CN112513457A - 用于风力涡轮机叶片旋转装置的单独紧急制动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风力涡轮机叶片旋转和制动设备，其包括根部装置，该根部装置包括：根部支撑构件，该根部支撑构件具有拥有曲率半径的上表面并且构造成接收风力涡轮机叶片的一部分(例如，根部)；辊，该辊具有平行于叶片的纵向轴线的纵向轴线并且构造成使叶片旋转；制动支座，该制动支座位于根部支撑构件的侧面；和制动机构(例如，带或条带)，该制动机构固定地附接到第一支座、可释放地附接到第二支座并且在叶片上方延伸，以向叶片施加制动力。一旦施加，制动力就可以由锁定销保持。

Description

用于风力涡轮机叶片旋转装置的单独紧急制动系统
相关技术的交叉引用
本申请根据35USC 119要求享有于2018年4月2日提交的编号为62/651,586、62/651,581、62/651,588和62/651,601的美国临时申请的优先权，各临时美国申请的全部内容通过引用合并于此。
技术领域
所公开的主题涉及风力涡轮机转子叶片操纵和制动系统以及操作该系统的相应方法。
背景技术
已知在风力涡轮机叶片的制造过程中使用各种方法和系统，其包括用于支撑风力涡轮机叶片的分段的小车，例如，在从叶片模具中取出之后以及在后模制操作期间(例如，外部叶片表面的研磨操作或涂层操作)支撑风力涡轮机叶片的分段的小车。
传统叶片小车包括围绕叶片主体安装的封闭的环形结构。但是，随着叶片尺寸的增加，这些小车常常很难支承住叶片。通常，在小车(经常是手动的)沿着叶片移动时，需要起重机来支撑叶片重量。另外，在人员和设备受到大叶片环的阻碍并被阻止在小车的位置处轻易触及到叶片的前缘和后缘的情况下，小车在后模制操作期间存在危险。
传统叶片小车构造有闭合支架，该闭合支架形成封闭环，风力涡轮机叶片被引入该封闭环中。这种构造的缺点在于：将叶片装载到小车中的操作，自从要执行装载步骤，要么必须将小车从叶片的尖部移动到小车可支撑叶片重量的叶片位置，要么必须使用高架起重机和线缆将叶片移动到小车中。除了这种常规叶片操纵系统的不期望的复杂性之外，这些常规系统的操作还需要各种运动，这些运动在引入和移除各种部件时面临叶片损坏的高风险。
在WO2013092597、WO 2012048719、US 20140356113、EP 2584191、JP2010216317中公开了一些示例性的常规叶片操纵系统，在此通过引用将其每一个的全部内容并入本文，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随后的描述中阐明并从中显而易见，并且将通过对所公开的主题的实践而获知。通过在书面描述及其权利要求中以及从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。
为了实现这些优点和其他优点，并且根据如具体实施和广泛描述所公开的主题的目的，所公开的主题包括一种风力涡轮机叶片设备，该风力涡轮机叶片设备包括：根部装置，所述根部装置包括：根部支撑构件，根部支撑构件具有拥有曲率半径的上表面并且其构造成接收风力涡轮机叶片的一部分；至少一个辊，该辊具有与叶片的纵向轴线平行的纵向轴线并且构造成使叶片旋转；制动机构，该制动机构在叶片上方延伸并且可释放地固定至根部支撑构件的至少一个侧面并且构造成向叶片施加制动力。
在一些实施例中，制动机构的第一端通过销可释放地附接到根部支撑构件。
在一些实施例中，销包括开口，该开口构造成接收制动机构，并且销旋转以将制动机构围绕销缠绕。另外，制动机构包括齿轮和链条以使销旋转。
在一些实施例中，制动力以快速方式施加。附加地或可替代地，制动力以逐渐的方式施加。
在一些实施例中，至少一个辊构造成作为传送带。
在一些实施例中，旋转力和制动力由同一能量源提供动力。
在一些实施例中，制动机构可以被编程以在叶片达到预设旋转速度时自动触发断裂力。
根据本公开的另一个方面，一种风力涡轮机叶片设备包括：根部装置，所述根部装置包括：根部支撑构件，所述根部支撑构件具有拥有曲率半径的上表面并且构造成接收风力涡轮机叶片的一部分；至少一个辊，所述辊具有与所述叶片的纵向轴线平行的纵向轴线并且构造成使所述叶片旋转；第一支座，所述第一支座设置在根部支撑构件的第一横向面上；第二支座，所述第二支座设置在根部支撑构件的第二横向面上；制动机构，所述制动机构固定地附接到第一支座并且可释放地附接到第二支座并且在叶片上方延伸，以向叶片施加制动力；其中，制动力可以通过锁定销保持。
在一些实施例中，制动机构是柔性带。
在一些实施例中，根部装置包括用于使风力涡轮机叶片旋转的推进机构。
在一些实施例中，根部支撑构件的上表面的曲率半径大致等于叶片的外表面的曲率半径。
在一些实施例中，锁定销在第一方向上旋转以减小制动机构的长度。
在一些实施例中，锁定销沿第二方向旋转以增加制动机构的长度。
在一些实施例中，锁定销通过链条和齿轮组件旋转。
在一些实施例中，锁定销包括构造成接收制动机构的一部分的开口。
在一些实施例中，至少一个支座设置在至少一个辊下方。
在一些实施例中，制动机构设置在辊的中点附近。
应当理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并且旨在提供对所要求保护的公开主题的进一步解释。
包括在本说明书中并构成本说明书的组成部分的附图包括在内，以说明并提供对所公开主题的方法和系统的进一步理解。附图与说明书一起用于解释所公开的主题的原理。
附图说明
图1是安装到本文公开的操纵系统的风力涡轮机叶片的示意图。
图2是本文公开的操纵系统的根部装置的示意图。
图3是本文所公开的操纵系统的根部装置和制动器的示意图，其包括风力涡轮机叶片根部的一部分。
图4﹣图5是本文公开的操纵系统的根部装置和制动器的示意图的放大图。
具体实施方式
所公开主题的目的和优点将在随后的描述中阐明并从中显而易见，并且将通过对所公开主题的实践而获知。通过在书面描述及其权利要求中以及从附图中特别指出的方法和系统，将实现并获得所公开主题的其他优点。
现在将详细参考所公开主题的示例性实施例，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操纵(例如，夹紧、固定、旋转和运输)风力涡轮机叶片。本文公开的系统和设备可用于促进风力涡轮机叶片制造的各种精加工过程。在示例性实施例中，该系统包括两个单独的设备，称为“根部装置”和“尖部装置”，如本文包括的附图所示。
如图1所示，系统1000通常包括根部装置(100)和尖部装置(200)。这些子系统100、200提供了附加的操纵功能以及以比传统的操纵系统更高的效率、可触及性和人体工程学来处理更大的风力涡轮机叶片的能力。
自对准倾斜和偏航系统﹣根部装置(100)
根部装置(100)包括基座(110)和根部支撑构件(120)，如图1﹣图5所示。根部支撑构件(120)可以是单个一体单元，或者可以包括多个离散单元，所述多个离散单元可以连接在一起或以其他方式连接以接收且支撑风力涡轮机叶片。
根部装置(100)适于接收风力涡轮机叶片的根部部分并且使叶片旋转(以各种速度)。因此，根部支撑构件(120)构造成具有与风力涡轮机根部互补的形状，例如弓形。根部支撑构件(120)可包括弯曲形状，该弯曲形状的半径类似于根部部分的外半径。更一般而言，根部支撑构件的形状适合于根部部分的形状。在一些实施例中，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，电动系统、气动系统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。在一些实施例中，动力器件(以及如可以视情况而定的，相关联的布线、电缆或管道)直接容纳在根部装置内。在其他实施例中，动力源和/或辅助动力系统可以位于根部装置(100)壳体外部。
根部装置还包括辊(118)，所述辊用于接合叶片并促进叶片沿着叶片纵向轴线旋转。在一些实施例中，当处于空载或无载构造时(即，当根部装置上不存在叶片时)，辊(118)可构造成从根部支撑构件(120)向外延伸或突出。一旦将叶片放置在根部装置上，则叶片可以彼此独立地按下或下沉这些辊(118)，从而接合辊(118)。这种独立的运动允许叶片在根部装置内被调平/平衡。在一些实施例中，辊的这种相对运动或位移可以是线性轨迹(例如，竖直向上/向下)。在其他实施例中，辊(118)可以相对于根部支撑构件(120)枢转。在一些实施例中，辊118刚性地安装到根部支撑构件(120)上，其中唯一可允许的运动是绕其中心轴线旋转。辊通过表面摩擦与叶片的根部部分接合并促进旋转。因此，当将动力驱动器件施加到辊(118)上时，每个辊开始旋转，这继而导致叶片旋转。辊(118)可以是金属结构，其在外表面上涂覆有涂层(例如，PU)，以增加叶片和辊之间的摩擦力。
辊的尺寸构造成与叶片的尺寸相关，例如，当操纵更重/长的转子叶片时，与操纵轻/短的转子叶片相比使用更大/更长的辊。然而，辊的长度可以与转子叶片的特定的设计相关，例如所述叶片具有偏心形状和/或在辊和转子叶片之间保持期望的表面压力。使用可调节位置的柔性辊是有利的，这是因为它允许系统适于具有不同半径和/或形状的叶片。
在一些实施例中，辊(118)可以构造成作为传送带，其中绑扎材料的带围绕相邻的辊缠绕。在这样的实施例中，与离散的辊构造相比，与叶片接触的表面积因此增加。再者，传送带中的每一条传送带可以独立于其他传送带而附着在叶片上。结果，在每种情况下，即使对于具有不同直径的部件也实现了高接触表面，通过此，每条所述传送带以力锁定的方式抵靠在部件上。结果，转向装置即使在不同部件直径的情况下也确保了部件的可靠保持。在一些实施例中，辊(118)之间的间距是可调节的，并且所采用的辊(118)的总数可以大于或小于所示的示例性实施例中所描绘的四个。
根据本公开的一方面，根部装置(100)包括制动系统(150)，该制动系统将叶片安全可靠地保持在根部装置上/内(例如在运输期间，并且在一些实施例中，可以控制叶片的旋转速度)。在所示的示例性实施例中，制动系统(150)包括在根部支撑构件(120)上方延伸并固定在根部支撑构件(120)的两个侧面上的带或束带。
束带可由多种材料制成，所述材料例如是织物、金属、橡胶、塑料，并构造有适合各种尺寸和形状的叶片的尺寸。另外，束带可以涂有材料(例如，聚氨酯)和/或包括保护层，以防止损坏涡轮机叶片。如果如此需要，则该涂层/层可以增加或减小在束带和涡轮机叶片之间产生的摩擦。
在图4所示的示例性实施例中，束带150经由支座(152)永久地附接到根部支撑构件(120)。该支座可以横向向外延伸，例如，如图4所示，延伸超出辊(118)的周边。束带的另一端可释放地附接到可调节的锁定装置上。在图5所示的实施例中，锁定装置可以包括电动机和齿轮(156)，其可以由链条(157)驱动以在风力涡轮机叶片(图3示出叶片的代表性根部分段10)上张紧(或松开)束带(150)。齿轮(156)可包含在位于支座(154)上的壳体内，以防止碎屑干扰操作。电动机可以由可编程软件操作和控制到束带(150)内的限定量的扭矩和张力，该限定量的扭矩和张力是风力涡轮机叶片参数(例如，重量、直径、长度、材料等)的函数。而且，断裂系统可以由与辊(118)相同的能源提供动力。
束带(150)可释放地附接到锁定装置的连接销(158)。例如，连接销(158)可具有在其圆柱形杆内形成的用于接收束带(150)的狭槽或通道。在一些实施例中，电动机可操作以使连接销旋转来以绞盘状方式(158)缠绕带(150)，从而消除任何松弛并在束带(150)内达到期望的张紧量，以继而产生作用在涡轮机叶片上的断裂力。当从销(158)上释放时，束带(150)可以通过支座(152)上的反卷绕机构自动缩回并存储在其中。类似地，支座(152)可以包括分配狭槽，通过该分配狭槽可以分配和取回束带(150)。这通过消除束带(150)可能存在的任何绊倒危险来减小受伤的风险。尽管示例性实施例将两个支座(152、154)描绘为围绕垂直于叶展的轴线对准，但在一些实施例中，支座152、154偏置，以使得束带相对于叶展以一定角度围绕叶片缠绕。
根据本公开的一个方面，束带(150)可以固定地跨越位于根部支撑构件(120)内的风力涡轮机叶片并允许风力涡轮机叶片旋转，而不会妨碍旋转速度或在束带(150)和涡轮机叶片表面之间产生的任何明显的摩擦。在操作期间，可以从第一端(154)释放束带以打开根部装置，用于接收风力涡轮机叶片。一旦将风力涡轮机叶片放置在根部支撑构件(120)内，就可以将束带定位在叶片上方，并且将第一端(154)重新附接到根部支撑构件(120)，如图3所示。束带可以是柔性的，以适应并符合任何期望的轮廓，或者束带由足够刚性的材料形成，以便即使在根部装置(100)中不存在任何叶片的情况下也可以保持其弓形形状，如图2所示。另外，尽管在示例性实施例中仅示出了单个束带(150)，但是根据需要，可以采用沿着叶片的跨度分布的多条束带，以实现期望的制动力量。
另外，可以在各个位置处使用传感器来测量根部装置(100)内的风力涡轮机叶片的旋转速度以及任何加速度或振动。例如，轮式编码器可以位于辊(118)之间的框架上并且接合叶片以测量叶片的旋转速度和加速度。传感器还可以测量施加到束带(150)上的力。另外，可以提供刷子(162)以确保系统没有碎屑。第一刷子可以朝向辊取向，第二刷子可以朝向叶片表面取向。本文公开的制动系统可被编程以自动触发束带(150)内的断裂力以抑制或防止叶片旋转。另外，本文公开的断裂系统可以手动操作以触发断裂力。可以以逐步方式施加断裂力以稳定地减小涡轮叶片的旋转速度。附加地或可替代地，可以以突然的方式施加断裂力，例如，紧急断裂，以抓住转子叶片并防止进一步旋转。可以通过将连接销(158)锁定到位来施加和保持断裂力。这可以通过齿轮(157)上的齿来完成，这些齿在处于锁定位置时可防止反向旋转。
该系统中的叶片旋转的示例性操作速度是在3﹣4分钟内一个周期(叶片360度旋转)。因此，本文公开的应急系统能够在几秒钟内检测到速度偏差并且不会增加叶片的动量。当叶片的自重动量大于叶片与辊之间的摩擦力时，可能会发生紧急情况(例如，叶片掉落)。在这种情况下，紧急制动系统可以：i)添加额外的摩擦表面(例如，通过与带150表面的接合而产生)；和/或ii)增加施加在叶片上的垂直力以增加在辊处的摩擦力。该附加力将由联结在结构主框架上的带(152)的固定点吸收(例如，没有任何阻尼弹簧)。
因此，本公开的断裂系统(150)可以构造成与使涡轮机叶片旋转(经由辊118)的推进系统分离的单独系统。这两个系统可以彼此独立运行，或者以同时方式运行，或者也可以在另一个系统启动之前与一个系统接续运行。
再者，本文公开的断裂系统增强了叶片附近范围内的人员的安全性。此外，本公开减小了损坏风力涡轮机叶片的风险，这是因为通过断裂系统提供的更大的控制减小了过大的速度和/或不稳定性。
根部装置(100)与尖部装置协同操作，下面将进一步详细描述。因此，根据本公开的一个方面，在操作期间，在根部装置(100)内产生叶片旋转力，并且同样在根部装置(100)中产生断裂力(与旋转力独立地、同时地或接续地)。
自对准倾斜和偏航系统-尖部装置(200)
根据本公开的另一方面，根部装置(100)和尖部装置(200)可以设置为分离的且可独立操作的部件。在一些实施例中，叶片旋转由根部装置(100)驱动，其中，尖部装置(200)没有用于旋转的驱动单元并且是由叶片自身旋转的自同步旋转。在一些实施例中，根部装置和尖部装置可包括位置指示机构，该位置指示机构传达一个部件相对于另一个部件的相对位置。例如，可以包括光学(例如激光)的机构，其在根部装置和叶尖装置正确对准(例如，相对于叶片纵向轴线)时向用户发出警报。如果尖部装置意外移位，警报可以通知用户采取纠正措施以将尖部装置带回到对准，从而不会在叶片或支撑设备上引起任何不期望的负载。优选地，本文公开的系统与协调的根部装置和尖部装置同步而移动，例如同时以相同速度旋转。
此外，根部装置和尖部装置可构造成限制它们之间的相对运动，使得每个设备与另一个设备协同运动(例如，沿着工场重新安置)，而无需在设置在其中的叶片上施加任何载荷。
将理解的是，一旦叶片被支撑在根部装置和尖部装置内，则可移除任何外部支撑装置，例如用于叶片的线束、起重机等。在一些实施例中，与叶片接合的设备的各部分可包括保护盖，以防止损坏并进一步吸收或缓冲以防止不期望的负载传递。如上所述的风力涡轮机叶片操纵系统的实施例可以是柔性的并且可以适于各种转子叶片位置。这可以导致转子叶片上的负载较小。因此，减小了损坏转子叶片的风险。
尽管本文根据某些优选实施例描述了所公开的主题，但是本领域技术人员将认识到的是，可以在不脱离本公开的范围的情况下对所公开的主题进行各种修改和改进。而且，尽管所公开主题的一个实施例的单个特征可以在本文中讨论或在一个实施例的附图中示出而没有在其他实施例中示出，但是显然的是，一个实施例的各个特征可以与另一个实施例的一个或多个特征或与来自多个实施例的特征组合。
除了以下要求保护的特定实施例之外，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从属特征的任何其他可能组合的其他实施例。这样，在从属权利要求中提出的和以上公开的特定特征可以在所公开主题的范围内以其他方式彼此组合，使得所公开的主题应被理解为还具体针对具有任何其他可能组合的其他实施例。因此，出于说明和描述的目的，已经给出了所公开主题的特定实施例的前述描述。并不旨在穷举或将所公开主题限制到所公开的那些实施例。
对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在不脱离所公开主题的精神或范围的情况下，对所公开主题的方法和系统进行各种修改和改变。因此，意图是所公开主题包括在所附权利要求及其等效方案的范围内的修改和改变。

Claims (20)

1.一种风力涡轮机叶片设备，包括：
根部装置，所述根部装置包括：
根部支撑构件，所述根部支撑构件具有拥有曲率半径的上表面，并且构造成接收风力涡轮机的叶片的一部分，
至少一个辊，所述辊具有平行于所述叶片的纵向轴线的纵向轴线，并且构造成使所述叶片旋转；
制动机构，所述制动机构在所述叶片上方延伸并且能够释放地固定至所述根部支撑构件的至少一个侧面，并且构造成向所述叶片施加制动力。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片设备，其中，所述制动机构的第一端通过销能够释放地附接到所述根部支撑构件。
3.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片设备，其中，所述销包括开口，所述开口构造成接收所述制动机构。
4.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片设备，其中，所述销旋转以围绕所述销缠绕所述制动机构。
5.根据权利要求2所述的风力涡轮机叶片设备，其中，所述制动机构包括齿轮和链条，以使所述销旋转。
6.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片设备，其中，所述制动力以快速方式施加。
7.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片设备，其中，所述制动力以逐渐方式施加。
8.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片设备，其中，所述至少一个辊构造成作为传送带。
9.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片设备，其中，旋转力和制动力由同一能量源提供动力。
10.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片设备，其中，所述制动机构能够被编程，以在所述叶片达到预设旋转速度时自动触发断裂力。
11.一种风力涡轮机叶片设备，包括：
根部装置，所述根部装置包括：
根部支撑构件，所述根部支撑构件具有拥有曲率半径的上表面，并且构造成接收风力涡轮机的叶片的一部分，
至少一个辊，所述辊具有平行于所述叶片的纵向轴线的纵向轴线，并且构造成使所述叶片旋转。
第一支座，所述第一支座设置在所述根部支撑构件的第一横向侧上；
第二支座，所述第二支座设置在所述根部支撑构件的第二横向侧上；
制动机构，所述制动机构固定地附接到所述第一支座、能够释放地附接到所述第二支座并且在所述叶片上方延伸，以向所述叶片施加制动力；
其中，所述制动力能够通过锁定销保持。
12.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片设备，其中，所述制动机构是柔性带。
13.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片设备，其中，所述根部装置包括用于使所述风力涡轮机的叶片旋转的推进机构。
14.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片设备，其中，所述根部支撑构件的所述上表面具有大致等于所述叶片的外表面的曲率半径。
15.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片设备，其中，所述锁定销沿第一方向旋转以减小所述制动机构的长度。
16.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片设备，其中，所述锁定销沿第二方向旋转以增加所述制动机构的长度。
17.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片设备，其中，所述锁定销通过链条和齿轮组件旋转。
18.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片设备，其中，所述锁定销包括构造成接收所述制动机构的一部分的开口。
19.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片设备，其中，所述至少一个支座设置在所述至少一个辊下方。
20.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片设备，其中，所述制动机构设置在辊的中点附近。
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