CN110300848B - 叶片替换安装工具 - Google Patents

Abstract

用于风力涡轮机(1)的叶片替换安装工具，包括具有第一端(10)和第二端(11)的杠杆臂(9)，其中该工具还包括：相对地设置在杠杆臂(9)的第一端(10)上的至少一个齿轮马达(12)、一个轴承(13)和一个齿圈(14)，该齿轮马达(12)固定至杠杆臂(9)，该齿圈(14)设置为安装在轮毂上，其中该齿圈(14)与至少一个齿轮马达(12)齿轮传动，其中该轴承(13)位于齿圈(14)和杠杆臂(9)之间，其中在杠杆臂(9)的第二端(11)上设置有柔性连接件(15)，用于固定至地面固定点，由此获得没那么复杂，使用更容易，更安全的工具，用于操作风力涡轮机(1)。

Description

叶片替换安装工具

发明领域

本发明涉及风力涡轮机的叶片替换安装工具，其包括具有第一端和第二端的杠杆臂。

本发明还涉及一种用于替换安装风力涡轮机塔架上轮毂上的叶片的方法，其中所述风力涡轮机具有转子锁。

发明背景

在开发本发明之前，替换安装风力涡轮机上叶片的其它方法已知于，例如：

美国专利申请US2016/090962A1，其中具有用于风力涡轮机的配重***，该***包括梁，该梁包括适用于附接至安装表面的连接件，该***包括联接至梁的配重块。

欧洲专利申请EP2650537A1，其中配重物附接至轮毂，由此配重物包括的质量块导致了围绕轮毂旋转轴的反转矩。该配重物通过机械装置安装至轮毂，该机械装置可关于轮毂围绕轮毂旋转轴转动。

德国专利申请DE102009011603A1,其中设备具有配重物，其设置为距旋转轴具有不同的距离，并且通过驱动器沿导向件主动移动。通过线路和运输设备，多个压载舱相互连接，使得通过将材料从一个舱移动到另一个舱而使重心位置的中心变化。

上述现有技术文件的共同之处为至少一个配重物的使用，该配重物用于将轮毂转至安装叶片的正确位置。具有重达例如15吨的叶片配重物，使用用于旋转的配重物非常有挑战性，很困难并且危险，并且在调整中犯错的风险可能具有致命的后果。

发明目的

因此本发明的目的在于提供一种前序中所提及类型的风力涡轮机的叶片替换安装工具，其没有那么复杂，使用更容易，操作起来更安全。

本发明的另一个目的在于通过机舱内的齿轮，避免转动轮毂太复杂。

发明内容

根据本发明的第一方面，上述目的通过前序中所提及类型的风力涡轮机的叶片替换安装工具来实现，该叶片替换安装工具包括具有第一端和第二端的杠杆臂，该工具还包括：

相对地设置在杠杆臂的第一端上的至少一个齿轮马达、一个轴承和一个齿圈，该齿轮马达固定至杠杆臂，齿圈设置为安装在轮毂上，其中齿圈与至少一个齿轮马达齿轮传动，其中轴承位于齿圈和杠杆臂之间，在杠杆臂的第二端设置有柔性连接件，用于固定至地面固定点。

这使得可提供用于风力涡轮机的叶片替换安装工具，其比起现有技术的方案，没有那么复杂，使用更容易，操作起来更安全，并且配重物不是必须的。

通过连接至轮毂上凸缘的杠杆臂，实施并控制风力涡轮机塔架上轮毂上的叶片的替换安装，由该工具可进行所有叶片的替换和安装，通过机舱中的齿轮因此避免了转动轮毂的复杂性。所使用的替代方案为所谓的直接驱动结构，由此机舱中的齿轮没有承受极限载荷水平，该极限载荷水平由叶片的力矩和重量与气动影响一起组成。

叶片替换安装工具基本上是转子转动设备，其中还没有安装叶片，只是轮毂转动设备。比起风力涡轮机的偏航***，具有其叶片替换安装工具的本发明没有限制杠杆臂的载荷和力，以及连接至地面固定的柔性连接件。杠杆臂越长，可例如为20米，对抗的叶片重力载荷就越多，因此力减少。所以，本发明与偏航***的动力不同，在操作点对力和安全性的控制更好。

本发明通过包括至少一个齿轮马达，可向轮毂和叶片(如果安装有任何叶片)施加转矩，由此将其转动至下一个位置，用于安装第一或下面的叶片。

杠杆臂可为整体构造，或当然可由多个小元件集合而成，杠杆臂可为实心钢，或由多根管、杆等组成，且其可由各种各样的材料制成或材料的组合制成。贯穿杠杆臂的横截面可以相同，或者可不同，因此适用许多选择。

柔性连接件，可为例如线、链条、绳或缆线，其中柔性连接件设置在杠杆臂的第二端，可固定至地面固定点，且容易实施。柔性连接件可承受等于20-30吨的载荷，因此与地面固定点例如可为地基的固定非常重要，可通过嵌入的配件、板等进行。

在第二方面，本发明还涉及一种叶片替换安装工具，齿圈设置为安装在轮毂上，其中轮毂具有前端和后端，该前端具有凸缘，该后端适用于安装至主轴，其中轮毂前端上的齿圈和凸缘的中心线与安装的风力涡轮机转子轴的中心线重合。

这使得可在旋转中心不会相对地面高度移动的位置上，在轮毂的前端上的凸缘上安装叶片替换安装工具。这意味着在优选安排下，在贯穿整个风力涡轮机叶片的安装中，杠杆臂和其柔性连接件可设置并固定在相同的位置。

此外，接触轮毂的前面的凸缘更容易、更方便，由此在轮毂上安装叶片替换安装工具也更容易、更方便。

当在轮毂的前端上的齿圈和凸缘的中心线与安装的风力涡轮机转轴的中心线重合时，该构造全部准备好用于载荷和关于中心线的转矩，因此比起如果凸缘置于轮毂的别处，该别处是相比起安装的风力涡轮机转轴的中心线而言，认为较小可能造成对风力涡轮机的损伤。

在第三方面，本发明还涉及一种叶片替换安装工具，其中该齿圈与齿圈外缘上的至少一个齿轮马达齿轮传动。

这使得转动齿圈的精确性能够很高，因为比起作为内齿轮的在内缘使用的相同齿轮传动，当然这也是一种选择，在齿圈外缘的距离较长，这时作为外齿轮。

在第四方面，本发明还涉及一种叶片替换安装工具，其中该工具还包括与齿圈齿轮传动的至少另一齿轮马达，其中齿轮马达之间的圆弧距离相等，该圆弧的中心线与齿圈的中心线重合。

这使得当使用大量齿轮马达时，可平衡单个齿轮马达上的压力并最小化过载和失效的风险。此外，如果使用了更多的马达，齿圈上的力和转矩甚至更大，因为单个齿轮马达之间的距离是相同的。另一种选择是使单个齿轮马达之间的距离变化。

在第五方面，本发明还涉及一种叶片替换安装工具，其中至少一个齿轮马达设置为平行于齿圈的中心线。

这使得可使用直齿圆柱齿轮，这是个没那么复杂的方案。其它的选择例如为斜齿轮或锥齿轮。

在第六方面，本发明还涉及一种叶片替换安装工具，其中杠杆臂位于与齿圈的中心线正交的平面上。

这使得可使用叶片替换安装工具，但是在叶片替换安装过程中可能也必须完全卸掉该工具或至少将其转至另一位置，至少其中叶片构造使得不可将带有叶片的轮毂转至经过该工具。在这种情况下，问题通常由于预弯曲的叶片构造引起。

在第七方面，本发明还涉及一种叶片替换安装工具，其中至少杠杆臂的第一端位于与齿圈的中心线正交的平面上，且至少杠杆臂的第二端弯离该平面并与该平面相距一定距离。

这使得可使用叶片替换安装工具，在叶片替换安装过程中而不必须要卸下该工具，万一由于预弯曲的叶片构造，该叶片构造偏离提及的平面。当然，杠杆臂需要在远离风力涡轮机塔架的方向上弯离该平面，并距该平面一定距离，该距离足以避免与预弯曲叶片碰撞。

在第八方面，本发明还涉及一种叶片替换安装工具，其中杠杆臂至少20米长。

这使得比起具有一半长度的杠杆臂，可使得用于固定杠杆臂的力最小化。原则上，任何长度的杠杆臂都将有效，但是，杠杆臂越长，较少的力越大。

在第九方面，本发明还涉及一种叶片替换安装工具，其中地面固定点选自下列之一：地基上的混凝土锚、塔架底部凸缘上的锚凸缘、混凝土块等。

这使得可使用多个选择，无论任何选择在本位置都是可行的。其中柔性连接件可承受等于20-30吨的载荷，与地面固定点的固定十分重要，因此不应该被忽视。

在第十方面，本发明还涉及一种叶片替换安装工具，其中该工具还至少包括在柔性连接件旁边的电力缆线和控制缆线。

这使得当使用柔性连接件在轮毂上安装时，该叶片替换安装工具可得到该工具所需的必要的电力和控制。在一选择中，电力缆线和控制缆线可固定至柔性连接件的外侧，在另一选择中，该电力缆线和控制缆线可整合为一体，并因此在柔性连接件中受到保护。

在第十一方面，本发明还涉及一种叶片替换安装工具，其中该叶片还至少包括电源组和无线通信设备。

这使得可通过在叶片替换安装工具例如杠杆臂的第二端上安装电源组和无线通信设备，来避免使用任何缆线。

在第十二方面，本发明还涉及一种用于替换安装风力涡轮机塔架上轮毂上的叶片的方法，其中该风力涡轮机具有转子锁，其中该方法包括下列步骤：

a)将根据权利要求1至11所述的叶片替换安装工具安装在轮毂上，

b)将轮毂旋转至一位置，在所述位置下可水平安装叶片，

c)锁定转子锁，将叶片安装在轮毂上，

d)松开转子锁，转动轮毂，

e)重复步骤b)、c)和d)，直至替换并安装了所需数量的叶片，

f)移除叶片替换安装工具。

这使得可使用叶片替换安装工具在轮毂上进行叶片的完整安装，其中该轮毂安装在风力涡轮机塔架上，该风力涡轮机具有转子锁。根据例如叶片结构，除了提及的步骤可具有更多的步骤。

在第十三方面，本发明还涉及一种用于在风力涡轮机的轮毂上替换安装叶片的方法，其中根据步骤c)的方法还包括安装叶片，使得后缘向上。

这使得能够将叶片安装为使前缘处于向下的水平位置，这是有利的，因为前缘的表面比后缘更大、更坚固，因此更不容易不稳定。当叶片的重量可能为15吨时，如何对待、处理、安装叶片十分重要。

附图说明

本发明将结合附图，通过非限制性实施例，在下文中进行更详细的描述，其中：

图1示出了具有转子组件的风力涡轮机的示范性实施例，

图2示出了叶片替换安装工具，

图3示出了安装在轮毂上的叶片替换安装工具的截面图，

图4示出了一个实施例示意图中的杠杆臂，

图5示出了另一个实施例示意图中的杠杆臂，

图6示出了在风力涡轮机塔架上的轮毂上替换安装叶片的方法的步骤1，

图7示出了在风力涡轮机塔架上的轮毂上替换安装叶片的方法的步骤2，

图8示出了在风力涡轮机塔架上的轮毂上替换安装叶片的方法的步骤3，

图9示出了在风力涡轮机塔架上的轮毂上替换安装叶片的方法的步骤4，

图10示出了在风力涡轮机塔架上的轮毂上替换安装叶片的方法的步骤5，

图11示出了在风力涡轮机塔架上的轮毂上替换安装叶片的方法的步骤6，

图12示出了在风力涡轮机塔架上的轮毂上替换安装叶片的方法的步骤7，

在附图中，下列引用标号用于在说明书的详细部分中所使用的名称：

1 风力涡轮机

2 风力涡轮机塔架

3 地基

4 机舱

5 转子

6 轮毂

6a 轮毂，前端

6b 轮毂，后端

7 风力涡轮机叶片

8 叶片替换安装工具

9 杠杆臂

10 第一端，杠杆臂

11 第二端，杠杆臂

12 齿轮马达

13 轴承

14 齿圈

14a 外缘

15 柔性连接件

15a 电力缆线

15b 控制缆线

15c 电源组

15d 无线通信设备

16 地面固定点

17 凸缘，轮毂前端

18 主轴

19 叶片轴承

20 中心线，齿圈和凸缘

21 中心线，主轴和转轴

22 圆弧，齿轮马达之间的

23 中心线，齿轮马达之间的圆弧的

24 平面

25 后缘

具体实施方式

图1示出了具有转子组件的风力涡轮机1的示范性实施例。风力涡轮机1包括风力涡轮机塔架2，其具有安装至地基3的底端，地基3可为陆上地基以及离岸地基。机舱4可旋转地连接至风力涡轮机塔架2的顶端，例如，经由连接至控制***偏航轴承(未示出)。转子5可旋转地连接至机舱4，例如经由主轴(未示出)。转子5包括安装有至少两个例如三个风力涡轮机叶片7的轮毂6。每个风力涡轮机叶片包括尖端和叶根。轮毂6包括背朝着机舱4的前端6a和面朝着机舱4的后端。风力涡轮机叶片7可为如图1所示的传统的全展幅变桨距叶片，或者为具有内叶片部分和外叶片部分的部分变桨距叶片(未示出)。变桨距轴承(未示出)设置在轮毂6和风力涡轮机叶片7之间，或者设置在风力涡轮机叶片7的内叶片部分和外叶片部分之间。

图2示出了风力涡轮机1的叶片替换安装工具8，其包括具有第一端10和第二端11的杠杆臂9，其中四个齿轮马达12、轴承13和齿圈14相对地设置在杠杆臂9的第一端10。

齿轮马达12固定至杠杆臂9，齿圈14设置为安装在轮毂6上，其中齿圈14与齿轮马达12齿轮传动，其中轴承13位于齿圈14和杠杆臂9之间。齿圈14与齿圈14的外缘的齿轮马达12齿轮传动。

柔性连接件15设置在杠杆臂9的第二端11上，该杠杆臂9设置为固定至地面固定点16，例如地基3。旁边的例如内侧或外侧柔性连接件15至少为电力缆线15a和控制缆线15b。电力缆线15a和控制缆线15b的另一个选择为电源组15c和无线通信设备15d。

图3示出了叶片替换安装工具8的截面图，该叶片替换安装工具8经由齿圈14安装在轮毂6的前端6a，轮毂6具有凸缘17，其中轮毂6的后端6b安装在主轴18上。轮毂6还示出了两个叶片轴承19。在轮毂6的前端6a上的齿圈14和凸缘17具有的中心线20与主轴18和安装的风力涡轮机转子轴(未示出)的中心线21重合。

该图还示出了该工具8具有齿轮马达12，该齿轮马达12与齿圈14齿轮传动，其中齿轮马达12相隔开，使得对于两个单个的齿轮马达12，无论其为顺时针还是逆时针，并且无论是在哪两个单个的齿轮马达12之间，两个齿轮马达12之间圆弧22的距离相等，该圆弧22的中心线23与齿圈的中心线20重合。齿轮马达12全都设置为平行于齿圈14的中心线20。

图4示出了杠杆臂9的示意图，其位于与齿圈14的中心线20正交的平面24上。

图5示出了杠杆臂9的第一端10的示意图，其位于与齿轮圈14的中心线20正交的平面24上，其中杠杆臂9的第二端11弯离平面24并且位于距平面24一定距离处。

图6至图12示出了用于在风力涡轮机塔架上的轮毂上替换安装叶片的方法中的最重要步骤，其中风力涡轮机具有转子锁；包括下列步骤，从轮毂6的前端6a看过去，通过钟和其旋转来对该下列步骤进行说明。

图6示出了用于在风力涡轮机塔架2上的轮毂6上替换安装叶片7的方法中的步骤1，其中叶片替换安装工具8以9点钟方向，在左侧水平位置安装在轮毂6的前端6a上。

图7示出了用于在风力涡轮机塔架2上的轮毂6上替换安装叶片7的方法中的步骤2，其中轮毂6转动了，转子锁(未示出)锁定就位，其中可将叶片7以3点钟方向水平安装在右侧，并使得后缘25向上。

图8示出了用于在风力涡轮机塔架2上的轮毂6上替换安装叶片7的方法中的步骤3，其中转子锁松开，具有第一安装叶片7的轮毂6顺时针旋转60度，之后转子锁再次锁定。

图9示出了用于在风力涡轮机塔架2上的轮毂6上替换安装叶片7的方法中的步骤4，其中杠杆臂9旋转180度至3点钟方向，然后转子锁锁定。在安装有预弯曲的风力涡轮机叶片7的情况下，该步骤是必须的。

图10示出了用于在风力涡轮机塔架2上的轮毂6上替换安装叶片7的方法中的步骤5，其中转子锁锁定就位，其中可将叶片7以9点钟方向水平安装在左侧，并使得后缘25向上。

图11示出了用于在风力涡轮机塔架2上的轮毂6上替换安装叶片7的方法中的步骤6，其中安装的叶片7顺时针旋转60度，在转子锁又锁定后，可水平安装叶片7。

图12示出了用于在风力涡轮机塔架2上的轮毂6上替换安装叶片7的方法中的步骤7，其中所有的叶片7安装在轮毂6上，具有轮毂6和叶片7的转子完成。

图中未示出叶片替换安装工具8的移除。

Claims (11)

1.风力涡轮机的叶片替换安装工具，包括具有第一端和第二端的杠杆臂，其特征在于，所述工具还包括：相对地设置在所述杠杆臂的第一端上的至少一个齿轮马达、一个轴承和一个齿圈，所述齿轮马达固定至所述杠杆臂，所述齿圈设置为安装在轮毂上，其中所述齿圈与所述至少一个齿轮马达齿轮传动，其中所述轴承位于所述齿圈和所述杠杆臂之间，在所述杠杆臂的第二端设置有柔性连接件，用于固定至地面固定点。

2.根据权利要求1的叶片替换安装工具，其特征在于，所述齿圈设置为安装在轮毂上，其中轮毂具有前端和后端，所述前端带有凸缘，所述后端适用于安装至主轴，在所述轮毂的前端上的所述齿圈和凸缘的中心线与安装的风力涡轮机转轴的中心线重合。

3.根据权利要求1所述的叶片替换安装工具，其特征在于，所述至少一个齿轮马达设置为平行于所述齿圈的中心线。

4.根据权利要求1所述的叶片替换安装工具，其特征在于，所述杠杆臂位于与所述齿圈的中心线正交的平面上。

5.根据权利要求1所述的叶片替换安装工具，其特征在于，至少所述杠杆臂的第一端位于与所述齿圈的中心线正交的平面上，至少所述杠杆臂的第二端弯离所述平面并与所述平面相距一定距离。

6.根据权利要求1所述的叶片替换安装工具，其特征在于，所述杠杆臂至少20米长。

7.根据权利要求1所述的叶片替换安装工具，其特征在于，所述地面固定点选自下列中的之一：地基上的混凝土锚、塔架底部凸缘上的锚凸缘、混凝土块。

8.根据权利要求1所述的叶片替换安装工具，其特征在于，所述工具还至少包括在所述柔性连接件旁边的电力缆线和控制缆线。

9.根据权利要求1所述的叶片替换安装工具，其特征在于，所述工具还至少包括电源组和无线通信设备。

10.用于在风力涡轮机塔架上的轮毂上替换安装叶片的方法，其中所述风力涡轮机具有转子锁，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

a)将根据权利要求1至9之一所述的叶片替换安装工具安装在轮毂上，

b)将所述轮毂旋转至一位置，在所述位置下可水平安装叶片，

c)锁定转子锁，将叶片安装在所述轮毂上，

d)松开所述转子锁，转动所述轮毂，

e)重复步骤b)、c)和d)，直至替换并安装了所需数量的叶片，

f)移除所述叶片替换安装工具。

11.根据权利要求10所述的用于在风力涡轮机塔架上的轮毂上替换安装叶片的方法，其特征在于，所述方法的步骤c)还包括安装叶片，使得后缘向上。

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