PL206252B1 - Sposób budowania instalacji siłowni wiatrowej in situ oraz przeciwwagi do zastosowania tego sposobu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu montażu in situ łopat na piaście wirnika instalacji siłowni wiatrowej oraz przeciwwagi do zastosowania tego sposobu.

Sposób montażu łopat in situ jest znany i omija problemy, które powstają przy mocowaniu łopat do piasty wirnika na poziomie ziemi i w sensie kolejnych czynności podczas montażu. Taka procedura jest przedstawiona na przykład w Windkraft-Journal, nr 1/2000, str. 13.

Przy wariancie montażu in situ gondolę z piastą wirnika montuje się na szczycie wieży. Następnie łopata wirnika jest podnoszona za pomocą dźwigu i mocowana na miejscu do piasty wirnika.

Wadą tego procesu jest to, że po zamontowaniu do piasty wirnika pierwszej łopaty istnieje duże niewyważenie spowodowane jednostronnym obciążeniem przez łopatę i gdy piasta wirnika jest dalej obracana do pozycji montażowej następnej łopaty, niewyważenie to powoduje powstawanie znacznego momentu siły, który musi zostać zrównoważony w tym całym mechanicznym układzie, którego części składowe podlegają wysokim naprężeniom.

Po zamontowaniu drugiej łopaty obciążenie wzrasta dalej w na przykład trójłopatowym wirniku. Momenty sił, które wtedy występują mogą powodować zniszczenie albo zmniejszenie trwałości części składowych, szczególnie układu mechanicznego napędu.

Problemem wyważania łopat wirnika zajmują się poniższe popisy patentowe:

Opis patentowy US 5,219,454 B1 dotyczy wyważania wirnika siłowni wiatrowej i odpowiadającego obciążnika. Obciążnik ten jest wykonany z kawałka stali lub innego materiału o odpowiedniej masie i posiada kształt litery L z otworami, które pozwalają na przykręcenie go do kołnierza przy obsadzie łopat wirnika. Omawiany opis patentowy dotyczy równoważenia gotowego wirnika, tzn. kompensacji niewyważonego wirnika. Nie dotyczy montażu do piasty poszczególnych łopat wirnika, podczas budowy siłowni wiatrowej.

Z kolei opis patentowy US 4,083,651 B1 dotyczy sił owni wiatrowej z automatycznym sterowaniem kąta skoku łopat wirnika i odchylenia ustawienia gondoli względem linii wiatru. W celu automatycznego sterowania skokiem łopat wirnika do turbiny wiatrowej dołączony jest obrotowy człon wahadłowy połączony z belką albo łopatą, aby powodować zmianę skoku łopaty w zależności od siły odśrodkowej w celu sterowania prędkością siłowni wiatrowej. Również ta publikacja nie dotyczy montażu poszczególnych łopat wirnika do piasty, podczas budowy siłowni wiatrowej.

Natomiast opis patentowy US 2,742,095 B1 dotyczy mechanizmu wyważania pojedynczych łopat wirnika samolotu. Dokument ten dotyczy przypadku, gdy wirnik posiada pojedynczą łopatę z przeciwwagą i jest zdolny do autorotacji i ponadto łopata posiada odrzutowe urządzenie napędowe. W takim przypadku różnica pomiędzy rzeczywistym oporem obrotu łopaty, a oporem przeciwwagi zmienia się tak jak warunki samorotacji i odrzutowego napędu łopaty, co wymaga kompensacji. Ta publikacja również nie dotyczy montażu do piasty poszczególnych łopat wirnika, podczas budowy siłowni wiatrowej.

Celem wynalazku jest uniknięcie występowania dużego momentu siły podczas montażu in situ łopat wirnika.

Zgodnie z wynalazkiem cel ten został osiągnięty za pomocą sposobu montażu in situ, instalacji wiatrowej zawierającej wieżę podtrzymującą gondolę, która ma zamocowanie wirnika, przy czym wirnik zawiera piastę, która posiada co najmniej jeden kołnierz do mocowania co najmniej jednej łopaty wirnika charakteryzującego się tym, że polega na następujących operacjach: do co najmniej jednego kołnierza piasty wirnika montuje się przeciwwagę w sposób rozłączny; do gondoli mocuje się piastę wirnika, ustawia się piastę wirnika w zadanej pozycji i zamienia się przeciwwagę usytuowaną na kołnierzu piasty wirnika na łopatę wirnika usuwając przeciwwagę a następnie mocuje się łopatę wirnika do piasty wirnika.

Korzystnie przeciwwagi umieszcza się na wszystkich kołnierzach piasty wirnika, które są przeznaczone do zamocowania łopat wirnika.

Piastę wirnika korzystnie utrzymuje się w swojej pozycji za pomocą blokady ryglującej co najmniej podczas operacji mocowania łopaty wirnika.

Korzystnie przed zamontowaniem przeciwwagi określa się zadany moment siły, jaki przeciwwaga ma wywierać na piastę, po czym ten moment siły ustawia się umieszczając obciążnik przeciwwagi na ramieniu dźwigni przeciwwagi.

Korzystnie zadany moment siły jest równy momentowi siły, jaki wywiera na piastę zamontowana łopata wirnika.

Korzystniej zadany moment siły jest równy połowie momentu siły, jaki wywiera na piastę zamontowana łopata wirnika.

PL 206 252 B1

Przeciwwaga do zastosowania powyższego sposobu charakteryzuje się tym, że zawiera obciążnik umieszczony na ramieniu dźwigni.

Korzystnie długość ramienia dźwigni jest równa odległości środka ciężkości łopaty wirnika od osi piasty wirnika i/lub masa obciążnika jest równa masie łopaty wirnika.

Obciążnik jest korzystnie w postaci jednego lub więcej pojedynczych ciężarków.

Ramię dźwigni posiada korzystnie urządzenie do mocowania na kołnierzu piasty wirnika.

Co najmniej jeden z pojedynczych ciężarków jest korzystnie zaopatrzony w środki łączące do połączenia ze sobą poszczególnych ciężarków.

Korzystnie obciążnik jest przemieszczalny wzdłuż ramienia dźwigni.

Korzystniej pomiędzy obciążnikiem a ramieniem dźwigni wbudowany jest napęd wrzecionowy.

Korzystnie ramię dźwigni działając jako wrzeciono napędu podparte jest obrotowo i jest obracalne za pomocą silnika i/lub ręcznie w celu przemieszczania obciążnika wzdłuż ramienia dźwigni.

Obciążnik posiada korzystnie co najmniej jeden uchwyt nośny do transportu przeciwwagi.

Przeciwwaga korzystnie posiada osłonę, która otacza obciążnik i ramię dźwigni.

Korzystnie osłona posiada co najmniej jeden otwór jako otwór kontroli wizualnej dla określania pozycji obciążnika.

Korzystniej osłona posiada szereg obrobionych otworów jako otworów kontroli wizualnej, które są rozmieszczone wzdłuż przeciwwagi.

Otwór kontroli wizualnej korzystnie jest w postaci podłużnego otworu usytuowanego wzdłuż przeciwwagi.

Sposób według wynalazku umożliwia zredukowanie lub eliminację niewyważenia w rejonie piasty wirnika nawet podczas montażu instalacji siłowni wiatrowej. Dzięki temu, podczas montażu łopat wirnika do piasty wirnika, a w szczególności podczas obracania piasty wirnika, która nie została jeszcze do końca wyposażona w łopaty wirnika występują tylko takie maksymalne momenty siły jakie zostały przewidziane dla danych rozmiarów piasty wirnika. Unika się zatem zniszczeń części składowych instalacji - na przykład łożysk, ale także i generatora (który zwykle umożliwia obracanie piasty wirnika podczas montażu).

W celu uniknię cia niepożądanego obrotu piasty wirnika podczas montaż u ł opaty wirnika, w szczególnoś ci po usunięciu przeciwwagi i przed zamontowaniem ł opaty wirnika, piasta wirnika jest trzymana w miejscu za pomocą urządzenia ryglującego. To urządzenie ryglujące niweluje również momenty siły obrotowe występujące podczas procesu wymiany. W takim przypadku zastosowane przeciwwagi są przystosowane do piasty wirnika instalacji siłowni wiatrowej i ich masa co najwyżej równa się masie pojedynczej łopaty wirnika.

W celu wytworzenia momentu sił y równego momentowi sił y, jaki wytwarza ł opata wirnika konieczne jest ramię dźwigni, której długość, jeżeli przeciwwaga ma masę równą masie łopaty wirnika, równa jest odległości środka ciężkości łopaty wirnika od piasty wirnika.

W szczególnie korzystnym wykonaniu przeciwwaga według wynalazku zawiera obciążnik masy i ramię dź wigni, przy czym obciążnik masy można przemieszczać wzdłuż ramienia dźwigni. W ten sposób można zmieniać moment siły na piaście wirnika za pomocą zmiany długości ramienia dźwigni, to znaczy zmiany odległości pomiędzy obciążnikiem masy a piastą wirnika.

W dalszym wykonaniu wynalazku obciążnik masy jest korzystnie utworzony z jednego lub więcej pojedynczych ciężarków. Każdy z tych poszczególnych ciężarków posiada z góry określoną masę i może być usytuowany w szeregu z innymi. Takie usytuowanie ciężarków oznacza, że masa obciążnika masy może być zmieniana w prosty sposób. Dodatkowo środek ciężkości obciążnika masy jest przemieszczany dzięki usytuowaniu poszczególnych ciężarków w szeregu, długość ramienia dźwigni jest zatem zmieniana.

W korzystnym rozwinięciu wynalazku każda przeciwwaga posiada co najmniej jeden uchwyt nośny, którym może być uchwycona i trzymana, szczególnie za pomocą dźwigu. Dzięki temu przeciwwaga może być bezpiecznie trzymana po zwolnieniu z piasty wirnika i położona na ziemi zanim łopata jest podnoszona do piasty wirnika celem zamontowania.

Wynalazek w kategorii sposobu i urządzenia jest objaśniony w przykładach wykonania przedstawionych na rysunkach, w których:

Fig. 1 jest widokiem z przodu górnej części instalacji siłowni wiatrowej,

Fig. 2 jest uproszczonym widokiem przeciwwagi według wynalazku,

Fig. 3a-3d pokazują sposób według wynalazku,

Fig. 4 pokazuje uproszczony widok wnętrza przeciwwagi według wynalazku oraz

Fig. 5 pokazuje krotność częściowych przeciwwag.

PL 206 252 B1

Fig. 1 pokazuje górną część wieży 10, na szczycie, której usytuowana jest gondola 12, w której umieszczone są wszystkie mechanicznie poruszane części instalacji siłowni wiatrowej. W centrum gondoli 12 znajduje się piasta (14) wirnika, do której za pomocą łączników kołnierzowych mogą być mocowane łopaty 16 wirnika. Jedna z łopat 16 wirnika pokazana jest w pozycji montażowej.

Przy pozostałych łącznikach kołnierzowych przewidziane są przeciwwagi 20, dzięki którym uzyskuje się warunki obciążenia takie jak przy zamontowanych trzech łopatach. W takiej sytuacji wypadkowy moment siły wynosi zero. W ten sposób piasta (14) wirnika może być obracana do wymaganej pozycji. Jedna z przeciwwag 20 może następnie zostać usunięta i zastąpiona łopatą 16 wirnika. W rezultacie warunki obciążenia pozostają niezmienione tak, ż e dalszy obrót i zamiana pozostał ej przeciwwagi 20 na łopatę 16 wirnika nie przedstawia problemu.

W celu uniknięcia niepożądanego obrotu piasty 14 wirnika podczas tego procesu zamiany i w celu opanowania występującego wówczas momentu siły piasta wirnika może być zablokowana w pożądanej pozycji za pomocą blokady ryglującej (nie pokazane).

Fig. 2 pokazuje przeciwwagę 20 według wynalazku. Przeciwwaga ta ma zasadniczo cylindryczny przekrój. Z jednej strony przeciwwagi 20 znajdują się kołki 22, które umożliwiają połączenie przeciwwagi 20 z piastą 14 wirnika. Przedstawione są również uchwyty 24, które umożliwiają uchwycenie przeciwwagi jedną ręką w celach transportowych i w obie ręce, w celu zamocowania do piasty 14 wirnika, jak również w celu usunięcia z piasty 14 wirnika.

Zgodnie z procesem według wynalazku piasta 14 wirnika jest wyposażona w trzy przeciwwagi 20 już na ziemi. Piasta 14 wirnika jest następnie transportowana za pomocą dźwigu (nie pokazany) do instalacji siłowni wiatrowej, tak, że przeciwwagi 20 mogą zostać zamienione na łopaty 16 wirnika.

Fig. 3a-3d pokazują w uproszczonej formie procedurę zastosowaną w sposobie według wynalazku.

Fig. 3a pokazuje piastę 14 wirnika z trzema przeciwwagami 20. Przy tym jedna z przeciwwag 20 jest w pozycji bocznej (na 3 godzinie).

Zgodnie ze sposobem według wynalazku piasta 14 wirnika jest teraz zablokowana w tej pozycji tak, że jej obrót jest uniemożliwiony. Przeciwwaga 20 jest następnie w tej pozycji bocznej usuwana z piasty 14 wirnika, a na jej miejsce do piasty 14 wirnika mocowana jest ł opata 16 wirnika.

Pokazane jest to na fig. 3b, gdzie w pozycji bocznej jest łopata 16 wirnika na miejscu przeciwwagi 20. Jeżeli blokada ryglująca jest zwolniona celem przygotowania do operacji zamontowania następnej łopaty 16 wirnika, warunki obciążenia piasty 14 wirnika są niezmienione. Piasta 14 wirnika może być zatem obracana aż następna przeciwwaga 20 znajdzie się w pozycji bocznej (na 3 godzinie). Następnie piasta 14 wirnika jest znowu blokowana i powtarza się procedura zamiany przeciwwagi 20 na łopatę 16 wirnika. Wynik tego procesu dalszej zamiany pokazany jest na fig. 3c.

Teraz również warunki obciążenia są niezmienione, tak że operacja ta może zostać powtórzona po raz drugi.

Fig. 3d pokazuje wirnik ze wszystkimi łopatami 16 wirnika zamontowanymi na piaście 14 wirnika, po zakończeniu procesu według wynalazku.

Proces przeprowadzony zgodnie ze sposobem według wynalazku oznacza, że na piastę 14 wirnika oddziałują tylko takie momenty siły, na jakie piasta 14 wirnika wraz z całym układem napędowym zostały zaprojektowane. Jeżeli wszystkie trzy momenty siły mają jednakową wartość, wypadkowy moment siły zawsze wynosi zero.

Fig. 4 pokazuje, poprzez eliptyczny wykrój, uproszczony widok wnętrza przeciwwagi 20 według wynalazku. Wewnątrz przeciwwagi 20 znajduje się ramię (26) dźwigni, na którym zamocowany jest przesuwnie obciążnik masy 23. Przeciwwaga 20 może być również tak zaprojektowana, że blokady ryglujące znajdują się z lewej strony przeciwwagi 20 (nie są one jednak pokazane na tej fig).

Zgodnie z wynalazkiem obciążnik masy 23 może być przesuwany wzdłuż ramienia (26) dźwigni, tak że odległość środka ciężkości obciążnika masy 23 mierzona od lewej strony przeciwwagi 20 i oznaczona odnośnikiem 21 jest zmienna. Odległość ta oznaczona odnośnikiem 21 jest rzeczywistym ramieniem dźwigni, za pomocą którego obciążnik masy 23 oddziałuje na piastę wirnika i wytwarza moment siły.

Zatem przy niezmienionej masie obciążnika masy 23 moment siły wytworzony przez przeciwwagę jest zmienny.

Urządzenia, którymi można zablokować obciążnik masy w pożądanym miejscu znane są fachowcom. Mogą to być na przykład hamulce lub inne elementy zatrzymujące i takie urządzenia nie są pokazane na tym rysunku. Ponieważ według wynalazku przeciwwaga 20 obracana jest wraz z piastą 14 wirnika, trzeba w sposób niezawodny zapobiec samoistnemu przemieszczaniu się obciążnika masy 23 wzdłuż ramienia 26 dźwigni.

PL 206 252 B1

Fig. 5 pokazuje pewien wariant obciążnika masy. Rysunek ten przedstawia wiele poszczególnych ciężarków 28, które mogą być ułożone w szeregu tworząc obciążnik masy. Usytuowanie w ten sposób poszczególnych ciężarków 28 w szeregu, umożliwia dostosowanie obciążnika masy 23 do wymaganej wartości masy we wstępnie określonych etapach i pokazuje sposób uzyskiwania zmiany momentu siły tworzonego przez przeciwwagę 20.

Claims (19)

1. Sposób montażu in situ, instalacji wiatrowej zawierającej wieżę podtrzymującą gondolę, która ma zamocowanie wirnika, przy czym wirnik zawiera piastę, która posiada co najmniej jeden kołnierz do mocowania co najmniej jednej łopaty wirnika, znamienny tym, że polega na następujących operacjach: do co najmniej jednego kołnierza piasty (14) wirnika montuje się przeciwwagę (20) w sposób rozłączny; do gondoli (12) mocuje się piastę (14) wirnika, ustawia się piastę (14) wirnika w zadanej pozycji i zamienia się przeciwwagę (20) usytuowaną na kołnierzu piasty (14) wirnika na łopatę (16) wirnika usuwając przeciwwagę (20), a następnie mocuje się łopatę (16) wirnika do piasty (14) wirnika.

2. Sposób wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e przeciwwagi (20) umieszcza się na wszystkich kołnierzach piasty (14) wirnika, które są przeznaczone do zamocowania łopat wirnika.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że piastę (14) wirnika utrzymuje się w swojej pozycji za pomocą blokady ryglującej, co najmniej podczas operacji mocowania łopaty (16) wirnika.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed zamontowaniem przeciwwagi (20) okreś la się zadany moment siły jaki przeciwwaga ma wywierać na piastę (14), po czym ten moment siły ustawia się umieszczając obciążnik (23) przeciwwagi (20) na ramieniu (26) dźwigni przeciwwagi (20).

5. Sposób wed ług zastrz. 4, znamienny tym, ż e zadany moment sił y jest równy momentowi siły, jaki wywiera na piastę (14) zamontowana łopata (16) wirnika.

6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że zadany moment siły jest równy połowie momentu siły, jaki wywiera na piastę (14) zamontowana łopata (16) wirnika.

7. Przeciwwaga do zastosowania sposobu według zastrz. 1-6, znamienna tym, że zawiera obciążnik (23) umieszczony na ramieniu (26) dźwigni.

8. Przeciwwaga według zastrz. 7, znamienna tym, że długość ramienia (26) jest równa odległości środka ciężkości łopaty (16) wirnika od osi piasty (14) wirnika i/lub masa obciążnika (23) jest równa masie łopaty (16) wirnika.

9. Przeciwwaga według 7, znamienna tym, ż e obciążnik (23) jest w postaci jednego lub więcej pojedynczych ciężarków (28).

10. Przeciwwaga według zastrz. 7, znamienna tym, że ramię (26) dźwigni posiada urządzenie do mocowania na kołnierzu piasty (14) wirnika.

11. Przeciwwaga według zastrz. 9, znamienna tym, że co najmniej jeden z pojedynczych ciężarków (28) zaopatrzony jest w środki łączące do połączenia ze sobą poszczególnych ciężarków (28).

12. Przeciwwaga według zastrz. 7 albo 9, albo 11, znamienna tym, że obciążnik (23) jest przemieszczalny wzdłuż ramienia (26) dźwigni.

13. Przeciwwaga według zastrz. 12, znamienna tym, że pomiędzy obciążnikem (23) a ramieniem (26) dźwigni wbudowany jest napęd wrzecionowy.

14. Przeciwwaga według zastrz. 10, znamienna tym, że ramię (26) dźwigni działając jako wrzeciono napędu podparte jest obrotowo i jest obracalne za pomocą silnika i/lub ręcznie, a obciążnik (23) jest zamocowany przesuwnie na ramieniu (26) dźwigni.

15. Przeciwwaga według zastrz. 7 albo 9, albo 11, znamienna tym, że obciążnik (23) posiada co najmniej jeden uchwyt nośny (24) do transportu przeciwwagi (20).

16. Przeciwwaga według zastrz. 7, znamienna tym, że posiada osłonę (30) , która otacza obciążnik (23) i ramię (26) dźwigni.

17. Przeciwwaga według zastrz. 16, znamienna tym, że osłona (30) posiada co najmniej jeden otwór jako otwór kontroli wizualnej dla określania pozycji obciążnika (23).

18. Przeciwwaga według zastrz. 17, znamienna tym, że osłona (30) posiada szereg obrobionych otworów jako otworów kontroli wizualnej, które są rozmieszczone wzdłuż przeciwwagi (20).

19. Przeciwwaga według zastrz. 17, znamienna tym, że otwór kontroli wizualnej jest w postaci podłużnego otworu usytuowanego wzdłuż przeciwwagi (20).