CN117501008A - 用于组装风力涡轮机的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于组装风力涡轮机(10)的方法，风力涡轮机(10)具有带第一安装接口(36)的第一风力涡轮机部件(20)和带第二安装接口(34)的第二风力涡轮机部件(26)，所述方法包括：相对于第一风力涡轮机部件(20)定位第二风力涡轮机部件(26)，使得第二安装接口(34)位于第一安装接口(36)上方的竖直距离处；将第二安装接口(34)对准第一安装接口(36)；朝向第一风力涡轮机部件(20)降低第二风力涡轮机部件(36)以便彼此接触；并且将第二安装接口(34)连接至第一安装接口(36)。在组装期间的任何时候，当第二安装接口(34)与第一安装接口(36)竖直重叠时，第二安装接口(34)与第一安装接口(36)之间的竖直距离保持在预定阈值(D)以下。还公开了一种用于组装风力涡轮机(10)的系统。

Description

用于组装风力涡轮机的系统和方法

技术领域

本发明总体上涉及风力涡轮机，并且更具体地涉及用于通过在组装期间限制风力涡轮机的两个部件之间的竖直分离来组装所述两个部件的系统和方法。

背景技术

风力涡轮机用于使用可再生资源并且不燃烧化石燃料来产生电能。通常，风力涡轮机将来自风的动能转换为电能。一种水平轴风力涡轮机包括塔架、位于塔架的顶点的机舱以及具有多个叶片并通过轴支撑在机舱中的转子。轴直接或间接地将转子与容纳在机舱内的发电机联接。因此，当风迫使叶片旋转时，发电机产生电能。风力涡轮机可以位于陆地上或水体中。

风力涡轮机的塔架通常由多个塔架段组装而成，所述塔架段一个定位在另一个的顶部上以形成塔架。在一种布置中，塔架可以包括下塔架段、一个或更多个中间塔架段和上塔架段。在组装期间，可以将下塔架段固定到某种类型的基础(例如，用于岸上风力涡轮机的锚笼或用于海上风力涡轮机的桩或平台)上，可以将一个或更多个中间塔架段提升到下塔架段的顶部上，然后可以将上塔架段提升到最上面的中间塔架段的顶部上。最后，可以将机舱提升到上塔架段的顶部上。诸如起重机的提升装置可用于将塔架段和机舱提升到位。

因为塔架段并且尤其是机舱相当重(例如，数百吨)，所以组装人员必须非常小心地将塔架段或机舱中的一个在被起重机提升时掉落或变松的风险降至最低。对于风力涡轮机制造商，希望最小化并且可能消除在悬浮负载(WUSL)下工作的时间。例如，当机舱正被提升到上塔架段上时，某些安全规程可能要求塔架内的人员撤离塔架，直到起重机已经提升了机舱并将它放置到上塔架段的顶部上。在机舱静止但尚未固定到上塔架段的顶部上之后，人员必须将自己重新定位在塔架的顶部，以便将机舱固定到上塔架段的顶部。这可能需要人员爬在塔架的内部上的梯子以到达塔架的上端。替代地，塔架可以包括用于将人员运送到塔架的顶部的小升降机。在任何情况下，初始撤离和随后人员重新定位在塔架内可能花费大量时间(例如，在多个小时的数量级)，时间的多少取决于人员的数量、塔架的总高度和用于将人员移动到塔架的顶部的机构(例如，梯子、升降机等)。风力涡轮机组装的主要成本来源之一是完成风力涡轮机组装所需的大型起重机和其他升降设备的租赁/使用。因此，在组装期间将人员移出和移入塔架中的这种停机时间是低效和成本的来源。此外，对于风电场设施而言，这种停机时间按比例增大(例如，可能在数天的数量级)，在该风电场设施中，可以在起重机或升降设备的单个租用期期间组装许多风力涡轮机。

如上所述，一些风力涡轮机可以位于开放的水体中，例如在海洋或大海中。当在水体中组装风力涡轮机时，必须不断地监测天气及其对周围水域的影响，因为其可能快速变化。机舱的提升必须在海洋相对平静时完成。如果机舱到塔架的组装由于人员需要在塔架中疏散和重新定位而延长了一段延长的时间，则接近的恶劣天气可能需要取消组装，直到恶劣天气过去。因此，对于海上风力涡轮机组装，在提升期间中将人员从塔架中撤离并且然后将人员重新定位在塔架中可能进一步增加组装时间，并因此增加成本。

因此，需要一种组装风力涡轮机的系统和方法，其减少组装时间和相关成本。更具体地，需要一种组装风力涡轮机的部件的系统和方法，其允许人员在部件在组装期间正被提升到位时保持在塔架中。

发明内容

为了这些和其他目的，公开了一种用于组装风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机具有带第一安装接口的第一风力涡轮机部件和带第二安装接口的第二风力涡轮机部件，所述第一风力涡轮机部件能固定到基础，所述第二安装接口构造成在第一安装接口处连接到第一风力涡轮机部件。该方法包括：相对于第一风力涡轮机部件定位第二风力涡轮机部件，使得第二安装接口位于第一安装接口上方的竖直距离处；将第二安装接口与第一安装接口对准；朝向所述第一风力涡轮机部件降低第二风力涡轮机部件，使得第一安装接口和第二安装接口彼此接触；并且将所述第二安装接口连接到第一安装接口。根据该方法，在组装期间的任何时候，当第二安装接口与第一安装接口竖直重叠时，第二安装接口与第一安装接口之间的竖直距离不超过预定阈值。

在一个实施例中，该方法还包括：确定第一安装接口与第二安装接口之间的竖直距离是否超过预定阈值；并且当第一安装接口与第二安装接口之间的竖直距离超过预定阈值时，提供指示。在示例性实施例中，确定第一安装接口与第二安装接口之间的竖直距离是否超过预定阈值的步骤可以还包括：从附接到第一风力涡轮机部件和第二风力涡轮机部件中的一个的发射器发射信号；并且由附接到第一风力涡轮机部件和第二风力涡轮机部件中的另一个的接收器接收该信号；当发射器和接收器确定第一安装接口与第二安装接口之间的竖直距离基本上处于预定阈值或小于预定阈值时，提供第一指示；并且当发射器和接收器确定第一安装接口与第二安装接口之间的竖直距离超过预定阈值时，提供第二指示。

在本发明的一个方面，可以使用视觉系统来执行该方法。例如，在一个实施例中，该方法可以包括：在第一风力涡轮机部件和第二风力涡轮机部件中的一个上提供指示器，用于指示第一安装接口与第二安装接口之间的竖直距离何时超过预定阈值；并且使用安装到第一风力涡轮机部件和第二风力涡轮机部件中的一个上的第一相机来监测所述指示器。在一个实施例中，将第二安装接口与第一安装接口对准可以包括：将第二相机安装到第一风力涡轮机部和第二风力涡轮机部件中的一个；并且使用第二相机来使第二安装接口与第一安装接口轴向对准。此外，将第二安装接口与第一安装接口对准可以包括：将第三相机安装到第一第二风力涡轮机部和第二风力涡轮机部件中的一个；并且使用第三相机来使第二安装接口与第一安装接口旋转对准。

在一个实施例中，将第二安装接口与第一安装接口对准可以还包括：提供安装到第一风力涡轮机部件和第二风力涡轮机部件中一个的至少一个对准引导件，其中，该至少一个对准引导件能从缩回位置移动到展开位置；并且将所述至少一个对准引导件从缩回位置移动到展开位置。当处于展开位置时，所述至少一个对准引导件构造成与第一风力涡轮机部件和第二风力涡轮机部件中的另一个接触，以便于将第二安装接口与第一安装接口轴向对准。在一个实施例中，将至少一个对准引导件从缩回位置移动到展开位置可以进一步包括远程致动至少一个对准引导件。该视觉系统可以包括第四相机，并且该方法可以包括：将第四相机安装到第一风力涡轮机部件和第二风力涡轮机部件中的一个；并且使用第四相机来观察至少一个对准引导件。

在所述方法的一个实施例中，所述预定阈值可小于约1.0米，且优选地小于约0.5米。在示例性实施例中，预定阈值可以是大约0.35米。此外，在一个实施例中，第一风力涡轮机部件可以是塔架段，而第二风力涡轮机部件可以是机舱。在替代实施例中，第一风力涡轮机部件可以是塔架段，而第二风力涡轮机部件可以是另一塔架段。在又一实施例中，第一风力涡轮机部件可以是基础，而第二风力涡轮机部件可以是塔架段(例如，最下方的塔架段)。

在另一实施例中，公开了一种用于组装风力涡轮机的系统，所述风力涡轮机具有带第一安装接口的第一风力涡轮机部件和带第一安装接口的第二风力涡轮机部件，所述第一风力涡轮机部件能固定到基础，所述第二安装接口构造成在第一安装接口处连接到第一风力涡轮机部件。该系统包括分离检验装置，该分离检验装置包括：发射器，该发射器构造成联接到第一风力涡轮机部件和第二风力涡轮机部件中的一个；以及接收器，该接收器构造成联接到第一风力涡轮机部件和第二风力涡轮机部件中的另一个。分离检验装置构造成确定第一安装接口与第二安装接口之间的竖直距离是否超过预定阈值。该系统还包括指示器，该指示器构造成联接到第一风力涡轮机部件和第二风力涡轮机部件中的一个，并构造成当第一安装接口与第二安装接口之间的竖直距离超过预定阈值时提供指示。该系统构造成使得在组装期间的任何时候，当第二安装接口与第一安装接口竖直重叠并且竖直距离超过预定阈值时，指示器构造成提供指示。

在一个实施例中，指示器构造成当发射器和接收器确定第一安装接口与第二安装接口之间的竖直距离基本上处于预定阈值或小于预定阈值时提供第一指示，并且指示器构造成当发射器和接收器确定第一第二安装接口与第二安装接口之间的竖直距离超过预定阈值时提供第二指示。例如，发射器可以包括激光发射器，并且接收器可以包括激光接收器。激光发射器和激光接收器中的一个可以包括指示器。

该系统还可包括视觉系统。例如，在一个实施例中，该系统可以包括第一相机，该第一相机构造成安装到第一风力涡轮机部件和第二风力涡轮机部件中的一个，并且构造成观看指示器。该系统可以还包括第二相机，该第二相机构造成安装到第一风力涡轮机部件和第二风力涡轮机部件中的一个，并且构造成便于第一安装接口和第二安装接口的轴向对准。此外，该系统可以包括第三相机，该第三相机构造成安装到第一风力涡轮机部件和第二风力涡轮机部件中的一个，并且构造成便于第一安装接口和第二安装接口的旋转对准。

在一个实施例中，该系统可以包括能在缩回位置与展开位置之间移动的至少一个对准引导件，其中，所述至少一个对准引导件构造成联接到第一风力涡轮机部件和第二风力涡轮机部件中的一个，并且其中，当处于展开位置时，所述至少一个对准引导件构造成接触第一风力涡轮机部件和第二风力涡轮机部件中的另一个，以便于将第二安装接口与第一安装接口轴向对准。在一个实施例中，至少一个对准引导件可以能被远程致动以在缩回位置与展开位置之间移动。该视觉系统可以包括第四相机，该第四相机构造成安装到第一风力涡轮机部件和第二风力涡轮机部件中的一个，并且构造成观看所述至少一个对准引导件。

附图说明

结合在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与上面给出的本发明的一般描述和下面给出的详细描述一起用于解释本发明。

图1是根据本发明的实施例正被组装的海上风力涡轮机的立体图；

图2A是沿着图1的塔架的侧面定位在预定高度的机舱的放大正视图；

图2B是定位在塔架上方预定高度处的图2A的机舱的放大正视图；

图3是定位在塔架上方预定高度处的图2B的机舱的局部放大剖视图；

图4是安装在机舱上的激光摄像机在组装过程期间可以看到的示例性视场；

图5是安装在机舱上的塔架接近相机在组装过程期间可以看到的示例性视场；

图6A是当纵向塔架轴线尚未与纵向机舱轴线对准时安装在机舱上的轴向对准相机的示例性视场；

图6B是当纵向塔架轴线与纵向机舱轴线大致对准时轴向对准相机的示例性视场；

图7A是向下定位在机舱的安装接口/凸缘上的旋转对准相机在将机舱的下凸缘与塔架的上凸缘旋转对准时可以看到的示例性视场；

图7B是旋转对准相机在机舱的安装接口/凸缘与塔架的安装接口/凸缘旋转对准时可以看到的示例性视场；

图8A是定位在塔架上方的机舱的局部放大剖视图，其中，对准引导件展开；以及

图8B是定位在塔架的顶部上的机舱的局部放大剖视图，其中，对准引导件展开。

具体实施方式

图1示出了组装在海上位置即水体12中的风力涡轮机10。如图所示，塔架14通过合适的基础15锚固到水体12的底部。塔架14包括纵向塔架轴线TA。塔架14包括下塔架段16、多个中间塔架段18和上塔架段20。连接到船24的起重机22被示出为正将机舱26提升到其在上塔架段20顶上的最终组装位置。机舱26经由撑杆28连接到起重机，撑杆28能够使机舱26相对于起重缆绳30绕竖直轴线旋转。机舱26包括具有安装接口34(例如，诸如安装凸缘)的塔架连接段32(图2A)，该安装接口构造成将机舱26联接到上塔架段20，更具体地联接到位于上塔架段20的上端的安装接口36(例如，诸如安装凸缘)。机舱26包括纵向机舱轴线NA。

组装过程的一个方面是提升机舱26直到机舱26的安装接口34定位在上塔架段20的安装凸缘36上方的竖直距离处。竖直距离可以被选择成使得在机舱26正被放置在上塔架段20顶上时使机舱26的安装接口34与上塔架段20的安装接口36之间的距离最小化。例如，在一个示例性实施例中，在组装期间当机舱26的安装接口34竖直地重叠上塔架段20的安装接口36时的任何时候，安装接口34，36之间的竖直距离可以不超过预定阈值。如在此使用的，竖直重叠意味着机舱26的安装接口34的至少一个点定位在上塔架段20的安装接口36的一个点的竖直正上方。例如，图2A示出了安装接口34，46之间没有竖直重叠，而图2B示出了安装接口34，36之间基本上完全竖直重叠。

在任何情况下，通过在提升期间当安装接口34，36之间存在竖直重叠时不超过预定阈值，如果在提升系统中存在故障，则机舱26在与上塔架段20接触之前将具有相对短的不受控制的移动距离。因此，认为机舱26将不能对塔架14，更具体地对上塔架段20造成显著损坏(例如，灾难性损坏)。因此，将可能不需要在组装过程期间位于塔架14中的人员在正将机舱26提升并放置在上塔架段20顶上时完全撤出塔架14。相反，可能需要技术人员从上塔架段20的暴露端处的上平台移动到塔架中的下平台和上平台下方。如人们可以认识和理解的，当正将机舱26提升到位时使人员在塔架14内仅向下移动一个或几个平台高度，而不是在提升期间撤出整个塔架14，这将在组装过程期间节省相当大量的时间。

通过将机舱26的安装接口34与上塔架段20的安装接口36之间的竖直分隔距离控制为不超过预定阈值，可以节省时间。通过考虑机舱26的重量和塔架14的结构方面，可以估计在例如自由下落期间由机舱26引起的塔架14上的损坏响应。例如，各种软件包可以模拟塔架14对施加的载荷的响应，该施加的载荷模拟与在自由下落中的机舱26的接触。通过该分析，可以建立竖直分隔距离阈值，使得估计的损坏对位于塔架14中和上平台下方的人员呈现最小风险。作为示例而非限制，在一个实施例中，预定阈值D可以小于约1.0米。在优选实施例中，预定阈值可以小于约0.5米。在示例性实施例中，预定阈值可以是约350毫米。当然，根据机舱26和塔架14的特征，预定阈值D可以具有其他值。本领域普通技术人员将理解如何考虑到特定机舱26和塔架14的参数来确定阈值。

本发明的各方面使用各种系统、子系统、装置等以确保在组装期间当机舱26的安装接口34与上塔架段20的安装接口36竖直重叠时，安装接口34与安装凸缘36之间的竖直分隔距离保持在预定阈值D以下。参见图1、图2A和图2B，机舱26最初可以由在塔架14旁边的起重机22向上提升，使得安装接口34，36不竖直重叠。更具体地，机舱26可以相对于上塔架段20定位成使得安装接口34位于安装接口36上方的竖直距离处，其中，竖直距离不大于并且优选地基本上处于预定阈值D处。在机舱26基本上处于预定阈值D的情况下，起重机22可以被操纵以使机舱26在上塔架段20的顶部上方移动并且使安装接口34，36处于基本上完全竖直重叠关系，同时在操纵期间尽可能地基本上维持预定阈值D。

根据本发明的该方面，可以提供分离检验装置以检验安装接口34，36之间的竖直距离处于预定阈值D处并且不超过预定阈值D。例如，在一个实施例中，分离检验装置可以包括信号发射器和信号接收器。在示例性实施例中，例如，信号发射器可以是激光发射器40，而信号接收器可以是激光接收器42。如图2A和图2B所示，激光发射器40可以附接到上塔架段20，并稍微延伸到上塔架段20的最上部之上。激光发射器40构造成发射激光束，该激光束足够快地旋转，以有效地产生从激光发射器40沿所有方向传播的激光44的水平面。在该实施例中，激光接收器42可以附接到机舱26，以便稍微延伸到塔架连接段32的下方。激光接收器42可以包括一个或更多个(例如，阵列)激光接收构件46(图5)，激光接收构件46构造成识别特定的接收构件46何时被激光42的水平面照射。例如，激光接收器42可以包括下方指示器48、目标上指示器50和上方指示器52，它们中的每一个都操作性地联合到激光接收构件46。虽然在上述实施例中，激光发射器40附接到上塔架段20并且激光接收器42附接到机舱26，但是应该认识到，在另一替代实施例中，激光发射器40可以附接到机舱26并且激光接收器42可以附接到上塔架段20。

在使用中，例如，当适当的激光接收构件46被来自激光发射器40的激光44的水平面照亮时，目标上指示器50将发光(例如用绿灯)。当目标上指示器50发光时，这指示机舱26的安装接口34的底部在上塔架段20的安装接口36的顶部上方预定阈值D。当下方指示器48发光(例如用红灯)时，这指示机舱26的安装接口34与上塔架段20的安装接口36相距小于预定阈值D。类似地，当上方指示器52发光(例如用另一个红灯)时，这指示机舱26的安装接口34与上塔架段20的安装接口36相距大于预定阈值D。在某一点，安装接口34，36之间的竖直距离将太大或太小，使得激光44的水平面不照射任何激光接收构件46。在这种情况下，指示器48，50，52都不发光。换言之，此时指示器48，50，52中没有一个被照亮时，即这实际指示激光接收构件46(以及因此激光接收器42)没有从激光发射器40接收到激光信号。

如上所述，在将机舱26提升到塔架14的顶部之前，激光发射器40可以定位在上塔架段32中并且激光接收器42可以定位在机舱26中，使得当机舱26的安装接口34在上塔架段20的安装接口36上方预定阈值D时，目标上指示器50将发光。当机舱26向上提升时，激光发射器40将工作并产生激光44的水平面。机舱26将沿着塔架14的侧面向上提升，并且当安装接口34越过上塔架段20的顶部时，激光44的水平面将开始照射激光接收构件46。最初，激光接收构件46将使下方指示器48发光以表示安装接口34低于预定阈值D。照此，起重机操作者可以继续轻微地提升机舱26，直到激光44的水平面照射将导致目标上指示器50发光的适当的激光接收构件46。此时，起重机操作者将停止提升机舱26。在机舱26现在处于预定阈值D的情况下，起重机操作者可以在上塔架段20的顶部上方操纵机舱26，如图2B所示。

根据安全规程，并且如上所述，当起重机将机舱26操纵到上塔架段20上方就位时，在上塔架段20的暴露端处的上平台上可能没有技术人员。因此，没有人亲自就位来观察/监视不同的指示器48，50，52，以通知起重机操作者机舱26是否低于、处于或高于预定阈值D。为了解决这个问题并且根据本发明的另一方面，可以提供视觉系统来观察/监视不同的指示器48，50，52。

在一个实施例中，视觉系统可以包括用于观察组装过程的某些方面的多个摄像机。这允许在没有人员处于配合接口34，36附近的情况下完成某些任务。在一个示例性实施例中，视觉系统可包括四个摄像机：激光摄像机60、塔架接近摄像机62，轴向对准摄像机64和旋转对准摄像机66，如图3所示。在替代的实施例中，视觉系统可以包括更多或更少的摄像机。在示例性实施例中，摄像机60，62，64，66中的每一个都可以邻近安装接口34附接至机舱26。然而，应当理解的是，在替代的实施例中，摄像机60，62，64，66可以邻近安装接口36附接至上塔架段20。在又一个替代实施例中，摄像机60，62，64，66中的一些可以附接至机舱26，并且摄像机60，62，64，66中的一些可以附接至上塔架段20。在任何情况下，视觉系统在配合接口34，36上提供“眼睛”，而人员不在紧邻的附近。

在图5中示出了激光摄像机60可以“看见”的代表图。如图所示，激光摄像机60可以构造成观看激光接收器42和位于激光接收器42上的指示器48，50，52。来自激光摄像机60的视频源可以被发射到诸如监视器的视频接收单元(未示出)，该视频接收单元正由起重机通信员或信号员(即，向起重机操作员给出移动指令的人员)观看/监视，该起重机通信员或信号员位于远离上塔架段20的位置。通过观看来自激光摄像机60的视频源，起重机通信员可以基于指示器48，50，52中的哪一个被照亮来确定机舱26是过低、过高还是处于预定阈值D。如上所述，如果指示器48，50，52中没有一个被照亮，则机舱26的安装接口34可以被定位在上塔架段20的安装接口36下方太远或上方太远。

作为观察指示器48，50，52的激光摄像机60的备份，激光接收器42还可以构造成还无线地发射激光接收器42在其照亮指示器48，50，52时使用的“距离信息”。该距离信息可以被发射给与起重机通信员进行无线电通信的技术人员。如果激光摄像机60变得不能操作，则可以使用由技术人员接收并转发到起重机通信员的所发射的距离信息来继续塔架组装过程。激光接收器42独立于激光摄像机60向技术人员发射距离信息的能力为塔架组装过程提供了另一层安全性。

起重机通信员还可以观看/监视来自塔架接近摄像机62的视频源。塔架接近摄像机62可以“看见”的代表图在图4中示出。在机舱26被向上提升并在塔架的顶部上方被操纵时，塔架接近摄像机62允许起重机通信员使塔架可视化。塔架接近摄像机62为起重机通信员提供附加的验证，即，当机舱26被移动到上塔架段20上方就位时，安装接口34将越过上塔架段20的安装接口36。

在一个实施例中，轴向对准摄像机64大致沿着安装接口34的中心线定位，并且向下指向，使得当机舱26被操纵就位时，轴向对准摄像机64可以向下观察到上塔架段20。在该实施例中，上塔架段20可以具有大致与塔架14的纵向轴线对准的靶70。在图6A和他6B中示出了轴向对准摄像机64的示例性视场72。当机舱26在上塔架段20的顶部上方被操纵时，对准靶70开始在轴向对准摄像机64的视场72中出现，如图6A所示。在图6B中，对准靶70大致位于视场72的中心，这意味着纵向机舱轴线NA大致与纵向塔架轴线TA对准。在组装过程期间，起重机通信员可以观看来自轴向对准摄像机64的视频源并且将适当的指令传送给起重机操作员，使得起重机操作员可以根据需要移动机舱26，直到来自轴向对准摄像机64的视图看起来像例如图6B中所示出的。

在机舱26与塔架轴向对准之后，机舱26可能需要与上塔架段20旋转对准。在这点，机舱26上的安装接口34可包括多个通孔80，通孔80的尺寸适于接纳螺栓82，如图3所示。类似地，安装接口36包括多个通孔86，通孔86的尺寸适于接纳螺栓82。在组装过程期间，大多数螺栓82被预先定位在机舱26的安装接口36中的通孔80中。然而，螺栓82并不完全延伸穿过安装接口34，使得当机舱26下降到上塔架段20上时，螺栓82不会与安装接口34干涉。在示例性实施例中，通孔80中的一个或更多个可以保持畅通，即没有螺栓82，使得旋转对准摄像机66可以向下观察到通孔80中以及安装接口36及其通孔86上。图7A和图7B示出了在塔架组装过程期间来自旋转对准摄像机66的示例性视场。

在机舱26与上塔架段20轴向对准之后(图6B)，机舱26可能需要旋转，使得安装接口34的通孔80与安装接口36的通孔86对准。图7A示出了不与通孔86完全旋转对准的通孔80。起重机通信员将从来自旋转对准摄像机66的视频源看到该未对准，并相应地通知起重机操作员。起重机操作员可以操纵撑杆28，使得它使机舱26围绕提升缆绳30旋转。在机舱26充分旋转之后，通孔80将大致与通孔86对准，如图7B所示。在机舱26与上塔架段20轴向且旋转对准的情况下，起重机通信员然后可以指示起重机操作者开始将机舱26朝向上塔架段20降低。

当机舱26正被降低时，起重机通信员将连续地监视来自至少轴向对准摄像机64和旋转对准摄像机66的视频源，以确保机舱26保持与上塔架段20正确对准，直到机舱26的安装接口34接触上塔架段20的安装接口36。如果在下降过程中的任何时候，起重机通信员基于视频源观察到机舱26不再与上塔架段20正确对准，则起重机通信员可指示起重机操作者停止下降机舱26并指示起重机通信员移动/旋转机舱26以使其与上塔架段20重新对准。

参见图3、图8A和图8B，为了在机舱26正被降低到上塔架段20上时帮助保持机舱26的轴向对准，可以提供一个或更多个对准引导件100。在一个实施例中，一个或更多个对准引导件可以附接到机舱26的安装接口34的上表面。在示例性实施例中，可以有围绕安装接口34的周边彼此间隔大约90度的四个对准引导件100。然而，在替代实施例中可以提供更多或更少的对准引导件100。每个对准引导件100可以包括用于将对准引导件100固定到安装接口34的安装结构102。每个对准引导件100还可以包括枢转地连接到安装结构102的引导构件104。此外，每个对准引导件100还可以包括致动器(在106处示意性地示出)，该致动器构造成使引导构件104在缩回位置(图3)与展开位置(图8A)之间移动。致动器106可以采用各种形式，包括电致动器、气动致动器、液压致动器或其他类型的致动器。在示例性实施例中，致动器106可被远程启动以将引导构件104从缩回位置移动到展开位置。在操作中，引导构件104可以被同时全部启动，或者它们可以以任何期望的顺序被单独启动。

在使用中，每个引导构件104包括引导表面110，该引导表面构造成当机舱26被降低到上塔架段20时接合上塔架段20的安装接口36。总得来说，当机舱26越来越靠近上塔架段20时，四个对准引导件100的引导表面110有助于使安装接口34与安装接口36轴向对准。图8A中示出的引导表面110是倾斜的，使得引导表面110一起基本上充当漏斗来引导机舱26，并且更具体地，引导机舱的安装接口34与上塔架段20的安装接口36轴向对准。图8B示出了对准引导件100展开和安装接口34搁置在安装接口36上并与安装接口36轴向对准。对准引导件100的操作可以至少由激光摄像机60和塔架接近摄像机62监控，如图3所示。

应该理解的是，对准引导件100不限于图3、图8A和图8B中示出的构型，并且可以采用其他构型的对准引导件来辅助机舱26与上塔架段20的轴向对准。例如，一个对准引导件可以包括相对于安装结构102线性移动的引导构件，而不是像引导构件104一样枢转。该引导构件可以具有弧形形状并且例如经由小齿轮在缩回位置与展开位置之间上下移动。替代地，引导构件可以相对于安装结构沿着与安装接口34的圆周相切的平面枢转，该平面与垂直于安装接口34的圆周的平面相反，如同对准引导件100。此外，在替代的实施例中，一个或更多个对准引导件100可以安装到上塔架段20而不是安装到机舱26。因此，一个或更多个对准引导件可以在机舱26和/或上塔架段20上采取多种构型和布置。

在用螺栓82将安装接口34固定到安装接口36之后，可以从安装接口34移除一个或更多个对准引导件100，使得它们可以用在另一风力涡轮机设施上。类似地，激光发射器40和激光接收器42以及四个摄像机60，62，64，66同样可以从机舱26和上塔架段20移除，使得它们可以用在另一个风力涡轮机设施上。因此，这些物品不形成风力涡轮机的永久部件，而是为了组装的目的而暂时附接到风力涡轮机的部件上。这些物品可以重复地用于组装其他风力涡轮机，例如风电场等中的风力涡轮机。

上述系统和方法集中于提升机舱26并将其放置在风力涡轮机10的上塔架段20的顶部上。然而，本发明的各方面不限于此，并且该系统和方法可应用于其他风力涡轮机部件。作为示例，上述系统和方法在塔架14的组装中可能是有益的，所述塔架14可以由一个堆叠在另一个之上的几个塔架段16，18，20制成。更具体地，上述系统和方法可用于以类似于机舱26如何组装在上塔架段20的顶部上的方式将一个塔架段(“第二”塔架段)组装在另一塔架段(“第一”塔架段)的顶部上。

在该实施例中，第二塔架段包括激光接收器42、摄像机60，62，64，66和对准引导件100，并且第一塔架段包括激光发射器40。起重机通信员使用来自至少激光摄像机60的视频源将第二塔架段的安装接口放置在第一塔架段的安装接口上方的预定阈值D处。然后，起重机操作者朝向第一塔架段操纵第二塔架段。起重机通信员将连续地观看来自激光摄像机60和塔架接近摄像机62的视频源，直到第二塔架段大致位于第一塔架段的顶部上方。然后，起重机通信员将开始监视来自轴向对准摄像机64和旋转对准摄像机66的视频源，直到第二塔架段与第一塔架段轴向和旋转对准。一旦对准，对准引导件100将被展开，并且起重机通信员将指示起重机操作者将第二塔架段朝向第一塔架段降低。对准引导件100将有助于第二塔架段与第一塔架段在这两段之间刚好接触之前的最终对准。采用该系统和方法，使得在组装期间，当第二塔架段上的安装接口与第一塔架段上的安装接口竖直重叠时，第一塔架段上的安装接口与第二塔架段上的安装接口之间的竖直距离在任何时候都不超过预定阈值D。

在另一个实施例中，该系统和方法还可以用于将下塔架段16提升并放置在风力涡轮机10的基础15上(见图1)。当将下塔架段16提升到位时，该系统和方法以类似于以上描述的用于将机舱26提升和放置到上塔架段20上的系统和方法的方式来实施。在这点，下塔架段16包括激光接收器42、摄像机60，62，64，66以及一个或更多个对准引导件100，并且基础15包括激光发射器40。起重机通信员使用来自至少激光摄像机60的视频源来将下塔架段16的安装接口放置在基础的安装接口上方的预定阈值D处。然后，起重机操作者朝向基础15操纵下塔架段16。起重机通信员将连续地观看来自激光摄像机60和塔架接近摄像机62的视频源，直到下塔架段16大体上在基础15上方。然后，起重机通信员将开始监视来自轴向对准摄像机64和旋转对准摄像机66的视频源，直到下塔架段16与基础15轴向且旋转对准。一旦对准，对准引导件100将被展开，并且起重机通信员将指示起重机操作者将下塔架段降低到基础15上。对准引导件100将有助于下塔架段16与基础15在这两个部件之间刚好接触之前的最终对准。采用该系统和方法，使得在组装期间当下塔架段16的安装凸缘与基础15上的安装凸缘竖直重叠时，下塔架段16上的安装接口与基础15上的安装接口之间的竖直距离在任何时候都不超过预定阈值D。

虽然已经通过各种优选实施例的描述说明了本发明，并且虽然已经详细描述了这些实施例，但是申请人的意图不是将所附权利要求的范围约束或以任何方式限制到这样的细节。例如，虽然使用所公开的系统和方法组装的风力涡轮机部件包括塔架段、机舱和基础，但是该系统和方法也可用于组装其他风力涡轮机部件，并且本发明的各方面不应限于本文所示和所述的那些。另外的优点和修改对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，根据用户的需要和偏好，本发明的各种特征可以单独使用或以任何组合使用。

Claims (15)

1.一种用于组装风力涡轮机(10)的方法，所述风力涡轮机(10)具有带第一安装接口(36)的第一风力涡轮机部件(20)和带第二安装接口(34)的第二风力涡轮机部件(26)，所述第二安装接口(34)构造成在所述第一安装接口(36)处连接到所述第一风力涡轮机部件(20)，所述方法包括：

相对于所述第一风力涡轮机部件(20)定位所述第二风力涡轮机部件(26)，使得所述第二安装接口(34)位于所述第一安装接口(36)上方的竖直距离处；

将所述第二安装接口(34)与所述第一安装接口(36)对准；

朝向所述第一风力涡轮机部件(20)降低所述第二风力涡轮机部件(26)，使得所述第一安装接口(36)和所述第二安装接口(34)彼此接触；并且

将所述第二安装接口(34)连接至所述第一安装接口(36)，

其中，在组装期间的任何时候，当所述第二安装接口(34)与所述第一安装接口(36)竖直重叠时，所述第二安装接口(34)与所述第一安装接口(36)之间的竖直距离不超过预定阈值(D)。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：

确定所述第一安装接口(36)与所述第二安装接口(34)之间的所述竖直距离是否超过所述预定阈值(D)；并且

当所述第一安装接口(36)与所述第二安装接口(34)之间的所述竖直距离超过所述预定阈值(D)时，提供指示。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定所述第一安装接口(36)与所述第二安装接口(34)之间的所述竖直距离是否超过所述预定阈值(D)进一步包括：

从附接到所述第一风力涡轮机部件(20)和所述第二风力涡轮机部件(26)中的一个的发射器(40)发射信号；并且

由附接到所述第一风力涡轮机部件(20)和所述第二风力涡轮机部件(26)中的另一个的接收器(42)接收所述信号；

当所述发射器(40)和所述接收器(42)确定所述第一安装接口(36)与所述第二安装接口(34)之间的所述竖直距离基本上处于所述预定阈值(D)或小于所述预定阈值(D)时，提供第一指示；并且

当所述发射器(40)和所述接收器(42)确定所述第一安装接口(36)与所述第二安装接口(34)之间的所述竖直距离超过所述预定阈值(D)时，提供第二指示。

4.根据权利要求2或3所述的方法，所述方法进一步包括：

在所述第一风力涡轮机部件(20)和所述第二风力涡轮机部件(26)中的一个上提供指示器(48，50，52)，用于指示所述第一安装接口(36)与所述第二安装接口(34)之间的所述竖直距离何时超过所述预定阈值(D)；并且

使用安装到所述第一风力涡轮机部件(20)和所述第二风力涡轮机部件(26)中的一个的第一相机(60)来监测所述指示器(48，50，52)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述第二安装接口(34)与所述第一安装接口(36)对准进一步包括：

将第二相机(64)安装到所述第一风力涡轮机部件(20)和所述第二风力涡轮机部件(26)中的一个；并且

使用所述第二相机(64)来使所述第二安装接口(34)与所述第一安装接口(36)轴向对准。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述第二安装接口(34)与所述第一安装接口(36)对准进一步包括：

将第三相机(66)安装到所述第一风力涡轮机部件(20)和所述第二风力涡轮机部件(26)中的一个；并且

使用所述第三相机(66)来使所述第二安装接口(34)与所述第一安装接口(36)旋转对准。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述第二安装接口(34)与所述第一安装接口(36)对准进一步包括：

提供安装到所述第一风力涡轮机部件(20)和所述第二风力涡轮机部件(26)中的一个的至少一个对准引导件(100)，其中，所述至少一个对准引导件(100)能从缩回位置移动到展开位置；并且

将所述至少一个对准引导件(100)从所述缩回位置移动到所述展开位置，

其中，当处于所述展开位置时，所述至少一个对准引导件(100)构造成与所述第一风力涡轮机部件(20)和所述第二风力涡轮机部件(26)中的另一个接触，以便于使所述第二安装接口(34)与所述第一安装接口(36)轴向对准。

8.一种用于组装风力涡轮机(10)的系统，所述风力涡轮机(10)具有带第一安装接口(36)的第一风力涡轮机部件(20)和带第二安装接口(34)的第二风力涡轮机部件(26)，所述第二安装接口(34)构造成在所述第一安装接口(36)处连接到所述第一风力涡轮机部件(20)，所述系统包括：

分离检验装置，该分离检验装置包括：发射器(40)，该发射器(40)构造成联接到所述第一风力涡轮机部件(20)和所述第二风力涡轮机部件(26)中的一个；以及接收器(42)，该接收器(42)构造成联接到所述第一风力涡轮机部件(20)和所述第二风力涡轮机部件(26)中的另一个，其中，所述分离检验装置构造成确定所述第一安装接口(36)与所述第二安装接口(34)之间的竖直距离是否超过预定阈值(D)；以及

指示器(48，50，52)，该指示器(48，50，52)构造成联接到所述第一风力涡轮机部件(20)和所述第二风力涡轮机部件(26)中的一个，并构造成当所述第一安装接口(36)与所述第二安装接口(34)之间的所述竖直距离超过所述预定阈值(D)时提供指示，

其中，在组装期间的任何时候，当所述第二安装接口(34)与所述第一安装接口(36)竖直重叠并且所述竖直距离超过所述预定阈值(D)时，所述指示器(48，50，52)构造成提供所述指示。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述指示器(48，50，52)构造成当所述发射器(40)和所述接收器(42)确定所述第一安装接口(36)与所述第二安装接口(34)之间的所述竖直距离基本上处于所述预定阈值(D)或小于所述预定阈值(D)时提供第一指示，并且其中，所述指示器(48，50，52)构造成当所述发射器(40)和所述接收器(42)确定所述第一安装接口(36)与所述第二安装接口(34)之间的所述竖直距离超过所述预定阈值(D)时提供第二指示。

10.根据权利要求8或9所述的系统，其中，所述发射器(40)包括激光发射器，并且所述接收器(42)包括激光接收器。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的系统，该系统进一步包括第一相机(60)，该第一相机(60)构造成安装到所述第一风力涡轮机部件(20)和所述第二风力涡轮机部件(26)中的一个，并且构造成观看所述指示器(48，50，52)。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的系统，该系统还包括第二相机(64)，该第二相机(64)构造成安装到所述第一风力涡轮机部件(20)和所述第二风力涡轮机部件(26)中的一个，并且构造成便于所述第一安装接口(36)和所述第二安装接口(34)的轴向对准。

13.根据权利要求8至12中任一项所述的系统，该系统进一步包括第三相机(66)，该第三相机(66)构造成安装到所述第一风力涡轮机部件(20)和所述第二风力涡轮机部件(26)中的一个，并且构造成便于所述第一安装接口(36)和所述第二安装接口(34)的旋转对准。

14.根据权利要求8至13中任一项所述的系统，该系统还包括能在缩回位置与展开位置之间移动的至少一个对准引导件(100)，其中，所述至少一个对准引导件(100)构造成联接到所述第一风力涡轮机部件(20)和所述第二风力涡轮机部件(26)中的一个，并且其中，当处于所述展开位置时，所述至少一个对准引导件(100)构造成接触所述第一风力涡轮机部件(20)和所述第二风力涡轮机部件(26)中的另一个，以便于将所述第二安装接口(34)与所述第一安装接口(36)轴向对准。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述至少一个对准引导件(100)能被远程致动以在所述缩回位置与所述展开位置之间移动。