CN106050578B - 用于风力发电机组单叶片安装的工装设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于风力发电机组单叶片安装的工装设备及方法，该工装设备包括框架主体、夹持组件和平衡组件，与现有技术相比，本文中所提供的工装设备在对叶片进行安装时，当吊装设备提升工装设备至叶片的安装端部与变桨轴承正对高度时，只需驱动工装设备中夹持组件相对框架主体滑动，并且在夹持组件滑动过程中，在平衡组件的作用下，夹持有叶片的工装设备整体重心位置不变，即叶片的姿态不变，也就是说叶片与水平面所成的角度不变，这样在夹持组件夹持叶片滑动过程中叶片的安装端部与变桨轴承始终正对，最终将叶片的安装端部滑进导流罩内部与变桨轴承连接。本文叶片安装方式更加简单，降低了单叶片安装难度，提高了叶片的安装效率。

Description

用于风力发电机组单叶片安装的工装设备及方法

技术领域

本发明涉及风力发电机叶片组装技术领域，特别涉及一种用于风力发电机组单叶片安装的工装设备及方法。

背景技术

风力发电机组主要包括塔筒以及安装于塔筒上的叶轮，叶轮主要由轮毂和叶片组成，其中叶片的数量一般为三个。叶轮的安装方法也有多种，常用的安装方法为整体吊装方法和单叶片吊装方法。

随着风力发电机组的单机容量越来越大，对于机组的运输和安装都提出了很大的挑战，单叶片吊装方法因具有较大的优势，成为风力发电机组未来发展的主要趋势。目前单叶片吊装方法主要采用水平吊装：首先将轮毂锁定到其中一个变桨轴承水平位置，另外两个和该轴承成120°位置，使用工装将叶片夹持住，用吊车将叶片升至轮毂的高度，调整吊车的升幅高度，使叶片的螺栓和轮毂内部的变桨轴承基本在同一高度，当判断其高度基本一致时，通过吊车的摆动或者回转将叶片伸入至导流罩内部，缓慢的调整将叶片螺栓和变桨轴承连接。

由于导流罩和叶片间的空隙非常小，只有5cm左右，在空中组对的时候非常麻烦，对吊车的微动性能、吊装指挥人员以及吊车司机的要求非常高。尤其对于直驱风力发电机组，叶轮不能实现盘车，不能将叶轮锁定在水平位置安装，直驱风力发电机的单叶片吊装只能将叶轮锁定在与地面成30度角位置安装，此时，叶片倾斜30度，叶片和叶片轴承对接过程是水平运动与竖直运动的合成运动，需要同时对吊车的摆幅和缩杆微动操作，安装难度比较大，叶片的安装效率也相应比较低。

因此，如何降低单叶片安装难度，提高叶片安装效率，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于风力发电机组单叶片安装的工装设备，包括：

框架主体，设置有与吊装设备连接的连接部件；

夹持组件，用于夹持叶片；并且所述夹持组件与所述框架主体活动连接；

平衡组件，包括平衡部件和动力部件，所述平衡部件滑动设置于所述框架主体，当所述夹持组件夹持叶片沿所述框架主体滑动时，所述动力部件驱动所述平衡部件相对所述框架主体滑动，以维持夹持有叶片的所述工装设备的整体重心位置不变。

与现有技术相比，本文中所提供的工装设备在对叶片进行安装时，当吊装设备提升工装设备至叶片的安装端部与变桨轴承正对高度时，只需驱动工装设备中夹持组件相对框架主体滑动，并且在夹持组件滑动过程中，在平衡组件的作用下，夹持有叶片的工装设备整体重心位置不变，即叶片的姿态不变，也就是说叶片与水平面所成的角度不变，这样在夹持组件夹持叶片滑动过程中叶片的安装端部与变桨轴承始终正对，最终将叶片的安装端部滑进导流罩内部与变桨轴承连接。

从以上描述可以看出，本文中工装设备在叶片安装过程中，叶片是依靠自身的滑动运动进导向罩内部，在该过程中吊装设备是无需运动的，这与现有技术叶片安装方式完全不同。本文叶片安装方式更加简单，降低了单叶片安装难度，提高了叶片的安装效率。

可选的，所述夹持组件包括夹持框架和夹持部件，所述夹持部件用于夹持叶片，所述夹持部件与所述夹持框架滑动连接，并且所述夹持框架与所述框架主体转动连接。

可选的，还包括转动组件，所述夹持框架通过所述转动组件与所述框架主体回转连接；所述转动组件包括驱动部件和齿轮组，齿轮组包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮安装于所述框架主体，所述从动齿轮安装于所述夹持框架。

可选的，还包括回转轴承，所述回转轴承的外圈和内圈其中一者与所述夹持框架固定，另一者与所述框架主体固定，并且与所述框架主体固定的一者具有与所述主动齿轮的外齿相配合的内齿。

可选的，还包括相配合的齿轮和齿条，所述夹持部件与所述夹持框架通过所述齿轮和所述齿条滑动连接；所述齿轮和所述齿条其中一者设置于所述夹持部件，另一者设置于所述夹持框架。

可选的，还包括设置于所述夹持框架上的所述平衡部件，并且所述平衡部件位于所述夹持框架与所述框架主体回转中心的两侧，所述动力部件为沿纵向伸缩的伸缩缸，所述伸缩缸的固定部于所述夹持框架固定，伸缩部连接所述平衡部件。

可选的，所述框架主体的左右两侧均设置有揽风支架。

本发明还提供了一种用于风力发电机组单叶片安装的方法，使用上述任一项所述的工装设备，该方法包括以下步骤：

S1、组装夹持组件、框架主体、平衡组件，并将叶片安装于夹持组件，将框架主体的连接部件连接至吊装设备；

S2、提升工装设备至叶片的安装端部与变桨轴承正对高度位置；

S3、驱动夹持组件夹持叶片沿所述框架主体滑动，并且同时控制动力部件驱动所述平衡部件相对所述框架主体滑动，以维持所述工装设备的重心位置不变。

可选的，提升工装设备的过程具体包括以下步骤：

提升工装设备于第一高度，然后驱动夹持组件相对框架主体在竖直平面内回转预定角度；

继续提升工装设备至叶片的安装端部与变桨轴承正对高度位置。

可选的，所述回转预定角度为30度。

可选的，在动力部件根据以下条件驱动平衡部件滑动：实时计算叶片的重心位移量，根据叶片的重心位移量计算所述平衡部件的位移量。

可选的，在步骤S2提升工装设备的过程中，还实时检测叶片安装部的位置，通过检测信号判断叶片与变桨轴承安装孔是否对正，如果对正，则停止吊装设备动作，并进行步骤S3。

附图说明

图1为本发明一种实施例中框架主体的结构示意图；

图2为框架主体的另一方向示意图；

图3为本发明用于风力发电机组单叶片安装的工装设备的结构示意图；

图4为工装设备回转预定角度的结构示意图；

图5为本发明一种用于风力发电机组单叶片安装的方法的流程图。

其中，图1至图4中：

框架主体1、回转轴承2、外圈21、内圈22、揽风支架3、主动齿轮4、连接部件5、配重6、导轨7、伸缩缸8、平衡部件9、马达10、夹持框架11、齿轮12、齿条13、叶片14、夹持部件15。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图4，图1为本发明一种实施例中框架主体的结构示意图；图2为框架主体的另一方向示意图；图3为本发明用于风力发电机组单叶片安装的工装设备的结构示意图；图4为工装设备回转预定角度的结构示意图。

本发明提供了一种用于风力发电机组单叶片安装的工装设备，本文主要针对具有三个叶片14的风力发电机组进行描述技术方案，三个叶片安装时，先将其中一个叶片14与轮毂在地面完成安装，然后将安装有一个叶片14的轮毂吊装于塔筒的上端部，叶片14位于竖直向下位置，并将轮毂位置锁定，然后再利用本发明所提供的工装设备完成其他两个叶片与轮毂的安装。

本发明所提供的工装设备包括框架主体1、夹持组件和平衡组件。其中框架主体1为多个杆件焊接或螺栓固定形成的整体，为其他各部件提供支撑平台以及起到连接作用。框架主体1上设置有与吊装设备连接的连接部件5，吊装设备通常为起重机，框架主体1上的连接部件5可以连接到起重机的吊钩上。连接部件5可以为与吊钩配合挂接的挂环，当然也可以为其他结构，只要能实现与吊装设备的可靠连接即可。

另外，框架主体1上还可以设置配重6，用于平衡叶片14重量，使工装设备安装叶片后处于水平状态，配重6与叶片14分别位于框架主体1相对的两侧。如图1所示，配重6可以通过螺栓组装于框架主体1上。配重6的大小、重量、数量均可以根据叶片的重量进行选取。

本文中的夹持组件主要作用为夹持叶片14，并且夹持组件设置于框架主题上，并且夹持组件与框架主体1活动连接，具体地夹持组件与框架主体1可以沿纵向滑动连接。需要说明的是，本文中所述的纵向是指沿安装后叶片的长度延伸方向。具体地，夹持组件上设置有与叶片配合夹持的夹持部件15，夹持部件15的具体结构可以与现有技术相同，请参考现有技术中结构。

本文中的平衡组件包括平衡部件9和动力部件，平衡部件9滑动设置于框架主体1，当夹持组件夹持叶片14沿框架主题滑动时，动力部件驱动平衡部件9相对框架主体1滑动，以维持夹持有叶片14的工装设备的整体重心位置不变。

请参考图5，图5为本发明一种用于风力发电机组单叶片安装的方法的流程图。

本文中的工装设备在进行安装叶片时，可以按照以下方法进行：

S1、组装夹持组件、框架主体1、平衡组件，并将叶片安装于夹持组件，将框架主体1的连接部件5连接至吊装设备；

S2、提升工装设备至叶片的安装端部与变桨轴承正对高度位置；

S3、驱动夹持组件夹持叶片沿所述框架主体1滑动，并且同时控制动力部件驱动所述平衡部件9相对所述框架主体1滑动，以维持夹持有叶片14的工装设备整体重心位置不变。

与现有技术相比，本文中所提供的工装设备在对叶片进行安装时，当吊装设备提升工装设备至叶片的安装端部与变桨轴承正对高度时，只需驱动工装设备中夹持组件相对框架主体1滑动，并且在夹持组件滑动过程中，在平衡组件的作用下，夹持有叶片的工装设备整体重心位置不变，即叶片的姿态不变，也就是说叶片与水平面所成的角度不变，这样在夹持组件夹持叶片滑动过程中叶片的安装端部与变桨轴承始终正对，最终将叶片的安装端部滑进导流罩内部与变桨轴承连接。

从以上描述可以看出，本文中工装设备在叶片14安装过程中，叶片是依靠自身的滑动运动进导向罩内部，在该过程中吊装设备是无需运动的，这与现有技术叶片安装方式完全不同。并且本文叶片安装方式更加简单，降低了单叶片安装难度，提高了叶片的安装效率。

对于具体三个叶片的风力发电机组而言，相邻两叶片呈120°布置，除第一叶片外，其他两个叶片进行安装时，因导流罩上的安装孔此时与水平位置呈30°，故也应当将吊装的叶片调节至与水平位置成30°。为了适应上述三个叶片机组中叶片的安装，本文对工装设备还进行了以下改进。

具体地，夹持组件包括夹持框架11和夹持部件15，夹持部件15设置于夹持框架11上，并且夹持部件15与夹持框架11沿纵向滑动连接，夹持框架11与框架主体1转动连接。

叶片被夹持于夹持部件15上初始状态可以呈水平状态，当吊装设备将工装设备吊装于一定高度时，驱动夹持框架11相对框架主体1转动30°，这样叶片也与水平面成30°，然后吊装设备可以再继续提升框架主体1向上运动，最终将工装设备吊装至叶片与变桨轴承正对位置。然后再根据上述步骤S3安装叶片于轮毂上。

上述实施方式的工装设备还进一步包括转动组件，夹持框架11通过转动组件与框架主体1在竖直平面内回转连接；转动组件包括驱动部件和齿轮组，齿轮组包括相互啮合的主动齿轮4和从动齿轮，主动齿轮4安装于框架主体1，从动齿轮安装于夹持框架11。

这样驱动部件的动力可以驱动主动齿轮4转动，主动齿轮4带动与其啮合的从动齿轮转动，进而与从动齿轮相连的夹持框架11相对框架主体1转动。

工装设备包括回转轴承2，回转轴承2的外圈21和内圈22其中一者与夹持框架11固定，另一者与框架主体1固定，并且与框架主体固定的一者具有与主动齿轮4的外齿相配合的内齿。在一种具体实施方式中，具体的，如是外转子内定子的发电机，回转轴承2的外圈21与夹持框架11固定，回转轴承2的内圈22与框架主体1固定，内圈22具有与主动齿轮4的外齿相配合的内齿。回转轴承2能够起到很好的支撑作用，使夹持框架11可靠连接于框架主体1上，并且在驱动部件的驱动力下，夹持框架11也可以围绕框架主体1稳定转动。

上述驱动主动齿轮4转动的驱动部件可以为马达10，具体可以为液压马达，也可以为电动马达，马达可以固定于框架主体1上。当然驱动部件也不局限于马达，还可以为其他动力部件，在此不做详细介绍。

上述各实施例中，工装设备还可以包括相配合的齿轮和齿条13，夹持部件15与夹持框架11通过齿轮12和齿条13滑动连接，夹持部件15和夹持框架11其中一者设置齿轮，另一者设置齿条13。也就是说，夹持部件15上可以设置齿轮12，也可以设置齿条13，相应地，夹持框架11上设置齿条13，也可以设置齿轮。

本文优选夹持框架11上固定有齿轮12，夹持部件15上固定有齿条13，当驱动齿轮转动时，在齿轮转动动力的带动下，齿条13将相对夹持框架11沿纵向相对运动，从而实现叶片的纵向运动。

齿轮可以通过专门的齿轮安装座固定于夹持框架11上，驱动齿轮转动的部件也可以设置于夹持框架11或者框架主体1上。图中虽未示出，但是并不影响本领域内技术人员对本技术方案的理解。

上述各实施例中，夹持框架11与框架主体1回转中心的两侧可以均设置有平衡部件9，动力部件为沿纵向伸缩的伸缩缸8，伸缩缸8的固定部于所述夹持框架11固定，伸缩部连接平衡部件9。每一侧伸缩缸8的数量可以为多个，各伸缩缸8上下平行布置。平衡部件9的数量也可以为多个。

本文中优选平衡部件9为平衡块，平衡块可以为钢块或铁块。当然，为了平衡块的稳定移动，还可以进一步设置导轨7，平衡块沿导轨7进行滑动。

当进行重心位置调节时，位于夹持框架11与框架主体1回转中心的两侧的伸缩缸8驱动平衡块沿纵向移动，以调整工装设备的重心。

上述动力部件不局限于液压缸，也可以为其他直线驱动机构。

上述各实施例中，框架主体1的左右两侧可以均设置有沿水平方向延伸的揽风支架3，揽风支架3包括若干根杆件，并且各杆件形成平面支架。各杆件可以通过焊接或者螺钉或螺栓连接形成支架。

在叶片吊装过程中，揽风支架3可以起到稳定工装设备和叶片的作用，同时在在叶片轴承孔与变桨轴承孔配对时起辅助作用，提高安装的准确性和安全性。

上述各实施例中，用于风力发电机组单叶片安装的方法中提升工装设备的过程具体包括以下步骤：

S21、提升工装设备于第一高度，然后驱动夹持组件相对框架主体1在竖直平面内回转预定角度；

S22、继续提升工装设备至叶片的安装端部与变桨轴承正对高度位置。

叶片的安装端部与变桨轴承正对可以通过操作人员的观察，也可以通过检测设备实现，例如在叶片的安装端部和变桨轴承的端部均设置传感器，通过两传感器的检测信号判断叶片与变桨轴承是否对正。

即实时检测叶片安装部的位置，通过检测信号判断叶片与变桨轴承安装孔是否对正，如果对正，则停止吊装设备动作，驱动夹持组件夹持叶片沿所述框架主体1滑动，同时驱动平衡部件9相对框架主体1滑动。

在动力部件根据以下条件驱动平衡部件9滑动：实时计算叶片的重心位移量，根据叶片的重心位移量计算所述平衡部件9的位移量。

本文所提供的用于风力发电机组单叶片安装的方法是在上述工装设备的基础上是实施的，故该方法也具备工装设备的上述技术效果。

需要指出的是，本文是以三个叶片叶轮的安装为例进行介绍技术方案，本文中的工装设备及方法同样适用于其它数量叶片的安装，只要根据变桨轴承安装孔与水平面的角度选择夹持框架11与框架主体1的回转角度即可。

也就是说，本文所公开的工装设备及方法不局限于三叶片叶轮的安装，也适用于其它数量叶片叶轮的安装。

以上对本发明所提供的一种用于风力发电机组单叶片安装的工装设备及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (13)

1.一种用于风力发电机组单叶片安装的工装设备，其特征在于，包括：

框架主体(1)，设置有与吊装设备连接的连接部件(5)；

夹持组件，包括夹持部件(15)，用于夹持叶片(14)；并且所述夹持部件(15)与所述框架主体(1)滑动连接；

平衡组件，包括平衡部件(9)和动力部件，所述平衡部件(9)滑动设置于所述框架主体(1)，当所述夹持部件(15)夹持叶片(14)沿所述框架主体(1)纵向滑动运动进导流罩内部过程中，所述动力部件驱动所述平衡部件(9)相对所述框架主体(1)滑动，以维持夹持有叶片(14)的所述工装设备的整体重心位置不变。

2.如权利要求1所述的工装设备，其特征在于，所述夹持组件还包括夹持框架(11)，所述夹持部件(15)与所述夹持框架(11)滑动连接，并且所述夹持框架(11)与所述框架主体(1)转动连接。

3.如权利要求2所述的工装设备，其特征在于，还包括转动组件，所述夹持框架(11)通过所述转动组件与所述框架主体(1)回转连接；所述转动组件包括驱动部件和齿轮组，齿轮组包括相互啮合的主动齿轮(4)和从动齿轮，所述主动齿轮(4)安装于所述框架主体(1)，所述从动齿轮安装于所述夹持框架(11)。

4.如权利要求3所述的工装设备，其特征在于，还包括回转轴承(2)，所述回转轴承(2)的外圈(21)和内圈其中一者与所述夹持框架(11)固定，另一者与所述框架主体(1)固定，并且与所述框架主体固定的一者具有与所述主动齿轮(4)的外齿相配合的内齿。

5.如权利要求2所述的工装设备，其特征在于，还包括相配合的齿轮(12)和齿条(13)，所述夹持部件(15)与所述夹持框架(11)通过所述齿轮(12)和所述齿条(13)滑动连接；所述齿轮(12)和所述齿条(13)其中一者设置于所述夹持部件(15)，另一者设置于所述夹持框架(11)。

6.如权利要求3至5任一项所述的工装设备，其特征在于，还包括设置于所述夹持框架(11)上的所述平衡部件(9)，并且所述平衡部件(9)位于所述夹持框架(11)与所述框架主体(1)的回转中心的两侧，所述动力部件为沿纵向伸缩的伸缩缸，所述伸缩缸的固定部于所述夹持框架(11)固定，伸缩部连接所述平衡部件(9)。

7.如权利要求2至5任一项所述的工装设备，其特征在于，所述框架主体(1)的左右两侧均设置揽风支架(3)。

8.如权利要求2至5任一项所述的工装设备，其特征在于，所述框架主体(1)还设置有配重(6)，所述配重(6)用于平衡所述叶片(14)、所述夹持组件和所述平衡组件的重量。

9.一种用于风力发电机组单叶片安装的方法，其特征在于，使用权利要求1至8任一项所述的工装设备，该方法包括以下步骤：

S1、组装夹持组件、框架主体(1)、平衡组件，并将叶片安装于夹持组件的夹持部件，将框架主体(1)的连接部件(5)连接至吊装设备；

S2、提升工装设备至叶片(14)的安装端部与变桨轴承安装孔正对高度位置；

S3、驱动夹持部件夹持叶片(14)沿所述框架主体(1)纵向滑动，并且同时控制动力部件驱动所述平衡部件(9)相对所述框架主体(1)滑动，以维持所述工装设备的重心位置不变。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，提升工装设备的过程具体包括以下步骤：

提升工装设备于第一高度，然后驱动夹持组件相对框架主体(1)在竖直平面内回转预定角度；

继续提升工装设备至叶片(14)的安装端部与变桨轴承正对高度位置。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述回转预定角度为30度。

12.如权利要求9至11任一项所述的方法，其特征在于，在动力部件根据以下条件驱动平衡部件(9)滑动：实时计算叶片(14)的重心位移量，根据叶片(14)的重心位移量计算所述平衡部件(9)的位移量。

13.如权利要求9至11任一项所述的方法，其特征在于，在步骤S2提升工装设备的过程中，还实时检测叶片安装部的位置，通过检测信号判断叶片(14)与变桨轴承安装孔是否对正，如果对正，则停止吊装设备动作，并进行步骤S3。