CN109996750A

CN109996750A - 用于风力涡轮机部件的提升装置和方法

Info

Publication number: CN109996750A
Application number: CN201780064925.4A
Authority: CN
Inventors: J.默勒
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2016-10-20
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2019-07-09
Anticipated expiration: 2037-09-12
Also published as: CN109996750B; EP3500513A1; US20190292020A1; WO2018072927A1; US11312595B2

Abstract

一种用于风力涡轮机部件（10）的提升装置（1）包括用于将所述风力涡轮机部件（10）连接到起重机的轭架（15），所述轭架（15）包括至少一个传感器（20），用于至少在所述部件（10）的提升操作期间测量所述风力涡轮机部件（10）的位置和/或速度和/或加速度。所述轭架（15）还包括俯仰装置（30），所述俯仰装置（30）用于在所述风力涡轮机部件（10）连接轭架（15）时使所述风力涡轮机部件（10）围绕俯仰轴线（Y）旋转。所述提升装置（1）还包括控制器（40），所述控制器（40）用于根据所述至少一个传感器（20）的测量结果来控制所述俯仰装置（30）围绕所述俯仰轴线（Y）的旋转。

Description

用于风力涡轮机部件的提升装置和方法

技术领域

本发明涉及提升风力涡轮机部件。特别地但非排他地，本发明可涉及在将叶片安装到风力涡轮机的转子期间提升风力涡轮机的叶片。

背景技术

在风力涡轮机安装的技术领域中，每个叶片都通过提升装置提升，以被带到与先前安装在涡轮机塔架的顶部上的机舱和轮毂的相同高度处。该提升装置包括至少起重机和叶片提升装置。

一种已知的第一种可能性是提升竖直定向的叶片，其中最大的表面，即吸力侧和压力侧，直接暴露于风。在该定向中，风按照与叶片的最大表面基本上正交的方向推压叶片，从而使得叶片在提升操作期间在水平面中移动。这些运动可以通过连接到起重机悬臂的隔绳（tack line）来补偿。然而，由于风力涡轮机叶片现今正变得越来越大的事实，因此施加于隔绳并因此传递到悬臂的力也在成比例地增加。关于隔绳和起重机悬臂可承受的最大力存在上限，这意味着，对于每种风况，也存在对可安全提升的最大叶片的尺寸的限制。

第二种可能性是提升处于水平位置的叶片，其中吸力侧和压力侧基本上平行于地面，并且叶片的前缘和后缘暴露于风。在这种构造中，在风的影响下，作为翼型件的叶片趋于在竖直平面中移动。

与第一提升构造类似，可以使用线和绞盘的系统来防止叶片在提升期间的运动，如文献EP 1925582和EP 2084098中所述。在这种情况下，所施加的补偿力主要上下牵拉。

在所有情况下，管理隔绳、线和绞盘意味着多种不便，这些不便特别是与这种系统的复杂性和所涉及的力的幅度有关。

因此，仍然期望具有改进的提升装置，以便独立于风力强度和叶片尺寸来有效地补偿作用在叶片上的风力。

发明内容

本发明的一个目的可以是提供一种提升装置，其解决在已知的提升装置中经验的上述不便之处。

特别地，本发明的一个目的可以是提供一种提升装置，其相对于已知的提升装置确保叶片在较高风力强度下的稳定提升。

本发明的另一个目的可以是提供一种提升装置，其在不涉及使用线系统的情况下确保叶片的稳定提升。

这些目的通过根据独立权利要求的提升装置和提升方法来解决。从属权利要求描述了本发明的有利的改进方案和修改。

根据本发明的第一方面，一种用于风力涡轮机部件的提升装置包括用于将所述风力涡轮机部件连接到起重机的轭架，所述轭架包括至少一个传感器，用于至少在所述部件的提升操作期间测量所述风力涡轮机部件的位置和/或速度和/或加速度，其中，所述轭架还包括俯仰装置，所述俯仰装置用于在所述风力涡轮机部件连接到所述轭架时使所述风力涡轮机部件围绕俯仰轴线旋转，其中，所述提升装置还包括控制器，所述控制器用于根据所述至少一个传感器的测量结果来控制所述俯仰装置围绕所述俯仰轴线的旋转。

根据本发明的第二方面，一种用于提升风力涡轮机部件的方法，包括以下步骤：

提升所述部件，

在提升步骤期间测量所述部件的位置和/或速度和/或加速度，

根据在测量步骤中检测到的位置和/或速度和/或加速度，使所述风力涡轮机部件围绕俯仰轴线旋转。

根据本发明的实施例，所述轭架可包括多个传感器，其用于测量所述风力涡轮机部件的至少两个点的位置和/或速度和/或加速度。有利地，这允许在安装期间补偿叶片的平移和旋转。同时，可以监测在不同平面中的平移和旋转。

有利地，根据本发明的可能的实施例，叶片可以沿竖直定向提升，其中最大的表面，即吸力侧和压力侧，直接暴露于风。提升系统的控制器通过传感器来监测叶片，并且当叶片开始在水平面中过度移动时，它命令俯仰装置使叶片倾斜以在叶片上产生更多的空气动力载荷。这使得叶片再次变得稳定。

有利地，根据本发明的另一个可能的实施例，叶片可以沿水平定向提升，即其中前缘和后缘直接暴露于风。提升系统的控制器通过传感器来监测叶片，并且当叶片开始在竖直平面中过度移动时，它命令俯仰装置使叶片倾斜以在叶片上产生较少的空气动力载荷。这使得叶片再次变得稳定。

已参考不同的主题描述了本发明的实施例。特别地，参考装置（提升装置）类型权利要求描述了一些实施例，而参考方法类型权利要求描述了其他实施例。然而，本领域技术人员将会从上面和下面的描述获悉，除非另有说明，否则除了属于一种类型的主题的特征的任何组合外，与不同主题相关的特征之间的任何组合，特别是方法类型权利要求的特征和装置类型权利要求的特征之间的任何组合，也被认为利用本文档公开。

附图说明

本发明的上文所限定的方面以及另外的方面通过将在下文中描述的实施例的示例是显而易见的，并且参考这些实施例的示例来解释。将在下文中参考实施例的示例来更详细地描述本发明，但本发明并不限于这些实施例的示例。

图1示出了处于第一操作构造的根据本发明的提升装置的侧视图，

图2示出了处于第二操作构造的根据本发明的提升装置的侧视图，

图3示出了图1中所示的提升装置的示意性顶视图，

图4示出了风力涡轮机的示意图，该风力涡轮机可以使用本发明的提升装置来组装。

具体实施方式

附图中的图例是示意性的。要注意的是，在不同的附图中，相似或相同的元件配有相同的附图标记。

图1至图3示出了用于风力涡轮机100（图4）的叶片10的提升装置1。叶片10沿俯仰轴线Y在基部和末端之间纵向延伸。在风力涡轮机100的操作中，即当风力作用在叶片上从而引起叶片所附接到的风力涡轮机转子的旋转时，叶片10可围绕俯仰轴线Y旋转，以最佳地使叶片10的倾斜度并且因此使发电适应于风况。因此，通过风力涡轮机的发电不是本发明的具体问题，并且因此，没有进一步详细描述当风力涡轮机已被投入使用时操作叶片10。

所述叶片是翼型件，其包括吸力侧11、压力侧12、前缘13和后缘14。

提升装置1包括轭架15，其用于通过连结线19将叶片10连接到起重机（未呈现）。参照图4，其中示出了已安装的风力涡轮机100，在用于安装风力涡轮机的常规操作序列中，首先安装用于风力涡轮机的塔架102，然后机舱103被连接到塔架并且转子104被连接到机舱。最后，叶片10被连接到转子104。为了将每个叶片10带到转子的水平处，叶片10被连接到轭架15，其中俯仰轴线Y基本上按照水平方向定向，并且随后，叶片10沿竖直方向Z被轭架15所附接到的起重机提升。作为替代方案，俯仰轴线Y可以在提升期间相对于水平方向以包含在0度和60度之间的角度倾斜。

在图1的操作构造中，叶片10竖直定向，其中最大的表面、即吸力侧11和压力侧12直接暴露于风。

在图2的操作构造中，叶片10水平定向，其中前缘13和/或后缘14直接暴露于风。

当叶片10被连接到轭架15以便被提升并安装到风力涡轮机的转子104时，轭架15包括用于使叶片10围绕俯仰轴线Y旋转的俯仰装置（或变桨装置，pitching device）30。

俯仰装置30能够使叶片10在图1和图2的两种提升构造之间旋转。根据本发明，俯仰装置30可以具有任何类型，只要当叶片被连接到轭架15时，特别是在叶片10到转子104的提升操作期间，它能够使叶片10围绕俯仰轴线Y旋转。

根据本发明的可能的实施例，俯仰装置30例如是轭架15的第一移动部分，叶片15被直接附接到该第一移动部分，并且该第一移动部分可相对于轭架15的第二固定部分旋转，该第二固定部分借助于线19直接附接到起重机。轭架的移动和固定部分以如下方式构造，即：使得当叶片15被附接到移动部分并且移动部分相对于固定部分旋转时，则叶片10围绕俯仰轴线Y旋转。

提升装置1还包括控制器40，其用于根据至少一个传感器20、优选为包括在轭架15中的多个传感器20的测量结果来控制俯仰装置30围绕俯仰轴线Y的旋转。

每个传感器20测量安装它们的轭架15的点的位置和/或速度和/或加速度，并且因此，测量当叶片10被附接到轭架15时叶片10的靠近传感器20的部分的位置和/或速度和/或加速度。特别地，传感器20在叶片10的提升操作期间测量叶片10的位置和/或速度和/或加速度。

在两个隔开的点使用至少两个传感器20可以有利地用于测量叶片10的角位置和/或角速度和/或角加速度。

使用多个传感器20可以有利地用于测量叶片10在任何所关注的方向上的角位置和/或角速度和/或角加速度。

加速度的测量结果可以用于计算作用在叶片10上的力和转矩。作为替代方案，也可以使用力传感器20。

根据传感器20的测量结果，可以在正交于提升方向Z的水平面和包括俯仰轴线Y和提升方向Z的竖直平面二者中测量叶片10在提升期间的运动。叶片10在提升期间的运动取决于风的强度和方向。

控制器40接收来自传感器20的数据，并且操作俯仰装置30，以便在提升操作期间最小化风的干扰。

根据本发明的一个实施例，叶片10沿竖直定向提升，其中吸力侧11和压力侧12直接暴露于风。控制器40通过传感器20来监测叶片10，并且当叶片10在水平面中移动超过预定阈值时，它命令俯仰装置30使叶片10倾斜以在叶片上产生更多的空气动力载荷。这使得叶片10再次变得稳定。

根据本发明的另一个实施例，叶片10沿水平定向提升，其中前缘13和后缘14直接暴露于风。控制器40通过传感器20来监测叶片10，并且当叶片在竖直平面中移动超过预定阈值时，它命令俯仰装置30使叶片10倾斜以在叶片10上产生较少的空气动力载荷。这使得叶片10再次变得稳定。

该预定阈值可以被限定为在叶片10的一个部段中或多于一个部段中的线性或角振荡的值和/或速度的值和/或加速度的值。

Claims

1.用于风力涡轮机部件（10）的提升装置（1），包括用于将所述风力涡轮机部件（10）连接到起重机的轭架（15），所述轭架（15）包括至少一个传感器（20），用于至少在所述部件（10）的提升操作期间测量所述风力涡轮机部件（10）的位置和/或速度和/或加速度，

其中，所述轭架（15）还包括俯仰装置（30），所述俯仰装置（30）用于在所述风力涡轮机部件（10）连接到所述轭架（15）时使所述风力涡轮机部件（10）围绕俯仰轴线（Y）旋转，

其中，所述提升装置（1）还包括控制器（40），所述控制器（40）用于根据所述至少一个传感器（20）的测量结果来控制所述俯仰装置（30）围绕所述俯仰轴线（Y）的旋转。

2.根据权利要求1所述的提升装置（1），其特征在于，至少一个传感器（20）在所述轭架（15）上定位和定向，以便测量所述轭架（15）沿提升方向（Z）和/或正交于所述提升方向（Z）的平面的位置和/或速度和/或加速度。

3.根据权利要求1或2所述的提升装置（1），其特征在于，所述轭架（15）以如下方式来设定尺寸和构造，即：使得所述俯仰轴线（Y）相对于水平方向以包含在0度和60度之间的角度倾斜。

4.根据权利要求3所述的提升装置（1），其特征在于，所述轭架（15）以如下方式来设定尺寸和构造，即：使得所述俯仰轴线（Y）水平定向。

5.根据前述权利要求中任一项所述的提升装置（1），其特征在于，所述风力涡轮机部件（10）是用于风力涡轮机的叶片，所述俯仰装置（30）被构造成用于使所述叶片在第一位置和第二位置之间旋转，在所述第一位置，所述叶片的吸力侧和压力侧（11、12）竖直定向，在所述第二位置，所述叶片的吸力侧和压力侧（11、12）水平定向。

6.根据前述权利要求中任一项所述的提升装置（1），其特征在于，所述轭架（15）包括多个传感器（20），用于测量所述风力涡轮机部件（10）的至少两个点的位置和/或速度和/或加速度。

7.用于提升风力涡轮机部件（10）的方法，包括以下步骤：

提升所述部件（10），

在提升步骤期间测量所述部件（10）的位置和/或速度和/或加速度，

根据在测量步骤中检测到的位置和/或速度和/或加速度，使所述风力涡轮机部件（10）围绕俯仰轴线（Y）旋转。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述风力涡轮机部件（10）是用于所述风力涡轮机的叶片，并且在使所述风力涡轮机部件（10）旋转的步骤中，所述叶片的吸力侧或压力侧（11、12）暴露于风。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述风力涡轮机部件（10）是用于所述风力涡轮机的叶片，并且在使所述风力涡轮机部件（10）旋转的步骤中，所述叶片的前缘或后缘（13、14）暴露于风。