夾持風力渦輪機葉片的夾具和安裝風力渦輪機葉片的方法

2023-10-07 08:36:49

專利名稱：夾持風力渦輪機葉片的夾具和安裝風力渦輪機葉片的方法
技術領域：
本發明涉及用於夾持風力渦輪機的葉片的夾具和在轂處安裝風力渦輪機葉片的 方法。具體而言，本發明涉及用於夾持風力渦輪機的葉片的夾具和安裝風力渦輪機葉片的 方法，所述風力渦輪機葉片適於組裝不允許由外部致動器使其轂旋轉的風力渦輪機。
背景技術：
風力渦輪機是將運動空氣(例如風)的動能轉化為機械能的機器。通過使用發電 機，機械能可以例如被轉化為電能。通常使用的是水平軸線風力渦輪機，該風力渦輪機包括 (可繞水平軸線旋轉的)轉子軸以及在塔的頂部的機艙。在轉子軸處，轂被安裝於所連接 的轉子葉片。葉片可以具有從20至70m的長度，並且塔可以具有60至IOOm或者更高的高 度。在風場使用的現代風力渦輪機可以具有聯接到轂的三個葉片，並且可以通過旋轉風力 渦輪機的頂部部分而相對於風向取向，其中該風力渦輪機的頂部部分包括轂和圍繞豎直軸 線的機艙。此外，可以通過圍繞葉片的縱向軸線旋轉葉片來調節葉片俯仰角。因此，根據瞬 時風向和風速，可以適當地調節葉片的取向以便優化能量轉化的效率。一些風力渦輪機包括齒輪箱，在將葉片安裝到轂期間齒輪箱可以用於通過外部或 一體致動器(例如電動機)來旋轉轂。其他風力渦輪機(所謂的直接驅動渦輪機或不帶齒 輪箱或轉動齒輪的渦輪機)不允許通過致動器來旋轉轂，因為不能夠產生足以旋轉轂的扭 矩。當通過碰撞的空氣驅動葉片從而將風能轉化為機械能時這些風力渦輪機僅允許在正常 運轉期間旋轉轂。US 7，353，603描述了將轉子葉片安裝到轉子轂的方法，該轉子轂連接於風力安裝 設施的罐。從而，通過利用已經安裝的葉片所施加的重力在安裝各個葉片之間實現轉子轂 的旋轉。不過，對於此方法，需要轉動齒輪或起重機來旋轉轉子轂。清楚的是，由於葉片的較大尺寸以及葉片的較大重量，安裝風力渦輪機是一個困 難的任務。具體而言，可能需要一種在直接驅動渦輪機的轂處安裝風力渦輪機葉片的方法。 此外，可能需要一種適於將風力渦輪機葉片安裝到風力渦輪機的轂(具體地不具有齒輪箱 的直接驅動風力渦輪機的轂)的設備。

發明內容
根據一個方面，提供在可圍繞沿水平方向的旋轉軸線旋轉的轂處安裝風力渦輪機 葉片的方法，其中所述方法包括提升第一葉片；使第一葉片圍繞第一葉片的橫向軸線旋轉； 將第一葉片安裝於轂；提升第二葉片；使第二葉片圍繞第二葉片的橫向軸線旋轉；將第二 葉片安裝於轂；使轂圍繞豎直軸線旋轉約180度；提升第三葉片；以及將第三葉片安裝於 轂。從而，在將第三葉片安裝於轂之前或之後，第三葉片可以或可以不圍繞縱向軸線旋轉近 似90度。從而，上述方法步驟可以不根據上述次序按順序執行，而是可以以不同次序執行 並且/或者可以同時至少部分地執行。例如，可以至少部分地同時執行提升第一葉片和使第一葉片圍繞第一葉片的橫向軸線旋轉。同樣，可以至少部分地同時執行提升第二葉片和 使第二葉片圍繞第二葉片的橫向軸線旋轉。此外，例如，可以在使轂圍繞豎直軸線旋轉約 180度之前執行提升第三葉片並將第三葉片安裝到轂，且之後第一葉片和第二葉片被提升、 旋轉並安裝到轂。該方法可以在地球上執行(或者至少受地球的重力影響)，其中重力作用在第一、 第二和第三葉片上。可以至少近似沿與地球重力方向相反的豎直方向提升第一葉片、第二 葉片和第三葉片。作為轂的旋轉軸線的水平方向可以至少近似正交於豎直方向。在開始該方法之前，第一葉片、第二葉片和第三葉片可以已經被傳遞到接近風力 渦輪機的塔，其中轂被安裝在該塔的頂部。提升第一葉片、第二葉片和第三葉片可以包括抵 抗重力抬升葉片並且相對於塔移動這些葉片，以便這些葉片的位置從靠近塔的底部部分的 位置改變到靠近塔的頂部部分的位置，其中轂被安裝在該塔的頂部部分。為了提升或抬升葉片，可以使用起重機，該起重機可以被安裝於靠近風力渦輪機 的塔。此外，安裝風力渦輪機葉片的方法可以利用可拆卸連接設備，該可拆卸連接設備用於 將第一葉片、第二葉片和第三葉片可拆卸地連接到起重機。具體而言，安裝風力渦輪機葉片 的方法可以使用夾具，該夾具適於可拆卸地連接到各葉片並且因而可以被連接到起重機的 掛鈎。具體而言，夾具可以適於圍繞葉片的橫向軸線旋轉被夾持的葉片並且/或者圍繞被 夾持的葉片的縱向軸線旋轉被夾持的葉片。風力渦輪機葉片的縱向軸線可以是沿風力渦輪機葉片的最大程度或最大尺寸的 方向的軸線。當安裝在風力渦輪機的轂處時，風力渦輪機葉片的縱向軸線可以被取向為至 少近似正交於風力渦輪機所安裝到的轂的旋轉軸線。風力渦輪機葉片的橫向軸線可以是至少近似正交於風力渦輪機葉片的縱向軸線 的軸線。當安裝到風力渦輪機時，風力渦輪機葉片的橫向軸線可以是至少近似平行於風力 渦輪機葉片所安裝到的轂的水平旋轉軸線。風力渦輪機葉片可以包括在運轉時朝向風的前表面。前表面也可以被稱作葉片的 風面。此外，風力渦輪機葉片可以包括後表面，該後表面與前表面相對並且具有在運轉期間 至少近似取向為平行於風向的表面法線。後表面也可以被稱作為葉片的背風面。前表面可 以具有實質上或至少近似地與風力渦輪機葉片的後表面的表面法線相反取向的表面法線。風力渦輪機葉片的前表面和後表面可以在風力渦輪機葉片的前緣和後緣處連結。 前緣的橫截面可以厚於風力渦輪機葉片的後緣。根據葉片的俯仰角，風力渦輪機葉片的前 緣可以至少部分地形成風力渦輪機葉片的前表面，其中可以通過繞葉片的縱向軸線旋轉葉 片來調節葉片的俯仰角。在運轉期間，空氣會撞擊到前表面且部分地撞擊到風力渦輪機葉 片的前緣，並且之後可以沿前表面從風力渦輪機葉片的前緣流動到後緣，從而將風能傳遞 到葉片，這可以導致葉片圍繞它所安裝到的轂的旋轉軸線旋轉。可以通過提升並圍繞相應橫向軸線旋轉兩個風力渦輪機葉片來安裝它們，而不需 要圍繞豎直軸線旋轉轂，其中所述豎直軸線可以至少近似對應於塔的軸線，其中所述轂安 裝在該塔的頂部。此外，安裝方法可能不需要使轂圍繞其旋轉軸線旋轉，以便安裝方法可以 具體地應用到直接驅動風力渦輪機，其中該直接驅動風力渦輪機不包括齒輪箱並且因而除 非通過撞擊在被安裝的風力渦輪機葉片上的風來旋轉否則不允許旋轉轂。具體而言，轂可 以被固定在預定角位置，以便用於葉片的連接器可以例如被取向成1點鐘、5點鐘和9點鐘或例如3點鐘、7點鐘和11點鐘的角位置。連接器在其他實施例中可以被取向成其他角位置。此外，安裝方法可以具體地被應用於具有三個風力渦輪機葉片的風力渦輪機，不 過在其他實施例中可以被應用於具有少於或多於三個風力渦輪機葉片(例如2、4、5、6或更 多個)的風力渦輪機。根據一種實施例，以上述次序執行所述方法。此外，安裝方法可以在陸地或近海執 行。此外，安裝方法可以在靠近渦輪機塔的一側執行，具體地在沒有提供足夠的空閒空間來 將整個轉子組裝在地面上的一側執行。這裡，被組裝的葉片直徑可以高達IOOm或更大，而 這必須要求單獨地安裝各葉片。此外，在已經安裝了至少一個葉片之後，由於被安裝在轂上 的一個或兩個葉片的離心重量(這會導致旋轉轂需要相當大的扭矩量)，可能不能夠旋轉 轂。因此上述方面有利地允許以簡化方式甚至是在複雜條件下將葉片安裝於風力渦 輪機。根據一種實施例，方法還包括圍繞第一葉片的縱向軸線旋轉第一葉片；圍繞第二 葉片的縱向軸線旋轉第二葉片；以及/或者圍繞第三葉片的縱向軸線旋轉第三葉片。這裡， 可以與安裝方法的其他步驟至少部分地同時執行圍繞相應縱向軸線旋轉第一、第二和/或 第三葉片。具體而言，第一、第二和/或第三葉片可以圍繞其相應縱向軸線旋轉以便當被安 裝到轂時它們被定向在「停止位置」。該停止位置的特徵可以在於具體俯仰角(圍繞葉片的 相應縱向軸線的角位置)，其中轉子葉片的前緣可以朝向風向以便最小化安裝期間風能向 轉子葉片的傳輸。當被定向在其相應停止位置時，葉片可以不被風(即撞擊到葉片上的空 氣)驅動，以便轂不旋轉。因此，可以改進安裝過程。由撞擊空氣導致的轂的旋轉可以被減 弱以便不影響安裝葉片。具體而言，第一葉片和第二葉片可以被安裝到轂且使其不繞其相應縱向軸線旋 轉，以便當被安裝到轂時它們不處於停止位置，而是處於正常運轉位置。在它們已經被安裝 到轂之後，它們可以通過轂的俯仰調節系統而繞其相應縱向軸線旋轉，以便將它們定向於
停止位置。根據本發明的一種實施例，第一葉片的橫向軸線和第二葉片的橫向軸線平行於水 平方向。轂的旋轉軸線沿水平方向延伸並且第一葉片的橫向軸線和第二葉片的橫向軸線可 以至少近似平行於轂的旋轉軸線。因此，可以不需要圍繞垂直於相應葉片的縱向軸線的除 橫向軸線之外的其他軸線轉動或旋轉第一葉片和第二葉片。因此，可以簡化安裝。具體而言，第一葉片和第二葉片可以在提升之前被設置在地面上，以便它們相應 的橫向軸線被定向成至少近似平行於轂的旋轉軸線。具體而言，第一、第二和第三轉子葉片 可以以實質上或至少近似相同的取向被設置在靠近風力渦輪機塔的底部的一側。因此，甚 至可以進一步簡化安裝方法。根據一種實施例，圍繞第一葉片的橫向軸線旋轉第一葉片的旋轉方向相反於圍繞 第二葉片的橫向軸線旋轉第二葉片的旋轉方向。因此，第一葉片和第二葉片可以被適當地 定向以安裝在轂的第一連接器和轂的第二連接器，其分別被定向成不同角位置並且在安裝 方法期間可以不變。因此，可以不需要在安裝方法期間旋轉轂。否則，可能難以旋轉轂並且轂可能根本不可能用於特定類型的渦輪機。根據一種實施例，圍繞第一葉片的橫向軸線旋轉第一葉片的旋轉角的絕對值等於 圍繞第二葉片的橫向軸線旋轉第二葉片的旋轉角的絕對值，具體是60度。因此，第一葉片 和第二葉片可以適當地被定向成在轂的第一連接器和第二連接器處安裝第一葉片和第二 葉片，所述連接器的取向可以相差120度。因此，具體而言，可以組裝三葉片的風力渦輪機。根據一個方面，提供了一種用於夾持風力渦輪機的葉片的夾具，其中所述夾具包 括適於接觸葉片的表面的一部分的第一接觸表面；適於接觸所述葉片的所述表面的另一部 分的第二接觸表面，所述第二接觸表面相對於所述第一接觸表面可移位；以及相對於第一 接觸表面以可調節取向連接的棒。具體而言，第一接觸表面和第二接觸表面可以適於接觸葉片的前表面的一部分或 後表面的一部分。此外，第一接觸表面和第二接觸表面可以具有沿縱向方向比沿橫向方向 更大的限度。具體而言，沿縱向方向的限度可以是沿橫向方向的限度的至少五倍。第一接觸表面和/或第二接觸表面可以包括彈性材料，例如橡膠，其可以適於接 觸葉片的表面的一部分而不會造成(或至少減少)對於葉片的該表面的該部分的毀壞。此 外，當第一接觸表面和/或第二接觸表面接觸葉片的表面的一部分並被壓在其上時，形成 第一接觸表面和/或第二接觸表面的材料可以提供大的摩擦。第一接觸表面和第二接觸表面可以相對彼此移位以便可以改變相對位置和/或 相對取向。具體而言，第一接觸表面相對於第二接觸表面的移位可以包括圍繞至少近似平 行於第一接觸表面的縱向方向和/或第二接觸表面的縱向方向的軸線使第一接觸表面相 對於第二接觸表面旋轉。通過使第一接觸表面相對於第二接觸表面移位，第一接觸表面可 以接觸葉片的表面的一部分，並且同時第二接觸表面可以接觸葉片的該表面的另一部分， 具體而言，藉助於經由夾具的兩個接觸表面向葉片的表面的所述部分施加力。因此，葉片可 以被夾持在第一接觸表面和第二接觸表面之間，並且可以通過由第一接觸表面向葉片的表 面的一部分施加力且由第二接觸表面向葉片的表面的另一部分(其與葉片的所述表面的 所述一部分相對)施加至少近似相反的力，來由第一接觸表面和第二接觸表面按壓葉片。 由於施加的力以及一方面第一接觸表面和葉片的表面的所述一部分之間及另一方面第二 接觸表面和葉片的表面的所述另一部分之間的摩擦，葉片可以抵抗葉片和地球之間的重力 而被保持在第一接觸表面和第二接觸表面之間。沿豎直方向作用的重力可以具體被定向成 正交於第一接觸表面的縱向方向和/或第二接觸表面的縱向方向。棒(沿其縱向方向)的限度或尺寸可以等於或大於第一接觸表面和/或第二接觸 表面沿其相應縱向方向的限度。具體而言，棒可以具有6-llm的縱向長度，而第一接觸表面 和/或第二接觸表面沿其相應縱向方向的限度可以是在5至9m之間。棒(具體而言，沿其縱向方向)可以被調節從而延伸成至少近似正交於第一接觸 表面和/或第二接觸表面的縱向軸線。棒可以具有與第一接觸表面和/或第二接觸表面連 接的第一端，並且可以具有適於連接到起重機的掛鈎的第二端(縱向端)。因此，夾具可以 被用於可釋放地夾持並保持葉片並且通過移動連接到棒的縱向第二端的起重機掛鈎來提 升葉片。在提升葉片的操作期間，棒的縱向方向可以至少近似保持於豎直方向。因為棒被連接成相對於接觸葉片的表面的一部分的第一接觸表面處於可調節取 向，以便葉片相對於第一接觸表面處於固定取向和位置，所以棒可以相對於被夾持在第一接觸表面和第二接觸表面之間的葉片處於可調節取向。因此，能夠實施、簡化且改進在風力 渦輪機的轂處安裝葉片。具體而言，通過使用夾具能夠有利地將葉片安裝於直接驅動渦輪 機，因為葉片可以接近處於可調節取向的轂的連接器以便葉片的連接器端適當地對齊於轂 處的連接器。只要棒相對於第一接觸表面(和/或相對於第二接觸表面)達到所需取向(具體 地沿其縱向方向)，就可以通過固定設備的適當鎖定來鎖定或固定被調節取向。因此，可以 確保在安裝方法的特定步驟期間維持被調節取向。此外，可能需要在安裝葉片期間通過夾 具將棒相對於第一接觸表面的取向從第一取向改變成不同於第一取向的第二取向。根據一種實施例，夾具還包括連接到第一接觸表面的第一支撐構件；連接到第二 接觸表面的第二支撐構件；以及將第一支撐構件和第二支撐構件相對彼此可旋轉地連接的 鉸鏈。第一支撐構件和/或第二支撐構件可以支撐第一接觸表面和/或第二接觸表面。因 此，雖然第一接觸表面和第二接觸表面可以直接接觸葉片的表面的相應部分，不過第一支 撐構件和第二支撐構件可以不直接接觸葉片的表面。第一支撐構件和第二支撐構件可以分別保持第一接觸表面和第二接觸表面，並可 以提供一種機構以使第一接觸表面相對於第二接觸表面移位。具體而言，第一支撐構件和 第二支撐構件可以包括面板或盤板，其均具有分別提供第一接觸表面和第二接觸表面的表 面部分。此外，第一支撐構件和第二支撐構件可以包括框架結構或一個或更多個直的或彎 曲的杆，其中第一接觸表面、第二接觸表面和/或面板或盤板可以牢固地連接到所述杆。使得第一支撐構件和第二支撐構件相對彼此可旋轉地連接的鉸鏈可以允許使第 一接觸表面相對於第二接觸表面移位。因此，可以提供用於將第一接觸表面相對於第二接 觸表面移位的簡單機構。根據一種實施例，夾具還包括適於將第一支撐構件相對於第二支撐構件移位的致 動器。可以通過致動圍繞連接第一支撐構件和第二支撐構件的鉸鏈的旋轉來實現第一支撐 構件相對於第二支撐構件的移位。作為致動器可以使用電動機或液壓汽缸，從而有助於安 裝方法。根據一種實施例，致動器包括液壓汽缸。液壓汽缸可以包括汽缸筒，連接到活塞杆 的活塞可以在該汽缸筒內前後運動。具體而言，汽缸筒可以被連接到第一支撐構件或第二 支撐構件，並且活塞或活塞杆可以被連接到相應的另一個支撐構件，即連接到第二支撐構 件或第一支撐構件。液壓汽缸可以被連接到導油系統，在該導油系統中油泵可以驅動高壓油。此外，油 泵可以被控制器控制以便控制被包含在液壓汽缸內的活塞的運動。通過控制油泵，活塞或活塞杆可以相對於汽缸筒運動以便第一支撐構件可以相對 於第二支撐構件運動。因此，同樣，第一接觸表面和第二接觸表面可以相對彼此移位從而允 許將葉片夾持在第一接觸表面和第二接觸表面之間或者允許通過從葉片的表面的所述部 分撤回接觸表面而釋放葉片。因此，可以以簡單而可靠的方式來實現葉片與夾具的可釋放 連接。具體而言，液壓汽缸可以向第一接觸表面和第二接觸表面施加力，所述表面彼此相對 且壓抵於葉片的表面的所述部分，以便在接觸表面之間產生的摩擦力足夠大從而超過葉片 質量所導致的重力。根據一種實施例，第一支撐構件和/或第二支撐構件包括彎曲部分。具體而言，第一接觸表面和第二接觸表面可以適於分別接觸葉片的前表面的一部分和葉片的後表面的 一部分。具體而言，第一接觸區域和第二接觸區域可以接觸葉片的前表面和後表面的更靠 近葉片前緣(相比葉片後緣)的部分。因此，當工作期間葉片被夾具夾持時連接第一支撐 構件和第二支撐構件的鉸鏈可以被設置成相比葉片的前緣更靠近葉片的後緣。因此，當第 一支撐構件和/或第二支撐構件包括葉片後緣附近的彎曲部分以便不會毀壞葉片後緣時， 當通過按壓接觸表面以抵靠葉片的表面的所述部分從而使得夾具可釋放地附連到葉片時， 這可以是有利的。此外，第一和/或第二支撐構件可以包括託架或軛，當夾具被應用於葉片 時所述託架或軛至少部分地圍繞葉片的後緣彎曲。根據一種實施例，夾具還包括可旋轉地連接到第一支撐構件且可旋轉地連接到棒 的樞轉元件。樞轉元件可以允許調節棒相對於第一接觸表面的取向。具體而言，樞轉元件 可以被鉸鏈或接頭連接到第一支撐構件並且也可以被鉸鏈或接頭連接到棒。為了調節棒相 對於第一接觸區域的所需取向，可能需要使所述樞轉元件相對於第一支撐構件旋轉並且使 所述棒相對於所述樞轉元件旋轉。因此，可以以簡單的方式調節棒相對於第一接觸區域的 取向。具體而言，夾具可以具有(至少近似地具有)鏡像對稱平面，該鏡像對稱平面取向 為至少近似正交於第一接觸表面和第二接觸表面的縱向軸線。因此，棒可以被設置成至少 近似處於所述鏡像對稱平面內並因而處於夾具的中心部分。因此，當經由連接到起重機掛 鉤的棒使用夾具提升葉片時可以更容易地平衡葉片。根據一種實施例，夾具還包括調節系統，該調節系統適於沿第一方向調節棒相對 於第一接觸表面的取向並且沿不同於第一方向的第二方向調節棒相對於第一接觸表面的 取向。具體而言，調節系統可以包括將樞轉元件連接到第一支撐構件的鉸鏈或接頭，其中所 述鉸鏈具有至少近似平行於第一接觸區域的縱向方向取向的旋轉軸線並且可以允許沿第 一方向調節棒相對於第一接觸表面的取向。此外，調節系統可以包括將樞轉元件連接到棒的鉸鏈或接頭，其中所述鉸鏈可以 具有旋轉軸線，該旋轉軸線可以允許至少近似定向為平行於葉片的橫向軸線來調節，並且 當相對於第一支撐構件繞鉸鏈旋轉樞轉元件時可以改變該旋轉軸線的方向。當葉片被夾持 在夾具的第一接觸表面和第二接觸表面之間時，鉸鏈的旋轉軸線可以延伸通過被夾持葉片 的重心，以便減小旋轉葉片所需的扭矩並且避免或減少當使棒相對於樞轉元件旋轉時棒的 取向(該取向可以是豎直的)變化。連接樞轉元件和棒的鉸鏈可以適於沿第二方向改變棒相對於第一接觸表面的取 向。具體而言，第二方向可以正交於第一方向，具體地針對樞轉元件相對於第一支撐構件的 任意取向而言。因此，可以通過沿彼此不同且彼此獨立的兩個方向調節取向從而以簡單方 式實現棒相對於第一接觸表面的取向的調節。根據一種實施例，調節系統包括第一液壓汽缸，該第一液壓汽缸的一端被連接到 樞轉元件且另一端被連接到棒從而沿第一方向調節棒相對於第一接觸表面的取向。因此， 液壓汽缸可以包括在第一端的汽缸筒和在另一端的活塞或活塞杆。此外，液壓汽缸可以包 括到油管系統的連接件，在油管系統中可以容納油，油可以被油泵驅動。因此，可以容易地 沿第一方向調節棒相對於第一接觸表面的取向。因此，夾具夾持的葉片可以繞其橫向軸線 旋轉，其可以被用於將葉片安裝到風力渦輪機的轂的方法中。
根據一種實施例，調節系統還包括第二液壓汽缸，該第二液壓汽缸的一端被連接 到樞轉元件並且另一端被連接到第一支撐構件，從而沿第二方向調節棒相對於第一接觸表 面的取向。因此，夾具夾持的葉片可以繞其縱向軸線旋轉，其可以被用於將葉片安裝到風力 渦輪機的轂的方法中。因此，具體而言，可以通過液壓汽缸來實現將葉片夾持在第一接觸表面和第二接 觸表面之間以及調節棒相對於第一接觸區域的取向，因此僅需要一種類型的致動器從而簡 化了夾具的結構並且減少了夾具的成本，特別是工作期間的。具體而言，常規液壓油系統可 以被用於致動夾具中所包括的液壓汽缸。根據一種實施例，夾具還包括拉拔和固定設備以及線纜，其中拉拔和固定機構被 構造成用於拉動線纜並固定線纜。具體而言，拉拔和固定設備可以適於至少近似沿著或平 行於第一接觸表面的縱向方向來引導線纜，以便線纜可以受控制系統控制而被拉動或被釋 放。此外，拉拔和固定設備可以包括至少一個輥來捲入和/或卷出線纜，其中所述輥可以被 諸如電動機的致動器驅動。線纜可以被引導到拉拔和固定設備內包括的一個或更多個輥 上，並且也可以被引導到連接於提升被夾持葉片的起重機的輥上。通過控制線纜的捲入和 /或卷出，在將葉片安裝到風力渦輪機的轂期間可以根據需要轉動或操縱葉片。因此，使用 夾具的安裝方法可以被進一步改進。應該注意到，已經參考不同主題描述了本發明的實施例。具體而言，已經參考方法 權利要求描述了一些實施例，且參考產品權利要求描述了另一些實施例。不過，本領域技術 人員從上述和下述描述中可以意識到，除另有說明外，除了屬於一種主題類型的特徵的任 意結合之外，屬於不同主題的特徵之間的任意結合，具體是產品權利要求的特徵和方法權 利要求的特徵之間的任意結合也被認為被本申請公開。從下述的實施例示例中可顯而易見到本發明的上述方面和其他方面，並且參考實 施例的示例解釋了本發明的上述方面和其他方面。下面將參考實施例的示例更詳細地描述 本發明，不過本發明並不限於此。現在參考附圖描述本發明的實施例。


圖1示出了根據實施例的用於夾持風力渦輪機的葉片的夾具的示意性立體圖。圖2示意性示出了圖1所示夾具的側視圖。圖3示意性示出了圖1所示夾具的仰視圖。圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、圖4E、圖4F、圖4G和圖4H示意性示出了根據實施例的 將風力渦輪機葉片安裝在轂處的方法。圖5示意性示出了使用根據實施例的夾具來根據實施例將葉片安裝到轂的方法 的一部分。
具體實施例方式圖1示出了根據實施例的葉片1的立體圖。圖1中示出了夾具1且其夾持風力渦 輪機的葉片2。在圖2中示出了夾具1沿圖1中所示方向3的側視圖。圖3示出了沿圖1 所示方向5的仰視圖。
夾具1包括第一接觸表面7和第二接觸表面9。第一接觸表面7和第二接觸表面 9適於接觸葉片2的表面的不同部分。在所示實施例中，第一接觸表面7接觸葉片2的後 表面11的一部分，而夾具1的第二接觸表面9接觸葉片2的前表面13的一部分。雖然圖 1和圖2示出了夾具1的一種狀態，其中第一接觸表面7接觸後表面11的一部分且夾具的 第二接觸表面9接觸葉片2的前表面13的一部分，不過圖3示出了當從葉片2釋放或施加 夾具1時夾具1的狀態，其中第二接觸表面9不接觸葉片2的前表面13的所述部分。因此，明顯的是，夾具1的第一接觸表面7和第二接觸表面9可以相對彼此移位從 而允許在第一接觸表面7和第二接觸表面9之間可移除地接收葉片2。第一接觸表面7和 第二接觸表面9具有細長形狀，並且可以具體地具有矩形形狀且該矩形形狀具有近似沿圖 1所示方向3延伸的縱向方向4和6(圖3所示)。具體而言，方向3可以是葉片2的縱向 方向或軸線。第一接觸表面7沿其縱向方向3的限度L可以在5m至IOm之間。沿第一接觸表 面7的豎直方向的限度可以在第一接觸表面沿縱向方向3的限度L的五分之一至十分之一 之間，其中所述豎直方向至少近似沿圖1所示方向5延伸。第一接觸表面7被形成在第一水平件15上，且第二接觸表面9被形成在第二水平 件17上。從圖3所示的夾具1的仰視圖中可以顯而易見到，水平件15和17具有楔形形 狀。第一水平件15被固定在第一支撐構件19處，且第二水平件17被固定在第二支撐構件 21處。因此，第一支撐構件19和第二支撐構件21提供了至少近似平行於葉片2的縱向方 向3延伸的表面。第一接觸表面7的縱向方向4可以不平行於葉片2的縱向方向，而是可 以與方向3成角度，該角度可以是5°至20°。第二接觸表面也可以具有不平行於葉片的 縱向方向3的縱向方向6。對於適當地夾持和接觸葉片的後表面11的一部分和葉片的前表面13的一部分而 言，必要的是提供其縱向軸線彼此不平行的第一接觸表面和第二接觸表面，因為葉片2的 橫截面尺寸從葉片的徑向內端23向葉片2的徑向外端25減小。在徑向內端23 (圖1、圖2 和圖3中未示出)處，葉片2可以連接到風力渦輪機的轂。為了補償葉片從徑向內端23向 徑向外端25減小的橫截面尺寸，水平件15和17具有增加的厚度，以便第一接觸表面7和 第二接觸表面9適於並緊密且平滑地配合到葉片2的後表面11和前表面13的相應部分。第一接觸表面7和第二接觸表面9可以包括彈性材料，例如橡膠，其可以符合葉片 2的後表面11和前表面13的局部表面形狀。此外，適當材料可以提供在第一接觸表面7和 第二接觸表面9處，當分別朝向後表面11和前表面13按壓接觸表面7、9時其產生的摩擦 的程度足以使用夾具1提升葉片2。保持第一接觸表面7的第一支撐構件19還包括兩個杆23，所述杆23沿第一接觸 區域7的縱向方向4分隔開且橫於第一接觸表面7的縱向方向6延伸。此外，第二支撐構 件21包括兩個杆25，所述杆25同樣沿第二接觸表面的縱向方向6分隔開且同樣橫於第二 接觸表面9的縱向方向8延伸。兩個杆23以及兩個杆25可以均被提供為單件，例如金屬 杆或託架，或者可以由使用例如螺栓或類似物連接在一起的多件構成。在圖1所示的實施 例中，杆23由兩個金屬件(例如託架或承載件)組裝而成，所述金屬件由螺栓連接。因此，杆23呈現彎曲形式，從而部分地圍繞葉片2的後緣27。葉片2的後緣27可 以是葉片的後表面11和前表面13彼此連結的邊緣。葉片可以具有與後緣27相對的前緣四。如圖1和圖2顯而易見的，第一接觸表面7和第二接觸表面9分別接觸後表面11和前 表面13的一部分，相比於葉片2的後緣27該部分更靠近葉片2的前緣四。如上所述，兩個杆23部分地圍繞葉片2的後緣27並且突出到後緣27之外。第二 支撐構件內包括的兩個杆25被鉸鏈或接頭31連接到第一支撐構件的兩個杆23，其中所述 第二支撐構件被連接到第二接觸表面9，所述鉸鏈或接頭31允許杆25和杆23相對彼此移 位並且因而允許使第一接觸表面7相對於第二接觸表面9移位。為了通過圍繞鉸鏈31的鉸鏈軸線使杆23相對於杆25旋轉從而使得接觸表面7、 9相對彼此移位，提供兩個液壓汽缸33，其中汽缸33的活塞杆端被連接到杆25處的鉸鏈或 接頭35並且汽缸33的汽缸筒端在杆23的端部處被連接到鉸鏈或接頭37。液壓汽缸33可 被連接到未示出的導油系統從而控制汽缸33的活塞運動以使第一接觸表面7圍繞鉸鏈31 的軸線相對於第二接觸表面9旋轉。因此，能夠在將葉片2安裝到風力渦輪機的轂期間將 接觸表面7、9壓抵於葉片表面11、13，以便夾持葉片2從而提升葉片2。此外，可以通過使 得活塞縮回到汽缸33內以從葉片釋放夾具。為了避免或減少對於葉片2的易損後緣27的損壞，夾具1包括橡膠唇緣39，該橡 膠唇緣39近似平行於第一和第二接觸表面7、9延伸並且平行於葉片2的後緣27延伸。橡 膠唇緣39部分地圍繞後緣27，並且可以抑制葉片的微小運動並且還可以固定葉片以便不 會沿橫向方向4和/或豎直方向5移動。葉片1還包括樞轉元件41，該樞轉元件41經由鉸鏈或接頭43連接到第一支撐構 件19。鉸鏈43允許樞轉元件41相對於第一支撐構件19沿近似平行於葉片的縱向軸線3 延伸或至少近似平行於第一接觸表面7的縱向軸線8延伸的軸線旋轉。如圖2所示，棒45包括孔眼或洞46，起重機的掛鈎可以連接到該孔眼或洞46。因 此，在工作時，葉片2的重心10被近似設置在平行於方向5延伸通過洞46的豎直線上。在 通過葉片2的重心10和棒45的洞46延伸的豎直線與通過鉸鏈43所限定的旋轉軸線延伸 的豎直線之間的距離d將基於樞轉元件41相對於第一接觸表面7的旋轉而改變，以便棒45 稍偏離於其豎直取向。不過，圖2所示情況中的距離d等於如下情況中的距離，即相比於圖2所示情況， 接觸表面7相對於樞轉元件41圍繞鉸鏈43所限定的軸線旋轉90°，以便至少對於這些情 況而言棒45被設置於豎直取向。當使用夾具1時，連接到樞轉元件41並因而也連接到第一接觸表面7和第二接觸 表面9的棒45可以沿實質上豎直方向5延伸。因此，通過使第一支撐構件19相對於樞轉 元件41圍繞鉸鏈43的軸線旋轉，葉片2可以近似圍繞其縱向軸線3旋轉。為了致動葉片3 的這種縱向旋轉，夾具1還包括兩個液壓汽缸47，這兩個液壓汽缸47的一端(汽缸筒)被 連接到第一支撐構件19，具體地在連接點49處被連接到兩個杆23，汽缸47的活塞杆端被 連接到樞轉元件41。而且，可以通過供應由油泵驅動的油來致動這些汽缸47，以便因此使 樞轉元件41圍繞鉸鏈43的軸線相對於第一支撐構件19旋轉。在葉片2的安裝操作期間， 葉片可以因此圍繞其縱向軸線3旋轉且同時棒45保持豎直取向。棒45經由鉸鏈或接頭51被連接到樞轉元件41，該鉸鏈或接頭51允許使棒45圍 繞軸線53相對於樞轉元件41轉動，該軸線53可以至少近似正交於鉸鏈43所提供的軸線。 具體而言，軸線53可以至少近似正交於葉片2的縱向軸線3，並且可以(沿樞轉元件41和第一支撐構件19的特定取向)平行於或傾斜於葉片的橫向軸線4。葉片2的橫向軸線4可 以正交於葉片2的縱向軸線3。此外，橫向軸線4可以至少近似正交於通過葉片2的前緣 29和後緣27的平面。為了致動棒45相對於樞轉元件41繞軸線53的旋轉，夾具1還包括液壓汽缸55， 該液壓汽缸55的一端(汽缸筒)在鉸鏈或接頭57處連接到樞轉元件41，且該液壓汽缸55 的另一端(活塞杆)在連接點或接頭59處連接到棒45。通過改變點57和59之間的長度 (來致動液壓汽缸55)，棒45可以相對於樞轉元件41圍繞軸線53旋轉。因此，可以實現葉 片繞其橫向軸線4的旋轉。對於將葉片2安裝到風力渦輪機的轂(具體地，直接驅動風力渦輪機的轂)而言， 需要的是，葉片2繞其縱向軸線3和其橫向軸線4的受控旋轉。夾具1還包括操縱機構61以用於繞豎直軸線5( S卩，至少近似垂直於葉片的縱向 軸線3且也垂直於葉片2的橫向軸線4的軸線)轉動或旋轉夾具1且因而轉動或旋轉葉片 2。為了實現這種效果，操縱設備61包括雙輥63和單輥65。此外，操縱機構61包括兩根線 纜67和69，這兩根線纜67和69被引導成沿縱向軸線3通過洞71且圍繞輥73。如圖5所 示，線纜67和69可以被引導成跨過連接起重機吊杆77的輥75。通過使用電動機64旋轉 輥63，線纜67的一端被卷出，而線纜67的另一端被捲入，這導致了圍繞垂直於圖5繪製平 面的豎直方向5轉動夾具1。通過由電動機66轉動輥65，線纜69的兩端均被捲起或線纜的兩端均被捲入，這導 致了夾具1朝向起重機吊杆77或遠離起重機吊杆77的平行移動。圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、圖4E、圖4F、圖4G和圖4H示出了根據一種實施例在轂 處安裝風力渦輪機葉片的方法。開始時，如圖4A所示，在靠近風力渦輪機的塔79的一側提供葉片2a。在圖4A所 示實施例中，第一轉子葉片加位於地面84或者被保持在支撐設備中，以便相對於豎直方向 5，前緣29a面向下且後緣27a面向上。在所示實施例中，在圖4A中，後面Ila面向觀察者。 為了將第一葉片加安裝於風力渦輪機83的轂81 (參見圖4G)，葉片加被圖1、圖2和圖3 所示的夾具1夾持。因此，第一接觸表面7和第二接觸表面9被壓抵於葉片加的後表面 Ila和前表面13a。如圖4A所示，起重機掛鈎85被連接到夾具1的棒，其中起重機掛鈎85 經由繩索或線纜連接到未示出的起重機。使用起重機掛鈎85和被夾持在葉片加處的夾具1，沿方向5克服重力豎直向上提 升葉片2a，如圖4A和圖4B所示。葉片加被提升離開地面84，並且液壓汽55 (圖1中也被 示出)被致動以便使棒45相對於樞轉元件41圍繞鉸鏈51處的軸線53旋轉。具體而言， 旋轉是逆時針旋轉60°的角度。因為葉片加被緊密聯接於夾具的接觸表面7和9，所以葉 片沿順時針方向旋轉約60°的角度，而棒45保持在豎直取向。在提升葉片期間只要葉片被提升離開地面84的距離(高度h)足以允許旋轉葉片 加而不會觸及地面84，就可以旋轉葉片加。可替換地，葉片可以首先被提升到最終高度並 且之後如上所釋被旋轉。如圖4C的進一步所示，葉片2被安裝到設置在風力渦輪機83的塔79的頂部處的 轂81。因此，圖4C示出了風力渦輪機83的後視圖，以便可看見機艙82。當被完全組裝好 時，風將撞擊在葉片加的前側13a，該前側13a相反於面向圖4C的觀察者的後側11a。
此外，類似於圖4A所示的葉片2a，第二葉片2b被夾具1夾持，並且如葉片2a，葉 片2b被上提離開地面84。不過，如圖4D所示，葉片2b以與圖4B所示的葉片加的旋轉方 向相反的方向圍繞鉸鏈51處的軸線53旋轉。具體而言，葉片2b逆時針旋轉60°角度，如 圖4D所示。因此，當提升葉片2b期間在部分地提升葉片2b之後或在完全提升葉片2b離 開地面84之後可以圍繞鉸鏈51處的軸線53旋轉葉片2b。如圖4E所示，第二葉片被安裝 到風力渦輪機83的轂81而不需要使轂81繞其水平延伸的旋轉軸線6旋轉。如圖4A-4G 所顯而易見的，在不同方法步驟期間，棒45總是沿豎直方向5延伸。如圖4F所示，之後渦輪機83包括機艙82和轂81的頂部部分圍繞豎直軸線5旋 轉180°，以便在旋轉之後，轂81和已經被安裝的第一葉片加和第二葉片2b的前面13a、 1 面向觀察者。圖4E中用箭頭84示出了機艙82和轂81的旋轉。如圖4G所示，最初也被定向為上遊邊緣29c面向下的第三葉片2c繞其縱向軸線 3c旋轉大約90°，以便前緣29c面向觀察者。為了該旋轉，樞轉元件41相對於第一支撐構 件19圍繞鉸鏈43所限定的軸線旋轉(參見圖1)。如圖4H所示，第三葉片3c克服重力被 提升離開地面84並且以其縱向軸線3c沿水平方向取向不變的方式被安裝到風力渦輪機83 的轂81。因此，不需要使第三葉片3c繞其橫向方向4c旋轉。此外，不需要或者不必須旋轉 轂81以便將第三葉片3c安裝於轂81。實際上，可以不需要使轂81繞其旋轉軸線6(水平 取向)旋轉以便將三個葉片h、2b和2c安裝於轂81。因此，當組裝直接驅動風力渦輪機時 使用所述的安裝風力渦輪機葉片的方法是有利的，其中所述直接驅動風力渦輪機不允許使 用附加致動器旋轉轂。應該注意到，術語「包括」不排除其他元件或步驟，並且「一」或「一種」不排除多 個。而且，關聯於不同實施例所描述的元件可以被結合。而且應該注意到，權利要求中的附 圖標記不應該被認為是限制了權利要求的範圍。
權利要求
1.一種在可圍繞沿水平方向(6)的旋轉軸線旋轉的轂處安裝風力渦輪機葉片的方法， 該方法包括提升第一葉片Oa)；使所述第一葉片圍繞第一葉片的橫向軸線Ga)旋轉； 將所述第一葉片安裝於所述轂(81)； 提升第二葉片Ob)；使所述第二葉片圍繞第二葉片的橫向軸線Ob)旋轉； 將所述第二葉片安裝於所述轂； 使所述轂圍繞豎直軸線(5)旋轉大約180° ； 提升第三葉片Oc)；以及 將所述第三葉片安裝於所述轂。
2.根據權利要求1所述的方法，還包括使所述第一葉片圍繞第一葉片的縱向軸線(3a)旋轉； 使所述第二葉片圍繞第二葉片的縱向軸線(3b)旋轉；以及/或者 使所述第三葉片圍繞第三葉片的縱向軸線(3c)旋轉。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中所述第一葉片的所述橫向軸線和所述第二葉 片的所述橫向軸線平行於所述水平方向(6)。
4.根據權利要求3所述的方法，其中使所述第一葉片圍繞所述第一葉片的所述橫向軸線旋轉的旋轉方向相反於使所述第 二葉片圍繞所述第二葉片的所述橫向軸線旋轉的旋轉方向。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中使所述第一葉片圍繞所述第一葉片的 所述橫向軸線旋轉的旋轉角的絕對值等於使所述第二葉片圍繞所述第二葉片的所述橫向 軸線旋轉的旋轉角的絕對值，具體而言是60°。
6.一種用於夾持風力渦輪機的葉片的夾具，該夾具包括 適於接觸所述葉片的表面的一部分的第一接觸表面(7)；適於接觸所述葉片的所述表面的另一部分的第二接觸表面(9)，所述第二接觸表面相 對於所述第一接觸表面可移位；以及相對於所述第一接觸表面以可調整取向連接的棒G5)。
7.根據權利要求6所述的夾具，還包括 連接於所述第一接觸表面的第一支撐構件(19)； 連接於所述第二接觸表面的第二支撐構件；以及使得所述第一支撐構件和所述第二支撐構件相對於彼此可旋轉地連接的鉸鏈(31)。
8.根據權利要求7所述的夾具，還包括適於使所述第一支撐構件相對於所述第二支撐構件移位的致動器(33)。
9.根據權利要求8所述的夾具，其中所述致動器包括液壓汽缸(33)。
10.根據權利要求7-9中一項權利要求所述的夾具，其中所述第一支撐構件和/或所述 第二支撐構件包括彎曲部分03)。
11.根據權利要求6-10中一項權利要求所述的夾具，還包括可旋轉地連接到所述第一支撐構件且可旋轉地連接到所述棒的樞轉元件Gl)。
12.根據權利要求6-11中一項權利要求所述的夾具，還包括調節系統(55、47)，該調節系統適於沿第一方向調整所述棒相對於所述第一接觸表面 的取向並且適於沿不同於所述第一方向的第二方向調整所述棒相對於所述第一接觸表面 的取向。
13.根據權利要求12所述的夾具，其中所述調節系統包括第一液壓汽缸(55)，該第一 液壓汽缸的一端被連接到所述樞轉元件且另一端被連接到所述棒，以便沿所述第一方向調 整所述棒相對於所述第一接觸表面的取向。
14.根據權利要求12或13所述的夾具，其中所述調節系統包括第二液壓汽缸(47)，該 第二液壓汽缸的一端被連接到所述樞轉元件且另一端被連接到所述第一支撐構件，以便沿 所述第二方向調整所述棒相對於所述第一接觸表面的取向。
15.根據權利要求6-14中一項權利要求所述的夾具，還包括拉拔和固定設備(61)以及 線纜(67、69)，其中所述拉拔和固定設備被構造成拉動所述線纜且固定所述線纜。
全文摘要
本發明涉及夾持風力渦輪機葉片(2)的夾具和安裝風力渦輪機葉片的方法，其中該夾具包括適於接觸所述葉片的表面的一部分的第一接觸表面(7)；適於接觸所述葉片的所述表面的另一部分的第二接觸表面(9)，所述第二接觸表面可以相對於所述第一接觸表面移位；以及相對於所述第一接觸表面以可調整取向連接的棒(45)。此外，提供了在可圍繞沿水平方向的旋轉軸線旋轉的轂處安裝風力渦輪機葉片的方法。
文檔編號F03D11/04GK102135065SQ201110021268
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月14日 優先權日2010年1月14日
發明者H·波爾森, H-D·維利姆, K·A·馬傑 申請人:西門子公司