CN110088459A - 一种用于处理风轮机叶片的方法和组件 - Google Patents

Abstract

用于将叶片安装在由风轮机结构承载的风轮机转子上的方法和提升装置。该方法包括：在所述风轮机结构处提供控制线引导器，所述控制线引导器形成控制线位点，所述控制线位点被配置为约束所述控制线从而将所述控制线附接到所述控制线位点；用外部叶片升降起重机提升所述叶片，同时利用被约束在所述控制线位点处的所述控制线将所述叶片的根端朝向所述转子引导；以及将所述叶片连接到所述转子。

Description

一种用于处理风轮机叶片的方法和组件

在风轮机中，风能通过由轮毂承载的叶片转换成机械能。轮毂由轴承载，轴响应于能量转换而旋转。多年来，风轮机塔架、叶片和传动系的尺寸和重量都已增加，并且风轮机的运输和竖立期间的处理变得越来越具有挑战性。

现代风轮机可以包括被安装好时超过100米高的塔架。轮毂、机舱、叶片和将被容纳在机舱内的各种部件(例如，齿轮箱和发电机)必须被升高到这个高度。一种用于提升这些部件的传统方法包括使用诸如安装在卡车上或可独立移动的桁架臂起重机这样的移动式起重机。移动式起重机因为它们的多功能性和能够在风轮机现场组装并且一旦被组装好就在这些地点四处移动的能力而被普遍使用。风轮机现场通常位于偏远地区。

移动式起重机的提升高度和容量有限。现有的塔架高度已经成为移动式起重机技术的挑战，即使有大而昂贵的升降设备可用，也仍然会存在与需要精确对准重型或大型部件的组装操作相关的困难，尤其是在强风条件下，或者在升降起重机通常位于遭遇波浪等的驳船上的海上。当将叶片组装到轮毂时，有必要将多个螺栓相对于栓接凸缘精确对准，并且由于尺寸大，甚至叶片相对于轮毂的相对小位移也会使螺栓相对于接纳凸缘形成大错位。

因此，不仅起重机的可用性成为问题。还需要用资源来在风轮机的竖立地点处对准并组装风轮机部件。

通常，通过将提升设备安装在风轮机塔架的顶部处，已解决了尤其为了进行维护而提升部件的需要。这种设备例如可以例如通过机舱底板中的开口将备件提升到机舱内部中。这种设备的提升能力通常限于30至40吨或更低。

如可以认识的，非常期望用于将部件升高到风轮机塔架的顶部处并进行对准的新型装置和方法。

因此，鉴于本公开，提供了一种用于将叶片安装到由风轮机结构承载的风轮机转子上的方法。该方法包括以下步骤：

-在风轮机结构处提供控制线引导器，该控制线引导器形成控制线位点；

-将控制线附接在控制线位点和叶片之间；

-用外部叶片升降起重机提升所述叶片，同时利用所述控制线将所述叶片的根端朝向所述转子引导；以及

-将所述叶片连接到所述转子。

由于叶片至少部分地由外部叶片升降起重机提升，因此不给风轮机结构加载的情况下(即，在不给机舱或塔架或其他风轮机结构加载的情况下)承载叶片的至少一部分重量。

由于在叶片被提升的同时所述控制线控制叶片根端的位置，因此定位过程变得快速并且可以减少外部叶片升降起重机需要的持续时间。此外，对叶片位置的控制可以增强。因此，可以获得提高的效率和更安全更容易的工作过程。

控制线引导器形成控制线位点，控制线可以被约束于控制线位点。控制线位点可以例如构成控制线的防止控制线相对于控制线位点移动的永久固定。另选地，控制线位点可以构成控制线可以相对于控制线位点移动的半永久固定。在半永久固定的一个实施方式中，允许控制线相对于控制线位点纵向滑动，并且在一个实施方式中，例如通过在特定方向上拉动而允许控制线完全从控制线位点释放，由此允许容易地拆卸。在半永久固定的一个实施方式中，控制线位点能在固定配置、释放配置和未束缚配置之间配置，在固定配置中控制线被完全固定在控制线位点，在释放配置中控制线可以相对于控制线位点纵向移动，在未束缚配置中控制线可以被从控制线位点拉出。释放配置还可以被提供不同水平的抗滑动性。

控制线引导器可以例如直接附接到风轮机结构的外表面，例如附接到机舱，例如附接到机舱顶部，或附接到面向转子的表面，或附接到机舱的下表面。另选地，控制线引导器直接附接到转子，或者附接到承载机舱的塔架。

控制线引导器可以附接到风轮机结构的附接位置，并且控制线引导器可以是可配置的，以允许控制线位点相对于附接位置重新定位。这可以允许更好地控制所述控制线位点，通过使用控制线朝向该控制线位点拉动叶片根部。控制线位点的位置可以在叶片提升期间改变，由此补偿例如改变的风向，或者仅仅改善提升期间对叶片位置的控制。

外部叶片升降起重机可以承载叶片的整个重量，或者控制线引导器可以被配置为承载叶片的部分重量。

外部叶片升降起重机是不由风轮机结构承载而是承载在地面或海上的起重机。

叶片的重量可以主要由叶片升降起重机承载。在一个示例中，叶片升降起重机承载超过50％的叶片重量、或甚至超过75％的叶片重量，例如，承载超过80％、85％、90％或95％的叶片重量。重量的其余部分可以由控制线承载。在一个实施方式中，叶片升降起重机承载叶片的整个重量，并且控制线仅将叶片拉向转子。

在一个实施方式中，叶片的重量由叶片升降起重机和控制线之间的组合承载，使得控制线承载的重量的百分比从当叶片根部到叶片凸缘的距离大时(例如当叶片处于地面上时)的起始百分比减小至当叶片根部到叶片凸缘的距离小时(例如当叶片根部到达叶片凸缘时)的下端百分比。

可以使用辅助起重机(例如，机舱起重机)优选地可拆卸或固定的悬臂起重机或吊臂起重机或伸缩臂作为控制线引导器。

该方法可以包括以下步骤：在安装所述叶片之前，将所述控制线引导器固定到风轮机结构，例如，固定到风轮机的机舱或塔架。该方法还可以包括在安装所述叶片之后从所述风轮机结构移除所述控制线引导器的步骤。

控制线在所述叶片和所述控制线位点之间延伸。在叶片处，控制线可以例如直接固定到叶片。例如，控制线可以系在叶片的根端上。

在叶片处，控制线也可以固定到控制线保持器，控制线保持器再固定到叶片。在一个实施方式中，该方法包括将控制线固定到固定装置(该固定装置用于通过外部叶片升降起重机提升叶片)的步骤，例如固定到抓取装置，该抓取装置出于提升叶片的目的而紧抓叶片的相对侧。以这种方式，控制线保持器形成叶片固定装置的一部分，外部叶片升降起重机通过该叶片固定装置提升叶片。

另外或另选地，控制线保持器可以包括固定在叶片根部处的叶片根部引导器。

在一个实施方式中，控制线保持器包括两个部分，第一部分形成叶片固定装置的一部分，并且第二部分形成固定在叶片根部处的叶片根部引导器。因此，该方法可以包括以下步骤：将控制线从叶片固定装置引导通过所述根端处的叶片根部引导器，并且从叶片根部引导器引导到控制线引导器的控制线位点。

叶片根部引导器形成一点，控制线在该点处约束在叶片根部处。控制线叶片点可以例如构成控制线的防止控制线相对于叶片根部引导器移动的永久固定。另选地，叶片根部引导器可以构成控制线可以相对于叶片根部引导器移动的半永久固定。在半永久固定的一个实施方式中，允许控制线相对于叶片根部引导器纵向滑动，并且在一个实施方式中，例如通过在特定方向上拉动而允许控制线完全从控制线位点释放。这可以有助于从叶片根部引导器容易地拆卸控制线。

在半永久固定的一个实施方式中，叶片根部引导器能在固定配置、释放配置和未束缚配置之间配置，在固定配置中控制线被完全固定在叶片根部引导器，在释放配置中控制线可以相对于叶片根部引导器纵向移动，在未束缚配置中控制线可以被从叶片根部引导器拉出。释放配置还可以设有对抗控制线相对于叶片根部引导器的滑动的不同水平的抗滑动性。

在一个实施方式中，叶片根部引导器是孔眼或块体，控制线被引导通过该孔眼或块体。

控制线可以由一根或更多根线材或缆索(例如，钢丝或绳索)构成。控制线可以包括例如用于感测张力或提供传动的不同结构。例如，为此目的，控制线可以包括一个或更多个块体或滑轮，其中在一个或多个块体之间延伸有一圈线材或绳索。

在叶片被外部叶片升降起重机提升的同时，使用所述控制线将叶片的根端朝向转子引导。出于引导叶片根端的目的，例如，通过将控制线卷绕在绞盘上，可以缩短控制线位点和叶片根部点之间的控制线长度。绞盘可以位于叶片处或风轮机结构处。

如果绞盘位于风轮机结构处，则它可以例如形成控制线引导器的一部分。因此，该方法可以包括为控制线引导器提供绞盘的步骤。在这种情况下，控制线位点可以被设置成使它允许控制线纵向滑过控制线位点。

如果绞盘位于叶片处，则它可以形成以上提到的控制线保持器的一部分，特别是外部叶片升降起重机提升叶片所用的所提到的叶片固定装置的一部分。

可以不断地或间歇地测量控制线中的张力，并且可以定义阈值张力。如果控制线中的张力达到阈值，则例如通过绞盘的受控制操作或者通过从保持结构或从叶片释放控制线，可以使控制线松弛。以这种方式，可以防止叶片升降起重机和/或风轮机结构上的力过大。相反，如果张力太低，则可以张紧控制线。

在一个实施方式中，例如通过控制所述绞盘来控制所述控制线，以保持特定的第一张力阈值，例如以提供特定重量(例如500kg)的牵拉力。另外或另选地，可以定义不应被超过的特定第二张力阈值。

控制线可以被控制成：

a)如果实际张力低于第一张力阈值，则被卷绕(缩短)；和/或

a)如果实际张力高于第一张力阈值，则被退绕(延长)。

根据控制原理a)，控制线保持叶片中的稳定牵拉力，由此在安装叶片的同时支持将叶片保持在期望的取向上。

根据控制原理b)，如果经历过大的力，则至少部分地释放控制线。

第一张力阈值可以例如构成第二阈值的10％至99％。

当叶片的根端靠近转子时，方便直接拉向转子的叶片凸缘，即叶片根部将连接的凸缘可能是有利的。出于此目的，该方法还可以包括以下步骤：在风轮机转子处的保持结构和叶片之间附接附加控制线，以使用该附加控制线将叶片的根端朝向转子上的叶片凸缘引导(即，在最终移动期间将叶片引导到叶片凸缘上)。

叶片凸缘是转子上的用于附接叶片根部的凸缘。它可以例如由叶片轴承的轴承环(例如，叶片轴承的内环或外环)构成。

附加控制线被附接在所述叶片和叶片凸缘处的所述保持结构之间。保持结构可以由吊钩或孔眼构成，该吊钩或孔眼在叶片凸缘外部靠近叶片凸缘(例如，小于20cm)固定至转子，或者保持结构可以直接附接到叶片凸缘。保持结构也可以位于转子内部。在该实施方式中，附加控制线从叶片起通过例如叶片凸缘中或叶片轴承的外环中或叶片轴承的内环内的加强板中的孔而连线到转子中。在一个实施方式中，叶片根端包括具有多个螺栓的凸缘。这些螺栓中的每个都被接纳在叶片轴承的旋转环(例如，内环或外环)中的孔中。在该实施方式中，叶片根端中的螺栓之一可以被移除，并且用附接附加控制线来取代螺栓。该附加控制线可以穿过旨在接纳被移除螺栓的叶片轴承的孔。以这种方式，叶片可以被更精确地拉向叶片轴承上的正确位置。当叶片安装好时，可以用穿过叶片轴承插入叶片中(即，从转子内部插入叶片中)的螺栓取代附加控制线。

在一个实施方式中，叶片凸缘沿着轴向端面与叶片根部接合，并且保持结构附接到叶片凸缘的径向外围外表面，例如，在接纳叶片的轴向端面的竖直上方。以这种方式，叶片根部可以通过附加控制线一直朝向叶片凸缘引导，直到叶片的叶片根部接合叶片凸缘的轴向端面。

在一个实施方式中，叶片凸缘由叶片轴承的内环构成。在该实施方式中，保持结构可以是例如允许附加控制线附接到叶片轴承的外环的吊钩或其他结构。

在一个实施方式中，叶片凸缘由叶片轴承的外环构成。在该实施方式中，保持结构可以位于例如转子内部，并且控制线可以穿过叶片轴承内的中央开口。

在某些实施方式中，转子包括布置在桨毂盖内部的轮毂。在这种情况下，叶片凸缘可以位于由围绕轮毂布置的桨毂盖形成的空腔中。为了将叶片根端拉入空腔中，可能有利的是，附加控制线被固定在空腔内部，例如，固定在空腔的侧表面上或空腔的底部中，例如固定在以上提到的叶片凸缘上。

最终，控制线和主提升线缆被从风轮机叶片释放或脱开。

同时，控制线引导器可以从风轮机结构释放并且被降低至地面。

可以从例如转子内或者从叶片升降起重机远程地控制所述控制线位点相对于附接位置的位置和/或绞盘和/或控制线的释放和/或附加控制线和/或提升线缆的释放。

在第二方面中，本公开提供了一种用于从由风轮机结构承载的风轮机转子10移除叶片12的方法，该方法包括以下步骤：

-在所述风轮机结构处提供控制线引导器9，所述控制线引导器形成控制线位点15；

-将控制线14附接在所述控制线位点15和所述叶片12之间；

-将所述叶片与所述转子断开；以及

-用外部叶片升降起重机11提升所述叶片，同时利用所述控制线将所述叶片的根端朝向所述转子7引导。

该方法可以包括相对于将叶片安装在风轮机上的方法所提到的特征和步骤中的任一个。

在第三方面中，本公开提供了一种将叶片安装在由风轮机结构承载的风轮机转子上的提升装置，该提升装置包括：

-控制线引导器，该控制线引导器能附接到所述风轮机结构，所述控制线引导器形成被配置为约束控制线的控制线位点；

-控制线保持器，该控制线保持器能附接到所述风轮机叶片；

-控制线，该控制线连接所述控制线引导器和所述控制线保持器；

-叶片固定装置，该叶片固定装置用于用叶片升降起重机提升所述叶片；以及

-绞盘，该绞盘被布置成缩短所述控制线在所述控制线位点和所述控制线保持器之间的长度。

绞盘可以形成叶片固定装置或控制线引导器的一部分，并且可以经由叶片升降起重机而被提供动力，由此允许操作叶片升降起重机的人员操作绞盘。

为了一旦安装好叶片就控制控制线从叶片的释放，提升装置可以包括控制线释放结构，可以通过控制线释放结构从叶片或者从控制线引导器释放控制线。

控制线保持器可以形成叶片固定装置的一部分，并且它还可以包括能附接到叶片根部的叶片根部引导器。绞盘可以附接到叶片固定装置。

在第四方面中，本公开提供了一种用于将叶片安装在由风轮机结构承载的风轮机转子上的方法，该方法包括以下步骤：

-提供由所述风轮机结构承载的辅助起重机，所述辅助起重机限定控制位点；

-将示踪线附接在所述控制位点和所述叶片之间；

-用外部叶片升降起重机提升所述叶片，同时利用所述示踪线将所述叶片的根端朝向所述转子引导；以及

-将所述叶片连接到所述转子，

其中，仅由所述外部叶片升降起重机承载所述叶片的重量。

辅助起重机可以特别地是例如固定到机舱顶部的机舱起重机。辅助起重机可以预备地附接到机舱，这仅仅是出于在安装叶片期间引导叶片的目的。因此，本公开提供了使用风轮机内部起重机以在外部起重机承载叶片的叶片安装过程期间引导示踪线。

附图说明

现在，将参照附图更加详细地描述本发明，在附图中：

图1例示了包括塔架、机舱、转子和附接到转子的叶片的风轮机；以及

图2至图8例示了在安装叶片期间执行的一系列步骤。

具体实施方式

应该理解，具体实施方式和特定示例虽然指示了本发明的实施方式，但是仅仅是通过例示的方式给出的，因为本发明的精神和范围内的各种改变形式和修改形式将根据该具体实施方式而变成对于本领域的技术人员而言显而易见。

图1例示了具有塔架2和位于塔架顶部上的风轮机机舱3的现代风轮机1。包括诸如所例示的三个风轮机叶片5这样的至少一个叶片的风轮机转子通过变桨机构连接到轮毂4。每个变桨机构都包括叶片轴承和允许叶片变桨的变桨致动装置。由变桨控制器控制变桨过程。

图2例示了待组装的用于风轮机的机舱7。在先前的组装过程中组装好塔架8。利用外部起重机11将具有机舱起重机形式的控制线引导器9的提升装置提升到机舱7中的一个机舱的顶部上。构成控制线引导器的机舱起重机包括用于卷绕控制线的绞盘以及随后将附接到待安装叶片的根部的示踪线。机舱起重机被固定到机舱顶部，使得它随后可以在组装另一个风力涡轮机期间被拆卸并使用。机舱承载转子10，转子10形成叶片轴承17，叶片将安装在在叶片轴承17上。

图3例示了使用外部叶片升降起重机11将机舱7提升到塔架8的顶部。由此，外部叶片升降起重机将机舱和控制线引导器同时定位在塔架上。叶片12在地面上被准备好。

图4例示了在塔架顶部上具有控制线引导器的机舱。

图5例示了由外部起重机11利用叶片固定装置13提升的叶片12。控制线14被从机舱起重机臂16的端部处的控制线位点15拉伸至叶片的根端。同时，外部叶片升降起重机11附接到叶片12，并且叶片准备好被提升。在机舱被提升并安装到塔架上之前，控制线可以已经被固定到叶片的根端，或者当机舱被安装到塔架上时，可以例如利用外部叶片升降起重机将控制线从控制线引导器向下拉动。

图6例示了叶片被提升到塔架的顶部，并且利用机舱起重机承载的控制线将叶片的根端定位在转子处。在安装过程的该步骤中，控制线位点15已相对于机舱移动。控制线位点的移动使得叶片能够以与风力涡轮机结构相距安全距离地提升，并且当叶片到达顶部时，叶片的根端可以朝向转子被更近地拉动，以有助于安装叶片。在叶片的主轴线基本上水平并且其上附接有叶片的叶片凸缘17(参见图7)基本上竖直的位置(即，处于3点钟位置)将叶片附接到转子。

图7例示了构成控制线引导器的机舱起重机的放大视图。在所例示的实施方式中，控制线由第一控制线部分18和附加控制线部分19构成。

在机舱起重机臂16的末端，机舱起重机形成控制线位点15。在该实施方式中，该控制线位点由孔眼15’和块体15”构成，第一控制线部分附接在孔眼15’处，第一控制线部分穿过块体15”到达绞盘20。在孔眼15'和块体15”之间，第一控制线部分穿过块体21。由此，第一控制线部分通过双线路部分22形成1:2的传动。块体21承载吊钩23。吊钩23承载系在叶片12的根端上的附加控制线部分19。

图8例示了与图7基本上相同的过程，但是在这种情况下，附加控制线24附接在叶片和叶片凸缘17之间。附加控制线使得能够直接朝向叶片凸缘拉动，由此有助于叶片安装，特别是在叶片朝叶片凸缘移动的最后部分期间。可以例如利用例如位于转子内部的绞盘而缩短附加控制线。

上述实施方式仅仅是由下面出现的权利要求书限定的本发明的示例。处理风轮机部件和安装叶片的技术领域中的技术人员将基于该说明书而认识到另外的示例、修改形式和优点。例如，控制线引导器、控制线保持器和叶片固定装置的结构可以与所例示的不同。

Claims (19)

1.一种用于将叶片(12)安装在由风轮机结构承载的风轮机转子(10)上的方法，该方法包括以下步骤：

-在所述风轮机结构处提供控制线引导器(9)，所述控制线引导器形成控制线位点(15)；

-将控制线(14)附接在所述控制线位点(15)和所述叶片(12)之间；

-用外部叶片升降起重机(11)提升所述叶片，同时利用所述控制线将所述叶片的根端朝向所述转子(7)引导；以及

-将所述叶片连接到所述转子。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制线引导器附接到所述风轮机结构的附接位置，并且其中所述控制线引导器被设置成使得它允许所述控制线位点相对于所述附接位置重新定位。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述控制线位点的位置在提升所述叶片期间改变。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述外部叶片升降起重机承载所述叶片的重量。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述控制线引导器被配置为承载所述叶片的部分重量。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述控制线引导器承载所述叶片的重量的一定百分比，所述百分比基于从所述根端到所述叶片凸缘的距离而变化。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使用辅助起重机作为所述控制线引导器。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括在安装所述叶片之前将所述控制线引导器固定到所述风轮机结构，并且在安装所述叶片之后从所述风轮机结构移除所述控制线引导器。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过将控制线保持器附接到所述叶片并且将所述控制线附接到所述控制线保持器来将所述控制线附接到所述叶片。

10.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述控制线保持器形成叶片固定装置(13)的一部分，所述外部叶片升降起重机通过该叶片固定装置提升所述叶片。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述控制线保持器设置有位于所述叶片的所述根部处的叶片根部引导器，并且其中所述控制线被从所述叶片根部引导器引导到所述控制线位点。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括将附加控制线(24)附接在所述风轮机转子和所述叶片之间并且使用所述附加控制线将所述叶片的所述根端朝向所述转子上的叶片凸缘(17)引导的步骤。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述附加控制线(24)被附接到所述叶片凸缘。

14.一种用于从由风轮机结构承载的风轮机转子(10)移除叶片(12)的方法，该方法包括以下步骤：

-在所述风轮机结构处提供控制线引导器(9)，所述控制线引导器形成控制线位点(15)；

-将控制线(14)附接在所述控制线位点(15)和所述叶片(12)之间；

-将所述叶片与所述转子断开；以及

-用外部叶片升降起重机(11)提升所述叶片，同时利用所述控制线将所述叶片的根端朝向所述转子(7)引导。

15.一种将叶片(12)安装在由风轮机结构(7)承载的风轮机转子(10)上的提升装置，该提升装置包括：

-控制线引导器(9)，该控制线引导器能附接到所述风轮机结构，所述控制线引导器形成被配置为约束控制线的控制线位点(15)；

-控制线保持器(13)，该控制线保持器能附接到所述风轮机叶片；

-控制线(14)，该控制线连接所述控制线引导器和所述控制线保持器；

-叶片固定装置，该叶片固定装置用于用叶片升降起重机提升所述叶片；以及

-绞盘，该绞盘被布置成缩短所述控制线在所述控制线位点和所述控制线保持器之间的长度。

16.根据权利要求15所述的提升装置，其中，所述绞盘形成所述叶片固定装置的一部分。

17.根据权利要求15或16所述的提升装置，其中，所述控制线保持器形成所述叶片固定装置的一部分。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的提升装置，其中，所述控制线保持器包括能附接到叶片根部的叶片根部引导器。

19.一种用于将叶片(12)安装在由风轮机结构承载的风轮机转子(10)上的方法，该方法包括以下步骤：

-提供由所述风轮机结构承载的辅助起重机，所述辅助起重机限定控制位点(15)；

-将示踪线(14)附接在所述控制位点(15)和所述叶片(12)之间；

-用外部叶片升降起重机(11)提升所述叶片，同时利用所述示踪线将所述叶片的根端朝向所述转子(7)引导；以及

-将所述叶片连接到所述转子，

其中，仅由所述外部叶片升降起重机承载所述叶片的重量。