CN112384465A - 风力涡轮机元件提升方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种提升轭(10)，所述提升轭(10)被构造成用于在从承重线(16)悬挂时支撑负载(1)；所述轭(10)包括绕承重轴线(17)延伸的框架(15)；所述轭(10)还包括定向调节装置，所述定向调节装置包括与定向控制系统(51)相关联的至少两个推进器(20)；所述推进器(20)是可控制的，以调节和/或使所述轭(10)在水平面中的角定向稳定；其特征在于，所述负载(10)是风力涡轮机的元件；其中，所述轭包括至少两个转向臂(30)，每个转向臂在彼此相反的方向上远离所述承重轴线(16)延伸并延伸超过所述轭框架(15)；并且其中，所述至少两个推进器(20)中的每一个推进器设置在所述轭(10)的相应转向臂(30)上；其中，每个所述转向臂(30)在其近端(43)处具有轭接口，并且其中，所述推进器(20)朝向其远端(44)布置在所述臂(30)上。还公开了一种借助于所述轭提升负载的方法，或者一种使轭进入用于待提升负载的定向的方法。

Description

风力涡轮机元件提升方法和设备
本发明涉及一种用于风力涡轮机的元件的提升方法和设备。特别地，本发明涉及在构建或拆卸或维修风力涡轮机时安全地提升风力涡轮机元件，并且涉及用于实现该提升的方法和设备。
水平轴线风力涡轮机通常包括位于塔架顶部的舱室和附接到舱室的叶片转子。更具体地，转子通常包括径向地连接到轮毂的一组叶片。轮毂安装在容纳在舱室中的可旋转驱动轴上。驱动轴形成包括发电机并且可以包括齿轮箱的传动系的一部分。驱动轴和其它传动系元件通常容纳在舱室中。一个或多个变压器和/或电力管理系统也可容纳在舱室中。驱动轴可以直接联接到发电机，或者例如经由齿轮箱间接地联接。发电机通常与包括变压器和逆变器和/或转换器系统的电力管理部件相关联。转子随着风向叶片施加提升力而旋转。这使驱动轴旋转，驱动轴继而驱动发电机。发电机将电能发送到包括变压器和开关设备的电力管理系统。然后，电力可被输送到电网或其它电力网络。
当构建风力涡轮机时，通常的做法是首先通常由固定在地基或过渡件或其它基部上的一个或多个节段来建造塔架。然后，舱室可放置在塔架顶部。舱室可以以部分或完全预组装的状态在塔架上放置就位。也就是说，舱室在其安装在塔架上时可包括一些或所有传动系和/或电力管理元件。在一些情况下，在将舱室安装在塔架上之前，轮毂也可以预安装在舱室处。在舱室在部分预组装时安装的情况下，一个或多个元件可随后被提升到安装的舱室上的适当位置。这可以包括传动系或其元件，和/或电力管理系统或其元件。如果需要，轮毂可以附接到安装的舱室的驱动轴。在一些情况下，轮毂可以以完整转子的形式附接到舱室。通常，将叶片一个一个地附接到在塔架顶部的安装的轮毂。
当在构建期间将风力涡轮机元件提升到位时，尤其是当使用起重机或类似的提升设备时，被提升的元件的定向可能需要保持在小心控制下，以便确保其相对于其附接点的正确定位。在拆卸或维修操作期间，可能出现对控制风力涡轮机元件的定向的相同需要，其中可能需要将提升轭带到相对于风力涡轮机处的风力涡轮机元件的所需定向，以便将轭与风力涡轮机元件连接。风力涡轮机元件通常非常重并且可能是庞大的。操纵通常从起重机悬挂的这种物体可能是困难的。环境风可使定向或对准悬挂的风力涡轮机部件的任务另外变得困难。风力涡轮机及其组成元件的尺寸的增加使得悬挂元件的定向越来越具有挑战性。
根据传统实践，当提升大负载时，拉线可以连接到负载本身或连接到负载支撑轭。拉线可以由通常在地平面的操作者控制。这对于操作者来说具有安全隐患，尤其是当负载增加时并且当负载上的力变大时。还建议将拉线连接到或多或少的自动绞盘系统，该自动绞盘系统全部或部分地设置在起重机上。在US2012/0328408或WO2008/061797或WO2015/165463中给出了起重机上的拉线绞盘系统的示例。根据这些引用文献中的后者，由拉线绞盘致动器根据至少一个测量单元的信号来执行对悬挂负载的位置和旋转的控制，该测量单元具有位于负载上的信号发射器并且测量角度或随时间的角度变化，该信号被传输到中央监测和控制单元并且在中央监测和控制单元中被处理，该中央监测和控制单元通过根据在中央监测和控制单元中被处理的多个负载信号将补偿控制信号多次传输到用于拉线和起重机主线的相关致动器来执行对负载的旋转和位置的控制。这些系统通常需要对起重机进行修改，并具有附带的认证要求。因此，这些系统意味着显著的资本费用、安装费用，并且在一些情况下，它们需要根据起重机类型、负载能力或设计而单独地调整。在起重机处拉线系统的验证可能是耗时的。在DE2356504中，已经提出通过将可控制的鼓风机装配到轭，当将提升轭框架连接到货物集装箱时避免需要拉线。在DE102012010019中，建议将方向可调节的翅片连接到用于风力涡轮机叶片的提升轭，方向可调节的翅片与方向可调节的鼓风机组合，该鼓风机也可沿着轭的长度方向来回滑动。在可调节性、精确性或稳定性方面，先前建议的在悬挂的提升轭处使用鼓风机不能提供对庞大而重的负载的角定向的良好可控性。
发明内容
本发明提出了一种用于在提升操作期间定向悬挂负载的设备。因此，本发明提出了一种如所附权利要求1所限定的提升轭。其进一步的可选特征在所附权利要求2至9中限定。还提出了提供一种用于悬挂负载的提升和定位方法。这种方法在所附权利要求10中限定。还进一步提出提供一种用于悬挂的提升轭的提升和定位方法。这种方法在所附权利要求11中限定。所述方法的其它可选特征在相应的从属权利要求12至15中限定。
将特别参考附图描述本发明及其各种可选方面，其中本发明的可选方面通过非限制性示例来说明。
图1示出了包括本发明的可选方面的以风力涡轮机叶片的形式悬挂在夹持器型轭中的负载的简化三维视图；
图2示出了根据本发明的可选方面的夹持器型提升轭的正交视图；
图3a至图3c示出了示出本发明的可选方面的夹持器型提升轭的不按比例的简化的相应平面图、后视图和端视图；
图4示出了根据本发明的可选方面的包括致动器和控制元件的提升轭的简化示意图；
图5示出了根据本发明的可选方面的包括伸缩转向臂的提升轭的示意性平面图；
图6a至图6b示出了根据本发明的特定可选方面的伸缩转向臂的附加细节；
图7示出了根据本发明的可选方面的铰接推进器；
图8示出了表示根据本发明的附加可选方面的包括推进器臂的提升轭的示意性平面图；
图8a示出了表示根据本发明的附加可选方面的其转向臂被移除的提升轭的平面图；图8b示出了表示根据本发明的附加可选方面的可移除转向臂的平面图；
图9示出了包括本发明的一些组合特征的转向臂的替代实施方式的简化视图；
图10a和图10b示出了表示根据本发明的一些附加可选方面以及包括本发明的一些附加可选方面的提升轭上的可折叠转向臂的示意性平面图；
图11示出了具有组合的可折叠和伸缩的转向臂的提升轭的变型的又一替代性示意性平面图；
图12示出了根据本发明的可选方面的T形框架型提升轭的正交视图；
图13示出了与风力涡轮机舱室形式的替代负载连接的又一T形框架型提升轭的正交视图；
图14示出了与负载连接的梁型提升轭的正交视图；
图15示出了在现场的风力涡轮机处的构建或维修场所的简化视图；
图16示出了本发明的另一个可选方面，其在风力阻尼模式下操作。
具体实施方式
根据本发明，被构建成用于在从承重线16悬挂时支撑风力涡轮机元件的提升轭10包括转向臂30，该转向臂30在彼此相反的方向上径向地远离轭10的承重轴线17延伸，并且延伸超过轭的框架15，其中可控制的推进器20朝向转向臂30的远端44设置在至少两个相应的转向臂30上。使用在转向臂30上间隔开的推进器20，可以以高度的可控性、稳定性和准确性来调节甚至轭10中的大且重的负载1的绕承重轴线17的角定向。在提升轭10处的转向臂30上设置推进器20，这两者放大了由推进器20产生的给定量的推力对轭10或负载1的转动或稳定效果。这也增加了负载1或轭10的角定向的可控性。推进器20可以被调节以在比不使用转向臂30的情况下可能的推力输出水平更宽范围的推力输出水平之间工作。例如，施加到推进器20的低水平的推力可以实现悬挂负载1的小角度调节，或者可以实现在微风中使负载1稳定。使用低推力水平来调节负载的定向的可能性还可允许使用给定的电源56例如电池使推进器20工作更长时间。
转向臂30可在转向臂与轭的接口29处附接到轭框架15。优选地，当在提升轭10处处于展开构造时，转向臂30在水平面中远离承重轴线17延伸了大于从承重线到轭框架周边的水平距离的20％，该距离是在相关的转向臂推进器20和承重轴线17之间的水平线上测量的。特别是在从推进器20的中点到承重轴线17测量的。还优选地，当在提升轭10处处于展开构造时，转向臂30水平地远离承重轴线17延伸了大于从承重线17到轭框架15周边的水平距离的30％。还优选地，当在提升轭10处处于其展开构造时，转向臂30远离承重轴线17延伸了大于从承重线17到轭框架15周边的距离的40％，或大于50％。可选地，当在提升轭10处处于其展开构建时，转向臂30远离承重轴线17延伸了大于从承重线17到轭框架15周边的距离的60％。
优选地，轭10被构造成用于以相对于轭10固定的关系支撑负载1。因此，当负载1被支撑在所述轭10中时，轭10的定向的改变对应于负载1的定向的改变。承重轴线17尤其可以是竖直轴线。承重轴线17可以与起重机3的承重线16重合，轭10从该承重线悬挂。轭10可以通过护罩(例如见图1、图12或图13)或其它提升接口(例如滑轮型系统)连接，并从承重线16悬挂。
风力涡轮机部件的运输、处理、构建、维修和其它操纵操作通常在现场进行。这些操作需要诸如提升轭10的硬件来执行相关操作。硬件需要被运输到现场的风力涡轮机元件的相关处理位置，这可能涉及在相当长的距离上的运输以及运输到可能难以接近的远程位置。运输庞大的处理硬件可能是增加构建、运输或维修等的操作成本的因素。因此，在本发明的另一优选可选方面，转向臂30可被构造成使得其可相对于轭10在收缩构造和展开、延伸构造之间移动。转向臂30的收缩构造可对应于轭10的运输或装运构造，而转向臂30的展开或延伸构造可对应于轭10的用于提升的操作构造。特别地，在使用轭10的提升操作之前，转向臂30可以从其收缩构造延伸。这将增加提升轭10在不处于操作构造时的紧凑性。优选地，在轭10处的至少两个转向臂30可以是可收缩的。优选地，在轭10的彼此相对的侧面或端部处的转向臂30可以是可收缩的。优选地，在轭10处的所有转向臂30可以是可收缩的。当处于收缩构造时，转向臂30延伸超过轭框架的长度比当处于展开构造时可以减小三分之一或更多。优选地，所述长度可以减小一半或更多。更优选地，所述长度可以减小三分之二或更多。可选地，转向臂30可以收缩到折叠位置抵靠轭框架15。可选地，转向臂30可以收缩到折叠位置，至少部分地在轭框架15的周边内延伸。转向臂30可包括一个或多个铰链35，以使其能够进行折叠延伸或收缩动作。可选地，转向臂30可以在轭10处收缩到伸缩地缩回的位置。可选地，转向臂30可以至少部分地在轭框架15的周边内收缩到伸缩地缩回的位置。转向臂30可包括伸缩元件(例如见图5、图6a、图6b、图7、图9、图10a、图10b、图11或图12)，以使其能够伸缩地缩回到收缩位置或延伸到展开位置。优选地，轭框架15可包括一个或多个贮藏支架77布置，该一个或多个贮藏支架被构造成用于将转向臂30保持在其收缩构造。可选地，轭框架15和转向臂30之间的接口可以被构造成使得转向臂30能够牢固地固定到轭框架15以及从轭框架15快速移除。在轭框架15处的贮藏支架77布置可被构造成将一个或多个移除的转向臂30贮藏在轭框架15处。优选地，所述贮藏支架77布置可被构造成用于将一个或多个移除的转向臂30贮藏在轭框架15的周边内。
在可选的方面，转向臂30可借助于臂30上的一个或多个铰链35缩回到收缩构造。特别地，转向臂30可借助于臂30上的一个或多个铰链35在收缩构造和展开构造之间移动。铰链35可以有利地朝向转向臂30的近端43放置。优选地，铰链35可以另外设置在转向臂30的近端43和远端44之间。替代地或附加地，转向臂30可以借助于沿着臂30的伸缩装置而缩回到所述收缩构造。特别地，转向臂30可以借助于臂30上的伸缩装置而在收缩构造和展开构造之间移动。有利地，伸缩臂壳体可以朝向转向臂30的近端43布置。替代地或附加地，转向臂30可以借助于臂30的近端43处的可释放的转向臂与轭接口29而缩回到收缩构造。特别地，转向臂30可以借助于臂30的近端43处的可释放的轭接口29而在收缩构造和展开构造之间移动。图6a和图6b中以举例的方式示出了可伸缩地缩回的臂30。图5、图7和图9或其它图中以示例的方式示出了可缩回转向臂30的其它变型。在实施方式中，转向臂30既可以通过铰链35折叠，又可以伸缩地缩回，并且还可以可选地从轭框架15移除。这种布置以各种形式在图10a、图10b或图11中举例示出。在图9中示出了转向臂30的一个例子，该转向臂具有伸缩元件和在其近端43处的可释放的轭连接元件31。优选地，至少一个转向臂30可以包括插头或插座38、39，该插头或插座38、39用于在固定在其上的所述推进器20和所述轭10之间进行电连接。该特征在与被构造成可移除地固定到轭10的转向臂30连接时可以是特别有利的。优选地，电连接37可以将轭10处的电气元件(例如推进器控制单元54和/或电源56)与转向臂30上的推进器20连接。
在可选的方面，在推进器20和转向臂30之间可以设置铰链35。推进器20因此可以抵靠转向臂30折叠以实现紧凑性。该特征可以与可收缩臂30的特征结合。优选地，转向臂30可以包括位于其自身和推进器20之间的一个铰链。优选地，另一个铰链可以设置在转向臂处，例如朝向其近端43或者在其近端43和远端44之间。
可选地，推进器20可以布置成与提升轭10的承重轴线17等距。这种布置可以提供从相对的推进器20产生的推力的改进的平衡，确保了由于推进器对的致动而导致的负载1或轭10振荡或摆动的减小的趋势。此外，这种布置可以确保在承重轴线17的相对的侧面的相对的转向臂30上的推进器20可以具有相等的功率。因此，在本发明的另一可选方面，承重轴线的相对的侧面上的推进器20可具有相等的推力功率输出额定值。特别地，推进器20可以布置成在承重轴线17的相对的侧面上并且与其等距的成对的相等功率的推进器20。更特别地，推进器20可以绕所述承重轴线17对称地布置，并且可以具有相等的功率输出额定值。为所有推进器提供相等的功率额定值的附加优点来自轭元件的标准化和模块化。此外，从控制装置到推进器的驱动输出从而可以全部被构造成具有相等的输出功率额定值和控制特性。
优选地，每个推进器20可以是方向可逆的，能够在彼此相反的方向上提供推力(参见图15或图2中的箭头A、B)。
优选地，轭10的角定向以及由此被支撑在所述轭10中的负载1的角定向在水平面中绕所述承重轴线17可由远程控制单元57特别是由操作者控制。例如，参见图4中以示例方式示出的远程控制单元57。这可以被称为手动操作，并且例如在风力涡轮机元件被对接在风力涡轮机上的特定位置处的同时，在坐在安装的风力涡轮机2处的操作者试图维持悬挂的风力涡轮机元件的所需定向时，这可以是有用的。替代地，在风力涡轮机元件的拆卸操作期间，在断开连接期间可以维持元件在水平面中的定向。例如，参见图15，如果条件是有风的，则这种操作模式可以防止在使元件断开连接的动作期间的损坏。如果用于操纵移除的元件的空间有限，这也是有用的。仍然优选地或附加地，轭10处的定向调节装置可以包括在所述轭处的定向控制系统51，该定向控制系统51与所述推进器20通信。远程控制装置57可以与所述控制系统51处的接收器53协作。因此，可以在远程控制单元57处设置发射器52。所述定向控制系统51可以具体地为自动定向控制系统51。控制系统51可以安装到轭10。控制系统51可以优选地包括定向传感器55和推进器控制单元54。优选地，定向控制单元51可以与电源56相关联。电源56可以安装在轭10上，尤其是在提升轭的操作期间。优选地，所述控制单元51可以包括电源56。
在另一可选方面，本发明涉及一种使用根据本发明的轭10提升和定位负载1的方法，并且包括将负载1带到所需位置的步骤，该所需位置优选地是风力涡轮机2处的连接位置，同时将负载1相对于连接位置维持在预定定向α。这是通过使用转向臂30上的推进器20来实现的。优选地，使用设置在轭10上的定向控制系统51来控制负载相对于连接位置的定向角α。可选地，该方法可以使用与所述控制系统51通信的远程控制单元57来执行。可选地，该方法可以使用与所述控制系统51相关联的定向传感器55来自动执行。优选地，该方法可以包括在所需的连接位置处将负载1固定到风力涡轮机2。可选地，该方法可以使用所述定向传感器55自动地执行，并且随后使用远程控制单元57手动地执行。可选地，将所述负载1带到所述连接位置以便在两者之间连接的最终步骤可以使用所述远程控制单元57执行。举例来说，用于例如舱室的连接位置可以包括塔架顶部偏航甲板。例如用于风力涡轮机叶片的连接位置可包括在轮毂7处的变桨环。本发明的方法可特别地在风力涡轮机构建期间实现。本发明的方法可例如在维修风力涡轮机2或其元件期间实现。该方法可优选地包括使轭10的转向臂30从其收缩构造延伸至其延伸构造，特别是在提升所述负载1之前。
在替代可选方面，本发明可包括一种将提升轭10提升和定位在待提升的负载1处的方法。这种方法在将提升轭10带到风力涡轮机2处的风力涡轮机元件的阶段特别有用，以在拆卸之前抓住或支撑元件，例如用于维修元件。该方法可优选地包括使轭10的转向臂30从其收缩构造延伸至其延伸构造，特别是在提升所述轭10之前。
在可选的方面，该方法可以包括在所述提升轭10处提供与所述推进器20通信的定向控制系统51，并且自动地调节轭10的水平的角定向。为此，定向控制系统51可以特别地包括定向传感器55。该方法优选地包括：在所述定向控制系统51中限定所需角定向α；以及借助于所述定向控制系统51中的一个或多个所述传感器55检测在给定方向A、B上与所述所需角定向α的角偏差；以及借助于所述控制系统51自动地致动推进器20，以提供作用在所述轭10上和/或支撑在所述轭10中的负载1上的方向力，该力在对抗所述检测的角偏差的方向上作用。由传感器55检测的角偏差可以是与所述所需角定向α的绝对偏差，或者它可以是在远离所述所需角定向α的方向上的加速度。
在可选的方面，该方法还可以包括使用定向调节装置的远程控制，例如使用由操作者操作的远程控制单元57，围绕承重轴线17在水平面中调节轭10和/或被支撑在轭10中的负载1的角定向。
特别参考附图可以理解附加的一般和具体特征。例如，图15示出了风力涡轮机场地的示例，该风力涡轮机场地可以是风力涡轮机安装场地或风力涡轮机维修场地。例如，当借助于起重机3和轭10将风力涡轮机叶片形式的负载1连接或重新连接到风力涡轮机2处的诸如轮毂7的连接位置时，一方面可能需要将负载1保持在控制下，可能在有风的条件下，另一方面，可能需要确保负载1精确地定位在正确的定向α上以便连接到风力涡轮机2。对于环境风W，可能存在负载1被推出其预期定向α的趋势。这可能造成负载1在提升期间可能与风力涡轮机2或起重机或其它设备的一部分碰撞的风险。如果负载1在连接阶段期间脱离定向，则这还可能造成对负载1或对风力涡轮机2处的连接位置的损坏的风险。在图15中，轭10或负载1围绕其承重线16或承重轴线17的旋转运动由方向指示A和其相反方向B指示。在提升期间，可能需要第一定向α以避免与其它元件碰撞，例如当负载1在向上或向下的途中时，而在负载1与风力涡轮机2之间的连接阶段期间，需要可能不同的第二定向α。在任何情况下，可能需要确保负载1在连接/断开连接阶段期间和/或在提升/降低操作期间关于其水平角定向保持在控制下。此外，在将轭10带到风力涡轮机2的风力涡轮机元件的操作中，在轭向固定到风力涡轮机2的负载1的接近运动期间，以及在轭10到负载1的对接动作期间，可能需要控制轭10的角定向α。如果例如风W将负载1在方向A上推出其预期的水平定向，则需要向负载1施加力，以将其在方向B上推向其预期的定向α。为此，可以使轭10围绕竖直轴线、特别是优选地与起重机的承重线16重合的承重轴线17旋转。为此，本发明提供了一种轭10，该轭10具有包括推进器20的转向臂30，图1和图2中示出了推进器的一个示例。如果环境风W倾向于不均匀地推靠负载1，也就是说，如果风W倾向于对悬挂负载1的一个端部比另一个端部更多地推靠，则负载1可能倾向于转离其瞬时角定向。
风力涡轮机叶片形式的负载1可以通过任何合适的装置支撑在轭10中，例如通过包括在夹持器臂上的夹持器元件的夹持器12。夹持器臂可以与致动器112相关联，该致动器被构造成用于在负载1的支撑位置和释放位置之间打开和闭合夹持器12。另外，或者作为替代，可以设想其它支撑元件，例如吊索、摩擦表面或成形凹部或任何夹具型机构。图1和图2所示的轭10具有由两个平行的、间隔开的“C”形端部框架元件构成的结构，它们的开口面向相同的方向。两个“C”形端部框架通过一组大致平行的梁在轭10的纵向方向上接合。在所示的示例中，有四个大致平行的纵梁，当从上方、下方或从后方看时，所述纵梁限定轭框架15的大致矩形的形状。轭10的正视图是进入轭的纵向开口的视图，尽管轭10的框架15从正前方看时也将呈现为大致矩形。在每个“C”形端部框架的末端处，可以设置缓冲器，用于防止负载1例如风力涡轮机叶片或其它纵向元件在被放置在轭10中时受到损坏。图1和图2中所示的缓冲器为辊的形式。在图1和图2的示例中，轭10可以使用任何合适的装置从起重机3的承重线16悬挂，例如图1所示的护罩，将承重线16连接到轭10的每个拐角。可以设想轭10和承重线16之间的其它接口，例如从承重线16到轭10的框架元件的直接连接或滑轮式连接。承重线16和轭10之间的连接或接口可以特别地允许轭10围绕承重线16并且由此围绕承重轴线17的旋转运动。轭10被构造成用于接收负载1。轭10被构造成用于支撑负载1。特别地，轭10被构造成从承重线16悬挂。更特别地，轭10被构造成从承重线16悬挂并且用于在负载1的提升期间支撑负载1。轭10还被构造成从承重线16悬挂并且接收负载1，例如与负载1对接，例如与连接到风力涡轮机2的风力涡轮机元件对接。
如上所述，轭10包括框架15，在该框架15上可以支撑各种辅助元件。例如，图1和图2所示的轭10包括支撑夹具型夹持器12的框架15和接合到承重线16的接口。轭框架15也可以支撑上述缓冲器。轭框架15还提供了接合到转向臂30的接口。转向臂30可优选地包括朝向其远端44布置的推进器20。优选地，每个转向臂30可以包括推进器20。推进器20可以以诸如螺旋桨或涡轮的鼓风机的形式提供。可选地，推进器20可以包括火箭发动机。可选地，每个推进器20可包括一组推力元件，例如在图9中更清楚地示出。
转向臂30纵向地延伸并在远离承重轴线17的方向上伸出。转向臂30在远离承重轴线17的方向上伸出超过轭框架15。可选地，转向臂30可在径向地远离承重轴线17的方向上延伸。可选地，转向臂30可对称地远离平分轭10的垂直于其纵向轴线119的平面延伸。可选地，转向臂30可以对称地且径向地远离所述承重轴线17延伸。优选地，转向臂30可以相对成对地围绕承重轴线17或围绕与承重轴线17重合的平面18布置在轭10处。优选地，一对相对的转向臂30均包括相同数量的推进器20。优选地，布置在一对相对的转向臂30上的推进器20均对应地布置成与承重轴线17或与和承重轴线重合且垂直于轭10的主轴线119经过的平面18等距。这可以对应于推进器20在转向臂30上的镜像类型的布置。
转向臂30在其近端43处连接到轭10的框架15。转向臂30和轭框架15之间的连接类型可以是任何合适的类型。优选地，转向臂30可以均在转向臂与轭接口29处连接到轭框架15。该接口29可以是固定的或可分离的。可分离的接口29可以允许从轭框架15移除转向臂30。例如，如图8所示，可分离的轭接口29可以包括位于转向臂30处的轭连接件31和位于轭10处的转向臂连接件32。转向臂连接件32可包括位于框架15处的支架或插座。同样，轭连接件31可包括位于转向臂30处的支架或插座。连接轴可以插入连接插座，以便将转向臂30牢固地固定到轭框架15。可以设想替代的布置，例如转向臂30和轭框架15之间的接口29的固定布置，例如通过焊接。
图3a至图3c示意性地示出了根据本发明的可选方面的轭10的可能布局。转向臂30被示出从承重轴线17在相反方向上远离承重轴线17延伸。为了稳定性，每个转向臂30可包括多于一个的支柱33、34。例如，转向臂30可包括第一支柱33和第二支柱34。转向臂30的第一支柱33和第二支柱34可在转向臂的近端43处间隔开，同时朝向其远端44会聚并接合在一起。图9中示出了转向臂30的示例的细节，该转向臂包括朝向其远端44接合的第一支柱33和第二支柱34。每个支柱33、34包括轭连接器31，用于在轭框架15处的接口29处连接到转向臂连接器32。每个推进器20可以选择性地构造成用于提供向前和反向方向的推力，如图3a和图3c的图中的箭头所示。在可选的方面，与推进器控制单元54连接的控制系统51可以被构造成确保轭10处的推力作用由一起一致地作用的两个或更多个推进器提供。例如，在相对地延伸的转向臂30上的推进器20可以以这样的方式响应推力致动信号，即它们一起作用以提供围绕轭的承重轴线17的旋转力矩。换句话说，对应的相对的推进器均可以在相反方向上施加推力，相当于围绕承重轴线17的单一旋转方向A或B。轭10和支撑在轭10中的任何负载1(图2或图3中未示出)将由于推进器20的推力作用而倾向于围绕承重轴线17旋转。
在实施方式中，推进器20的推力方向可以相对于负载1或轭10固定。在其它可选方面，推进器的定向可以相对于负载1或轭10转向。在替代实施方式中，推进器可以仅在一个方向上提供推力。推进器20例如可以包括在相反方向上定向的一对推进器单元。因此，转向臂30可受到来自推进器20的第一推进器单元的在第一方向上的推力作用，并且该相同的转向臂30也可选择性地受到来自相同推进器20的第二推进器单元的在第二(例如相反的)方向上的推力作用。
如已经提到的，为了确保负载1被带到其预期定向α，推进器20可以被致动以在相反方向上工作，从而两者都倾向于在顺时针方向A或逆时针方向B上转动负载1，直到负载的主轴线19与预期的水平角定向α对准。在一些情况下，负载1可以通过该动作被带回到正确的定向α，尽管同时保持不在其预期对准中。处于正确定向α但同时偏离其预期对准的负载1可更特别地使其主轴线19平行于并偏离于具有定向α的预期轴线I(见图16)。这例如可以在环境风W相对于负载1的主轴线19(或相对于轭10的主轴线119)形成侧风时发生。如果在轭10的相对的端部处的推进器20彼此相对地作用，则负载1可以停留在正确的定向α，但是被推离其预期轴线I，即，不与其预期轴线I对准，例如，平行于其预期的定向轴线I。类似地，在其它情况下，作用在负载1上的侧风W的作用可以是将负载1推离其预期轴线I，但平行于其预期定向角α。当悬挂轭10和/或其承载的负载1被推离其预期对准线I时，如果由侧风W引起，则这可能与承重线16重合，从而承重轴线17不与竖直方向对准。推进器20在共同方向D上朝向预期对准轴线I的推力作用可以使承重线16重新建立为位于竖直方向上。因此，通过对推进器20的附加控制，轭10可以被操作为将轭10或/和负载1带入预期对准I，以将横向推力分量施加到轭10，即，在横向于轭主轴线119的方向上的推力分量。
在这种情况下，推进器20可以被操作以提供相同方向D上的推力，以使负载1进入其预期对准。特别地，转向臂30上的一个推进器20或一组推进器20可以在一个方向A上施加推力，而相对的转向臂30上的另一个推进器20或另一组推进器20可以在相同但在旋转上相反的方向B上施加推力，从而趋向于使负载1以平移移动D朝向其预期对准轴线I移动。推进器20的平移动作可以是推进器20趋向于校正角偏差的动作的补充。可选地，已经对准在预期定向α的负载1或轭10可被控制以仅施加平移移动D，以便将轭10或负载1移动到如下位置：其中负载轴线19沿着预期对准轴线I定位。优选地，该位置也与竖直的承重线16重合。在本发明的可选方面中，在轭处的控制装置51可以包括能够检测轭的承重轴线17从竖直方向的偏离的传感器。这种传感器可以是倾斜检测器，如本领域已知的。因此，在可选的方面，由推进器20施加的推力可以适于产生负载1和/或轭10在横向于或垂直于其纵向主轴线19、119的方向上的横向移动。在一些情况下，由推进器20施加在相对定向的转向臂30上的推力可以在相同的方向上并且具有不同的大小。向推进器20的这种控制信号将倾向于例如抵消侧风W，该侧风W倾向于将负载1横向地推离其预期对准I并推离其预期的角定向α。
图4中的图示出了根据本发明的可选方面的轭10的控制元件。轭10可以包括与转向臂30上的推进器20操作性关联的定向控制系统51。该控制系统51可以包括推进器控制单元54。推进器控制单元54可以向推进器20输出信号，该信号被校准以产生校正负载1和/或轭10与预期角定向α的角偏差所需的推力的量。用于测量轭10的自身定向的穿过轭10的参考线可以是轭10的主轴线119或与主轴线119平行的线。控制系统51可以包括电源56。在可选的方面，推进器20可以由与控制系统51相同的电源56供电。或者，推进器20可以由与控制系统电源56不同的单独电源供电。在实施方式中，推进器电源可以安装到轭10。优选地，定向控制系统51可以安装在轭10上。可选地，定向控制系统51可以直接安装在负载1上。优选地，定向控制系统51包括定向传感器55。定向传感器55可以是陀螺仪类型的传感器或磁传感器或其它，例如微电子定向传感器，并且可以依赖于GPS或霍尔效应或其它效应来感测绝对定向或定向的瞬时改变。例如，当轭10绕竖直轴线旋转时，陀螺仪装置可以输出与轭10的旋转加速度成比例的信号。类似地，由传感器55相对于地球磁场的定向的改变驱动的传感器55可以输出指示其定向的信号。响应于来自传感器55的表示检测到的远离预定定向的移动或定向的信号，推进器控制单元54中的连接到传感器55的处理器可确定要施加的推进器输出信号。例如，比例-积分-微分(PID)控制算法可以在推进器控制单元中实现，产生推进器驱动信号，该推进器驱动信号抵消与轭10的预定或所需或默认定向的偏差。轭10的所需定向可以在控制系统51中使用数据录入控制台58预先限定，在图4所示的实例中，该数据录入控制台可以是无线控制装置57。其后，在负载1或轭10的提升期间，或者在将轭10对接到将要容纳在其中的部件处的操作期间，控制系统51可以以自动模式工作，其中推进器20被自动地致动，以补偿由传感器55检测到的轭10的定向偏差。在另一个可选方面，负载1或轭10的角定向可以使用远程控制装置57来调节。这可以采取对预限的、所需定向角进行轻微调节的形式。例如，当形成负载1的元件接近连接位置时，其被自动维持的预定角定向可能稍微偏离所需定向。在这种情况下，操作者可以在连接阶段期间通过最终调节从预定角定向α增加或减去小角度，例如一度或更多。为此，操作者可以使用远程控制装置57的用户接口59上的显示器或按键来输入对应的指令。在远程装置57处的发射器/接收器52可以经由控制系统51处的接收器/发射器53发射相关指令。操作者对负载1和/或轭10的视觉观察可以通知进行调节的需要。或者，可以输入多于一个的预定定向α1、α2、…并作为预置存储在控制系统51或操作者控制台58中。然后这些可以在轭10的提升操作期间的不同阶段由操作者选择性地应用。因此，例如，在提升操作的初始阶段期间需要维持第一定向α1的情况下，可以指示控制系统51保持轭10被对应地定向。在相同操作的稍后阶段，不同的定向可能是适当的，在该点处，控制系统51可被指示应用并遵循不同的第二定向角α2。可选地，控制系统1可以包括倾斜传感器61。来自倾斜传感器61的倾向于指示轭10远离水平的倾斜的信号将指示承重轴线17从竖直方向的偏离。这可以表明负载1和/或轭10被侧风W推离其预期对准I。从推进器控制单元54到推进器20的控制信号因此可以补偿与预定角定向α的错位以及与预期对准I的偏离。
图5示出了伸缩壳体中的伸缩臂形式的可收缩转向臂30。伸缩壳体可以在转向臂与轭接口29处附接到轭框架15，在该实施方式中，该转向臂与轭接口可以是固定接口29。转向臂30可以收缩到伸缩缩回位置，如图6a所示。在轭10的装配阶段，为了使用，伸缩转向臂30可以如图6b所示延伸。对于一些操作，转向臂30可以如图6b所示以部分延伸的构造工作。在可选的方面，并且为了在运输期间进一步的紧凑性或另外当不使用时，在转向臂30处的推进器20可以经由推进器铰链25铰接地连接到转向臂30，如图7所示。在进一步可选的方面，推进器20可以设置有保护性径向整流罩21。特别地，螺旋桨型推进器20或涡轮型推进器20可以设置有保护性径向整流罩21。
在可选的方面，可收缩的转向臂30可以借助于在轭10和转向臂30之间的可分离接口29在转向臂30的近端43处缩回。这种布置在图8或图9中示出。在提升操作之后，或在运输操作之前，或为了轭10的存储，转向臂30可以从轭框架11断开连接，并且例如放置在轭10处的贮藏支架77中的贮藏位置。转向臂30可以包括轭连接件31，该轭连接件31可连接到轭10处的转向臂连接件31。可以经由转向臂30处的电缆37向推进器20供应电力。电缆可以经由电缆37上的插头38和轭10上的插座39连接到轭10处的电源56，反之亦然。电缆37可以是轭10处的电源56和转向臂30上的推进器20之间的电缆。电缆37可以包括轭10处的控制系统51和推进器20之间的通信电缆。或者，处于通信的推进器20和定向控制系统51可以无线通信。在一些实施方式中，每个推进器20可包括其自身的电源。在这种布置中，沿着转向臂30的电缆37可以仅是通信电缆。
图9示出了转向臂30的一个示例，该转向臂30可移除地连接到轭10，并且还可伸缩地收缩。在该实施方式中，还可以设置铰链35，以适应转向臂的第一支柱33和第二支柱34之间的改变的角度。还以示例的方式示出了包括四个推进器子单元的推进器20，所述四个推进器子单元朝向转向臂30的远端44布置。在其它实施方式中，推进器20可以包括一个推进器单元或两个推进器子单元。
为了允许转向臂30在轭10处的收缩和展开构造之间移动，可以在转向臂30上设置一个或多个铰链35。这可以作为伸缩式可收缩布置的替代，或者可以是除了伸缩式布置之外的布置。图10a示出了处于展开构造的铰接转向臂30。该臂具有两个支柱，第一支柱33和第二支柱34，该第一支柱33和第二支柱34在它们与轭框架15的连接处、在与轭框架的接口29处间隔开，并且朝向转向臂30的远端44接合在一起。第二支柱34可以经由该第二支柱34与第一支柱33之间的滑动连接件36在第一支柱33上滑动。图10b示出了转向臂的收缩构造。在图10a和图10b所示的实施方式中，转向臂既是铰接的又是可伸缩的。推进器20被示出具有推进器铰链25，以便在处于收缩构造时增加紧凑性。
在另外的实施方式中，支柱34可包括通过铰链接合在一起的多个连杆。在图11中，可以看到由第一连杆341和第二连杆342组成的第二支柱34。这两个连杆341、342可通过肘部铰链355铰接地接合在一起。第二支柱的第二连杆342可以在腕部铰链356处接合到第一支柱。第二支柱的第一连杆341可在肩部铰链357处接合到框架15。第二支柱的肩部铰链357可特别地在框架15上与转向臂30的框架15和第一支柱33之间的铰接连接件35间隔开。在图11所示的实施方式中，转向臂30可使用铰链35、355、356、357收缩。所示转向臂30可另外通过伸缩臂部分和伸缩壳体而收缩。整个转向臂30可另外从轭移除，如图8、图8a和图8b所示。沿箭头60方向的简单折叠动作可使转向臂30从其展开构造移动至其缩回构造。为了更加紧凑，推进器可以在推进器铰链25处的转向臂30上折叠。转向臂30可以附加地伸缩缩回。
轭10可以具有例如与提升吊索装置连接的“T”形构造，在该提升吊索装置中，例如风力涡轮机叶片形式的负载1可以从轭10悬挂。叶片可以特别地悬挂在末端吊索187和根部吊索186中，该吊索可以被构造为翻转吊索。吊索186、187都可以悬挂在轭10的下方。在每个端部处，轭可以包括转向臂30，该转向臂30可以是铰接的或伸缩的或以其它方式可收缩的。在图12的示例中，“T”形轭10的转向臂30是可伸缩地缩回的。这些转向臂30可以固定地附接到轭10，或者可以如上所述可移除地附接到轭10。在图12的示例中，推进器20朝向每个转向臂30的远端44定位，其向外延伸超过轭框架15的纵向端部。轭10可以包括主纵梁121，该主纵梁121在使用中可以平行于负载1的主纵向轴线19。横梁122或“T”形杆122可固定地连接到主梁121，并相对于主梁121横向地布置。转向臂30超过轭10的纵向长度，该转向臂突出超过轭框架15，从而在使轭10定向时给予转向臂上的推进器20更大的杠杆作用和更大的控制。
负载1可包括风力涡轮机舱室，例如图13所示。舱室可在提升操作中放置在塔架顶部。舱室在水平面中围绕承重轴线17的角定向可使用具有上文所述推进器20的转向臂30来控制。可选地，轭可以具有矩形形状或“T”形，如图所示。示意性地示出的转向臂30可以在水平方向上纵向延伸超过框架15。负载的主轴线19可以被带到与轭10的主轴线相同的定向。负载1可以通过提升缆线或链条或皮带或任何其它装置悬挂在轭10的下面。在图14所示的替代实施方式中，待提升的负载1可具有垂直于提升轭10的主轴线119的主轴线。可选地，转向臂30可在远离承重轴线17的相反方向上和横向于提升轭的主轴线119的水平方向上延伸。优选地，在可选的方面，轭10可以被构造成使得其转向臂30在与待由轭10提升的负载1的主轴线19平行或基本上对准的方向上延伸。
在本上下文中，风力涡轮机元件可以特别地包括风力涡轮机转子或其部件，例如轮毂或叶片。风力涡轮机元件可以包括舱室或其其它元件，例如冷却器或传动系或电力管理系统。风力涡轮机元件可包括传动系的部件，例如传动轴或齿轮箱或发电机。风力涡轮机部件也可以是塔架或塔架节段。风力涡轮机元件可以包括风力涡轮机的任何元件。对风力涡轮机的引用可包括构建中的风力涡轮机。为了避免疑问，术语“提升”可以包括降低负载1的动作或操作，尤其是降低风力涡轮机叶片或舱室的动作或操作。本文所指的起重机可包括任何提升工具，特别是尺寸和构造被设计成通常提升风力涡轮机元件或特别是给定风力涡轮机元件的起重机或提升工具。对悬挂的负载定向可以包括维持其限定的定向。本上下文中的词语“方面”旨在被理解为指定本公开的主题的可选而非必要特征、元件或实施方式。

Claims (16)

1.一种提升轭(10)，所述提升轭(10)被构造成用于在从承重线(16)悬挂时支撑负载(1)；
所述轭(10)包括围绕承重轴线(17)延伸的框架(15)；
所述轭(10)还包括定向调节装置，所述定向调节装置包括与定向控制系统(51)相关联的至少两个推进器(20)；
所述推进器(20)能够被控制以调节和/或稳定所述轭(10)在水平面中的角定向；
其特征在于，所述负载(10)是风力涡轮机的元件；
其中，所述轭包括至少两个转向臂(30)，每个转向臂在彼此相反的方向上远离所述承重轴线(16)延伸并延伸超过所述轭框架(15)；
并且其中，所述至少两个推进器(20)中的每一个推进器设置在所述轭(10)的相应转向臂(30)上；
其中，每个所述转向臂(30)在其近端(43)处具有轭接口，并且其中，所述推进器(20)朝向所述转向臂(30)的远端(44)布置在所述转向臂(30)上。
2.根据权利要求1所述的提升轭(10)，其中，一个或每个所述转向臂(30)相对于所述轭(10)具有收缩构造和延伸构造。
3.根据权利要求2所述的提升轭(10)，其中，至少一个所述转向臂(30)借助于所述转向臂(30)上的铰链(35)能够缩回到所述转向臂(30)的所述收缩构造中；和/或其中，至少一个所述转向臂(30)借助于沿着所述转向臂的伸缩装置能够缩回到所述转向臂(30)的所述收缩构造中；和/或其中，至少一个所述转向臂(30)借助于所述转向臂(30)的所述近端(43)处的能够释放的轭接口(31、32)能够缩回到所述转向臂(30)的所述收缩构造中。
4.根据权利要求1或根据前述权利要求中任一项所述的提升轭，其中，在所述推进器(20)和所述转向臂(30)之间设置有推进器铰链(25)。
5.根据权利要求1或根据前述权利要求中任一项所述的提升轭(10)，其中，所述推进器(20)布置成与所述承重轴线(17)等距；优选地，其中，所述推进器(20)围绕所述承重轴线(17)对称地布置。
6.根据权利要求1或根据前述权利要求中任一项所述的提升轭(10)，其中，每个推进器(20)是方向可逆的，能够在彼此相反的方向(A、B)上提供推力。
7.根据权利要求1或前述权利要求中任一项所述的提升轭(10)，其中，所述轭(10)在水平面中围绕所述承重轴线(17)的所述角定向能够由远程控制单元(57)控制，特别是由操作者控制。
8.根据权利要求1或前述权利要求中任一项所述的提升轭(10)，所述轭(10)还包括与所述推进器(20)通信的定向控制系统(51)；所述定向控制系统(51)包括定向感测单元(55)和推进器控制单元(54)。
9.根据权利要求7所述的提升轭(10)，其中，至少一个所述转向臂(30)包括插头或插座(38、39)，所述插头或插座(38、39)用于在固定于所述转向臂上的所述推进器(20)与所述轭(10)之间进行电连接。
10.一种提升和定位负载(1)的方法，所述方法包括：
提供具有承重线(16)的起重机(3)；
提供负载(1)；
提供提升轭(10)，所述提升轭(10)被构造成用于支撑从所述承重线(16)悬挂的所述负载(1)，所述轭(10)包括围绕承重轴线(17)延伸的框架(15)；以及
将所述负载(1)支撑在所述轭(10)中；
为所述轭(10)提供包括至少两个推进器(20)的定向调节装置，以及
提升从所述承重线(16)悬挂的所述负载(1)；以及
控制所述推进器(20)以调节和/或稳定所述负载(10)围绕所述承重轴线(17)的角定向；
其特征在于：
所述方法还包括为所述轭(10)提供至少两个转向臂(30)，所述转向臂(30)在彼此相反的方向上远离所述承重轴线(17)延伸并延伸超过所述轭框架(15)，并且将所述推进器(20)朝向所述转向臂的远端放置在相应的所述至少两个转向臂(30)上，并且：
所述负载(1)是风力涡轮机元件；所述方法还包括：
将所述负载(1)带到风力涡轮机(2)处的所需位置，同时借助于所述定向调节装置将所述负载相对于所述位置维持在预定定向(α)上，并且优选地在所述所需位置处将所述负载(1)固定到所述风力涡轮机(2)。
11.一种将提升轭(10)提升和定位在待提升的负载(1)处的方法，所述方法包括：
提供具有承重线(16)的起重机(3)；
提供所述负载(1)；
提供提升轭(10)，所述提升轭(10)被构造成用于支撑从所述承重线(16)悬挂的所述负载(1)，所述轭(10)包括围绕承重轴线(17)延伸的框架(15)；以及
为所述轭(10)提供包括至少两个推进器(20)的定向调节装置，以及
提升从所述承重线(16)悬挂的所述轭(10)；以及
控制所述推进器(20)以调节和/或稳定所述轭(10)围绕所述承重轴线(17)的角定向，并且在将所述轭(10)定位在所述负载(1)处时，借助于所述定向调节装置将所述轭(10)相对于所述负载(1)维持在预定定向(α)上，并且优选地将所述轭(10)固定到所述负载(1)；
其特征在于：
所述方法还包括为所述轭(10)提供至少两个转向臂(30)，所述转向臂(30)在彼此相反的方向上远离所述承重轴线(17)延伸并延伸超过所述轭框架(15)，并且将所述推进器(20)朝向所述转向臂的远端放置在相应的所述至少两个转向臂(30)上；
并且所述负载(1)是风力涡轮机元件，优选地在风力涡轮机(2)处。
12.根据权利要求10或11所述的方法，所述方法还包括使所述轭(10)的转向臂(30)从其收缩构造延伸到其延伸构造。
13.根据前述权利要求10至12中任一项所述的方法，所述方法还包括在所述提升轭(10)处提供与所述推进器(20)通信的定向控制系统(51)；
在所述定向控制系统(51)中限定其所需角定向(α)；以及
借助于所述定向控制系统(51)中的一个或多个传感器(55)检测在给定方向(A，B)上与所述所需角定向(α)的角偏差；以及
借助于所述控制系统(51)自动地致动推进器(20)，以提供作用在所述轭(10)上并且与所检测到的角偏差相反的方向力。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括由操作者使用所述定向调节装置的远程控制来调节所述轭(10)的所述角定向。
15.根据权利要求10或根据权利要求10至14中任一项所述的方法，其中，所述提升轭(10)是根据权利要求1或根据前述权利要求1至9中任一项所述的提升轭(10)。
16.根据前述权利要求10至12中任一项所述的方法，所述方法还包括在所述提升轭(10)处提供与所述推进器(20)通信的定向控制系统(51)；
在所述定向控制系统(51)中限定其相对于水平的所需倾斜；以及
借助于所述定向控制系统(51)中的一个或多个传感器(61)来检测在给定方向上相对于水平的角度倾斜；以及
借助于所述控制系统(51)自动地致动推进器(20)，以提供作用在所述轭(10)上并且与所检测到的角度倾斜相反的方向力。
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