CN102418678A - 将风力涡轮机叶片安装到其轮毂的方法、组件和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及将风力涡轮机叶片安装到其轮毂的方法、组件和系统。具体地，提供了一种用于将风力涡轮机叶片（20）安装到风力涡轮机轮毂（30）的组件（10）。该组件（10）包括容纳至少两个叶片（20）的叶片保持机构（3）以及至提升装置（40）的接口（17），所述提升装置用于将所述组件（10）提升到所述轮毂（30）。而且，本发明还提供了用于相同目的的系统和方法。

Description

将风力涡轮机叶片安装到其轮毂的方法、组件和系统

技术领域

本发明涉及一种用于将风力涡轮机叶片安装到风力涡轮机轮毂的方法。本发明进一步涉及一种用于将风力涡轮机叶片安装到风力涡轮机轮毂的组件和系统。

背景技术

风力涡轮机通常包括至少以下主要组件：塔架、机舱、发电机和包括轮毂和风力涡轮机叶片的转子。机舱被置于塔架顶部，发电机位于机舱内部。转子通过传动系统连接到发电机。

近年来，由于现代风力涡轮机的大小和重量显著增大的普遍趋势，风力涡轮机的构造日益成为一种有挑战的任务。安装风力涡轮机可能通常包括将风力涡轮机组件运输到建造地点，组装塔架，提升并将具有发电机的机舱安装到塔架，在地面上组装转子，即将风力涡轮机叶片安装到轮毂，并提升、安装组装的转子到机舱。为了提升这些风力涡轮机组件，可以应用移动式起重机。

EP 2003333 A1公开了一种安装风力涡轮机组件的此类方法。根据此方法，在地面上使用展开堆垛机（reach stacker）将叶片安装到轮毂，然后将组装的转子提升到机舱。但是，这种方法具有几个缺点。在地面上组装转子可能是困难的，原因是它需要宽大、空旷稳定的区域以便为工人和应用装置提供适当条件。此外，将组装的转子提升到机舱是一种复杂过程，原因是除了转子的巨大尺寸和重量之外，在提升过程中必须将它从水平旋转到竖直位置。转子的水平位置意味着转子叶片基本上是水平即平行定向的，而竖直位置又是由转子叶片的基本竖直取向限定的。

将风力涡轮机转子安装到机舱的一种替代方法在EP 1925582 A1中公开。此方法包括将叶片安装到之前已经安装到机舱的轮毂。叶片在提升离开地面时，其取向保持基本水平，并通过轮毂上的相应的空叶片洞安装到轮毂。在安装第一叶片之后，轮毂被转动，使得下一叶片再次被提升到基本水平，可以安装到轮毂上的下一空叶片洞。重复该过程直到最后一个叶片已经被提升并安装到轮毂。除了其它缺点之外，此方法的缺点是在安装过程中在不可能转动轮毂时不能应用该方法，例如当在安装过程中转动轮毂时没有电力可用或有较小电力可用时。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种如何将风力涡轮机叶片安装到风力涡轮机轮毂的改进可能性，还优选在安装过程中不可能转动轮毂的情况下提供这种可能性。

本发明的目的是通过根据权利要求1用于将风力涡轮机叶片安装到风力涡轮机轮毂的组件，根据权利要求11用于将风力涡轮机叶片安装到风力涡轮机轮毂的系统和通过根据权利要求12用于将风力涡轮机叶片安装到风力涡轮机轮毂的方法来达到的。

根据本发明用于将风力涡轮机叶片安装到风力涡轮机轮毂的组件包括容纳至少两个叶片的叶片保持机构和用于将所述组件提升到所述轮毂的提升装置的接口。所述叶片保持机构可包括许多个叶片保持元件，每一个叶片保持元件被构建为保持至少一个叶片。此叶片保持机构可以以非常简单的方式构成，例如通过只包括可以容纳几个叶片的一个小室构成。在其它极端情况下，可以由许多连接在一起的机械元件构成，使得这些元件的移动及因此造成的各个叶片的移动是可行的。此类叶片保持机构的详细例子将在下文给出。接口可包括钩或环，通过它可以附连到起重机或类似的提升装置。可通过使用绞线盘或类似调节装置调节此类钩的位置。

这种组件的效果-如果它以非常简单的方式构成，或者如果它是复杂系统-总是这样：几个叶片可在一个给定时间安装到风力涡轮机的轮毂。因此，在提升过程中消耗较少时间，在地面上以及高达轮毂的高度上需要较少的力。在地面上的一次容纳过程中，至少两个叶片优选是所有叶片全部可容纳在叶片保持机构中，只需要一次提升过程，然后几个叶片在轮毂高度附近准备好。可以想像例如在总共包括3个叶片的转子的叶片的提升过程中消耗的时间可降低到大约一半的时间，而在轮毂高度的组装仍可以如之前在大约相同时间或取决于组件的复杂程度水平进行-甚至比以前更快。

根据本发明用于将风力涡轮机叶片安装到风力涡轮机轮毂的系统包括以上所述的组件和用于将组件提升到风力涡轮机轮毂的提升装置，例如移动式起重机，附连到风力涡轮机塔架的起重机或直升机。根据本发明的组件可永久性连接到提升装置，使得根据本发明的系统是不变单元。但是，组件还可以是非永久性的，即只用于暂时目的将叶片安装到风力涡轮机的组装，而在此过程之后，组件会从提升装置分开，使得提升装置可以用来在风力涡轮机的其余部分的组装过程中提升其它负载。

可以使用根据本发明用于将风力涡轮机叶片安装到风力涡轮机轮毂的相应方法。为了执行根据此方法的过程，风力涡轮机轮毂已经被定位在风力涡轮机的指定操作高度。所述方法包括以下步骤：至少两个叶片首先附连到组件的叶片保持机构。接着，使用提升装置将具有所述叶片的组件提升到所述风力涡轮机轮毂。最后，将所述叶片安装到所述风力涡轮机轮毂。

在此过程中，所有叶片可在一次操作中被提升，这降低了需要操作起重机的时间，因此降低了成本和工作量。

本发明的特别有利的实施例和特征描述由从属权利要求给出，这在以下描述中揭露。由此，在组件背景下揭露的特征还可以在方法的背景下实现，反之亦然。

在组件的一个优选实施例中，叶片保持机构包括至少两个叶片保持元件，其中所述叶片保持元件中的每一个被构建为使得叶片可拆卸地附连到所述叶片保持元件。这暗示叶片不需要一起容纳在一个空间中，而是可以分开，优选使得它们在组件中的位置与在轮毂的指定安装位置相对应。这意味着例如如果3个叶片要以彼此相隔120^o安装到轮毂，叶片保持元件的优选配置是让3个叶片保持元件也配置成彼此相隔120^o。这样，在轮毂高度安装叶片将变得更容易。

根据组件的此优选实施例，根据本发明的方法包括每个叶片附连到叶片保持机构的叶片保持元件的步骤。

在该组件的另一优选实施例中，叶片保持元件通过至少一个铰链彼此连接，使得它们相对于彼此可移动。叶片保持元件还可以包括框架，从而叶片保持元件各自通过铰链连接到框架。框架因此可用作组件的中心部件。它可以被构建为轭。叶片保持元件中的每一个可以用链接连接到框架，使得叶片保持元件相对于框架可枢轴转动。此外，每个叶片保持元件可被构建为使得叶片可拆卸地附连到叶片保持元件。提升钩可附连到框架作为至提升装置的接口，该钩相对于框架可枢轴转动。

为了将叶片牢固地保持在叶片保持元件中，可以有不同的解决方案。可以使用机械，电学或液压保持装置来保持叶片，还可以使用基于这些原理中超过一种而可以是基于其组合的此类保持装置。选择哪一类保持装置主要取决于叶片的形状和材料，还可以根据其它标准选择，其它标准例如：保持装置的液压致动需要用于提供液压压力的液压系统。因此，液压保持装置在此类液压系统轻易可用，例如作为提升装置的组件的这类情况下是优选的。这同样适用于电学系统，而机械系统不需要来自其它地方的附加电源，因此可以更通常地使用。

根据本发明的实施例，叶片保持元件包括其中保持叶片的夹子。叶片可以被保持或在其根部区域即从圆柱形变成扁平的区域被挤压以便有更大的稳定性。夹子可以被研制成保持各个叶片类型。它们可以被构建为具有由夹子铰链互连的两个半部分的笼子。这两半部分可以相对于彼此通过夹子铰链枢轴转动。叶片因此可以附连并保持在易于打开和关闭的夹子内。

具有夹子的此叶片保持元件可进一步包括用于承载夹子的滑动轴承，或者更通常地用于将叶片朝向轮毂引导的引导装置。那些引导装置使得夹子能够在保持元件内部滑动。引导方向可以平行于保持元件的纵轴，即当固定在叶片保持元件内时叶片的纵轴。此特征可以用于在安装过程中将叶片引导到相应的轮毂洞中：这样，通过使用引导装置滑动夹子，叶片可以被引导到轮毂。

操作叶片保持元件，例如相对于框架枢轴转动或展开叶片保持元件，可通过使用用于相对于另一叶片保持元件和/或相对于框架移动叶片保持元件中的一个的机械和/或电学和/或液压移动装置来实现。至于移动装置的致动技术的选择，再次基于和上述列出的关于保持装置的相同考虑因素。

优选地，叶片保持元件在第一位置和第二位置之间相对于组件本身可枢轴转动。叶片保持元件的第一位置可对应于叶片的基本水平位置（在上面的介绍部分中定义），而叶片保持元件的第二位置可对应于叶片的基本竖直位置。在基本水平和基本竖直位置之间的任何其它位置也是可行的，但是如果叶片保持元件可被锁定在这两个位置中的至少一个（优选在这两个位置）则是特别有利的，使得在某一时刻它们不会离开预定指定位置，这是不期望的。在水平位置，特别容易将叶片连接到叶片保持元件，而竖直位置对应于在叶片安装到轮毂上时需要的叶片的该取向。

根据本发明的方法因此在此背景下的特征如下：

叶片保持元件通过至少一个铰链彼此连接。每个叶片附连到叶片保持元件。组件使用提升装置被提升到风力涡轮机轮毂。叶片保持元件从第一位置枢轴转动到第二位置。叶片被朝向轮毂引导，然后安装到轮毂。

在根据本发明的方法的背景下，叶片中的每一个因此优选可拆卸地附连到叶片保持机构的相应叶片保持元件，最优选确保从机械上防止脱落。在此位置，叶片可在所称的“左轮手枪位置”（即类似于左轮手枪中的子弹，这基本上意味着平行排列）被配置在组件中。作为下一步骤，使用提升装置，例如移动式起重机将组件提升到风力涡轮机轮毂。提升装置被钩在组件的提升钩。提升钩可使用铰线盘来调节。尽管组件被悬挂在轮毂的高度水平，但叶片保持元件中的一个从第一位置枢轴转动到第二位置。它可以是上部或顶部叶片保持元件来保持叶片（12点钟叶片），其在枢轴转动叶片保持元件之后来到安装位置。作为又一步骤，叶片被朝向轮毂引导到相应的轮毂洞，并安装到轮毂。对剩下的叶片保持元件重复枢轴转动、引导和安装步骤，直到所有叶片都安装到轮毂。最后，安装组件可以被降低到地面。

在安装风力涡轮机叶片的方法或过程中，叶片保持元件从第一位置到第二位置的枢轴转动可以在将安装组件提升到风力涡轮机轮毂之前执行。这意味着至少一个叶片保持元件从第一位置到第二位置的枢轴转动先于将组件提升到风力涡轮机轮毂。优选地，在提升组件之前枢轴转动的叶片保持元件是保持12点钟叶片的顶部叶片保持元件。在枢轴转动之后，然后相应的叶片可被置于竖直位置。在此位置提升组件更加容易，这是由于有更多的空间用于起重钩。在提升组件并安装第一叶片之后，风力涡轮机可以用作展开其它叶片的稳定点。这是有利的，原因是组件的中心或重力在该过程中不能移动，而组件悬挂在起重钩上，操作会是困难的。还可以在以低风速提升之前，在地面上展开两个叶片。

根据本发明的一个特别优选的实施例，轮毂在安装叶片的过程中是不旋转的。这意味着它一起被保持在一个具体的安装位置，即用于安装所有叶片的旋转位置。在此情况下，不需要直接或间接附连到轮毂的主轴以转动轮毂的特殊装备，例如发动机和齿轮。这对于无齿轮、具有带永磁铁的发电机的直接驱动风力涡轮机和在安装过程中没有电力或很少电力可用的情况也是尤其有用的。

附图说明

通过结合附图考虑下文的详细描述，本发明的其它目标和特征将变得明显。不过要理解附图只是为了说明目的而不是作为对本发明的限制的定义来设计的。

图1示出了根据本发明一个实施例的、叶片处于第一位置的叶片安装组件的一个实施例，

图2示出了处于第二位置的同一组件，

图3示出了图1和图2组件处于第二位置的风力涡轮机，

图4示出了组件处于第三位置的图3的风力涡轮机，

图5示出了在安装叶片之前图3的详细视图，

图6示出了在安装叶片之后图3的详细视图。

在图中，相似的附图标记全部指相似的物体。图中的物体不一定是按比例绘制的。

具体实施方式

图1-图6示出了根据本发明的叶片安装组件10的一个实施例，3个叶片20要安装到风力涡轮机轮毂（未示出）。

至于图1，组件10包括框架12和包括3个叶片保持元件11的叶片保持机构3。叶片保持元件11通过铰链（参照图5和图6）连接到框架12，使得叶片保持元件11相对于框架12可枢轴转动。每个叶片保持元件11包括夹子15，在安装过程中叶片20被保持在夹子之间。夹子15包括用于机械锁定或保持每个叶片20的根部部分，即要与轮毂连接的叶片20的端部部分的互联装置（未示出）。这些互联装置由机械装置致动。同样取决于如上文列出的资源和操作环境，可以使用电学和/或液压装置。每个叶片保持元件11包括用于承载叶片保持元件11中的相应夹子15的滑动轴承（未示出）。

在图1中，示出了组件10的第一位置P1，在此位置所有叶片保持元件11在基本从图中的从左到右的方向上枢轴转动。因此，叶片20同样在此方向上全部纵向定向。在特征为左轮手枪位置的此位置，提升组件10比所有叶片保持元件11沿铰链枢轴转动到类似最终组件位置的位置更容易，即叶片20以彼此相隔120^o被配置成类似星形方式。为了能够提升组件20，钩17也通过铰链附连到框架12。

图2示出了处于第二位置P2的组件10。叶片20中的一个叶片，即顶部叶片或所称的12点钟叶片已经绕其叶片保持元件11的轴枢轴转动。这意味着12点钟叶片20在直立位置竖立在空气中。另两个叶片20保持在如图1所示的位置P1。还可以看出钩17已经被提升到稍微较不直立的位置，使得它从其它两个叶片20突出，同时与直立的12点钟叶片20有轻微角度。起重机（未示出）的钩因此可以容易地附连到钩17，使得组件10可被起重机提升。

可以注意到，根据上文更加详细描述的标准，枢轴转动或展开叶片保持元件11可通过机械，电学和/或液压装置来实现。

图3示出了如图2中处于第二位置P2的组件10被起重机40提升。组件10与传动系统一起形成用于将叶片20安装到风力涡轮机1的轮毂30的系统50。钩17用作至起重机40的接口17。组件10现在处在要将叶片20附连到轮毂30的水平上。总得来说，风力涡轮机1包括塔架5，其上在附连轮毂30的一个纵向端放置机舱7。

图4示出了带有处于第三位置的组件10的风力涡轮机1。仅仅出于清楚原因，起重机40在此图中省略。第三位置是由所有叶片保持元件11现在已经绕其铰链轴枢轴转动使得叶片20都处于直接反映其在轮毂30中的最终位置的组装位置的事实限定的。这意味着它们已经来到直接与其在轮毂30中的位置相对应的竖直位置。它们现在以图5和图6中更加详细显示的方式被安装在轮毂30上。

图5示出了图3的详细视图，即组件10处在第二位置P2。可以更清楚看出，组件所处位置使得12点钟叶片20正好位于轮毂30的一个开口31上。叶片现在被降低到开口中，使得它可以附连到其中。从图6可以看出，为此目的，叶片保持元件11的夹子15被移动到轮毂30的方向中，使得叶片20的下部部分被插入到开口31中。

可以对其它两个叶片20进行相同操作。还应该注意，一旦第一叶片20被附连到轮毂30，在安装过程的所有剩余时间里，组件10和轮毂之间存在连接。在所有叶片20已经以之前详细描述的相同方式安装之后，叶片保持元件11可被打开，因此叶片20会被释放。组件20可以由起重机40移走，并重新用于安装下一组叶片。

参照图描述的本发明的实施例实现本发明的具体特征，即轮毂30在安装过程中不转动或移动。因此，没有使用象发动机等的作用物来改变轮毂30的旋转位置。这特别是在组装所称的直接驱动风力涡轮机的那些情况下是特别有用的。在这些情况下，将轮毂连接到机舱中的发电机的驱动系统特别重，因此难以移动。

尽管以优选实施例的形式公开了本发明和其变形，但要理解在不偏离本发明的范围下可以对其进行各种附加修改和变形。

为了清楚起见，要理解的是，在该说明书中使用的冠词标示“一”并不排除多个，“包括”并不排除其它步骤或元件。

Claims (15)

1.一种用于将风力涡轮机叶片（20）安装到风力涡轮机轮毂（30）的组件（10），所述组件（10）包括容纳至少两个叶片（20）的叶片保持机构（3）和至提升装置（40）的接口（17），所述提升装置用于将所述组件（10）提升到所述轮毂（30）。

2.根据权利要求1所述的组件（10），其中所述叶片保持机构（3）包括至少两个叶片保持元件（11），其中所述叶片保持元件（11）中的每一个被构建为使得叶片（20）可拆卸地附连到所述叶片保持元件（11）。

3.根据权利要求2所述的组件（10），其中所述叶片保持元件（11）通过至少一个铰链（13）彼此连接。

4.根据权利要求2或3所述的组件（10），其中所述叶片保持元件（11）中的至少一个包括用于保持叶片（20）的机械和/或电学和/或液压保持装置。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的组件（10），其中所述叶片保持元件（11）中的至少一个包括用于保持叶片（20）的夹子（15）。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的组件（10），其中至少一个叶片保持元件（11）包括用于将叶片（20）朝向所述轮毂（30）引导的引导装置。

7.根据权利要求3-6中任一项所述的组件（10），进一步包括至少一个机械和/或电学和/或液压移动装置，用于将所述叶片保持元件（11）中的一个相对于另一叶片保持元件（11）和/或相对于框架（10）移动。

8.根据权利要求3-7中任一项所述的组件（10），其中所述叶片保持元件（11）在第一位置（P1）和第二位置（P2）之间可相对于所述组件（10）枢轴转动。

9.根据权利要求8所述的组件（10），其中所述叶片保持元件（11）的第一位置（P1）对应于保持在所述叶片保持元件（11）中的叶片（20）的水平位置。

10.根据权利要求8或9所述的组件，其中所述叶片保持元件（11）的第二位置（P2）对应于保持在所述叶片保持元件（11）中的叶片（20）的竖直位置。

11.一种用于将风力涡轮机叶片（20）安装到风力涡轮机轮毂（30）的系统，包括根据权利要求1-10中任一项所述的组件（10）和用于将所述组件（10）提升到所述风力涡轮机轮毂（30）的提升装置（40）。

12.一种用于将风力涡轮机叶片（20）安装到被定位在风力涡轮机（1）的指定操作高度的风力涡轮机轮毂（30）的方法，所述方法包括以下步骤：

将至少两个叶片（20）附连到组件（10）的叶片保持机构（3），

使用提升装置（40）将具有所述叶片（20）的组件（10）提升到所述风力涡轮机轮毂（30），

将所述叶片（20）安装到所述风力涡轮机轮毂（30）。

13.根据权利要求12所述的方法，其中每个叶片（20）可拆卸地附连到所述叶片保持机构（3）的叶片保持元件（11）。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述叶片保持元件（11）通过至少一个铰链（13）彼此连接，所述方法包括以下步骤：

将每个叶片（20）附连到叶片保持元件（11），

使用提升装置（40）将所述组件（10）提升到所述风力涡轮机轮毂（30），

将所述叶片保持元件（11）从第一位置（P1）枢轴转动到第二位置（P2），

将所述叶片（20）朝向所述轮毂（30）引导，

将所述叶片（20）安装到所述轮毂（30）。

15.根据权利要求14所述的方法，其中将至少一个叶片保持元件（11）从第一位置（P1）枢轴转动到第二位置（P2）先于步骤：将所述组件（10）提升到所述风力涡轮机轮毂（30）。

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