將風輪機葉片安裝在風輪機塔架上的設備及方法
2023-06-09 23:47:56 2
專利名稱：將風輪機葉片安裝在風輪機塔架上的設備及方法
將風輪機葉片安裝在風輪機塔架上的設備及方法本發明涉及一種將風輪機葉片安裝在風輪機塔架上的設備及方法，特別是用於計劃用於離岸環境的風輪機。圖1示出了一種離岸的水平軸式風輪機1，該風輪機包括:供安裝風輪機機艙3的風輪機塔架2 ;以及轉子4，該轉子包括至少一個風輪機葉片5。該至少一個風輪機葉片安裝在轉子輪轂6上，該轉子輪轂通過從機艙前部延伸的低速軸(未示出)連接至機艙3。風輪機塔架2在離岸場所安裝在塔架基座7上，例如安裝在沉入海底的單樁上。雖然在圖中未示出，風輪機塔架可以具有緊靠海平面以上布置的平臺以供工程師接近。由於在海上安裝和維護渦輪機的成本，以及在離岸場所潛在可捕獲的有效風能量，離岸式風輪機通常被製造得儘可能的大，例如轉子直徑為100至150m都不算異常。雖然安裝巨大的離岸式風輪機在收入方面能夠最大化回報並能夠最大化風輪機所產生的功率，但是與小而輕的型號相比，大的結構可能更難以安裝和維修。構建離岸式風輪機例如通常在岸上設施上開始，在岸上設施處能夠容易提供大的起重機，以將風輪機的部件提升到它們的組裝位置。起重機例如可能需要五次以上提升操作，塔架和機艙分別需要一次提升操作，隨後三個風輪機葉片分別需要一次。一旦風輪機裝配完成，則通過駁船將其運送至離岸安裝位置，在該離岸安裝位置處，在運輸駁船上的起重機將塔架提升到塔架基座7上的位置。這種構建技術可以有多種變型，例如僅僅是風輪機部件中的一些部件在岸上組裝，而最終的裝配藉助於駁船起重機在離岸場所進行。其中一種技術是將其中的兩個葉片附接至機艙的轉子輪轂形成兔耳構型，並且藉助於臨時的固定件將單個葉片附接至塔架。然後在離岸場所將機艙和塔架彼此連接，並且在正確的位置處將已經附接至塔架的葉片連接至轉子輪轂。在許多情況下，風輪機的機艙也設置有起重機，用於將部件提升到位。由於在機艙中的位置所引起的結構限制，機艙起重機通常並不能提起與駁船起重機或者岸上起重機相同量級的負載。在離岸式風輪機的構建過程中以及在維護操作中，可以使用機艙起重機或者塔架上起重機。在這些操作中有時需要將風輪機葉片從轉子輪轂拆下，以便檢查葉片或者輪轂，必要時進行修理。用於將風輪機葉片臨時附接至塔架以進行維護的裝置也是已知的。所有這些構建技術在時間和成本方面花費很大。此外，將風輪機葉片拆下然後在維護操作之後將其重新附接至輪轂會是困難的。因此，我們已經認識到需要一種用於構建風輪機以及安裝該風輪機的改進的方法，並且也需要一種改進的技術來拆卸風輪機葉片以及將其附接至輪轂。
現在將參照附圖以例示方式來描述本發明的實施例，在附圖中:圖1是離岸式風輪機的示意圖；圖2是離岸式風輪機機艙以及具有用於一個或更多個風輪機葉片的附接點的塔架上部的第一實施例的示意圖；圖3是示出圖2所示的塔架的更長部分的、根據風輪機的第一實施例的示意圖，該更長部分具有用於一個或更多個風輪機葉片的附接點；圖4是圖2和圖4所示的塔架的俯視圖；圖5是用於風輪機葉片的附接點的局部放大圖；圖6是用於風輪機葉片的葉梢的附接點的局部放大圖；圖7是示出了葉片導向臂的定位的示意圖；圖8是示出了用於將葉片附接至轉子輪轂的方法的示意圖，其中該葉片處於起始位置；圖9是示出了用於將葉片附接至轉子輪轂的方法的示意圖，其中該葉片處於第二位置；圖10是示出了用於將葉片附接至轉子輪轂的方法的示意圖，其中該葉片處於第三位置；圖11是示出了用於將葉片附接至轉子輪轂的方法的示意圖，其中該葉片處於最終位置；圖12是處於起始位置的葉片導向臂的另選實施方式的示意圖；圖13是處於最終位置的葉片導向臂的另選實施方式的示意圖；圖14是葉片附接導向杆的示意圖；圖15是轉子輪轂的示意圖，示出了葉片附接杆和插座；圖16是圖14所示的葉片附接杆的局部放大圖；圖17是轉子輪轂的示意圖，示出了用於三環式支承組件的葉片附接杆；圖18是用於圖17所示的葉片附接導向杆的插座的局部放大圖；圖19是用於葉片附接導向杆的插座的另選實施方式；圖20是已經就位的插座的示意圖；以及圖21是用於兩環式支承組件的轉子輪轂的示意圖。
發明內容
本發明被限定於所引用的獨立權利要求中。在從屬權利要求中陳述了有利的特徵。在第一方面，本發明提供了一種用於將風輪機葉片連接到風輪機輪轂的葉片連接設備，所述連接設備包括:第一接合面和第二接合面，其中所述第一接合面位於所述風輪機葉片的葉根處，並且所述第二接合面位於所述風輪機轉子輪轂上，用於與所述第一接合面接合；用於將所述第一接合面以可釋放的方式牢固地連接到所述第二接合面的多個緊固件，所述緊固件包括設置在其中一個接合面上的公部分，以與設置在另一接合面上的相應母部分連接；分別位於所述風輪機葉片和所述轉子輪轂上的第一導向構件和第二導向構件，所述第一導向構件和所述第二導向構件被布置成當它們彼此接觸時互相協作；其中，當使得所述第一接合面和所述第二接合面彼此接近以進行連接時，所述第一導向構件和所述第二導向構件在所述第一接合面和所述第二接合面之間相接觸之前先彼此接合，並且確保所述緊固件的所述公部分和所述母部分為了連接而對準。
以此方式，所述緊固件可以被插入它們相應的連接點孔中而無需考慮它們沒有被適當對準而被損壞。所述第一接合面和所述第二接合面可設置成大致圓形的凸緣，所述凸緣具有這樣的圓周，繞所述圓周在離散位置設置有所述多個緊固件；其中，在所述第一接合面和所述第二接合面彼此接近時，所述第一導向構件和所述第二導向構件之間的協作使得所述圓形凸緣相對於彼此進行同軸旋轉，從而使得所述緊固件被適當地對準。此外，所述第一導向構件是細長形狀的並且從風輪機葉片或轉子輪轂中的任意一方朝向所述第二導向構件延伸大於所述緊固件的所述公部分的長度的量。這樣，導向構件可以更容易地先於緊固件與插座接合在一個實施方式中，所述第一導向構件是在葉根支承件處緊固至轉子輪轂的銷。所述第一導向構件也可以是錐形的。在一個實施方式中，所述轉子輪轂或所述葉片中的一者或另一者至少具有外葉根支承環和內葉根支承環，並且所述第一導向構件緊固至所述內葉根支承環，並在保持在所述內葉根支承環限定的圓周內側的狀態下朝向所述第二導向構件傾斜延伸。所述第二導向元件可以設置有用於接收所述第一導向構件的凹部。所述凹部可包括:用於在部分插入位置接收所述第一導向構件的開口 ；和用於在完全插入位置支撐所述第一導向構件的錐形肩部。在一個實施方式中，所述錐形肩部是彎曲的以促使所述第一導向構件佔據所述凹部的中心位置。所述凹部設置在導向構件殼體內，所述殼體包括:用於與所述第一接合面或所述第二接合面上的公緊固件協作的唇部；用於將所述唇部和所述殼體緊固至所述緊固件的所述公部分上而將所述殼體保持到位的纜索。於是，一旦葉片被附接至輪轂，就可通過切斷纜索而將所述導向構件殼體拆下。所述第二導向構件位於所述葉根的圓形凸緣內，或者位於輪轂上的葉片連接部的圓形凸緣內。在一個實施方式中，所述連接設備包括至少三對第一導向構件和第二導向構件。通過將這些導向構件圍繞葉根或輪轂的圓周布置，可以為葉片提供旋轉力以使得它旋轉對準以便與輪轂正確連接。在另一個實施方式中，本發明提供了一種風輪機葉片和轉子輪轂連接的連接導向系統，所述系統包括:第一導向構件和第二導向構件，所述第一導向構件和所述第二導向構件用於安裝在風輪機葉片或轉子輪轂中的相應一方上，以利於通過具有公緊固件部分和母緊固件部分的緊固件將所述風輪機葉片連接至所述輪轂；其中所述第一導向構件具有細長的形狀；並且所述第二導向構件設置有凹部，該凹部具有用於在部分插入位置接收所述第一導向構件的開口、以及用於在完全插入位置支撐所述第一導向構件的凹部輪廓；其中所述凹部輪廓促使所述第一導向構件朝向所述凹部內的一個位置，從而使得所述風輪機葉片正確對準，以將所述公緊固件部分和所述母緊固件部分附接。也構想了相應的方法。
具體實施方式
本發明涉及將風輪機葉片安裝在風輪機塔架上的設備和方法。在葉根以及輪轂附近設有多個導向杆94，用於連接至相應的插座部96。導向杆94和插座部96設置在風輪機葉片和風輪機輪轂中的相應一方上，以便於彼此連接。導向杆94和插座96可以設置在相同的或者不同的葉片或者輪轂上。導向杆和插座使得葉片能夠以正確的旋轉取向定位在輪轂處，以便於連接必要的緊固件。由於緊固件通常預先設置成部分地連接至輪轂或葉片中的一者上，在使得葉片和輪轂到一起之前正確地確保它們恰當地對準，防止損壞所安裝的緊固件。圖2、圖3和圖4示出了根據本發明的實施例的風輪機20，其中風輪機的塔架設有用於在工作位置和收起位置之間移動風輪機葉片的導向臂，在該工作位置時風輪機葉片連接至轉子輪轂，在收起位置時葉片從轉子輪轂上拆下並且靠著風輪機塔架儲存。圖2是風輪機塔架22的上部的側視圖，該風輪機塔架的上部具有機艙24和轉子輪轂26。機艙24可以通過偏航驅動裝置25安裝在塔架22的頂部，該偏航驅動裝置使得機艙和轉子輪轂26能夠傾斜地進入或者脫離盛行風的方向。風輪機20具有三個風輪機葉片28a、28b和28c，這些葉片在圖2中被示為從轉子輪轂拆下並且處於靠著塔架22的收起位置。在收起位置，葉片28以與塔架22基本平行的關係被支撐。為了便於將葉梢在下部位置靠著塔架22固定，該平行並不是嚴格平行的。雖然，葉片28本身並不需要是絕對筆直的，但可以理解的是這便於談論葉片相對於縱向軸線27的取向。當觀察處於收起位置的葉片28時，可以更詳細地看到轉子輪轂的葉根支承組件30a,30b和30c，葉片28a、28b和28c可在葉根支承組件處安裝在轉子輪轂28上。應理解，葉根支承組件30a、30b和30c安裝在轉子輪轂上(因此，處於附接位置的葉片安裝在轉子輪轂上)，從而等角間距地圍繞輪轂的旋轉軸線間隔開。在圖2的實施例中，假定了豎直的z軸線，以及在水平面布置的右X軸線和右I軸線，旋轉軸線沿著X方向，並且第一葉根支承組件30a示出為面向負z方向，而第二葉根支承組件30b和30c示出為基本沿著y軸線布置。這意味著葉根支承組件30c面向紙內因而無法看到。葉片28a、28b和28c各自被臂裝置50a、50b和50c支撐，該臂裝置包括上臂52a、52b和52c以及下臂54a、54b和54c。如圖3所示，臂裝置50a、50b和50c朝向塔架22的上部定位，並且葉梢32a和32b也因此藉助葉梢擱置部56a、56b和56c (未示出)沿著塔架的長度進一步向下緊固。臂裝置50a、50b和50c以及葉梢擱置部56a、56b和56c圍繞塔架22的周緣以等角間隔定位。圖4是穿過塔架22和三個葉片28a、28b和28c的剖視圖，更詳細地示出了該布置。在此視圖中，僅可以看到上臂52和下臂54。在將塔架22運輸至離岸安裝場所的過程中，可以有利地使用圖4中所示的、葉片靠著塔架的布置方式。現在參照圖5，在圖5中更詳細地示出了上臂52a、52b和52c和下臂54a、54b和54c的結構。為了便於下文中討論，現在將描述單個臂裝置的相互作用以及該單個臂裝置與單個葉片的相互作用，因此不是在每種情況下都列舉出附圖標記的尾標a、b和C。上臂52是大致三角形或者格子形的，具有在頂點或者頂端524會合的對置的側邊520和522。三角形臂52的頂點設置有用於與葉片28形成緊固的、可釋放的機械連接的連接器526。這將在下文更詳細描述。如圖5所示，臂52的各個對置的側邊520和522通過樞軸528和530連接至塔架22，使得臂52能夠在上下位置之間移動。如根據圖5所理解的，臂52的頂端524實際上設置為杆，對置的側邊520和522中的每一個實際上由三角形框架組成，該三角形框架具有共用形成頂端524的杆的底部，並具有位於樞軸528和530處的頂端。在此實施例中採用了對置兩側邊的附加三角形形狀，因此為在使用中必須能夠支承葉片的至少部分重量的臂52形成了堅固框架。三角形或者格子形狀的底部被省略，以便適應塔架22的曲線。如圖5所示，下臂54具有與上部52不同的構造，最明顯的不同之處在於下臂是具有中間關節或者肘部540的關節臂。在此實施例中，下臂54也不是三角形的，而是包括在關節540處彼此連接的第一矩形框架部542和第二矩形框架部544。第一框架部542在鉸接部546處連接至塔架22，該鉸接部使得當臂收起時該第一框架部基本向下靠著塔架22。為此，鉸接部546支撐在襯套548上，以使得該鉸接部被支撐為稍微遠離塔架，從而塔架的曲率將不會妨礙第一框架部542向下豎直懸掛。第二襯套550在第一襯套下方設置在塔架22上，該第二襯套用於在葉片28收起時接收第一框架部542的另一端並且將該框架部穩定地支撐在擱置位置。第一框架部542延伸到第二襯套550的稍下方，使得在第一框架部542的端部上設置的關節540可以無阻礙地運動。第二框架部544通過關節540連接至第一框架部，並且布置成沿與第一框架部542相同的方向樞轉。可以限制第二框架部圍繞關節540的運動，使得第一框架部和第二框架部之間的角度不大於180°。以此方式，下臂54以及第一框架部和第二框架部圍繞關節或者肘部540的運動類似於人類手臂的關節式運動。在葉片的收起位置，下臂52的第一框架部542向下懸掛，同時第二框架部544相對於第一框架部542成90°的角從塔架延伸。可以利用連接器552 (該連接器具有與上述連接器526相同的構造)，以與上臂52相同的方式在第二框架部544和風輪機葉片28之間進行連接。現在將對此進行更詳細地描述。可以使用任意適合的機械連接方式在上臂52、下臂54與風輪機葉片28之間進行連接。然而，可以理解的是，所說的任意連接必須能夠支撐葉片28的重量並且易於拆裝操作。此外，在轉子輪轂上使用時，連接位置的存在必須不能過度地影響葉片的空氣動力特性。這通過在風輪機葉片表面設置隔室接收每個臂52和54的連接器裝置526和552來實現。葉片隔室具有蓋子，該蓋子可被打開以容納連接器裝置，或者可以在葉片處於使用狀態時被關閉以確保葉片的光滑空氣動力表面。隔室的蓋子因此可以利用允許遠程控制的電路或者光學信號系統來操縱。在此實施例中，隔室包括用於連接器裝置526和552的對應配套連接器，以便形成牢固的可靠連接。這些對應配套連接器優選地附接至葉片內的支撐結構，例如主桁梁，或者另選地貫穿葉片以與相對的葉片表面上的對應的成對連接器接合。適宜的連接器裝置是已知的，例如在本申請人的US2007/0258823中所述的。現在將參照圖6更詳細地描述葉梢擱置部56。不同於臂裝置50，如果承載的話葉梢擱置部56也不需要支承葉片28的太多重量。以此方式，在一個實施方式中，葉梢擱置部56可以簡單地設置有肩部或者橫向支撐件，用於接收葉梢，並限制由於風致應力和應變導致葉片變形或者扭轉而可能發生的任意側向運動。在另選的實施方式中，用於將葉梢32附接至葉梢擱置部56的連接手段可被設置成使得該連接更牢固。該連接手段可以包括上述臂所用的連接器裝置，或者諸如將葉梢緊固到位的磁性帶子或者纜索等等的其它連接器裝置。葉梢擱置部56的另一實施方式包括用於附接至葉梢並附接至塔架的可膨脹構件。適宜的可膨脹構件是可被旋擰在風輪機葉片的端部上的可膨脹環。有利的是，可膨脹環能可釋放地從風輪機塔架拆下來，使得當需要時該可膨脹環能夠從塔架釋放並且能擰在已拆卸的風輪機葉片上。當藉助於上臂和下臂將葉片降下至其收起位置時，可將可膨脹環再次附接至塔架以將葉梢保持到位。可膨脹構件與塔架之間的連接可以藉助於穿過該構件的增強壁部以及塔架上的適宜配合點的緊固纜索、繩索或者螺栓。優選地，該連接可以被遠程釋放，以使得在機艙內的工程師可以無需向下爬到可膨脹部件所在的塔架位置而釋放該連接。在此方面，磁性連接或者電磁連接是特別有用的，如有必要，可膨脹部件可以在從塔架移除後收縮，以使得它可以更容易地裝配到葉梢上，隨後再次膨脹。可膨脹構件可以是任意適合的形狀，用於在葉片處於收起位置時對葉梢進行緩衝和支撐。特別地，它可以是圓環，或者是具有用於接收葉片葉梢的切除部分的盤或者其它實心形狀。該切除部分也可以被成形為其輪廓更緊密地匹配所述葉梢。在一個另選實施方式中，可膨脹構件可以是C形的，或者是這樣的任意輪廓，在該輪廓中通過一個更窄的開口部進入用於接收葉梢的較寬的內部切除部分，要到達該內部切除部分，葉梢必須首先通過該更窄的開口部。此可膨脹構件在使用過程中不需要從塔架拆下，而是能夠另選地保持膨脹或者部分膨脹以在葉片通過支撐臂移入收起位置時接收葉梢。也可以使用在收起位置中位於葉梢的擱置位置的兩側上的縱向可膨脹構件，以加固葉片而防止橫向移動。發明人已經認識到，上壁52和下臂54連接到風輪機葉片28時的定位是非常重要的，仔細考慮，這些臂不僅可以用於將葉片支撐在收起位置，也可以用作導向裝置以便於將葉片28連接至轉子輪轂26。現在參照圖7，這些臂的連接器裝置526和552在葉片28上的連接點相對於葉片重心被定位。在圖7中，葉片的重心示意性地示為CoG位置70。在此實施例中，上臂和下臂的連接點距離CoG位置70等距地定位，因為這會使由於葉片的重量而產生的負載大致相等地分布在上臂和下部上，並且意味著當將葉片附接至臂或者從臂上拆下時對於葉片28的操縱更穩定。可以理解的是，如果各臂中的一個比另一個遠離CoG位置70，則在操縱過程中葉片可能圍繞其中一個臂樞轉。上臂52和下臂54的長度也被選擇為有助於在將葉片連接至轉子輪轂26和從轉子輪轂26斷開的過程中穩定地操縱葉片26。首先，為了穩定地將葉片28儘可能筆直地安裝到轉子輪轂26上，這些臂被布置成當臂從塔架22完全延伸時在它們的連接點處基本垂直於葉片28的縱向軸線27。其中使第一框架部542和第二框部544沿著直線的、完全延伸的下臂54長於上臂52，使得葉梢32比葉根遠離塔架22傾斜。這確保了葉片28接近在附接至葉根支承組件30時將要採取的取向，這既利於將葉片28連接至葉根支承組件，也使得在中間位置對於葉片28的操縱更穩定。如圖7所示，上臂52和下臂54在完全延伸時被布置為將葉片28支撐成使其縱向軸線(如圖7中虛線所示)對齊於葉根支承組件的中心，並且使得葉根邊緣大致平行於葉根支承組件布置以便於附接。當將葉片28從葉根支承件組件拆下並由此可以將葉片28旋轉到其與塔架基本平行的收起位置時，在各臂完全收縮時，此布置中的上臂52必須從塔架22延伸比下臂54更大的量。這通過將第二臂構造為在肘部540處樞轉的、接合在一起的第一框架部542和第二框架部544來實現。因此，在完全收縮位置，下臂54從塔架延伸大致僅第二框架部544的長度。在此實施例中，雖然連接位置距離COG位置70等距地布置，在另選實施方式中，可以調整各臂的位置以使得當葉片28懸掛在臂52和54上時產生旋轉偏置。現在將參照圖8至圖11來描述利用上述裝置將葉片28附接至轉子輪轂26的過程。圖8示出了起始位置，在該位置處葉片28處於靠著塔架的收起位置。在此位置，上臂52以銳角從塔架22延伸，並且第二框架部544垂直地從塔架延伸同時被支撐在襯套550上。下臂54的第一框架部542與塔架22平行。將纜索80連接到葉片28上的適宜的點，例如在葉根處，並且從設置在輪轂26內或者輪轂26上的絞盤或滑輪82懸下。纜索80越過絞盤或者滑輪82。在圖8中，絞盤或者滑輪82被顯示為在輪轂26內，不過它也可以安裝在其它位置，例如在輪轂26前方或者在輪轂26的頂部。所示出的位置是優選的，因為其更簡潔地保持了葉片28與葉根支承組件之間的對準。在使用絞盤的實施方式中，馬達(未示出)為絞盤82提供驅動力，以在葉片28從葉根支承組件拆下時為其提供支撐，並且朝向輪轂26提起葉片。在使用滑輪82時，滑輪僅僅為纜索80提供樞軸，並且纜索被往回進給到機艙24中，在機艙24中可以容易地定位馬達或絞盤。並非必須要使用絞盤，可以使用配重來替代。例如在圖8所示的實施例中，纜索穿過機艙24在機艙後方的樞軸84上進給，向下進給至葉片配重(未示出)。對於絞盤和滑輪82可以有許多不同的配置，這對於本領域普通技術人員是顯而易見的。特別地，絞盤可以位於轉子輪轂內以便工程師容易訪問，或者位於輪轂外，對於所造成的葉片的方位來說，在輪轂外是優選的。馬達可以位於風電機的機艙內，或者在塔架中的另一位置，包括塔架底座的內部或者外部。纜索80可以提供或者不必提供用於提升風輪機葉片的全部提升力，並且臂52和54自身可以有利地包括電力驅動裝置或者液壓驅動裝置以使臂52和54在支承風輪機葉片的同時在延伸位置和收起位置之間移動。可以使用位於風輪機內(例如在機艙或者塔架內)的控制系統，以根據需要對臂進行操作。有利地，塔架提供了進出艙口，以使維護工程師接近臂鉸接部並在需要時執行維護。在一個實施方式中，臂52和54可以提供支承風輪機葉片的重量所需的全部力，而纜索80用作附加的導向件。在圖9中，絞盤82拉動纜索80以朝向葉根30提升葉片28。隨著葉片28向上提升，上臂52和下臂54也被向上拉動，從而開始進一步從塔架22延伸。如上所述，臂52和54也可以提供將葉片提升到位的力，從而允許纜索80在將葉片定位到輪轂上的過程中執行更多的導向功能。在圖10中，葉片28被示出為更靠近葉根支承組件，並且各臂更完全地延伸。隨著臂延伸，這些臂將葉片28支撐為遠離塔架並且因此將葉片傾斜，使得葉片上的葉根邊緣與輪轂26上的葉根支承組件的邊緣對齊。隨著絞盤82朝向輪轂26繼續牽拉葉片28，葉片28最終到達葉根的邊緣90與葉根支承組件的邊緣92接合的位置。在此位置，上臂52和下臂54完全延伸，並且將葉片28穩定地保持在葉根支承組件處的合適位置。在此位置，維護工程師在輪轂26中可以進行必要的機械連接，以在葉片28被支撐的同時將葉片28固定到位。圖8至圖11進一步示出了附接至葉根支承組件的裝置(並且在邊緣92上也可見)，該裝置與在葉根內的互補裝置相互協作，並且確保了葉片28在被接收在輪轂26處時被正確地定位。這將在下文參照圖14至圖18描述。一旦葉片28藉助葉根支承組件靠著轉子輪轂26緊固到位，將臂52和臂54從葉片28拆下而使其向下進入靠著塔架的收起位置。為此，各臂也有利地設有控制系統，該控制系統能夠使得與葉片28形成的連接被斷開，並且使得各臂在它們的完全延伸位置與完全收起位置之間移動。在臂52和臂54未被提供動力的實施方式中，纜索80可以用於將各臂安全地降至它們的收起位置。一旦附接了葉片28，可將機艙24旋轉成使輪轂26現在位於將要附接的下一葉片28的正上方。輪轂26被旋轉成使得葉根支承組件面向被收起的該下一葉片28，並且重複在圖8至圖11中所示出的過程。拆卸葉片涉及類似的過程。將輪轂26旋轉至其中一個葉片28直接向下懸掛的位置，並且使機艙24旋轉為使得葉片28與塔架22上的可用的臂裝置50 —致。然後使得臂52和54進入可以與轉子葉片28接合的延伸位置，同時將纜索80附接至葉片中的適宜連接點，例如在轉子葉片的葉根的連接點。在葉片被從輪轂26上拆下時，臂或者纜索之一或者兩者支撐葉片的重量。可以以多種方式來實現將臂52和54連接至轉子葉片上的一個或更多個連接點。在一個實施方式中，臂52和54被提供動力並且可以由維護工程師從機艙致動。假設轉子葉片向下傾斜，朝向六點鐘位置，則可對各臂進行致動以使得它們從收起位置進入到準備好接合轉子葉片的位置。連接點定位在葉片上的這樣的位置處，這些位置與各臂在被致動時所採取的位置相對應。因此，一旦葉片處於六點鐘位置，維護工程師就知道臂連接器裝置526和552位於葉片中的適宜連接器配合連接件附近。於是，維護工程師可以致動臂以接合葉片而形成連接。在一個實施例中，葉片中的隔室是錐形的，在葉片表面附近具有大的開口並且隨著延伸進入葉片內部而變窄。大的開口為臂52和54上的連接器裝置526和552提供了在配套連接器附近被接收在葉片中的容差，而不存在要求各連接部件精確對準的初始要求。在正常使用中，錐形隔室的開口由葉片外殼覆蓋。一旦連接器裝置位於錐形隔室內，該錐形部分將連接器裝置526和552引導至位於葉片內的配套連接器。在此過程中，葉片可以在臂52和54的作用下自然地稍微移動，以便容納連接器裝置526和552。葉片中的配套連接器裝置因此可以包括閂鎖機構，使得一旦連接器裝置採取了待接合的正確位置就被閂鎖到位。這種閂鎖可以是以機械方式或者電子方式接合的。優選地，如果閂鎖是能以電子方式釋放的，則釋放操作可以遠程進行。為了朝向對應的配套連接器引導連接器裝置526和552，隔室並不需要僅僅是錐形的，也可以使用諸如漸窄的曲面或者臺階表面等的其它形狀。如果需要，在各個臂52和54上設置的連接器裝置526和552可以被載於可移動的支承件上，可以由機艙或者塔架中的維護工程師遠程操作，並且允許連接器裝置526和552以及臂52和54具有一定程度的運動。這使得維護工程師能夠利用臂52和54的粗動以及可移動支承件的更精細運動來朝向葉片引導連接器裝置。然後將葉片28從葉根支承組件拆下，以使得葉片的重量被支承在纜索80，並且較小的重量支承在臂52和54。然後在絞盤82上慢慢放出纜索80，葉片28朝向其收起位置下降。臂52和54逐漸朝向塔架摺疊，並且一旦葉片完全降下，臂52和54就通過機械系統或者電子系統被鎖定到位。如上所述的裝置也可以在維護操作中使用，例如在葉根上或者在輪轂上的葉片連接環上進行作業之類的維護操作中使用。例如，可以進行的一種特殊的維護操作是在葉根處的附接位置更換葉片支承環。在此情況下，在葉片在延伸位置或者在收起位置被支撐在臂上的狀態下，可以修理葉片支承環或者從葉片拆下並更換葉片支承環。如果此操作在延伸位置進行，則臂能被鎖定到位以提供附加支撐會是有用的。否則，葉片可以簡單地支撐在纜索上或者由被供以動力的臂支撐。在如上所述的實施例中，上臂52和下臂54為被絞盤82朝向輪轂26拉動的葉片28提供大部分支撐。在另選實施例中，可以除去絞盤82，臂自身為拆裝葉片提供原動力。將參照圖12和圖13來描述這樣的實施例。如上所述，臂裝置50設置在塔架22上用於支撐葉片28，該臂裝置包括上臂52和下臂54。在此實施例中的臂設有液壓或電動系統，用於負擔葉片28的提升重量。此外，臂的鉸接部被稍微調整。下臂54稍微遠離塔架22安裝在襯套548上，並且該下臂54包括第一部分542和第二部分544，該第一部分圍繞襯套548樞轉並且第二部分544圍繞第一部分樞轉。當連接至葉片28時，臂54的第二部分544沿著葉片邊緣布置，由此對於葉片的重量提供增大的支撐。優選地，第二部分544沿著葉片28延伸並且與供上臂52連接至葉片的位置結合。圖14和圖15示出了用於將葉片28引導到正確位置以與葉根支承組件的邊緣92連接的裝置。在圖14中，葉根支承組件從側面示出，並且可以看到將一個或更多個導向杆或銷子94支承在邊緣92上。這些元件優選地由與葉根支承組件的邊緣92類似的金屬材料製成，從而是耐用的，並且會在葉片28到達輪轂26時在這些元件與葉片接觸的情況下抵抗任何壓縮力或剪切力。如圖15所不，導向杆94與葉片28的葉根上設置的互補的插座狀部分96相互協作。為了在本文討論的目的，葉根可以被認為是基本圓柱形的部分，該基本圓柱形的部分具有用於接合輪轂26上的葉根支承組件的大致圓形的末端凸緣98。多個金屬螺栓100從凸緣98延伸並且必須被緊固至葉根支承組件中的對應的孔。在風輪機支承件的某些設計中，可以是180個螺栓來正確對齊在支承組件中的對應的180個孔，並且在螺栓和接收螺栓的孔之間具有僅僅比如3mm的間隙。可以理解的是，在凸緣98、螺栓100和葉根支承組件的對應的孔之間的對齊中，即使是小的偏差，也會使葉片28與支承組件不能接合；並在最壞的情況下，可能導致螺栓或者支承組件自身的損壞。對齊的問題在葉片重量的作用下加重，葉片重量在此處所描述的實施例中可以是大約30噸以上。導向杆94和插座狀部分96因此在葉根和支承組件30上設置成使得當導向杆94被接收在插座96中時，葉片將會正確對準，從而避免損壞並且節約裝配過程中的時間。插座狀部分96因此鄰近凸緣98位於葉根內部。在所示實施例中，插座狀部分96是由各肩部962所限定的錐形槽960，具有用於接收導向杆94的寬開口 964。隨著凸緣98和葉根支承組件30之間的距離拉近，導向杆94因此可以首先以一些容差定位在該開口 964中。隨著凸緣98和葉根支承組件30之間的間隙減小，導向杆94接合肩部962並且朝向錐形槽960的中心移動，直到被完全接收在兩個肩部962之間。為此，導向杆94也具有錐形形狀以與肩部962和錐形槽960協作。導向杆94和插座狀部分96因此共同作用，以將葉片28旋轉至用於附接在葉根支承組件30上的正確位置。導向杆94在圖16和圖17中更詳細地示出。圖16單獨示出了導向杆94的形狀的兩個視圖。如在圖中所見，導向杆是大致L形的，具有用於與插座狀部分96接合的連接部940以及用於與葉根支承組件30接合的短凸緣部942。連接部940是錐形的但是在其長度上的中間部具有輕微彎曲(在圖14中可以更容易看到這一點)，這便於連接部940與插座狀部分96連接。利用穿過凸緣部942內的孔的螺栓或螺釘來將導向杆94連接至支承組件30。圖17示出了葉根支承組件30並且示出了用於導向杆94的附接位置。在此實施例中，葉根支承組件30包括三個分立的支承環，即:外環302、中間環304和內環306。葉根凸緣98的螺栓100被接收在中間環304的孔內。導向杆94因此被附接至內支承環306使得在使用中這些導向杆位於內側並且延伸進入葉根凸緣98內部。在使用中，可以精細地旋轉可移動的中間環304，以將其上的孔與螺栓100對準。另選地，該可移動的中間環304可以定位在內支承環或者外支承環上，以使得中間支承環304的孔與在固定的內環306上的導向杆以已知的方式對準。將葉根凸緣98移動到位，以使得插座96與導向杆94接合，確保螺栓100也被適當定位以與它們對應的孔接合。然後使得插座96和導向杆94更加靠近在一起，於是在作用在插座96上的導向杆94的作用下，確保了葉根凸緣98可以針對螺栓100採取準確的旋轉位置，以準確地與孔接合。在圖17中，雖然只示出了彼此處於等角度關係的三個導向杆94，但是可以理解的是如果需要也可以以等距或者其它方式使用更多數量的導向杆94。圖21示出了導向杆94的附接位置的另一實施方式。在此實施例中，葉根支承組件30包括兩個分立的支撐環，即:內環306』和附接到輪轂上的外環302』，該內環可相對於外環302』旋轉並且該內環的孔接收葉根凸緣98的螺栓100。導向杆94附接至可相對於外環302』旋轉的內環306』，並且導向杆94和內環306』上的孔之間的位置關係以及插座狀部分96和螺栓100之間的位置關係被預先定義為導向杆94和插座狀部分96之間的對準將確保孔和螺栓100之間的對準。當導向杆94與接收導向杆94的插座狀部分96未準確對準時，可以通過旋轉供附接導向杆的內環306』來精調導向杆94的位置以及由此調整內環上的孔的位置。在此實施例中，導向杆94附接至內支承環306』的內表面而不是經過在支撐環的環形表面上的附接孔附接。為此，導向杆94可以具有展平的形狀而不是圖16中的L形，從而使得孔944被用於支撐將杆94固定至支承環內表面的緊固件。另選地，如果內環緊固至輪轂並且外環緊固至葉片，則導向杆94可以附接至外環以便於調整導向杆94的位置。在此情況下，導向杆94可以安裝在支承環外部。
在圖15中，插座狀部分96被示為用於附接至葉根內部的附加件。於是，插座狀部分可以用類似金屬、強化塑料等的適宜材料製成，並且利用螺栓或者粘合劑緊固到位。這一布置是有利的，因為這相對簡潔地將插座附接到位。然而，在另選實施方式中，插座狀部分96可以集成到葉根，如同槽960被加工到葉根自身中一樣。此外，雖然為了便於使用，錐形槽是優選的，但插座也可以使用其它形狀來與導向杆94協作，例如簡單的孔、壁或栓釘裝置。現在將參照圖18至圖20來描述插座狀部分96的另選實施方式。如圖18所示，插座狀部分96設置有圖15中的錐形槽960、肩部962和開口 964。然而，在開口 964處，插座狀部分設置有從該開口向外延伸的唇部968。唇部968的寬度大於插座狀部分96的其它部分的寬度，並且在唇部的與開口 964相對的邊緣上設置有多個凹部970。系帶或者纜索972圍繞唇部968緊固到位。這些在圖19中可以更容易地看到。在使用中，通過將纜索972圍繞凸緣98上的多個螺栓100附接，將插座96在葉根內側保持就位。在此布置中，唇部968從凸緣98稍微向外延伸，而唇部968的更大寬度意味著螺栓100被接收在凹部970內。纜索972的張力將插座狀部分96保持到位而無需粘合劑。以此方式，當將螺栓100擰入葉根支承組件30的孔內時，使得葉片凸緣98和葉根支承組件30到一起，唇部968將位於凸緣98和支承組件30之間。然後，可以切斷纜索972，插座96被卸下而進入葉根凸緣98內部。在輪轂26內作業的維護工程師於是可以回收插座96用於以後使用。在另選的實施例中，導向杆能夠位於葉根凸緣98上，而插座狀部分96位於葉根支承組件30上。此外，在圖15、圖16、圖17和圖21中所述的引導裝置可以用於槳距不可調的葉片，在這樣的葉片中葉片不使用可動支承件而直接安裝到輪轂上。如上文所提到的，在將塔架22運輸到離岸安裝場所的過程中，圖4所示的葉片靠著塔架的布置是有利的。特別地，將葉片靠著塔架儲存或者運輸大大簡化了安裝。塔架可以在陸上裝配，例如在諸如乾燥碼頭的場所裝配，並且藉助於相應的支撐臂52和54將三個風輪機葉片28附接至塔架。這大大減少了對於大型起重機操作的需要，因為塔架和葉片可以水平地裝配並且塔架和葉片的組合後的單元可以隨後利用岸上起重機提升到豎直位置。通常，此操作中需要四次分立的提升操作，一次用於塔架以及隨後的提升操作用於每一個葉片。機艙可以利用隨後的提升操作最後附接至塔架，並且半組裝的塔架然後可以通過輪船或者駁船運輸至安裝位置。在安裝過程中，風輪機葉片可以利用絞盤82或者風輪機的塔架上起重機，或者利用船上起重機提升到位。支撐臂可以保留在塔架外部，以用於以後的任何維護或維修操作，從而在需要將風輪機葉片從轉子輪轂拆下時，有用地將風輪機葉片靠著塔架22固定。嚴格來講，僅僅是在維護過程中用於支撐一個風輪機葉片的一組支撐臂需要被保持在塔架上，從而如果需要可以將其它兩組支撐臂去除。雖然涉及離岸式水平軸風輪機描述了本發明的實施例，但是可以理解的是，本發明在適當情況下也可以用於陸上風輪機，或者用於豎直軸風輪機。雖然，在上文已經結合此設備描述了葉根支承組件的具體類型，但是本發明並不限於這種組件類型。其它的組件對於本領域普通技術人員也是顯而易見的。此外，雖然本發明通過多個單獨的實施例進行了說明，但是應該理解的是，這些分 立的實施例的特徵也可以組合使用。
權利要求
1.一種用於將風輪機葉片連接到風輪機轉子輪轂的葉片連接設備，所述連接設備包括: 第一接合面和第二接合面，其中所述第一接合面位於所述風輪機葉片的葉根處，並且所述第二接合面位於所述風輪機轉子輪轂上，用於與所述第一接合面接合； 用於將所述第一接合面以可釋放的方式牢固地連接到所述第二接合面的多個緊固件，所述緊固件包括設置在其中一個接合面上的公部分，以與設置在另一接合面上的相應母部分連接； 分別位於所述風輪機葉片和所述轉子輪轂上的第一導向構件和第二導向構件，所述第一導向構件和所述第二導向構件被布置成當它們彼此接觸時互相協作； 其中，當使得所述第一接合面和所述第二接合面彼此接近以進行連接時，所述第一導向構件和所述第二導向構件先於所述第一接合面和所述第二接合面之間的接觸而彼此接合，並且確保所述緊固件的所述公部分和所述母部分為了連接而對準。
2.根據權利要求1所述的連接設備，其中，所述第一接合面和所述第二接合面是大致圓形的凸緣，所述凸緣具有這樣的圓周，繞所述圓周在離散位置設置有所述多個緊固件；並且其中，在所述第一接合面和所述第二接合面彼此接近時，所述第一導向構件和所述第二導向構件之間的協作使得所述圓形凸緣相對於彼此進行同軸旋轉，從而使得所述緊固件被適當地對準。
3.根據權利要求1或2所述的連接設備，其中，所述第一導向構件是細長形狀的並且從所述風輪機葉片或所述轉子輪轂中的任意一方朝向所述第二導向構件延伸比所述緊固件的所述公部分的長度大的量。
4.根據權利要求3所述的連接設備，其中，所述第一導向構件是在葉根支承件處緊固至所述轉子輪轂的銷。
5.根據權利要求4所述的連接設備，其中，所述第一導向構件是錐形的。
6.根據權利要求3、4或5所述的連接設備，其中，所述轉子輪轂或所述葉片中的一者或另一者至少具有外葉根支承環和內葉根支承環，並且所述第一導向構件緊固至所述內葉根支承環，並在保持於由所述內葉根支承環限定的圓周內側的狀態下朝向所述第二導向構件傾斜延伸。
7.根據權利要求3、4或5所述的連接設備，其中，所述轉子輪轂具有緊固在其上的固定葉根支承環和能相對於所述固定葉根支承環旋轉的可旋轉葉根支承環，並且所述第一導向構件緊固至所述可旋轉葉根支承環。
8.根據權利要求3、4、5、6或7所述的連接設備，其中，所述第二導向構件設置有用於接收所述第一導向構件的凹部。
9.根據權利要求8所述的連接設備，其中，所述凹部包括: 用於在部分插入位置接收所述第一導向構件的開口 ；和 用於在完全插入位置支撐所述第一導向構件的錐形肩部。
10.根據權利要求9所述的連接設備，其中，所述錐形肩部是彎曲的以促使所述第一導向構件佔據所述凹部的中心位置。
11.根據權利要求8、9或10所述的連接設備，其中，所述凹部設置在導向構件殼體內，所述殼體包括:用於與所述第一接合面或所述第二接合面上的公緊固件協作的唇部； 用於將所述唇部和所述殼體緊固至所述緊固件的所述公部分上而將所述殼體保持到位的纜索。
12.根據前述權利要求中任一項所述的連接設備，其中，所述第二導向構件位於所述葉根的所述圓形凸緣內，或者位於所述轉子輪轂上的葉片連接部的所述圓形凸緣內。
13.根據前述權利要求中任一項所述的連接設備，所述連接設備包括至少三對第一導向構件和第二導向構件。
14.一種風輪機葉片和轉子輪轂連接的連接導向系統，所述連接導向系統包括: 第一導向構件和第二導向構件，所述第一導向構件和所述第二導向構件用於安裝在風輪機葉片或轉子輪轂中的相應一方上，以利於通過具有公緊固件部分和母緊固件部分的緊固件將所述風輪機葉片連接至所述輪轂； 其中所述第一導向構件具有細長的形狀；並且 所述第二導向構件設置有凹部，該凹部具有用於在部分插入位置接收所述第一導向構件的開口、以及用於在完全插入位置支撐所述第一導向構件的凹部輪廓； 其中所述凹部輪廓促使所述第一導向構件朝向所述凹部內的一個位置，從而使得所述風輪機葉片正確對準，以將所述公緊固件部分和所述母緊固件部分附接。
15.根據權利要求14所述的連接導向系統，其中，所述凹部輪廓包括錐形側邊， 所述第一導向構件和第二導向構件彼此接合時所述凹部的中心。
16.根據權利要求14所述的連接導向系統，其中，所述第一導向構件的長度大於所述緊固件的公部分的長度。
17.根據權利要求14、15或16所述的連接導向系統，其中，所述第一導向構件具有連接部分，用於在葉根支承件處附接至所述轉子輪轂。
18.根據權利要求14、15、16或17所述的連接導向系統，其中，所述葉片或所述轉子輪轂中的一者或另一者至少具有外葉根支承環和內葉根支承環，並且所述第一導向構件傾斜成當附接至所述內葉根支承環時，該第一導向構件在保持於由所述內葉根支承環限定的圓周內側的狀態下向所述第二導向構件延伸。
19.根據權利要求14、15、16或17所述的連接導向系統，其中，所述轉子輪轂具有緊固在其上的固定葉根支承環和能相對於所述固定葉根支承環旋轉的可旋轉葉根支承環，並且所述第一導向構件緊固至所述可旋轉葉根支承環。
20.根據權利要求14至19中任一項所述的連接導向系統，其中，所述第一導向構件是錐形的。
21.根據權利要求14至20中任一項所述的連接導向系統，其中，所述凹部輪廓包括錐形肩部，所述錐形肩部是彎曲的以促使所述第一導向構件佔據所述凹部的大致中心位置。
22.根據權利要求14至21中任一項所述的連接設備，其中，所述凹部設置在導向構件殼體中，所述殼體包括: 用於與第一接合面或第二接合面上的公緊固件協作的唇部； 用於將所述唇部和所述殼體緊固至所述緊固件的公部分而將所述殼體保持到位的纜索。
23.一種將風輪機葉片安裝在風輪機轉子輪轂的方法，所述方法包括:將第一導向構件附接至所述風輪機葉片，並將第二導向構件附接至所述轉子輪轂；在所述葉片和所述輪轂上的接合面彼此間隔開的狀態下，使所述第一導向構件和所述第二導向構件彼此粗對準； 朝所述輪轂移動所述葉片，以減小所述葉片和所述輪轂之間的間隔並使所述第一導向構件與第二導向構件相接合； 進一步減小所述間隔直到所述葉片和所述輪轂彼此接觸； 使用多個具有公緊固件部分和母緊固件部分的緊固件將所述葉片和所述輪轂牢固地彼此緊固； 其中所述第一導向構件和所述第二導向構件被布置為:在使得位於所述葉片和所述輪轂上的接合面彼此接觸時，在用於連接所述接合面的所述緊固件被接合之前，所述第一導向構件和所述第二導向構件相互協作。
24.根據權利要求23所述的方法，所述方法包括: 將所述第一導向構件附接至所述轉子輪轂的葉根支承部；以及 將所述第二導向構件附接至所述風輪機葉片的葉根部。
25.根據權利要求23或24所述的方法，其中，所述第二導向構件包括用於將該第二導向構件緊固至所述緊固件的公部分的纜索；並且所述方法包括: 在葉片接合面和輪轂接合面間隔開的狀態下，利用所述纜索將所述第二導向構件附接至所述緊固件的公部分； 朝所述輪轂移動所述葉片，以減少所述葉片和所述輪轂之間的間隔並使所述第一導向構件與第二導向構件相接合，直 到所述第二導向構件被夾在所述葉片接合面和所述輪轂接合面之間，並且所述緊固件被對準； 移除所述纜索而釋放所述第二導向構件。
全文摘要
本申請描述了將風輪機葉片安裝在風輪機塔架上的設備和方法。在葉根以及輪轂附近設有多個導向杆(94)，用於連接至相應的插座部(96)。導向杆(94)和插座部(96)設置在風輪機葉片和風輪機輪轂中的相應一方上，以便於彼此連接。導向杆(94)和插座(96)可以設置在相同的或者不同的葉片或者輪轂上。導向杆和插座使得葉片能夠以正確的旋轉取向定位在輪轂處，以便於連接必要的緊固件。
文檔編號F03D1/06GK103210211SQ201180054741
公開日2013年7月17日 申請日期2011年9月14日 優先權日2010年9月15日
發明者M·L·比特什, T·F·包恩 申請人:維斯塔斯風力系統有限公司