuras anteriores.
A figura 4 mostra o eixo do rotor e a flange anilhada com uma seção de um quarto sobre ambas as peças.
DESCRIÇÃO DE UMA MODALIDADE PREFERENCIAL
Tal e como mostrado na figura 1, o rotor eólico (1) representado é do tipo hélice com três pás (não mostradas na figura). Este tipo de rotor (1) tem uma melhor estabilidade estrutural e aerodinâmica frente aos rotores de uma ou duas pás. Durante o processo de conversão de energia envolvendo o rotor eólico (1) que converte a energia cinética do vento em energia mecânica, o trem de potência (2) que transmite a potência mecânica desenvolvida pela turbina ao gerador elétrico (não mostrado) mediante uma multiplicadora (3) e por último o gerador transforma a energia mecânica em elétrica.
O trem de potência (2) ou sistema mecânico de transmissão é constituído de todos os elementos e componentes de uma turbina que transmitem torque mecânico ao eixo de giro. Como a velocidade de giro do gerador elétrico não se corresponde com a velocidade de giro do rotor eólico (1) é necessário incluir uma multiplicadora (3). O corpo da multiplicadora (3) conecta sua parte correspondente a baixa velocidade com o eixo do rotor (4) ou eixo de baixa. O parâmetro de desenho mais importante é o torque transmitido pelo eixo de rotor (4) em condições nominais, entretanto, este torque está sujeito a variações importantes. Além da disposição do freio mecânico e da existência ou não de amortecimentos
mecânicos para reduzir as oscilações do torque transmitido, um fator de serviço da multiplicadora (3) é sua união com o eixo do rotor (4).
Na figura 2, o eixo do rotor (4) se acrescenta uma flange (5) que abraça externamente o citado eixo (4). A flange (5) é uma peça única, combinação de dois anéis concêntricos: um primeiro anel (6) mais largo do que alto e em seguida, um segundo anel (7) de menor largura que o anterior e de maior altura ou diâmetro externo. Este segundo anel (7) tem orifícios (8) na direção do eixo dos módulos: multiplicadora e eixo do rotor. A união entre a superfície horizontal do eixo do rotor (4) com a face interna da flange (5) é uma união por interferência.
A união entre a superfície vertical da flange (5) ou a parte correspondente ao segundo anel (7) e a face frontal do corpo da multiplicadora (3) é uma união aparafusada por fricção. Tal e como se mostra nas figuras 3 e 4. A união por interferência entre o eixo do rotor (4) e a face interna da flange (5) acrescenta em uma parte da superfície de contato uma ranhura e sua respectiva chaveta (9).
As variações existentes nas condições de carga se tem considerado no aspecto de cargas de fadiga. O torque de fadiga máximo e o torque máximo existente em condições extremas são suportados pela combinação de uma flange anilhada (5) e a chaveta (9). Sendo o elemento diferencial de carga a chaveta (9). Todo ele segundo os aspectos de carga especificados na norma IEC 61400.
O método de montagem da flange (5) é similar ao efetuado nos elementos perdidos: uma vez aquecidos e colocados no seu lugar se dão como perdidos, (tal é o caso dos rolamentos). A flange (5) se aquece no forno e seu aquecimento é alto, mas sem danificar o tratamento superficial.
Previamente se tem realizado um tratamento superficial a uma temperatura tal que seja capaz de suportar adequadamente a temperatura de anilhamento. O tratamento superficial se realiza pela superfície do primeiro anel (6) como pela superfície do segundo anel (7).
Uma vez aquecida a flange (5) se encaixa o eixo do rotor (4). Para combinar as solicitações, a dificuldade no aquecimento e as interferências, se adiciona a chaveta (9) ao eixo do rotor (4) que junto com a ranhura existente na flange (5) se cria o equilíbrio suficiente na união. A utilização da chaveta (9) contribui para que a temperatura de montagem seja menor e contribui também para reduzir o peso e consequentemente o custo da flange.
Uma vez que o elemento anilhado esfriou, se confronta a face representada pelo módulo de flange (5) com os orifícios que se apresentam no módulo da multiplicadora (3) e se atravessam com parafusos que trabalham a tração e estão dispostos paralelos ao eixo dos módulos. O esforço de torque se transmite por fricção.

Claims (5)

1.- União entre o eixo de entrada da multiplicadora e o eixo de giro do rotor caracterizado pelo fato de que a união entre ambos os elementos se realiza com uma flange anilhada que combina: - uma união por interferência entre uma superfície horizontal do eixo do rotor (4) e uma face interna da flange (5), - e uma união aparafusada entre uma superfície vertical da flange (5) e uma face frontal do módulo da multiplicadora (4) correspondente ao eixo de giro do rotor.
2.- União entre o eixo de entrada da multiplicadora e o eixo de giro do rotor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a união por interferência entre o eixo de giro do rotor (4) e a face interna da flange (5) se adiciona uma ranhura e no seu interior se inclui uma chaveta (9).
3.- União entre o eixo de entrada da multiplicadora e o eixo de giro do rotor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a flange é uma peça única e seu material é aço estrutural.
4.- Método de união entre o eixo de entrada da multiplicadora e o eixo de giro do rotor caracterizado pelo fato de que se realiza uma temperatura tal que seja capaz de suportar adequadamente a temperatura de anilhamento, a flange (5) é aquecida em um forno na temperatura adequada antes de iniciar o processo de montagem, se anilha o eixo de giro do rotor (4) fazendo coincidir a ranhura com a chaveta (9), deixa esfriar e finalmente se aparafusa na multiplicadora (3).
5.- Método de união entre o eixo de entrada da multiplicadora e o eixo de giro do rotor, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que uns orifícios (8) que apresenta o módulo da flange (5) se enfrentam com uns orifícios que se apresentam no módulo da multiplicadora (3) e se atravessam com parafusos que trabalham a tração e são dispostos paralelos ao eixo dos módulos multiplicadora (3)/eixo (4) e transmitem o torque por fricção.
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