CN105253795B - 更换风力涡轮机叶片的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

用于风力涡轮机叶片更换的装置，包括一起工作来确保风力涡轮机叶片(13)正确提升/降下的两个部件，上部(1)和下部(2)，被称为“顶部”(1)和“地面”(2)。该装置的“顶部”部件(1)包括用螺栓固定在风力涡轮机的轴承(3)上的部件(4)和紧固叶片(13)的部件(5)，而下部部件或“地面”(2)是环绕风力涡轮机塔架(8)的一结构，该结构具有连接装置部件之间的缆绳(6)的至少两个绞盘(2.5)和两个偏差滑轮(2.4)。

Description

更换风力涡轮机叶片的方法和装置
技术领域
本发明涉及使用绞盘而无需传统起重机来安装和拆卸风力涡轮机叶片的方法和装置。
背景技术
新的风力涡轮机的发展导致其尺寸和功率增加。安装在相同地点的大型风力涡轮机具有更高的产能，且能减少由多个风力涡轮机组成的风电场的视觉冲击。
风力涡轮机包括举升吊篮的静止的塔架，吊篮支撑机械地连接在转子上的发电机。转子包括毂，至少一个叶片固定到毂上一些轴承的一些双头螺柱上，通过转子的旋转将风的动能转化。
产生能量的增加直接与风力涡轮机转子的尺寸和风力涡轮机叶片不断加长相关。叶片是风力涡轮机最主要的部件，因此叶片必须从毂上拆卸下来并放到地面上经过预防性检测和矫正干预，并在完成维护任务后，提升和重新安装在毂上。
这样作，为了处理尺寸和重量非常大的转子，维护工人会使用大型起重机。而这种起重机具有很多缺点。首先是成本高，随着这些大型起重机的使用，安装风力涡轮机风电场或维护的费用显著增加。其次，这些风力涡轮机通常安装在不容易进入的场地，将这些起重机运输到所需场地是几乎不可能的，通常需要创造条件进入，这进一步增加了工作的难度和成本。
就这点而言，现有技术提供了很多的解决方案，描述了用于安装和拆卸风力涡轮机的不同装备。
专利WO2011/095167公开了具有一在风力涡轮机毂内的绞盘的安装/拆卸起重设备，并通过一挂钩将叶片固定到用螺栓栓在叶片轴承连接螺栓的盘上。该设备具有一部件，该部件配备安装在挂钩和绞盘之间的滚轴，并使叶片能垂直下降且在接近地面时旋转到水平位置。但是，该系统的缺陷是除了保持和防转系统(比上面描述的系统更有效)之外，还需要相当大的空间来安装支撑提升当前叶片重量的绞盘。
专利WO2009/128708公开的装备配备两个部件，一个安装在风力涡轮机毂上，将叶片和轴承抓紧，另一个安装在叶片内，这些部件一起工作使用一些定位装置和一些提升装置来提升或降下叶片。通过使叶片平衡朝向与塔架成预定直线的一个装置中致动器结合将由绞盘保护的叶片垂下下降(叶片顶端朝向地面)。绞盘用于确保叶片垂直下落。
专利US2010/0253086公开了一个系统，其包含在毂外、叶片之间空间内的一些滑轮，用于引导与安装在地面上的风力涡轮机吊篮或绞盘(W)上的维护起重机连接的缆绳。通过毂内的一个滑轮来保证叶片下降和提升。
考虑到上面提到的方案的缺点，需要设想在最小成本下保证安装和/或拆卸叶片的一种解决方案。
发明内容
为实现上述目标，本发明的更换装置包括两个部件，一个上部部件和另一个下部部件，两者一起工作来提升和/或降下风力涡轮机叶片。
该装置的上部部件(下面将被称作“顶部”)包括一些滑轮部件和一些固定叶片的装置，而下部部件(下面将被称作“地面”)包括一结构，该结构环绕风力涡轮机塔架并配备至少两个绞盘和两个偏差滑轮来连接该装置“顶部”和“地面”部件之间的缆绳。
本发明的一个目的是该装置可用于任何形式的风电场(无论安装任何形式的风力涡轮机)，因此该装置“地面”部件的结构能调整来适合不同叶片尺寸。
本发明的一个目的是该装置可用于任何形式的风电场(无论安装任何形式的风力涡轮机)，因此该装置“顶部”部件的叶片紧固件能调整来适合不同叶片尺寸。
本发明的一个目的是该装置可用于任何地点的风电场(无论任何气候条件)，因此本发明在“地面”部件中设计有来控制下降和/提升操作过程叶片倾角的倾角仪以及测量压力所能承受的重量和抵消叶片重量的平衡物的测压元件。
本发明的一个目的是防止叶片翻转或跳动的系统，该装置可以结合任何保持系统和任何防转系统。
本发明的一个目的是一种使用本发明的装置提升和/或降下风力涡轮机叶片的方法。
本发明的这些和其他方面将借助下面所示的附图详细描述。
附图说明
图1A和1B显示了本发明的更换装置的上部部件。
图2显示了根据本发明一个实施例的更换装置的下部部件。
图3显示了在根据本发明一个实施例的更换装置的上部部件上的轴承布置的透视图。
图4A、4B和4C显示了上一附图中本发明的更换装置的上部部件上的不同类型的支撑部件。
图5显示了在根据本发明一个实施例的更换装置的上部部件上的叶片固定装置布置的透视图。
图6A和6B是上一附图的叶片紧固部件的局部视图。
图7A、7B和7C显示了构成根据本发明一个实施例的叶片更换装置的下部部件的不同部件的局部视图。
图8显示了使用风力涡轮机的更换装置的透视图。
图9显示了根据本发明的一个实施例的叶片紧固的局部视图。
具体实施方式
本发明涉及在风电场维护或安装任务中更换风力涡轮机叶片的方法和装置。
风力涡轮机包括举起吊篮14的塔架8，吊篮承受机械连接到转子上的发电机。转子包括固定有至少一个叶片13的毂15，叶片通过配有插入叶片根部7的一些双头螺柱的一些轴承3螺栓固定在风力涡轮机毂15上。
本发明用于更换叶片13的装置包括一起工作来确保风力涡轮机叶片13正确提升/降下的两个部件1，2，也就是安装在毂15的轴承3和叶片13根部7上的“顶部”部件1(见图1A和1B)和保持在风力涡轮机塔架8基部的“地面”部件2(见图2)。
“顶部”部件1包括两个部件4，5，部件4固定于毂15(见图1A)的轴承3上，部件5为法兰形(见图1B)，环绕叶片13的根部7。
固定在叶片轴承3上的“顶部”部件1的部件4(见图3)包括各种水平偏差滑轮4.2和垂直偏差滑轮4.1以及缆绳6的各种紧固件4.3(见图4A、4B和4C)，这些零部件都位于毂15的叶片轴承3的外圈上，用于支撑、驱动和固定缆绳6，缆绳6从“地面”部件2上的绞盘2.5提升并结合在“顶部”部件1上用于叶片13的法兰5上。
使用“地面”部件2的绞盘2.5，垂直偏差滑轮4.1朝叶片13法兰5移动缆绳6，水平偏差滑轮4.2用于引导缆绳6水平环绕轴承3，紧固件4.3用于紧固缆绳6的末端。
“顶部”部件1上用于叶片13的法兰5(见图1B)包括两个滑轮段5.1和至少两个连接段5.2，通过一些垫片5.4和一些螺栓5.3将两者栓在一起结合，通过垫片可以调节法兰5的直径来适应叶片13根部7的直径(如图6A和6B)。滑轮段5.1包括滑轮9和加固件10，且滑轮9必须面对轴承3、靠着“顶部”部件1上的轴承部分4上对应的偏差滑轮4.1放置，由于连接段5.2是对称的，因此无需特定位置来布置。在滑轮段5.1和连接段5.2结合时形成法兰5，使叶片13的每一侧都有滑轮段5.1，如一个是最靠近塔架8的一侧，另一个是外侧。
为了使叶片法兰5正常工作，叶片法兰必须与叶片轴承3处于同一水平线。考虑到叶片根部7通常相当不规则，叶片法兰5的段5.1，5.2具有一系列孔11，用于插入一些杆12(见图5)，通过与段5.1，5.2相对的端部支撑在叶片轴承3上并允许相对于轴承3的高度调节法兰5。在法兰5完全固定在叶片13的根部7上以后，这些杆12随即被移除。
根据本发明的一个实施例，固定在轴承3上的“顶部”部件1的部件4和构成叶片法兰的部件5必须完全彼此对准，从而使垂直滑轮4.1和法兰5的滑轮9之间缆绳6的偏差完全对准，因此，构成“顶部”部件1的不同部件4，5必须在正确的位置且叶片在0°位置。
“地面”部件2由一些部分形成的结构2.1构成，这些部分包括一些固定滚轴2.2、定心滚轴2.3、一些偏差滑轮2.4、一些绞盘2.5、可拆卸的结构2.1、平衡物2.6、配电盘2.7和控制部件，控制部件诸如倾角仪(未示出)和安装在平衡物2.6的底轮2.4上用于控制缆绳6张力的一些测压元件(未示出)。
结构2.1的主体部分支撑绞盘2.5、配电盘2.7和固定滚轴2.2，并位于塔架8的基部的上端。结构2.1的平行部分是对称的，并用螺栓栓在与之垂直的主体部分上。平衡物2.6安装在平行部分的端部，配备可调节定心滚轴2.3的前部安装在平行部分之间。一旦前部放到最靠近塔架8的地点，随即在平衡物2.6之间被螺栓固定到塔架8，最后调节可调节定心滚轴2.3(见图7A，7B和7C)。
除了用于连接到平衡物2.6滑轮2.4的测压元件的缆绳6的张力和运动指示器、选择器和用于操作绞盘2.5的一些报警灯之外，配电盘2.7具有启动按钮和紧急按钮(未示出)、观察购车叶片3更换装置的各种部件状态的触摸屏(未示出)。因此，该装置能在叶片13的倾斜和缆绳6张力的极限工作。
更换叶片的方法(见图8和9)包括以下步骤：
-将叶片13更换装置的“地面”部件2放置在塔架基部8。
-将“顶部”部件1的法兰5安装在需要更换/维修的叶片13根部7上。
-将叶片13定位在垂直、尖端朝上或水平位置。
-旋转风力涡轮机转子到叶片13处于向下的水平位置。
-用位于风力涡轮机吊篮14上的辅助起重机(未示出)将缆绳6从“地面”部件2提升。
-通过在叶片13根部7上的“顶部”部件1的法兰5的滑轮段5.1上的滑轮9和水平偏差滑轮4.2和垂直偏差滑轮4.1旋转缆绳6，然后将它们固定到紧固在叶片轴承3上的“顶部”部件1的部分4的紧固件4.3上。
-松开位于风力涡轮机吊篮14上的辅助起重机(未示出)。
-引导带有传统保持系统(未示出)的叶片保持工具(未示出)。
-从风力涡轮机毂15的轴承3上拧下叶片13。
-在传统保持系统(未示出)的协助下，通过使用叶片13更换装置的“地面”部件2上的绞盘2.5来降下叶片13，然后将叶片水平放置在地面上。
提升叶片13按相反的顺序执行叶片降下步骤。
结合优选实施例全部描述本发明的同时，应该清楚，不受上述实施例的限制，可以在下面权利要求范围内进行修改。

Claims (8)

1.一种用于在风电场维修或安装任务中的风力涡轮机叶片更换装置，其特征在于，叶片更换装置包括一起工作来确保风力涡轮机叶片（13）正确提升/ 降下的两个部件（1,2），也就是安装在毂（15）和风力涡轮机叶片（13）之间的“顶部”部件（1）和定位在风力涡轮机塔架（8）基部的“地面”部件（2）；
“顶部”部件（1）包括两个部件（4,5），所述两个部件（4,5）中的第一部件（4）固定在毂（15）的一个叶片轴承（3）上，所述两个部件（4,5）中的第二部件（5）为法兰，环绕叶片（13）的根部（7）；
固定在叶片轴承（3）上的“顶部”部件（1）的第一部件（4）包括各种水平偏差滑轮（4.2）和垂直偏差滑轮（4.1）以及缆绳（6）的各种紧固件（4.3），这些零部件都位于毂（15）的叶片轴承（3）的外圈上，用于支撑、驱动和固定缆绳（6），缆绳（6）由“地面”部件（2）上的绞盘（2.5）提升并结合在“顶部”部件（1）上用于叶片（13）的法兰（5）上；
其中，“地面”部件（2）由一些部分形成的结构构成，这些部分包括一些固定滚轴（2.2）、定心滚轴（2.3）、一些偏差滑轮（2.4）、一些绞盘（2.5）、可拆卸的结构（2.1）、平衡物（2.6）、配电盘（2.7）和控制部件，控制部件为倾角仪和安装在平衡物（2.6）的偏差滑轮（2.4）上用于控制缆绳（6）张力的一些测压元件。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片更换装置，其特征在于，“顶部”部件（1）上用于叶片（13）的法兰（5）包括两个滑轮段（5.1）和至少两个连接段（5.2），通过一些垫片（5.4）和一些紧固螺栓（5.3）将两者拴在一起，通过垫片能调整法兰（5）的直径以适应叶片（13）根部（7）的直径。
3.根据权利要求2所述的风力涡轮机叶片更换装置，其特征在于，滑轮段（5.1）包括一滑轮（9）和一加固件（10）。
4.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片更换装置，其特征在于，结构（2.1）的主体部分支撑绞盘（2.5）、配电盘（2.7）和固定滚轴（2.2），并位于塔架（8）的基部的上端。
5.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片更换装置，其特征在于，结构(2.1)的平行部分是对称的，并用螺栓拴在与之垂直的主体部分上。
6.根据权利要求5所述的风力涡轮机叶片更换装置，其特征在于，平衡物（2.6）安装在平行部分的端部，配备可调节定心滚轴（2.3）的前部安装在平行部分之间。
7.使用根据权利要求1-6之一所述的风力涡轮机叶片更换装置更换风力涡轮机叶片的方法，其特征在于，叶片（13）下降的方法包括以下步骤：
-将叶片（13）更换装置的“地面”部件（2）放置在塔架（ 8 ） 基部；
-将“顶部”部件（1）的法兰（5）安装在需要更换/维修的叶片（13）根部（7）；
-将水平偏差滑轮（4.2）和垂直偏差滑轮（4.1）以及缆绳（6）的各种紧固件（4.3）固定在毂（15）的叶片轴承（3）的外圈上；
-将叶片（13）定位在垂直或水平位置；
-转动风力涡轮机转子到叶片（13）处于向下的水平位置；
-用位于风力涡轮机吊篮（14）上的辅助起重机将缆绳（6）从“地面”部件（2）提升；
-通过在叶片（13）根部（7）上的“顶部”部件（1）的法兰（5）的滑轮段（5.1）上的滑轮（9）和水平偏差滑轮（4.2）以及垂直偏差滑轮（4.1）拉动缆绳（6），然后将缆绳固定到紧固在叶片轴承（3）上的“顶部”部件（1）的第一部件（4）的紧固件（4.3）上；
-松开位于风力涡轮机吊篮（14）上的辅助起重机；
-引导带有保持系统的叶片保持工具；
-从风力涡轮机毂（15）的叶片轴承（3）上拧下叶片（13）；
-在保持系统的协助下，通过叶片（13）的更换装置的“地面”部件（2）上的绞盘（2.5）降下叶片（13），然后将叶片水平放置在地面上。
8.根据权利要求7所述的更换风力涡轮机叶片的方法，其特征在于，提升叶片（13）按相反的顺序执行叶片（13）降下步骤。
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