CN112832955A - 用于风机叶片安装的自主升降式辅助对接装置及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于风机叶片安装的自主升降式辅助对接装置及安装方法，辅助对接装置包括抱箍机构、塔筒抱紧机构、叶片对心机构以及控制器，抱箍机构包括依次连接的第一抱环、第二抱环，第一抱环、第二抱环分别通过可开合的方式安装塔筒、叶片；塔筒抱紧机构沿第一抱环周向的内侧布置，能够使抱箍机构沿塔筒的长度方向运动并能够将抱箍机构固定在塔筒上；叶片对心机构沿第二抱环周向内侧布置；控制器控制塔筒抱紧机构、叶片对心机构的运动，本发明通过采用可自主升降的抱箍机构，解决了风机叶片垂直安装过程中吊装对接的难题，装置本身安装和拆卸方便，可重复使用，提高了风机叶片的安装效率。

Description

用于风机叶片安装的自主升降式辅助对接装置及安装方法

技术领域

本发明涉及风电技术领域，具体地，涉及一种用于风机叶片安装的自主升降式辅助对接装置及安装方法。

背景技术

近年以来，海上风电发展迅速，全球新装机容量屡创新高。随着我国风电平价时代的到来，风电成本有进一步下降的需求。而风机的安装成本约占项目总成本的20％左右，采用便捷、高效的安装方式来降低风机安装成本具有非常重要的意义。目前海上风机多采用固定式基础，大部分风电场分布于水深少于40m的浅海区域。对于固定式海上风机的安装，主要分为固定式基础的安装和风机本体吊装两个阶段，其中风机吊装又可分为整体吊装和分体吊装两种方式。随着海上风机趋于大型化，整体吊装对起重机要求过高，分体吊装的方式已经成为主流。海上风机的分体吊装即将风机拆分为塔筒、机舱、轮毂、叶片等零部件，或前者相互之间组合的预装件，而后运输到风机安装海域，由安装船上的起重机将这些部件先后起吊并合拢安装在风机基础上。在这期间，部件吊装受到安装所在海域的海况(风、浪、流等)影响较大，因此安装要求的海况较苛刻，稍有风浪就需要停止吊装，风机安装成本也因此居高不下。

大部分风机分体吊装过程中都需要进行单叶片吊装，单叶片吊装一般采用刚臂结构吊具固定叶片，可采取水平吊装、斜线吊装或垂直吊装的方式。起重机通过吊具将叶片吊起至高空，而后通过移动吊车、人力拉动缆绳等方式不断调整叶片的位置和姿态，直至叶片根部的连接螺栓插入风机轮毂对应的螺栓孔并锁紧，完成单叶片吊装。吊装过程中叶片受到风载荷的影响、塔筒机舱整体受到风、浪载荷影响，二者都会出现晃动进而使得空中对接合拢难以完成，甚至出现对接失败叶根连接螺栓损坏的情况。

针对单叶片对接难题，除实际中采用低效、危险的人力拉动缆绳的方式外，现有技术有主动控制叶片和吊具的方法，如采用绞车主动控制缆绳稳定和操纵叶片运动，或在吊车和吊具间连接绳索和滑轮结构实现叶片的姿态控制。另外现有技术中也有在轮毂或叶片上加装辅助对接装置的方法，提高叶片对接的容许偏移量，这类辅助对接装置普遍存在装卸困难的问题。

如专利文献CN107387329A公开了一种适用于海上风机单叶片安装的轮毂对接装置，包括圆形卡环、弹簧阻尼器、力作用器、缓冲板、控制器和电动马达，该装置使用弹簧和缓冲板结构，在叶片和轮毂对接时逐渐合拢，从而起到引导叶根与轮毂对齐的效果,但该设计对接过程仍需要人力辅助稳定叶片的运动；再如专利文献CN109837901A公开了一种海上风机单体桩基抱桩器，采用了双层抱箍式结构和液压夹紧机构，并设置互相垂直的两道滑轨实现抱桩器的双向平移，进而有效控制待安装单体桩基的运动以及保证抱桩器的平稳回收。但该设计抱桩器内部两个活动抱臂功效有限，活动功能显得多余，且装置体积和重量均较大，采用的滑轨结构占用大量甲板面积，又如专利文献US7207777B2公开了一种用于风机叶片的安装方法以及相应的吊具系统，采用了起重机上加装辅助臂和多条缆绳配合吊具将叶片保持垂直姿态，吊具上采用夹紧装置防止叶片滑落，最终可实现叶片从轮毂下方垂直对接安装，但该设计主要针对陆地风机，未考虑风速较大时叶片和轮毂对接困难的问题。，且需要特殊的起重机和复杂的缆绳系统，适用性不足。还例如专利文献CN 206278171 U公开了一种模块化的多功能塔筒自动爬升装置，采用多个相同的爬升单元首尾通过连接带连接环抱塔筒，每个爬升单元上的转向轮和驱动电机，可实现整体环状装置在风机塔筒上垂直、水平、螺旋移动。该装置主要用于塔筒的检修维护，模块化的设计使其拆卸便利且可适用不同型号风机，但爬升模块间采用连接带进行连接，夹紧力有限，载重能力有限且安全性不足，同时该设计载重不均衡时环形连接体易变形倾斜，导致各单元负荷不均匀，可能引起安装危险。

因此，针对海上风机叶片吊装对接合拢难题，亟需一种便捷、高效的辅助安装装置和方法，消除吊装叶片和轮毂之间的相对运动并实现高精度的对接。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于风机叶片安装的自主升降式辅助对接装置及安装方法。

根据本发明提供的一种用于风机叶片安装的自主升降式辅助对接装置，包括：

抱箍机构，包括依次连接的第一抱环以及第二抱环，所述第一抱环、第二抱环分别能够通过可开合的方式安装塔筒、叶片，输出高度信息；

塔筒抱紧机构，沿所述第一抱环周向的内侧布置，能够使所述抱箍机构沿所述塔筒的长度方向运动并能够将所述抱箍机构固定在所述塔筒上，输出塔筒抱紧机构与所述塔筒之间的夹紧力信息；

叶片对心机构，沿所述第二抱环周向的内侧布置，能够使所述叶片限制在第二抱环中不发生径向摆动并能够调整所述叶片的轴心位置；

控制器，接收所述夹紧力信息以及高度信息，控制所述塔筒抱紧机构、叶片对心机构的运动。

优选地，所述第一抱环上通过所具有的塔筒抱箍右活动臂、塔筒抱箍左活动臂能够在打开状态和合拢状态之间选择，其中，在完全打开状态时，所述第一抱环的开口允许所述塔筒安装到所述第一抱环的内部，在合拢状态时，所述第一抱环允许所述塔筒抱紧机构在夹紧所述塔筒和松开所述塔筒之间调节；

所述第二抱环通过所具有的叶片抱箍活动臂能够在打开状态和合拢状态之间选择，其中，在完全打开状态时，所述第二抱环的开口允许所述叶片安装到所述第二抱环的内部，在合拢状态时，所述第二抱环允许所述叶片对心机构在夹紧所述叶片和松开所述叶片之间调节。

优选地，所述塔筒抱箍右活动臂、塔筒抱箍左活动臂通过机械驱动的方式实现在打开状态和合拢状态之间的切换，当在合拢状态时，所述塔筒抱箍右活动臂和塔筒抱箍左活动臂相向的一端连接并通过机械驱动的方式进行锁定或解锁；

所述叶片抱箍活动臂通过机械驱动的方式实现在打开状态和合拢状态之间的切换，当在合拢状态时，所述叶片抱箍活动臂通过机械驱动的方式进行锁定或解锁。

优选地，所述第一抱环上背向所述第二抱环的一端设置有配重用以调整所述抱箍机构的重心。

优选地，所述塔筒抱紧机构通过驱使自身所具有的多个沿所述第一抱环周向内侧均匀布置的夹紧单元朝向或背向所述第一抱环的轴心方向运动实现与所述塔筒之间夹紧力的调节并通过驱使所述加紧单元所具有的塔筒夹紧轮转动进而实现沿所述塔筒长度方向的运动。

优选地，所述叶片对心机构通过驱使自身所具有的多个沿所述第二抱环周向内侧均匀布置的定位单元朝向或背向所述第二抱环的轴心方向运动实现所述叶片轴心位置的调节以及与所述叶片的夹紧力的调节。

优选地，所述塔筒抱紧机构采用电机和/或油缸驱动；

所述叶片对心机构采用电机和/或油缸驱动；

所述第一抱环、第二抱环的开合动作采用电机和/或油缸驱动。

优选地，所述抱箍机构通过所具有的高度传感器输出高度信息；

所述塔筒抱紧机构通过所具有的力传感器输出塔筒抱紧机构与所述塔筒之间的夹紧力信息；

所述控制器通过无线通讯设备与地面控制站信号连接。

根据本发明提供的一种风机叶片的安装方法，包括如下步骤：

步骤1：将第一抱环调整至完全打开状态并通过吊装设备将抱箍机构的第二抱环套在塔筒上并将第一抱环调整至合拢状态，启动塔筒抱紧机构并通过自身所具有的塔筒夹紧轮压紧塔筒，直至压紧力达到第一预设目标压力；

步骤2：驱使所述塔筒夹紧轮在塔筒表面滚动进而带动抱箍机构沿塔筒向上运动，控制器根据接收到的压紧力信息实时控制调整塔筒抱紧机构与塔筒的夹紧程度，从而将压紧力控制在第一预设目标压力，当抱箍机构到达安装高度时，控制器控制塔筒抱紧机构与塔筒抱紧；

步骤3：命令机舱动作并使轮毂朝向与第一抱环、第二抱环中心连线同向，转动轮毂使待对接叶片的法兰盘面转动至轮毂的最低点；

步骤4：将第二抱环调整至完全打开状态并将叶片通过吊装设备吊至安装高度并将叶片根部放入第二抱环中，将第二抱环调整至合拢状态，控制第二抱环上的定位单元使定位单元与叶片之间的压紧力达到第二预设压力；

步骤5：通过调节定位单元、吊装设备的施力方向、配重进而使叶片根部螺栓平面与轮毂待对接叶片的法兰盘面平面平行，且盘面中心对齐，调整轮毂的变桨装置，使法兰盘上的定位销孔和叶片根部的定位销对齐，控制吊装设备将叶片向上提升，叶片根部的螺栓插入法兰盘上的螺栓孔并锁紧；

步骤6：命令第二抱环调整至完全打开状态并通过夹紧单元驱使抱箍机构沿着塔筒逐渐下降至与已安装叶片不干涉的位置，需要进行下一个叶片吊装时，重复步骤2至步骤6，不需要进行叶片安装时进入步骤7；

步骤7:通过夹紧单元驱使抱箍机构沿着塔筒下降至可回收位置，将第一抱环调整至完全打开状态并通过吊装设备将抱箍机构从塔筒上吊下。

优选地，所述第一预设目标压力能够使所述抱箍机构在塔筒上不滑落；

所述第二预设压力能够使定位单元压紧叶片且不损坏叶片。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过采用可自主升降的抱箍机构，解决了风机叶片垂直安装过程中吊装对接的难题，装置可以自行攀爬至指定位置，完成吊装后可以自行下降至回收位置，并且装置本身安装和拆卸方便，可重复使用，提高了风机叶片的安装效率，安全系数高。

2、本发明中沿第一抱环周向内侧布置的多个塔筒夹紧轮能够通过调节之间的安装空间进而能够适应不同尺寸的风机塔筒，同时，沿第二抱环周向内侧布置的多个叶根定位轮能够通过调节之间的安装空间进而能够适应不同尺寸的风机叶片，通用性强。

3、本发明采用抱箍机构和油缸驱动的滚轮叶片对心机构，从而使待安装叶片和塔筒相对静止，并可以调节叶片根部中心使其和轮毂安装孔中心对齐，使对接合拢精确、平稳完成。

4、本发明通过设置配重架并将配重片以及其他设备集中放置，既实现了配重的功能，又有利于设备的小型化。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中辅助对接装置的结构示意图；

图2为本发明中辅助对接装置的俯视结构示意图；

图3为本发明中辅助对接装置的正面结构示意图；

图4为本发明中塔筒液压夹紧单元与塔筒连接时的剖面结构示意图；

图5为本发明中叶片液压定位单元与叶片连接时的剖面结构示意图；

图6为起重机起吊辅助对接装置时的结构示意图，其中，第一抱环正处于完全打开状态并朝向塔筒方向；

图7为第一抱环抱紧塔筒后，通过塔筒夹紧轮从塔筒底部沿塔筒的高度方向运动到塔筒顶部的安装位置后，第二抱环调整至完全打开状态，并调整机舱和轮毂的朝向的结构示意图；

图8为起重机起吊叶片后并将叶片根部放入第二抱环的过程中的结构示意图；

图9为叶片根部放入第二抱环并将第二抱环调整至合拢状态后调整叶根中心位置和X-Z平面倾角时的结构示意图；

图10为本发明中辅助对接装置的结构框图。

图中示出：

1-塔筒505-驱动箱

2-叶片600-叶根定位轮

3-机舱601-定位轮轴

4-轮毂602-活动轴

5-垂直吊装专用吊具603-定位液压杆

6-辅助缆绳604-定位油缸

7-定位销700-塔筒活动臂油缸

100-塔筒抱箍右固定臂701-塔筒活动臂液压杆

101-叶片抱箍左固定臂702-塔筒活动臂液压杆基座

102-抱箍连接结构703-塔筒活动臂油缸基座

103-塔筒抱箍左固定臂800-叶片活动臂油缸

104-叶片抱箍右固定臂801-叶片活动臂液压杆

105-吊环802-叶片活动臂液压杆基座

200-塔筒抱箍右活动臂803-叶片活动臂油缸基座

300-塔筒抱箍左活动臂900-塔筒抱箍装销器

400-叶片抱箍活动臂901-塔筒抱箍销轴油缸

500-塔筒夹紧轮1000-叶片抱箍装销器

501-连接板1001-叶片抱箍销轴油缸

502-夹紧轮轴1100-配重架

503-夹紧液压杆1101-设备箱

504-夹紧油缸1102-配重片

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

本发明提供了一种用于风机叶片安装的自主升降式辅助对接装置，包括抱箍机构、塔筒抱紧机构、叶片对心机构以及控制器，所述抱箍机构包括依次连接的第一抱环以及第二抱环，所述第一抱环、第二抱环分别能够通过可开合的方式安装塔筒1、叶片2，所述抱箍机构能够输出高度信息，所述抱箍机构优选通过所具有的高度传感器输出高度信息；所述塔筒抱紧机构，沿所述第一抱环周向的内侧布置，能够使所述抱箍机构沿所述塔筒1的长度方向运动并能够将所述抱箍机构固定在所述塔筒1上，输出塔筒抱紧机构与所述塔筒1之间的夹紧力信息，所述塔筒抱紧机构优选通过所具有的力传感器输出塔筒抱紧机构与所述塔筒1之间的夹紧力信息；所述叶片对心机构沿所述第二抱环周向的内侧布置，能够使所述叶片2限制在第二抱环中不发生径向摆动并能够调整所述叶片2的轴心位置；所述控制器接收所述夹紧力信息以及高度信息并控制所述塔筒抱紧机构、叶片对心机构的运动，所述控制器通过无线通讯设备与地面控制站信号连接，能够将辅助装置的实时状况输送给地面控制站并接受和执行地面控制站的控制信号。

进一步地，所述第一抱环上通过所具有的塔筒抱箍右活动臂200、塔筒抱箍左活动臂300能够在打开状态和合拢状态之间选择，其中，在完全打开状态时，所述第一抱环的开口允许所述塔筒1安装到所述第一抱环的内部，在合拢状态时，所述第一抱环允许所述塔筒抱紧机构在夹紧所述塔筒1和松开所述塔筒1之间调节；所述第二抱环通过所具有的叶片抱箍活动臂400能够在打开状态和合拢状态之间选择，其中，在完全打开状态时，所述第二抱环的开口允许所述叶片2安装到所述第二抱环的内部，在合拢状态时，所述第二抱环允许所述叶片对心机构在夹紧所述叶片2和松开所述叶片2之间调节。

具体地，所述塔筒抱箍右活动臂200、塔筒抱箍左活动臂300通过机械驱动的方式实现在打开状态和合拢状态之间的切换，当在合拢状态时，所述塔筒抱箍右活动臂200和塔筒抱箍左活动臂300相向的一端连接并通过机械驱动的方式进行锁定或解锁；所述第一抱环、第二抱环的开合动作采用电机驱动、油缸驱动或电机、油缸相互配合的驱动方式。

所述叶片抱箍活动臂400通过机械驱动的方式实现在打开状态和合拢状态之间的切换，当在合拢状态时，所述叶片抱箍活动臂400通过机械驱动的方式进行锁定或解锁。所述叶片对心机构采用电机驱动、油缸驱动或电机、油缸相互配合的驱动方式。

进一步地，所述塔筒抱紧机构通过驱使自身所具有的多个沿所述第一抱环周向内侧均匀布置的夹紧单元朝向或背向所述第一抱环的轴心方向运动实现与所述塔筒1之间夹紧力的调节并通过驱使所述加紧单元所具有的塔筒夹紧轮500转动进而实现沿所述塔筒1长度方向的运动。塔筒夹紧轮500通过驱动装置驱动，所述驱动装置优选采用电机驱动。所述塔筒抱紧机构采用电机和/或油缸驱动。

所述叶片对心机构通过驱使自身所具有的多个沿所述第二抱环周向内侧均匀布置的定位单元朝向或背向所述第二抱环的轴心方向运动实现所述叶片2轴心位置的调节以及与所述叶片2的夹紧力的调节并通过驱使。

具体地，为使辅助装置能够平稳吊装，所述第一抱环上背向所述第二抱环的一端设置有配重，配重的数量和安装位置应能够调整所述抱箍机构的重心。

本发明还提供了一种风机叶片的安装方法，包括如下步骤：

步骤1：将第一抱环调整至完全打开状态并通过吊装设备将抱箍机构的第二抱环套在塔筒1上并将第一抱环调整至合拢状态，启动塔筒抱紧机构并通过自身所具有的塔筒夹紧轮500压紧塔筒1，直至压紧力达到第一预设目标压力，其中，所述第一预设目标压力能够使所述抱箍机构在塔筒1上不滑落；

步骤2：驱使所述塔筒夹紧轮500在塔筒1表面滚动进而带动抱箍机构沿塔筒1向上运动，控制器根据接收到的压紧力信息实时控制调整塔筒抱紧机构与塔筒1的夹紧程度，从而将压紧力控制在第一预设目标压力，当抱箍机构到达安装高度时，控制器控制塔筒抱紧机构与塔筒1抱紧；

步骤3：命令机舱动作并使轮毂4朝向与第一抱环、第二抱环中心连线同向，转动轮毂4使待对接叶片2的法兰盘面转动至轮毂4的最低点；

步骤4：将第二抱环调整至完全打开状态并将叶片2通过吊装设备吊至安装高度并将叶片根部放入第二抱环中，将第二抱环调整至合拢状态，控制第二抱环上的定位单元使定位单元与叶片2之间的压紧力达到第二预设压力，其中，所述第二预设压力能够使定位单元压紧叶片2且不损坏叶片2；

步骤5：通过调节定位单元、吊装设备的施力方向、配重进而使叶片根部螺栓平面与轮毂4待对接叶片2的法兰盘面平面平行，且盘面中心对齐，调整轮毂4的变桨装置，使法兰盘上的定位销孔和叶片根部的定位销对齐，控制吊装设备将叶片2向上提升，叶片根部的螺栓插入法兰盘上的螺栓孔并锁紧；

步骤6：命令第二抱环调整至完全打开状态并通过夹紧单元驱使抱箍机构沿着塔筒1逐渐下降至与已安装叶片2不干涉的位置，需要进行下一个叶片2吊装时，重复步骤2至步骤6，不需要进行叶片2安装时进入步骤7；

步骤7:通过夹紧单元驱使抱箍机构沿着塔筒1下降至可回收位置，将第一抱环调整至完全打开状态并通过吊装设备将抱箍机构从塔筒1上吊下。

实施例2：

本实施例为实施例1的优选例。

本实施例提供了一种用于风机叶片安装的自主升降式辅助对接装置，所述的风机叶片垂直安装辅助装置包括抱箍机构、塔筒抱紧机构、叶片对心机构、控制器，如图1～图9所示。

抱箍机构包括依次连接的第一抱环以及第二抱环，第一抱环与第二抱环连接形成抱箍主体，所述的抱箍主体包含四个固定臂，分别为塔筒抱箍右固定臂100、叶片抱箍左固定臂101、塔筒抱箍左固定臂103、叶片抱箍右固定臂104，左右固定臂之间由抱箍连接结构102连接；在四个固定臂上设置有四个吊环105，本实施例中的吊装设备采用起重机，在装置起吊时用于固定起重机吊索，其中塔筒抱箍固定臂上的吊环和叶片抱箍固定臂上的吊环优选布置在整个装置重心的两侧，以保证装置起吊过程中可保持水平。

所述第一抱环上设置有两个活动臂，所述第二抱环上设置有一个活动臂，三个所述活动臂包括塔筒抱箍右活动臂200、塔筒抱箍左活动臂300、叶片抱箍活动臂400。其中，塔筒抱箍右活动臂200和塔筒抱箍左活动臂300分别与塔筒抱箍右固定臂100、塔筒抱箍左固定臂103铰接，叶片抱箍活动臂400与叶片抱箍左固定臂101铰接。塔筒抱箍左右臂结构相对双抱环中心连接线对称，叶片抱箍左固定臂101比叶片抱箍右固定臂104相对更短小；塔筒抱箍右活动臂200和塔筒抱箍左活动臂300之间可通过销轴铰接，塔筒抱箍销轴油缸901用于将插销从塔筒抱箍装销器900中推出，插销插入插销孔中实现双臂铰接。叶片抱箍活动臂400与叶片抱箍右固定臂104同样可通过销轴铰接，叶片抱箍销轴油缸1001可将插销从叶片抱箍装销器1000中推入插销孔实现铰接。

进一步地，活动臂的转动通过抱箍活动臂液压装置驱动，抱箍活动臂液压装置优选采用液压油缸，塔筒活动臂液压杆基座702、塔筒活动臂油缸基座703分别固定于塔筒抱箍固定臂和活动臂上，塔筒活动臂油缸700、塔筒活动臂液压杆701则分别铰接于两端基座上。塔筒活动臂油缸700可将塔筒活动臂液压杆701推出或收缩，进而使得塔筒抱箍右活动臂200、塔筒抱箍左活动臂300闭合或展开。叶片抱箍活动臂400的转动依靠类似的液压油缸系统，包括叶片活动臂油缸800、叶片活动臂液压杆801、叶片活动臂液压杆基座802、叶片活动臂油缸基座803，同理可以实现活动臂的闭合或展开。

塔筒抱紧机构包括四个对称布置的液压夹紧单元，每个液压夹紧单元包括塔筒夹紧轮500、连接板501、夹紧轮轴502、夹紧液压杆503、夹紧油缸504、驱动箱505。其中塔筒夹紧轮500固定在夹紧轮轴502上，夹紧轮上布置橡胶或其他防滑材料，用于夹紧塔筒1时的缓冲和壁面保护，两个夹紧轮轴502与两侧的连接板501铰接；连接板501固定于夹紧液压杆503上；夹紧油缸504可将夹紧液压杆503和夹紧轮等结构推出或收缩，进而使整个辅助装置夹紧固定在塔筒1上，并可调节夹紧力以适应变化的塔筒直径；驱动箱505固定于上方夹紧轮轴对应的连接板501上，上方夹紧轮轴穿入驱动箱505并与内部驱动机构连接，当驱动机构启动时，能够驱动塔筒夹紧轮500滚动，进而带动整个辅助装置在塔筒1上爬升或下降，驱动机构型式可为油压驱动、电机驱动等。

叶片对心机构包括四个按照X、Y方向十字对称布置的液压定位单元，每个液压定位单元包括可沿Z方向滚动的两个叶根定位轮600、定位轮轴601、活动轴602、定位液压杆603、定位油缸604。其中定位轮轴601穿过叶根定位轮600，叶根定位轮600可绕定位轮轴601转动，叶根定位轮600上布置橡胶或其他防滑材料；定位轮轴601穿过活动轴602，使得叶根定位轮600和定位轮轴601整体可绕活动轴转动，进而适应叶片圆形截面以及可能的叶根偏心放置的情况；活动轴602固定于定位液压杆603上，活动轴602、定位液压杆603由定位油缸604推出或收回，进而可以推动叶片根部在X-Y平面内平动。同时，叶根定位轮600使得叶片2可沿Z轴上下移动；当通过吊车控制吊具沿X方向略微移动时，叶片2将以叶根定位轮600为杠杆支点略微转动，从而达到微调叶片2的X-Z平面内转角的目的(因为三个与叶片2对接的法兰盘面略微呈锥形分布在轮毂4上，当轮毂4转动使得其中一个法兰盘面朝下时，该法兰盘面与海平面并不完全平行，而是有一个较小的夹角)，从而保证装置可完全调整叶片根部螺栓盘面和轮毂对接法兰盘面平行且盘面中心对齐。

控制器和配重放置于配重架1100上。两个配重架1100相对第一抱环以及第二抱环中心连接线对称且分别固定在塔筒抱箍右活动臂200、塔筒抱箍左活动臂300上，配重架1100上面布置有设备箱1101和配重片1102。其中设备箱1101中有发电设备、液压泵和控制箱。发电设备可为装置上的各类设备提供电力；液压泵与装置上各个液压油缸连接，并为各个液压油缸提供对应压力的液压油；控制箱内包含高度传感器、控制器和无线通讯设备。高度传感器用于监测辅助装置的实时高度，其型式优选为GPS，高度传感器得到的实时高度信息可输出至控制箱和地面控制站，以供装置爬升高度的调控。控制器可根据布置于塔筒抱紧机构中的力传感器得到的装置对塔筒1的夹紧力信息，自动调整夹紧油缸504中的油压，进而使夹紧液压杆503伸缩，将夹紧力控制在第一预设目标压力，实现装置在爬升过程中自动适应塔筒直径的功能。另外，控制器可通过无线通讯设备接收操作人员的手动操控信号，启动或暂停驱动装置，调整装置上各个液压装置进而实现抱箍展开和闭合、销轴推出和回收、叶片根部中心位置调整等操作；设备箱1101和配重片1102共同起到配重的作用，可调整配重片1102的数量，尽量使装置重心保持在辅助装置中心，以减小整个装置受到的力矩。

在塔筒1、机舱3和轮毂4吊装完毕后，准备进行单叶片垂直吊装，本实施例中提供了一种风机叶片的安装方法，其中，安装过程基于用于风机叶片安装的自主升降式辅助对接装置进行叶片垂直安装，安装过程中包括起吊阶段、爬升阶段、抱紧阶段、对接阶段和回收阶段，如图6～图9所示，具体操作步骤如下：

步骤101，起吊阶段，将四条吊索穿过装置上的四个吊环105，图6所示，起重机吊钩钩住吊索并将辅助装置吊起，移动起重机吊臂使辅助装置靠近塔筒1。

步骤102，塔筒抱箍销轴油缸901将销轴收回塔筒抱箍装销器900，塔筒活动臂油缸700将塔筒活动臂液压杆701收回，打开塔筒抱紧机构，塔筒抱箍左右活动臂展开至一定角度，使得塔筒1可从开口处进入第一抱环中心。

步骤103，塔筒活动臂油缸700将塔筒活动臂液压杆701推出，关闭塔筒抱紧机构。塔筒抱箍销轴油缸901将销轴推出塔筒抱箍装销器900，使活动臂闭合铰接。启动塔筒抱紧机构，夹紧油缸504将夹紧液压杆503推出，塔筒夹紧轮500压紧塔筒1，直至压紧力达到第一预设目标压力，压紧力的目标数值事先由操作人员输入，该压紧力目标数值应保证辅助装置在塔筒1上不滑落。

步骤201，爬升阶段，启动驱动箱505中的驱动装置，塔筒夹紧轮500在塔筒1表面缓缓滚动，带动辅助装置整体向上爬升，爬升过程中，控制箱根据力传感器得到的压紧力数据，调整夹紧液压杆503伸出长度，进而将压紧力控制在目标数值，自动适应变化的塔筒直径。当高度传感器检测到装置已爬升至安装高度时，操作人员手动或控制器自动暂停并锁紧驱动装置，抱箍机构固定在安装高度。

步骤202，通过机舱3的偏航系统调整机舱的偏航角度(Yaw)，使得机舱3上的轮毂4的朝向和抱箍机构上的第一抱环、第二抱环中心连线同方向，调节完毕后轮毂4应位于第二抱环的正上方，其调节误差不可超过叶片对心机构的调节范围。

步骤203，转动轮毂4，使得待对接叶片的法兰盘面转动至轮毂4的最低点，刹车装置锁紧转子，使轮毂4转动角度固定。

步骤301，抱紧阶段，叶片抱箍销轴油缸1001将销轴收回叶片抱箍装销器1000，叶片活动臂油缸800将叶片活动臂液压杆801收回，打开叶片对心机构。叶片抱箍活动臂400展开至一定角度，使得待安装叶片根部可从开口处进入第二抱环中心。

步骤302，叶片吊装准备工作和一般单叶片吊装过程相同，使用垂直吊装专用吊具5将叶片2夹紧并起吊。调整叶片2的姿态至垂直，叶根螺栓盘面向上，尽量与轮毂4待对接的法兰盘面平行。将叶片2吊至安装高度，即叶根螺栓高度略低于风机轮毂法兰盘面高度的位置，移动起重机吊臂，使叶片2靠近塔筒1和辅助装置。

步骤303，移动起重机吊臂，将叶片根部缓缓放入叶片对心机构。同时，叶片活动臂油缸800将叶片活动臂液压杆801缓缓推出，叶片抱箍活动臂400闭合，叶片抱箍销轴油缸1001将销轴推出叶片抱箍装销器1000，使活动臂和固定臂闭合铰接。此时注意吊装叶片的吊索不可进入叶片对心机构中。

步骤304，操作人员操控叶片对心机构的四个液压定位单元，定位液压杆603推出，使得四对叶根定位轮600压紧叶片根部，此时叶片中心应处于叶片对心机构的中心，并由于X、Y方向各两对定位轮的限制与辅助装置保持相对静止。叶片对心机构中设置的力传感器可测量叶根定位轮对叶片2的压紧力，操作人员应保证压紧力不至于过大导致叶片2损坏。

步骤401，对接阶段，操作人员调节叶片对心机构的四个液压定位单元的定位液压杆伸缩，进而调整叶片根部中心的位置；小幅度移动起重机吊臂或拉动垂直吊装专用吊具上的缆绳使吊具向X方向小距离移动，或调整吊具配重，进而调整叶片的X-Z平面内转角(原垂直状态下叶片根部朝向Z轴正方向)。调节后叶片在X-Z平面内小角度倾斜，叶片根部螺栓平面与轮毂待对接叶片的法兰盘面平面平行，且盘面中心对齐。

需要注意的是，调整叶片在X-Z平面内转角幅度一般较小(5°左右)，叶片定位轮600上的可形变的橡胶或其他防滑材料允许叶片呈小角度倾斜而无需调整定位液压杆(若夹紧力过大也只需细微调整)；另外，叶片中心和对接法兰盘面中心对齐方式可采取多种形式，可完全通过手动不断调整，也可以在叶根处设置光学定位点或采用激光测距，根据光学定位信息自动对齐。

步骤402，法兰盘面和叶根螺栓平面平行对心完成后，调整轮毂的变桨装置，使法兰盘上的定位销孔和叶片根部的定位销7对齐，以便叶片提升后准确对接。

步骤403，起重机收缩吊索，将叶片向上提升，叶片根部的螺栓插入法兰盘上的螺栓孔并锁紧。

步骤404，叶片锁紧后，叶片抱箍销轴油缸1001将销轴收回叶片抱箍装销器1000，叶片活动臂油缸800将叶片活动臂液压杆801缓缓收回，将叶片抱箍活动臂400打开至最大角度。启动驱动箱505中的驱动装置，整个装置沿着塔筒1逐渐下降至与已安装叶片不干涉的位置，以便转动轮毂4移开已安装叶片，当需要进行下一个叶片吊装时，重复步骤201至404，直至所有叶片吊装完成。

步骤501，回收阶段，所有叶片2安装锁紧完成后，启动驱动箱505中的驱动装置，整个装置沿着塔筒1逐渐下降至可回收位置。

步骤502，回收装置时，重新将四条吊索固定至四个吊环105上，使用起重机吊钩钩住吊索并拉紧。塔筒抱箍销轴油缸901将销轴收回叶片抱箍装销器900，塔筒活动臂油缸700将塔筒活动臂液压杆701缓缓收回，将塔筒抱箍左右活动臂打开。移动起重机吊臂，将装置吊离塔筒1并回收，用于下一个风机叶片的吊装。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种用于风机叶片安装的自主升降式辅助对接装置，其特征在于，包括：

抱箍机构，包括依次连接的第一抱环以及第二抱环，所述第一抱环、第二抱环分别能够通过可开合的方式安装塔筒、叶片，输出高度信息；

塔筒抱紧机构，沿所述第一抱环周向的内侧布置，能够使所述抱箍机构沿所述塔筒的长度方向运动并能够将所述抱箍机构固定在所述塔筒上，输出塔筒抱紧机构与所述塔筒之间的夹紧力信息；

叶片对心机构，沿所述第二抱环周向的内侧布置，能够使所述叶片限制在第二抱环中不发生径向摆动并能够调整所述叶片的轴心位置；

控制器，接收所述夹紧力信息以及高度信息，控制所述塔筒抱紧机构、叶片对心机构的运动。

2.根据权利要求1所述的用于风机叶片安装的自主升降式辅助对接装置，其特征在于，所述第一抱环上通过所具有的塔筒抱箍右活动臂(200)、塔筒抱箍左活动臂(300)能够在打开状态和合拢状态之间选择，其中，在完全打开状态时，所述第一抱环的开口允许所述塔筒安装到所述第一抱环的内部，在合拢状态时，所述第一抱环允许所述塔筒抱紧机构在夹紧所述塔筒和松开所述塔筒之间调节；

所述第二抱环通过所具有的叶片抱箍活动臂(400)能够在打开状态和合拢状态之间选择，其中，在完全打开状态时，所述第二抱环的开口允许所述叶片安装到所述第二抱环的内部，在合拢状态时，所述第二抱环允许所述叶片对心机构在夹紧所述叶片和松开所述叶片之间调节。

3.根据权利要求2所述的用于风机叶片安装的自主升降式辅助对接装置，其特征在于，所述塔筒抱箍右活动臂(200)、塔筒抱箍左活动臂(300)通过机械驱动的方式实现在打开状态和合拢状态之间的切换，当在合拢状态时，所述塔筒抱箍右活动臂(200)和塔筒抱箍左活动臂(300)相向的一端连接并通过机械驱动的方式进行锁定或解锁；

所述叶片抱箍活动臂(400)通过机械驱动的方式实现在打开状态和合拢状态之间的切换，当在合拢状态时，所述叶片抱箍活动臂(400)通过机械驱动的方式进行锁定或解锁。

4.根据权利要求1所述的用于风机叶片安装的自主升降式辅助对接装置，其特征在于，所述第一抱环上背向所述第二抱环的一端设置有配重用以调整所述抱箍机构的重心。

5.根据权利要求1所述的用于风机叶片安装的自主升降式辅助对接装置，其特征在于，所述塔筒抱紧机构通过驱使自身所具有的多个沿所述第一抱环周向内侧均匀布置的夹紧单元朝向或背向所述第一抱环的轴心方向运动实现与所述塔筒之间夹紧力的调节并通过驱使所述加紧单元所具有的塔筒夹紧轮(500)转动进而实现沿所述塔筒长度方向的运动。

6.根据权利要求1所述的用于风机叶片安装的自主升降式辅助对接装置，其特征在于，所述叶片对心机构通过驱使自身所具有的多个沿所述第二抱环周向内侧均匀布置的定位单元朝向或背向所述第二抱环的轴心方向运动实现所述叶片轴心位置的调节以及与所述叶片的夹紧力的调节。

7.根据权利要求1所述的用于风机叶片安装的自主升降式辅助对接装置，其特征在于，所述塔筒抱紧机构采用电机和/或油缸驱动；

所述叶片对心机构采用电机和/或油缸驱动；

所述第一抱环、第二抱环的开合动作采用电机和/或油缸驱动。

8.根据权利要求1所述的用于风机叶片安装的自主升降式辅助对接装置，其特征在于，所述抱箍机构通过所具有的高度传感器输出高度信息；

所述塔筒抱紧机构通过所具有的力传感器输出塔筒抱紧机构与所述塔筒之间的夹紧力信息；

所述控制器通过无线通讯设备与地面控制站信号连接。

9.一种风机叶片的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将第一抱环调整至完全打开状态并通过吊装设备将抱箍机构的第二抱环套在塔筒上并将第一抱环调整至合拢状态，启动塔筒抱紧机构并通过自身所具有的塔筒夹紧轮(500)压紧塔筒，直至压紧力达到第一预设目标压力；

步骤2：驱使所述塔筒夹紧轮(500)在塔筒表面滚动进而带动抱箍机构沿塔筒向上运动，控制器根据接收到的压紧力信息实时控制调整塔筒抱紧机构与塔筒的夹紧程度，从而将压紧力控制在第一预设目标压力，当抱箍机构到达安装高度时，控制器控制塔筒抱紧机构与塔筒抱紧；

步骤3：命令机舱动作并使轮毂朝向与第一抱环、第二抱环中心连线同向，转动轮毂使待对接叶片的法兰盘面转动至轮毂的最低点；

步骤4：将第二抱环调整至完全打开状态并将叶片通过吊装设备吊至安装高度并将叶片根部放入第二抱环中，将第二抱环调整至合拢状态，控制第二抱环上的定位单元使定位单元与叶片之间的压紧力达到第二预设压力；

步骤5：通过调节定位单元、吊装设备的施力方向、配重进而使叶片根部螺栓平面与轮毂待对接叶片的法兰盘面平面平行，且盘面中心对齐，调整轮毂的变桨装置，使法兰盘上的定位销孔和叶片根部的定位销对齐，控制吊装设备将叶片向上提升，叶片根部的螺栓插入法兰盘上的螺栓孔并锁紧；

步骤6：命令第二抱环调整至完全打开状态并通过夹紧单元驱使抱箍机构沿着塔筒逐渐下降至与已安装叶片不干涉的位置，需要进行下一个叶片吊装时，重复步骤2至步骤6，不需要进行叶片安装时进入步骤7；

步骤7:通过夹紧单元驱使抱箍机构沿着塔筒下降至可回收位置，将第一抱环调整至完全打开状态并通过吊装设备将抱箍机构从塔筒上吊下。

10.根据权利要求1所述的风机叶片的安装方法，其特征在于，所述第一预设目标压力能够使所述抱箍机构在塔筒上不滑落；

所述第二预设压力能够使定位单元压紧叶片且不损坏叶片。

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