CN101798993B - 用于风力涡轮机塔架的内部偏航驱动器置换 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于风力涡轮机塔架的内部偏航驱动器置换，具体而言，涉及一种用于在不使用外部风场现场起重机或者风塔上的外部索具的情况下去除和替换位于风力涡轮机塔架(104)的外罩(102)内的风力涡轮机设备的物件(300)(诸如偏航驱动器)的方法。风力涡轮机塔架部件的外部装配会使工作人员和该外罩内的设备暴露于外部天气和危险的风力条件下。在提升至该风力涡轮机塔架(104)的基部期间，用该外罩(102)内的内部支撑起重机(200)在内部将该偏航驱动器(300)装配到能够支撑该偏航驱动器(300)的内部绞车(510)上。

Description

用于风力涡轮机塔架的内部偏航驱动器置换
技术领域
本发明一般地涉及风力涡轮机，并且更具体地涉及一种用于在风力涡轮机塔架中去除和替换设备的方法。
背景技术
风力涡轮机塔架(WTT)是一种大型的结构，有时延伸到相当大的高度以适应大型的风力涡轮机转子叶片，并策略性地将转子叶片放置在风路内。例如，典型的塔架可具有高达大约100米的高度。这种塔架可包括多个部分，通常包括底部、中部以及顶部。单独部分的长度和数量可根据结构的应用和高度而变化。在风力涡轮机塔架的不同高度处设置平台。平台包括用于梯子的开口，以允许操作者和维护人员在平台间攀爬。这些平台还可包括在彼此之上的开口，以允许从风力涡轮机塔架的基部将小型的部件、工具和设备提升至塔架的顶部平台。
外罩安装在用于风力涡轮机的支撑塔架的顶部上。外罩容纳或包围风力涡轮机的设备和部件，并包括用于风力涡轮机叶片的轮毂和传动系，传动系包括轴承、齿轮箱和用于风力涡轮机的发电机。
图1示出了示范性的风力涡轮机塔架。外罩102安装在高塔架104的顶部，图1中仅显示了外罩的一部分。风力涡轮机100还包括转子106，转子106包括附接于旋转轮毂110上的一个或者多个转子叶片108。虽然如所示出的，风力涡轮机100包括三个转子叶片108，但是对于转子叶片的数量没有具体的限制。
图2示出了用于容纳在外罩102中的各种部件的示范性内部布置。在某些构造中，控制面板112内的一个或者多个微控制器包括用于整个系统监视和控制的控制系统。在某些构造中，提供可变的叶片变桨驱动器114以控制叶片108的桨距(未显示在图2中)，叶片由于风而驱动轮毂110。在某些构造中，叶片108的桨距角由叶片变桨驱动器114单独地控制。轮毂110和叶片108一起构成风力涡轮机转子106。
风力涡轮机的传动系统包括通过主轴承130连接到轮毂110上的主转子轴116。齿轮箱118驱动发电机120的高速轴。在其它的构造中，主转子轴116直接联接到发电机120上。用高速轴(图2中未标明)来驱动安装在主框架132上的发电机120。在某些构造中，通过联接件122来传送转子力矩。气象吊杆(meteorological boom)128提供用于涡轮机控制系统的信息，该信息可包括风向和/或风速。
偏航驱动器124和偏航平台(yaw deck)126提供用于风力涡轮机100的偏航定向系统。在某些构造中，该偏航系统安装在设置于塔架104的顶部的凸缘上。
典型地，偏航轴承安装于塔架的顶部上。支撑传动系的重量的底座在偏航轴承上旋转，允许风力涡轮机的控制装置使外罩旋转，从而相对于风向更好地定位叶片以优化性能。在WTT的最顶部的平台上设置进入外罩的中心通道。
用于偏航驱动系统的电气控制装置可包括多个电动马达136。各电动马达136可安装在偏航驱动器124上，偏航驱动器124包括将电动马达连接到小齿轮上的内部齿轮系。图2示出了两个偏航驱动器，以及两个附加的偏航驱动器被主轴承118和主轴116遮挡的视图。偏航驱动器的小齿轮接合偏航齿轮，从而允许偏航轴承和外罩旋转。在某些实施例中，可以给偏航齿轮提供四个偏航驱动器。电动马达136的运行以及因此外罩和风力涡轮机叶片相对于风的定位由风力涡轮机控制系统提供。
一个或者多个偏航驱动器的失效可妨碍外罩，并因而妨碍风力涡轮机叶片被风力涡轮机控制系统相对于风正确地定位。
偏航驱动器可重约1100磅，这使得其对于外罩中的手动移动而言过重，并且对于在一些风塔中可利用的轻负荷的安装好的永久性塔架绞车而言也是一种过载。传统的实践是依据偏航驱动器的尺寸通过外罩102的顶部开口139或者通过更大的开口来去除偏航驱动器。提升可以由能够从地面到达风力涡轮机塔架顶部上方的大型现场起重机(site crane)执行。使用现场起重机是昂贵的并且由于起重机的可用性而导致延误。虽然一种备选的实践是提供可安装在外罩102内的起重机(未显示)，但是该起重机在外罩顶部的外侧延伸并能够提升偏航驱动器。打开外罩顶部上的入口141以允许竖起起重机。打开外罩顶部上的开口139以提供用来去除偏航驱动器的提升路径。外罩内可能需要第二起重机以将偏航驱动器从其基础提起并移至用于通过开口139垂直提升的位置。一旦偏航驱动器已经不受外罩的顶部的限制，则起重机臂可在风塔的外壳外侧移动偏航驱动器，并将偏航启动器放低到地面上。
从外罩中并在塔架外面对设备的提升操作将操作者和外罩内的设备暴露于环境条件之中。大风使得这些外部提升对于人员和设备均是危险的。在外部提升期间，安全性要求严格地限制了可允许的风速。由于一般基于用来驱动叶片的风的可用性来选择风场(windfarm)，因而当等待可接受的条件时会遭遇显著的延误。这类延误导致人力浪费和对于风力涡轮机的运行时间损失，从而导致增加的支出和电力收益损失。
因此，需要提供一种安全、简单、及时以及节省成本的方法，以替换外罩中的风力涡轮机设备的物件。
发明内容
本发明涉及一种用于通过风力涡轮机塔架(WTT)中的内部路径从WTT的外罩去除风力涡轮机设备的物件的方法，例如去除驱动器或者偏航驱动器。简而言之，根据本发明的一方面，提供一种用于从风力涡轮机塔架(WTT)的外罩去除风力涡轮机设备的物件的方法。该方法包括：将额定负荷的绞车安装在风力涡轮机塔架的内部，该绞车适合在该WTT的基部和该WTT的外罩之间放下和提升物件。该方法还将内部支撑起重机安装在该外罩内，该起重机适合将该物件从其座架转移到额定负荷的绞车上。将该物件从其基础上拆除。该方法用该内部支撑起重机将该物件从其基础转移到位于WTT内部的额定负荷绞车上。一旦额定负荷绞车支撑该物件，则将该物件被放下到WTT的基部。
附图说明
当参考附图阅读下面的具体实施方式时，本发明的这些和其它特征、方面以及益处将变得更好理解。其中贯穿这些附图，相似的参考标记表示相似的部件，其中：
图1示出了示范性的风力涡轮机塔架；
图2示出了位于对于风力涡轮机塔架在外罩内的部件的示范性布置；
图3示出了一个示范性的支撑起重机装置；
图4示出了正在提升偏航驱动器的支撑起重机；
图5示出了正在由额定负荷绞车放低的偏航驱动器；
图6示出了正在通过位于风力涡轮机塔架的基部处的门去除的偏航驱动器；以及
图7示出了用于通过内部路径从风力涡轮机塔架去除偏航驱动器的过程的流程图。部件列表100  风力涡轮机102  外罩104  塔架106  转子108  转子叶片110  轮毂112  控制面板114  可变的叶片变桨驱动器116  转子轴118  齿轮箱120  发电机122  联接件124  偏航驱动器126  偏航平台128  气象吊杆130  主轴承132  主框架136  电动马达139  顶部开口140  外罩盖141  入口200  支撑起重机205  垂直支柱210  枢轴组件215  挺杆臂220  液压缸225  端部扣230  底座固定物300  偏航驱动器310  链式绞辘(chain fall)325  钩环330  第二钩环340  容纳底座510  额定负荷绞车515  提升带520  链钩540  平台开口550  顶部平台600  卡车610  吊杆620  塔架门630  钩
具体实施方式
本发明下面的实施例具有许多益处，包括通过WTT内的内部路径从外罩去除并替换设备的一个或者多个物件。使用内部路径避免了在非常高的高度破坏外罩以及在风力涡轮机塔架外部从外罩提升风力涡轮机设备的物件的需要。通过诸如偏航驱动器的风力涡轮机设备的物件的内部运动，可以避免升高的高度以及极端环境条件的危险。还可以避免与大风以及其它环境条件相关的在外部提升中遭遇的延误，该延误导致电力生产的生产能力损失和长时间的断供。
图3示出了示范性的支撑起重机装置。支撑起重机可包括其它合适的构造和底座。支撑起重机200可包括垂直支柱205、枢轴组件210、挺杆臂215、液压缸220、端部扣225以及底座固定物230。枢轴组件210允许挺杆臂215围绕支柱205旋转。液压缸220允许挺杆臂215伸长和收回。挺杆臂215的组合旋转和伸长允许接近其底座点周围的许多位置。底座固定物230可以包括由丝杠235连接的尾型外板240。用锁销250将支柱205安装并锁定到基部框架245中。底座固定物230与外罩内接近偏航驱动器的容纳底座340(图4)接合。支撑起重机可以被安装成接近偏航驱动器。可以使用支撑起重机来将驱动马达从偏航驱动器提升开，然后升起偏航驱动器并将其转移到紧邻的绞车(额定负荷绞车)上，该绞车的大小针对负载设置，可以是重型绞车。
图4示出了正在提升偏航驱动器的内部支撑起重机。支撑起重机200竖起在接近偏航驱动器300的容纳底座340上。挺杆臂215的端部扣225可以装配链式绞辘310和钩315。偏航驱动器300可以装配吊索320和两个钩环325、330。挺杆臂215将链式绞辘310和钩315定位在偏航驱动器300的顶部上。钩315附接于偏航驱动器的一个钩环325上。在卸下偏航驱动器300后，使用链式绞辘310可将偏航驱动器300从其基础上升起。然后可以旋转挺杆臂215并使其延伸以转移偏航驱动器300，并且可以放出链式绞辘310，从而从额定负荷绞车接近钩(未显示)放下偏航驱动器300。额定负荷绞车(图5)的钩可以与用于偏航驱动器300的吊索320的第二钩环330接合。来自额定负荷绞车的钩与偏航驱动器300上的吊索320的接合将发生在主轴116的下方和WTT的顶部平台的上方。按照习惯的装配方式，偏航驱动器负荷将从链式绞辘310的钩转移到额定负荷绞车(图5)的钩上。
图5示出了正在被额定负荷绞车放下的偏航驱动器。可以用提升带515将额定负荷绞车510附接于风力涡轮机的主轴116上。备选地，额定负荷绞车510可以由外罩102内的眼板(lifting pad)或者其它适当的支撑件支撑。额定负荷绞车可以由WTT内的本地电源供电。额定负荷绞车510上的链钩520附接于用于偏航驱动器300的吊索320的钩环330上。偏航驱动器300通过顶部平台550的平台开口540并通过WTT内的其它平台(未显示)的平台开口而放下，直到到达基部。
图6示出了正在通过位于风力涡轮机塔架的基部处的门被去除的偏航驱动器。带有吊杆610的卡车600可位于风力涡轮机塔架的塔门620附近。打开塔门620，并且吊杆610可以延伸以与带有钩630的偏航驱动器300接合。备选地，可以用叉车或者类似的装置来从塔架的基部去除偏航驱动器。
从WTT去除偏航驱动器的方法可反过来以将替换的偏航驱动器吊起到塔架上，将偏航驱动器转移到其基础上并在外罩内将偏航驱动器安装在其基础上。
图7示出了通过内部路径用于从WTT的外罩去除风力涡轮机设备的物件的过程的一个实施例的流程图。在该示范性的实施例中，风力涡轮机设备的物件为偏航驱动器。
在第一步骤710中，风塔通过关闭风力涡轮机系统、锁定外罩防止旋转并对偏航驱动器断电而为去除偏航驱动器做准备。在该过程中，断电可能还需要使电源去除必须去除的任何干扰。
在步骤720中，安装内部支撑起重机。内部支撑起重机可以安装成接近偏航驱动器。步骤730包括将额定负荷绞车安装到WTT的内部，额定负荷绞车在此适合在WTT的外罩和WTT的基部之间放下和提升偏航驱动器。安装额定负荷绞车可包括用永久性塔架绞车将额定负荷绞车提升到WTT上。通过用吊索(come-along)将额定负荷起重机转移至内部支撑起重机，可以将额定负荷绞车移动到底座位置。一旦由内部支撑起重机承载，则可以将额定负荷绞车定位在主轴的下面。然后用提升带可以将额定负荷绞车安装到主轴上。备选地，可以将额定负荷绞车安装到诸如眼板或者底座的其它方便的位置上。
步骤740包括将偏航驱动器从其基础上拆除。可以去除限制偏航驱动器的拆除的诸如猫道和其它部件的干扰物。如果在移动偏航驱动器中有用，可以将电动马达从偏航驱动器上去除。在基础上做划线标记以指出偏航驱动器相对于基础的定向，以用于偏航驱动器的随后的替换。通过卸下而将偏航驱动器从其基础上脱开。使用由内部支撑起重机上的链式绞辘提供的提升而将偏航驱动器从基础上去除。
在步骤750中，将偏航驱动器从其基础转移到额定负荷绞车上。可以去除干扰物以方便将偏航驱动器转移到内部起重机上。偏航驱动器用链式绞辘提升、由围绕枢轴组件的挺杆臂摆动以及用链式绞辘放下，以便围绕着各种障碍物移动偏航驱动器并将放下到主轴下面，接近额定负荷绞车的钩。额定负荷绞车的钩可以附接到偏航驱动器吊索的第二钩环上。然后，可以将偏航驱动器负荷转移到额定负荷绞车上。步骤760包括将偏航驱动器放下到基部，以便从WTT去除。一旦位于基部处，则使用车辆起重机、绞车或者升降机通过塔门可以去除偏航驱动器。
在步骤770中，使替换的偏航驱动器恢复运行，这可包括将替换的偏航驱动器提升到具有额定负荷绞车的顶部平台上方。内部支撑起重机被定位成接近偏航驱动器，并且将替换的偏航驱动器转移到支撑起重机上。支撑起重机将替换的偏航驱动器转移到其底座上的位置处。用链式绞辘将替换的偏航驱动器放下到其基础上，根据去除前的标识对替换的偏航驱动器进行定向。将偏航驱动器用螺栓固定就位。如果电动马达先前已经被去除，则恢复电动马达。恢复去除的干扰物。去除额定负荷绞车并把塔架绞车放回原处。去除内部支撑起重机。操作地测试替换的偏航驱动器，并且将风力涡轮机塔架和风力控制系统恢复到运行条件。
尽管本文中描述了各种实施例，但是从说明书将理解：其中可以进行要件的各种组合、改变或者改善，并且处于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种用于从风力涡轮机塔架(104)的外罩(102)去除风力涡轮机设备的物件(300)的方法，所述方法包括：
将额定负荷绞车(510)安装到所述风力涡轮机塔架(104)的内部，所述额定负荷绞车(510)适合在该风力涡轮机塔架的基部和该风力涡轮机塔架的所述外罩(102)之间放下和升高物件(300)；
将内部支撑起重机(200)安装在所述外罩内，所述内部支撑起重机(200)适合将所述物件(300)从基础转移至所述额定负荷绞车(510)；
从所述基础拆除所述物件(300)；
将所述物件(300)从所述基础转移至所述额定负荷绞车(510)；以及
用所述额定负荷绞车(510)将所述物件(300)放下至所述风力涡轮机塔架(104)的基部。
2.根据权利要求1所述的用于从风力涡轮机塔架(104)的外罩(102)去除风力涡轮机设备的物件(300)的方法，其特征在于，所述方法还包括：
用所述额定负荷绞车(510)将替换物件(300)从所述风力涡轮机塔架(104)的基部升高至所述风力涡轮机塔架的所述外罩(102)；
将所述替换物件(300)从所述风力涡轮机塔架(104)的内部的所述额定负荷绞车(510)转移至所述风力涡轮机塔架(104)内的所述内部支撑起重机(200)；
用所述风力涡轮机塔架(104)内的所述内部支撑起重机(200)将所述替换物件(300)定位在其基础上；以及
组装所述替换物件(300)。
3.根据权利要求2所述的用于从风力涡轮机塔架(104)的外罩(102)去除风力涡轮机设备的物件(300)的方法，其特征在于，所述物件包括偏航驱动器。
4.根据权利要求3所述的用于从风力涡轮机塔架(104)的外罩(102)去除风力涡轮机设备的物件(300)的方法，其特征在于，将额定负荷绞车(510)安装到所述风力涡轮机塔架(104)内的步骤包括：
如果永久性的塔架绞车对于放下和提升所述偏航驱动器具有足够的额定功率和可接受的位置，则将永久性的塔架绞车用作所述额定负荷绞车(510)。
5.根据权利要求4所述的用于从风力涡轮机塔架(104)的外罩(102)去除风力涡轮机设备的物件(300)的方法，其特征在于，将额定负荷绞车安装到所述风力涡轮机塔架内的步骤包括：
将所述额定负荷绞车(510)定位在所述风力涡轮机塔架(104)的基部中，以便由永久性的塔架绞车提升至所述外罩(102)；
用所述永久性的塔架绞车将所述额定负荷绞车(510)提升至所述外罩；
将所述额定负荷绞车(510)转移至位于所述风力涡轮机塔架(104)的平台开口(540)上方的安装位置；以及
用所述风力涡轮机塔架(104)的内部结构在所述风力涡轮机塔架(104)的平台开口(540)上方安装所述额定负荷绞车(510)。
6.根据权利要求5所述的用于从风力涡轮机塔架(104)的外罩(102)去除风力涡轮机设备的物件(300)的方法，其特征在于，将所述额定负荷绞车(510)转移至安装位置的步骤包括：
附接吊索绞车，所述吊索绞车安装在所述外罩(102)内的所述内部支撑起重机(200)和该塔架(104)内的眼板中的至少一个上；以及
用所述吊索绞车将所述额定负荷绞车(510)转移至所述安装位置。
7.根据权利要求6所述的用于从风力涡轮机塔架(104)的外罩(102)去除风力涡轮机设备的物件(300)的方法，其特征在于，安装所述额定负荷绞车(510)的步骤包括：
以下操作中的至少一个操作：将所述额定负荷绞车(510)捆绑到主轴(116)上，以及将所述额定负荷绞车(510)附接到所述外罩(102)的范围内的安装衬垫上。
8.根据权利要求4所述的用于从风力涡轮机塔架(104)的外罩(102)去除风力涡轮机设备的物件(300)的方法，其特征在于，将所述物件(300)从基础转移至所述额定负荷绞车(510)的步骤包括：
去除所述基础和所述额定负荷绞车(510)之间对所述偏航驱动器的转移的干扰物。
9.根据权利要求8所述的用于从风力涡轮机塔架(104)的外罩(102)去除风力涡轮机设备的物件(300)的方法，其特征在于，将所述物件(300)从基础转移至所述额定负荷绞车(510)的步骤包括：
从所述内部支撑起重机(200)将链式绞辘附接至所述偏航驱动器；
用所述链式绞辘将所述偏航驱动器从基础上升起；
将所述偏航驱动器转移至所述额定负荷绞车(510)；以及
将所述偏航驱动器转移至所述额定负荷绞车(510)。
10.根据权利要求1所述的用于从风力涡轮机塔架(104)的外罩(102)去除风力涡轮机设备的物件(300)的方法，其特征在于，所述方法还包括：
用卡车吊杆(610)、卡车绞车以及叉车中的一种通过风力涡轮机塔架的门(620)将所述偏航驱动器从所述风力涡轮机塔架(104)的基部去除。
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