CN106460780A - 用于操作长而重的物体的工具 - Google Patents

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Abstract

一种用于操作尤其是风力涡轮机转子叶片的长而重的物体(12)的工具(10)，包括可以固定到所述转子叶片的夹紧单元。夹紧单元具有第一夹具(14)以及相对于物体的纵向方向与第一夹具(14)隔开的第二夹具(16)。第一杆单元(20)在第一联接位置处可旋转地联接到夹紧单元的第一夹具(14)并且联接到横向件(32)。第一杆单元(22)在第一联接位置处可旋转地联接到夹紧单元的第二夹具(16)并且通过绳子(34)联接到横向件(32)。第二杆单元(22)与横向件(32)之间的绳子部分的长度是通过绞盘(36)可调节的。

Description

用于操作长而重的物体的工具
技术领域
本发明涉及用于操作尤其是风力涡轮机转子叶片的长而重的物体的工具。
背景技术
近几年，将风力涡轮机的转子叶片单独地即一次一个地安装到已经安装在风力涡轮机塔架上的轮毂上已经变得越来越普遍。尤其当风力涡轮机安装在离岸公园、多山或森林区域、或者空间有限的其它位置中时，此所谓的单叶片安装程序提供了多个益处。此外，当能够当场替换单个叶片而不必需要至少一个相当大的吊车首先取下整个转子布置时，维护是更加经济的。
然而，需要考虑的是通常仅当没有或者全部转子叶片被安装时风力涡轮机的动力传动系统才能够旋转。这意味着在安装第一叶片以后，用于其它转子叶片的安装位置是固定的。在下文中，如在图1中示出的任何叶片安装位置都称作为轮毂的旋转轴，0°位置是相应叶片的尖端具有最高可能位置的位置。例如，如果三个叶片转子的第一叶片安装在180°位置中，那么其它两个叶片相应地必须安装在60°位置与300°位置中。
单叶片安装的另一个重要方面是用于朝向它们安装位置提升与倾斜叶片的吊车的数量。尽管同时通过两个单独吊车操作叶片是较容易的，但是此方法在离岸或者在空间有限的位置处是难以实施的，并且由此在这种区域中是不经济的。为此原因，如果存在可获得的适当的可获得的工具以通过单个吊车操作叶片，那么单叶片安装方法将是优选的。
在现有技术中已知用于操作类似风力涡轮机转子叶片的长而重的物体的几种布置。例如，EP2623768A1示出了用于通过单个吊车提升与倾斜风力涡轮机转子叶片的提升框架。在一个实施方式中，固定到转子叶片上的主框架可以通过绳子等相对于子框架倾斜。通过驱动张紧绞盘，可以缩短从在面向叶片尖端的框架端部处的滑轮延伸到吊车钩部的绳子部分，与此同时，延长了从在面向叶片的根部的框架端处的滑轮延伸到吊车钩部的绳子部分。通过此措施，主框架与子框架对准，由此允许在60°或300°位置处将转子叶片安装到风力涡轮机的转子轮毂。此构造要求主框架与子框架可枢转地连接到那里。由于此三角形绳子路径，此倾斜移动是限定的。特别地，可以实现允许180°安装的转子叶片的非竖直定向。
在WO2012/0062352A1中示出了用于提起风力涡轮机叶片的提升梁。利用两个缆线从吊车悬置的提升梁，包括根部操作系统，所述根部操作系统通过缆线在一端连接到绞盘并且在另一端联接到承载叶片的根部的吊带。通过致动绞盘，可以调节承载叶片根部的吊带的高度，由此改变了叶片的定向。还提供了用于升高或降低叶片的尖端的类似的尖端操纵系统。然而，尽管单独的根部与尖端操作系统定位在梁的最端部，此构造允许仅在小的角度范围内调节叶片的定向。将叶片旋转到180°安装位置是不可能的。
US8191721B2涉及具有吊车吊臂与可以连接到风力涡轮机叶片的提升装置(框架)的风力涡轮机叶片提升系统。此系统还包括连接到两个控制线的两个单独可控制的绞盘以及连接到操作为通过固定到那里的涡轮机叶片提升此提升装置的单独绞盘的轴承线。轴承线固定到提升装置的中间区域，同时控制线在其远端处固定到框架。控制线经由安装在可以沿着吊车吊臂移动的滑架上的滑轮运行。涡轮机叶片提升到基本上水平位置中，同时滑架使得滑轮在其向上的道路上跟随叶片。通过对控制线进行不同地预张紧，涡轮机叶片的水平定向改变。然而，使涡轮机叶片旋转到竖直位置是不可能的。
WO03/100249A1示出了用于通过轭状抓握单元操作风力涡轮机的系统。待安装的叶片定位在靠近其根端的抓握单元中。包括在其自由端处具有重物的杠杆臂夹紧单元，通过三个吊车线悬置。第一线在抓握单元的后部连接到杠杆臂的自由端，并且连接到在叶片上方的吊车杠上的吊车上。第二线连接到面向叶片的根部的抓握单元的前部，并且位于相同吊车杠上的不同位置处。第三线还连接到杠杆臂的自由端，以及连接到吊车的主体。通过吊车电机与第一线和第二线能够使叶片从水平位置旋转到竖直位置中。在叶片的提升过程中，第三线与具有重量的杠杆臂方便控制叶片。此构造仅构造为180°叶片安装。吊车杠的特定几何形状与抓握单元的自由臂确保吊车和任何线都不与涡轮机轮毂冲突。
通过WO2012/095112A1已知用于操作风力涡轮机叶片的工具，其包括框架与用于将此框架连接到吊车线的连接布置。框架包括通过液压驱动致动器操作的两组夹紧机构以便与叶片接合。在叶片在叶片锚定件上的提升与安装过程中，通过在连接布置与框架之间的液压驱动的左右摇摆，叶片可以从基本上水平定向旋转到实际上任意优选位置。然而，此构造相当复杂并且关于实践使用具有几个缺点。首先包括液压致动器、油供给系统与多个液压线的液压系统，占据工具中的重要安装空间并且需要大量维护。液压系统的几个子单元需要彼此匹配并且需要可获得冗余。此外，用于使叶片围绕其重心倾斜的工具的旋转臂的轴承非常复杂。抓握机构的需要永久确保的液压与电供给，要求技术上困难的构造。最后，供给装置与配重的一部分在工具的后面容纳在容器中。由于在提升过程中容器面向吊车吊臂，因此保持叶片的工具与吊车吊臂之间的安全间隙减小，由此限制了在强风条件下的可操作性。
发明内容
本发明的目的是提供具有简单构造的工具，其允许提升的转子叶片的受控旋转。
根据本发明，用于操作尤其是风力涡轮机转子叶片的长而重的物体的工具，包括可以固定到此物体的夹紧单元。夹紧单元具有第一夹具以及相对于物体的纵向方向与第一夹具隔开的第二夹具。第一杆单元在第一联接位置处可旋转地联接到夹紧单元的第一夹具并且联接到横向件。第二杆单元在第二联接位置处可旋转地联接到夹紧单元的第二夹具并且通过绳子联接到横向件。第二杆单元与横向件之间的绳子部分的长度是通过绞盘可调节的。
通过根据本发明的工具，转子叶片可以通过夹紧单元抓握并且以单个吊车提升。通过致动工具的绞盘可以使提升的转子叶片旋转，以允许在多个位置处将转子叶片安装到风力涡轮机的轮毂。与任意液压解决方案相比，此绞盘是相当小、简单并且不昂贵的装置，仅需要小的维护工作。
根据本发明，术语“绳子”应该包括缆线、(柔性)带、链条或者适于传送张紧力的任何其它柔性装置。
根据本发明的优选实施方式，工具夹紧单元的第一夹具与第二夹具优选地通过至少一个支杆相互连接。由此，通过支杆夹紧在一起的夹具形成刚性框架结构。
为了使根据本发明的工具尤其适于风力涡轮转子叶片的现有模式，可以提供支杆，其具有适合风力涡轮机转子叶片的此特定模式的两个给定抓握区域之间的距离的预定长度。
特别地，关于本发明的优选应用，对将要安装到提升的风力涡轮机轮毂的转子叶片的操作，第一夹具与第二夹具包括适合物体的轮廓的成型壳体是有利的。特别地，第一夹具的成型壳体可以适于在靠近叶片根部的位置处的转子叶片的轮廓，同时第二夹具的成型壳体可以适于在更靠近叶片尖端位置处的转子叶片的轮廓。
为了通过改变第二杆单元与横向件之间的绳子部分的长度来促进夹紧物体的旋转，根据本发明的工具的有利设计提供第一联接位置与横向件之间的距离小于第二联接位置与横向件之间的距离。
对于提升物体的无阻碍地旋转，第一杆单元与第二杆单元的杆通过相应地沿着相反方向向外突出的枢转轴承分别联接到第一夹具与第二夹具。这防止在旋转过程中相应杆端与物体碰撞。
鉴于转子叶片安装在180°位置中，本发明的以下三个方面证明是尤其有效的：
根据第一方面，第一杆单元应该包括一对杆，这些杆之间的横向间隙大于从第一联接位置沿着远离第二联接位置的方向延伸出的物体的部分的最大直径。换句话说：第一杆单元的杆之间的距离应该足够大，使得在转子叶片的旋转期间转子叶片的根部可以穿过那里。
根据第二方面，第一杆单元的杆的长度应该大于从第一联接位置沿着远离第二联接位置的方向延伸出的物体的部分。这使得当叶片根部可以在不接触横向件的情况下定位在横向件下方时能够将转子叶片完全地旋转到180°位置处。
根据第三方面，当从第一联接位置朝向横向件观察时，第一杆单元的杆之间的横向间隙将进一步增加。特别地，杆之间的距离应该大于风力涡轮机的轮毂的直径，以使得横向件可以定位在轮毂上方，从而使得杆允许轮毂在横向件与叶片根部之间非接触地经过。当叶片根部直接地面向轮毂的下侧时，那么转子叶片可以容易地附接到轮毂。
关于绳子到第二杆单元的联接，根据一个实施方式，第二杆单元包括在绳子的一端附接之处的连接点处聚合的一对杆。
根据本发明的工具的绞盘可以安装在横向件上。从功能角度来说，这是用于绞盘的最有效的地方，因为用于使绳偏离的滑轮或其它装置对于调节第二杆单元与横向件之间的距离来说不是必要的。
在本发明的优选实施方式中，横向件适于例如经由吊带联接到吊车钩部。
绞盘可以直接地或间接地安装在横向件上、在夹紧单元上或者在工具的杆单元的一个上。然而，还可能的是，绞盘是能够提升夹紧单元的吊车的一部分或者安装在所述吊车上。根据绞盘的后面的外部布置，绞盘可以是吊车的单独的辅助绞盘。另选地，工具的绞盘可以是吊车的主绞盘，工具的绳子适当地连接或者联接到主绞盘的绳子。
本发明还提供了利用根据这里描述的方面与实施方式的工具制造风力发电站的方法。
附图说明
通过下面的描述以及通过作出参考的附图，本发明的其它特点与优点将会变得显而易见。在附图中：
图1示出了具有三个转子叶片的风力涡轮机的通常的单叶片安装位置；
图2示出了根据本发明的工具的侧视图，长而重的物体处于水平位置中；
图3示出了保持物体的工具的夹具的细节横截面视图；
图4示出了处于倾斜位置中的图2的工具与物体的侧视图；以及
图5示出了处于另一倾斜位置中的图2的工具与物体的前视图。
具体实施方式
如已经提及的，图1示出了其中转子叶片可以安装到风力涡轮机的轮毂的三个通常位置。安装位置的相应角度表示在12点钟位置处以0°开始的轮毂的旋转轴。
在图2中示意性示出了用于操作长而重物体12的工具10。工具10的特征在于夹紧单元具有彼此隔开的第一夹具14与第二夹具16。通过一个或多个支杆18相互连接的以形成刚性框架结构的两个夹具14、16，可以设计为适合待操作的物体12的轮廓的成型壳体。尽管为了简化的目的，示出了具有长方形横截面的物体12，工具10，尤其是夹紧单元的夹具14、16，可以尤其适于具有圆形或弯曲横截面的朝向其端部逐渐缩小的风力涡轮机转子叶片。
夹具14、16可以固定在物体12周围并且锁定，使得通过夹具14、16牢固地保持物体12。为此目的，如图3中所示，夹具14、16中的一个或两个可以设有带17等以便闭合相应夹具的开口。
在待操作的物体12是转子叶片的情形中，转子叶片将布置在夹紧单元中，使得第一夹具14更靠近转子叶片的根部，同时第二夹具16更靠近转子叶片的尖端。
第一杆单元20与第二杆单元22相应地可旋转地联接到夹紧单元的第一夹具14与第二夹具16，由此限定第一联接位置与第二联接位置。特别地，第一杆单元20包括一对杆(基于视角在图2和图4中仅可以看到一个杆)，一个杆通过第一端24联接到第一夹具14的一侧，另一个杆通过第一端24联接到第一夹具14的相对侧。将第一杆端24联接到第一夹具14的枢转轴承沿着相反方向向外突出。相应地，第一杆端24之间的距离稍大于已夹紧物体12的局部直径。朝向它们相对的第二端26，杆之间的距离在某种程度上进一步增加到大于转子叶片安装于其上的轮毂的直径。
第二杆单元22基本上具有类似的结构，即第二杆单元22包括一对杆(基于视角在图2和图4中仅可以看到一个杆)，一个杆通过第一端28联接到第二夹具16的一侧，另一个杆通过第一端28联接到第二夹具16的相对侧。将第一杆端28联接到第二夹具16的枢转轴承沿着相反方向向外突出。相应地，第一杆端28之间的距离稍大于已夹紧物体12的局部直径。
图5示出了其中将第一杆端24和28相应地联接到夹具14和16的轴承的变型，其未定位在夹具14、16的相对侧面而是在夹具14、16的一个顶侧上。
当第一杆单元20的杆的第二端26可旋转地联接到横向件32时，第二杆单元22的杆的第二端部30直接或间接地连接到绳子34。绳子34延伸到安装在横向件32上的绞盘36。通过致动绞盘36，第二杆单元22与横向件32之间的绳子部分的长度可以改变。
如可以在图2和图4中看到的，无论第二杆单元22与横向件32之间的绳子部分设置为多长或多短，第一联接位置(第一杆单元20连接到第一夹具14的位置)与横向件32之间的距离通常小于第二联接位置(第二杆单元22连接到第二夹具16的位置)与横向件32之间的距离。此外，第一杆单元20的杆的长度大于在远离第二联接位置的方向上从第一联接位置突出的物体12的部分12a。
在下面利用转子叶片的实例对工具10的操作进行了描述，所述转子叶片在180°安装位置中安装到在风力涡轮机塔架上的轮毂上。
首先，将转子叶片布置在夹具单元中，使得转子叶片的根部非常靠近第一夹具14，同时转子叶片的尖端更靠近第二夹具16。特别地，将转子叶片插入到夹具14、16中，以转子叶片的前边缘12b开始(参照图3)。
成型为与转子叶片的外部轮廓匹配的夹具14、16被紧固并且锁定，使得转子叶片固定在夹具单元中并且尤其相对于转子叶片的纵向方向不能在其中移动。除了或者作为另选，在转子叶片的后边缘12c处的夹具14、16的开口部分通过带17等闭合。
甚至可以在将转子叶片传送到风力涡轮机以前将夹紧单元固定到转子叶片，即夹紧单元，或全部工具10还可以用作传送单元。
在安装位置处，横向件32经由吊带40联接到吊车的钩部38。第二杆单元22与横向件32之间的绳子部分的长度调节为使得当钩部38被提升时，可旋转联接的杆单元20、22占据夹紧单元通过转子叶片保持在如图2中所示的水平定向中的位置。
如果转子叶片将要安装在90°安装位置中，那么转子叶片的倾斜将是不必要的。然而，为了将转子叶片旋转到期望的180°安装位置处，保持提升的转子叶片的夹紧单元必须旋转90°的角度。这通过增加第二杆单元22与横向件32之间的绳子部分的长度来实现。可以通过遥控单元执行绞盘36的相应操作。绞盘36释放的绳子34越多，通过转子叶片使夹紧单元沿着顺时针方向的倾斜越多。通过以相反的方式操作绞盘36，即通过减小第二杆单元22与横向件32之间的绳子部分的长度，转子叶片将沿着逆时针方向旋转。
如在图2和图4中可以看到的，转子叶片的旋转轴A竖直地定位在吊车钩部38与横向件32下方。有利的是将转子叶片定位在夹紧单元中，使得旋转轴A与转子叶片的重心交叉或逼近转子叶片的重心。
应该理解的是，第一杆单元20(尤其是杆之间的横向间隙)构造为使得防止转子叶片与此杆碰撞。同样地，由于向外突出的轴承，第二杆单元22的杆的第一端部不阻碍转子叶片的旋转。
由于转子叶片的根部可以在第一杆单元20的杆之间经过，因此能够使转子叶片旋转直到达到180°位置，并且可以停止绞盘36的操作。在图5中示出了此种情形。在180°位置处，第二杆单元22的杆的第二端30(或者相应的联接位置)以及绳子34的一部分可以抵靠转子叶片松散地放置。
此外，由于第一杆单元20的各杆在它们的第二端部26之间的横向间隙大于风力涡轮机的轮毂的直径，因此横向件32可以通过吊车(参见图5)直接在轮毂上方移动。在此位置处，转子叶片的根部直接地面向轮毂的下侧，那么可以在解锁夹具14、16以及从转子叶片移除工具10以前将转子叶片安装到轮毂。
在整个提升与旋转过程中，吊车钩部38通常定位在横向件32与转子叶片的旋转轴(重心)上方。
尽管已经描述了转子叶片提升与旋转到180°安装位置中，但当然能够通过工具10将转子叶片或者任何其它长而重的物体12旋转到其它位置中。
附图标记列表
10 工具
12 物体
12a 物体12的一部分
12b 前边缘
12c 后边缘
14 第一夹具
16 第二夹具
17 带
18 支杆
20 第一杆单元
22 第二杆单元
24 第一杆端(第一杆单元)
26 第二杆端(第一杆单元)
28 第一杆端(第二杆单元)
30 第二杆端(第二杆单元)
32 横向件
34 绳子
36 绞盘
38 钩部
40 吊带

Claims (14)

1.一种用于操作尤其是风力涡轮机转子叶片的长而重的物体(12)的工具(10)，所述工具(10)包括能够固定到所述转子叶片的夹紧单元，所述夹紧单元具有第一夹具(14)以及相对于所述物体的纵向方向与所述第一夹具(14)隔开的第二夹具(16)，
其特征在于，第一杆单元(20)在第一联接位置处可旋转地联接到所述夹紧单元的所述第一夹具(14)并且联接到横向件(32)，第二杆单元(22)在第二联接位置处可旋转地联接到所述夹紧单元的所述第二夹具(16)并且通过绳子(34)联接到所述横向件(32)，所述第二杆单元(22)与所述横向件(32)之间的绳子部分的长度能够通过绞盘(36)调节。
2.根据权利要求1所述的工具(10)，其特征在于，所述第一夹具(14)与第二夹具(16)优选地通过至少一个支杆(18)相互连接。
3.根据权利要求2所述的工具(10)，其特征在于，所述支杆(18)具有适合特定型号的风力涡轮机转子叶片的两个给定抓握区域之间的距离的预定长度。
4.根据上述权利要求中任一项所述的工具(10)，其特征在于，所述第一夹具(14)与第二夹具(16)包括适合所述物体(12)的轮廓的成型壳体。
5.根据上述权利要求中任一项所述的工具(10)，其特征在于，所述第一联接位置与所述横向件(32)之间的距离小于所述第二联接位置与所述横向件(32)之间的距离。
6.根据上述权利要求中任一项所述的工具(10)，其特征在于，所述第一杆单元(20)与第二杆单元(22)的杆分别通过沿着相反方向向外突出的枢转轴承联接到所述第一夹具(14)与第二夹具(16)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的工具(10)，其特征在于，所述第一杆单元(20)包括一对杆，这些杆之间的横向间隙大于所述物体(12)的从所述第一联接位置沿远离所述第二联接位置的方向延伸的部分(12a)的最大直径。
8.根据权利要求7所述的工具(10)，其特征在于，所述第一杆单元(20)的所述杆的长度大于所述物体(12)的从所述第一联接位置沿远离所述第二联接位置的方向延伸的部分(12a)。
9.根据权利要求7或8所述的工具(10)，其特征在于，所述第一杆单元(20)的所述杆之间的所述横向间隙从所述第一联接位置朝向所述横向件(32)增加。
10.根据上述权利要求中任一项所述的工具(10)，其特征在于，所述第二杆单元(22)包括在附接所述绳子(34)的一端的连接点处聚合的一对杆。
11.根据上述权利要求中任一项所述的工具(10)，其特征在于，所述绞盘(36)安装在所述横向件(32)上。
12.根据上述权利要求中任一项所述的工具(10)，其特征在于，所述横向件(32)适于联接到吊车钩部(38)。
13.根据上述权利要求中任一项所述的工具(10)，其特征在于，所述绞盘(36)是能够提升所述夹紧单元的吊车的一部分，或者安装在所述吊车上。
14.一种制造风力发电站的方法，使用根据上述权利要求中任一项所述的工具。
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