CN110100090B - 一种处理风轮机叶片的方法和组件 - Google Patents

Abstract

一种用于将叶片的叶片根部安装在风轮机转子的叶片凸缘上的方法，该方法包括：‑将控制线附接在所述叶片凸缘处的保持结构和所述叶片根部之间；‑使用叶片升降起重机提升所述叶片，同时通过使用所述控制线将所述叶片根部朝向所述叶片凸缘引导；以及‑将所述叶片根部连接至所述叶片凸缘。

Description

一种处理风轮机叶片的方法和组件

技术领域

本发明涉及一种处理风轮机叶片的方法和组件。

背景技术

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)必须都被升高到这个高度。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。

如能认识到的，非常需要用于在风轮机塔架顶部升高和对准部件的新装置和方法。

发明内容

因此，鉴于本公开，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：

-将控制线附接在所述叶片凸缘处的保持结构和所述叶片根部之间；

-将叶片升降起重机(例如经由叶片固定装置)附接至所述叶片；

-使用所述叶片升降起重机来承载所述叶片的至少一部分，同时通过使用所述控制线将所述叶片根部朝向所述叶片凸缘引导；以及

-将所述叶片根部连接至所述叶片凸缘。

因为在朝向叶片凸缘引导叶片根部的同时叶片至少部分地由叶片升降起重机提升，所以可以有效且安全地附接非常大且重的叶片而不会遇到到达叶片凸缘的困难。特别是因为控制线在叶片根部和叶片凸缘处的保持结构之间延伸，所以能够进行精确定位。

因为控制线提供位置控制，同时叶片的重量至少部分地由叶片升降起重机承载，所以定位过程变得快速，并且可以减少需要外部叶片升降起重机的持续时间。因此，能够获得提高的效率以及更安全并且更容易的工作过程。

根据本公开，可以通过将叶片升降起重机的提升缆索附接至叶片来启动组装过程。叶片升降起重机可以例如是外部起重机，例如移动式起重机或驳船起重机。可以通过将叶片固定装置附接至叶片来执行叶片升降起重机的提升缆索的附接。叶片固定装置可以是例如夹持固定装置，其具有一对夹持器，这对夹持器被布置成夹持在叶片的相对两侧上。叶片可以例如夹持在重心处，从而产生平衡并便于例如以基本水平的取向提升叶片。

除了提升缆索之外，控制线还附接至叶片和叶片凸缘处的保持结构。随后，提升叶片，并且例如通过使用绞盘缩短控制线在叶片和保持结构之间的长度，直到叶片根部与叶片凸缘接合。在该位置，用螺栓将叶片固定到凸缘上，并且从保持结构和叶片释放控制线。此外，从叶片释放固定装置，并且可以针对下一个叶片重复该过程，直到附接起所有叶片。

叶片升降起重机和控制线之间的组合使得能够仅使用一个单独的提升位点。通过使用一个单独的提升位点，叶片通常倾向于绕竖直提升位点旋转，因此难以定位在叶片凸缘上。然而，由于控制线，叶片升降起重机可以被构造成用于单个位点提升，由此其沿着单个竖直提升缆索悬挂叶片。

叶片可以特别地以基本上水平的取向被提升(例如，在与水平方向成正/负10度的范围内)，并且可以旋转转子而使得叶片凸缘处于3点钟位置，其中接收叶片凸缘是竖直的，即也与竖直方向在-10度和+10度之间，无论怎样都要匹配叶片的取向。在这种相互取向中，可以通过控制线中的水平牵拉来安装叶片。在这种取向中，控制线可以根本不承载任何重量，并且叶片升降起重机或其他提升装置可在叶片朝向叶片凸缘移动的最后阶段期间承载叶片的整个重量，即一旦控制线中的牵拉变为纯水平方向的，整个重量就可以由除控制线之外的其他装置来承载。因此，在叶片根部要装配到叶片凸缘上的移动的最后阶段期间，控制线不会被叶片的重量加载。

控制线可以由一根或多根线材或缆索构成，例如，钢丝或绳索。控制线可以包括不同的结构，例如用于感应张力或提供传动。例如，为此目的，控制线可以包括一个或多个块体或滑轮，其中在一个或多个块体之间延伸有一圈线材或绳索。

叶片凸缘是转子上的凸缘，叶片根部附接在该凸缘上。凸缘可以例如由叶片轴承的轴承环构成，例如，由叶片轴承的内环或叶片轴承的外环构成。

控制线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，该吊钩或孔眼靠近(例如不到20厘米)叶片凸缘在叶片凸缘外部固定至转子，或者保持结构可以直接附接至叶片凸缘。保持结构也可以位于转子内部。在该实施方式中，控制线穿过位于例如叶片凸缘中或叶片轴承的外环中或在叶片轴承的内环内的加强板中的孔从叶片连线到转子中。在一个实施方式中，叶片根端包括具有多个螺栓的凸缘。这些螺栓中的每一个均被接纳在叶片轴承的旋转环(例如叶片轴承的内环或外环)中的孔中。在该实施方式中，可以移除叶片根端中的一个螺栓，并且附接控制线以代替螺栓。该控制线可以穿过叶片轴承的意在接纳被移除的螺栓的孔。以这种方式，叶片可以更精确地朝向叶片轴承上的正确位置被牵拉。当安装好叶片时，控制线可以由穿过叶片轴承插入叶片中(即从转子内部插入叶片中)的螺栓代替。

在一个实施方式中，叶片凸缘沿轴向端面与叶片根部接合，并且保持结构附接至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，叶片根部可以由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控制线附接至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。

控制线可以固定至例如叶片根部。它可以例如系在叶片根部周围，或者控制线保持器可以固定(例如螺栓连接或夹紧)在叶片上，并且控制线可以附接至该保持器。

控制线也可以附接至叶片固定装置，该叶片固定装置用于借助叶片升降起重机提升叶片。

转子可以包括安装在轮毂上的桨毂盖。桨毂盖可以为每个叶片形成空腔，使得叶片凸缘位于桨毂盖中的空腔的底部。在这种情况下，保持结构可以特别地附接在空腔内，从而允许通过使用控制线将叶片根部牵拉到空腔中。

为了防止控制线损坏桨毂盖，可以提供线材支撑件，例如，线材支撑件固定在桨毂盖上，或固定在叶片凸缘上，或固定至叶片凸缘内的加强板。线材支撑件可以将控制线保持在空腔的入口处的支撑点处，例如，保持在位于空腔外但靠近绕开口延伸到空腔中的边缘的点处。线材支撑件可以特别地保持控制线偏离叶片凸缘，并且线材支撑件可以特别地可释放地保持控制线，由此一旦叶片根部接近通往空腔的开口就可以释放控制线。以这种方式，可以将叶片根部在第一牵引序列中朝向线材支撑件牵拉，并且在第二牵引序列中朝向保持结构牵拉，一旦从线材支撑件释放控制线，就开始第二序列。

用于卷绕控制线并因此减小控制线在叶片和保持结构之间的长度的绞盘可以固定至转子或叶片。绞盘可以例如直接固定至叶片，或者它可以固定至叶片固定装置，叶片升降起重机借助叶片固定装置提升叶片。另选地，它可以位于转子内部并且卷绕延伸穿过转子或叶片凸缘等中的孔的控制线。

该方法可以包括如下步骤：将叶片根部引导器附接在叶片根部处，并且将控制线从绞盘引导穿过叶片根部引导器(例如经由以上提到的线材支撑件)而到达保持结构。

叶片根部引导器允许控制线相对于叶片根部引导器纵向滑动。在一个实施方式中，叶片根部引导器仅仅是一孔眼或块体，控制线穿过该孔眼或块体被引导。

在一个实施方式中，例如通过沿特定的方向牵拉而允许控制线完全从叶片根部引导器释放。一旦叶片固定至转子，这可以便于从叶片上轻易拆卸控制线。

叶片的重量可主要由叶片升降起重机承载。在一个实施例中，叶片升降起重机承载超过50％的叶片，或甚至超过75％的叶片重量，例如超过80％、85％、90％或95％的叶片重量。剩余部分的重量可由控制线承载。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朝向转子牵拉。

可以不断地或间歇地测量控制线中的张力，并且可以限定阈值张力。如果控制线中的张力达到阈值，则可以松弛控制线，例如，通过绞盘的受控操作或通过从保持结构或从叶片释放控制线。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控制所述控制线以维持特定的第一张力阈值，例如提供特定重量(例如500公斤)的牵拉力。附加地或另选地，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

b)如果实际张力高于第二张力阈值，则被退绕(延长)。

根据控制原理a)，控制线维持叶片中的稳定牵拉力，从而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张力阈值的10％至99％。

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(例如当叶片在地面上时)的起始百分比减小至当从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。

在一个实施例中，起始百分比至少为50％并且最终百分比为至多5％，这意味着控制线根据叶片根部与叶片凸缘之间的距离承载叶片重量的5％至50％。

叶片升降起重机尤其可以是外部叶片升降起重机，该外部叶片升降起重机不由风轮机结构承载而是承载在地面或海上。另选地，叶片升降起重机例如由风轮机的塔架承载。

该方法还可以包括在风轮机转子和叶片之间附接附加控制线的步骤。附加控制线可以特别适用于上述水平安装取向，其中附加控制线可以用于承载叶片的一部分重量，例如，当叶片靠近叶片凸缘时，此时保持结构上的控制线由于水平牵拉方向而不能再承载重量。

最后，一旦安装好叶片，控制线和提升缆索就从风轮机叶片释放或脱开。

可以例如从转子内或从叶片升降起重机远程控制绞盘和/或控制线的释放和/或附加控制线的释放和/或提升缆索的释放。

在第二方面中，本公开提供了一种用于从风轮机转子的叶片凸缘移除叶片的方法，该方法包括：

-将控制线附接在所述叶片凸缘处的保持结构和叶片根部之间；

-将叶片升降起重机附接至所述叶片；

-将所述叶片根部从所述叶片凸缘断开；和

-使用所述叶片升降起重机来承载所述叶片的至少一部分，同时通过使用所述控制线将所述叶片根部从所述叶片凸缘引导开。

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任何特征和步骤。

在第三方面中，本公开提供了一种用于将叶片的叶片根部安装在风轮机转子的叶片凸缘上的提升装置，该提升装置包括：

-控制线，其能附接至所述叶片凸缘处的保持结构；

-叶片固定装置，其用于附接至所述叶片，并方便利用叶片升降起重机提升所述叶片；和

-绞盘，其固定至所述叶片固定装置并被构造成卷绕所述控制线。

提升装置还可以包括叶片根部引导器，该叶片根部引导器可以附接至叶片根部并且可将控制线从绞盘引导至叶片凸缘。

提升装置还可以包括线材支撑件，该线材支撑件被构造成附接至转子并且将控制线保持在距叶片凸缘的一定距离处。线材支撑件可以特别地被构造成便于释放控制线。一旦叶片根部靠近叶片凸缘而使得叶片的叶片根部可以直接朝向保持结构被牵拉，则释放控制线可能是有利的。

提升装置还可以包括具有限定的阈值张力的线材控制结构，例如，嵌入计算机系统中的控制系统。线材控制结构可以特别地被构造成基于所测量的张力和阈值张力确定控制线中的张力并控制绞盘。

线材控制结构可以包括释放结构，该释放结构被构造成基于所确定的张力释放控制线，或者在安装好叶片时释放控制线，从而使得系统的拆卸快速且容易。

该组件还可以包括被构造成从保持结构释放控制线的释放结构。

附图说明

现在将参考附图更详细地描述本发明。在附图中：

图1示出了风轮机，该风轮机包括塔架、机舱、转子和附接至转子的叶片；以及

图2至图8示出了在安装叶片期间执行的一系列步骤。

具体实施方式

应当理解，详细描述和具体实施例虽然表明了本发明的实施方式，但仅以说明的方式给出，因为根据本详细描述，在本发明的精神和范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员而言将变得显而易见。

图1示出了现代风轮机1，其具有塔架2和位于塔架的顶部上的风轮机机舱3。包括至少一个叶片(例如如图所示，三个风轮机叶片5)的风轮机转子借助变桨机构6连接至轮毂4。每个变桨机构均包括叶片轴承和变桨致动装置，该变桨致动装置允许叶片变桨。叶片轴承包括叶片凸缘，叶片的叶片根部在叶片凸缘处固定至轴承。

图2示出了风轮机7，其上已安装有两个叶片8、9。在叶片升降起重机11的基部处预备好了第三叶片10。叶片升降起重机是具有叶片固定装置12的外部起重机，该叶片固定装置12保持叶片关于叶片的重心对称，使得叶片处于平衡状态。控制线13从叶片的叶片根部延伸至转子14处的保持结构位点。

图3示出了转子14的放大视图。在该视图中，可以清楚地看到叶片凸缘15位于由桨毂盖16形成的空腔中。保持结构17直接附接至叶片凸缘，并且控制线13从保持结构经由线材支撑件18朝向仍在地面上的叶片延伸。线材支撑件18固定至加强板19，加强板19布置在叶片凸缘内。线材支撑件具有与空腔的深度相对应的高度，从而使控制线保持在绕空腔延伸的边缘20的高度处。以这种方式，线材支撑件18保护桨毂盖的边缘免于因与控制线接触而受损坏。

图4示出了叶片升降起重机的基部的放大视图，其中叶片固定装置12在叶片的相对侧上布置有夹持臂21、22，夹持臂21、22准备夹持叶片以将其提升至转子的高度。绞盘23固定至叶片固定装置12并且能够卷绕控制线13。在叶片的叶片根部处，叶片根部引导器24从绞盘23朝向转子引导控制线。叶片根部引导器直接布置在叶片的边缘处，以使叶片能够一直被牵拉至其在叶片凸缘处的位置。

图5示出了被提升至转子的高度的位置时的叶片。转子旋转而使得叶片凸缘变得竖直，并且叶片基本上沿水平取向布置。在所示的叶片和叶片凸缘的相互取向和位置中，叶片的叶片根部可以被牵拉到桨毂盖的空腔中，并且叶片能够固定至叶片凸缘。借助绞盘23实现叶片朝向叶片凸缘的牵拉，绞盘23由起重机操作员或位于转子中的操作员远程操作。

控制系统25包含控制绞盘和释放结构的计算机系统。如果控制线中的张力超过极限值，则控制系统与绞盘的人为控制相互作用并释放张力。另选地，在存在危险的不受控制的力的风险中，控制系统从保持结构位点释放控制线，从而将叶片从风轮机结构释放。

图6和图7示出了该过程的进一步细节。特别地，图7示出了在已从线材支撑件释放控制线之后保持结构17相对于叶片根部引导器24的位置。在安装过程的该第二牵引序列中，叶片根部被直接朝向叶片凸缘牵拉。

图8示出了一个实施方式，其中附加控制线26附接在风轮机转子和叶片之间。附加控制线能够支撑控制线13，特别是在叶片移动到桨毂盖中的空腔内期间。在所公开的实施方式中，附加支撑线系在叶片周围并固定在支撑线保持结构27处，附加支撑线可以在支撑线保持结构27处卷绕。另选地，附加支撑线附接至叶片固定装置。

上述实施方式仅仅是由下面出现的权利要求限定的本发明的实施例。处理风轮机部件和安装叶片的技术领域的技术人员将基于该描述而认识到另外的实施例、修改和优点。例如，保持结构、叶片根部引导器、绞盘和叶片固定装置的结构可以偏离图示。

Claims (21)

1.一种用于将叶片(10)的叶片根部安装在风轮机转子(14)的叶片凸缘上的方法，该方法包括：

-将控制线(13)附接在所述叶片凸缘(15)处的保持结构(17)和所述叶片根部之间；

-将叶片升降起重机(11)附接至所述叶片；

-使用所述叶片升降起重机来承载所述叶片的至少一部分，同时通过使用所述控制线将所述叶片根部朝向所述叶片凸缘引导；以及

-将所述叶片根部连接至所述叶片凸缘。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述转子上安装有桨毂盖(16)，使得所述叶片凸缘位于所述桨毂盖的空腔中，并且其中所述控制线在所述空腔中附接至所述保持结构。

3.根据权利要求2所述的方法，该方法包括提供线材支撑件(18)，所述线材支撑件(18)被构造成将所述控制线保持在所述空腔的入口处的支撑点处。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，在第一牵引序列中，通过使用所述控制线将所述叶片根部朝向所述线材支撑件牵拉，并且其中在第二牵引序列中，所述叶片根部被朝向所述保持结构牵拉，通过从所述线材支撑件释放所述控制线而启动所述第二牵引序列。

5.根据权利要求1所述的方法，该方法包括提供绞盘(23)，所述绞盘被构造成卷绕所述控制线。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述绞盘被固定至所述叶片。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述绞盘被固定至叶片固定装置，所述叶片升降起重机借助所述叶片固定装置提升所述叶片。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述控制线经由所述叶片的所述根部处的叶片根部引导器(24)从所述绞盘被引导至所述保持结构(17)。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述控制线由所述绞盘卷绕的同时允许所述控制线相对于所述叶片根部引导器滑动。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述叶片的重量主要由所述叶片升降起重机承载。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制线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叶片根部到所述叶片凸缘的距离而变化。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，测量所述控制线中的张力，限定张力阈值，并且基于所测量的张力和所限定的张力阈值来控制所述控制线。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述叶片升降起重机(11)是不由所述风轮机承载的外部起重机。

14.根据权利要求1所述的方法，该方法包括在所述风轮机转子和所述叶片之间附接附加控制线(26)的步骤。

15.一种用于从风轮机转子(14)的叶片凸缘(15)移除叶片(10)的方法，所述方法包括：

-将控制线(13)附接在所述叶片凸缘处的保持结构(17)和叶片根部之间；

-将叶片升降起重机(11)附接至所述叶片；

-将所述叶片根部从所述叶片凸缘断开；和

-使用所述叶片升降起重机来承载所述叶片的至少一部分，同时通过使用所述控制线将所述叶片根部从所述叶片凸缘引导开。

16.一种用于将叶片(10)的叶片根部安装在风轮机转子(14)的叶片凸缘(15)上的提升装置，该提升装置包括：

-控制线(13)，其能附接至所述叶片凸缘(15)处的保持结构(17)；

-叶片固定装置(12)，其用于附接至所述叶片，并便于利用叶片升降起重机(11)提升所述叶片；和

-绞盘(23)，其被固定至所述叶片固定装置并被构造成卷绕所述控制线。

17.根据权利要求16所述的提升装置，该提升装置还包括叶片根部引导器(24)，该叶片根部引导器(24)用于附接至所述叶片根部并且被构造成将所述控制线(13)从所述绞盘引导至所述叶片凸缘。

18.根据权利要求16或17所述的提升装置，该提升装置还包括线材支撑件，所述线材支撑件被构造成附接至所述转子并且将所述控制线保持在距所述叶片凸缘的一定距离处。

19.根据权利要求16所述的提升装置，该提升装置还包括具有限定的阈值张力的线材控制结构，所述线材控制结构被构造成确定所述控制线中的张力并且基于所测量的张力和所述阈值张力来控制所述绞盘。

20.根据权利要求19所述的提升装置，其中，所述线材控制结构被构造成基于所确定的张力释放所述控制线。

21.根据权利要求16所述的提升装置，该提升装置包括释放结构，所述释放结构被构造成从所述保持结构释放所述控制线。

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