CN117795195A - 不使用起重机提升和下降叶片的方法以及所使用的装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种不使用起重机使叶片升高和下降的方法，所述方法使用对准和插入装置以解决因叶片的最初/最后200mm‑400mm的倾斜和锥度所引起的问题。该装置包括至少一个吊装机(4)和一对缆索(5)，所述一对缆索由滑轮(10)配合并且通过其端部处的连接元件而被螺丝拧紧至轴承(12)。沿直径方向对置地并且尽可能靠近叶片的重心(CG)通过螺丝拧紧缆索(5)。在初始下降之后，固定叶片并且将加强板(20)添加到叶片根部(13)，由无卷筒吊装机(18)和一组滑轮(19)形成的下降装置用于借助于连结到板(20)的穿过缆索(22)来使叶片下降。设置在地面上的起重机使得放置在叶片的梢部(23)上的辅助吊索移动，并且帮助引导通过塔架的过渡部分(24)和底部部分(25)。

Description

不使用起重机提升和下降叶片的方法以及所使用的装置

技术领域

叶片是风力涡轮机最关键的元件之一。其组装复杂且昂贵，并且在风力涡轮机的使用寿命期间，需要对叶片进行维修。所提出的方法在无需大型起重机的情况下处理叶片的组装、更换或维修，从而解决了由于叶片倾斜和锥度而导致的初始脱离接合问题。

背景技术

风力涡轮机的组装和维护成本高昂，这是因为构成风力涡轮机的主要元件在距地面相当高的高度处运行。叶片是风力涡轮机最关键的元件之一，并且其组装或维修需要达到或超过轮毂高度(HH)的大型起重机。

多年来，无起重机或在不使用起重机的情况下更换叶片已成为一种技术趋势。有多种技术专注于竖向降低叶片，以将其放置在地面上，随后再次将叶片升高。这些解决方案中包括使用缆索和吊装机来降低和升高叶片的技术。但除此之外，还需要额外使用复杂的刚性装置，所述刚性装置锚固到叶片的根部或在叶片表面的不同部分处环绕所述叶片，从而使叶片对准并且从轮毂脱出。由于机舱倾斜以及叶片相对于轮毂的锥度(coning)，因此叶片相对于水平面具有倾斜度α。该倾斜度使得叶片难以脱钩并且使得叶片的初始下降阶段变得困难。

专利US201400100658A1将多个延伸件组装为螺栓，所述延伸件比螺栓本身更长。随后，使用所述延伸件作为支承螺栓将叶片移动到中间位置。

专利EP2369174A1采用适配器模板(在所述适配器模板处连接有绞盘)以及比其余支承螺栓更长的螺栓。通过拧松最长螺栓的螺母，叶片被降低直到可以添加支承链条为止。

专利US10113530B2使用锚固的缆索，通过支承螺母对所述缆索进行调整。该专利还使用在外侧围绕叶片的各种器具。所使用的缆索沿缆索具有止动块体和衬套，以在叶片最初降低期间充当机械止动件。所使用的滑轮位于叶片轴承上或轮毂外侧。

没有一项现有技术的专利设法解决了由于锥度和倾斜而导致的叶片初始倾斜问题。风会加剧该倾斜并且能够影响叶片并且使该叶片撞击塔架。

发明内容

本发明的一个目的是在不需要大型外部起重机的情况下实现将叶片降低至地面以及将所有必要的吊装机(葫芦)(hoist)容纳在轮毂内而不是位于地面上，从而确保整个负载悬挂在轮毂内。

本发明的目的是使用对准和吊装装置将叶片初始降低200mm至400mm，并且同时考虑到由于因倾斜和锥度导致的叶片倾斜度而致使相对于水平面成角度α所造成的叶片重心布置。

本发明的另一个目的是叶片的对准和插入装置中所使用的缆索具有由以下部分形成的连接元件：位于连接元件的下部的螺纹区域和位于上部的截头圆锥区域。

本发明的另一个目的是利用下降装置完成组装，所述下降装置使用不带卷筒的吊装机，所述不带卷筒的吊装机因一定数量的齿轮箱(forward)而得以在必要负载下工作。

本发明的另一个目的是下降/提升方法，其具有最少数量步骤，从而突出了所有这些步骤的执行简便性：

步骤1-在轮毂结构内固定至少两台吊装机：至少一台吊装机用于所述对准和吊装装置，而另一台吊装机用于所述下降装置。由于在风力涡轮机内手动地运输吊装机，因此所述吊装机的重量必须减轻。

步骤2-第一装置的缆索(或多个缆索)以及在所述缆索端部处的连接元件穿过轴承孔的内部，固定所述轴承孔的螺栓已从所述轴承孔移除，并且最后将所述缆索和所述连接元件螺丝拧紧至叶片根部的插入件，从而确保其始终尽可能靠近重心CG。

步骤3-使用对准和吊装装置的缆索使叶片下降至优选地介于200mm至400mm之间的距离，由于使用至少一个滑轮，因此这些缆索相互很好地配合，其原因在于在补偿叶片相对于轮毂的角度α期间，可能只有缆索中的一个缆索工作并且其必须能够支承叶片的整个重量。迄今为止，已知的现有技术还没有解决这种情况。

步骤4-固定叶片。下降装置通过连接到两个或更多个叶片插入件开始运行。移除对准和吊装装置以及固定装置。

步骤5-利用安装在机舱中的绳索将辅助吊索从叶片的梢部升高，以在无需吊篮的情况下将吊索放置在适当的高度。

步骤6-借助于下降装置的元件和在叶片的梢部上操作的外部辅助起重机来使叶片下降。

一旦已经执行叶片的相关维修或延长之后，就按照相反的顺序执行上述步骤来提升叶片。在叶片的最终吊装过程中，可以使用三个吊装机(而不是两个吊装机)和被螺丝拧紧至插入件中的一些定心销，以协助最终吊装。

根据以上描述，产生以下优点：

-维修或延长叶片(例如，在叶片根部区域中添加延长器)过程中的速度对于最小化维持风力涡轮机停机所耗费的成本非常重要。必须安装和使用的元件越少，则叶片下降/升高的过程就越有效。

-使用最少的工具(吊装机及它们对应的缆索、加强件、滑轮和转动拆除器(turnremovers)、投资低且调动快。

-从根部插入件操纵叶片，所述根部插入件是被设计成用于将叶片连接到外部的唯一区域，无需在叶片的表面上设置支承装置，这防止了在处理过程中造成损坏。

-操作人员数量少：在轮毂内的吊装机设有2名操作人员，在辅助着地的起重机中设有另外一名操作人员。

-时间：用1天安装系统、下降和升高叶片以及拆除系统。

附图说明

下面将对一系列有助于更好地理解本发明的附图进行简要描述，这些附图与作为其非限制性示例提出的所述发明的实施例明确相关。

图1示出了转子剖面以及对准和吊装装置和待降低的叶片的一部分。

图2示出了叶片及其轴承的俯视图，其中指示了重心CG的位置。

图3示出了转子的侧向剖面以及悬挂的叶片和因锥度和倾斜而形成的角度。

图4示出了转子开始下落、平衡且叶片的旋转被抵消时上图中的转子。

图5示出了缆索及其端部处的连接元件。

图6示出了轴承和带有被螺丝拧紧在其上的缆索的叶片根部的剖面。

图7示出了叶片根部和定心销的剖面的细节。

图8示出了从上方观察的剖开的转子，其中下降装置锚固在轮毂中。

图9示出了叶片根部的平面图以及加强杆的细节。

图10示出了转子的侧向剖面以及下降装置的锚固细节。

图11、图12和图13示出了叶片下降顺序。

具体实施方式

所描述的方法使用多个吊装机，所有吊装机都固定在轮毂内，以使得叶片的全部负载作用悬挂在轮毂内。所述吊装机是受在风力涡轮机内工作的至少一名工作人员所允许携带的最大重量限制的元件。所述吊装机是可能需要滑轮来分配和平衡负载的小元件。

将使用至少一台吊装机作为提升元件以形成对准和吊装装置。并且无卷筒电动吊装机用于下降装置。

如图1所示，轮毂(1)被剖开并且示出轮毂的内部(2)。在轮毂(1)的上部中，在与上叶片相连接的固定轨道中，并且通过使用辅助梁(3)，锚固由至少一个吊装机并且优选地由两个吊装机形成的对准和槽形成装置。叶片上的全部负载都作用悬挂在轮毂内部(2)。根据该实际实施例，对准和吊装装置的每个吊装机(4)均与缆索(5)一起工作，对所述缆索的最大要求是缆索必须穿过轴承孔(8)并且锚固于来自叶片根部的插入件或T形螺栓(9)中。为了增加负载能力，由于单个插入件(9)无法支承叶片的总重量，并且叶片的运动可能导致整个负载处于单个吊装机(4)的作用下，因此有必要利用滑轮(10)展开负载。滑轮(10)确保两根缆索支承同一负载。吊装机(4)和滑轮(10)之间的接合部(interface)具有一组链条(6)。滑轮(10)和叶片根部的插入件(9)之间的接合部包括转动拆除器(7)。

如图2所示，重心CG(用圆圈标记)可以位于一对轴承孔(8)的前面或后面，缆索(5)在从叶片根部穿入插入件(9)中之前穿过所述一对轴承孔。如果使用刚性元件(例如，螺纹杆或类似元件)打开叶片，则在重心CG发生任何位移时，这些元件都会弯曲。与缆索(5)一起工作允许叶片旋转，而刚性元件则不能。根据该实际实施例，各对缆索的放置点是对称的。它们实际上是对齐的并且尽可能接近CG。

一旦其余螺母从螺栓上释放并且叶片从缆索(5)上悬挂下来，叶片就会由于锥度和倾斜而发生旋转。存在5°的倾斜。缆索(5)必须彼此很好地配合，原因在于有时只有其中一根缆索工作。

例如，一阵小风就可能移动重心CG并且迫使单根缆索支承整个重量。

如图3所示，由于锥度和倾斜，因此叶片相对于水平面具有倾斜度α。当从其余的叶片螺栓(11)移除螺母并用两对缆索保持叶片时，所述螺母首先从轮毂(1)的最外部分释放。叶片正确地打开，这是因为叶片因从缆索上悬挂下来而可以旋转，如图4所示。而且所有这一切都不会损坏从叶片根部处的插入件(9)突出的叶片螺栓(11)。由于滑轮(10)的分配重量的作用，因此对准装置能够在一对缆索(5)上支承整个叶片。缆索(5)对扭转非常敏感，而且它们成对运行这一事实令人满意。

对准和吊装装置使用将被螺丝拧紧至预先清空的插入件(9)上的缆索(5)，所述缆索优选地为金属缆索。图5示出了最大的要求是缆索(5)在被螺丝拧紧至叶片根部(13)的插入件(9)中之前必须横穿轴承轨道(12)且特别地必须横穿轴承轨道的孔(8)。每根缆索(5)在其端部处都具有连接元件并且连接元件由螺纹连接在一起的两个部件组成。

上部件(14)是内部带有螺纹的截头圆锥形部件。下部件(15)由带螺纹的圆柱形区域构成，所述带螺纹的圆柱形区域具有凸出的螺纹公头。利用存在于圆柱形部分(15)中的螺纹公头和存在于截头圆锥形部分(14)内部的螺纹孔制造联接部。

如图6所示，连接元件的尺寸至关重要，使得它们可以穿过直径约为30mm的轴承孔(8)。轴承孔(8)由定心衬套(16)保护，以避免在运动期间损坏缆索(5)。所述衬套(16)由比缆索(5)更软的金属制成并且被固定在轴承孔(8)的边缘上。

图7示出了轴承(12)和叶片根部(13)的剖面，当叶片升高时，用于在最终接近中使叶片居中的销(17)位于所述叶片根部处。销(17)旋入插入件(9)中。

图8示出了轮毂(1)的剖面，其示出了内部(2)和下降装置，所述下降装置在与上叶片相结合的结合部处被辅助梁(3)锚固在固定轨道中。对准装置和下降装置的连接件可以是连接到轮毂-轴承接头或连接到叶片-轴承接头的贯通梁(3)。所述连接件还可以是连接到轮毂-轴承接头或连接到叶片-轴承接头的贯通链条。最后，所述连接件可以是连接到轮毂-轴承接头或叶片-轴承接头的孔-螺钉的直接连接件。

下降装置使用不带有卷筒的吊装机(18)，由于一定数量的齿轮箱(19)以及其减速作用，所述吊装机得以在必要负载下工作。向叶片根部(13)增设加强板(20)。所述加强板(20)借助于垂直于板自身的连接元件(21)而与下降装置的对应缆索(22)相联。当连接元件(21)由接合在一起的两个部件构成时，连接元件(21)可以联接在板(20)的中间。连接元件(21)将具有与缆索(22)相连的两个连接件，这有利于叶片旋转到水平位置，如图9所示。

图10示出了由无卷筒吊装机(18)及其双组滑轮(19)形成的下降装置的另一视图。用于该下降装置的缆索是穿过缆索(22)。也就是说，待使用的缆索松弛并且收集在轮毂内、轮毂附近或机舱本身中。只有位于吊装机(18)内的缆索被拉紧。

下面的不使用起重机使叶片下降的方法包括以下步骤：

步骤1-由操作人员将用于对准和吊装装置以及用于下降装置的整个提升元件提升至轮毂(1)上。选择优选的实施方式将提升元件锚固在内部(2)。

步骤2-根据是期望使叶片下降还是使使叶片以及轴承(12)下降，从叶片根部(13)移除若干个螺母和螺栓(11)。使吊装机(4)的缆索(5)穿过它们相应的滑轮(10)，并使得所述缆索穿过预先用衬套(17)保护的轴承(8)中的相应孔，然后将所述缆索通过螺丝拧紧至T形螺栓的插入件(9)中。对准和吊装装置的缆索(5)成对工作并且穿过连接元件，所述连接元件对称布置并且最靠近叶片的重心(CG)。

步骤3-利用缆索的灵活性以及由于倾斜和锥度角α而导致的旋转来使叶片下降200mm至400mm。固定叶片。

步骤4-将加强板(20)用螺丝拧紧至叶片根部(13)中。使用偏心连接元件(21)将下降装置与板(20)相连结。穿过缆索(22)穿过无卷筒吊装机(18)及其双组滑轮(19)。释放对准和吊装装置。

步骤5-利用安装在机舱中的绳索升高叶片的梢部(23)处的辅助吊索。将吊索放置在适当的高度处。

步骤6-借助施加在叶片的梢部(23)的导向件引导通过塔架的过渡部分(24)和底部部分(25)来使叶片下降。叶片在到达地面之前的最后转动是通过锚固加强板(20)的偏心连接元件(21)和拉动叶片的梢部(23)处的吊索的辅助起重机来完成。

Claims (9)

1.一种用于在不使用起重机的情况下使叶片升高和下降的系统，所述系统使用与滑轮(10，19)和缆索(5，22)相关联的吊装机(4，18)以及被螺丝拧紧至所述叶片的根部(13)的刚性板(20)，其特征在于，所述系统包括：

-用于在所述叶片的第一个200mm至400mm处分离/连结所述叶片的对准和吊装装置，以及

-用于将所述叶片下降到所述地面/从所述地面升高的下降装置，

所述对准和吊装装置包括：

-锚固在所述轮毂(1)的内部(2)的至少一个吊装机(4)，所述至少一个吊装机从所述内部作用于全部负载，

-至少一个缆索(5)，所述缆索的端部具有直径小于轴承孔(8)的连接元件，

-每个吊装机(4)具有至少有一个滑轮(10)，所述滑轮提高负载能力并且将负载分配在其对应的插入件(9)之间，和

-穿过所述轴承孔(8)的所述缆索(5)由定心衬套(16)保护并且被螺丝拧紧至所述叶片的根部(13)的所述插入件(9)中并且尽可能靠近重心(CG)，

并且所述下降装置包括：

-至少一个不带卷筒的吊装机(18)和一组滑轮(19)，所述滑轮锚固到所述轮毂(1)的所述内部(2)，使得从所述内部作用于所有负载，以及

-穿过缆索(22)，所述穿过缆索由所述连接元件(21)偏心地锚固，其中加强板(20)通过螺丝拧紧至所述叶片的两个或更多个插入件(9)。

2.根据前述权利要求所述的对准和吊装系统，其特征在于，小于所述轴承孔(8)的所述连接元件由螺纹连接在一起的两个部件形成：上部件(14)，所述缆索(5)固定在所述上部件处，所述上部件呈截头圆锥形并且内部具有螺纹；下部件(15)，所述下部件呈圆柱形，所述下部件具有旋拧到所述插入件(9)的螺纹外表面并且具有突出的螺纹公头以连结所述上部件(14)。

3.根据权利要求1所述的对准和吊装系统，其特征在于，所述轮毂的底盘内部(2)的锚固是利用辅助梁(3)、具有一组链条(6)和转动拆除器(7)的所述滑轮(4)来实现的，所述轴承孔(8)的所述衬套(16)优选是金属的，并且被锚固至轴承(12)的边缘。

4.根据前一权利要求所述的叶片下降系统，其特征在于，所述叶片在到达地面之前的最后转动是通过所述连接元件(21)以及与所述缆索(22)和布置在所述地面上的起重机相连的所述连接元件的两个连接件来实现的，所述起重机使得施加到所述叶片的梢部(23)的导向件移动。

5.根据权利要求1所述的叶片下降系统，其特征在于，所述下降装置的所述无卷筒吊装机(18)具有在所述吊装机(18)内部张紧的穿过缆索(22)，并且其余的缆索松弛并且被存储在所述轮毂的内部、靠近所述轮毂或在机舱本身中。

6.根据前一权利要求所述的叶片下降系统，其特征在于，在升高过程中的所述对准和插入装置操作期间，在所述插入件(9)中的一些插入件中具有锥形销(17)。

7.根据前一权利要求所述的叶片下降系统，其特征在于，所述对准和吊装装置以及所述下降装置以三种可行的方式连接至轮毂-轴承接头或叶片-轴承接头：直接连接至所述轮毂的孔、通过梁(3)连接或通过链条连接。

8.在不使用起重机的情况下使叶片升高和下降的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-操作人员在轮毂(1)内升高用于所述对准和吊装装置以及用于所述下降装置两者的完整提升元件；选择优选方式将所述完整提升元件锚固在底盘(2)上，

-从所述叶片的轴承(12)移除多个螺母和螺栓(11)；使吊装机(4)的缆索(5)穿过它们各自相应的滑轮(10)，使得所述缆索穿过预先用衬套(16)保护的轴承孔(8)中的对应孔，然后将所述缆索从所述叶片的根部(13)通过螺丝拧紧至T形螺栓的插入件(9)中，使所述缆索(5)沿直径方向对置地穿过并且尽可能靠近重心(CG)，

-使所述叶片降低介于200mm和400mm之间的距离并且固定所述叶片，

-将加强板(20)通过螺丝拧紧至所述叶片的根部(13)中，使用连接元件(21)连结所述下降装置与所述加强板(20)；预先用穿过缆索(22)横穿无卷筒的所述吊装机(18)和双组滑轮(19)，释放所述对准和吊装装置，

-利用安装在机舱中的绳索升高所述叶片的梢部(23)处的辅助吊索，并且将所述吊索放置在适当的高度处，

-借助施加到所述叶片的梢部(23)的导向件使所述叶片下降，在叶片到达地面之前使用锚固所述加强板(20)的偏心连接元件(21)以及所述叶片的梢部(23)的所述导向件使所述叶片旋转。

9.根据前一权利要求所述的不使用起重机的情况下使叶片升高和下降的方法，其特征在于，在升高期间，在使用所述对准和吊装装置时，至少一个定心销(17)被添加到所述叶片的根部(13)的所述插入件(9)，或者在带有轴承(12)下降的情况下，至少一个定心销(17)被添加至所述轮毂(1)的固定轴承的孔中。