TWI751698B - 用於抬升風力渦輪機葉片的抬升工具、抬升設備、風力渦輪機安裝環境及用於組裝風力渦輪機葉片及風力渦輪機的輪轂的方法 - Google Patents

用於抬升風力渦輪機葉片的抬升工具、抬升設備、風力渦輪機安裝環境及用於組裝風力渦輪機葉片及風力渦輪機的輪轂的方法 Download PDF

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羅素詹姆士 布瑞斯
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丹麥商西門子歌美颯再生能源公司
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Abstract

本發明係關於一種抬升工具，用於藉由一起重機抬升一風力渦輪機葉片供後續與一風力渦輪機組裝之用，該抬升工具具有一附接手段，用於附接至該起重機；及一固持裝置，用於固持該風力渦輪機葉片，藉此該固持裝置連接至該抬升工具之一控制器，且該固持裝置包括至少一個可移動式支撐單元，用於支撐該風力渦輪機葉片；及致動器，其連接至該至少一個可移動式支撐單元且受該控制器控制，使得該可移動式支撐單元可藉由該致動器移動。本發明進一步係關於一種抬升設備、一種風力渦輪機安裝環境及一種用於組裝一風力渦輪機葉片與一風力渦輪機的一輪轂的方法。

Description

用於抬升風力渦輪機葉片的抬升工具、抬升設備、風力渦輪機安裝環境及用於組裝風力渦輪機葉片及風力渦輪機的輪轂的方法
本發明係關於用於抬升風力渦輪機葉片的抬升工具、抬升設備、風力渦輪機安裝環境及用於組裝風力渦輪機葉片及風力渦輪機的輪轂的方法。
風力渦輪機之離岸安裝或服務之特別挑戰在於利用浮動風力渦輪機基座供待安裝或服務之風力渦輪機用或利用起重船抬升待與風力渦輪機組裝之風力渦輪機葉片時。此組裝係在初始安裝風力渦輪機或置換或服務風力渦輪機葉片時發生。由於風力渦輪機基座及/或起重船之浮動，故風力渦輪機及/或起重機會動作，使得不易將風力渦輪機葉片定位於與之組裝之風力渦輪機輪轂位置。因此，需要風力渦輪機葉片之顯著結構強化以確保風力渦輪機葉片不致在高負載下因浮動所致動作而與輪轂意外碰撞或接觸而導致受損。
本發明之一目的在於消除或至少減少先前技術在關於風力渦輪機葉片與風力渦輪機的組裝上的缺點，尤其是提供用於抬升風力渦輪機葉片之抬升工具，其得以安全且快速地組裝風力渦輪機葉片與風力渦輪機。
此目的係藉由申請專利範圍之標的解決。特別言之，此目的係藉由依請求項1之抬升工具；依請求項9之抬升設備；依請求項10之風力渦輪機安裝環境；及依請求項11之用於組裝風力渦輪機葉片及風力渦輪機的輪轂的方法解決。其他請求項及說明書及圖式揭示本發明之進一步細節。藉此，描述關於本發明之抬升工具之特徵與細節適用與本發明之抬升設備、本發明之風力渦輪機安裝環境及/或本發明之方法相關者，故就本發明之個別態樣之揭示而言，係或可彼此參考。
依據本發明之第一態樣，本發明藉由一種抬升工具解決此目的，其用於藉由一起重機抬升一風力渦輪機葉片供後續與一風力渦輪機組裝之用，該抬升工具具有至少一個附接手段，用於附接至該起重機；及至少一個固持裝置，用於固持該風力渦輪機葉片，藉此，該至少一個固持裝置連接至該抬升工具之一控制器，且該固持裝置包括至少一個可移動式支撐單元，用於支撐該風力渦輪機葉片；及至少一個致動器，其連接至該至少一個可移動式支撐單元且受該控制器控制，使得該可移動式支撐單元可藉由該致動器移動。特別言之，該風力渦輪機葉片與風力渦輪機之輪轂組裝。
藉由本發明之抬升工具，當移動至少一個支撐單元時，風力渦輪機葉片自一固持位置移動或定位至另一固持位置。可由控制器控制該移動，使得可能因起重機之起重船浮動或風力渦輪機之浮動風力渦輪機基座之浮動導致之抬升工具或風力渦輪機之輪轂的不可預測的動作受到補償。藉此，可避免風力渦輪機的輪轂與風力渦輪機葉片在高負載下彼此碰撞或接觸。藉由利用本發明之抬升工具，可在高精確度及無有害碰撞或高負載轉移之風險下，將風力渦輪機葉片抬升及定位於風力渦輪機之輪轂之組裝位置處。藉此，可提升組裝過程安全性且縮減組裝時間。此外，可減少或略除先前為降低組裝期間受損風險而提供之結構強化。
抬升工具構造成由起重機抬升。在起重機抬升抬升工具時，風力渦輪機葉片被抬升工具固持。在抬升工具及藉此風力渦輪機葉片已藉由起重機定位於風力渦輪機之輪轂之組裝位置處之後，風力渦輪機葉片可固定於輪轂且風力渦輪機葉片從抬升工具被釋放。
該至少一個致動器可係例如電力或液壓控制。致動器可係例如活塞或馬達。當有不只一個致動器時，可採用不同類型的致動器。致動器亦可被稱為主動動作補償手段，因為其藉由移動或定位被固持於抬升工具內之風力渦輪機葉片來補償抬升工具之浮動所引起的動作。
用於附接至起重機之附接手段可係例如孔眼。附接手段可構造成附接至例如起重吊鉤或起重機之起重繩。
控制器構造成藉由至少一個致動器控制至少一個固持裝置之至少一個可移動式支撐單元之移動。特別言之，該至少一個固持裝置可包括多個可移動式支撐單元。多個可移動式支撐單元的每一者可藉由獨立致動器移動。可移動式支撐單元的移動可係橫向及/或轉動移動。
較佳為至少一個可移動式支撐單元之至少一者包括一支撐凹面。該可移動式支撐單元之該支撐凹面尤其可在外型上對應於風力渦輪機葉片之至少一部份。支撐凹面可係例如具抗滑性。藉此，可達成風力渦輪機葉片固持於抬升工具中的安全與低張力。
此外較佳者係至少一個可移動式支撐單元之至少一者藉由可延伸臂連接至抬升工具的框架。特別言之，可延伸臂係可沿風力渦輪機的高度軸延伸，亦即與地面垂直或大體上垂直。因此，可延伸臂亦可包括可由控制器控制之致動器。藉由延伸該可延伸臂，易於使可移動式支撐單元在抬升工具一接收到風力渦輪機葉片時即與風力渦輪機葉片接觸。此外，藉由收縮可延伸臂，在風力渦輪機葉片與風力渦輪機的輪轂之成功的組裝後，風力渦輪機葉片可易於從抬升工具釋放。
此外，較佳為將至少一個另一可移動式支撐單元連接至與藉由該可延伸臂連接至該框架之該至少一個可移動式支撐單元相對之該框架，藉此該等可移動式支撐單元形成一夾，用於夾住該風力渦輪機葉片。藉此，在補償動作時可達成特別安全的風力渦輪機葉片之固持。
進一步較佳者係至少一個可移動式支撐單元的至少一者係可轉動的。特別言之，可移動式支撐單元可係可繞風力渦輪機葉片之一縱向軸轉動。此外，可轉動的可移動式支撐單元可為藉由可延伸臂連接至抬升工具的框架的可移動式支撐單元。可移動式支撐單元與可延伸臂可一同形成夾的一部分。藉此，可提供與沿著風力渦輪機高度軸的高度方向橫向之方向上的被引起的動作的主動補償。
較佳為至少一個可移動式支撐單元的至少一者係可於滑行方向移動之一滑行塊，藉此該等滑行方向在橫向於該風力渦輪機葉片之一縱向軸及該風力渦輪機之一高度軸的方向上延伸。滑行塊可被滑行地支撐於例如抬升工具之一凹槽內或抬升工具之一軌道上。滑行塊可包括轉子及鎖定手段，用於鎖定滑行塊於特定位置處。滑行塊另可係高度可調整及/或可轉動的，藉此增加了移動或定位風力渦輪機葉片之進一步可能性。風力渦輪機葉片可被支撐於滑行塊上且易於被移動朝向風力渦輪機或定位朝向與遠離風力渦輪機，尤其是其輪轂。
特別較佳者係該至少一個固持裝置包括在該滑行方向上彼此相鄰設置之兩個滑行塊，藉此該兩個滑行塊可朝向彼此及遠離彼此移動。藉由調整滑行塊間的距離，不同尺寸的風力渦輪機葉片可被安全且盡可能少張力地支撐於滑行塊上，且藉此由同一抬升工具固持。
此外，較佳者係該至少一個固持裝置之兩個固持裝置在沿著該風力渦輪機葉片之一縱向軸之一方向 上彼此相隔一距離設置。該距離範圍例如可在5至40米，尤其是10至30米。固持裝置可具有相同構造。特別言之，固持裝置可由控制器同步控制。藉此增加了進一步位移的可能性。藉此可提供風力渦輪葉片於抬升工具中之極安全且低張力的固持。
較佳該抬升工具包括連接至該控制器之一抬升工具感測器，藉此該抬升工具感測器構造成偵測該抬升工具相對於該風力渦輪機之相對距離或位置。抬升工具感測器可係適於測量一物體位置或與一物體的距離之任何感測器，諸如電感式感測器、電容式感測器、雷射感測器、攝影機裝置等。控制器可使用所偵測之抬升工具相對於風力渦輪機的相對位置或所偵測之抬升工具與風力渦輪機之相對距離，來控制至少一個致動器，使得風力渦輪機葉片在無碰撞下被帶到風力渦輪機處的組裝位置，尤其是輪轂處。
進一步較佳者係該控制器設置成藉由至少該相對距離或位置之一函數控制該至少一個致動器。例如當起重船及風力渦輪機的固定底部基座用作抬升設備時，易於判定抬升工具相對於風力渦輪機，尤其是在輪轂處之風力渦輪機葉片之組裝位置的相對距離或位置，且可藉由控制器控制的至少一個致動器補償因起重床浮動導致之動作。
依據本發明之第二態樣，本發明藉由一種抬升設備解決該目的，其包括本發明之抬升工具及起重機，藉此該抬升工具附接至該起重機。該起重機可被支撐於一起重船上。
依據本發明之第三態樣，本發明藉由一種風力渦輪機安裝環境解決該目的，其包括本發明之抬升工具及一風力渦輪機，藉此該風力渦輪機包括一風力渦輪機感測器，其構造成與抬升工具感測器互動以偵測相對距離或位置。藉此可藉由控制器在高精確度下偵測抬升工具感測器與風力渦輪感測器之間之相對移動並對其進行補償。抬升工具之控制器可與其他控制器如風力渦輪機及/或起重機的控制器連接或整合。風力渦輪機可具有固定底部基座，其具有單樁、三腳架、夾套、沉箱或重力基座，或具有浮動基座如既有技術中已知者。
依據本發明之第四態樣，本發明藉由一種用於組裝一風力渦輪機葉片與一風力渦輪機的一輪轂的方法解決該目的，其具有以下步驟：(a)將該風力渦輪機葉片定位於依本發明之抬升工具中；(b)將該抬升工具附接至一起重機；及(c)藉由該起重機抬升該風力渦輪機葉片且將其定位朝向該輪轂，藉此藉由該控制器控制該至少一個可移動式支撐單元，使得使該風力渦輪機葉片與該輪轂接觸，尤其是在輪轂的組裝位置。
特別言之，該控制器構造成永久反應於影響該風力渦輪機葉片之該抬升及定位之動作而移動該至少一個可移動式支撐單元。該等動作可係由前述浮力所致。該控制器可構造成永久控制該至少一個可移動式支撐單元，從而避免有害的碰撞及高負載接觸。
10:抬升工具
11:框架
12.1:固持裝置
12.2:固持裝置
13.1:第一可移動式支撐單元
13.2:第二可移動式支撐單元
13.3:第三可移動式支撐單元
14:致動器
15.1:支撐表面
15.2:支撐表面
15.3:支撐表面
16:控制器
17.1:可延伸臂
17.2:可延伸臂
18:抬升工具感測器
19:附接手段
20:起重機
30:抬升設備
40:風力渦輪機
41:輪轂
42:機艙
43:塔架
44:風力渦輪機感測器
45:風力渦輪機葉片
50:風力渦輪機安裝環境
X.1:滑行方向
X.2:滑行方向
自下述可知本發明之進一步優點、特徵及細節，其中參考本發明之圖1至3實施例詳述之。藉此，本發明之申請專利範圍之特徵及說明書中所述特徵基本上可單獨或任意組合。在圖式中，概略顯示如後：圖1係根據本發明之一實施例之抬升工具之側面透視圖；圖2係圖1之抬升工具之側視圖；及圖3係根據本發明之一實施例之風力渦輪機安裝環境之部分側視圖。
圖1至3中相同物體以相同參考符號標示。若在該等圖式之一中有不只一個同類型物體，則按升序對物體進行編號，物體的升序號與參考符號間以點分隔。圖式中特徵與零件之特定尺寸僅係示例，可能僅係為便於參考而放大。
圖1顯示依本發明之一實施例之抬升工具10上之側面透視圖。抬升工具10包括附接至抬升工具10的框架11的兩個固持裝置12.1、12.2。固持裝置12.1、12.2具相同結構，以下將進一步闡釋。但替代地，其等亦可具不同結構。本特別實施例中的固持裝置12.1、12.2彼此間隔距離為18米。固持裝置12.1、12.2係在沿著風力渦輪機葉片45待固持於抬升工具10之縱向軸Y方向上彼此間隔。為簡明之故，風力渦輪機葉片45未顯示於圖1中。當風力渦輪機葉片45被固持於抬 升工具10中時，如圖3所示，風力渦輪機葉片45被固持於固持裝置12.1、12.2中且沿著縱向軸Y縱向定位。在本特定實施例中，縱向軸Y亦係沿著抬升工具10長度上的縱向軸Y。
由於兩固持裝置12.1、12.2具相同結構，故以下將僅參考固持裝置12.1描述之。固持裝置12.1包括第一、第二及第三可移動式支撐單元13.1、13.2、13.3。第一可移動式支撐單元13.1連接至可延伸臂17.1。本實施例中的可延伸臂17.1係剪式臂，但亦可為其他類型如望遠鏡式臂。藉由可延伸臂17.1，第一可移動式支撐單元13.1可沿高度軸Z調整高度或亦即可延伸與收縮。高度軸Z係沿風力渦輪機40高度的軸，如圖3所示。因此，成活塞型式之致動器14附接至可延伸臂17.1。致動器14可由抬升工具10的控制器16致動。當該延伸臂17.1藉由由控制器16控制的致動器14延伸時，當風力渦輪機葉片45被支撐於第二及第三可移動式支撐單元13.2、13.3時，第一可移動式支撐單元13.1可將風力渦輪機葉片45夾於第一可移動式支撐單元13.1與第二及第三可移動式支撐單元13.2、13.3間。藉此，風力渦輪機葉片45可被安全地固持於抬升工具10中。
第二及第三可移動式支撐單元13.2、13.3被設計成支撐靜置於其上的風力渦輪機葉片45的重量。或者，第三可移動式支撐單元13.3可被省略。本實施例中的第二及第三可移動式支撐單元13.2、13.3被設計成 可在滑行方向X.1、X.2上移動的滑動塊。滑行方向X.1、X.2橫向於縱向軸Y及高度軸Z延伸。兩個滑行塊可朝向及遠離彼此移動，使得其等可針對不同寬度的風力渦輪機葉片45調整。此外，第一可移動式支撐單元13.1的高度可針對不同厚度的風力渦輪機葉片45調整。藉此，不同尺寸的風力渦輪機葉片45均可被固持於抬升工具10中使之極富變化。
圖2顯示圖1之抬升工具10上之側視圖。自此觀點清楚可見，第一、第二及第三可移動式支撐單元13.1、13.2、13.3具有支撐表面15.1、15.2、15.3，其等具凹形以符合待固持於抬升工具10中的風力渦輪機葉片45外型而不受損。此外，可見第一可移動式支撐單元13.1可繞縱向軸Y轉動以提供進一步位移風力渦輪機葉片45而補償抬升工具10與風力渦輪機40間相對移動的能力，如圖3所示。
圖3顯示在一風力渦輪機安裝環境50上之部分側視圖。風力渦輪機安裝環境50包括一風力渦輪機40及一抬升設備30，其包括藉由附接手段19附接至一起重機20之圖2的抬升工具10。風力渦輪機葉片45被固持於抬升工具10中，用於將之抬升至風力渦輪機40的輪轂41並與之組裝。風力渦輪機40的輪轂41附接至機艙42，其被支撐於一塔架43上。起重機20被支撐於一起重船上(未顯示)，且風力渦輪機40係建基於浮動基座上(未顯示)。藉此，起重機20與風力渦輪機40因起重船與浮動基座的浮動而歷經朝向與遠離彼此的相對運動。
在本特定實施例中，為了避免抬升工具10與輪轂41因不可預期的運動而碰撞，並確保風力渦輪機葉片45與輪轂41的快速組裝，抬升工具10設置有抬升工具感測器18且風力渦輪機40設置有風力渦輪機感測器44，其安裝於機艙42頂部。抬升工具感測器18與風力渦輪機感測器44偵測抬升工具10相對於風力渦輪機40的相對距離或位置。此相對距離或位置被傳訊到控制器16，其控制抬升工具10的致動器14，使得風力渦輪機葉片45可以這樣的方式藉由第一可移動式支撐單元13.1移動，因此避免碰撞且可將風力渦輪機葉片45帶到正確位置以與輪轂41組裝。此外，控制器16可連接至起重機20的控制器，使得亦可相對於所偵測距離或位置控制起重機20。
10:抬升工具
11:框架
12.1:固持裝置
12.2:固持裝置
13.1:第一可移動式支撐單元
13.2:第二可移動式支撐單元
13.3:第三可移動式支撐單元
14:致動器
16:控制器
17.1:可延伸臂
17.2:可延伸臂
X.1:滑行方向
X.2:滑行方向

Claims (11)

  1. 一種抬升工具，其用於藉由一起重機抬升一風力渦輪機葉片供後續與一風力渦輪機組裝之用，該抬升工具具有至少一個附接手段，用於附接至該起重機；及一固持裝置，用於固持該風力渦輪機葉片，其特徵在於該固持裝置連接至該抬升工具之一控制器，且該固持裝置包括第一可移動式支撐單元，用於支撐該風力渦輪機葉片；及致動器，其連接至該第一可移動式支撐單元且受該控制器控制，使得該第一可移動式支撐單元可藉由該致動器移動，該抬升工具更包括連接至該控制器之一抬升工具感測器，藉此該抬升工具感測器構造成偵測該抬升工具相對於該風力渦輪機之相對距離或位置，該控制器係設置成藉由至少該相對距離或位置之一函數控制該致動器。
  2. 如請求項1之抬升工具，其中該第一可移動式支撐單元包括一支撐表面，該支撐表面係凹形的。
  3. 如請求項1之抬升工具，其中該第一可移動式支撐單元藉由一可延伸臂連接至該抬升工具之一框架。
  4. 如請求項3之抬升工具，其中該抬升工具進一步包括第二可移動式支撐單元，該第二可移動式支撐單元係連接至該框架而與該第一可移動式支撐單元相對，藉此該第一可移動式支撐單元與該第二可移動式支撐單元係設置成夾住該風力渦輪機葉片。
  5. 如請求項1至4中任一項之抬升工具，其中該第一可移動式支撐單元是可轉動的。
  6. 如請求項1至4中任一項之抬升工具，其中該第二可移動式支撐單元係構造成可於滑行方向移動，藉此該等滑行方向係垂直於該風力渦輪機葉片之一縱向軸及該風力渦輪機之一高度軸的方向。
  7. 如請求項6之抬升工具，其中該抬升工具進一步包括第三可移動式支撐單元，該第二及第三可移動式支撐單元係配置成在該滑行方向(X)上彼此相鄰，藉此該第二及第三可移動式支撐單元可朝向彼此及遠離彼此移動。
  8. 如請求項1至4中任一項之抬升工具，其中該抬升工具進一步包括另一固持裝置，該固持裝置及該另一固持裝置在沿著該風力渦輪機葉片之一縱向軸之一方向上彼此相隔一距離設置。
  9. 一種抬升設備，其包括如請求項1至8中任一項之抬升工具及起重機，藉此該抬升工具附接至該起重機。
  10. 一種風力渦輪機安裝環境，其包括如請求項1至8中任一項之抬升工具及一風力渦輪機，藉此該風力渦輪機包括一風力渦輪機感測器，其構造成與該抬升工具感測器互動以偵測該相對距離或位置。
  11. 一種用於組裝一風力渦輪機葉片與一風力渦輪機的一輪轂的方法，其具有以下步驟： (a)將該風力渦輪機葉片定位於如請求項1至8中任一項之抬升工具中；(b)將該抬升工具附接至一起重機；及(c)藉由該起重機抬升該風力渦輪機葉片且將其定位朝向該輪轂，藉此藉由該控制器控制該第一可移動式支撐單元，使得使該風力渦輪機葉片與該輪轂接觸。
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