CN116324103A - 风力涡轮机对准工具 - Google Patents

Abstract

一种用于对准风力涡轮机的管状结构的工具(600；600’)包括：支撑部件，其用于将所述工具(600；600’)附接到第一管状结构(200)的端部区域以便从所述端部区域轴向地向外延伸；以及引导部件，所述引导部件通过偏置部件连接到所述支撑部件并且适于接合第二管状结构(301)的内壁(301a)，其中所述偏置部件被布置成当所述第二管状结构(301)朝向所述第一管状结构(200)轴向地移动时推动所述引导部件以在所述内壁(301a)上施加径向力，从而引导所述第二管状结构(301)与所述第一管状结构(200)轴向对准。

Description

风力涡轮机对准工具

技术领域

本发明涉及一种用于对准风力涡轮机(例如离岸或陆上风力涡轮机)的管状结构的工具。

背景技术

典型的风力涡轮机包括管状塔架、位于塔架上并且包含通过轴连接到驱动轮毂的发电机的机舱、以及附接到驱动轮毂的转子叶片。在现场安装风力涡轮机的过程中，塔架被组装，并且机舱被附接到塔架的顶部，通常使用利用螺栓固定的凸缘到凸缘的连接。为了正确连接，凸缘需要居中地对准，使得凸缘被面对面定位，并且进一步旋转地对准，使得凸缘的螺栓孔匹配。

塔架可包括若干节段，这些节段彼此上下放置以便建造塔架。这些节段中的每一个都是大且重的结构。因此，机舱也是如此。因此，需要使用大型起重机或其它起重设备来提升塔架节段和机舱。这些操作变得更加困难，因为它们通常在非理想的条件下进行，例如在海上或在不平坦的地形中进行。

特别地，结构在其安装过程中易于受到风载荷的干扰。在离岸风力涡轮机的情况下，塔架另外经受来自波浪的力。结果，在机舱通过起重机朝向塔架降低以便附接到塔架时，机舱和塔架可相对于彼此侧向地移动。以类似的方式，塔架的上节段和下节段可能在塔架的构造期间相对于彼此侧向地移动。这些侧向移动使得难以居中地对准结构从而在它们之间实现所需的凸缘到凸缘的连接。本发明旨在至少在一定程度上减轻这个问题。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于对准风力涡轮机的管状结构的工具，其包括：支撑部件，其用于将所述工具附接到第一管状结构的端部区域以便从其轴向向外延伸；以及引导部件，其通过偏置部件连接到所述支撑部件并且适于接合第二管状结构的内壁，其中所述偏置部件被布置成当所述第二管状结构朝向所述第一管状结构轴向移动时推动所述引导部件以在所述内壁上施加径向力，从而引导所述第二管状结构与所述第一管状结构轴向对准。

偏置部件起作用以抵消作用在风力涡轮机的第二管状结构(例如机舱或塔架节段)上的侧风力，以使第二管状结构与第一管状结构(例如塔架或塔架的另一节段)轴向对准。也就是说，偏置部件被布置成推动第二管状结构以与第一管状结构轴向对齐。换句话说，偏置部件提供恢复力以使第二管状结构相对于第一管状结构居中。

除了定心效应之外，偏置部件倾向于阻尼由侧风引起的第二管状结构的侧向振荡或振动。由于阻尼，当第二管状结构定位在第一管状结构上时，第二管状结构和第一管状结构之间的任何接触的冲击被减小或消除。

因此，当第二管状结构朝向第一管状结构轴向移动时，对准工具提供第二管状结构逐渐被引导成与第一管状结构轴向对准，同时提供由侧风引起的第一管状结构和第二管状结构的振荡或振动的阻尼。

如本文关于引导部件、支撑部件和偏置部件之间的关系所使用的，“连接”可与“连结”互换。引导部件通过偏置部件连接或连结到支撑部件可以涉及偏置部件的全部或仅一部分。

偏置部件可包括弹性元件，优选为弹簧，更优选为螺旋弹簧。

偏置部件可包括液压元件，优选地为液压缸。

引导部件可以用于相对于第一管状结构的纵向轴线定位在支撑部件的径向外侧；并且偏置部件可以布置成推动引导部件以在所述内壁上施加向外的径向力。

偏置部件的至少一部分可以位于支撑部件和引导部件之间。

支撑部件可包括多个支撑构件，所述多个支撑构件被构造成用于附接到第一管状结构的端部区域，以便围绕第一管状结构的端部区域间隔开，优选地等距地间隔开。

所述支撑构件中的每一个可包括：附接部分，所述附接部分用于附接到所述第一管状结构的所述端部区域，以便相对于所述第一管状结构的所述纵向轴线基本上垂直地延伸；第一直立部分，所述第一直立部分从所述附接部分基本上垂直地延伸并且用于相对于所述第一管状结构的所述纵向轴线定位在外部径向位置处；第二直立部分，所述第二直立部分从所述第一直立部分侧向地偏移并且用于相对于所述第一管状结构的所述纵向轴线定位在内部径向位置处；以及倾斜部分，所述倾斜部分连接所述第一直立部分和所述第二直立部分。

支撑构件中的每一个的附接部分和第一直立部分可被构造成使得当支撑构件附接到第一管状结构的端部区域时，支撑构件的相对的直立部分对之间的距离将基本上与第二管状结构的内径相同，诸如以在所述直立部分和第二管状结构的内壁之间提供滑动配合。

引导部件可以包括多个引导构件，并且偏置部件可以包括多个偏置元件，引导构件中的每一个通过偏置元件中的相应一个连接到支撑构件中的相应一个的第二直立部分。

引导构件中的每一个可包括：直立部分，其用于与支撑构件中的相应一个的第二直立部分以基本平行关系定位；以及倾斜部分，其从直立部分延伸，并且优选地用于与支撑构件中的相应一个的倾斜部分以基本平行关系定位。

该工具可以包括将引导构件的倾斜部分连接在一起的连接器部件。优选地，连接器部件包括大致圆锥形状。

偏置元件中的每一个可包括螺旋弹簧，螺旋弹簧的第一端部附接到支撑构件中的相应一个的第二直立部分，并且螺旋弹簧的第二端部附接到引导构件中的相应一个的直立部分，使得弹簧的轴线基本上垂直于所述直立部分。

偏置元件中的每一个可包括液压缸，液压缸中的每一个被布置成与液压缸中的另一个流体连通。

液压缸中的每一个的主体可以附接到支撑构件中的相应一个的第二直立部分；并且液压缸的活塞的杆可以相对于所述主体移动并且可以附接到引导构件中的相应一个的直立部分，使得液压缸的轴线基本上垂直于所述直立部分。

当工具附接到所述端部区域时，整个工具可被包含在第一管状结构的端部区域的边缘的突出部内。

根据本发明的另一方面，提供了一种风力涡轮发电机，其至少部分地安装并且包括如上所述的工具。

根据本发明的另一方面，提供了一种安装风力涡轮发电机的方法，其包括：将对准工具的支撑部件附接到所述风力涡轮发电机的第一管状结构的端部区域，以便从所述第一管状结构轴向向外延伸，所述对准工具包括引导部件，所述引导部件通过偏置部件连接到所述支撑部件并且适于接合所述风力涡轮发电机的第二管状结构的内壁；以及朝向所述第一管状结构轴向移动所述第二管状结构，以使所述内壁与所述对准工具的所述引导部件接合，从而使所述偏置部件能够推动所述引导部件以在所述内壁上施加径向力，以便引导所述第二管状结构基本上与所述第一管状结构轴向对准。

对准工具的偏置部件可以包括多个液压缸，液压缸中的每一个被布置成与液压缸中的另一个流体连通；并且该方法可以包括控制液压缸以推动引导部件以在内壁上施加恒定的所述径向力，以便引导第二管状结构基本上与第一管状结构轴向对准。

根据本发明的另一方面，提供了如以上在上述方法中所述的工具的用途。

附图说明

现在将参照附图通过示例的方式描述实施例，在附图中：

图1示出了包括安装在塔架上的机舱的风力涡轮机；

图2至图4示出了根据本发明的第一示例的对准工具，该工具附接到塔架，用于使机舱与塔架对准；

图5示出了根据本发明的第二示例的对准工具；以及

图6示出了图5的对准工具的变体。

具体实施方式

参照图1，示例性离岸风力涡轮机100包括塔架200(具有大约200-500吨的质量)、机舱300(大约300-500吨)、转子毂400和多个转子叶片500a-500c。

塔架200包括具有纵向轴线或竖直轴线Zt的管状(例如，圆柱形)结构。塔架200的下端(未示出)固定在海床中。机舱300安装到塔架200。尽管未在图1中示出，但是具有纵向轴线或竖直轴线Zn的机舱300的管状(例如，圆柱形)结构301从机舱300的下表面向下延伸。机舱300的管状结构301包括凸缘部分303，凸缘部分303通过螺栓附接到塔架200的上端的互补凸缘部分201(未示出)，如稍后将描述的。机舱300还包括容纳发电机(未示出)的壳体301。转子毂400从机舱300延伸并且通过水平布置的轴(未示出)连接到发电机，所述轴具有基本垂直于塔架200的纵向轴线Zt的轴线Xs。转子叶片500a-500c附接到转子毂400。在风力涡轮机100的使用中，作用在转子叶片500a-500c上的风力使转子叶片500a-500c围绕水平轴线Xs旋转，从而经由轴驱动发电机以产生电能。

机舱300在塔架200上的安装借助于现在将描述的对准工具来执行。

参照图2和图3，第一示例性对准工具600包括通过偏置部件连接在一起的支撑部件和引导部件。在该第一示例中，支撑部件包括第一支撑构件601a和第二支撑构件601b。在该第一示例中，引导部件包括第一引导构件603a和第二引导构件603b。在该第一示例中，偏置部件包括第一偏置构件和第二偏置构件。在该第一示例中，第一和第二偏置构件中的每一个包括螺旋弹簧605a、605b。

在该第一示例中，第一支撑构件601a和第二支撑构件601b中的每一个包括钢。在该第一示例中，第一支撑构件601a和第二支撑构件601b中的每一个包括板状构造，该板状构造包括限定支撑构件601a、601b的多个部分的多个弯曲部。在这方面，附接部分沿着塔架200的凸缘部分201的下表面水平地(即，基本上垂直于塔架200的纵向轴线Zt)延伸。附接部分包括用于接收螺栓以将支撑构件601a、601b固定到塔架200的凸缘部分201的通孔。如在图3中可见，为此目的，凸缘部分201设有专用的、位于径向内部的多行通孔203。(为了清楚起见，仅对准工具600的支撑构件601a、601b示于图3中。)凸缘部分201可比传统的更宽，以便在常规凸缘螺栓孔205的内侧容纳位于径向内部的多行通孔203。第一支撑构件601a和第二支撑构件601b中的每一个通过螺栓(未示出)固定到塔架200的凸缘部分201，螺栓穿过支撑构件601a、601b的附接部分的通孔和凸缘部分201的通孔，并且使用螺母在它们的端部处紧固。

支撑构件601a、601b的径向外部直立部分从附接部分竖直向上延伸，诸如基本上平行于塔架200的纵向轴线Zt。支撑构件601a、601b的倾斜部分从径向外部直立部分朝向纵向轴线Zt向上且向内延伸200，以便相对于径向外部直立部分和纵向轴线Zt倾斜。径向内部直立部分从倾斜部分竖直向上延伸，例如与塔架200的径向外部直立部分和纵向轴线Zt基本平行。因此，倾斜部分也相对于径向内部直立部分倾斜。

因此，第一支撑构件601a和第二支撑构件601b中的每一者附接到塔架200的上端的凸缘部分201，以便在轴向方向上从塔架200的上端向上延伸。对准工具600的中心纵向轴线或竖直轴线Za在固定的第一支撑构件601a和第二支撑构件601b之间被等距地限定。如在图3中可以最佳看到的，第一支撑构件601a和第二支撑构件601b中的每一个的每个部分包括内表面，即，在支撑构件601a、601b的最靠近对准工具600的纵向轴线Za的那一侧上，以及外表面，即，在支撑构件601a、601b的最远离对准工具600的纵向轴线Za的那一侧上。在该第一示例中，第一支撑构件601a和第二支撑构件601b中的每一个的径向外部直立部分的外表面是弯曲的，以便符合机舱300的管状结构301的弯曲内壁301a。在该第一示例中，第一支撑构件601a和第二支撑构件601b的径向外部直立部分的弯曲外表面之间的水平距离近似等于机舱300的管状结构301的内径。

在该第一示例中，第一和第二螺旋弹簧605a、605b中的每一个包括钢。螺旋弹簧605a、605b中的每一个的第一端附接到第一引导构件603a和第二引导构件603b中的相应一个的径向内部直立部分的外表面。每个螺旋弹簧605a、605b径向向外延伸，使得螺旋弹簧605a、605b的轴线基本上垂直于对准工具600和塔架200的纵向轴线Za、Zt。也就是说，螺旋弹簧605a、605b中的每一个水平地布置。此外，螺旋弹簧605a、605b中的每一个将第一引导构件603a和第二引导构件603b中的一个连接到第一支撑构件601a和第二支撑构件601b中的一个。此外，螺旋弹簧605a、605b中的每一个位于支撑构件601a、601b中的相应一个与引导构件603a、603b中的相应一个之间。

在该第一示例中，第一引导构件603a和第二引导构件603b中的每一个包括钢。在该第一示例中，第一引导构件603a和第二引导构件603b中的每一个包括板状构造，该板状构造包括限定引导构件603a、603b的两个部分的弯曲部。直立引导部分连接到螺旋弹簧605a、605b中的相应的一个的第二端并且竖直向上延伸，诸如与对准工具600的纵向轴线Za和塔架200的纵向轴线Zt基本上平行。引导构件603a、603b的倾斜引导部分从直立引导部分朝向对准工具600的纵向轴线Za和塔架200的纵向轴线Zt向上且向内延伸，诸如相对于直立引导部分和纵向轴线Za、Zt倾斜。

第一引导构件603a和第二引导构件603b中的每一个的每个部分包括内面，即在引导构件603a、603b的最靠近对准工具600的纵向轴线Za和塔架200的纵向轴线Zt的那一侧上，以及外表面，即在引导构件603a、603b的最远离纵向轴线Za、Zt的那一侧上。在该第一示例中，第一引导构件603a和第二引导构件603b中的每一个的直立和倾斜引导部分的外表面之间的相交部是圆形的或弯曲的。在该第一示例中，第一引导构件603a和第二引导构件603b中的每一个的直立部分的外表面是弯曲的，以便符合机舱300的管状结构301的弯曲内壁301a。在该第一示例中，当螺旋弹簧605a、605b处于中间位置(neutral position)(即，既不延伸也不压缩)时，第一引导构件603a和第二引导构件603b的直立引导部分的弯曲外表面之间的水平距离近似等于机舱300的管状结构301的内径。因此，第一引导构件603a和第二引导构件603b的直立引导部分的弯曲外表面之间的水平距离也近似等于第一支撑构件601a和第二支撑构件601b的径向外部直立部分的弯曲外表面之间的水平距离。

因此，第一引导构件603a和第二引导构件603b中的每一个的直立引导部分的内表面与支撑构件601a、601b中的相应支撑构件的径向内部直立部分的外表面相对，直立引导部分的所述内表面通过螺旋弹簧605a、605b中的相应一个连接到径向内部直立部分的所述外表面。因此，直立引导部分的所述内表面、所述径向内部直立部分的所述外表面和所述螺旋弹簧605a、605b中的所述相应一个位于同一平面中，即同一水平面中。

在该第一示例中，连接器元件607的相应部分从第一引导构件603a和第二引导构件603b的倾斜引导部分向上且向内延伸200，诸如相对于对准工具600的纵向轴线Za和塔架200的纵向轴线Zt倾斜。连接器元件607的部分的远端重合，以在对准工具600的顶部或最上部处形成连接器元件607的顶点。在该第一示例中，顶点与对准工具600和塔架200的纵向轴线Za、Zt重合。在该第一示例中，连接器元件607是刚性的，以便在第一引导构件603a和第二引导构件603b之间形成刚性连接。

如在图2中可见，对准工具600没有任何部或部分从塔架200的上端侧向地延伸。也就是说，对准工具600的整体包含在从塔架200的上端的周向边缘投射的圆内。而且，第一引导构件603a和第二引导构件603b、螺旋弹簧605a、605b和连接器元件607中的每一个定位成和第一支撑构件601a和第二支撑构件601b的主要部分一起与塔架200的最末端部或末端轴向地间隔开，仅第一支撑构件601a和第二支撑构件601b的最低部分位于管状塔架200的体积内。此外，对准工具600关于对准工具600和塔架200的纵向轴线Za、Zt在功能上对称。

现在将描述将机舱300安装在塔架200上的对准工具600的使用。

再次参照图2，对准工具600被示出为附接到塔架200的上端的凸缘部分201，如上文已经描述的。因此，对准工具600的纵向轴线Za与塔架200的纵向轴线Zt重合，即沿着塔架200的纵向轴线Zt。最初，工具处于静止状态，其中螺旋弹簧605a、605b处于中间位置，即既不延伸也不压缩。因此，第一引导构件603a和第二引导构件603b与对准工具600的纵向轴线Za等距，并且也与塔架200的纵向轴线Zt等距。

机舱300最初定位在塔架200上方，例如使用起重机，使得塔架200和机舱300的管状结构301大致竖直对准。然后，机舱300朝向塔架200降低。由于由侧风施加在机舱300上的干扰力，机舱300可能水平地(即，左右)以及竖直地(即，向下)移动。因此，机舱300的管状结构301的纵向轴线Zn向塔架200的纵向轴线Zt的侧向移位，例如在图2的意义上向塔架200的纵向轴线Zt的右侧移位。取决于侧风的强度，侧向移位可以高达约2米。

一旦机舱300的管状结构301的凸缘部分303(即，机舱300的最低部分)低于对准工具600的连接器元件607的顶点的水平，即对准工具600的最上部分，机舱300的侧向移位将受到对准工具600的存在的限制。也就是说，当机舱300降低时，机舱300的侧向移动可导致圆形凸缘部分303的一部分与连接器元件607的倾斜部分中的一个接触，即在该示例中，与连接器元件607的左侧部分接触。这样，机舱300的侧向移动受到连接器元件607的倾斜部分的限制。例如，在该阶段，机舱300的侧向移动可限于约0.5米。

当机舱300进一步向下行进时，凸缘部分303的所述部分将沿着连接器元件607的倾斜部分的表面(即，在机舱300的重量下)被引导，使得机舱300的管状结构301的纵向轴线Zn将朝向对准工具600的纵向轴线Za并且由此也朝向塔架200的纵向轴线Zt侧向地、向左移动。因此，即使当机舱300仍经受由于侧风引起的侧向移动时，连接器元件607的倾斜部分起到大致引导机舱300朝向与塔架200的轴向对准的作用。

随着机舱300仍进一步朝向塔架200降低，管状结构301的凸缘部分303的所述部分将在相关引导构件603a、603b的倾斜引导部分上被引导，即在该示例中为左侧引导构件603a，直到凸缘部分303的所述部分到达与该引导构件603a的直立引导部分的相交处。基本上同时，凸缘部分303的相对部分将接触另一引导构件603a、603b的直立引导部分和倾斜引导部分之间的相交部，即在该示例中为右侧引导构件603b。弯曲相交部有助于进一步向下引导机舱300，使得机舱300的管状结构301的内壁301a的水平相对部分均与引导构件603a、603b中的一个的直立引导部分的弯曲外表面滑动接触。这是图2中所示的条件。在这种情况下，机舱300的管状结构301与塔架200大致轴向对准。也就是说，管状结构301的纵向轴线Zn与塔架200的纵向轴线Zt至少大致轴向对齐。

在该位置，由于由侧风施加在机舱300上的干扰力，机舱300仍经受侧向移位。然而，风力由螺旋弹簧605a、605b抵消，如下所述。例如，侧风可在机舱300上施加力，该力致使机舱300在图2的意义上向左移位。风力将经由机舱300的管状结构301的内壁301a传递到右侧引导构件603b的直立部分。结果，右侧引导构件603b将朝向对准工具600和塔架200的纵向轴线Za、Zt侧向地移动，即在该示例中向左移动，以便压缩右侧引导构件603b的螺旋弹簧605b。由于第一引导构件603a和第二引导构件603b通过连接器元件607刚性地连接在一起，因此左侧引导构件603a将同时远离对准工具600和塔架200的轴线Za、Zt侧向移动，即在该示例中向左移动，以便延伸左侧引导构件603a的螺旋弹簧605a。

应当理解，螺旋弹簧605a、605b的阻力的大小(即，螺旋弹簧605a、605b从其中间位置移位的阻力)将随着螺旋弹簧605a、605b由于机舱300的侧向移动而被压缩/伸展而线性地增加。当然，仅当施加在机舱300上的风力的大小超过螺旋弹簧605a、605b的阻力时，机舱300才会侧向移动。

应当理解，左侧引导构件603a的侧向移位将等于右侧引导构件603b的侧向移位。例如，侧向移位可以是大约5毫米。将进一步理解，由于侧向移位，第一引导构件603a和第二引导构件603b将不再与对准工具600和塔架200的纵向轴线Za、Zt等距，而是将处于不同水平距离处，在该示例中，右侧引导构件603b更靠近纵向轴线Za、Zt，并且左侧引导构件603a更远离纵向轴线Za、Zt。然而，由于第一引导构件603a和第二引导构件603b之间的刚性连接，第一引导构件603a和第二引导构件603b之间的水平距离在侧向移位的情况下保持基本上不变。

随着施加于机舱300的瞬时侧风力减小或移除，储存在螺旋弹簧605a、605b中的能量将导致机舱300的侧向移位反向。也就是说，在该示例中，当右侧螺旋弹簧605b延伸并且左侧螺旋弹簧605a缩回时，机舱300将侧向向右移动。由于螺旋弹簧605a、605b达到它们的中间状态，即既未压缩也未延伸，则第一引导构件603a和第二引导构件603b相对于对准工具600和塔架200的纵向轴线Za、Zt返回到它们的原始位置。由于第一引导构件603a和第二引导构件603b的直立部分保持与机舱300的管状结构301的内壁301a接触，所以机舱300同样返回到其相对于纵向轴线Za、Zt的原始位置。也就是说，机舱300的管状结构301再次与塔架200至少大致轴向对准。

因此，螺旋弹簧605a、605b起到抵消侧风的作用，以将机舱300带回到与塔架200轴向对准。也就是说，螺旋弹簧605a、605b倾向于将机舱300偏置成与塔架200轴向对准。换句话说，螺旋弹簧605a、605b起到使机舱300的管状结构301相对于塔架居中的作用。此外，螺旋弹簧605a、605b提供恢复力。

除了定心效应之外，螺旋弹簧605a、605b倾向于阻尼由侧风引起的机舱300的侧向振荡或振动。作为阻尼的结果，随着机舱300降低到塔架200上，机舱300与塔架200之间的任何接触的冲击被减小或消除。

如上文所述，随着机舱300朝向塔架200降低，机舱300的下降速率可使得管状结构301的凸缘部分303在螺旋弹簧605a、605b已经返回到其中间位置之前到达支撑构件601a、601b的倾斜部分。也就是说，在此实例中，凸缘部分303可接触右侧支撑构件601b的倾斜部分的外表面，而机舱301的管状结构301仍不与塔架200对准，即在此实例中，纵向轴线Zn仍位于塔架200的纵向轴线Zt的左侧。在这种情况下，管状结构301的凸缘部分303将沿着支撑构件601b的倾斜部分(即，在机舱300的重量下)被向右引导。因此，支撑构件601b的倾斜部分可帮助弹簧力将机舱300的管状结构301返回成与塔架200大致轴向对准。

现在还参考图4，机舱300进一步降低，直到管状结构301的凸缘部分303的内壁的相对部分中的每一个与支撑构件601a、601b的径向外部直立部分中的相应一个的弯曲外表面进行滑动接触。在此阶段，由与塔架200成固定关系的支撑构件601a、601b的径向外部直立部分防止机舱300的进一步侧向移动。随着机舱300更进一步下降，凸缘部分303的端部与塔架200的上端的凸缘部分201接触。因此，使机舱300搁置在塔架200的顶部上。在此静止位置中，管状结构301的凸缘部分303的内壁的相对部分与支撑构件601a、601be的径向外部直立部分的弯曲外表面邻接，使得机舱300的管状结构301与塔架200基本上完美地轴向对准。

因此，当机舱200朝向塔架200降低时，对准工具600提供机舱300的管状结构301逐渐被引导成与塔架200轴向对准，同时提供由侧风引起的机舱300和塔架200结构的振荡或振动的阻尼。

在机舱300搁置在塔架200上的情况下，如果需要，机舱300可偏航，即围绕机舱300和塔架200的纵向轴线Zn、Zt旋转，以便将机舱300的管状结构301的凸缘部分303的螺栓孔与塔架200的上端的凸缘部分201的螺栓孔对准。在这方面，管状结构301的凸缘部分303可被描述为机舱300和塔架200之间的偏航界面。一旦螺栓孔对准，螺栓就可以安装在螺栓孔中，以便将机舱300牢固地附接到塔架200。

对准工具600优选地然后被移除，以改进人员对结构的接近，并且允许对准工具600与另一风力涡轮机重新使用。为了移除对准工具600，螺母被松开，并且螺栓从塔架200的凸缘部分201的通孔和支撑构件601a、601b的附接部分抽出。

虽然在上述第一示例中，对准工具包括刚性地连接第一引导构件和第二引导构件的连接器元件，但是在另一示例中，省略了连接器元件。在这样的示例中，第一引导构件和第二引导构件能够独立地移动，因为螺旋弹簧中的一个的压缩(即，由于机舱的侧向移动)不引起另一个螺旋弹簧的延伸。因此，在机舱300相对于对准工具600和塔架200的纵向轴线Za、Zt的侧向移位的情况下，第一引导构件603a和第二引导构件603b之间的水平距离可变化。

在上述第一示例中，当螺旋弹簧处于中间位置(即，既不处于压缩也不处于张紧)时，第一引导构件和第二引导构件的直立引导部分的弯曲外表面之间的水平距离大致等于机舱的管状结构的内径。在另一示例中，当螺旋弹簧处于中间位置(即，既不处于压缩也不处于张紧)时，第一引导构件和第二引导构件的直立引导部分的弯曲外表面之间的水平距离大于机舱的管状结构的内径。在这样的示例中，将机舱降低到直立引导部分上导致螺旋弹簧被压缩，即，预加载第一引导构件和第二引导构件，使得第一引导构件和第二引导构件将倾向于在机舱的管状结构的内壁上施加向外的径向力。在该示例中，螺旋弹簧的预加载位置可以被认为是它们的中间位置。

虽然在上述第一示例中，对准工具的偏置部件包括螺旋弹簧，但是可以替代地使用不同类型的弹簧或其它弹性元件。所有这些都在所要求保护的发明的范围内，只要它们起作用以提供恢复力以使机舱的管状结构相对于塔架居中。

现在将参照图5描述第二示例性对准工具600’。第二示例总体上类似于第一示例，除了在第二示例中，偏置部件包括第一液压缸609a和第二液压缸609b，而不是第一螺旋弹簧和第二螺旋弹簧。

在该第二示例中，第一液压缸609a和第二液压缸609b中的每一个附接到支撑构件601a、601b中的相应支撑构件的径向内部直立部分，以便与其成固定关系。第一液压缸609a和第二液压缸609b中的每一个容纳液压流体，例如油，并且包括可移动的、水平布置的活塞609a1、609b1，该活塞具有连接到第一引导构件603a和第二引导构件603b中的相应一个的直立引导部分的杆部分。因此，第一液压缸609a和第二液压缸609b中的每一个将第一引导构件603a和第二引导构件603b中的一个连接到第一支撑构件601a和第二支撑构件601b中的一个。此外，第一液压缸609a和第二液压缸609b中的每一个位于支撑构件601a、601b中的相应一个与引导构件603a、603b中的相应一个之间。

如图5所示，每个活塞609a1、609b1处于中间位置，其中活塞609a1、609b1的头部在相应液压缸609a、609b的端部之间的中间。第一液压缸609a和第二液压缸609b通过包括第一液压管线611a和第二液压管线611b以及第一阀613a和第二阀613b的液压回路流体地连接。控制单元(未示出)连接到第一阀613a和第二阀613b，并且布置成控制第一液压缸609a和第二液压缸609b中的液压流体的压力。同样在该第二示例中，连接器元件607优选地从第一引导构件603a和第二引导构件603b中省略。

如上文已经描述的，当机舱300朝向塔架200降低时，会出现这样的阶段：机舱300的管状结构301的内壁301a的水平相对部分均与引导构件603a、603b中的一个的直立引导部分的弯曲外表面接触。这是图5中(以及在图2中)所示的条件。

如上文所述，在这种情况下，机舱300的管状结构301与塔架200大致轴向对齐。也就是说，管状结构301的纵向轴线Zn与塔架200的纵向轴线Zt至少大致轴向对齐。同样在这种情况下，由于由侧风施加在机舱300上的力，机舱300经受侧向移位。然而，在该第二示例中，风力被第一液压缸609a和第二液压缸609b抵消，如下所述。

例如，以上面已经描述的方式，侧风可以在机舱300上施加力，该力使得机舱300在图5的意义上向左移位。风力将经由机舱300的管状结构301的内壁301a传递到右侧引导构件603b的直立部分。结果，右侧引导构件603b将朝向对准工具600和塔架200的纵向轴线Za、Zt侧向地移动，即在该示例中向左移动，以便也朝向纵向轴线Za、Zt移动右侧液压缸609b的活塞609b1。

活塞609b1的移动使得液压流体经由第二液压管线611b和第二阀613b从右侧液压缸609b的活塞609b1前面的缸容积移位到左侧液压缸609a的活塞609a1后面的缸容积。因此，流体压力被施加到左侧液压缸609a的活塞609a1，这导致活塞609a1远离对准工具600和塔架200的纵向轴线Za、Zt侧向地移动，即在该示例中向左移动。活塞609b1的移动使得液压流体经由第一液压管线611a和第一阀613a从左侧液压缸609a的活塞609a1前面的缸容积移位到右侧液压缸609b的活塞609b1后面的缸容积。

在第一液压缸609a和第二液压缸609b的活塞609a1、609b1的侧向移位期间，即在该示例中向左，第一液压缸609a和第二液压缸609b施加相反的力或阻力，即在该示例中向右，以抵抗机舱300的侧向移动，即向左移动。第一液压缸609a和第二液压缸609b中的液压流体的压力由控制单元控制，使得阻力具有恒定的大小。也就是说，不同于第一示例的螺旋弹簧605a、605b，在第二示例中，随着机舱300侧向移动，第一和第二液压缸609a、609b的阻力不增加，而是保持相同。当然，仅当施加在机舱300上的风力的大小超过第一液压缸609a和第二液压缸609b的阻力时，机舱300才会侧向移动。

应当理解，左侧引导构件603a的侧向移位将等于右侧引导构件603b的侧向移位。例如，侧向移位可以是大约5毫米。将进一步理解，由于侧向移位，第一引导构件603a和第二引导构件603b将不再与对准工具600和塔架200的纵向轴线Za、Zt等距，而是将处于不同水平距离处，在该示例中，右侧引导构件603b更靠近纵向轴线Za、Zt，并且左侧引导构件603a更远离纵向轴线Za、Zt。然而，由于活塞609a1、609b1的相等侧向移动以及第一液压缸609a和第二液压缸609b之间的液压流体的流动，在机舱300的侧向移位的情况下，第一引导构件603a和第二引导构件603b之间的水平距离保持基本上不变。

当施加在机舱300上的瞬时侧风力减小或移除时，由液压缸609a、609b施加的恒定的相反的力或阻力将导致机舱300的侧向移位反向。也就是说，左侧液压缸609a的活塞609a1将朝向对准工具600和塔架200的纵向轴线Za、Zt移动，即在该示例中向右移动。活塞609a1的移动使得液压流体经由第二液压管线611b和第二阀613b从左侧液压缸609a的活塞609a1前面的缸容积移位到右侧液压缸609b的活塞609b1后面的缸容积。因此，流体压力被施加到右侧液压缸609b的活塞609b1，这导致活塞609b1远离对准工具600和塔架200的纵向轴线Za、Zt侧向地移动，即在该示例中向右移动。活塞609b1的移动使得液压流体经由第一液压管线611a和第一阀613a从右侧液压缸609b的活塞609b1前面的缸容积移位到左侧液压缸609a的活塞609a1后面的缸容积。

因此，机舱300将在恒定阻力下通过活塞609a1、609b1的向右运动而侧向向右移动。当活塞609a1、609b1到达其中间位置(即，活塞609a1、609b1的头部在其相应液压缸609a、609b的中心处)时，第一引导构件603a和第二引导构件603b返回到它们相对于对准工具600和塔架200的纵向轴线Za、Zt的原始位置。由于第一引导构件603a和第二引导构件603b的直立部分保持与机舱300的管状结构301的内壁301a接触，所以机舱300同样返回到其相对于纵向轴线Za、Zt的原始位置。也就是说，机舱300的管状结构301与塔架200至少大致轴向对准。

因此，液压缸609a、609b起作用以抵消侧风力，以便使机舱300与塔架200轴向对准。也就是说，液压缸609a、609b提供恢复力。换句话说，液压缸609a、609b倾向于将机舱300偏压成与塔架200轴向对准。换句话说，液压缸609a、609b起到使机舱300的管状结构301相对于塔架居中的作用。

除了定心效应之外，液压缸609a、609b倾向于阻尼由侧风引起的机舱300的侧向振荡或振动。作为阻尼的结果，随着机舱300降低到塔架200上，机舱300与塔架200之间的任何接触的冲击被减小或消除。此外，第一阀613a和第二阀613b可以调节以改变由第一液压缸609a和第二液压缸609b提供的阻力和阻尼的程度。

应当理解，关于机舱300的进一步降低以及机舱300与塔架200的最终对准，第二示例性对准工具600类似于第一示例性对准工具600。因此，这里将不针对第二示例性对准工具600描述这些操作。

第二示例性对准工具600’的变型在图6中示出。该变型与第一液压缸609a和第二液压缸609的安装不同。在该变型中，与第二示例相比，支撑构件601a、601b被简化，因为它们包括单个直立部分。

如在第二示例中，第一液压缸609a和第二液压缸609中的每一个附接到支撑构件601a、601b中的相应的一个，诸如与其成固定关系。然而，不同于第二示例，在变型中，第一液压缸609a和第二液压缸609中的每一个的主体位于支撑构件601a、601b中的相应一个的径向内侧。类似于第二示例，在变型中，第一液压缸609a和第二液压缸609中的每一个的活塞609a1、609b1的杆部分连接到第一引导构件603a和第二引导构件603b中的相应的一个。然而，在该变型中，活塞609a1、609b1的杆部分穿过相应的支撑构件601a、601b延伸到相应的引导构件603a、603b。以这种方式，第一引导构件603a和第二引导构件603b中的每一个通过第一液压缸609a和第二液压缸609中的相应一个连接到支撑构件601a、601b中的相应一个。

除了上述结构差异之外，关于第一液压缸609a和第二液压缸609的操作，该变型在功能上类似于第二示例性对准工具600’。因此，这里将不针对该变型来描述操作。

虽然在上述示例中支撑部件包括两个相对的支撑构件，但在其它示例中，支撑部件包括两个以上的支撑构件。在这样的示例中，基本上任何数量的支撑构件可以附接到塔架的上端，支撑构件彼此周向间隔，优选地等距周向间隔开。在一个这样的示例中，三个支撑构件彼此周向间隔120度。在另一个这样的示例中，四个支撑构件彼此周向间隔90度。在另一个这样的示例中，六个支撑构件彼此周向间隔60度。在另一个这样的示例中，八个支撑构件彼此周向间隔45度。在这些示例中，支撑构件中的每一个可以通过偏置部件以上述方式连接到引导构件。同样在这些示例中，引导构件可全部通过单个连接器元件连接在一起，例如具有圆锥形或倒置碗或帽的形式，用于在机舱朝向塔架降低时引导机舱。此外，在另一示例中，支撑部件和/或对应的引导部件仅包括单个支撑/引导构件。在一个这样的示例中，支撑构件是大致圆形的，诸如围绕塔架的上端的整个圆周延伸。在该示例中，引导构件可具有圆锥或倒置碗或帽的形式。同样在该示例中，引导构件通过一个或多个偏置部件连接到支撑构件。

在上述示例中，第一支撑构件和第二支撑构件的径向外部直立部分的弯曲外表面之间的水平距离大致等于机舱的管状结构的内径。因此，当机舱搁置在塔架上时，机舱的管状结构的内壁与径向外部直立部分的弯曲外表面邻接，使得机舱在经受侧风时防止机舱相对于塔架的侧向移动。在另一示例中，第一支撑构件和第二支撑构件的径向外部直立部分的弯曲外表面之间的水平距离小于机舱的管状结构的内径。在这样的示例中，支撑部件还包括定位构件，定位构件可例如以与支撑构件类似的方式附接到塔架的凸缘部分，例如在支撑构件之间周向地间隔开。定位构件均包括直立部分，所述直立部分包括弯曲外表面，所述弯曲外表面构造成符合机舱的管状结构的弯曲内壁。当定位构件附接到塔架的凸缘时，相对定位构件的直立部分的弯曲外表面之间的水平距离近似等于机舱的管状结构的内径。因此，当机舱降低到塔架时，机舱的管状结构的内壁与定位构件的直立部分的弯曲外表面邻接。因此，当经受侧风时，防止机舱相对于塔架侧向移动。因此，定位构件提供在机舱处于塔架上的搁置位置时约束机舱的侧向移动的替代手段。

在上述示例中，为了附接对准工具的支撑构件的目的，塔架的凸缘部分设置有专用的、位于径向内部的多行螺栓孔。如已经说明的，这可以通过提供比常规更宽的塔的凸缘部分来实现。在另一示例中，其可以适合与常规的即未加宽的凸缘部分一起使用，省略了位于径向内部的多行螺栓孔。相反，螺纹螺栓用于将支撑构件的附接部分固定到设置在凸缘部分中的螺纹孔(可选地，盲螺纹孔)。替代地，在凸缘部分中设置的孔是无螺纹的，并且膨胀螺栓用于将支撑构件的附接部分固定在非螺纹孔中。

虽然在上述示例中，已经关于管状塔架和机舱的管状部分的轴向对准描述了对准工具，但是应当理解，对准工具同样适用于风力涡轮机的其它管状结构(例如，风力涡轮机塔架的管状节段或区段)的轴向对准。还应当理解，对准工具也适用于非圆柱形的管状结构，例如风力涡轮机的卵形、椭圆形或矩形管状结构。

应当理解，已经关于其优选实施例描述了本发明，并且在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下可以以许多不同的方式修改本发明。

Claims (18)

1.一种用于对准风力涡轮机的管状结构的工具(600；600’)，包括：

支撑部件，所述支撑部件用于将所述工具(600；600’)附接到第一管状结构(200)的端部区域以便从所述端部区域轴向地向外延伸；以及

引导部件，所述引导部件通过偏置部件连接到所述支撑部件并且适于接合第二管状结构(301)的内壁(301a)，

其中，所述偏置部件被布置成当所述第二管状结构(301)朝向所述第一管状结构(200)轴向地移动时推动所述引导部件以在所述内壁(301a)上施加径向力，从而引导所述第二管状结构(301)与所述第一管状结构(200)轴向对准。

2.根据权利要求1所述的工具(600)，其中，所述偏置部件包括弹性元件，优选为弹簧，更优选为螺旋弹簧。

3.根据权利要求1所述的工具(600’)，其中，所述偏置部件包括液压元件，优选地为液压缸。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的工具(600；600’)，其中：

所述引导部件用于相对于所述第一管状结构(200)的纵向轴线(Zt)定位在所述支撑部件的径向外侧；以及

所述偏置部件被布置成推动所述引导部件以在所述内壁(301a)上施加向外的径向力。

5.根据权利要求4所述的工具(600；600’)，其中，所述偏置部件的至少一部分位于所述支撑部件与所述引导部件之间。

6.根据权利要求5所述的工具(600；600’)，其中，所述支撑部件包括多个支撑构件(601a、601b)，所述多个支撑构件(601a、601b)被配置为附接到所述第一管状结构(200)的所述端部区域，以便围绕所述第一管状结构(200)的所述端部区域间隔开，优选为等距间隔开。

7.根据权利要求6所述的工具(600；600’)，其中，所述支撑构件(601a、601b)中的每一个包括：

附接部分，所述附接部分用于附接到所述第一管状结构(200)的所述端部区域，以便相对于所述第一管状结构(200)的所述纵向轴线(Zt)基本上垂直地延伸；

第一直立部分，所述第一直立部分从所述附接部分基本上垂直地延伸并且用于相对于所述第一管状结构(200)的所述纵向轴线(Zt)定位在外部径向位置处；

第二直立部分，所述第二直立部分从所述第一直立部分侧向偏移并且用于相对于所述第一管状结构(200)的所述纵向轴线(Zt)定位在内部径向位置处；以及

倾斜部分，所述倾斜部分连接所述第一直立部分和所述第二直立部分。

8.根据权利要求7所述的工具(600；600’)，其中，所述支撑构件(601a、601b)中的每一者的所述附接部分以及所述第一直立部分被配置为使得，当所述支撑构件(601a、601b)附接到所述第一管状结构(200)的所述端部区域时，所述支撑构件(601a、601b)的相对的成对直立部分之间的距离与所述第二管状结构(301)的内径基本相同，以便提供所述直立部分与所述第二管状结构(301)的所述内壁(301a)之间的紧密配合。

9.根据权利要求7或8所述的工具(600；600’)，其中，所述引导部件包括多个引导构件(603a、603b)，并且所述偏置部件包括多个偏置元件，所述引导构件(603a、603b)中的每一个通过所述偏置元件中的相应偏置元件连接到所述支撑构件(601a、601b)中的相应支撑构件的所述第二直立部分。

10.根据权利要求9所述的工具(600；600’)，其中，所述引导构件(603a、603b)中的每一个包括：

直立部分，所述直立部分用于与所述支撑构件(601a、601b)中的相应支撑构件的所述第二直立部分以基本平行关系定位；以及

倾斜部分，所述倾斜部分从所述直立部分延伸，并且优选地用于与所述支撑构件(601a、601b)中的所述相应支撑构件的所述倾斜部分以基本平行关系定位。

11.根据权利要求10所述的工具(600；600’)，所述工具包括连接器部件(607)，所述连接器部件将所述引导构件(603a、603b)的所述倾斜部分连接在一起，优选地其中，所述连接器部件(607)包括大致圆锥形形状。

12.根据权利要求10或11所述的工具(600)，其中，所述偏置元件中的每一个包括螺旋弹簧(605a、605b)，所述螺旋弹簧(605a、605b)的第一端被附接到所述支撑构件(601a、601b)中的所述相应支撑构件的所述第二直立部分，并且所述螺旋弹簧(605a、605b)的第二端被附接到所述引导构件(603a、603b)中的所述相应引导构件的所述直立部分，使得所述螺旋弹簧(605a、605b)的轴线基本上垂直于所述直立部分。

13.根据权利要求10或11所述的工具(600’)，其中，所述偏置元件中的每一个包括液压缸(609a、609b)，所述液压缸(609a、609b)中的每一个被布置成与所述液压缸(609a、609b)中的另一个流体连通。

14.根据权利要求13所述的工具(600’)，其中；

所述液压缸(609a、609b)中的每一个的主体附接到所述支撑构件(601a、601b)中的所述相应支撑构件的所述第二直立部分；并且

所述液压缸(609a、609b)的活塞的杆能够相对于所述主体移动并且附接到所述引导构件(603a、603b)中的所述相应引导构件的所述直立部分，使得所述液压缸(609a、609b)的轴线基本上垂直于所述直立部分。

15.一种风力涡轮发电机，所述风力涡轮发电机被至少部分地安装并且包括根据权利要求1至14中任一项所述的工具。

16.一种安装风力涡轮发电机的方法，包括：

将对准工具(600；600’)的支撑部件附接到所述风力涡轮发电机的第一管状结构(200)的端部区域，以便从所述端部区域轴向地向外延伸，所述对准工具(600；600’)包括引导部件，所述引导部件通过偏置部件连接到所述支撑部件并且适于接合所述风力涡轮发电机的第二管状结构(301)的内壁(301a)；以及

使所述第二管状结构(301)轴向地朝向所述第一管状结构(200)移动，以使所述内壁(301a)与所述对准工具(600；600’)的所述引导部件接合，从而使所述偏置部件能够推动所述引导部件以在所述内壁(301a)上施加径向力，以便引导所述第二管状结构(301)与所述第一管状结构(200)基本上轴向对准。

17.根据权利要求16所述的安装风力涡轮发电机的方法，其中：

所述对准工具(600；600’)的所述偏置部件包括多个液压缸(609a、609b)，所述液压缸(609a、609b)中的每一个被布置成与所述液压缸(609a、609b)中的另一个流体连通；并且

所述方法包括控制所述液压缸(609a、609b)以推动所述引导部件以在所述内壁(301a)上施加恒定的所述径向力，以便引导所述第二管状结构(301)与所述第一管状结构(200)基本上轴向对准。

18.根据权利要求1至14中任一项所述的工具在根据权利要求16或17所述的方法中的用途。

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