CN112189092A - 风轮机叶片旋转装置—具有叶片稳定系统的束带梢部装置 - Google Patents

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Abstract

一种能够升高和降低叶片的风力涡轮机叶片悬置和旋转装置包括：叶片壳体，该叶片壳体构造成容纳叶片并且在外表面上具有至少一个引导件；基部；第一伸缩框架，该第一伸缩框架设置在基部的第一侧；第二伸缩框架，该第二伸缩框架设置在基部的第二侧上；至少一条可调节带，该可调节带设置在可调节框架之间；其中，该至少一条带延伸经过壳体外表面上的引导件以悬置叶片。

Description

风轮机叶片旋转装置—具有叶片稳定系统的束带梢部装置
相关申请的交叉引用
本申请根据35USC 119要求2018年4月2日提交的美国临时申请62/651,601、62/651,588、62/651,586和62/651,581的优先权权益，每个申请的全部内容通过引用结合于本文。
技术领域
所公开的主题涉及用于移动风力涡轮机转子叶片的风力涡轮机转子叶片处理系统和设备、以及操作这种处理系统的相应方法。
背景技术
已知在风力涡轮机叶片的制造过程中使用多种方法和系统，包括用于支撑风力涡轮机叶片的一部分的小车，例如在从叶片模具中取出后以及在脱模后的操作(例如，外部叶片表面研磨或涂覆操作)期间使用。
常规的叶片小车包括围绕叶片主体安装的封闭环结构。但是，随着叶片尺寸增加，这些小车通常很难安装到叶片上。在小车沿着叶片运动(通常手动地)时，常常需要起重机来支撑叶片重量。另外，小车在人员和设备受到大型环的阻碍而无法轻易地在小车位置处触及叶片的前缘和后缘的脱模后的操作期间会带来危险。
常规的叶片小车构造有封闭支架，该封闭支架形成封闭环，风力涡轮机叶片被引入到该封闭环中。这种构造的缺点在于将叶片装载到小车中的操作，因为要执行装载步骤，必须将小车从叶片的梢部移动到叶片上小车可以支撑叶片重量的位置，或者必须通过使用高架移动式起重机和线缆将叶片移动到小车中。除了这种常规叶片处理系统的不期望的复杂性之外，这些常规系统的操作还需要多种运动，这些运动在引入和移除多种部件时具有叶片损坏高风险。
在WO2013092597、WO2012048719、US20140356113、EP2584191、JP2010216317中公开了一些示例性的常规叶片处理系统，它们中每一个的全部内容通过引用结合入本文，包括所公开的特定叶片接触元件和相对运动范围。
发明内容
所公开的主题的目的和优点将在下面的描述中阐明并从中变得明显以及通过实践所公开的主题而得以了解。通过在书面描述及其权利要求以及附图中特别指出的方法和系统，将实现并获得所公开的主题的其他优点。
为了实现这些和其他优点并且根据所公开的主题的目的，如具体实施和广义描述的，所公开的主题包括一种风力涡轮机叶片悬置装置，其包括：叶片壳体，该叶片壳体构造成在其中容纳叶片，该叶片壳体在外表面上包括至少一个引导件；基部；第一可调节框架，该第一可调节框架设置在基部的第一侧上；第二可调节框架，该第二可调节框架设置在基部的第二侧上；至少一条可调节带，该可调节带设置在这些可调节框架之间；其中，该至少一条可调节带延伸经过壳体外表面上的引导件以悬置叶片。
在一些实施方式中，可调节框架具有非线性形状。
在一些实施方式中，每个可调节框架包括具有底端和顶端的一对间隔开的撑杆，第一框架和第二框架的顶端设置得比第一框架和第二框架的底端更靠近。
在一些实施方式中，可调节框架构造成以伸缩方式调节带(可能多条)的高度。
在一些实施方式中，每个可调节框架包括一对具有底端和顶端的间隔开的撑杆，且邻近于顶端在相邻撑杆之间延伸有横梁。
在一些实施方式中，可调节带(可能多条)绕叶片壳体的少于整个表面延伸。
在一些实施方式中，可调节带(可能多条)绕叶片壳体的前缘延伸。
在一些实施方式中，壳体构造为具有用于容纳叶片的打开构造以及闭合构造的多零件式部件。
在一些实施方式中，带(可能多条)是可调节的以改变叶片的高度。
在一些实施方式中，该装置还包括用于使风力涡轮机叶片旋转的推进机构。
根据本公开的另一方面，一种风力涡轮机叶片悬置装置，包括：叶片壳体，该叶片壳体构造成在其中容纳叶片，该叶片壳体在外表面上包括至少一个引导件；基部；第一对伸缩框架，该第一对伸缩框架设置在基部的第一侧上；第一横梁，该第一横梁在第一对伸缩框架之间延伸；第二伸缩框架，该第二伸缩框架设置在基部的第二侧上；第二横梁，该第二横梁在第二对伸缩框架之间延伸；至少一条可调节带，该可调节带从基部延伸并设置在这些伸缩框架之间；其中，至少一条可调节带延伸经过壳体外表面上的引导件以悬置叶片。
在一些实施方式中，伸缩框架具有弧形形状。
在一些实施方式中，可调节带设置在第一对伸缩框架之间。
在一些实施方式中，可调节带设置在第二对伸缩框架之间。
在一些实施方式中，该设备还包括联接到至少一个伸缩框架的致动器，该致动器将伸缩框架从降低位置延伸至延伸位置。
在一些实施方式中，致动器附接于第一横梁和第二横梁。
在一些实施方式中，该设备还包括多个脚轮，这些脚轮附接于框架。
在一些实施方式中，带(可能多个)是可调节的以改变叶片的高度。
在一些实施方式中，该设备还包括用于使风力涡轮机叶片旋转的推进机构。
在一些实施方式中，可调节带围绕叶片的前缘。
应当理解，前面的概括描述和下面的详细描述都是示例性的，并且旨在提供对所要求保护的公开主题的进一步说明。
包括有包含在本说明书中并构成本说明书一部分的附图，以图示并提供对所公开主题的方法和系统的进一步理解。附图与描述一起用于解释所公开的主题的原理。
附图说明
图1是安装到本文所公开的处理系统的风力涡轮机叶片的示意图。
图2是安装到本文所公开的梢部装置的风力涡轮机叶片的示意图。
图3-11是本文所公开的梢部装置的示意图，示出了相对于叶片的纵向轴线绕多种位置旋转叶片。
图4-5、7和9-10描绘了本公开的梢部装置，未示出带以便使该设备的下层结构清楚。
具体实施方式
所公开的主题的目的和优点将在随后的描述中阐明并从中变得明显，以及通过实践所公开的主题可以得以了解。通过在书面描述及其权利要求以及附图中特别指出的方法和系统，将实现并获得所公开的主题的其他优点。
现在将详细参照所公开主题的示例性实施方式，其示例在附图中示出。将结合对系统的详细描述来描述所公开主题的方法和相应步骤。
本文提出的方法和系统可以用于处理——例如夹紧、固定、旋转和运输——风力涡轮机叶片。本文所公开的系统和设备可以用于促进风力涡轮机叶片制造的各种精加工过程。在示例性实施方式中，该系统包括分别称为“根部装置”和“梢部装置”的两个分立设备，如本文所包含的附图所示。
如图1所示，系统1000大体上包括根部装置100和梢部装置200。与常规处理系统相比，这些子系统100、200提供了附加的处理功能以及以更高的效率、可及性和人体工程学设计来处理较大的风力涡轮机叶片的能力。将理解的是，尽管本文中参照“梢部装置”进行叙述，但是本文中公开的设备和方法可以用于接合叶片的任何部分(即，不仅梢部部分，而且沿叶片跨度的任何位置)。
叶片处理装置200
具有叶片稳定系统的束带叶片悬置处理装置1000是本文所公开的风力涡轮机叶片旋转装置的一个方面。该结构的目的是实现以比常规系统更容易的加载过程、更高效的可及性和人体工程学设计来处理更大的风力涡轮机叶片的附加功能和机会。
本文所公开的系统具有以下子系统：i)特定形状的复合叶片型板，ii)双束带式叶片梢部旋转系统，iii)伸缩侧柱系统，iv)叶片带调节系统和v)叶片稳定系统；其中每一者都将在下面进一步详细描述。
特定形状的复合叶片型板
叶片悬置装置200包括复合叶片壳体型板300，其用作将风轮机叶片容纳在其中的套筒或护罩，如图1-11所示。型板300可以形成为两零件式部件，该两零件式部件被固定——例如，夹紧——在一起以牢固地将叶片保持在其中。这些零件可以以蛤壳式方式铰接在一起，也可以是分立的零件，这些分立的零件可释放地联接在一起并牢固地锁定，以在各种运动模式下保持叶片。型板300的内表面可以包括缓冲或保护叶片表面免受损坏的材料涂层或材料层。型板300的外表面包括一系列凹槽或通道，用于容纳和引导带，该带悬置叶片并使叶片旋转，如下面进一步详细描述的。在图2所示的示例性实施方式中，型板(300)从前缘到后缘完整地围绕叶片(为清楚起见未示出)。同样，凹槽/通道完整地围绕型板(300)延伸，以使叶片可以在与带连续接合的同时旋转360度(或更大)。虽然型板(300)可以根据特定的叶片几何形状和尺寸来确定尺寸，但是叶片悬置装置200的其余部分在设计上可以通用而适于所有风力涡轮机叶片。
叶片悬置装置200包括基部210和支撑框架伸缩柱220，如图2-11所示。叶片悬置装置200可以是单个整体单元，或者可以包括多个离散单元，这些离散单元可以连结在一起或以其他方式连接以容纳和支撑风力涡轮机叶片。例如，框架220可以是两零件式结构，该两零件式结构通过夹具或销可释放地连结并锁定在一起。可以通过在叶片下方延伸的互连撑杆沿着底部将这两个零件连结起来。
支撑基部210具有承重梁，并可选地具有脚轮以允许叶片悬置装置200绕车间运动。在所示的示例性实施方式中，梁以平行的方式布置以限定盒状框架，该盒状框架是开口的并且可以从上方和下方进出。伸缩柱220从基部210向上延伸，伸缩柱220以弧形形状——例如椭圆形——构造，使得底部连接到基部210的边缘，且顶部在叶片悬置装置的中点附近会聚。这种弧形形状的优点在于，它使支撑带的铰接点绕着横梁222而靠近该叶片悬置装置200的作为叶片支撑部位的中点。因此，重心靠近对称设备的中点。此外，弧形形状和可伸缩柱提供了足够的空间以允许叶片旋转，如下面进一步详细描述的。
如前所述，伸缩柱220在叶片悬置装置200的相对两端处还具有在相邻伸缩柱220之间延伸的横梁222。一系列横梁也在基部210的平行梁之间延伸。附加地，伸缩柱220包括将伸缩柱220夹在中间并对其进行引导的板223，并且板223与横梁222相结合为梢部装置提供附加的支撑和刚性。横梁可以是可调节的，使得柱220与基部210的前后撑杆之间的空间可以根据需要塌缩或扩展，以适应不同几何形状的叶片。
叶片悬置装置200包括凹槽或通道，用于容纳和引导皮带或带以便提升及悬置叶片。应该理解的是，伸缩柱220可以沿着叶片跨度定位在任何期望的位置，而并非必须位于叶片的绝对梢部附近。
在操作中，如果需要触及包含在叶片悬置装置200内的叶片梢部表面，则可以将第二叶片悬置装置200带到相邻位置中从而以类似的方式容纳叶片梢部。此后，可以移除第一叶片悬置装置200且同时第二叶片悬置装置200将叶片保持在悬置位置。
双束带叶片梢部旋转系统
叶片悬置装置200操作成通过皮带或带250支撑叶片以及使叶片旋转。类似于型板300，带250可以包括缓冲或保护叶片表面免受损坏的材料涂层或材料层。在所示的实施方式中，使用双带布置，但是在当前公开的系统内可以采用不同数量的带。
叶片悬置装置200具有在倾斜和偏航方向内的运动自由度。例如，可以提供带张力调节特征，其中将带张力调节机构定位于板223后面的侧柱220下方。该系统将测量带彼此之间的张力，并平衡该张力以避免带在叶片旋转期间松弛。在图3所示的示例性实施方式中，带250被引导并且可滑动地保持在从型板300向外突出的通道302内。将其中保持有叶片(为了清楚起见未示出)的型板300搁置在带250上，使得带绕型板300的前缘缠绕，并且仅在型板的上表面和下表面的一部分上延伸。换句话说，从大约中弦位置到后缘，带不与型板300接合。
带250绕顶部横梁222缠绕，并向下朝向基部(210)延伸，以绕中间横梁222’缠绕，然后绕下部横梁222”缠绕，如图6所示。根据本公开的另一方面，调节带250的长度，例如，经由辊和轴承拉长和缩回，如下文进一步详述的。因此，本文所公开的带悬置系统不需要推进装置来驱动设备的操作(即，使叶片旋转)。但是，如果需要的话，可以将单独的推进装置结合到本文所公开的系统中。
伸缩式侧柱系统
根据本公开的另一方面，叶片悬置装置200可以构造为可调节结构，该可调节结构在可操作用于容纳、悬置并旋转风力涡轮机叶片的延伸位置(图1-3、6和8-11)与例如用于叶片的装载/卸载的折叠位置(图4-5和7)之间转换。在所示的示例性实施方式中，梢部伸缩柱220适于以伸缩方式折叠，这使整个装置的尺寸最小化。
伸缩柱220通过活塞225在延伸位置和折叠位置之间转换，该活塞在下端附接到下横梁222’且在顶端附接到上横梁222，如图6所示。活塞225可以选择性地且彼此独立地致动以在梢部伸缩柱220内前进和缩回。活塞225可以通过电动、气动或液压装置致动。此外，活塞225可以包括连接机构(例如，扣钩、夹具、环等)，以牢固地且可释放地附接到横梁222。
在操作中，伸缩柱220可以设置为折叠构造，用于容纳涡轮机叶片(型板300沿着叶片跨度附接在所需位置)。带250定位于型板300的外表面上的通道/狭槽302内。然后致动活塞225以使伸缩柱220向上延伸，从而使带250在其将叶片提升并悬置在其中时处于张力下。传感器可以被嵌入在伸缩柱(220)内，使得可以通过可编程的PLC软件系统来控制扩展过程。另外，警报(例如，听觉/光学/触觉)可以用于警告相关人员该装置正在转变和/或接近其伸缩运动范围的端部。
叶片带调节系统
根据本公开的另一方面，提供了一种叶片带250长度调节系统，其在图2、6和8所示的实施方式中位于框架210下方。在一些实施方式中，盒状框架210可以是封闭的结构，在这种情况下，带调节装置可以保持在其中。提供了带长度调节系统，该系统可以增加或减小装置底部处的带的路径/长度，以便在叶片架设的中间区域缩短或拉长带。带调节系统的气缸的数量和长度是根据叶片尺寸和旋转位置计算的。
可以根据伸缩柱220的装载位置和叶片旋转位置来提供带调节。附加地或替代地，即使在叶片从根部装置100旋转期间，也可以调节带以提供必要量的叶片稳定性。而且，带可以根据叶片高度和装载/卸载条件进行调节。根据本公开的一个方面，不需要用于在该系统内旋转叶片的推进/能量/驱动系统。每条带都构造为环，并可以通过其轴承自由运动(例如，操作员可以通过手动拉动带来产生旋转)。当根部装置运行时(例如，使叶片旋转)，梢部装置将与根部装置同步地自由旋转。然而，为了提供叶片稳定，提供了用于调节带长度的驱动系统。
叶片稳定系统
根据本公开的另一方面，可以采用叶片稳定系统，该叶片稳定系统监视和控制本文所述的每个子系统的操作。例如，PLC控制软件可以被编程为使得伸缩框架222、带调节和叶片旋转都构造为同时操作。替代地，可以将控制设定为仅允许单个子系统在给定时间操作，要求在开始后续任务之前相继完成每个任务。
类似地，可以设定边界限制和条件，以减慢或停止本文所公开的任何子系统的操作。
根部装置100
根部装置100可以是单个整体单元，或者可以包括多个离散单元，这些离散单元可以连结在一起或以其他方式连接以容纳和支撑风力涡轮机叶片。根部装置100适于容纳风力涡轮机叶片的根部部分，并适于使叶片(以各种速度)旋转。因此，根部支撑构件构造成具有与风力涡轮机叶片根部互补的形状，例如，弧形形状。根部支撑构件可以包括具有与根部部分的外半径相似的半径的弯曲形状。更一般而言，根部支撑构件的形状适合于根部部分的形状。在一些实施方式中，根部支撑构件120可以是可调节的以适应变化的根部几何形状。
可以以多种方式，例如电动机、气动或液压系统，来提供产生风力涡轮机叶片的运动(例如，绕叶片纵向轴线旋转)的动力。在一些实施方式中，动力装置(以及视情况可以是相关联的布线、线缆或管道)直接容纳在根部装置内。在另一些实施方式中，动力源和/或辅助动力系统可以位于根部装置100壳体的外部。在一些实施方式中，当旋转力矩通过叶片传递并到达梢部装置中时，根部装置可以驱动叶片旋转且同时梢部装置被动地旋转。
根据本公开的另一方面，根部装置100和叶片悬置装置200可以被布置为分立的且可独立操作的部件。在一些实施方式中，根部装置和叶片悬置装置可以包括位置指示机构，这些位置指示机构传送一个部件相对于另一部件的相对位置。例如，可以包括光学(例如，激光)机构，当根部装置和叶片悬置装置正确对准(例如，相对于叶片纵向轴线)时，向使用者发出警报。如果叶片悬置装置意外移位时，警报可以通知使用者采取校正动作以使叶片悬置装置重新对准，从而不会在叶片或支撑设备上引起任何不希望的载荷。优选地，本文所公开的系统与根部装置和叶片悬置装置同步协调以同时以相同的速度移动(例如，旋转)。
此外，根部装置和梢部装置可以构造成限制它们之间的相对运动，使得每个设备彼此协同运动(例如，沿着车间重新安置)，而未在布置于其中的叶片上施加任何载荷。
应当理解的是，一旦叶片被支撑在根部装置和叶片悬置装置内，则可以移除任何用于叶片的外部支撑装置(例如，线束、起重机等)。在一些实施方式中，设备与叶片(或芯部)接合的部分可以包括保护罩，以防止损坏并进一步吸收或缓冲而防止不期望的载荷传递。如上所述的风力涡轮机叶片处理系统的实施方式可以是柔性的并且可以适应于各种转子叶片位置。这可以使得转子叶片上的载荷较小。由此，减小了损坏转子叶片的风险。
因此，本公开提供了对风力涡轮机叶片处理的各种改进和益处，一些示例包括：
1.叶片易于加载/卸载；
2.以同一装置可以获得针对同一叶片的不同梢部支撑位置；
3.梢部装置高度较低；
4.重量轻而方便移动；
5.通用设计，只需型板变化即可容纳不同叶片。
6.梢部装置的升降能力。
7.更大的叶片旋转角度及表面可及性得到提高。
8.叶片在旋转过程中将承受较小的压力。
9.系统是自对准的，因此不需要预先调整。
虽然本文根据某些优选实施方式描述了所公开的主题，但是本领域技术人员将认识到，可以对所公开的主题进行各种修改和改进，而不脱离其范围。而且，尽管所公开主题的一个实施方式的单个特征可以在本文中讨论或在一个实施方式的附图中示出而未在其他实施方式中示出，但是显然的是，一个实施方式的单个特征可以与另一实施方式的一个或多个特征或多个实施方式中的特征组合。
除了以下要求保护的具体实施方式之外，所公开的主题还针对具有以下要求保护的从属特征和以上所公开的特征的任何其他可能组合的其他实施方式。这样，在所公开的主题的范围内，可以以其他方式将在从属权利要求中提出以及在上面公开的特定特征彼此组合，使得所公开的主题应被认识为还具体针对具有任何其他可能组合的其他实施方式。因此，出于说明和描述的目的，已经给出了所公开的主题的具体实施方式的前述描述。其并不旨在穷举或将所公开的主题限制为所公开的那些实施方式。
对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离所公开主题的精神或范围的情况下，可以对所公开主题的方法和系统进行各种修改和变化。因此，意图是所公开的主题包括在所附权利要求及其等同物的范围内的修改和变化。

Claims (20)

1.一种风力涡轮机叶片悬置装置，包括：
叶片壳体，所述叶片壳体构造成在其中容纳叶片，所述叶片壳体在外表面上包括至少一个引导件；
基部；
第一可调节框架，所述第一可调节框架设置在所述基部的第一侧上；
第二可调节框架，所述第二可调节框架设置在所述基部的第二侧上；
至少一条可调节带，所述可调节带设置在所述可调节框架之间；
其中，所述至少一条可调节带延伸经过所述壳体的所述外表面上的所述引导件以悬置所述叶片。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片悬置装置，其中，所述可调节框架具有非线性形状。
3.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片悬置装置，其中，每个可调节框架包括一对具有底端和顶端的间隔开的撑杆，所述第一可调节框架和所述第二可调节框架的顶端布置成比所述第一可调节框架和所述第二可调节框架的底端更靠近。
4.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片悬置装置，其中，所述可调节框架构造成以伸缩方式调节所述可调节带的高度。
5.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片悬置装置，其中，每个可调节框架包括一对具有底端和顶端的间隔开的撑杆，且邻近于所述顶端在相邻撑杆之间延伸有横梁。
6.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片悬置装置，其中，所述可调节带绕所述叶片壳体的少于整个表面延伸。
7.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片悬置装置，其中，所述可调节带绕所述叶片壳体的前缘延伸。
8.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片悬置装置，其中，所述壳体构造为具有用于容纳所述叶片的打开构造和闭合构造的多零件式部件。
9.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片悬置装置，其中，所述可调节带是可调节的，以改变所述叶片的高度。
10.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片悬置装置，还包括用于使所述风力涡轮机叶片旋转的推进机构。
11.一种风力涡轮机叶片悬置装置，包括：
叶片壳体，所述叶片壳体构造成在其中容纳叶片，所述叶片壳体在外表面上包括至少一个引导件；
基部；
第一对伸缩框架，所述第一对伸缩框架设置在所述基部的第一侧上；
第一横梁，所述第一横梁在所述第一对伸缩框架之间延伸；
第二伸缩框架，所述第二伸缩框架设置在所述基部的第二侧上；
第二横梁，所述第二横梁在所述第二对伸缩框架之间延伸；
至少一条可调节带，所述可调节带从所述基部延伸并设置在所述伸缩框架之间；
其中，所述至少一条可调节带延伸经过所述壳体的所述外表面上的所述引导件以悬置所述叶片。
12.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片悬置装置，其中，所述伸缩框架具有弧形形状。
13.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片悬置装置，其中，所述可调节带布置在所述第一对伸缩框架之间。
14.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片悬置装置，其中，所述可调节带布置在所述第二对伸缩框架之间。
15.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片悬置装置，还包括联接至至少一个伸缩框架的致动器，所述致动器从降低位置延伸至延伸位置。
16.根据权利要求15所述的风力涡轮机叶片悬置装置，其中，所述致动器附接于所述第一横梁和所述第二横梁。
17.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片悬置装置，还包括多个脚轮，所述脚轮附接于所述伸缩框架。
18.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片悬置装置，其中，所述可调节带是可调节的，以改变所述叶片的高度。
19.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片悬置装置，还包括用于使所述风力涡轮机叶片旋转的推进机构。
20.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片悬置装置，其中，所述可调节带围绕所述叶片的前缘。
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