CN107387329B - 一种适用于海上风机单叶片安装的轮毂对接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于海洋工程技术领域，一种适用于海上风机单叶片安装的轮毂对接装置，包括圆形卡环、弹簧阻尼器、力作用器、缓冲板、控制器和电动马达；圆形卡环为刚性结构，围绕轮毂一周，其通过弹簧阻尼器、力作用器与缓冲板相连；缓冲板材质为柔性复合材料，多个缓冲板的根部通过连接铰铰链于轮毂的一外缘，并可绕其根部旋转；力作用器受到位于机舱内的控制器和电动马达驱动。叶片和轮毂上开有多个法兰孔，二者完成对接后，通过螺栓实现固定。本发明的轮毂对接装置的安装、调试均可在陆上机舱组件安装时完成。轮毂对接装置的组成部件：圆形卡环、缓冲板、力作用器、弹簧阻尼器、控制器及电动马达，均为成熟的商用产品，施工便利。

Description

一种适用于海上风机单叶片安装的轮毂对接装置
技术领域
本发明属于海洋工程技术领域，特别涉及一种适用于海上风机单叶片安装的轮毂对接装置。
背景技术
世界上的海上风机，根据其支撑结构型式，可分为固定式和漂浮式。目前建成的海上风电场，以固定单桩式支撑结构为主，集中在水深小于40米的浅海。单桩式风机的安装方式可分为分部吊装和整机吊装。对于大型风机，主流的安装模式是采用自升式安装船运输多台风机。为了有效利用甲板面积，单个叶片、塔架、机舱分别作为独立单元存放。为了减小波浪力的影响，在安装过程中，自升式安装船到达安装位置后，桩腿插入海底，安装平台升高，直至高于海平面，给吊机运作提供一个稳固的平台。依次对基础，风机塔筒，风机机头和叶片四部分进行吊装合拢。
在单叶片吊装过程中，通常采用刚臂结构固定叶片重心和方向，通过连接吊车的多根缆绳来调整和控制叶片位置，直至叶片根部和位于塔架顶部的轮毂合拢。吊装过程中，由于湍流风的影响，作用在叶片上的风载荷不断变化，叶片会发生平动和转动。而塔筒因波浪载荷的影响也会发生振动，导致轮毂的位置变化，给叶片的合拢带来挑战。在合拢过程中，由于叶根和轮毂法兰位置难以对齐，常常需要多个机组人员手动协助操作，耗费时间较长，以致海上风电的安装费用较高，一定程度上限制了海上风电的发展。
发明内容
本发明为了克服了上述安装叶片时的缺陷，本发明提出一种供单叶片安装合拢使用的辅助装置，使轮毂法兰和叶片根部的合拢对接操作能够迅速完成。
本发明的技术方案：
一种适用于海上风机单叶片安装的轮毂对接装置，包括圆形卡环14、弹簧阻尼器15、力作用器16、缓冲板17、控制器和电动马达；
所述的圆形卡环14为刚性结构，围绕轮毂5一周，其通过弹簧阻尼器15、力作用器16与缓冲板17相连；
所述的缓冲板17材质为柔性复合材料，多个缓冲板17的根部通过连接铰1铰链于轮毂5的外缘，并可绕其根部旋转；
所述的阻尼器15的材质为橡胶。
力作用器16受到位于机舱内的控制器和电动马达驱动。
所述的叶片3和轮毂5上开有多个法兰孔12，二者完成对接后，通过螺栓实现固定。
所述的轮毂对接装置应该在风机生产时安装在轮毂5上，并完成调试。在叶片安装之前，通过力作用器16来调整缓冲板17的初始夹角。当风速较高，环境恶劣时，需要增大缓冲板17的张开角度，提高合拢的成功概率。风速小时，可以减小张开角度。在叶片根部合拢前的关键时刻，在风力作用下，叶根可能发生平面运动。通过缓冲板17的作用，限制叶根的运动范围，并在合拢过程中起到导向作用。
在合拢时，叶根10会和缓冲板17发生碰撞接触。由于缓冲板17的刚度远低于叶根10，不会对叶片3造成损坏。碰撞的能量由弹簧阻尼器15吸收。当叶根10运动范围在缓冲板17的覆盖范围之内时，通过力作用器16的作用，动态减小缓冲板17的张开角度，协助合拢顺利完成。
当叶根10成功对接，叶根通过螺栓固定在轮毂5上之后，通过力作用器16完全打开缓冲板17，并将缓冲板17固定在圆形卡环14上，因此本发明所述的轮毂对接装置在风机运行中不会对叶片3造成影响。
本发明所述的用于海上风机单叶片安装的轮毂对接装置，所适用的风机类型是MW级水平轴海上风力发电机，采用单叶片安装的方式。
本发明的有益效果：
1.本发明论述的轮毂对接装置的安装、调试均可在陆上机舱组件安装时完成。轮毂对接装置的组成部件，圆形卡环，缓冲板，力作用器，弹簧阻尼器，及控制器，电动马达，均为成熟的商用产品，施工便利。
2.本发明可缩短风机叶片的海上安装时间，缩减安装时间和成本。
3.在叶片对接时，提高了自动化程度，减少了人力成本，提高了操作安全性。
附图说明
图1(a)是轮毂对接装置与风机叶片合拢前的俯视图。
图1(b)是轮毂对接装置与风机叶片合拢前的俯视图。
图1(c)是轮毂对接装置与风机叶片合拢前的俯视图。
图2是轮毂对接装置侧视图，其中，不包括力作用器和弹簧阻尼器。
图3是传统海上单桩式风机单叶片安装示意图。
图4是传统单叶片安装示意图。
图中：1自升式安装船；2水平缆绳；3叶片；4吊机；5轮毂；6机舱；7塔架；8单桩；9轮毂外沿；10叶根；11连接铰；12法兰孔；13叶片重心；14圆形卡环；15弹簧阻尼器；16力作用器；17缓冲板。
具体实施方式
下面结合附图和实例，对本发明做进一步说明。
图1所示是海上单叶片安装的侧视图(xz平面)。风速方向为x方向。以5MW风机为例，叶片3长度为61.5米，叶片根部10为圆形，直径为3.5米，略小于轮毂直径。机舱6水平高度高于海平面90米。叶片3通过两根水平缆绳(11和12)和一根垂直缆绳和吊机4相连，通过水平缆绳来限制叶片3在xz平面内的运动。用吊机4，从自升式安装船1上把叶片3吊起，逐渐提高到机舱水平高度，准备合拢。
图2是传统单叶片的安装过程。在湍流风的作用下，水平缆绳难以完全限制住叶根10的晃动，在短时间内将叶根10和轮毂5对齐合拢有较大困难，需要借助人力来完成合拢过程。
图3是采用本发明中的轮毂对接装置后的安装的方法，以及合拢过程中缓冲板17的角度变化。圆形卡环14固定在轮毂5上，厚度为10厘米，缓冲板17长度为2米，张开角度可以在180度范围内变化。力作用器16可为活塞结构，通过电动马达驱动。力的作用范围，弹簧阻尼器15的参数，可根据安装风机地点的风力资源情况，叶片尺寸，以及碰撞的极限载荷进行优化设计。
在合拢前，通过控制器，遥控力作用器16，将缓冲板17角度打开。待叶根10进入缓冲板17作用范围之后，进入合拢模式。缓冲板17角度收紧贴住叶根10，协助其和轮毂5对接。合拢之后，再次遥控力作用器16，将缓冲板17末端和圆形卡环14固定，单叶片安装完成。

Claims (5)

1.一种适用于海上风机单叶片安装的轮毂对接装置，其特征在于，所述的轮毂对接装置包括圆形卡环(14)、弹簧阻尼器(15)、力作用器(16)、缓冲板(17)、控制器和电动马达；
所述的圆形卡环(14)为刚性结构，围绕轮毂(5)一周，其通过弹簧阻尼器(15)、力作用器(16)与缓冲板(17)相连；
所述的缓冲板(17)的材质为柔性复合材料，多个缓冲板(17)的根部通过连接铰(1)铰链于轮毂(5)的外缘，并可绕其根部旋转；
所述的力作用器(16)受到位于机舱内的控制器和电动马达的驱动；在叶片(3)安装前，通过力作用器(16)调整缓冲板(17)的初始夹角；当风速较高环境恶劣时，增大缓冲板(17)的张开角度，提高合拢的成功概率；风速小时，减小张开角度。
2.根据权利要求1所述的轮毂对接装置，其特征在于，所述的阻尼器(15)的材质为橡胶。
3.根据权利要求1或2所述的轮毂对接装置，其特征在于，所述的叶片(3)和轮毂(5)上开有多个法兰孔(12)，二者完成对接后，通过螺栓实现固定。
4.根据权利要求1或2所述的轮毂对接装置，其特征在于，
在叶根(10)合拢前，在风力作用下，叶根(10)发生平面运动，通过缓冲板(17)的作用，限制叶根(10)的运动范围，并在合拢过程中起到导向作用；
在叶根(10)合拢时，叶根(10)和缓冲板(17)发生碰撞接触，保证缓冲板(17)的刚度远低于叶根(10)，不对叶片(3)造成损坏，并且碰撞的能量由弹簧阻尼器(15)吸收；
当叶根(10)运动范围在缓冲板(17)的覆盖范围之内时，通过力作用器(16)的作用，动态减小缓冲板(17)的张开角度，协助合拢顺利完成；
当叶根(10)成功对接，叶根通过螺栓固定在轮毂(5)上之后，通过力作用器(16)完全打开缓冲板(17)，并将缓冲板(17)固定在圆形卡环(14)上。
5.根据权利要求3所述的轮毂对接装置，其特征在于，
在叶根(10)合拢前，在风力作用下，叶根(10)发生平面运动，通过缓冲板(17)的作用，限制叶根(10)的运动范围，并在合拢过程中起到导向作用；
在叶根(10)合拢时，叶根(10)和缓冲板(17)发生碰撞接触，保证缓冲板(17)的刚度远低于叶根(10)，不会对叶片(3)造成损坏，并且碰撞的能量由弹簧阻尼器(15)吸收；
当叶根(10)运动范围在缓冲板(17)的覆盖范围之内时，通过力作用器(16)的作用，动态减小缓冲板(17)的张开角度，协助合拢顺利完成；
当叶根(10)成功对接，叶根通过螺栓固定在轮毂(5)上之后，通过力作用器(16)完全打开缓冲板(17)，并将缓冲板(17)固定在圆形卡环(14)上。
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