6 O&M_Parafusos e Estruturas de Maquinas A

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Abril 2011
Parafusos e Estruturas de Máquinas 
dos Aerogeradores
Manuel Mercado
Manuel Mercado
Email: manuel.mercado@ziatech.com.br
Conexões Aparafusadas
Conteúdo
1. Visão Geral
2. Exemplo de Análise de Design 
Complexo
3. Importância da Pré-tenção
adequada de Montagem
4. Inspeções
Source: BWE
Conexões Aparafusadas
Flange das pás 
com o hub
Flange do hub com 
o pino axial
Flanges da Torre
Parafusos Comuns das Máquinas Eólicas
Parafusos de cabeça sextavada
com haste e padrão de rosca métricos
EN ISO 4014:2000 
nominal sizes ds
M1,6 to M64
Arruelas Planas 
EN ISO 7090
Porca Sextavada 
Hexagon nuts
EN ISO 4032:1999
ISO 4014 – M36 × 230–10.9
Especificações de Parafusos
Fonte: ISO 898-
1:2009, Tab. 2
Parafusos 
com carga 
dinamica 
De acordo 
com :
GL Wind 
Guideline 
2003/2004, 
Section 6.5
!
Propriedades Mecânicas do Aço Carbono
Fonte: ISO 
898-1:2009
Significado da Classe de Dureza
Com a classe de dureza a tração nominal e a força de rendimento pode ser 
determinado 
(exemplo 10.9)
Primeiro número 10:
tração nominal = 10 x 100 N/mm2 = 1000 N/mm2
Segundo número .9:
yield strength = 0.9 x 1000 N/mm2 = 900 N/mm2
De acordo com a norma ISO 898-1
Conexões Aparafusadas em Estruturas de Aço
High-strength structural bolting assemblies for 
preloading 
Montagens com aparafuzamento de 
alta resistência com precarga
Bolts and nuts acc. to 
EN 14399-4:2005
(with larger wrench size)
EN 14399-4 M16 x 80 10.9/10 HV
Source: BWE
Plain chamfered washers
Arruelas planas chanfradas
acc. to EN 14399-6:2005 + AC:2006 (larger 
compression area in comparison to ISO 7090 
washers) 
Flanges em Torres de Aço
Source: Stahlbau 75, 2000
stress
ring flange Segment L-flange
Source: C. 
Mattheck, Warum 
Alles Kaputt Geht
Comportamento Geral de Conexões de Alto Torque
Força no parafuso 
Força 
externa
Source: BWE
Abrangência do vento 3-D
Cargas da Conexão
bolt 2: operacional 
cargas devido ao pesso 
próprio 
(determinístico)
bolt 1: operational 
cargas devido ao vento 
turbulento (estocástico)
Pá do rotor para a 
conexão do hub
x
x
y
y
laminated bushing
Análise dos Elementos Finitos (FEA)
• Meio segmento de um parafuso unitário simétrico rotacional
• Carga da junção
1. pre-tensão (FMmax, FMmin) e
2. Máximo momento resultante da pá na raiz da pá (MB1/2seg)
T-bolt joint (IKEA)
bearing
rotor hub
blade
bolts
Análise dos Esforços Gerais
• O incremento do stress de parafuso sob alto
torque tem de ser determinada
• A análise de esforço geral será realizada
em menor área de seção transversal do
parafuso sob máximas pré-tensões e Fmmax
• Momento resultante de
flexão máxima na raiz da pá
• Stress resultante no parafuso
é uma combinação de esforços de
flexão e axial
progress of bolt stress
external 
loading MB
bolt stress
σσσσS
∆∆∆∆MB1
∆σ∆σ∆σ∆σS1
∆∆∆∆MB2
∆∆∆∆ σσσσS2
∆∆∆∆MB1 = ∆∆∆∆MB2
∆σ∆σ∆σ∆σS1< ∆σ∆σ∆σ∆σS2
Progresso do Stress do Parafuso
MB
σs
Importância da Pré-Tensão Adequada
Referenz pre-tension
external 
loading MB
bolt stress
σσσσS
lower pre-tension
higher pre-tension
∆∆∆∆MB
∆∆∆∆ σσσσS
∆∆∆∆MB
∆∆∆∆ σσσσS
!
Anel do Frange em Torres de Aço
Possíveis Imperfeições dos Flanges
Influência das Imperfeições
imperfeições reduzem as caracteristicas de compressão do corpo nas junções
→ possibilidade de sobrecarga dos parafusos
perfect/plane joint gapping on tower side gapping on flange side
Técnicas de Aperto
Sources: VDI 2230, hytorc, ith, PFW Technologies, P&S Vorspannsysteme
!
Técnicas de Aperto de Acordo com VDI 2230, Tab A8
Source: Tab. A8 VDI 2230, VDI-Verlag, 2003
!
Técnicas de Aperto de Acordo com VDI 2230, Tab A8
Valores dos Coeficiente Fricção para Diferentes Materiais, 
Superficies e Tipos de Lubrificação
Source: VDI 2230:2003, tab. A5
A meta é atingir 
a classe B, uma
boa lubrificação 
aumenta a 
possibilidade de 
uma maior pré-
tensão e uma
menor dispersão
Source: DIN 18800-7:2008, Tab. 6
Torque de Aperto e pré-tensão para Junções Aparafusadas
for HV-
garniture 
with property 
class 10.9
only
a) Nuts lubricated 
with MoS2 or 
equivalent lubricant
pre-tensão
torque-controlado Angulo controlado
Metodo 
combinadorotary threading tool
Controle de Pre-tensão na Pré-tensão Nominal
for HV-garniture only
Source: DIN 18800-7:2008, Tab. 8
continue-rotation-angle evaluation measure
< 30°°°° pre-tension sufficient none
30°°°° to 60°°°°
pre-tension partly sufficient keep garniture and control two neighbour 
bolts in same connection
> 60°°°° pre-tension not sufficient Change garniture and control the two 
neighbours
translation
O Que Deve Ser Inspecionado?
� Quais são as junções 
sobrecargadas?
� Ferramentas e valores de torque 
estão de acordo com o manual 
de manutenção?
� Os equipamentos estão 
calibrados (etiquetas e datas)?
� Classe do parafuso, proca e 
arruela de acordo com o projeto, 
especificação e instrução?
Etiqueta de 
calibração 
!
• O método de pré-tensão (torque por 
ângulo controlado, alongamento 
mecânico) e configurações (torque, 
ângulo, pressão hidráulica, etc) está 
correto?
• O parafuso está com bloqueio 
(colagem, arruela especial, porca com 
bloqueio de nylon) ?
• Proteção contra a corrosão?
• Lubrificação de acordo com as 
instruções
!
O Que Deve Ser Inspecionado?
Muito Obrigado !!