DE102017006635A1 - Assembly aid and method for fitting components in wind turbines - Google Patents

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Abstract

Konstruktionselemente von Windkraftanlagen werden zunächst mit Stahlseilen verbunden, die durch Bohrungen für die späteren Flanschverbindungen gefädelt sind, um auch bei bewegten Elementen eine Führung zu fluchtenden Schraubverbindungen zu erzielen und dann fixiert. Dazu weisen die Stahlseile eine daran geschweisste Gewindestange auf, die mittels einer Sechskant-Einformung verschraubbar ist.

Figure DE102017006635A1_0000
Construction elements of wind turbines are initially connected to steel cables, which are threaded through holes for the later flange, to achieve even with moving elements a guide to aligned screw and then fixed. For this purpose, the steel cables on a welded threaded rod, which can be screwed by means of a hexagonal indentation.
Figure DE102017006635A1_0000

Description

GEGENSTAND DER ERFINDUNGSCOPE OF THE INVENTION

Gegenstand der Erfindung sind Stahlseile mit angefügten Schraubbolzen, die zur Führung weiterer Montageelemente zunächst in den Flansch der Hauptwelle, bei separater Montage der einzelnen Flügel auch in die Aufnahmen der Rotorblätter eingeschraubt werden. An ihnen selbst, oder durch Sie als Führung werden dann die zu montierenden Elemente zentriert und befestigt.The invention relates to steel cables with attached bolts, which are first screwed into the flange of the main shaft to guide other mounting elements in a separate assembly of the individual wings in the recordings of the rotor blades. On themselves, or through you as a guide, the elements to be mounted are then centered and fastened.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG / ZU LÖSENDES PROBLEMBACKGROUND OF THE INVENTION / PROBLEM TO BE SOLVED

Die Montage der Rotoren an die Türme bzw. Gondeln von Windkraftanlagen ist bisher schon an Land problematisch und kann nur bei Windstille ausgeführt werden (Windgeschwindigkeit maximal 6m/sek), die an den gewählten Standorten für Windkraftanlagen naturgemäß selten ist. Die schwierige Terminierung und das oft enge Zeitfenster sind ein Hauptgrund für Verzögerungen und Kostensteigerungen beim Aufbau. Dies trifft umso mehr Offshore-Anlagen zu, weil hier mit kurzfristigem Wetterumschwung, Sturm und Wellengang zu rechnen ist.The assembly of the rotors to the towers or nacelles of wind turbines is already problematic on land and can only be carried out in calm conditions (wind speed maximum 6m / sec), which is naturally rare at the selected locations for wind turbines. The difficult scheduling and the often narrow time window are a major reason for delays and cost increases in the construction. This applies even more to offshore wind turbines, because short-term weather changes, storms and waves are to be expected here.

Auch an Land entstehen durch unterschiedliche Witterungsverhältnisse Risiken, wie unkalkulierbare Transportkosten (weil oft eine Neubeantragung von Sondergenehmigungen, Straßensperren, Begleitfahrzeuge usw. erforderlich ist) und Montagefirmen die geplanten Termine nicht einhalten können.Also on land caused by different weather conditions risks, such as incalculable transport costs (because often a new application of special permits, road blocks, support vehicles, etc. is required) and assembly companies can not meet the planned deadlines.

Zudem bestehen bei den bisher gegebenen Montagebedingungen hohe Unfallrisiken durch mögliche unkalkulierbare Bewegungen der zu montierenden Elemente an Kränen und Hebezeugen. Daher sind Quetschungen, Knochenbrüche und Stürze häufiger, als auf anderen BaustellenIn addition, there are high accident risks in the previously given assembly conditions by possible incalculable movements of the elements to be mounted on cranes and hoists. Therefore, bruising, fractures and falls are more common than on other sites

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Es ist daher Aufgabe vorliegender Erfindung, die Montagearbeiten zu vereinfachen und zubeschleunigen und damit die Unfallgefahr zu verringern.It is therefore an object of the present invention to simplify and accelerate the assembly work and thus reduce the risk of accidents.

LOSUNG / ERFINDERISCHER SCHRITTSOLUTION / INVENTIVE STEP

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, im Gegensatz zum Stand der Technik nicht die einzelnen Elemente, wie Turm, Gondel und Flügelelemente unverbunden zu montieren, oder zu versuchen, sie vor Ort „frei schwebend“ fluchtend zusammenzusetzen, sondern durch Seilverbindungen, die durch die Schraublöcher der zu verbindenden Elemente geführt sind, diese zu stabilisieren, fluchtend aneinander zu führen und zu fixieren..The solution according to the invention is, unlike the prior art, not to mount the individual elements, such as tower, nacelle and wing elements unconnected, or to try to assemble them "floating" on the spot, but by cable connections through the screw holes of to be connected elements are led to stabilize them, to guide and fix in alignment ..

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Es sind mehrere Vorschläge bekannt, um dieses Problem - wenigstens partiell - zu lösen:

  • DE 600 11 737 T3 beschreibt die Montage der Komponenten in der Gondel einer Windkraftanlage in einen bestehender Montagerahmen mit Hilfe zusätzlich zu montierender Seitenelemente neben der Gondel. Das mag hilfreich sein, löst aber das Zentrierproblem nicht.
  • DE 10 20068 037 367 A1 beschreibt segmentierte Flügel für Windkraftanlagen, die auch die Montage erleichtern sollen. Derartiges ist schon für zahlreiche Pro- und Impellerkonstruktionen versucht, aber noch nie erfolgreich realisiert worden.
  • DE10 2010 025 840 B4 schlägt Transportbalken für die Montage der Komponenten vor. Eine Zentrierung der Komponenten in entsprechende Aufnahmen ist damit aber nicht gegeben.
  • DE 10 2013 110 464 A1 beschreibt die Stabilisierung der Position von Rotorflügeln bei der Montage mit Hilfe eines drehbaren Kranelements, das am gleichen Sockel aufgestellt ist, wie der Turm. Die Zentrierung der Komponenten wird hier durch den Einsatz eines verfahrbaren Zwischenträgers erleichtert, bleibt aber dennoch ein Geschicklichkeitsspiel.
  • DE 10 2014 001 421 B4 enthält eine Fangvorrichtung zum Einrasten und Kippen einer Turbine für Windkraftanlagen, an der die Nabe des Rotors bereits angeflanscht ist. Die Montage der Rotorblätter soll aber offenbar konventionell erfolgen.
  • DE 10303555 A1 schlägt ein kranloses Montagesystem vor, bei dem die Flügel durch ein um die Hauptwelle geschlungenes Seil hochgehievt werden sollen. Nicht gelöst ist damit die Zentrierung der Bolzen am Blatt in die Aufnahmen in der Nabe - denn das ist der schwierigere Part. Wie dies ohne Gerüst oder einen zusätzlichen Kran ausgeführt werden kann, ist nicht erläutert.
  • US 2016/0186713 A1 will u.a. die Problematik der Montage der Flügel von Windrädern durch einen kompakten Doppelkranz von Flügel- bzw. Turbinenrädern lösen, ähnlich wie in traditionellen Windrädern für Wasserpumpen im Westen der USA. Wie diese bei effizienten Durchmessern von nahezu 100 m zwangsläufig sehr schweren Elemente an die Hauptwelle einer Windkraftanlge montiert werden sollen, erschließt sich nicht.
  • WO 2013/095136 A1 beschreibt die offshore-Montage der Flügel von Windkraftanlagen mithilfe von Bargen, die so beschaffen sind, dass darauf die Naben in einem Halter erhöht befestigt und die Flügel dort angelegt und verschraubt werden, um dann das komplette Set zur Turmspitze zu hieven. Wie es dort mit den hohen Gesamtmassen unter den gegebenen instabilen Bedingungen mit der Turbinenwelle verbunden werden soll, ist nicht beschrieben. Immerhin sind dann nur 2 Elemente zu verbinden und bei Vorhalten eines entsprechend großen Kranes genügt dazu vermutlich ein kleines Zeitfenster.
  • US 2007/0154317 A1 will die Montage der Flügel an der Nabe vereinfachen, indem diese nicht auf einen Flansch der Nabe verschraubt, sondern mit einer an der Flügelwurzel vorstehenden Montage-Lochplatten zunächst gesteckt wird.
  • US 5.462.411 löst die Verbindung zwischen Flügel und Nabe durch ein rotierbaren Flanschansatz, ähnlich wie bei Vario-Propellern an Schiffsantrieben. Auch hier müsste der Propeller zunächst nur gesteckt werden, verlangt aber eine entsprechend aufwändige Konstruktion der Nabe.
  • JPH05296192 (A) schlägt vor, das Montageproblem von Windkraft-Flügeln durch ein Zwischenglied zu lösen, das an Schaft und Blatt angebracht ist, die getrennt zugeführt und an der Nabe verbolzt werden. Dennoch müsste as Rotorblatt erst ebenso genau positioniert werden, nur geht die Montage und die Fixierung des Anstellwinkels der Rotorblätter damit vermutlich schneller.
There are several proposals known to solve this problem - at least partially -:
  • DE 600 11 737 T3 describes the assembly of the components in the nacelle of a wind turbine into an existing mounting frame by means of additional side elements to be mounted next to the nacelle. That may be helpful, but does not solve the centering problem.
  • DE 10 20068 037 367 A1 describes segmented blades for wind turbines, which should also facilitate assembly. Such is already tried for numerous pro and impeller designs, but has never been successfully realized.
  • DE10 2010 025 840 B4 proposes transport beams for the assembly of the components. However, a centering of the components in corresponding recordings is not given.
  • DE 10 2013 110 464 A1 describes the stabilization of the position of rotor blades during assembly by means of a rotatable crane element, which is placed on the same base, as the tower. The centering of the components is facilitated here by the use of a movable intermediate carrier, but still remains a game of skill.
  • DE 10 2014 001 421 B4 includes a safety gear for locking and tilting a turbine for wind turbines, to which the hub of the rotor is already flanged. The assembly of the rotor blades but apparently should be conventional.
  • DE 10303555 A1 proposes a crane-less mounting system, in which the wings are to be hoisted up by a rope looped around the main shaft. This does not solve the problem of centering the bolts on the blade into the slots in the hub - this is the more difficult part. How this can be done without a scaffold or an additional crane is not explained.
  • US 2016/0186713 A1 wants to solve the problem of mounting the blades of wind turbines with a compact double ring of wing or turbine wheels, similar to traditional wind turbines for water pumps in the western US. How these are to be mounted with efficient diameters of almost 100 m inevitably very heavy elements to the main shaft of a wind turbine, does not open.
  • WO 2013/095136 A1 describes the offshore mounting of the blades of wind turbines with the help of barges, which are designed so that it increases the hubs in a holder attached and screwed the wings there and then to lift the complete set to the top of the tower. How it should be connected there with high total masses under the given unstable conditions with a turbine shaft is not described. After all, only two elements are to be connected and if a correspondingly large crane is provided, a small time window is probably sufficient.
  • US 2007/0154317 A1 wants to simplify the mounting of the wings on the hub by not screwed to a flange of the hub, but is first plugged with a protruding at the wing root mounting hole plates.
  • US 5,462,411 solves the connection between wing and hub by a rotatable flange approach, similar to Vario propellers on ship propulsion. Again, the propeller would first have to be plugged, but requires a correspondingly complex construction of the hub.
  • JPH05296192 (A) proposes to solve the wind turbine blade mounting problem by means of an intermediate member attached to the stem and blade, which are fed separately and bolted to the hub. Nevertheless, the rotor blade would have to be positioned just as accurately, but the assembly and fixation of the pitch of the rotor blades is probably faster.

Insgesamt ist somit keine Lösung zu erkennen, die Ansätze bieten, die Montage von Winkkraft-Rotoren und insbesondere deren schwierige Zentrierung bei der Montage unter den meist unwirtlichen und instabilen Umständen wesentlich zu erleichtern oder zu beschleunigen.Overall, therefore, no solution can be seen, the approaches offer to facilitate the assembly of Winkkraft rotors and in particular their difficult centering during assembly under the most inhospitable and unstable circumstances significantly or accelerate.

Figurenlistelist of figures

  • 1 zeigt schematisch die Montage von Turmelementen von Windkraftanlagen, wobei ein unteres, ggf bodenstehendes Element (1) durch Bohrungen (2, 3..) in seinem Flansch (4) mit der Basis (5) eines darüber anzubringenden Turmsegments (6) verbunden wird, indem zunächst mindestens 2 Stahlseile mit Gewindebolzen (7, 8) (siehe Detailzeichnung daneben) durch die Bohrungen (2, 3) durchgesteckt und in die Gewindebohrungen (9) des Flaschansatzes (10) des oberen Turmsegments zur Zentrierung eingeschrasubt werden. Sodann können die eigentlichen Verschraubungen der Turmsegmente vergleichsweise einfach vorgenommen werden. 1 shows schematically the assembly of tower elements of wind turbines, wherein a lower, optionally ground-standing element ( 1 ) through holes ( 2 . 3 ..) in its flange ( 4 ) with the base ( 5 ) of a tower segment to be attached ( 6 ) by at least 2 steel cables with threaded bolts ( 7 . 8th ) (see detailed drawing next to it) through the holes ( 2 . 3 ) and into the threaded holes ( 9 ) of the Flaschansatzes ( 10 ) of the upper tower segment are driven in for centering. Then the actual screwing the tower segments can be made comparatively easy.
  • 2 zeigt den gleichen Vorgang zur Befestigung der Nabe (11) auf den Flansch (12) der Hauptwelle eines Windrades. 2 shows the same procedure for attaching the hub ( 11 ) on the flange ( 12 ) of the main shaft of a windmill.
  • 3 demonstriert ein Detail der Verbindung solcher Elemente zwischen zwei Flanschansätzen (13 und 14) mit Schraubbolzen (15). 3 demonstrates a detail of the connection of such elements between two flange approaches ( 13 and 14 ) with bolts ( 15 ).
  • 4 zeigt den Vorgang der Verbindung zwischen dem Flanschkörper (16) einer Hauptwelle (17) eines Windrades und einer Flügelwurzel (18) mit bereits ingefügten Verbindungsbolzen (19, 20) durch ein Stahlseil mit Führungsbolzen (2) wie im Detail (7, 8) von 1. 4 shows the process of connection between the flange body ( 16 ) of a main shaft ( 17 ) of a windmill and a wing root ( 18 ) with already inserted connecting bolts ( 19 . 20 ) by a steel cable with guide pins ( 2 ) as in detail ( 7 . 8th ) from 1 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (9)

Montagehilfe und -Verfahren für die Einpassung von Baueelementen in Windkraftanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass die zu montierenden Elemente an einem Leitseil aufgefädelt, an ihren Befestigungspunkt geführt werden.Assembly aid and method for the fitting of building elements in wind turbines, characterized in that the elements to be mounted threaded on a guide rope, are guided to their attachment point. Montagehilfe und -Verfahren für Windkraftanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende eines Leitseils an einem der Befestigungspunkte an der Montagestelle mit einem Schraubbolzen und Drehgelenk befestigt und das zu montierende Teil über das Seil geschoben, dorthin bewegt und fixiert wird.Assembly aid and method for wind turbines after Claim 1 , characterized in that the end of a guide cable attached to one of the attachment points at the mounting point with a bolt and hinge and pushed the part to be mounted on the rope, is moved there and fixed. Montagehilfe und -Verfahren für Windkraftanlagen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass erst die Nabe der Windkraftanlage am Flansch der Hauptwelle und dann ihre Flügel an dieser Nabe solcherart zu ihrem Befestigungspunkt gebracht werden.Assembly aid and method for wind turbines after Claim 2 , characterized in that only the hub of the wind turbine on the flange of the main shaft and then their wings are brought to this hub to their attachment point. Montagehilfe und -Verfahren für Windkraftanlagen nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst das Leitseil mit dem angefügten Gewindebolzen zuerst in das Bauteil eingesetzt wird, an welches ein Weiteres angefügt werden soll, und dieses Weitere, auf einem Leitseil aufgefädelt, zu diesem Befestigungspunkt hin bewegt wird.Assembly aid and method for wind turbines after Claim 1 and 3 , characterized in that first the guide cable with the attached threaded bolt is first inserted into the component to which a further is to be added, and this further, threaded on a guide wire, is moved to this attachment point. Montagehilfe und -Verfahren für Windkraftanlagen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zu montierende Element zunächst an der Montagestelle an dem Bolzen am Leitseil provisorisch aufliegt und so ausgerichtet wird, dass die übrigen Gewindebolzen und -Löcher fluchten und verschraubt werden können.Assembly aid and method for wind turbines after Claim 1 to 4 , characterized in that the element to be mounted first provisionally rests on the mounting point on the bolt on the guide wire and is aligned so that the remaining threaded bolts and holes are aligned and can be screwed. Montagehilfe und -Verfahren für Windkraftanlagen nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass, das nach gegebener Befestigung obsolete Leitseil am Kran zu Boden gelassen werden kann.Assembly aid and method for wind turbines after Claim 5 characterized in that, after the attachment obsolete guide rope can be left on the crane to the ground. Montagehilfe und -Verfahrenfür Windkraftanlagen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochhieven der zu montierenden Elemente einen neben dem Turm stehenden Kran erfolgt.Assembly aid and method for wind turbines according to Claim 1 to 5 , characterized in that the hoisting of the elements to be mounted takes place next to the tower crane. Montagehilfe und -Verfahren für die Montage von Rotorblättern an die Naben von Windkraftanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Stehbolzen an den Blattwurzeln mit einem zusätzlichen Innengewinde versehen sind, in die ein Leitseil einschraubbar ist.Assembly aid and method for the assembly of rotor blades to the hubs of wind turbines Claim 1 , characterized in that individual stud bolts are provided on the blade roots with an additional internal thread into which a guide cable can be screwed. Montagehilfe und -Verfahren für Windkraftanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitseil auch als Tragseil für zu montierende Elemente benutzt wird, dabei über einen Rollen-Ausleger am Turm läuft und dabei vom Fuß des Turmes aus betätigt wird.Assembly aid and method for wind turbines after Claim 1 , characterized in that the guide cable is also used as a supporting cable for elements to be mounted, while running on a roller boom on the tower and is operated from the foot of the tower.
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