CN112145359A - 用于海上风力发电机组的叶轮拼装工装及叶轮拼装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于海上风力发电机组的叶轮拼装工装及叶轮拼装方法。叶轮拼装工装包括：轮毂安装部，轮毂安装部用于固定地支撑轮毂；旋转支撑台，旋转支撑台位于轮毂安装部的下方，并且可转动地安装在安装平台上；多个支撑杆，多个支撑杆的上端连接到轮毂安装部，多个支撑杆的下端连接到旋转支撑台，多个支撑杆能够伸缩，从而能够调节轮毂安装部的位置。根据本发明的用于海上风力发电机组的叶轮拼装工装，在拼装叶片和轮毂的过程中，通过使轮毂动而叶片不动的方式实现轮毂与叶片的对接，因此与现有技术中使用吊机悬吊叶片进行安装的方式相比，避免了吊机晃动而导致叶片安装困难的问题。

Description

用于海上风力发电机组的叶轮拼装工装及叶轮拼装方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种用于海上风力发电机组的叶轮拼装工装及用于海上风力发电机组的叶轮拼装方法。

背景技术

目前，海上风力发电机组叶轮拼装在自升式安装船上进行。为此，安装船上通常配置有两个固定吊机(即，主吊机和辅助吊机)，或者一个主吊机和一个履带吊车。利用两个吊机分别吊在叶片的叶根吊点和叶尖吊点而将叶片安装在轮毂上的方式拼装叶轮。

近年来，随着海上机组叶片长度越来越长(接近90m)，叶根吊点和叶尖吊点的距离也越来越长，利用安装船上的两个固定吊机抬吊叶片会出现如下问题：(1)将叶片从运输船倒运至安装船上时，两个吊机之间的转弯半径不够，导致叶片无法起吊至安装船；(2)拼装距离吊机最远的叶片时，由于叶尖吊点距离过远导致吊机工作半径无法达到，从而导致无法拼装叶片。此外，就利用一个主吊机和履带吊车的方式而言，则需要相对大的吨位的履带吊车，因此履带吊车所占据的甲板空间大，从而导致无法拼装叶轮及无法使叶轮翻身。

因此，亟需开发一种能解决上述问题的叶轮拼装工装。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种用于海上风力发电机组的叶轮拼装工装，以解决现有工装由于叶片长度增长而无法拼装叶片的问题。

根据本发明的一方面，提供一种用于海上风力发电机组的叶轮拼装工装，叶轮拼装工装包括：轮毂安装部，轮毂安装部用于固定地支撑轮毂；旋转支撑台，旋转支撑台位于轮毂安装部的下方，并且可转动地安装在安装平台上；多个支撑杆，多个支撑杆的上端连接到轮毂安装部，多个支撑杆的下端连接到旋转支撑台，多个支撑杆能够伸缩，从而能够调节轮毂安装部的位置。通过旋转支撑台可驱动轮毂安装部旋转，因此可在同一操作位置安装所有叶片，并且通过多个支撑杆调节轮毂安装部的位置，可采用轮毂动而叶片静止的方式来拼装叶片和轮毂。

优选地，多个支撑杆的两端可分别可枢转地连接到轮毂安装部和旋转支撑台，从而能够通过调节多个支撑杆的长度来调节轮毂安装部的高度、倾斜角度和水平位置。

优选地，叶轮拼装工装还包括回转支撑部，回转支撑部设置在旋转支撑台的下部，用于将旋转支撑台可旋转地安装到安装平台上。

优选地，叶轮拼装工装还可包括旋转驱动部，旋转驱动部用于向旋转支撑台施加旋转驱动力，以使旋转支撑台相对于安装平台旋转预定角度。

优选地，轮毂安装部可包括轮毂安装法兰，轮毂安装法兰用于与轮毂的轮毂法兰对接，从而将轮毂固定安装在轮毂安装部上。

优选地，旋转支撑台的外周可以为蜗轮，旋转驱动部可包括能够与蜗轮啮合的蜗杆以及驱动蜗杆旋转的驱动电机，或者旋转支撑台的外周可以为从动齿轮，旋转驱动部可包括能够与从动齿轮啮合的主动齿轮以及驱动主动齿轮旋转的驱动电机，或者旋转支撑台的外周可以为从动皮带轮，旋转驱动部可包括主动皮带轮和驱动主动皮带轮旋转的驱动电机。

优选地，回转支撑部可以为轴承并包括能够相对于彼此旋转的内圈和外圈，内圈和外圈中的一者可固定在安装平台上，旋转支撑台可固定在内圈和外圈中的另一者上。

优选地，叶轮拼装工装还可包括至少一个叶片托架，至少一个叶片托架可设置在安装平台上，用于支撑待安装的叶片。

优选地，支撑杆可包括具有活塞杆的液压缸。

根据本发明的一方面，提供一种使用上述的叶轮拼装工装进行的叶轮拼装方法，叶轮拼装方法包括如下步骤：(a)将轮毂安装到轮毂安装部上；(b)使轮毂的用于安装第一叶片的第一变桨轴承处于叶片安装位置；(c)在叶片安装位置，通过调节多个支撑杆的长度而使第一变桨轴承的安装面与第一叶片(2)的安装面对准，并将第一叶片安装到轮毂的所述第一变桨轴承上；(d)通过使旋转支撑台旋转而使轮毂的用于安装第二叶片的第二变桨轴承旋转到叶片安装位置；(e)重复上述步骤(c)-(d)，直到安装完所有叶片。

优选地，在步骤(c)中，通过如下操作中的至少一种来使第一变桨轴承的安装面与第一叶片的安装面对准：通过调节多个支撑杆的长度而调节轮毂安装部的高度和/或倾斜角度；使轮毂的第一变桨轴承旋转预定角度，以使第一变桨轴承的安装面上的安装线与第一叶片的安装面上的安装线对准；通过调节多个支撑杆的长度而使轮毂安装部朝向第一叶片平移预定距离。

优选地，叶轮拼装方法还可包括：在执行步骤(d)之前，通过调节多个支撑杆的长度而使第一叶片的叶尖上升到预定高度。

优选地，叶轮拼装方法还可包括：在执行步骤(c)之前，将第一叶片放置在设置于安装平台上的至少一个叶片托架上，并使第一叶片的安装面靠近轮毂的第一变桨轴承的安装面。

根据本发明的用于海上风力发电机组的叶轮拼装工装，通过驱动轮毂安装部旋转，可在同一操作位置安装所有叶片，因此与现有技术相比，无需增大船舶吊机的工作半径，从而减小了对船舶和吊机的要求。

此外，根据本发明的用于海上风力发电机组的叶轮拼装工装，船舶吊机仅用于将轮毂和叶片悬吊至固定位置即可，而在拼装叶片和轮毂的过程中无需使用船舶吊机，因此可降低风力发电机组的成本。

此外，根据本发明的用于海上风力发电机组的叶轮拼装工装，在拼装叶片和轮毂的过程中，通过使轮毂动而叶片不动的方式实现轮毂与叶片的对接，因此与现有技术中使用吊机悬吊叶片进行安装的方式相比，避免了吊机晃动而导致叶片安装困难的问题。

此外，根据本发明的用于海上风力发电机组的叶轮拼装工装，通过多个支撑杆调节轮毂安装部的倾斜角度，可使叶片倾斜为使叶片的叶尖抬升预定高度，因此可避免与船舶的固定桩发生干涉，从而可实现轮毂安装部的顺利旋转。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的上述以及其他目的和特点将会变得更加清楚，在附图中：

图1和图2是示出根据本发明的实施例的用于海上风力发电机组的叶轮拼装工装的部分结构的不同角度下的示意图。

图3至图7是示出使用根据本发明的实施例的叶轮拼装工装拼装海上风力发电机组叶轮的方法。

附图标号说明：

1：轮毂；2：第一叶片；3：第二叶片；4：第三叶片；10：轮毂安装部部；11：安装孔；21：蜗杆；22：旋转支撑台；23：驱动电机；24：安装座；30：回转支承部；40：支承杆；50：安装平台；51：固定桩；60：基座；70：控制柜；80：叶片托架。

具体实施方式

现在，将参照附图详细地描述根据本发明的实施例，其示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的组件。

如图1和图2所示，根据本发明的实施例的用于海上风力发电机组的叶轮拼装工装包括轮毂安装部10、旋转支撑台22和多个支撑杆40。轮毂安装部10用于固定地支撑轮毂1(参见图3)。旋转支撑台22位于轮毂安装部10的下方，并且可转动地安装在安装平台50(参见图3)上。多个支撑杆40的上端连接到轮毂安装部10，多个支撑杆40的下端连接到旋转支撑台22。多个支撑杆40能够伸缩，从而能够调节轮毂安装部10的位置。

下面，将具体描述用于海上风力发电机组的叶轮拼装工装的各个部件。

如图1和图2所示，轮毂安装部10可包括轮毂安装法兰，并且轮毂安装法兰上形成有用于安装轮毂1的安装孔11。当然，轮毂安装部10不限于安装法兰，其还可以为形成有用于安装轮毂1的安装孔的其他类似结构。轮毂法兰上的螺栓孔可以与轮毂安装部10上的安装孔11对准并通过螺栓紧固，从而将轮毂1固定在轮毂安装部10上。

旋转支撑台22被构造为支撑轮毂安装部10并使轮毂安装部10旋转预定角度，以在同一操作位置安装不同的叶片(例如，图3中的第一叶片2、图6中的第二叶片3和图7中的第三叶片4)。为了使旋转支撑台22可转动地安装在安装平台50上，叶轮拼装工装还可包括旋转驱动部，旋转驱动部用于向旋转支撑台22施加旋转驱动力，使旋转支撑台22相对于安装平台50旋转预定角度。

在图1和图2示出的示例中，旋转支撑台22的外周为涡轮，且旋转驱动部包括涡杆21和驱动电机23。轮毂安装部10被支撑在旋转支撑台22上。涡杆21的两端可分别通过两个安装座24而安装在安装平台50(参见图3)上。驱动电机23可安装在其中一个安装座24上并且驱动电机23的输出轴连接到蜗杆21的一端。驱动电机23的输出轴可驱动蜗杆21旋转，进而可带动与蜗杆21啮合的涡轮旋转，从而可带动轮毂安装部10旋转。

当然，实现旋转支撑台22旋转的结构不限于涡轮蜗杆结构。例如，蜗杆21还可变形为主动齿轮，旋转支撑台22的外周还可变形为从动齿轮。驱动电机23的输出轴连接到主动齿轮，轮毂安装部10被支撑在从动齿轮上。驱动电机23的输出轴驱动主动齿轮旋转，进而可驱动与主动齿轮啮合的从动齿轮旋转，从而可带动轮毂安装部10旋转。可选地，主动齿轮可与驱动电机23的输出轴一体地形成。

或者，蜗杆21还可变形为主动皮带轮，旋转支撑台22的外周还可变形为从动皮带轮。主动皮带轮连接到驱动电机23的输出轴，轮毂安装部10被支撑在从动皮带轮上。驱动电机23的输出轴驱动主动皮带轮旋转，并经由皮带带动从动皮带轮旋转。当然，实现旋转支撑台22的结构不局限于上述结构，其可使用能够带动轮毂安装部10旋转的其他结构。

可选地，为了实现旋转支撑台22相对于安装平台50的旋转，叶轮拼装工装还可包括回转支撑部30，回转支撑部30设置在旋转支撑台22的下部。作为示例，回转支承30可具有类似于轴承的结构。例如，回转支承30可包括能够相对于彼此旋转的内圈和外圈。内圈和外圈中的一者可固定在安装平台50上，旋转支撑台22可固定在内圈和外圈中的另一者上。如此，可通过回转支承30实现轮毂安装部10相对于安装平台50的旋转。可选地，叶轮拼装工装还可包括基座60，基座60固定在安装平台50上，回转支承30的内圈和外圈中的所述一者固定在基座60上。

多个支撑杆40连接在轮毂安装部10与旋转支撑台22之间，用于调节轮毂安装部10的空间位置(例如，高度、倾斜角度和水平位置等)，从而能够调节安装在轮毂安装部10上的轮毂1的空间位置，以便于与待安装的叶片对准安装。

作为示例，支撑杆40可以为诸如包括活塞杆的液压缸等的伸缩构件。作为示例，支撑杆40可通过销轴连接在轮毂安装部10与旋转支撑台22之间。为了便于在各个方向上调节轮毂安装部10的位置状态，支撑杆40优选地可以球铰接在轮毂安装部10与旋转支撑台22之间。

在图1和图2中示出的示例中，四个支撑杆40连接在轮毂安装部10与旋转支撑台22之间，但是支撑杆40的数量不限于此，其数量可基于实际情况而设计。通过控制支撑杆40的伸缩，可调节轮毂安装部10的高度和轮毂安装部10相对于水平面的倾斜角度，并且能够使轮毂安装部10在同一高度上平移预定距离，从而能够使轮毂1与待安装的叶片对准安装。

例如，在四个支撑杆40相对于水平面的角度相同的情况下，轮毂安装部10的与四个支撑杆40相连接的下表面处于相同的水平高度，当支撑杆40均伸缩相同的长度时，轮毂安装部10能够在竖直方向上升高或降低。例如，当四个支撑杆40均伸出相同的长度时，轮毂安装部10的高度升高；当四个支撑杆40均缩回相同的长度时，轮毂安装部10的高度下降；当位于前方的两个支撑杆40缩回预定长度而位于后方的两个支撑杆40伸出预定长度时，轮毂安装部10相对于水平面倾斜。当四个支撑杆40不同程度地伸缩时(即，通过不同程度地调节四个支撑杆40的长度使其相对于水平面具有不同的倾斜角度)，可以实现轮毂安装部10在水平方向上平移预定距离。因此，通过控制多个支撑杆40的伸缩长度，能够调节轮毂安装部10的高度、倾斜角度以及水平位置。可选地，为了控制多个支撑杆40伸缩以及驱动电机23的启动和停止，叶轮拼装工装还可包括控制柜70，控制柜70可固定在安装平台50上，具体地，控制柜70可固定在基座60上。

在本实施例中，安装平台50为船舶的甲板，而甲板通常通过固定桩51(参见图3)而固定。在待安装的叶片具有相对长的长度时，在将叶片安装在轮毂1上之后使轮毂1旋转来安装另一叶片的情况下，叶片会与固定桩51发生干涉而使轮毂1无法旋转。在设置有支撑杆40的情况下，通过调节支撑杆40的长度而调节轮毂安装部10相对于水平面的倾斜角度，可使所安装的叶片的叶尖上升预定高度而避开固定桩51，如此可实现轮毂1的顺利旋转，稍后将详细描述。

优选地，叶轮拼装工装还可包括至少一个叶片托架80，叶片托架80可设置在安装平台50上，用于支撑待安装的叶片。在设置有叶片托架80的情况下，可将待安装的叶片放置在叶片托架80上，通过使轮毂1移动而与处于静止状态的叶片对准并进行安装(稍后将详细描述)。如此，与使用吊机悬吊叶片进行安装的方式相比，可避免吊机晃动而导致叶片安装困难的问题。

下面，将参照图3至图7描述使用上述叶轮拼装工装进行的叶轮拼装方法。

叶轮拼装方法可包括如下步骤：(a)将轮毂1安装到轮毂安装部10上；(b)使轮毂1的用于安装第一叶片2的第一变桨轴承处于叶片安装位置；(c)在叶片安装位置，通过调节多个支撑杆40的长度而使第一变桨轴承的安装面与第一叶片2的安装面对准，并将第一叶片2安装到轮毂1的第一变桨轴承上；(d)通过使旋转支撑台22旋转而使轮毂1的用于安装第二叶片3的第二变桨轴承旋转到上述叶片安装位置；(e)重复上述步骤(c)-(d)，直到安装完所有叶片。

下面，将以拼装三个叶片为例具体描述使用上述叶轮拼装工装拼装叶轮的方法。

首先，如图3所示，吊起轮毂1并且将轮毂1安装在轮毂安装部10上。优选地，可使轮毂1的第一变桨轴承的安装面面向安装平台50的宽度方向。

然后，在安装平台50的宽度方向上设置叶片托架80。

然后，从运输船上吊起第一叶片2，将第一叶片2吊送至设置在安装平台50上的叶片托架80上，并且使第一叶片2的安装面(即，法兰面)靠近轮毂1的一侧。

然后，通过调节多个支撑杆40的长度而调节轮毂安装部10的空间位置，例如，调节轮毂安装部10的高度和/或倾斜角度或水平位置，以使第一变桨轴承的安装面与第一叶片2的安装面对准。

然后，使轮毂1的第一变桨轴承旋转预定角度，以使第一变桨轴承的安装面上的安装线与第一叶片2的安装面上的安装线对准。

然后，通过调节多个支撑杆40的长度而使轮毂安装部10朝向第一叶片2平移预定距离，以使第一叶片2的安装面与第一变桨轴承的安装面对接。如此，可完成第一叶片2的安装。

然后，如图4和图5所示，控制远离第一叶片2的叶尖的两个支撑杆40收缩且控制靠近第一叶片2的叶尖的两个支撑杆40伸长，以将安装好的第一叶片2的叶尖抬高至高于安装平台50(即，船舶的甲板)的表面以上的固定桩51的高度。

当第一叶尖2上升到预定高度时，在确保第一叶片2不与固定桩51发生干涉的情况下，控制驱动电机23驱动蜗杆21带动旋转支撑台22旋转而带动轮毂安装部10和第一叶片2转动120°。

在轮毂安装部10和第一叶片2转动120°后，轮毂1的第二变桨轴承到达第一变桨轴承安装第一叶片时的位置，如图6所示。

如图6和图7所示，第二叶片3和第三叶片4的安装方法与第一叶片2的安装方法相同，在此将不再描述。

根据本发明的用于海上风力发电机组的叶轮拼装工装，通过驱动轮毂安装部旋转，可在同一操作位置安装所有叶片，因此与现有技术相比，无需增大船舶吊机的工作半径，从而减小了对船舶和吊机要求。

此外，根据本发明的用于海上风力发电机组的叶轮拼装工装，船舶吊机仅用于将轮毂和叶片悬吊至固定位置即可，而在拼装叶片和轮毂的过程中无需使用船舶吊机，因此可降低风力发电机组的成本。

此外，根据本发明的用于海上风力发电机组的叶轮拼装工装，在拼装叶片和轮毂的过程中，通过使轮毂动而叶片不动的方式实现轮毂与叶片的对接，因此与现有技术中使用吊机悬吊叶片进行安装的方式相比，避免了吊机晃动而导致叶片安装困难的问题。

此外，根据本发明的用于海上风力发电机组的叶轮拼装工装，通过多个支撑杆调节轮毂安装部的倾斜角度，可使叶片倾斜为使叶片的叶尖抬升预定高度，因此可避免与船舶的固定桩发生干涉，从而可实现轮毂安装部的顺利旋转。

虽然上面已经详细描述了本发明的实施例，但本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可对本发明的实施例做出各种修改和变形。但是应当理解，在本领域技术人员看来，这些修改和变形仍将落入权利要求所限定的本发明的实施例的精神和范围内。

Claims (12)

1.一种用于海上风力发电机组的叶轮拼装工装，其特征在于，所述叶轮拼装工装包括：

轮毂安装部(10)，所述轮毂安装部(10)用于固定地支撑轮毂(1)；

旋转支撑台(22)，所述旋转支撑台(22)位于所述轮毂安装部(10)的下方，并且可转动地安装在安装平台(50)上；

多个支撑杆(40)，多个所述支撑杆(40)的上端连接到所述轮毂安装部(10)，多个所述支撑杆(40)的下端连接到所述旋转支撑台(22)，多个所述支撑杆(40)能够伸缩，从而能够调节所述轮毂安装部(10)的位置。

2.根据权利要求1所述的叶轮拼装工装，其特征在于，多个所述支撑杆(40)的两端分别可枢转地连接到所述轮毂安装部(10)和所述旋转支撑台(22)，从而能够通过调节多个所述支撑杆(40)的长度来调节所述轮毂安装部(10)的高度、倾斜角度和水平位置。

3.根据权利要求1或2所述的叶轮拼装工装，其特征在于，所述叶轮拼装工装还包括回转支撑部(30)，所述回转支撑部(30)设置在所述旋转支撑台(22)的下部，用于将所述旋转支撑台(22)可旋转地安装到所述安装平台(50)上。

4.根据权利要求3所述的叶轮拼装工装，其特征在于，所述叶轮拼装工装还包括旋转驱动部，所述旋转驱动部用于向所述旋转支撑台(22)施加旋转驱动力，以使所述旋转支撑台(22)相对于所述安装平台(50)旋转预定角度。

5.根据权利要求4所述的叶轮拼装工装，其特征在于，所述轮毂安装部(10)包括轮毂安装法兰，所述轮毂安装法兰用于与所述轮毂(1)的轮毂法兰对接，从而将所述轮毂(1)固定安装在所述轮毂安装部(10)上。

6.根据权利要求4所述的叶轮拼装工装，其特征在于，所述旋转支撑台(22)的外周为蜗轮，所述旋转驱动部包括能够与所述蜗轮啮合的蜗杆以及驱动所述蜗杆旋转的驱动电机，或者

所述旋转支撑台(22)的外周为从动齿轮，所述旋转驱动部包括能够与所述从动齿轮啮合的主动齿轮以及驱动所述主动齿轮旋转的驱动电机，或者

所述旋转支撑台(22)的外周为从动皮带轮，所述旋转驱动部包括主动皮带轮和驱动所述主动皮带轮旋转的驱动电机。

7.根据权利要求4所述的叶轮拼装工装，其特征在于，所述回转支撑部(30)为轴承并包括能够相对于彼此旋转的内圈和外圈，所述内圈和所述外圈中的一者固定在所述安装平台(50)上，所述旋转支撑台(22)固定在所述内圈和所述外圈中的另一者上。

8.根据权利要求4所述的叶轮拼装工装，其特征在于，所述叶轮拼装工装还包括至少一个叶片托架(80)，至少一个叶片托架(80)设置在所述安装平台(50)上，用于支撑待安装的叶片。

9.一种使用根据权利要求1所述的叶轮拼装工装进行的叶轮拼装方法，其特征在于，所述叶轮拼装方法包括如下步骤：

(a)将轮毂(1)安装到所述轮毂安装部(10)上；

(b)使所述轮毂(1)的用于安装第一叶片(2)的第一变桨轴承处于叶片安装位置；

(c)在所述叶片安装位置，通过调节多个所述支撑杆(40)的长度而使所述第一变桨轴承的安装面与所述第一叶片(2)的安装面对准，并将所述第一叶片(2)安装到所述轮毂(1)的所述第一变桨轴承上；

(d)通过使所述旋转支撑台(22)旋转而使所述轮毂(1)的用于安装第二叶片(3)的第二变桨轴承旋转到所述叶片安装位置；

(e)重复上述步骤(c)-(d)，直到安装完所有叶片。

10.根据权利要求9所述的叶轮拼装方法，其特征在于，在步骤(c)中，通过如下操作中的至少一种来使所述第一变桨轴承的安装面与所述第一叶片(2)的安装面对准：

通过调节多个所述支撑杆(40)的长度而调节所述轮毂安装部(10)的高度和/或倾斜角度；

使所述轮毂(1)的所述第一变桨轴承旋转预定角度，以使所述第一变桨轴承的安装面上的安装线与所述第一叶片(2)的安装面上的安装线对准；

通过调节多个所述支撑杆(40)的长度而使所述轮毂安装部(10)朝向所述第一叶片(2)平移预定距离。

11.根据权利要求9所述的叶轮拼装方法，其特征在于，所述叶轮拼装方法还包括：

在执行步骤(d)之前，通过调节多个所述支撑杆(40)的长度而使所述第一叶片(2)的叶尖上升到预定高度。

12.根据权利要求9所述的叶轮拼装方法，其特征在于，所述叶轮拼装方法还包括：

在执行步骤(c)之前，将所述第一叶片(2)放置在设置于所述安装平台(50)上的至少一个叶片托架(80)上，并使所述第一叶片(2)的安装面靠近所述轮毂(1)的所述第一变桨轴承的安装面。

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