CN111453629A - 一种海上风电机组单叶片安装机器人 - Google Patents

一种海上风电机组单叶片安装机器人 Download PDF

Info

Publication number
CN111453629A
CN111453629A CN201910060323.2A CN201910060323A CN111453629A CN 111453629 A CN111453629 A CN 111453629A CN 201910060323 A CN201910060323 A CN 201910060323A CN 111453629 A CN111453629 A CN 111453629A
Authority
CN
China
Prior art keywords
blade
installation
manipulator
wind turbine
arm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910060323.2A
Other languages
English (en)
Inventor
王悦民
沈莹
陈自强
余智雄
童民慧
高翔
王艳琳
李路妹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Aofuxu Marine Equipment Technology Co ltd
Original Assignee
Shanghai Aofuxu Marine Equipment Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Aofuxu Marine Equipment Technology Co ltd filed Critical Shanghai Aofuxu Marine Equipment Technology Co ltd
Priority to CN201910060323.2A priority Critical patent/CN111453629A/zh
Publication of CN111453629A publication Critical patent/CN111453629A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/06—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes with jibs mounted for jibbing or luffing movements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C1/00—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles
    • B66C1/10—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles by mechanical means
    • B66C1/42—Gripping members engaging only the external or internal surfaces of the articles
    • B66C1/44—Gripping members engaging only the external or internal surfaces of the articles and applying frictional forces
    • B66C1/445—Gripping members engaging only the external or internal surfaces of the articles and applying frictional forces motor actuated
    • B66C1/447—Gripping members engaging only the external or internal surfaces of the articles and applying frictional forces motor actuated by hydraulic or pneumatic motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/04—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack
    • B66C13/08—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for depositing loads in desired attitudes or positions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/16—Applications of indicating, registering, or weighing devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/46—Position indicators for suspended loads or for crane elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/62—Constructional features or details
    • B66C23/72—Counterweights or supports for balancing lifting couples
    • B66C23/74—Counterweights or supports for balancing lifting couples separate from jib
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/02—Driving gear
    • B66D1/12—Driving gear incorporating electric motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/28—Other constructional details
    • B66D1/40—Control devices
    • B66D1/42—Control devices non-automatic
    • B66D1/46—Control devices non-automatic electric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/54—Safety gear
    • B66D1/56—Adaptations of limit switches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/25—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors specially adapted for offshore installation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明涉及一种海上风电机组单叶片安装机器人，包含一个可自动调整姿态的单叶片安装机械手(1)、一个带有主动补偿功能的吊架(2)、安装于吊机臂架(53)根部的两套智能缆风***(3)，所述的单叶片安装机械手(1)通过吊架(2)连接在吊机臂架(53)上，所述的智能缆风***(3)连接单叶片安装机械手(1)，单叶片安装机械手(1)抓取待安装风机叶片(41)，安装在风电机组上。与现有技术相比，本发明可在风电安装船站位不变且无需另加盘车装置的条件下，完成海上大型风电机组单个叶片的全自动安装。具有缩短安装时间、降低安装费用、提高安装安全性，使海上风电机组单个叶片的安装得以实现等优点。

Description

一种海上风电机组单叶片安装机器人
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风电机组单叶片安装机械手， 尤其涉及一种能自动对大型海上风电机组的单个叶片进行安装的机器人。
背景技术
海上风力发电作为无污染的可再生能源开发，因其具有更好的风能条件，不涉 及土地征用问题，不会造成大气污染，环保价值可观等优点，发展非常迅速。全球 海上风电产业，尤其是欧洲正朝着更大规格的风机过渡。我国到2020年我国将具 备8兆瓦及以上大型海上风机制造能力。海上风电开工建设规模达到1000万千瓦， 并网容量达500万千瓦。同时突破海上风电施工建设、并网运行关键技术，建成海 上风电场全景监视及综合控制***。在海上风电场施工建设水平、运维检测等方面 赶超欧美先进水平。据测算，我国在2020年至2030年每年新增容量将达到200 至300万千瓦。因此海上风电的市场空间，难以估量。但是，恶劣的海上环境条件 及海上建设的复杂性，限制了海上风电发展的进度，需要在技术层面，包括机组、 施工、输电及运维等技术上进行研究和突破。
叶片是海上风电机组最基础、最关键的部件之一，其和轮毂组成的风轮是能量 捕获机构，能将风能转变为机械能。同时，叶片也是风载荷的主要承载部件。叶片 在阵风和暴风环境下运行时，易出现振动、变形等现象，甚至遭到损伤或破坏。随 着风电机组趋向于大型化，主机轮毂重心越来越高，叶片长度及重量也越来越大。 因此叶片的安装和运维成为了一个主要的问题。
传统风机叶片的安装主要采用下述三种方式：
1、单叶片式组装。用吊具将叶片分别起吊。因吊具无法在空中调整安装角度， 所以三个叶片都只能在水平位置安装。安装好一个叶片后，需要调整轮毂角度，以 保证下一个安装的叶片能在水平位置安装。在这个过程中，因叶片重量分布不均衡 (如图8)，尤其是大功率风机，叶片长、重量大，仅靠轮毂的制动器无法保证在 任意角度下使轮毂制动，因此需要外加盘车装置。
2、三叶式组装。在陆上把三个叶片和毂帽安装好，组装成风轮，但不与机舱 连接。海上安装时，把机舱安装在塔筒上,将已组装好的风轮吊装在机舱上，以减 少叶片安装时定位、对接等作业，降低施工难度。但运输时，叶片占甲板空间大， 对运输船承重要求较高。当叶片长度加长、重量提高后，这个问题更显突出。
3、整体组装式。风机整体在陆上组装完毕后，运输至海上与基础对接。虽然 过程相对简单，但运输难度大。对于大型风机而言，基本无法实现。
因此上述三种方式均无法满足大功率海上风机叶片安装安全、高效的要求，更 无法实现单支叶片使用中的运维需求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种安装安全、高效，运输维修方便的海上风电机组单叶片安装机器人。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种海上风电机组单叶片安装机器人，其特征在于，包含一个可自动调整姿态的单叶片安装机械手、一个带有主动 补偿功能的吊架、安装于吊机臂架根部的两套智能缆风***，所述的单叶片安装机 械手通过吊架连接在吊机臂架上，所述的智能缆风***连接单叶片安装机械手，单 叶片安装机械手抓取待安装风机叶片，安装在风电机组上。
所述的单叶片安装机械手包括横梁、吊臂、倾转油缸、机房、配重、至少两个 夹持组件，所述的吊臂一端通过下铰点与横梁连接，另一端连接所述吊架，所述的 倾转油缸连接吊臂，并驱动吊臂绕其下铰点摆动，所述的横梁上安装有配重及机房， 所述的横梁上设有至少两个夹持组件，每个夹持组件均包括一C型架，C型架内 设有上夹持油缸和下夹持油缸各四个，各夹持油缸抱紧或释放风机叶片，以减小作 用于叶片表面的集中力，避免叶片损坏。上述所有部件可以拆卸，以便于运输。
所述的上夹持油缸设置在上夹持臂上，上夹持臂连接开合臂，开合臂连接开合 油缸，开合油缸驱动开合臂伸出或缩进，从而驱动上夹持臂带动上夹持油缸夹紧或 松开风机叶片，使风机叶片自由进出C型架。
所述的吊架包括上支架和下支架，以及安装在上支架和下支架之间的三个补偿油缸，所述的上支架上方通过卸扣与吊机臂架上的吊钩钢丝绳连接，所述的下支架 上设有连接销轴与单叶片安装机械手的吊臂连接。此吊架可主动补偿由于吊机臂架 振动引起的吊钩钢丝绳张力的变化，也可对安装位置的微小误差进行调整。
所述的三个补偿油缸上方通过上连接轴连接上支架，下方通过下连接轴连接下支架。
所述的智能缆风***包括安装在上部支架上的电机、减速箱、缆风钢丝绳和卷筒，所述的电机依次连接减速箱和卷筒，所述的缆风钢丝绳缠绕在所述卷筒上，缆 风钢丝绳的自由端连接单叶片安装机械手的横梁两端，所述的上部支架通过连接螺 栓与下部支架连接并固定于吊机臂架上，以使缆风钢丝绳的长度不受吊机臂架回 转、变幅运动的影响，也便于安装和拆卸。
所述的电机自带编码器和超速开关，所述的卷筒的输出轴上安装有编码器及限位开关，所述的吊机臂架上设有缆风滑轮，所述的缆风钢丝绳的自由端绕过缆风滑 轮后连接横梁两端。
所述的单叶片安装机械手夹持风机叶片成为一个整体，其合成重心位于图示坐标原点O。当机械手夹持叶片绕着三个坐标轴X、Y、Z转动，即可实现叶片空中 姿态的调整。由于采用单钩起吊，因此在任意姿态下，该整体的合成重心与吊臂上 绞点的连线为一条垂直线，倾转油缸推动吊臂绕其下铰点的转动，可实现单叶片安 装机械手夹持风机叶片绕Y轴转动；两根缆风钢丝绳同时收放，可实现单叶片安 装机械手夹持风机叶片绕X轴转动；两根缆风钢丝绳分别收放，可实现单叶片安 装机械手夹持风机叶片绕Z轴转动。
针对叶片安装高度，在吊机臂架的合适位置安装两个缆风滑轮，从两个驱动机 构卷筒上引出的缆风钢丝绳经过滑轮转向与单叶片安装机械手连接，其速度和位置 可精确控制。
为确保安全，整套安装机器人配有两套独立的动力***，一套工作，一套备用， 且每套动力***均设有应急用锂电池，锂电池位于单叶片安装机械手的机房内，两 套动力***的上机电缆分别从吊机机房引出，沿吊机臂架布线与位于缆风滑轮附近 的两个电缆卷筒连接，电缆卷筒引出的电缆与单叶片安装机械手内的两路供电线连 接，送电到机房，电缆卷筒的储绳量保证电缆跟随机械手在任意高度进行操作。
整套安装机器人还配有液压***，液压***由液压动力站、两个倾转油缸、四 个开合油缸、十六个夹持油缸、三个补偿油缸及液压控制阀组、管路、阀门等组成。 液压动力站位于机房内，配置独立循环过滤、冷却***、油温、液位检测及显示装 置。所有油缸均采用电液比例控制，配位移传感器，具备运动限速、防爆自锁紧功 能，并可对位置和压力进行检测和控制。
所述的单叶片安装机械手上配备有三个姿态传感器、一个高度传感器、一个 GPS以确定其空中位置及姿态，一个风力传感器以确定其操作环境；在风机主机 叶片轮毂处安装有自动对靶装置及测距传感器，以指导单叶片安装机械手的操作， 在单叶片安装机械手夹持叶片的两个位置处各安装有一个带有云台的视频摄像头， 对准叶片的风柱和风尖方向各安装有一个带有云台的视频摄像头；在风机主机叶片 轮毂处安装两个可移动的带有云台的视频摄像头，以便于操作人员在线监控及随时 调整机械手的姿态。
整套安装机器人还配有控制***，整机控制室位于机械手的机房内，配置有监 控***，操作人员可就地操作。所有信号通过以太网，传递到远程操作控制台上， 以便于远程操作。控制***设置有三种操作模式：手动、半自动和自动。在全自动 模式下，通过建立运动模型，应用PLC控制程序，采用模型自适应的控制方法， 可实现对***的有效控制。为确保叶片的安全性，机械手的操作有两套独立的控制 ***，一套工作，一套备用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、可自动调整姿态的单叶片安装机械手在智能缆风***的配合下，可在无需 另加盘车装置的条件下，完成海上大型风电机组单个叶片的全自动安装和拆卸。
2、单叶片安装机械手通过夹持油缸、开合油缸及倾转油缸实现对叶片的操作。 所有油缸的压力、位置及速度均可测、可控、可视，以实现对机械手的智能控制。
3、智能缆风***可实现对缆风钢丝绳的智能控制，并便于安装和拆卸，可配 合不同的吊机。
4、带有主动补偿功能的吊架可主动补偿由于吊机臂架振动引起的吊钩钢丝绳 张力的变化，以确保叶片及轮毂的安全性；也可对叶片安装位置的微小误差进行调 整。
5、为确保安全，整机采用两套独立的动力***，一套工作，一套备用，并设 锂电池做应急。可拆卸的电缆卷盘可保证机械手的操作需求，也可配合不同的吊机。
6、***在姿态传感器、高度传感器、压力传感器、测距传感器、风力传感器、 GPS、自动对靶装置、编码器、超速开关、行程开关、带有云台的视频摄像头的协 助下，并结合PLC，可实现机械手对单叶片安装的全自动操作。
7、机械手的动作控制采用两套独立的***，一套工作，一套备用，以确保风 机叶片的绝对安全。
8、此单叶片安装机器人结合合理的操作程序，可保证风电安装船在一次站位 的条件下，完成整台风机三个叶片的安装，大大缩短了安装时间，节约了风机的安 装成本，尤其适合目前海上风机大型化的需求。同时，也可为大型海上风机单个叶 片的拆卸和重新安装提供所需的必备条件。
附图说明
图1为正在进行海上风电机组叶片安装的单叶片安装机械手结构示意图；
图2为单叶片安装机械手的结构示意图；
图3为单叶片安装机械手的侧视图；
图4为单叶片安装机械手的俯视图；
图5为带有主动补偿功能的吊架的结构示意图；
图6为带有主动补偿功能的吊架的侧视图；
图7为智能缆风***的结构示意图；
图8为图7的A向剖视图；
图9为智能缆风***的俯视图；
图10为单叶片安装机器人工作原理图；
图11为单叶片安装机器人侧视工作原理图；
图12为单叶片安装机器人俯视工作原理图；
图13为单叶片安装机器人在一种角度下的姿态；
图14为单叶片安装机器人在另一种角度下的姿态；
图15为配备有单叶片安装机器人***的吊机；
图16为第一支叶片安装步骤；
图17为第二支叶片安装步骤；
图18为第三支叶片安装步骤。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1、15所述，一种海上风电机组单叶片安装机器人，包含一个可自动调整 姿态的单叶片安装机械手1、一个带有主动补偿功能的吊架2、安装于吊机臂架53 根部的两套智能缆风***3，所述的单叶片安装机械手1通过吊架2连接在吊机臂 架53上，吊机臂架53上设有吊钩51，该吊钩51通过钢丝绳53连接吊架2，所述 的智能缆风***3连接单叶片安装机械手1，如图1所述，正在进行海上风电机组 4叶片安装的单叶片安装机械手1，单叶片安装机械手1安装在吊机5上，吊机5 安装在自升式风电安装平台6上，待安装叶片通过单叶片安装机械手1安装在风电 机组4上。
其中，单叶片安装机械手1的结构如图2～4所示，包括横梁101、吊臂102、 倾转油缸103、机房104、配重107、至少两个夹持组件，所述的吊臂102一端通 过下铰点与横梁101连接，另一端连接所述吊架2，所述的倾转油缸103连接吊臂 102，并驱动吊臂102绕其下铰点摆动，所述的横梁101上安装有配重107及机房 104，所述的横梁101上设有至少两个夹持组件，每个夹持组件均包括一C型架112， C型架112内设有上夹持油缸109和下夹持油缸110各四个，各夹持油缸抱紧或释 放风机叶片41，以减小作用于叶片表面的集中力，避免叶片损坏。上述所有部件 可以拆卸，以便于运输。所述的上夹持油缸109设置在上夹持臂108上，上夹持臂 108连接开合臂106，开合臂106连接开合油缸105，开合油缸105驱动开合臂106伸出或缩进，从而驱动上夹持臂108带动上夹持油缸109夹紧或松开风机叶片41， 使风机叶片41自由进出C型架112。
如图5-6所示，所述的吊架2包括上支架202和下支架204，以及安装在上支 架202和下支架204之间的三个补偿油缸203，所述的上支架202上方通过卸扣201 与吊机臂架53上的吊钩钢丝绳连接，所述的下支架204上设有连接销轴205与单 叶片安装机械手1的吊臂102连接。此吊架可主动补偿由于吊机臂架振动引起的吊 钩钢丝绳张力的变化，也可对安装位置的微小误差进行调整。所述的三个补偿油缸 203上方通过上连接轴206连接上支架202，下方通过下连接轴207连接下支架204。
如图7-9所示，所述的智能缆风***3包括安装在上部支架306上的电机301、 减速箱302、缆风钢丝绳303和卷筒304，所述的电机301依次连接减速箱302和 卷筒304，所述的缆风钢丝绳303缠绕在所述卷筒304上，缆风钢丝绳303的自由 端连接单叶片安装机械手1的横梁101两端，所述的上部支架306通过连接螺栓 308与下部支架307连接并固定于吊机臂架53上，以使缆风钢丝绳303的长度不 受吊机臂架53回转、变幅运动的影响，也便于安装和拆卸。所述的电机301自带 编码器和超速开关，所述的卷筒304的输出轴上安装有编码器及限位开关305，所 述的吊机臂架53上设有缆风滑轮310，所述的缆风钢丝绳303的自由端绕过缆风 滑轮310后连接横梁101两端。
所述的单叶片安装机械手1夹持风机叶片41成为一个整体，其合成重心I位 于图示坐标原点O，如图10～12所示。当机械手夹持叶片绕着三个坐标轴X、Y、 Z转动，即可实现叶片空中姿态的调整。由于采用单钩起吊，因此在任意姿态下， 该整体的合成重心与吊臂102上绞点G的连线为一条垂直线L，如图13～14所示， 倾转油缸103推动吊臂102绕其下铰点的转动，可实现单叶片安装机械手1夹持风 机叶片41绕Y轴转动；两根缆风钢丝绳303同时收放，可实现单叶片安装机械手 1夹持风机叶片41绕X轴转动；两根缆风钢丝绳303分别收放，可实现单叶片安 装机械手1夹持风机叶片41绕Z轴转动。
针对叶片安装高度，在吊机臂架53的合适位置安装两个缆风滑轮310，从两 个驱动机构卷筒304上引出的缆风钢丝303绳经过滑轮转向与单叶片安装机械手连 接，其速度和位置可精确控制。
为确保安全，整套安装机器人配有两套独立的动力***，一套工作，一套备用， 且每套动力***均设有应急用锂电池，锂电池位于单叶片安装机械手1的机房104 内，两套动力***的上机电缆703分别从吊机机房引出，沿吊机臂架53布线与位 于缆风滑轮310附近的两个电缆卷筒702连接，电缆卷筒702引出的电缆701与单 叶片安装机械手1内的两路供电线连接，送电到机房104，电缆卷筒702的储绳量 保证电缆701跟随机械手在任意高度进行操作。如图15所示。
整套安装机器人还配有液压***，液压***由液压动力站、两个倾转油缸、四 个开合油缸、十六个夹持油缸、三个补偿油缸及液压控制阀组、管路、阀门等组成。 液压动力站位于机房内，配置独立循环过滤、冷却***风冷、油温、液位检测及显 示装置。所有油缸均采用电液比例控制，配位移传感器，具备运动限速、防爆自锁 紧功能，并可对位置和压力进行检测和控制。
所述的单叶片安装机械手1上配备有三个姿态传感器、一个高度传感器、一个 GPS以确定其空中位置及姿态，一个风力传感器以确定其操作环境；在风机主机 叶片轮毂处安装有自动对靶装置及测距传感器，以指导单叶片安装机械手1的操 作，在单叶片安装机械手1夹持叶片的两个位置处各安装有一个带有云台的视频摄 像头，对准叶片的风柱和风尖方向各安装有一个带有云台的视频摄像头；在风机主 机叶片轮毂处安装两个可移动的带有云台的视频摄像头，以便于操作人员在线监控 及随时调整机械手的姿态。
整套安装机器人还配有控制***，整机控制室位于机械手的机房内，配置有监 控***，操作人员可就地操作。所有信号通过以太网，传递到远程操作控制台上， 以便于远程操作。控制***设置有三种操作模式：手动、半自动和自动。在全自动 模式下，通过建立运动模型，应用PLC控制程序，采用模型自适应的控制方法， 可实现对***的有效控制。为确保叶片的安全性，机械手的操作有两套独立的控制 ***，一套工作，一套备用。
利用单叶片安装机器人进行海上风电机组叶片安装的具体过程如下：
1、第一支叶片水平安装
1.1、单叶片安装机械手1在0°水平位置把水平搁置于甲板上的第一支叶片夹 持、抱紧，吊机通过主动补偿吊架2把机械手及叶片提升至轮毂安装高度，在0° 位置安装到位。在起吊过程中，补偿油缸锁定，即主动补偿吊架不起作用。在安装 时，由于臂架振动，使叶片与轮毂的高度位置有错位。这时可启动补偿功能，利用 补偿油缸使两者处于同一高度。在对位时，利用自动对靶装置和测距传感器，机械 手可自动感知并通过倾转油缸103和缆风钢丝绳303调整叶片与轮毂之间的相对位 置。
1.2、借助单叶片安装机械手1将第一支叶片由0°顺时针旋转至-60°位置。 叶片在0°时，重心对轮毂的偏心距最大，主机制动器制动力矩不够。随着角度由 0°变化到-60°，偏心距减小，主机制动器才能制动。因此，在这个过程中，单叶 片安装机械手1通过倾转油缸103将叶片角度调整到-60°，并伴随吊点下降。为 保护主机制动器的安全，主动补偿油缸工作，以保证起吊钢丝绳的力为恒定，即机 械手与叶片的重量由起升钢丝绳承受。在-60°位置，机械手夹持油缸泄压、放松， 开合油缸回收，开合臂张开，退出叶片。
1.3、机组带电偏航，第一支叶片自行由-60°顺时针旋转至-120°位置。在这 个过程中，叶片重心的偏心距在-60°及-120°两个极限位置是最大的，而且数值 上相等。
2、第二支叶片水平安装
2.1、单叶片安装机械手1在0°水平位置把水平搁置于甲板上的第二支叶片夹 持、抱紧，吊机通过主动补偿吊架把机械手及叶片提升至轮毂安装高度，在0°位 置安装到位。在起吊过程中，补偿油缸锁定，即主动补偿吊架不起作用。在安装时， 由于臂架振动，使叶片与轮毂的高度位置有错位。这时可启动补偿功能，利用补偿 油缸使两者处于同一高度。在对位时，利用自动对靶装置和测距传感器，机械手可 自动感知并通过倾转油缸103和缆风钢丝绳303调整叶片与轮毂之间的相对位置。
2.2、借助单叶片安装机械手1将第二支叶片由0°逆时针旋转至+30°位置， 同时第一支叶片也跟随轮毂从-120°逆时针旋转至-90°位置。在这个过程中，机 械手通过倾转油缸103将叶片角度调整到+30°，并伴随吊点提高。为保护主机制 动器的安全，主动补偿油缸工作，以保证起吊钢丝绳的力为恒定，即机械手与第二 支叶片的重量由起升钢丝绳承受。主机轮毂仅承受第一支叶片重量引起的力矩。第 一支叶片的重心距在-120°位置最大，当逆时针旋转至-90°时，重心与轮毂中心 在一条垂直线上，因此重力矩为0。当第二支叶片位于+30°位置时，机械手夹持 油缸泄压、放松，开合油缸回收，开合臂张开，退出第二支叶片。此时，主机轮毂 仅受到第二支叶片重力引起的力矩。
2.3、机组带电偏航180°，即主机带动第一支、第二支叶片水平回转180°， 以保证第三支叶片的安装孔回位到右侧，并便于吊机起吊第三支叶片后，仍然从右 侧往左侧安装。这样，风电安装船就可以在无需移位的条件下，一次完成一台风机 的安装。尤其是目前海上风电机组通常采用自升式安装平台进行安装，一旦移位， 平台要收起桩腿并重新插桩，过程繁琐并会花费大量时间。在这个过程中，由于第 一支叶片一直垂直于主机轮毂，因此重力矩为0；第二支叶片相对于轮毂的角度没 有发生改变，即相对于水平线的夹角一直是30°，因此重力矩保持不变。
3、第三支叶片水平安装
3.1、单叶片安装机械手1在0°水平位置把水平搁置于甲板上的第三支叶片夹 持、抱紧，吊机通过主动补偿吊架把机械手及叶片提升至至轮毂安装高度。在起吊 过程中，补偿油缸锁定，即主动补偿吊架不起作用。
3.2、借助单叶片安装机械手1将第三支叶片由0°逆时针旋转至+30°位置， 进行安装。在这个过程中，机械手通过倾转油缸将叶片角度调整到+30°，并伴随 吊点提高。为保护主机制动在安装时，由于臂架振动，使叶片与轮毂的高度位置有 错位。这时可启动补偿功能，利用补偿油缸使两者处于同一高度。在对位时，利用 自动对靶装置和测距传感器，机械手可自动感知并通过倾转油缸和缆风钢丝绳调整 叶片与轮毂之间的相对位置。
3.3、第三支叶片安装完毕后，机械手夹持油缸泄压、放松，开合油缸回收， 开合臂张开，退出第三支叶片。所有叶片安装完成。
当海上风电机组的叶片在运维中需要拆卸时，应按照安装顺序的反向操作把 需要维修、更换的叶片拆下。

Claims (10)

1.一种海上风电机组单叶片安装机器人，其特征在于，包含一个可自动调整姿态的单叶片安装机械手(1)、一个带有主动补偿功能的吊架(2)、安装于吊机臂架(53)根部的两套智能缆风***(3)，所述的单叶片安装机械手(1)通过吊架(2)连接在吊机臂架(53)上，所述的智能缆风***(3)连接单叶片安装机械手(1)，单叶片安装机械手(1)抓取待安装风机叶片(41)，安装在风电机组上。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电机组单叶片安装机器人，其特征在于，所述的单叶片安装机械手(1)包括横梁(101)、吊臂(102)、倾转油缸(103)、机房(104)、配重(107)、至少两个夹持组件，所述的吊臂(102)一端通过下铰点与横梁(101)连接，另一端连接所述吊架(2)，所述的倾转油缸(103)连接吊臂(102)，并驱动吊臂(102)绕其下铰点摆动，所述的横梁(101)上安装有配重(107)及机房(104)，所述的横梁(101)上设有至少两个夹持组件，每个夹持组件均包括一C型架(112)，C型架(112)内设有上夹持油缸(109)和下夹持油缸(110)各四个，各夹持油缸抱紧或释放风机叶片(41)，以减小作用于叶片表面的集中力，避免叶片损坏。
3.根据权利要求2所述的一种海上风电机组单叶片安装机器人，其特征在于，所述的上夹持油缸(109)设置在上夹持臂(108)上，上夹持臂(108)连接开合臂(106)，开合臂(106)连接开合油缸(105)，开合油缸(105)驱动开合臂(106)伸出或缩进，从而驱动上夹持臂(108)带动上夹持油缸(109)夹紧或松开风机叶片(41)，使风机叶片(41)自由进出C型架(112)。
4.根据权利要求2所述的一种海上风电机组单叶片安装机器人，其特征在于，所述的吊架(2)包括上支架(202)和下支架(204)，以及安装在上支架(202)和下支架(204)之间的三个补偿油缸(203)，所述的上支架(202)上方通过卸扣(201)与吊机臂架(53)上的吊钩钢丝绳连接，所述的下支架(204)上设有连接销轴(205)与单叶片安装机械手(1)的吊臂(102)连接。
5.根据权利要求4所述的一种海上风电机组单叶片安装机器人，其特征在于，所述的三个补偿油缸(203)上方通过上连接轴(206)连接上支架(202)，下方通过下连接轴(207)连接下支架(204)。
6.根据权利要求2所述的一种海上风电机组单叶片安装机器人，其特征在于，所述的智能缆风***(3)包括安装在上部支架(306)上的电机(301)、减速箱(302)、缆风钢丝绳(303)和卷筒(304)，所述的电机(301)依次连接减速箱(302)和卷筒(304)，所述的缆风钢丝绳(303)缠绕在所述卷筒(304)上，缆风钢丝绳(303)的自由端连接单叶片安装机械手(1)的横梁(101)两端，所述的上部支架(306)与下部支架(307)连接并固定于吊机臂架(53)上。
7.根据权利要求6所述的一种海上风电机组单叶片安装机器人，其特征在于，所述的电机(301)自带编码器和超速开关，所述的卷筒(304)的输出轴上安装有编码器及限位开关(305)，所述的吊机臂架(53)上设有缆风滑轮(310)，所述的缆风钢丝绳(303)的自由端绕过缆风滑轮(310)后连接横梁(101)两端。
8.根据权利要求7所述的一种海上风电机组单叶片安装机器人，其特征在于，所述的单叶片安装机械手(1)夹持风机叶片(41)成为一个整体，该整体的合成重心与吊臂(102)上绞点的连线为一条垂直线，倾转油缸(103)推动吊臂(102)绕其下铰点的转动，可实现单叶片安装机械手(1)夹持风机叶片(41)绕Y轴转动；两根缆风钢丝绳(303)同时收放，可实现单叶片安装机械手(1)夹持风机叶片(41)绕X轴转动；两根缆风钢丝绳(303)分别收放，可实现单叶片安装机械手(1)夹持风机叶片(41)绕Z轴转动。
9.根据权利要求6所述的一种海上风电机组单叶片安装机器人，其特征在于，整套安装机器人配有两套独立的动力***，一套工作，一套备用，且每套动力***均设有应急用锂电池，锂电池位于单叶片安装机械手(1)的机房(104)内，两套动力***的上机电缆(703)分别从吊机机房引出，沿吊机臂架(53)布线与位于缆风滑轮(310)附近的两个电缆卷筒(702)连接，电缆卷筒(702)引出的电缆(701)与单叶片安装机械手(1)内的两路供电线连接，送电到机房(104)，电缆卷筒(702)的储绳量保证电缆(701)跟随机械手在任意高度进行操作；
所述的机房(104)内还配有监控***，所有信号通过以太网，传递到远程操作控制台上，以便于远程操作。
10.根据权利要求1所述的一种海上风电机组单叶片安装机器人，其特征在于，所述的单叶片安装机械手(1)上配备有三个姿态传感器、一个高度传感器、一个GPS以确定其空中位置及姿态，一个风力传感器以确定其操作环境；在风机主机叶片轮毂处安装有自动对靶装置及测距传感器，以指导单叶片安装机械手(1)的操作，在单叶片安装机械手(1)夹持叶片的两个位置处各安装有一个带有云台的视频摄像头，对准叶片的风柱和风尖方向各安装有一个带有云台的视频摄像头；在风机主机叶片轮毂处安装两个可移动的带有云台的视频摄像头，以便于操作人员在线监控及随时调整机械手的姿态。
CN201910060323.2A 2019-01-22 2019-01-22 一种海上风电机组单叶片安装机器人 Pending CN111453629A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910060323.2A CN111453629A (zh) 2019-01-22 2019-01-22 一种海上风电机组单叶片安装机器人

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910060323.2A CN111453629A (zh) 2019-01-22 2019-01-22 一种海上风电机组单叶片安装机器人

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111453629A true CN111453629A (zh) 2020-07-28

Family

ID=71674398

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910060323.2A Pending CN111453629A (zh) 2019-01-22 2019-01-22 一种海上风电机组单叶片安装机器人

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111453629A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111997839A (zh) * 2020-09-09 2020-11-27 贵州工程应用技术学院 一种高可靠性保证风力发电机叶片转轴安装精度的装置
CN112010167A (zh) * 2020-08-26 2020-12-01 福建金风科技有限公司 叶片吊具的控制方法及***
CN112283018A (zh) * 2020-10-22 2021-01-29 中交第一航务工程局有限公司 三维可调的轮毂叶片组装平台及其叶片安装方法
CN113982848A (zh) * 2021-10-20 2022-01-28 广东精铟海洋工程股份有限公司 一种海上风力发电机单叶片的安装方法
CN116201693A (zh) * 2023-04-23 2023-06-02 上海海事大学 一种自航自升式风机安装船及安装方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101334339B1 (ko) * 2012-06-19 2013-11-28 삼성중공업 주식회사 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치
CN103738840A (zh) * 2014-01-24 2014-04-23 江苏金风科技有限公司 风力发电机组单叶片垂直安装吊具及其安装方法
CN203715069U (zh) * 2014-01-24 2014-07-16 江苏金风科技有限公司 风力发电机组单叶片垂直安装吊具
CN206429352U (zh) * 2016-12-26 2017-08-22 中交第三航务工程局有限公司宁波分公司 一种风机叶片抱合装置
CN209468060U (zh) * 2019-01-22 2019-10-08 上海澳傅旭海洋装备技术有限公司 海上风电机组单叶片安装机器人

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101334339B1 (ko) * 2012-06-19 2013-11-28 삼성중공업 주식회사 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치
CN103738840A (zh) * 2014-01-24 2014-04-23 江苏金风科技有限公司 风力发电机组单叶片垂直安装吊具及其安装方法
CN203715069U (zh) * 2014-01-24 2014-07-16 江苏金风科技有限公司 风力发电机组单叶片垂直安装吊具
CN206429352U (zh) * 2016-12-26 2017-08-22 中交第三航务工程局有限公司宁波分公司 一种风机叶片抱合装置
CN209468060U (zh) * 2019-01-22 2019-10-08 上海澳傅旭海洋装备技术有限公司 海上风电机组单叶片安装机器人

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112010167A (zh) * 2020-08-26 2020-12-01 福建金风科技有限公司 叶片吊具的控制方法及***
CN111997839A (zh) * 2020-09-09 2020-11-27 贵州工程应用技术学院 一种高可靠性保证风力发电机叶片转轴安装精度的装置
CN111997839B (zh) * 2020-09-09 2021-07-13 贵州工程应用技术学院 一种高可靠性保证风力发电机叶片转轴安装精度的装置
CN112283018A (zh) * 2020-10-22 2021-01-29 中交第一航务工程局有限公司 三维可调的轮毂叶片组装平台及其叶片安装方法
CN113982848A (zh) * 2021-10-20 2022-01-28 广东精铟海洋工程股份有限公司 一种海上风力发电机单叶片的安装方法
CN116201693A (zh) * 2023-04-23 2023-06-02 上海海事大学 一种自航自升式风机安装船及安装方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111453629A (zh) 一种海上风电机组单叶片安装机器人
CN209468060U (zh) 海上风电机组单叶片安装机器人
EP2832988A1 (en) Method and apparatus for handling a rotor blade
DK2956400T3 (en) Apparatus and method for installing a wind turbine rotor blade
US8360398B2 (en) Device for handling a wind turbine rotor blade and a method for handling wind turbine rotor blades
DK2507514T3 (en) Wind energy system with hoisting device
AU2018254830B2 (en) A wind turbine system
CN112523963B (zh) 一种海上风电机组的安装工艺
WO2013093614A1 (en) Device and method for assembling a structure at sea
CN113003401A (zh) 一种全回转式单叶片多功能吊具
US20240018939A1 (en) Device and Method for Mounting a Wind Turbine Component on a Wind Turbine Tower
CN114233577B (zh) 一种可升降风力发电装置
US20240133364A1 (en) Method and blade installation device for installing a blade of an offshore wind turbine
US20230258157A1 (en) Device and Method for Placing a Component of a Wind Turbine
WO2014097254A1 (en) Device and method for placing a structural component
WO2021219185A1 (en) A wind turbine blade installation method
CN106246474A (zh) 一种叶片对接调节装置
CN115783182B (zh) 利用风电安装船进行风机运输及安装的一体化施工方法
CN112249874A (zh) 一种陆上风力发电机组分体式吊装方法
GB2577643A (en) Method for assembling a wind turbine and a wind turbine system
CN217201795U (zh) 一种风电机机组用机舱模块化吊机
CN113982848B (zh) 一种海上风力发电机单叶片的安装方法
KR20230171890A (ko) 선박용 크레인 및 상기 크레인을 구비하는 선박
CN115143040A (zh) 一种大兆瓦风机叶片吊装工艺
CN116729566A (zh) 一种海上风电超长叶片在平台船的过驳方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination