会员体验
专利管家(专利管理)
工作空间(专利管理)
风险监控(情报监控)
数据分析(专利分析)
侵权分析(诉讼无效)
联系我们
交流群
官方交流:
QQ群: 891211   
微信请扫码    >>>
现在联系顾问~
首页 / 专利分类库 / 卷扬;提升;牵引 / 将水平定向的转子叶片安装到位于海上的水平轴线海上风力涡轮机的叶毂

平定向的转子叶片安装到位于海上的水平轴线海上涡轮机的叶毂

申请号 CN202280058404.9 申请日 2022-07-08 公开(公告)号 CN117916462A 公开(公告)日 2024-04-19
申请人 伊特里克公司; 发明人 D·B·维伊宁; D·鲁登伯格;
摘要 在将 水 平定向的 转子 叶片 安装到水平轴线海上 风 力 涡轮 机的叶毂时,使用叶片运动同步和 定位 装置,该装置包括 风力 涡轮机 联接器、叶片联接器、风力涡轮机联接器和叶片联接器之间的运动臂以及可控运动臂 致动器 组件。方法包括将叶片联接器带到并保持在 运动补偿 接收 位置 ,其中操作臂以补偿海况和/或风引起的塔顶运动。在接收位置,联接器联接到悬挂在 起重机 上的叶片。然后操作致动器组件,以使联接的叶片逐渐进入与塔顶运动同步的水平运动,然后保持该水平运动,并且将联接的叶片根部移动到预安装位置。然后执行安装运动,其中叶片根部移动到安装位置并且叶片根部通过 紧 固件 紧固到安装结构。
权利要求

1.一种将平定向的转子叶片(8)安装到位于海上的水平轴线海上涡轮机的叶毂(4)的方法,
其中所述海上风力涡轮机包括:
‑底座,
‑塔(2),其安装在所述底座上并且具有塔顶,
机舱(3),其在所述塔顶上,所述机舱设置有具有多个叶片安装结构(5a、5b、5c)的水平轴线叶毂(4),每个叶片安装结构配置为用于将转子叶片(6、7、8)稳固到其上,其中使用设置有起重机船舶,所述起重机具有悬挂在起重机的一个或更多个绞盘驱动的缆绳上的载荷连接器,
其中,附接到载荷连接器的叶片提升工具(20)与处于水平定向的转子叶片接合,所述转子叶片具有叶片主体,所述叶片主体具有叶片根部(8a)、叶片尖端、长度和转子叶片质量,其中所述叶片根部具有外部并且配置为借助于一个或更多个固件(10)在叶片根部的安装位置稳固到海上风力涡轮机的叶毂的叶片安装结构,
其中,操作起重机以在将转子叶片(8)保持在水平定向上的同时,将转子叶片(8)提升到与海上风力涡轮机的叶片安装结构(5c)基本上齐平的高度,
其中使用叶片运动同步和定位装置(30;230),所述装置包括:
‑风力涡轮机联接器(31;231),其配置为将装置(30)能够脱离地联接到风力涡轮机,‑叶片联接器,例如叶片根部联接器(32;232),所述叶片联接器配置为联接到叶片根部(8a)的外部,
‑运动臂(40;240),其在风力涡轮机联接器(31;231)和叶片联接器(32;232)之间,‑能够控制的运动臂致动器组件,其包括控制器(60)和与运动臂相关联的一个或更多个致动器(50、51、52;241、250、251、252),组件(50、51、52、60)配置为提供运动臂(40;240)的受控运动,
其中,风力涡轮机联接器(31;231)联接到风力涡轮机,
其中,塔顶在水平面中的至少一个方向上受到海况和/或风引起的塔顶运动的影响,其中,所述方法包括:
‑操作能够控制的运动臂致动器组件(50、51、52、60;241、250、251、252),以将叶片联接器(32;232)带到并保持在其运动补偿接收位置,其中运动臂(40;240)被操作以补偿塔顶运动,
‑将位于所述接收位置的叶片联接器(32;232)联接到悬挂在起重机上的转子叶片(8),例如转子叶片的叶片根部(8a),所述转子叶片(8)与风力涡轮机的叶毂(4)的叶片安装结构(5c)基本上齐平,
‑在叶片联接器(32;232)联接到叶片的情况下–操作能够控制的运动臂致动器组件,以逐渐使联接的叶片(8),例如叶片根部(8a),处于与塔顶运动同步的水平运动,然后保持所述水平运动,
‑可能与所述同步同时,操作能够控制的运动臂致动器组件,以将联接的叶片的叶片根部(8a)移动到预安装位置(pm),所述预安装位置比接收位置更靠近叶片安装结构(5c),‑操作能够控制的运动臂致动器组件以执行安装运动,其中叶片根部(8a)从预安装位置(pm)移动到安装位置,并且在通过一个或更多个紧固件(10)将叶片根部紧固到安装结构的过程中使叶片根部保持在安装位置。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,运动臂(40)配置为仅在两个不平行的水平方向上提供运动。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,运动臂(40;240)是具有多个互连臂节段的铰接运动臂,所述互连臂节段包括连接到风力涡轮机联接器(31;231)的内臂节段(41;248)和承载叶片联接器(32;232)的外臂节段(42;249),可能还有一个或更多个中间臂节段,其中这些臂节段经由Z轴铰链(44;253)彼此连接,例如仅在两个不平行的水平方向上提供运动。
4.根据权利要求1,例如也根据权利要求3所述的方法,其中,运动臂(240),例如运动臂(240)的内臂节段,包括能够控制地致动的平行四边形机构(248),所述平行四边形机构配置为通过操作所述机构来提供竖直方向上的运动,例如所述机构形成运动臂的内臂节段并且相对于风力涡轮机联接器围绕竖直轴线枢转。
5.根据权利要求1,例如也根据权利要求3或4所述的方法,其中,运动臂(240)的外臂节段包括安装有叶片联接器(232)的X‑Y或X‑Y‑θ载台(249),所述X‑Y或X‑Y‑θ载台配置为提供叶片联接器(232)在X方向和Y方向上的独立能够控制的运动,并且可能还提供围绕Z轴(253)的旋转。
6.根据权利要求1‑5中任一项或更多项所述的方法,其中,叶片联接器(32;232)承载在运动臂(40)上,例如外臂节段上,例如X‑Y或X‑Y‑θ载台上,以相对于运动臂至少围绕Z轴旋转体枢轴(45;253)枢转,例如自由枢转,或者所述叶片联接器(32;232)设置有阻尼装置,从而允许悬挂在起重机上的转子叶片(8)在联接到叶片联接器时围绕Z轴旋转体(45)摆动。
7.根据权利要求1‑6中任一项或更多项所述的方法,其中,所述叶片根部联接器是配置为围绕叶片根部(8a)夹持的能够打开的夹具(30;230),所述夹具具有例如经由权利要求4的Z轴旋转体枢轴(45)连接到运动臂的夹具基座(32b),并且所述夹具具有一个或更多个枢转夹具爪部(32c),例如在夹具基座(32b)的每个周向端部处有一个枢转夹具爪部(32c),其中所述方法包括打开所述夹具,以使联接叶片根部包括将叶片根部放置在夹具基座上,然后通过致动一个或更多个枢转夹具爪部(32c)来闭合夹具。
8.根据权利要求1‑7中任一项或更多项所述的方法,其中,运动臂(240)定尺寸为并且配置为使得其大致能够将叶片联接器(232)从机舱(203)的一侧移动到机舱的相反侧。
9.根据权利要求1‑8中任一项或更多项所述的方法,其中,在将联接的叶片(8)的叶片根部(8a)移动到预安装位置之前实现所述同步。
10.根据权利要求1‑9中任一项或更多项所述的方法,其中,至少部分地与将联接的叶片(8)的叶片根部(8a)移到到预安装位置的同时实现所述同步。
11.根据权利要求1‑10中任一项或更多项所述的方法,其中,所述方法包括验证步骤,所述验证步骤在叶片根部(8a)处于预安装位置(pm)并且在开始安装运动之前执行,所述验证步骤包括验证叶片根部与安装结构(5c)的同步和/或对准。
12.根据权利要求1‑11中任一项或更多项所述的方法,其中,所述起重机具有吊臂,并且其中所述起重机设置有载荷连接器主动位置控制系统,所述载荷连接器主动位置控制系统配置和操作为主动控制载荷连接器在至少一个水平方向上,优选地在两个不平行的水平方向上相对于吊臂的位置,其中所述方法包括当叶片联接器联接到叶片根部(8a)的外部时,与叶片联接器,例如与叶片根部联接器(32)同步地操作所述载荷连接器主动位置控制系统。
13.根据权利要求1‑12中任一项或更多项所述的方法,其中,叶片提升工具(20)包括附接到起重机的载荷连接器的框架(21),其中所述叶片提升工具包括相对于所述框架能够移动地安装的叶片抓持组件(22),例如至少在一个水平方向上,例如沿着由叶片抓持组件(22)抓持的转子叶片的长度,优选地在两个不平行的水平方向上相对于所述框架(21)能够移动,并且其中所述叶片提升工具包括所述框架和叶片抓持组件之间的能够控制的运动致动器装置(23)。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,所述方法包括在叶片联接器(32)联接到叶片(8)时,操作能够控制的运动致动器装置(23),以与叶片联接器(32)同步地相对于框架(21)移动叶片抓持组件(22)。
15.根据权利要求13或14所述的方法,其中,叶片提升工具(20)包括主动COG平衡系统,所述主动COG平衡系统具有相对于框架(21)能够移动地安装的配重并且受控运动致动器装置(23)布置在所述框架和所述配重之间,其中所述方法包括相对于所述框架移动所述配重,以在叶片抓持组件(22)和由此抓持的叶片(8)相对于框架(21)移动时使叶片质量和提升工具的共同重心保持稳定在水平面中。
16.根据权利要求1‑15中任一项或更多项所述的方法,其中,使用测量叶片根部(8a)相对于安装结构(5c)的距离和/或位置和/或度定向的一个或更多个传感器,例如,所述一个或更多个传感器关联到能够控制的运动臂致动器组件(50、51、52、60)的控制器,并且/或者在存在的情况下关联到载荷连接器主动位置控制系统,并且/或者在存在的情况下关联到使叶片抓持组件(22)相对于框架(21)移动的能够控制的运动致动器装置(23)。
17.根据权利要求1‑16中任一项或更多项所述的方法,其中,所述方法包括使用控制单元来控制运动臂(40),例如所述控制单元由机舱(3)中的人工操作员操作。
18.根据权利要求1‑17中任一项或更多项所述的方法,其中,在完成将转子叶片(8)紧固到海上风力涡轮机的叶毂(4)的安装结构(5c)之后,叶片联接器,例如叶片根部联接器(32)从叶片根部(8a)脱离,然后运动臂(40)操作为移动到在完成叶毂的旋转期间为所安装的转子叶片(8)提供间隙的缩回配置,以使安装结构(5a、5b、5c)的另一个(5a、5b)就位,用于将另一个转子叶片(6、7)安装到海上风力涡轮机。
19.根据权利要求1‑18中任一项或更多项所述的方法,其中,所述方法包括紧急远离程序,其中运动臂(40)操作为例如在动力和/或控制信号异常的情况下和/或在风况和/或海况异常的情况下,使叶片根部(8a)快速远离机舱。
20.一种叶片运动同步和定位装置(30;230),其配置为用于将水平定向的转子叶片(8)安装到位于海上且具有带塔顶的塔(2)的水平轴线海上风力涡轮机的叶毂(4)的安装结构(5c),例如根据权利要求1至19中任一项或更多项所述的方法的安装,
所述装置(30;230)包括:
‑风力涡轮机联接器(31;231),其配置为将装置(30;230)能够脱离地联接到风力涡轮机,
‑叶片联接器,例如叶片根部联接器(32;232),所述叶片联接器配置为联接到转子叶片(8)的叶片根部(8a)的外部,
‑运动臂(40;240),其在风力涡轮机联接器(31;231)和叶片联接器(32;232)之间,‑能够控制的运动臂致动器组件,其包括控制器(60)和与运动臂(40;240)相关联的一个或更多个致动器(50、51、52;241、250、251、252),所述组件配置为提供运动臂的受控运动,
其中:
‑能够控制的运动臂致动器组件(50、51、52、60;241、250、251、252)配置为且操作为将叶片联接器(32;232)带到并保持在其运动补偿接收位置,其中所述运动臂补偿水平面中的至少一个方向上的海况和/或风引起的塔顶运动,
‑叶片联接器(32;232)配置为且操作为在其所述接收位置联接到悬挂在起重机上的转子叶片(8),例如联接到转子叶片的叶片根部(8a),所述转子叶片(8)与风力涡轮机的叶毂(4)的安装结构(5c)基本上齐平,
‑在叶片联接器(32;232)联接到叶片(8)的情况下–操作能够控制的运动臂致动器组件,以逐渐使联接的叶片(8),例如叶片的叶片根部(8a),处于与所述塔顶运动同步的水平运动,然后保持所述水平运动,
‑可能与所述同步同时,操作能够控制的运动臂致动器组件(50、51、52、60;241、250、
251、252),以将联接的叶片根部(8a)移动到预安装位置(pm),所述预安装位置比接收位置更靠近安装结构(5c),
‑操作能够控制的运动臂致动器组件以执行安装运动,其中叶片根部(8a)从预安装位置(pm)移动到安装位置,并且在通过一个或更多个紧固件,例如螺栓(10)和螺母,将叶片根部(8a)紧固到安装结构(5c)的过程中使叶片根部保持在安装位置。
21.根据权利要求20所述的装置(30),其中,运动臂(40)配置为仅在两个不平行的水平方向上提供运动。
22.根据权利要求20或21所述的装置(30),其中,运动臂(40;240)是具有多个互连臂节段的铰接运动臂,所述互连臂节段包括连接到塔联接器的内臂节段(41;248)和承载叶片联接器(32;232)的外臂节段(42;249),可能还有一个或更多个中间臂节段,其中这些臂节段经由z轴铰链(44)彼此连接,例如仅在两个不平行的水平方向上提供运动。
23.根据权利要求20,例如也根据权利要求22所述的装置,其中,运动臂(240),例如运动臂(240)的内臂节段,包括能够控制地致动的平行四边形机构(248),所述平行四边形机构配置为通过操作所述机构来提供竖直方向上的运动,例如所述机构形成运动臂的内臂节段并且相对于风力涡轮机联接器围绕竖直轴线枢转。
24.根据权利要求20,例如也根据权利要求22或23所述的装置,其中,运动臂(240)的外臂节段包括安装有叶片联接器(232)的X‑Y或X‑Y‑θ载台(249),所述X‑Y或X‑Y‑θ载台配置为提供叶片联接器(232)在X方向和Y方向上的独立能够控制的运动,并且可能还提供围绕Z轴的旋转。
25.根据权利要求20‑24中任一项或更多项所述的装置,其中,叶片联接器(32;232)承载在运动臂(40;240)上,例如外臂节段上,例如X‑Y或X‑Y‑θ载台上,以相对于运动臂至少围绕Z轴旋转体枢轴(45)枢转,例如自由枢转,或者所述叶片联接器(32;232)设置有阻尼装置,从而允许悬挂在起重机上的转子叶片(8)在联接到叶片联接器时围绕Z轴旋转体(45)摆动。
26.根据权利要求20‑25中任一项或更多项所述的装置(30),其中,叶片联接器(32;
232)是配置为围绕叶片(8)的叶片根部(8a)夹持的能够打开的夹具,所述夹具具有例如经由权利要求20的Z轴旋转体(45)连接到运动臂(40)的夹具基座(32b),并且所述夹具具有一个或更多个枢转夹具爪部(32c),例如在夹具基座(32b)的每个周向端部处有一个枢转夹具爪部(32c),其中叶片联接器(32)配置为打开所述夹具,以使联接叶片根部(8a)包括将叶片根部(8a)放置在夹具基座(32b)上,然后通过致动一个或更多个枢转夹具爪部(32c)来闭合夹具。
27.根据权利要求20‑26中任一项或更多项所述的装置(30),其中,装置(30;230)包括一个或更多个传感器,所述一个或更多个传感器配置为测量叶片联接器(32;232)和/或联接的叶片根部(8a)相对于安装结构(5c)的距离和/或位置和/或角度定向,例如,所述一个或更多个传感器关联到能够控制的运动臂致动器组件(50、51、52、60;241、250、251、252)的控制器(60)。
28.根据权利要求20‑27中任一项或更多项所述的装置,其中,装置(30;230)包括用于控制运动臂(40)的控制单元,所述控制单元由机舱(3)中的人工操作员操作。
29.一种将水平定向的转子叶片(8)安装到位于海上的水平轴线海上风力涡轮机的叶毂(4)的安装结构(5c)的系统,例如根据权利要求1‑19中任一项或更多项所述的方法,其中所述系统包括:
‑根据权利要求20‑28中任一项或更多项所述的叶片运动同步和定位装置(30),‑设置有起重机的船舶,所述起重机具有悬挂在起重机的一个或更多个绞盘驱动的缆绳上的载荷连接器,
‑叶片提升工具(20),其附接到或能够附接到载荷连接器并且配置为与处于其水平定向的转子叶片(8)接合,所述转子叶片(8)具有叶片主体,所述叶片主体具有叶片根部(8a)、叶片尖端、长度和转子叶片质量,其中所述叶片根部(8a)具有外部并且配置为借助于一个或更多个紧固件(10)在叶片根部(8a)的安装位置稳固到海上风力涡轮机的叶毂(4)的叶片安装结构(5c),
其中,所述起重机配置为在将转子叶片(8)保持在水平定向上的同时,将转子叶片(8)提升到与海上风力涡轮机的叶片安装结构(5c)基本上齐平的高度。
30.根据权利要求29所述的系统,其中,所述起重机具有吊臂,并且其中所述起重机设置有载荷连接器主动位置控制系统,所述载荷连接器主动位置控制系统配置和操作为主动控制载荷连接器在至少一个水平方向上,优选地在两个不平行的水平方向上相对于吊臂的位置,其中所述系统配置为当叶片联接器(32)联接到叶片(8)时,与叶片联接器(32)同步地操作所述载荷连接器主动位置控制系统。
31.根据权利要求29或30所述的系统,其中,叶片提升工具(20)包括附接到起重机的载荷连接器的框架(21),其中叶片提升工具(20)包括相对于框架(21)能够移动地安装的叶片抓持组件(22),例如至少在一个水平方向上,例如沿着由叶片抓持组件(22)抓持的转子叶片(8)的长度,优选地在两个不平行的水平方向上相对于所述框架能够移动,并且其中所述叶片提升工具包括框架(21)和叶片抓持组件(22)之间的能够控制的运动致动器装置(23)。
32.根据权利要求31所述的系统,其中,所述系统配置为在叶片联接器(32)联接到叶片(8)时,操作能够控制的运动致动器装置(23),以与叶片联接器(32)同步地相对于框架(21)移动叶片抓持组件(22)。
33.根据权利要求31或32所述的系统,其中,叶片提升工具(20)包括主动COG平衡系统,所述主动COG平衡系统具有相对于框架(21)能够移动地安装的配重并且受控运动致动器装置(23)布置在框架(21)和所述配重之间,其中所述系统配置为相对于所述框架移动所述配重,以在叶片抓持组件(22)和由此抓持的叶片(8)相对于框架移动时使叶片质量和提升工具(20)的共同重心保持稳定在水平面中。
34.根据权利要求29‑33中任一项或更多项所述的系统,其中,所述系统包括一个或更多个传感器,所述一个或更多个传感器配置为测量叶片联接器(32;232)和/或叶片根部(8a)相对于安装结构(5c)的距离和/或位置和/或角度定向,例如,所述一个或更多个传感器关联到能够控制的运动臂致动器组件(50、51、52、60;241、250、251、252)的控制器(60),并且/或者在存在的情况下关联到载荷连接器主动位置控制系统,并且/或者在存在的情况下关联到使叶片抓持组件(22)相对于框架(21)移动的能够控制的运动致动器装置(23)。
35.根据权利要求29‑34中任一项或更多项所述的系统,其中,运动臂(40;240)配置为使得在完成将转子叶片(8)紧固到海上风力涡轮机的叶毂(4)的安装结构(5c)并且使叶片联接器(32)从叶片(8)脱离之后,运动臂(40)操作为移动到在完成叶毂(4)的旋转期间为所安装的转子叶片(8)提供间隙的缩回配置,以使安装结构(5a、5b、5c)的另一个(5a、5b)就位,用于将另一个转子叶片(6、7)安装到海上风力涡轮机。
36.根据权利要求29‑35中任一项或更多项所述的系统,其中,所述系统配置为执行紧急远离程序,其中运动臂(40;240)操作为例如在动力和/或控制信号异常的情况下和/或在风况和/或海况异常的情况下,使叶片根部(8a)快速远离机舱(3)。

说明书全文

平定向的转子叶片安装到位于海上的水平轴线海上

涡轮机的叶毂

技术领域

[0001] 本发明涉及将水平定向的转子叶片安装到海上风力涡轮机的叶毂。

背景技术

[0002] 在海上风电场领域中,众所周知的海上风力涡轮机具有固定到海床的底座,例如单体桩柱、具有塔顶的塔(可能具有中间过渡件)以及塔顶上的机舱。机舱具有叶毂(其具有水平轴线),所述叶毂具有用于转子叶片的多个安装结构。每个安装结构通常设置有用于转子叶片的变桨轴承和变桨调节装置。
[0003] 转子叶片通常普遍由复合材料制成并且具有叶片主体,所述叶片主体具有叶片根部、叶片尖端、根部和尖端之间的长度以及质量
[0004] 在这种转子叶片的常见设计中,叶片根部配置为借助于一个或更多个固件在叶片根部的安装位置稳固到海上风力涡轮机的叶毂的叶片安装结构。一种众所周知的实施方案是提供一系列轴向螺栓,这些螺栓从中空的叶片根部的尾面突出,例如呈所谓的T形螺栓的形式。叶毂的安装结构设置有圆形凸缘,所述圆形凸缘设置有配合的一系列螺栓孔。一旦穿过这些螺栓孔插入螺栓,就将螺母装配在螺栓上,以将叶片根部紧固到叶毂。
[0005] 海上风力涡轮机的尺寸多年来稳步增加,主要是考虑到经济高效的能源生产。因此,具有超过10MW,例如14MW或最近15MW的功率的风力涡轮机现在可以在商业上获得。这些风力涡轮机具有非常大的转子叶片,例如长度超过75米,或者甚至超过100米。例如,新提出的维斯塔斯(Vestas)15V236涡轮机的每个叶片测出有长115.5米,总高度为海拔261米。西子歌美飒(Gamesa)的SG 14‑222DD直驱涡轮机的叶片长度为108米。这种市场发展进一步增加了对于将转子叶片安装到海上风力涡轮机的需求。在这种叶片中,叶片根部的直径可以超过5米。单个叶片的质量可以远远超过50吨。
[0006] 在目前将转子叶片安装在海上风力涡轮机上的方法中,借助于位于叶片待安装到的风力涡轮机旁边的船舶上的起重机来提升叶片是相当常见的。起重机具有悬挂在起重机的一个或更多个绞盘驱动缆绳上的载荷连接器。叶片提升工具附接到载荷连接器并且与处于水平定向的转子叶片接合。操作起重机以在将转子叶片保持在水平定向上的同时,将转子叶片提升到与海上风力涡轮机的叶片安装结构基本上齐平的高度,所述叶片安装结构定位在所谓的三点钟或九点钟位置。然后操作起重机以(缓慢地)使转子叶片更靠近叶毂的安装结构,通常借助于牵引丝和相关联的牵引绞盘进行辅助来稳定和对准叶片,从而可以将螺栓引入螺栓孔中。
[0007] 值得注意的是,随着转子叶片的尺寸和质量的增加,所谓的六点钟安装变得更加困难,这是因为很难将叶片保持在这样的位置。
[0008] 使叶片根部上的所有螺栓与安装结构的螺栓孔相配合是困难的,并且随着上面讨论的发展变得更加困难。这里的主要因素是安装结构和叶片根部之间存在相对运动。
[0009] 这一因素以及螺栓与螺栓孔相配合的问题例如在Verma等人于2019年在《海洋科学与应用杂志》中的文章“风浪错位对风力涡轮机叶片配合过程的影响:冲击速度、叶片根部损伤和结构安全评估(Effects of Wind‑Wave Misalignment on aWind Turbine Blade Mating Process:Impact Velocities,Blade Root Damages and Structural Safety Assessment)”,https://doi.org/10.1007/s11804‑020‑00141‑7中进行了讨论。
[0010] 在这篇文章中,描述了叶毂受到海况引起的运动的影响,例如波浪冲撞单体桩柱。转子叶片显然受到风引起的运动的影响,在实践中也可能发生起重机引起的运动(例如吊臂的振动)。相对运动可能是一个或更多个螺栓与叶毂或机舱的其它部件之间不期望的撞击或碰撞的来源。这可能是正面撞击或侧面撞击,或其组合。这种撞击可能导致叶片根部的损坏,甚至是隐藏的损坏,例如层压复合材料的(最小)裂纹,和/或一个或更多个螺栓的损坏等。
[0011] 文章讨论了在海上实践中,风向和波浪方向可能相同,但也可能彼此不同。后者被称为风浪错位。如所讨论的,在两种情况下,撞击速度都可能导致撞击时发生不当损坏。文章示出了曲线图,其中针对波浪和风之间的不同度描绘了水平或XY平面上的周期性叶毂运动。由于波浪冲撞底座,周期性叶毂运动的振幅可能大约为1米。同时,悬挂的叶片受到其自身周期性运动的影响,因此在配合过程中存在显著的相对运动。
[0012] 海况引起的周期性叶毂运动显然不仅在叶片安装期间的配合过程中发挥作用,而且还将在风力涡轮机的使用寿命期间持续存在。然后,运动例如可以在叶毂的轴承布置上引起额外的载荷和/或在涡轮机的其它部件上引起额外的载荷。已经提出为风力涡轮机配备所谓的振动控制装置。例如,在Patel等人于2019年在经济与工程展望(Economic and Engineering Perspectives)中的文章“海上风力涡轮机的有效最优振动控制方法(Effective Optimal Vibration Control Methods for Offshore Wind Turbines)”,hal‑01970664中,讨论了为风力涡轮机设置被动或主动调谐质量阻尼器。这些阻尼器例如布置在塔中或机舱中。在该领域,已经研究了使用调谐质量阻尼器来减少叶片根部螺栓与叶毂的安装结构的螺栓孔配合过程中的相对运动,并且发现会带来一些缓解。
[0013] 在EP3792211中,讨论了将水平定向的转子叶片安装到位于海上的水平轴线海上风力涡轮机的叶毂。这里使用的是设置有起重机的船舶,所述起重机具有悬挂在起重机的一个或更多个绞盘驱动缆绳上的载荷连接器。叶片提升工具附接到载荷连接器并且与处于水平定向的转子叶片接合。操作起重机以在将转子叶片保持在水平定向上的同时,将转子叶片提升到与海上风力涡轮机的叶片安装结构基本上齐平的高度。然后将叶片根部靠近叶毂,以使螺栓穿过螺栓孔,并且装配螺母以稳固叶片。
[0014] 在EP2538073中,提出了在叶片安装之前在风力涡轮机上临时设置叶片引导装置。当叶片由叶片提升工具抓持时,水平定向的转子叶片由起重机提升。通过起重机的操作,叶片根部靠近安装结构,并且叶片根部的外部与叶片引导装置形成接触。例如,叶片引导装置具有与叶片根部接触的滚子。然后,起重机的进一步操作将叶片根部移动到安装位置,螺栓进入螺栓孔。
[0015] 考虑到叶片根部与叶毂的安装结构的配合过程,文献WO2018/162101提出了横向布置多条钢丝,钢丝的一端连接到叶片根部,另一端连接到位于机舱中的绞盘。
[0016] 在WO2017/108053中,公开了叶片提升工具的另一示例。
[0017] 已经发现,用于将水平定向的转子叶片安装到位于海上的水平轴线海上风力涡轮机的叶毂的已知解决方案可能具有一定的缓解作用,但是仍然没有提供令人满意的解决方案,例如,考虑到风和/或波浪的窗口,在此期间可以有效地进行安装。对于不断增加的海上风力涡轮机(包括其转子叶片)的尺寸,已知的解决方案也不令人满意。

发明内容

[0018] 本发明提供一种根据权利要求1所述的方法。
[0019] 在本发明的方法中,使用叶片运动同步和定位装置,所述装置包括:
[0020] ‑风力涡轮机联接器,其配置为将所述装置可脱离地联接到风力涡轮机,[0021] ‑叶片联接器,例如叶片根部联接器,所述叶片联接器配置为联接到叶片根部的外部,
[0022] ‑运动臂,其在风力涡轮机联接器和叶片联接器之间,
[0023] ‑可控运动臂致动器组件,其包括控制器和与运动臂相关联的一个或更多个致动器,所述组件配置为提供运动臂的受控运动。
[0024] 风力涡轮机联接器优选地临时联接到风力涡轮机。在实际的实施方案中,该联接器配置为联接到塔,例如正好在机舱下方。在实施方案中,风力涡轮机联接器配置为围绕塔(例如完全围绕塔)可脱离地夹紧。在另一实施方案中,该联接器配置为联接到机舱,然而机舱的现有设计提供了很少的合适的接合特征,因此优选联接到坚固的塔。
[0025] 然而,在风力涡轮机联接器配置为联接到机舱的实施方案中,然后优选利用机舱和/或风力涡轮机的水平轴线叶毂上和/或内部的“硬点”。这些硬点存在于机舱和/或风力涡轮机的水平轴线叶毂上和/或内部,其初始目的是能够将机舱安全且有效地吊升到塔上。通过利用这些硬点中的至少一个,优选三个或更多个,叶片运动同步和定位装置的风力涡轮机联接器仍然能够与机舱和/或水平轴线叶毂进行合适的联接。
[0026] 如上所讨论的,在实践中,塔顶在水平面中的至少一个方向上受到海况和/或风引起的塔顶运动的影响。
[0027] 根据权利要求1所述的本发明的方法包括:
[0028] ‑操作可控运动臂致动器组件,以将叶片联接器带到并保持在其运动补偿接收位置,其中运动臂被操作以补偿塔顶运动,
[0029] ‑将位于所述接收位置的叶片联接器联接到悬挂在起重机上的转子叶片,所述转子叶片与风力涡轮机的叶毂的安装结构基本上齐平,
[0030] ‑在叶片联接器联接到叶片,例如叶片根部联接器联接到叶片根部的情况下,–操作可控运动臂致动器组件,以逐渐使联接的叶片,例如叶片根部,处于与塔顶运动同步的水平运动,然后保持该水平运动,
[0031] ‑可能与所述同步同时,操作可控运动臂致动器组件,以将联接的叶片根部移动到预安装位置,所述预安装位置比接收位置更靠近安装结构,
[0032] ‑操作可控运动臂致动器组件以执行安装运动,其中叶片根部从预安装位置移动到安装位置,并且在通过一个或更多个紧固件(例如叶片根部上的螺栓)将叶片根部紧固到安装结构的过程中使叶片根部保持在安装位置。
[0033] 在优选实施方案中,叶片联接器配置为叶片根部联接器,其接合在转子叶片的叶片根部的外部,例如夹紧在其周围。在另一实施方案中,叶片联接器配置和操作为接合转子叶片的另一部分,例如接合其翼面部分。在又一实施方案中,叶片联接器配置和操作为与叶片提升工具(例如朝向叶片根部延伸的所述叶片提升工具的延伸构件)联接。
[0034] 在运动补偿接收位置中,叶片联接器(例如叶片根部联接器)通过可控运动臂致动器组件的适当操作(例如实施方案中的运动臂折叠和拉伸)基本上补偿塔顶运动,以使该联接器不表现出塔顶运动。补偿可以使得叶片联接器在空间中处于静止或稳定的位置。这极大地有利于悬挂的转子叶片(例如叶片根部的外部)与叶片根部联接器接合的动作。该接合动作可能涉及操作起重机以移动转子叶片,但也可能涉及叶片联接器的受控接合运动。
[0035] 叶片联接器与叶片(例如根部)的联接可以以多种方式进行,例如取决于叶片联接器和/或叶片/叶片根部的设计。除了本文将更详细地讨论的夹具的优选实施方案之外,其它设计也是可能的。例如,叶片联接器可以通过磁联接、真空联接等联接到叶片或叶片根部的外部。
[0036] 优选地,叶片联接器至少在叶片的纵向方向上约束叶片。可能地,叶片联接器允许叶片围绕其纵向轴线(部分)旋转,例如,所述旋转是由叶片提升工具的适当设计引起的,例如,考虑到螺栓与螺栓孔的对准而执行所述旋转。在另一种方法中,这种对准通过安装结构的旋转来实现,例如借助于其变桨调节机构。
[0037] 优选地,叶片与叶片联接器的初始联接,例如与叶片根部的初始联接,是在距离安装结构相当大的距离(例如安全距离)处进行的,以实际上排除叶片根部与安装结构或机舱之间碰撞的可能性。
[0038] 例如,叶片联接器在这样的位置处运动补偿,即仅起重机的回转运动,例如没有起重机吊臂的变幅运动,就将叶片根部带到初始联接的位置。因此,避免了起重机吊臂的变幅引起的对叶片稳定性的任何干扰,在实际的实施方案中,该变幅可能超过100米长。
[0039] 一旦实现了联接,就操作可控运动臂致动器组件,以逐渐使联接的叶片处于与塔顶运动同步的水平运动,然后保持该水平运动。由于臂的使用,可以施加将叶片(例如根部)拉向安装结构的力以及将叶片(例如根部)推离安装结构的力,以引起期望的同步。考虑到转子叶片的大质量,需要渐进的方法。例如,快速甚至突然的接近将导致不适当的基于惯性的力,例如,需要不适当的重型运动臂和/或可能在叶片联接器接合叶片(例如,叶片根部的外部)处导致过度应变。
[0040] 在一些实际情况下,塔顶运动主要通过由安装结构限定的水平延伸的安装轴线重合。当叶片随后优选地由起重机提升以使叶片的纵向轴线与该轴线重合时,运动臂随后被操作,以使同步沿着该轴线发生,从而沿着悬挂在起重机上的叶片的纵向轴线发生。如将在下面更详细地讨论的,叶片提升工具和/或起重机可以配置和操作为使叶片跟随该运动,从而不受起重机的约束或不过度地拉动起重机,例如避免或减少由于叶片运动同步而引起的吊臂的振动。
[0041] 在一些实际情况下,如上所讨论的,塔顶运动具有垂直于安装轴线或完全垂直于该轴线延伸的分量。在这些情况下,叶片根部联接器将使叶片根部同步,但长而重的叶片可能将不会跟随这种同步运动。如将在本文说明的,叶片根部联接器优选相对于运动臂围绕Z轴或竖直轴线旋转,从而避免由于大且重的转子叶片的惯性而在运动臂上产生过大的扭转载荷。
[0042] 在实施方案中,运动臂配置为仅在两个不平行的水平方向上(因此在水平面上)提供叶片联接器的运动。
[0043] 在实施方案中,运动臂是具有多个互连臂节段的铰接运动臂,所述互连臂节段包括连接到塔联接器的内臂节段和承载叶片联接器的外臂节段,可能还包括内臂节段与外臂节段之间的一个或更多个中间臂节段。在实际的实施方案中,臂节段经由Z轴铰链彼此连接。在实施方案中,运动臂仅提供叶片根部夹具在两个不平行的水平方向上的运动。
[0044] 在实际的实施方案中,铰接运动臂的所有臂节段都是固定长度的臂节段。在另一实施方案中,臂节段中的一个或更多个实施为伸缩臂节段。
[0045] 在替选实施方案中,运动臂及其节段中的一个或更多个配置为在X、Y、Z中运动和/或围绕X、Y、Z旋转,从而能够进行更自由的铰接运动。这在叶片运动同步和定位装置的风力涡轮机联接器已经安装到机舱和/或风力涡轮机的水平轴线叶毂时特别有用,使得运动臂能够并且配置为围绕机舱和/或水平轴线叶毂以及已经安装的风力涡轮机叶片操纵和伸展。
[0046] 在实施方案中,叶片联接器(例如叶片根部联接器)承载在运动臂(例如铰接运动臂)上,以相对于运动臂(例如外臂节段)至少围绕Z轴旋转体枢轴枢转,例如自由枢转,或者所述叶片联接器(例如叶片根部联接器)设置有阻尼装置,从而允许悬挂在起重机上的转子叶片在联接到叶片联接器时围绕该Z轴旋转体摆动。由于转子叶片的巨大尺寸和质量,当悬挂在起重机上的叶片主要在水平面内发生摆动时,叶片可以在叶片根部联接器上施加巨大扭矩。Z轴旋转可以避免或减少运动臂被该扭矩(过度)加载的影响。
[0047] 在实施方案中,叶片根部联接器是可打开的夹具,其配置为围绕叶片根部夹持,例如围绕具有至少3米(例如大于4米)的直径的叶片根部。
[0048] 在实施方案中,夹具具有例如经由如上讨论的Z轴旋转体连接到运动臂的夹具基座,并且夹具具有例如安装于夹具基座的一个或更多个可移动的(例如可枢转的)夹具爪部,例如在夹具基座的每个周向端部有一个夹具爪部。
[0049] 在实施方案中,方法包括在叶片根部夹具处于其运动补偿接收位置的情况下打开夹具,以使叶片根部的联接或接合包括将叶片根部放置在夹具基座上,例如通过起重机的操作降低叶片,然后通过致动一个或更多个可移动的(例如可枢转的)夹具爪部围绕叶片根部关闭夹具。例如,一个或更多个夹具爪部是液压致动的。
[0050] 在实施方案中,在叶片根部的接合动作期间,操作运动臂,以使叶片根部夹具一方面补偿塔顶运动,另一方面在叶片悬挂在起重机上时跟随仍未接合的叶片根部的运动(例如摆动)。应注意的是,叶片的这种运动也可以(部分地)通过与起重机和/或叶片提升工具相关联的装置来抵消,这种运动实际上使接合更加成问题。例如,可以使用一个或更多个牵引绳和相关联的绞盘来抵消悬挂在起重机上的叶片的摆动。例如,叶片提升工具可以配备有抵消摆动的装置,例如一个或更多个陀螺仪、产生空气推力的推进器等。
[0051] 在实施方案中,在将联接的叶片根部移动到预安装位置之前,实现联接的叶片与塔顶运动的同步。例如,在将叶片联接器稳定在接收位置的同时,铰接运动臂最初表现得像/操作为柔软的柔性臂以补偿塔顶运动,然后例如逐渐地变硬,或使其表现得更硬,以使叶片逐渐承担塔顶的运动,并且不再对这种运动进行补偿。将理解,考虑到叶片的质量,臂的补偿操作的逐渐减小是优选的,以使叶片逐渐进入同步运动,而在该过程中不会出现过度的应力/载荷。
[0052] 在实施方案中,至少部分地与将联接的叶片根部移动到预安装位置同时地实现联接的叶片与塔顶运动的同步。
[0053] 在实施方案中,所述方法包括验证步骤,所述验证步骤在叶片根部处于预安装位置并且在开始安装运动之前执行,所述验证步骤包括验证叶片根部与安装结构的同步和/或对准。如所说明的,叶片根部(特别是其上的任何螺栓)与叶毂和/或机舱的安装结构或其它部分之间的碰撞的后果可能是剧烈且不可逆转的。例如,碰撞可能损坏叶片根部,例如层压结构破裂,从而无法再安装叶片,例如叶片需要运回工厂进行维修。验证步骤寻求避免这种情况,例如通过准确测量(例如使用测量设备)叶片与进行安装运动的轴线的对准,和/或任何螺栓和/或临时导向件(例如稍后通过螺栓代替)相对于安装结构的位置等。
[0054] 在实施方案中,起重机具有吊臂,并且起重机设置有载荷连接器主动位置控制系统,该载荷连接器主动位置控制系统配置和操作为主动控制载荷连接器相对于吊臂在至少一个水平方向上(优选在至少两个不平行的水平方向上)的位置。在WO2019156556、WO2018199743和WO2018106105中公开了具有这种能力的起重机的示例。在实施方案中,该方法包括当叶片联接器联接到叶片时,与叶片联接器同步地操作起重机的载荷连接器主动位置控制系统,例如当叶片根部联接器与塔顶运动同步地移动时,例如当叶片根部可控地朝向预安装位置前进和/或前进到安装位置时。这种方法有效地寻求减少或消除叶片在起重机上的悬挂干扰运动臂和/或在运动臂上施加过大的载荷或应力的影响。在实施方案中,载荷连接器主动位置控制系统配置和操作为使得叶片提升工具与塔顶运动同步地移动,例如至少在一个水平方向上,可能在水平面中的两个不平行的方向上。
[0055] 在实施方案中,叶片提升工具包括附接到起重机的载荷连接器的框架,其中所述叶片提升工具包括相对于所述框架可移动地安装的叶片抓持组件,例如至少在一个水平方向上,例如沿着由叶片抓持组件抓持的转子叶片的长度,优选地在两个不平行的水平方向上相对于所述框架可移动,其中所述叶片提升工具包括所述框架和叶片抓持组件之间的可控运动致动器装置。例如,所述方法包括在叶片根部联接器联接到叶片根部的外部时,操作可控运动致动器装置,以与叶片根部联接器同步地相对于框架移动叶片抓持组件。例如,叶片提升工具包括主动重心(centre of gravit,COG)平衡系统,所述主动COG平衡系统具有相对于框架可移动地安装的配重并且具有所述框架和所述配重之间的受控运动致动器装置,其中所述方法包括相对于所述框架移动所述配重,以在叶片抓持组件和由此抓持的叶片相对于框架移动时使叶片质量和提升工具的共同重心保持稳定在水平面中。
[0056] 在替选实施方案中,叶片提升工具进一步包括副运动臂和副叶片根部联接器,类似于作为安装到风力涡轮机的叶片运动同步和定位装置的一部分的运动臂和叶片根部联接器。在该实施方案中,叶片根部联接器配置为与副臂的副叶片根部联接器联接,而不是与由叶片提升工具抓持的风力涡轮机叶片的实际叶片根部联接。可替选地,用获得相同结果的互运动臂联接器代替叶片根部联接器。
[0057] 这里,所描述的方法保持相似,其中增加的臂允许在运动同步和/或补偿方面增加灵活性。两个臂可以配置为在联接之后有助于加强风力涡轮机和叶片提升工具之间的连接。
[0058] 在实施方案中,使用测量叶片根部相对于安装结构的距离和/或位置和/或角度定向的一个或更多个传感器,例如,所述一个或更多个传感器关联到可控运动臂致动器组件的控制器,并且/或者关联到载荷连接器主动位置控制系统,并且/或者关联到使叶片抓持组件相对于框架移动的可控运动致动器装置。
[0059] 在实施方案中,该方法包括使用控制单元来控制运动臂,例如,所述控制单元由存在于机舱中或机舱上或机舱附近(例如风力涡轮机联接器上)的平台或客舱上的人工操作员操作。
[0060] 在实施方案中,在完成将转子叶片紧固到海上风力涡轮机的叶毂之后,叶片联接器从叶片(例如从叶片根部)脱离,然后运动臂操作为移动到在完成叶毂的旋转期间为所安装的转子叶片提供间隙的缩回配置,以便使安装结构的另一个就位,用于将另一个转子叶片安装到海上风力涡轮机。
[0061] 在实施方案中,所述方法包括紧急远离程序,其中运动臂操作为例如在动力和/或控制信号异常(例如停电)的情况下和/或在风况和/或海况异常(例如阵风、巨浪等)的情况下,使叶片根部快速远离机舱。
[0062] 本发明还涉及一种叶片运动同步和定位装置,其配置为用于将水平定向的转子叶片安装到位于海上的水平轴线海上风力涡轮机的叶毂的安装结构,例如根据如本文(例如,如权利要求1和相关的子权利要求中的任一项或更多项中)所描述的方法。
[0063] 所述装置包括:
[0064] ‑风力涡轮机联接器,其配置为将所述装置可脱离地联接到风力涡轮机,[0065] ‑叶片联接器,例如叶片根部联接器,所述叶片联接器配置为联接到转子叶片的叶片根部的外部,
[0066] ‑运动臂,其在风力涡轮机联接器和叶片联接器之间,
[0067] ‑可控运动臂致动器组件,其包括控制器和与运动臂相关联的一个或更多个致动器,所述组件配置为提供运动臂的受控运动。
[0068] 可控运动臂致动器组件配置为且操作为将叶片联接器带到并保持在其运动补偿接收位置,其中所述运动臂配置为补偿水平面中的至少一个方向上的海况和/或风引起的塔顶运动。
[0069] 在实施方案中,可控运动臂致动器组件配置为且操作为将叶片联接器带到并保持在其运动补偿接收位置,其中所述运动臂配置为补偿水平面中以及竖直平面中的至少一个方向上的海况和/或风引起的塔顶运动。
[0070] 叶片联接器配置为且操作为在其所述接收位置联接到悬挂在起重机上的转子叶片,所述转子叶片与风力涡轮机的叶毂的安装结构基本上齐平,例如联接到转子叶片的叶片根部。
[0071] 在叶片联接器联接到叶片的情况下,操作可控运动臂致动器组件,以逐渐使联接的叶片处于与所述塔顶运动同步的水平运动,然后保持所述水平运动,
[0072] ‑可能与所述同步同时,操作可控运动臂致动器组件,以将联接的叶片根部移动到预安装位置,所述预安装位置比接收位置更靠近安装结构。可控运动臂致动器组件操作为执行安装运动,其中叶片根部从预安装位置移动到安装位置,并且在通过一个或更多个紧固件将叶片根部紧固到安装结构的过程中使叶片根部保持在安装位置。
[0073] 在实施方案中,如上所讨论的,运动臂配置为仅在两个不平行的水平方向上提供运动。
[0074] 在实施方案中,运动臂是具有多个互连臂节段的铰接运动臂,所述互连臂节段包括连接到风力涡轮机联接器的内臂节段和承载叶片联接器的外臂节段,可能还包括一个或更多个中间臂节段。优选地,臂节段经由Z轴铰链彼此连接,例如仅在两个不平行的水平方向上提供运动。
[0075] 在实施方案中,风力涡轮机联接器配置为可脱离地联接到风力涡轮机的塔,例如围绕塔夹紧,优选地正好在机舱下方。
[0076] 在实施方案中,风力涡轮机联接器配置为可脱离地联接到风力涡轮机的机舱,例如在其优选的和实际的实施方案中,风力涡轮机联接器与机舱上和/或机舱内的一个或更多个硬点联接。
[0077] 在实施方案中,风力涡轮机联接器配置为可脱离地联接到风力涡轮机的水平轴线叶毂,例如联接到风力涡轮机的水平轴线叶毂上和/或内部的一个或更多个硬点。
[0078] 在实施方案中,风力涡轮机联接器配置为可脱离地联接到风力涡轮机的水平轴线叶毂,例如联接到一个或更多个叶片安装结构。
[0079] 在实施方案中,风力涡轮机联接器配置为可脱离地联接到机舱和风力涡轮机的水平轴线叶毂,例如联接到机舱上和/或机舱内的一个或更多个硬点并且联接到风力涡轮机的水平轴线叶毂上和/或内部的一个或更多个硬点。
[0080] 在实施方案中,叶片联接器配置为且操作为在其接收位置可脱离地联接到副叶片联接器,该副叶片联接器附接到副运动臂,该副运动臂安装到悬挂在起重机上的叶片提升工具,在该起重机中承载转子叶片。
[0081] 在叶片联接器联接到副叶片联接器的情况下,操作一个或两个可控运动臂组件,以逐渐使现在联接的叶片提升工具所承载的叶片处于与所述顶部塔运动同步的水平运动,然后保持所述水平运动,
[0082] ‑可能与所述同步同时,操作一个或两个可控运动臂致动器组件以将叶片提升工具所承载的叶片根部移动到预安装位置,所述预安装位置比接收位置更靠近安装结构。可控运动臂致动器组件操作为执行安装运动,其中叶片根部从预安装位置移动到安装位置,并且在通过一个或更多个紧固件将叶片根部紧固到安装结构的过程中使叶片根部保持在安装位置。
[0083] 在实施方案中,运动臂包括可控致动的铰接平行四边形机构,优选地允许通过该机构的操作在竖直平面中运动。
[0084] 在实施方案中,平行四边形机构配置为被致动,以能够在机构的一端沿Z轴方向执行运动。
[0085] 在实施方案中,平行四边形机构包括一个或两个竖直构件,并且该机构配置为允许围绕一个或两个竖直构件旋转,平行于Z轴或与Z轴重合。
[0086] 在实施方案中,运动臂包括X‑Y载台,其中X和Y方向上的运动被独立地控制和/或致动。
[0087] 在实施方案中,运动臂包括X‑Y‑θ载台,其中X和Y方向上的运动和旋转θ被独立地控制和/或致动。
[0088] 在实施方案中,运动臂包括X‑Y‑Z‑θ‑Ψ‑Φ载台,其中XY和Z方向上的运动以及旋转θ、Ψ和Φ是分离的,以使它们可以被单独地控制和/或致动。
[0089] 在实施方案中,X‑Y载台或X‑Y‑θ载台安装在运动臂的一个或更多个臂节段的端部。
[0090] 在实施方案中,X‑Y‑Z‑θ‑Ψ‑Φ载台安装在运动臂的一个或更多个臂节段的端部。
[0091] 在实施方案中,叶片联接器(例如叶片根部联接器)承载在运动臂上,以相对于运动臂至少围绕Z轴旋转体枢轴枢转,例如自由枢转,或者所述叶片联接器(例如叶片根部联接器)设置有阻尼装置,从而允许以水平定向悬挂在船舶的起重机上的转子叶片在联接到叶片联接器时围绕Z轴旋转体摆动。
[0092] 在实施方案中,叶片根部联接器是可打开的夹具,其配置为围绕叶片的叶片根部夹持。例如,夹具具有例如经由Z轴旋转体连接到运动臂的夹具基座。例如,夹具具有一个或更多个可移动的(例如枢转的)夹具爪部,例如在夹具基座的每个周向端部处有一个夹具爪部。
[0093] 在使用安装到叶片提升工具的副运动臂的实施方案中,叶片根部联接器配置为与副叶片根部联接器而不是叶片根部本身联接。替选地,用互锁运动臂联接器代替叶片根部联接器。例如,两个叶片根部联接器充当球窝式联接器,其中一个联接器配置为围绕另一个进行抓取。或者,例如,作为两个互锁夹具,或者例如作为穿过箍的销或凸凹连接,其中一个联接器包括接收环或孔,而另一联接器部件配置为插入该环或孔中并且例如通过钩彼此连接。
[0094] 在实施方案中,叶片联接器(例如叶片根部联接器)安装在X‑Y载台或X‑Y‑θ载台上并且配置为相对于运动臂至少围绕Z轴旋转体枢轴枢转,例如通过利用X‑Y‑θ载台的可用旋转运动,例如自由枢转,或者所述叶片联接器(例如叶片根部联接器)设置有阻尼装置,从而允许以水平定向悬挂在船舶的起重机上的转子叶片在联接到叶片联接器时围绕Z轴旋转体摆动。
[0095] 在实施方案中,叶片联接器(例如叶片根部联接器)安装在X‑Y‑Z‑θ‑Ψ‑Φ载台上并且配置为相对于运动臂至少围绕Z轴旋转体枢轴枢转,例如通过利用X‑Y‑Z‑θ‑Ψ‑Φ载台的可用旋转运动,例如自由枢转,或者所述叶片联接器(例如叶片根部联接器)设置有阻尼装置,从而允许以水平定向悬挂在船舶的起重机上的转子叶片在联接到叶片联接器时围绕Z轴旋转体摆动。
[0096] 在实施方案中,叶片根部联接器配置为打开夹具,以使叶片根部的联接包括将叶片根部放置在夹具基座上,然后通过致动一个或更多个夹具爪部来闭合夹具。
[0097] 在实施方案中,运动臂配置为允许围绕运动臂的基部旋转,以使其能够围绕机舱从一侧旋转到相反侧,例如允许叶片根部联接器将叶片从机舱的一侧承载或引导到机舱的另一侧,从而实现不同的安装位置。
[0098] 在实施方案中,运动臂定尺寸为使得运动臂的端部能够围绕机舱移动,例如从一侧到相反侧,例如允许叶片根部联接器将叶片从机舱的一侧承载或引导到机舱的另一侧,从而实现不同的安装位置。
[0099] 在实施方案中,运动臂定尺寸为使得位于运动臂的端部处的叶片根部联接器能够围绕机舱移动,例如从一侧到相反侧,例如允许叶片根部联接器将叶片从机舱的一侧承载或引导到机舱的另一侧,从而实现不同的安装位置。
[0100] 在实施方案中,运动臂配置为相对于机舱或与机舱一起移动,使得运动臂的端部或叶片根部联接器能够围绕机舱移动,例如从一侧到相反侧,例如允许叶片根部联接器将叶片从机舱的一侧承载或引导到机舱的另一侧,从而实现不同的安装位置。
[0101] 在实施方案中,装置包括一个或更多个传感器,所述一个或更多个传感器配置为测量叶片联接器和/或联接的叶片根部相对于安装结构的距离和/或位置和/或角度定向,例如,所述一个或更多个传感器关联到可控运动臂致动器组件的控制器。
[0102] 在实施方案中,装置包括用于控制运动臂的控制单元,例如,所述控制单元由机舱中的人工操作员操作。
[0103] 在实施方案中,运动臂、X‑Y载台、X‑Y‑θ载台和/或X‑Y‑Z‑θ‑Ψ‑Φ载台中的任何一个或更多个包括精细致动装置,用于精细致动微小运动以补偿安装运动期间的运动。
[0104] 本发明还涉及一种将水平定向的转子叶片安装到位于海上的水平轴线海上风力涡轮机的叶毂的安装结构的系统,例如根据如本文(例如根据权利要求1)所讨论的方法,其中所述系统包括:
[0105] ‑如本文所讨论的叶片运动同步和定位装置,
[0106] ‑设置有起重机的船舶,所述起重机具有悬挂在起重机的一个或更多个绞盘驱动的缆绳上的载荷连接器,
[0107] ‑叶片提升工具,其附接到或能够附接到载荷连接器并且配置为与处于其水平定向的转子叶片接合,所述转子叶片具有叶片主体,所述叶片主体具有叶片根部、叶片尖端、长度和转子叶片质量,其中所述叶片根部具有外部并且配置为借助于一个或更多个紧固件在叶片根部的安装位置稳固到海上风力涡轮机的叶毂的叶片安装结构,
[0108] 其中,所述起重机配置为在将转子叶片保持在水平定向上的同时,将转子叶片提升到与海上风力涡轮机的叶片安装结构基本上齐平的高度。
[0109] 在所述系统的实施方案中,所述起重机具有吊臂,其中所述起重机设置有载荷连接器主动位置控制系统,所述载荷连接器主动位置控制系统配置和操作为主动控制载荷连接器在至少一个水平方向上,优选地在两个不平行的水平方向上相对于吊臂的位置,其中所述系统配置为当叶片根部联接器联接到叶片根部的外部时,与叶片根部联接器同步地操作所述载荷连接器主动位置控制系统。
[0110] 在所述系统的实施方案中,叶片提升工具包括附接到起重机的载荷连接器的框架,并且所述叶片提升工具包括相对于所述框架可移动地安装的叶片抓持组件,例如至少在一个水平方向上,例如沿着由叶片抓持组件抓持的转子叶片的长度,优选地在两个不平行的水平方向上相对于所述框架可移动,其中所述叶片提升工具包括所述框架和叶片抓持组件之间的可控运动致动器装置。例如,所述系统配置为在联接到叶片根部的外部时,操作可控运动致动器装置,以与叶片根部联接器同步地相对于框架移动叶片抓持组件。例如,叶片提升工具包括主动COG平衡系统,所述主动COG平衡系统具有相对于框架可移动地安装的配重并且具有所述框架和所述配重之间的受控运动致动器装置,其中所述系统配置为相对于所述框架移动所述配重,以在叶片抓持组件和由此抓持的叶片相对于框架移动时使叶片质量和提升工具的共同重心保持稳定在水平面中。
[0111] 在所述系统的实施方案中,所述系统包括配置为测量叶片联接器和/或与其联接的叶片根部相对于安装结构的距离和/或位置和/或角度定向的一个或更多个传感器,例如,所述一个或更多个传感器关联到可控运动臂致动器组件的控制器,并且/或者关联到载荷连接器主动位置控制系统,并且/或者关联到使叶片抓持组件相对于框架移动的可控运动致动器装置。
[0112] 在使用安装到叶片提升工具的副运动臂的系统的实施方案中,所述系统包括配置为测量叶片提升工具和/或承载于其中的叶片根部相对于安装结构的距离和/或位置和/或角度定向的一个或更多个传感器,例如,所述一个或更多个传感器关联到一个或更多个可控运动臂致动器组件的控制器,并且/或者关联到载荷连接器主动位置控制系统,并且/或者关联到使叶片抓持组件相对于框架移动的可控运动致动器装置。
[0113] 在实施方案中,运动臂配置为使得在完成将转子叶片紧固到海上风力涡轮机的叶毂的安装结构并且使叶片联接器从叶片脱离之后,运动臂操作为移动到在完成叶毂的旋转期间为所安装的转子叶片提供间隙的缩回配置,以使安装结构的另一个就位,用于将另一个转子叶片安装到海上风力涡轮机。
[0114] 在实施方案中,所述系统配置为执行紧急远离程序,其中运动臂操作为例如在动力和/或控制信号异常的情况下和/或在风况和/或海况异常的情况下,使叶片根部快速远离机舱。
[0115] 本发明还涉及以下各项的组合:
[0116] ‑如本文描述的叶片运动同步和定位装置,和
[0117] ‑叶片提升工具,其配置为与处于水平定向的转子叶片接合,其中所述叶片提升工具包括配置为附接到载荷连接器的框架,所述载荷连接器悬挂在船舶的起重机的一个或更多个绞盘驱动的缆绳上,其中所述叶片提升工具包括相对于所述框架可移动地安装的叶片抓持组件,例如至少在一个水平方向上,例如沿着由叶片抓持组件抓持的转子叶片的长度,优选地在两个不平行的水平方向上相对于所述框架可移动,其中所述叶片提升工具包括所述框架和叶片抓持组件之间的可控运动致动器装置。
[0118] 在实施方案中,所述组合配置为在叶片根部联接器联接到叶片根部的外部时,操作可控运动致动器装置,以与叶片根部联接器同步地相对于框架移动叶片抓持组件。
[0119] 在实施方案中,叶片提升工具包括主动COG平衡系统,所述主动COG平衡系统具有相对于框架可移动地安装的配重并且具有所述框架和所述配重之间的受控运动致动器装置,其中所述系统配置为相对于所述框架移动所述配重,以在叶片抓持组件和由此抓持的叶片相对于框架移动时使叶片质量和提升工具的共同重心保持稳定在水平面中。
[0120] 在实施方案中,所述组合包括配置为测量叶片联接器和/或与其联接的叶片根部相对于安装结构的距离和/或位置和/或角度定向的一个或更多个传感器,例如,所述一个或更多个传感器关联到可控运动臂致动器组件的控制器,并且/或者关联到载荷连接器主动位置控制系统,并且/或者关联到使叶片抓持组件相对于框架移动的可控运动致动器装置。
[0121] 本发明还涉及一种用于将水平定向的转子叶片安装到位于海上的水平轴线海上风力涡轮机的叶毂的安装结构的叶片提升工具,例如根据如本文描述的方法,所述叶片提升工具配置为与处于水平定向的转子叶片接合,其中所述叶片提升工具包括配置为附接到载荷连接器的框架,所述载荷连接器悬挂在船舶的起重机的一个或更多个绞盘驱动的缆绳上,其中所述叶片提升工具包括相对于所述框架可移动地安装的叶片抓持组件,例如至少在一个水平方向上,例如沿着由叶片抓持组件抓持的转子叶片的长度,优选地在两个不平行的水平方向上相对于所述框架可移动,其中所述叶片提升工具包括所述框架和叶片抓持组件之间的可控运动致动器装置。
[0122] 在实施方案中,所述叶片提升工具配置为在叶片根部联接器联接到叶片根部的外部时,操作可控运动致动器装置,以与叶片根部联接器同步地相对于框架移动叶片抓持组件。
[0123] 在实施方案中,叶片提升工具包括主动COG平衡系统,所述主动COG平衡系统具有相对于框架可移动地安装的配重并且具有所述框架和所述配重之间的受控运动致动器装置,其中所述系统配置为相对于所述框架移动所述配重,以在叶片抓持组件和由此抓持的叶片相对于框架移动时使叶片质量和提升工具的共同重心保持稳定在水平面中。
[0124] 在实施方案中,所述叶片提升工具包括配置为测量叶片提升工具相对于叶片根部联接器和/或与其联接的叶片根部相对于安装结构的距离和/或位置和/或角度定向的一个或更多个传感器,例如,所述一个或更多个传感器关联到可控运动臂致动器组件的控制器,并且/或者关联到载荷连接器主动位置控制系统,并且/或者关联到使叶片抓持组件相对于框架移动的可控运动致动器装置。
[0125] 虽然目前优选的是叶片运动同步和定位装置最初联接到风力涡轮机,例如联接到塔,例如联接在机舱正下方的塔,但是本发明构思也可以以替选方式实现。
[0126] 在替选方式中,本发明提供一种将处于水平定向的转子叶片安装到位于海上的水平轴线海上风力涡轮机的叶毂的方法,
[0127] 其中所述海上风力涡轮机包括:
[0128] ‑底座,
[0129] ‑塔,其安装在底座上并且具有塔顶,
[0130] ‑机舱,其在塔顶上,所述机舱设置有具有多个叶片安装结构的水平轴线叶毂,每个叶片安装结构配置为用于将转子叶片稳固到其上,
[0131] 其中使用设置有起重机的船舶,所述起重机具有悬挂在起重机的一个或更多个绞盘驱动的缆绳上的载荷连接器,
[0132] 其中,附接到载荷连接器的叶片提升工具与处于水平定向的转子叶片接合,所述转子叶片具有叶片主体,所述叶片主体具有叶片根部、叶片尖端、长度和转子叶片质量,其中所述叶片根部具有外部并且配置为借助于一个或更多个紧固件在叶片根部的安装位置稳固到海上风力涡轮机的叶毂的叶片安装结构,
[0133] 其中,操作起重机以在将转子叶片保持在水平定向上的同时,将转子叶片提升到与海上风力涡轮机的叶片安装结构基本上齐平的高度,
[0134] 其中使用叶片运动同步和定位装置,所述装置包括:
[0135] ‑风力涡轮机联接器,其配置为将所述装置可脱离地联接到风力涡轮机,[0136] ‑叶片联接器,例如叶片根部联接器,所述叶片联接器配置为联接到叶片根部的外部,
[0137] ‑运动臂,其在风力涡轮机联接器和叶片联接器之间,
[0138] ‑可控运动臂致动器组件,其包括控制器和与运动臂相关联的一个或更多个致动器,所述组件配置为提供运动臂的受控运动,
[0139] 其中,所述风力涡轮机联接器最初不联接到风力涡轮机,并且其中所述叶片联接器最初联接到转子叶片,例如叶片根部联接器联接到叶片根部,
[0140] 其中,塔顶在水平面中的至少一个方向上受到海况和/或风引起的塔顶运动的影响,
[0141] 其中,所述方法包括:
[0142] ‑在转子叶片悬挂在起重机上,所述转子叶片与风力涡轮机的叶毂的安装结构基本上齐平的情况下‑操作可控运动臂致动器组件,以将风力涡轮机联接器带到并保持在其运动补偿接合位置,其中运动臂操作为补偿塔顶运动,
[0143] ‑将处于所述接合位置的风力涡轮机联接器联接到风力涡轮机,
[0144] ‑在风力涡轮机联接器联接到风力涡轮机的情况下‑操作可控运动臂致动器组件,以逐渐使联接的叶片处于与塔顶运动同步的水平运动,然后保持所述水平运动,
[0145] ‑可能与所述同步同时,操作可控运动臂致动器组件,以将联接的叶片根部移动到预安装位置,所述预安装位置比风力涡轮机联接器接合在风力涡轮机上时更靠近安装结构,
[0146] ‑操作可控运动臂致动器组件以执行安装运动,其中叶片根部从预安装位置移动到安装位置,并且在通过一个或更多个紧固件将叶片根部固定到安装结构的过程中使叶片根部保持在安装位置。
[0147] 本发明还涉及一种将水平定向的转子叶片安装到位于海上的水平轴线海上风力涡轮机的叶毂的方法,
[0148] 其中所述海上风力涡轮机包括:
[0149] ‑底座,
[0150] ‑塔,其安装在底座上并且具有塔顶,
[0151] ‑机舱,其在塔顶上,所述机舱设置有具有多个叶片安装结构的水平轴线叶毂,每个叶片安装结构配置为用于将转子叶片稳固到其上,
[0152] 其中使用设置有起重机的船舶,所述起重机具有悬挂在起重机的一个或更多个绞盘驱动的缆绳上的载荷连接器,
[0153] 其中,附接到载荷连接器的叶片提升工具与处于水平定向的转子叶片接合,所述转子叶片具有叶片主体,所述叶片主体具有叶片根部、叶片尖端、长度和转子叶片质量,其中所述叶片根部具有外部并且配置为借助于一个或更多个紧固件在叶片根部的安装位置稳固到海上风力涡轮机的叶毂的叶片安装结构,
[0154] 其中,操作起重机以在将转子叶片保持在水平定向上的同时,将转子叶片提升到与海上风力涡轮机的叶片安装结构基本上齐平的高度,
[0155] 其中使用叶片运动同步和定位装置,所述装置包括:
[0156] ‑风力涡轮机联接器,其配置为将所述装置可脱离地联接到风力涡轮机,[0157] ‑叶片联接器,例如与叶片提升工具集成,所述叶片联接器配置为将装置可脱离地联接到转子叶片,
[0158] ‑运动臂,其在风力涡轮机联接器和叶片联接器之间,
[0159] ‑可控运动臂致动器组件,其包括控制器和与运动臂相关联的一个或更多个致动器,所述组件配置为提供运动臂的受控运动,
[0160] 其中,塔顶在水平面中的至少一个方向上受到海况和/或风引起的塔顶运动的影响,
[0161] 其中,所述叶片联接器最初联接到转子叶片,
[0162] 其中,所述方法包括:
[0163] ‑在转子叶片悬挂在起重机上,所述转子叶片与风力涡轮机的叶毂的叶片安装结构基本上齐平的情况下,并且在叶片联接器联接到叶片且风力涡轮机联接器仍与风力涡轮机分离的情况下‑操作可控运动臂致动器组件,以将风力涡轮机联接器逐渐带到并保持在与风力涡轮机间隔开的其运动补偿预联接位置,并且处于与塔顶运动同步的水平运动,[0164] ‑可能与所述同步同时,操作可控运动臂致动器组件,以使风力涡轮机联接器从预联接位置朝向风力涡轮机移动,然后将风力涡轮机联接器联接到风力涡轮机,其中——当联接时——叶片根部处于与风力涡轮机的叶毂的叶片安装结构间隔开的预安装位置,[0165] ‑操作可控运动臂致动器组件以执行安装运动,其中叶片根部从预安装位置移动到安装位置,并且在通过一个或更多个紧固件将叶片根部紧固到安装结构的过程中使叶片根部保持在安装位置。
[0166] 将理解,上述替选方法也实现了背景技术中陈述的目的。装置的质量现在也通过起重机承载,例如,在将转子叶片提升到与叶毂的安装结构基本上齐平的高度之前,该装置联接到叶片根部。考虑到叶片的已经相当大的质量,装置的额外质量在实践中是可以接受的,例如取决于起重机的设计。在实施方案中,装置与叶片提升工具集成和/或联接到叶片提升工具,例如联接到叶片提升工具的延伸器。在许多实际的实施方案中,叶片提升工具将在转子叶片的质心附近接合(例如夹紧)转子叶片,其中本发明的装置沿着转子叶片的长度从所述位置延伸到叶片根部,并且优选地延伸超过叶片根部。
[0167] 替选方法可以包括,一旦叶片被正确安装,装置就与叶片脱离,例如,首先连接到起重机(其已经与叶片脱离),然后与叶片脱离且随后下降,例如,用于连接到待安装的下一个叶片。
[0168] 本发明还涉及一种配置用于该替选方法的叶片运动同步和定位装置。
[0169] 本发明还设想一种方法,其中使用包括两个运动臂装置的系统,每个运动臂装置具有运动臂。其中一个装置最初联接到风力涡轮机,而另一个装置最初联接到叶片。每个装置一方面具有其各自的风力涡轮机联接器或叶片联接器之间的运动臂,另一方面具有相关联的运动臂联接器。这些运动臂联接器配置为彼此互锁,以在风力涡轮机和转子叶片之间有效地创建运动补偿运动臂系统,该系统允许如本文所讨论的转子叶片的安装操作。
[0170] 例如,该方法设想一种将处于水平定向的转子叶片安装到位于海上的水平轴线海上风力涡轮机的叶毂的方法,
[0171] 其中所述海上风力涡轮机包括:
[0172] ‑底座,
[0173] ‑塔,其安装在底座上并且具有塔顶,
[0174] ‑机舱,其在塔顶上,所述机舱设置有具有多个叶片安装结构的水平轴线叶毂,每个叶片安装结构配置为用于将转子叶片稳固到其上,
[0175] 其中使用设置有起重机的船舶,所述起重机具有悬挂在起重机的一个或更多个绞盘驱动的缆绳上的载荷连接器,
[0176] 其中,附接到载荷连接器的叶片提升工具与处于水平定向的转子叶片接合,所述转子叶片具有叶片主体,所述叶片主体具有叶片根部、叶片尖端、长度和转子叶片质量,其中所述叶片根部具有外部并且配置为借助于一个或更多个紧固件在叶片根部的安装位置稳固到海上风力涡轮机的叶毂的叶片安装结构,
[0177] 其中,操作起重机以在将转子叶片保持在水平定向上的同时,将转子叶片提升到与海上风力涡轮机的叶片安装结构基本上齐平的高度,
[0178] 其中,使用叶片运动同步和定位系统,所述系统包括:
[0179] ‑风力涡轮机运动臂装置,所述装置包括:
[0180] ‑风力涡轮机联接器,其配置为将所述装置可脱离地联接到风力涡轮机,[0181] ‑第一运动臂联接器,
[0182] ‑第一运动臂,其在风力涡轮机联接器和第一运动臂联接器之间,
[0183] ‑第一可控运动臂致动器组件,其包括控制器和与第一运动臂相关联的一个或更多个致动器,所述组件配置为提供第一运动臂的受控运动,
[0184] ‑转子叶片运动臂装置,所述装置包括:
[0185] ‑叶片联接器,例如与叶片提升工具集成,所述叶片联接器配置为将装置可脱离地联接到转子叶片,
[0186] ‑第二运动臂联接器,
[0187] ‑第二运动臂,其在叶片联接器和第二运动臂联接器之间,
[0188] ‑第二可控运动臂致动器组件,其包括控制器和与第二运动臂相关联的一个或更多个致动器,所述组件配置为提供第二运动臂的受控运动,
[0189] 其中,塔顶在水平面中的至少一个方向上受到海况和/或风引起的塔顶运动的影响,
[0190] 其中,所述方法包括:
[0191] ‑将风力涡轮机运动臂装置联接到风力涡轮机并且将转子叶片运动臂装置连接到转子叶片,
[0192] ‑将转子叶片悬挂在起重机上,所述转子叶片与风力涡轮机的叶毂的叶片安装结构基本上齐平,
[0193] ‑操作第一运动臂和/或第二运动臂,以使第一运动臂联接器和第二运动臂联接器处于预互锁位置并保持第一运动臂联接器和第二运动臂联接器同步运动,使得运动臂联接器在所述预互锁位置相对于彼此基本上静止,
[0194] ‑操作第一和/或第二可控运动臂致动器组件,以使第一运动臂联接器和第二运动臂联接器从所述预互锁位置朝向彼此移动,然后将第一运动臂联接器和第二运动臂联接器互锁,
[0195] ‑在第一运动臂联接器和第二运动臂联接器互锁的情况下–操作第一和/或第二可控运动臂致动器组件,以逐渐使转子叶片(例如叶片根部)处于与塔顶运动同步的水平运动,然后保持该水平运动,
[0196] ‑可能与所述同步同时,操作所述第一和/或第二可控运动臂致动器组件,以使联接的叶片的叶片根部朝向叶片安装结构移动到预安装位置,
[0197] ‑操作所述第一和/或第二可控运动臂致动器组件以执行安装运动,其中叶片根部从预安装位置移动到安装位置,并且在通过一个或更多个紧固件将叶片根部紧固到安装结构的过程中使叶片根部保持在安装位置。
[0198] 该方法还设想一种叶片运动同步和定位系统,所述系统包括:
[0199] ‑风力涡轮机运动臂装置,所述装置包括:
[0200] ‑风力涡轮机联接器,其配置为将所述装置可脱离地联接到风力涡轮机,[0201] ‑第一运动臂联接器,
[0202] ‑第一运动臂,其在风力涡轮机联接器和第一运动臂联接器之间,
[0203] ‑第一可控运动臂致动器组件,其包括控制器和与第一运动臂相关联的一个或更多个致动器,所述组件配置为提供第一运动臂的受控运动,
[0204] ‑转子叶片运动臂装置,所述装置包括:
[0205] ‑叶片联接器,例如与叶片提升工具集成,所述叶片联接器配置为将装置可脱离地联接到转子叶片,
[0206] ‑第二运动臂联接器,
[0207] ‑第二运动臂,其在叶片联接器和第二运动臂联接器之间,
[0208] ‑第二可控运动臂致动器组件,其包括控制器和与第二运动臂相关联的一个或更多个致动器,所述组件配置为提供第二运动臂的受控运动。
[0209] 该方法还设想使用一种将例如处于水平定向的转子叶片安装到例如位于海上的水平轴线海上风力涡轮机的叶毂的上述系统。
[0210] 在实施方案中,转子叶片运动臂装置联接到叶片提升工具或与叶片提升工具集成,借助于该叶片提升工具,使用起重机来吊升转子叶片。附图说明
[0211] 现在将参照附图来讨论本发明。附图中:
[0212] 图1在朝向机舱前部的视图中示意性地示出了具有本发明的叶片运动同步和定位装置的海上风力涡轮机的顶部,所述装置已经用于安装转子叶片,
[0213] 图2以俯视图示意性地示出了本发明的叶片运动同步和定位装置在叶片安装中的使用,
[0214] 图3是图2的特写,
[0215] 图4示出了所述装置与风力涡轮机的塔架的联接,
[0216] 图5a‑图5f示出了图1‑图4的装置的叶片根部夹具的操作和使用,
[0217] 图6a‑图6f示出了图1‑图5的装置的细节,
[0218] 图7示出了叶片运动同步和定位装置的替选实施方案,
[0219] 图8示出了从侧面看到的图7的实施方案,
[0220] 图9a‑图9j示意性地示出了从上方看到的图7的叶片运动同步和定位装置的运动臂在两种不同配置中从机舱的一侧朝向机舱的另一侧的转动,
[0221] 图10a‑图10d以侧视图示意性地示出了图7的装置从已经紧固到叶毂的叶片的脱离。
[0222] 图11a‑图11d示意性地示出了叶片运动同步和定位装置的替选实施方案以及例如通过利用机舱上的硬点联接到机舱的风力涡轮机联接器,
[0223] 图12a‑图12f示意性地示出了叶片运动同步和定位装置的几个替选实施方案,其中风力涡轮机联接器以各种位置和形式联接到机舱,
[0224] 图13a和图13b示意性地示出了联接到机舱的风力涡轮机联接器的又一替选实施方案,
[0225] 图14a至图14d示意性地示出了叶片运动同步和定位装置的替选实施方案的几个实例,其中风力涡轮机联接器联接到风力涡轮机的水平轴线叶毂,
[0226] 图15示意性地示出了叶片运动同步和定位装置的实施方案,其中利用副运动臂,一个臂安装到风力涡轮机,副臂安装到叶片提升工具,
[0227] 图16示意性地示出了叶毂连接构件和变桨轴承在风力涡轮机叶片安装到风力涡轮机之前与所述风力涡轮机叶片的集成的实现方式。

具体实施方式

[0228] 在图1中,示意性地示出了海上风力涡轮机的顶部。所述风力涡轮机包括:
[0229] ‑底座(未示出),例如固定到海床,例如单体桩柱或导管架,
[0230] ‑塔2,其安装在底座上并且具有如图1所示的塔顶,
[0231] ‑机舱3,其在塔顶上,机舱3设置有具有多个叶片安装结构5a、5b、5c的水平轴线叶毂4,每个叶片安装结构配置为用于将转子叶片6、7、8稳固到其上。
[0232] 如本领域中已知的,安装结构5a、5b、5c可以各自包括变桨轴承,从而允许借助于变桨机构调节叶片的桨距。
[0233] 如本领域中已知的,叶毂的旋转导致发电机发电。
[0234] 在图1中,所有三个叶片6、7、8都已经安装到水平轴线叶毂4。
[0235] 在叶片6、7、8的安装中,也如本领域中已知的,已经使用了一种设置有起重机的船舶,所述起重机具有悬挂在起重机的一个或更多个绞盘驱动的缆绳上的载荷连接器,其中附接到载荷连接器的叶片提升工具20与处于水平定向的转子叶片8接合。图3示出了叶片8的重心(centre of gravity,COG)位于工具20抓持叶片8的区域内。
[0236] 每个转子叶片(像叶片8一样)具有叶片主体,所述叶片主体具有叶片根部8a、叶片尖端、长度和转子叶片质量。叶片根部8a具有外部并且配置为借助于一个或更多个紧固件(例如,如本领域中已知的从根部突出的螺栓10)在叶片根部8a的安装位置稳固到海上风力涡轮机的叶毂的叶片安装结构5c。例如,结构5c具有螺栓孔,螺栓将被引入螺栓孔中,之后螺母被稳固在螺栓上。
[0237] 操作起重机以在将工具20从而转子叶片8保持在水平定向上的同时,将工具20从而转子叶片8例如从船舶的甲板和/或储存架,或者从驳船提升到与海上风力涡轮机的叶片安装结构5c基本上齐平的高度。
[0238] 叶片8安装到的叶片安装结构5c水平地定向,因此处于3点钟或9点钟位置。
[0239] 附图示出了使用叶片运动同步和定位装置30,所述装置包括:
[0240] ‑风力涡轮机联接器31,其配置为将所述装置可脱离地联接到风力涡轮机,[0241] ‑叶片联接器,这里是配置为联接到叶片根部8a的外部的叶片根部联接器32,[0242] ‑运动臂40,其在风力涡轮机联接器和叶片联接器之间,
[0243] ‑可控运动臂致动器组件,其包括控制器60和与运动臂相关联的一个或更多个致动器50、51、52,所述组件配置为提供运动臂的受控运动,
[0244] 示出了风力涡轮机联接器31联接到风力涡轮机,更详细地联接到机舱3正下方的塔2的顶部。例如,如这里所示,联接器31配置为围绕塔夹紧,这里通过两个夹紧机构31a、31b在两个水平高度处夹紧。
[0245] 当风力涡轮机安装在海上时,塔顶在水平面中的至少一个方向上受到海况和/或风引起的塔顶运动的影响,例如,如在背景技术中提到的文献中详细讨论的。
[0246] 图示的运动臂40是具有多个相互连接的臂节段的铰接运动臂,所述臂节段包括连接到联接器31的内臂节段41和承载叶片联接器32的外臂节段42。
[0247] 内臂节段41经由z轴铰链43连接到联接器31。在这一实施方案中,联接器31具有竖直可调节的联接器构件31c和相关联的高度调节致动器31e,所述竖直可调节的联接器构件这里在联接器框架的竖直梁31d上被引导,所述高度调节致动器能够设置臂40的高度,从而设置叶片根部联接器32的高度。内臂节段41经由竖直轴铰链43连接到这一联接器构件31c。
[0248] 臂节段41、42经由Z轴铰链44彼此连接。
[0249] 在这一示例中,臂节段41、42是具有固定长度的刚性臂节段。
[0250] 为了臂节段41相对于联接器31的受控(枢转)运动,设置致动器50。
[0251] 为了臂节段42相对于臂节段41的受控(枢转)运动,设置致动器51。
[0252] 叶片根部联接器32承载在运动臂的外臂节段42上,以相对于运动臂至少围绕Z轴旋转体枢轴45枢转,例如自由枢转,或者所述叶片根部联接器32设置有阻尼装置,从而允许悬挂在起重机上的转子叶片8在联接到叶片根部联接器32时围绕Z轴旋转体摆动。因此,联接器32在水平面内沿两个不平行的方向相对于塔顶可移动。
[0253] 示出了叶片根部联接器32是可打开的夹具,其配置为围绕叶片根部8a夹持。
[0254] 夹具具有经由Z轴旋转体45连接到运动臂的夹具基座32b,并且夹具具有一个或更多个可枢转的夹具爪部32c,例如在夹具基座32b的每个周向端部处有一个夹具爪部。
[0255] 作为示例,示出了夹具基座32不仅围绕竖直旋转体45铰接,而且还围绕水平旋转体轴线46铰接。为此,联接器32包括臂(这里是经由旋转体45的节段42)与基座32b之间的子框架32a。子框架32a围绕轴线45旋转,基座32b围绕水平轴线46相对于子框架32a旋转。例如,致动器46a控制基座32a围绕水平(旋转)轴线46的旋转运动。类似地,致动器52控制围绕竖直轴线45的旋转运动。
[0256] 在图1中,夹具32已经打开,这是因为叶片8已经正确安装。
[0257] 通常,如图5a、图5b、图5c所示,夹具32可以打开,以使叶片根部8a的联接包括使叶片根部支撑在夹具基座32b上,这里也支撑在爪部32c的一个上,然后通过致动一个或更多个枢转夹具爪部32c来闭合夹具。
[0258] 将叶片8安装到叶毂4包括:
[0259] ‑操作可控运动臂致动器组件50、51、52、60,以将叶片联接器32带到并保持在其运动补偿接收位置,例如如图2所示或稍微向外,其中运动臂40被操作以补偿塔顶运动,[0260] ‑将位于所述接收位置的叶片联接器32联接到悬挂在起重机上的转子叶片,这里联接到转子叶片的叶片根部8a,与风力涡轮机的叶毂的安装结构5c基本上齐平,
[0261] ‑在叶片联接器32联接到叶片根部8a的情况下–操作可控运动臂致动器组件50、51、52、60,以逐渐使联接的叶片(例如叶片根部8a)处于与塔顶运动同步的水平运动,然后保持该水平运动,
[0262] ‑可能与所述同步同时,操作可控运动臂致动器组件50、51、52、60,以将联接的叶片的叶片根部8a移动到预安装位置(pm,参见图2),所述预安装位置比接收位置更靠近安装结构5c,
[0263] ‑操作可控运动臂致动器组件50、51、52、60以执行安装运动,其中叶片根部8a从预安装位置pm移动到安装位置(参见图3),并且在通过一个或更多个紧固件10将叶片根部紧固到安装结构5c的过程中使叶片根部8a保持在安装位置。
[0264] 值得注意的是,图3还示出了臂40的缩回位置。
[0265] 在实施方案中,在借助于臂40的操作将联接的叶片的叶片根部8a移动到预安装位置之前,实现与塔顶运动的同步。
[0266] 在实施方案中,所述方法包括验证步骤,所述验证步骤在叶片根部8a处于预安装位置pm并且在开始安装运动之前执行,这里是在叶片8的轴向方向上,所述轴向方向由螺栓10的延伸及其引入安装结构5c的螺栓孔中来限定,所述验证步骤包括对叶片根部与安装结构的同步和/或对准进行验证。验证可能需要使用一个或更多个位置检测器,例如非接触式,例如从机舱到叶片根部,例如摄像机、雷达、红外距离测量和/或基于卫星的位置感测等。
[0267] 优选地,在实施方案中,起重机具有吊臂,并且起重机设置有载荷连接器主动位置控制系统,所述载荷连接器主动位置控制系统配置和操作为主动控制载荷连接器在至少一个水平方向上,优选地在两个不平行的水平方向上相对于吊臂的位置,其中所述方法包括当叶片联接器32联接到叶片根部8a的外部时,与叶片联接器32(例如叶片根部联接器)同步地操作载荷连接器主动位置控制系统。上面已经列举了合适的起重机的示例。
[0268] 在实施方案中,叶片提升工具20包括附接到起重机的载荷连接器的框架21,其中所述叶片提升工具包括相对于所述框架可移动地安装的叶片抓持组件22,例如至少在一个水平方向上,例如沿着由叶片抓持组件抓持的转子叶片8的长度,优选地在两个不平行的水平方向上相对于所述框架可移动,并且其中所述叶片提升工具包括所述框架和叶片抓持组件之间的可控运动致动器装置23。在实施方案中,所述方法包括在如所讨论的联接到叶片8时,操作可控运动致动器装置23,以与叶片联接器32同步地相对于框架21移动叶片抓持组件22。
[0269] 优选地,使用测量叶片根部8a相对于安装结构的距离和/或位置和/或角度定向的一个或更多个传感器,例如,所述一个或更多个传感器关联到可控运动臂致动器组件的控制器60并且/或者关联到载荷连接器主动位置控制系统并且/或者关联到使叶片抓持组件22相对于叶片提升工具20的框架21移动的可控运动致动器装置23。
[0270] 例如,所述方法包括使用控制单元来控制运动臂40,例如所述控制单元由机舱3中的人工操作员操作。
[0271] 图2示出了在完成将转子叶片8紧固到海上风力涡轮机的叶毂之后,叶片联接器32(例如叶片根部联接器)从叶片根部8a脱离,然后运动臂40操作为移动到在完成叶毂的旋转期间为所安装的转子叶片提供间隙的缩回配置,以便使安装结构的另一个就位,用于将另一个转子叶片安装到海上风力涡轮机。
[0272] 如所讨论的,所述方法可以包括例如编程到控制器60中的紧急远离程序,其中运动臂40操作为例如在动力和/或控制信号异常的情况下和/或在风况和/或海况异常的情况下,使叶片根部快速远离机舱。
[0273] 如所讨论的,当叶片8借助于提升工具20悬挂在起重机上时,即使当存在其它措施来对抗叶片的运动时,如牵引绳等,转子叶片的一些(残余)运动也仍然可能存在。例如,在水平面上,经常观察到转子叶片通过起重机的载荷连接器围绕Z轴振荡摆动。其它运动是围绕水平轴线的竖直平面振荡,通常在提升工具20从起重机悬挂的点处,在叶片沿着转子叶片的长度的平面X‑运动中,和/或在横向于转子叶片的长度的平面Y‑运动中。运动通常是由风引起的运动,但由于叶片的巨大质量以及安装所需的起重机吊臂的长度,起重机运动(例如吊臂振动)也是一个因素。叶片8的这种运动可能是在臂40、联接器32和/或联接器接合叶片8的位置(例如在根部)上产生不期望的载荷/应力的原因。在这方面,提供联接器32的相对于臂40的转动支撑减轻或减少了这个问题。
[0274] 如引用的文献中提到的,风向可能与波浪方向相同,但它们也可能不同且不一致,例如,波浪仍处于风力减弱并方向改变的早期强风的方向。图示的装置30也能够有效地处理这种情况。如引用的文献中提到的,周期性塔顶运动可以具有显著的幅度,例如大于0.5米,甚至大于1米。考虑到将多个螺栓10引入它们的螺栓孔中所需的准确性,臂40的使用是非常有效的,并且与现有技术的方法相比,至少扩大了叶片安装的操作窗口。如所讨论的,螺栓10的碰撞可能导致螺栓和/或例如复合材料的叶片根部结构的损坏,例如呈内部裂纹的形式。
[0275] 螺栓10可以是本领域已知的T形螺栓。也可以使用其它紧固件。
[0276] 在安装过程中借助于臂40推进叶片8可以伴随着起重机的相应操作,例如,使得从起重机悬挂的点跟随由臂控制的运动。例如,起重机主要通过使吊臂围绕竖直回转轴线回转和/或通过载荷连接器位置控制系统的操作对承载叶片提升工具20的载荷连接器的位置进行x‑y(也可能是‑z)控制来跟随这一运动。
[0277] 安装有起重机的船舶可以处于漂浮状态,但也可以是自升式船舶,以使起重机不受船体运动的影响。起重机也可以是稳定的,例如安装在漂浮船舶上的运动稳定平台。
[0278] 在实施方案中,设置一种光学(例如,基于激光的)引导系统,其用于控制叶片联接器相对于叶片待安装到的安装结构的路径。
[0279] 在实施方案中,叶片根部联接器32摩擦地联接到叶片根部的外部,例如当根部被夹具夹紧时,例如通过摩擦垫,例如气动摩擦垫。与叶片(例如叶片根部)的联接也可能涉及使用真空、磁力等。
[0280] 在实施方案中,起重机的载荷连接器位置控制系统操作为使叶片纵向轴线与安装轴线对准并保持对准,从而与螺栓10(当存在时)的方向对准,优选地当处于静止接收位置时,和/或当移动到预安装位置时,或当处于安装位置时。
[0281] 在实施方案中,存在角度感测组件以检测水平面中安装轴线和叶片的纵向轴线之间的角度,例如叶片根部联接器和运动臂(例如臂的外节段)之间的角度。
[0282] 在叶片根部联接器32中,如图5d所示,可能存在弹性地安装和/或与定位装置相关联的叶片根部接合构件,例如,从而允许将联接器32调整到叶片的横向尺寸,例如,调整到叶片根部的直径。
[0283] 图5e和图5f示出了——在将叶片根部紧固到安装结构之后——叶片根部联接器32打开并与叶片根部脱离,包括将臂移动到其缩回位置,以使叶毂可以旋转而使另一个安装结构处于水平位置,以将下一个叶片安装到叶毂。
[0284] 图7、图8、图9a‑图9j、图10a、图10b、图10c和图10d示出了叶片运动同步和定位装置230的替选实施方案。
[0285] 图7示出了叶片运动同步和定位装置230的替选实施方案。塔、机舱和叶片未示出。
[0286] 风力涡轮机联接器231(或塔联接器)这里实施为包括下部和上部夹紧机构231a、231b的环形夹紧组件。
[0287] 夹紧机构各自包括一个或更多个致动器231c、231d,这里实施为液压缸
[0288] 上部和下部夹紧机构231a、231b通过框架连接,所述框架包括联接上部和下部夹紧机构的一个或更多个竖直构件229。
[0289] 优选地,每个夹紧机构231a、231b设置有两个或更多个夹紧垫228,当夹紧时,这些夹紧垫与塔(未示出)的外部摩擦接合。
[0290] 夹紧机构这里各自配置为在相应的夹紧锁227处打开并且围绕铰链227b枢转,从而允许夹紧机构围绕塔放置,以使塔的主轴线在枢转回去并且再次接合和锁定夹紧锁227之前与轴线T对准。
[0291] 在将夹紧机构围绕塔放置之后,致动器231c和231d辅助夹紧机构与塔的接合。
[0292] 在图7中可见,叶片联接器或叶片根部联接器实施为包括两个节段的夹具232。一个节段是夹具基座232b,而另一个节段是可枢转的夹具爪部232c。夹具232的两个节段都包括配置为与叶片接合而不损坏叶片的一个或更多个夹持垫。
[0293] 夹具的打开和关闭(这里通过枢转爪部232c)由夹具232的夹具致动器233辅助。
[0294] 图7所示的连接风力涡轮机联接器231和叶片联接器232并提供它们之间的运动的运动臂240包括平行四边形机构248,该机构在竖直平面内起作用并且包括运动载台,这里为X‑Y‑θ载台249。
[0295] 运动臂240的平行四边形或四杆连杆机构248形成臂的内节段,并且优选地,经由竖直轴铰链243连接到风力涡轮机联接器。机构248可以通过致动器250围绕该铰链243旋转或转动。
[0296] 在平行四边形机构248的远离塔的端部安装有运动载台,这里是X‑Y‑θ载台249。叶片联接器或夹具232安装在载台上。
[0297] 除了较小的旋转运动以补偿叶片同步和定位外,旋转还允许围绕该竖直轴铰链243旋转半圈,从而使X‑Y‑θ载台249和叶片联接器232能够从机舱的一侧移动到机舱的相反侧。
[0298] 平行四边形机构248旋转至少180度的这种能力可以(借助于X‑Y‑θ载台249与叶片联接器232的旋转结合)用于将叶片定位和放置在机舱的任一侧。
[0299] 使用该装置230,可以执行机舱的任一侧的叶片运动同步、定位和放置,而不必将风力涡轮机联接器231重新定位或重新附接到塔。
[0300] 平行四边形机构的高度调节致动器241配置为上下移动所述机构的远端和载台,这里是X‑Y‑θ载台249,以及随后的叶片根部联接器232和叶片(如果存在)。
[0301] 高度调节致动器241还在平行四边形机构248内提供支架,使得在该致动器的未致动状态下,X‑Y‑θ载台249下沉,但通过致动器241的有限运动范围停止。该支架限制可以作为一种安全措施来实施,以防止损坏载台、夹具和叶片。
[0302] X‑Y‑θ载台249配置为用于移动和/或旋转叶片联接器232,以便提供如本文所讨论的被夹持的叶片的运动补偿和同步。
[0303] 夹具232在载台249上的X运动和Y运动是使用正交线性致动器251、252来致动的,而旋转θ运动与载台集成在一起,尽管从图7中看不到,但在图8中可以看到,该载台在其连接到平行四边形机构248的载台249的基部处旋转或转动。
[0304] 在替选实施方案中,该θ旋转分量也可以被结合在叶片联接器232和载台249的顶部之间。
[0305] 在替选实施方案中,该θ旋转分量也可以被结合在载台249的X部和Y部之间。
[0306] 叶片联接器232的这种旋转与运动臂240的平行四边形机构248围绕竖直轴铰链243的旋转相结合,可以用于使夹持在叶片联接器232中的叶片围绕机舱旋转,同时保持叶片根部指向机舱。只要叶片提升工具和起重机能够在这种旋转过程中支撑叶片,这种旋转就是可允许的。
[0307] 叶片运动同步和定位装置230也可以在没有X‑Y‑θ载台249的旋转分量的情况下起作用,因此取而代之地配备有X‑Y载台249。
[0308] 与叶片运动同步和定位装置的前述实施方案相比,该实施方案没有利用如图1中可见的围绕旋转体轴线46的旋转。值得注意的是,载台可以允许将叶片联接器更换为能够实现这种运动的样式。
[0309] X‑Y‑θ载台249或X‑Y载台249的实现允许X方向和Y方向上的分离运动和控制以及旋转θ。这种分离运动对于叶片根部从预安装位置pm移动到安装位置的安装运动可以是有利的,这是因为大部分运动可以随后由致动器在单个方向上执行,而其余致动器可以用于相较于安装运动的相对较小的补偿运动。
[0310] 图8示出了图7所示的叶片运动同步和定位装置230的相同替选实施方案的侧视图。
[0311] 在图8中,风力涡轮机联接器231a、231b示出为在机舱203下方和附近围绕塔202夹紧。还没有叶片稳固到机舱203的水平轴线叶毂的叶片安装结构205a、205b、205c。
[0312] 在图8中,可以更好地观察到X‑Y‑θ载台249的旋转件(rotational capability)253位于平行四边形机构248和载台249的交接处。
[0313] 图9a、图9b、图9c、图9d和图9e以俯视示意图的形式示出了叶片运动同步和定位装置的运动臂围绕竖直铰链轴线243朝向机舱203的另一侧的旋转,这里未示出叶片。
[0314] 可以通过仅使用图9a和图9e而没有图9b、图9c和图9d来想象叶片运动同步和定位装置围绕竖直铰链轴线243朝向机舱203的另一侧旋转的相同过程(图示为在该旋转过程中不存在叶片,也不存在具有θ旋转能力的叶片运动同步和定位装置的运动臂的载台)。
[0315] 图9f、图9g、图9h、图9i和图9j示出了当机舱203相对于风力涡轮机联接器处于另一起始位置时,叶片运动同步和定位装置围绕竖直铰链轴线243旋转的相同过程。
[0316] 机舱203的这种替选的起始位置也在逻辑上改变竖直铰链轴线243相对于机舱203的起始位置。
[0317] 这里叶片运动同步和定位装置的运动臂的载台也示出为不具有θ旋转能力。
[0318] 对于机舱203相对于风力涡轮机联接器的这种替选的起始位置,从图9hm、图9i和图9j可以明显看出,需要机舱203相对于叶片运动同步和定位装置的额外的反向旋转,以便能够到达机舱的相反侧。
[0319] 然后还应当清楚的是,在这种替选的起始位置的情况下,尽管可能没有,但叶片运动同步和定位装置的运动臂的载台具有θ旋转能力是可取的。
[0320] 这样,例如通过对围绕竖直铰链轴线243的旋转施加反向旋转θ,可以将由叶片运动同步和定位装置抓持的叶片带到机舱203的相反侧,而不必移除叶片并在其正确的定向上将其更换。
[0321] 图10a、图10b、图10c和图10d示出了将叶片紧固到相应的安装结构后使叶片脱离的顺序,包括打开叶片联接器232和调整平行四边形机构248的高度以使联接器远离叶片移动。
[0322] 在图10a和图10b中,可以看到叶片联接器232松开其对叶片的抓持并远离叶片移动。这种远离在这里是通过利用平行四边形机构240以及载台运动来实现的。
[0323] 在图10c和图10d中,可以看到叶片同步和定位装置进一步远离叶片移动,然后围绕竖直铰链轴线243旋转。
[0324] 在使运动臂和叶片联接器232旋转离开紧固的叶片之后(这里包括内臂节段240围绕竖直铰链轴线243的旋转或转动运动),可以在没有叶片运动同步和定位装置230阻碍这种旋转的情况下使叶毂与叶片一起旋转。这种旋转可以得到用于接受将另一个叶片放置到叶片安装结构205a、205b、205c的一个或更多个上的新配置,优选地超过120度的旋转角度,使得其然后可以再次与叶片运动同步和定位装置对准。
[0325] 在实施方案中,使用感测组件来感测叶片根部的空间运动,所述感测组件例如是基于惯性的感测组件,所述空间运动例如是仅在水平面上,例如两个不平行的方向,例如长度和横向长度,围绕载荷连接器的Z轴的旋转,通过载荷连接器围绕Y轴的旋转,所有振荡。
[0326] 如所讨论的,质量阻尼器可以设置为塔的一部分(例如,永久安装或临时安装)。质量阻尼器也可以设置为装置30、230的一部分或与装置30、230组合,例如与塔联接器31、231集成,以(临时)减少塔运动。
[0327] 例如,陀螺稳定器设置在装置30、230中,例如与叶片根部联接器32集成,例如从而围绕叶片根部联接器的z轴旋转来稳定叶片根部联接器和联接的叶片。
[0328] 例如,陀螺稳定器存在于起重机的叶片提升工具20和/或载荷连接器中,例如悬挂工具20的吊具上。
[0329] 在实施方案中,叶片联接器包括一个或更多个吊索,例如具有一个或更多个吊索调节装置,吊索配置为各自与叶片(例如叶片根部,例如在多个吊索之间逐渐收紧的叶片根部)的周向部分接合以联接叶片根部。
[0330] 在实施方案中,临时轴环构件在通过起重机提升之前可脱离地装配在叶片根部上,并且配置为通过叶片根部联接器32接合,并且在完成叶片安装之后被移除,例如在保持与叶片根部联接器接合的同时与叶片根部脱离,并且随后被起重机移除,例如被装配在下一个叶片上。
[0331] 在实施方案中,提供了使臂40、240、249的控制器60与载荷连接器位置控制系统之间进行通信的装置,用于起重机的载荷连接器的位置的x‑y‑z控制。
[0332] 在实施方案中,设想当根部8a从接收位置前进到预安装位置时和/或当从预安装位置移动到安装位置时,起重机与臂40、240、249一致地进行自动操作。
[0333] 在实施方案中,例如基于臂40上的传感器或臂节段240和/或载台249上的传感器的角度感测,存在起重机的自动x‑y控制,以便使叶片的纵向轴线与安装轴线对准。
[0334] 在实施方案中,如图所示,存在叶片根部联接器的万向节安装,以允许叶片根部的(有限的)旋转,例如从而避免由于叶片运动而使臂40、240过载。
[0335] 在实施方案中,设置指向叶片根部(例如,指向突出的螺栓10)的摄像机,图像被显示给人工操作员,和/或用于自动图像处理,例如以避免碰撞和/或发出警告信号。
[0336] 如所讨论的,一个或更多个标记线可以用于主要在水平面中定向和/或稳定提升工具20和/或叶片。
[0337] 在实施方案中,可以设置所谓的大风吊臂锁(High Wind Boom Lock)或其它布置,以相对于起重机吊臂稳定载荷连接器。
[0338] 风力涡轮机联接器31、231可以在塔上自爬升,但优选地使用起重机安装到塔顶,所述起重机例如是与在本文所述的操作中处理叶片的起重机相同的起重机。
[0339] 在实施方案中,装置30、230设置有集成动力源,例如电池、液压动力单元等。
[0340] 在实施方案中,装置30、230设置有灭火系统。
[0341] 在实施方案中,装置30、230设置有辅助起重机。
[0342] 图11a–图11d示意性地示出了叶片运动同步和定位装置330的风力涡轮机联接器331的替选样式,其中风力涡轮机联接器331示出为安装到风力涡轮机的机舱3。
[0343] 优选地,到机舱的这种安装使用机舱上的一个或更多个硬点301。这里,在机舱的顶部示出了两个硬点(例如也用于借助于起重机来吊升机舱),风力涡轮机联接器331配置为与机舱可脱离地联接。
[0344] 硬点331是机舱3的结构的一部分,例如在其外部,例如在机舱的顶部和/或在机舱的一个或更多个侧面,可能(但不太优选)在机舱的底部。
[0345] 在实施方案中,一个或更多个硬点存在于风力涡轮机的水平轴线叶毂4。这种一个或更多个硬点可以与机舱上的一个或更多个硬点组合使用,用于安装装置330。然而,优选仅使用机舱上的硬点,例如机舱顶部的两个硬点和机舱侧面的一个或更多个硬点。
[0346] 在实施方案中,尽管这里在机舱3的顶部示出了两个硬点301,但是在机舱的外部存在这些硬点301的三个或更多个可用。
[0347] 在实施方案中,硬点301不仅存在于机舱的顶部,而且还存在于机舱的侧面和/或背面,或者仅存在于机舱的侧面和/或背面。
[0348] 在实施方案中,一个或更多个硬点301存在于机舱的水平轴线叶毂。
[0349] 在风力涡轮机联接器331的该替选实施方案的实际样式中,优选具有仅三个或至少三个硬点以与301联接。
[0350] 图11d还示意性地示出了存在运动臂340和叶片联接器332以处理叶片6。
[0351] 图12a–图12f示意性地示出了叶片运动同步和定位装置的几个替选实施方案,其中风力涡轮机联接器以各种位置和形式联接到机舱。
[0352] 在图12a和图12b中,风力涡轮机联接器331与图11d中的相同,但这里示出了运动臂和叶片联接器的两个不同实施方案,其中图12a中的运动臂340’也示出为包括与先前实施方案中使用的前文描述的运动载台相似的运动载台349。
[0353] 图12a和图12b示出了运动载台349的集成并且表明在图11‑图14所示的所有实施方案中,运动臂可以包括这样的或类似的运动载台,但为了限制图的数量而省略。
[0354] 图12c示出了安装在机舱上的风力涡轮机联接器431的实施方案,其中涡轮机联接器431仅安装到机舱3的侧面。叶片运动同步和定位装置这里还包括运动臂440和叶片联接器432。
[0355] 尽管未示出,但风力涡轮机联接器431优选地配置为联接到机舱3上或机舱3内和/或水平轴线叶毂4上的硬点。
[0356] 如前文描述的,在实施方案中,运动臂440还包括未示出的运动载台。
[0357] 图12d示出了安装在机舱上的风力涡轮机联接器431的实施方案,其中涡轮机联接器531安装到机舱3的背面。叶片运动同步和定位装置这里还包括运动臂540和叶片联接器532。
[0358] 尽管未示出,但风力涡轮机联接器531理解为配置成联接到机舱3和/或水平轴线叶毂4上或内的硬点。
[0359] 如前文描述的,在实施方案中,运动臂540还包括运动载台,尽管这里未示出。
[0360] 图12e示出了安装在机舱上的风力涡轮机联接器631的实施方案,其中涡轮机联接器631安装到机舱3的顶部和侧面。叶片运动同步和定位装置这里还包括运动臂440和叶片联接器432。
[0361] 尽管未示出,但风力涡轮机联接器631理解为配置成联接到机舱3上或机舱3内的硬点。
[0362] 如前文描述的,在实施方案中,运动臂640还包括运动载台,尽管这里未示出。
[0363] 图12f示出了安装在机舱上的风力涡轮机联接器731的实施方案,其中涡轮机联接器731安装到机舱3的顶部、侧面和背面。叶片运动同步和定位装置这里还包括运动臂740和叶片联接器732。
[0364] 尽管未示出,但风力涡轮机联接器731理解为配置成联接到机舱3上或机舱3内的硬点。
[0365] 如前文描述的,在实施方案中,运动臂740还包括运动载台,尽管这里未示出。
[0366] 图13a、图13b和图13c示意性地示出了风力涡轮机联接器831的替选实施方案,或多或少类似于联接到机舱3的顶部和侧面的图12e中所示的实施方案。叶片运动同步和定位装置这里还包括运动臂840和叶片联接器832。
[0367] 作为前文描述的替选可用性的示例,这里示意性地示出了在机舱3的顶部和侧面上和/或可以通过机舱3的顶部和侧面接近的硬点801。
[0368] 如前文描述的,在实施方案中,运动臂840还包括运动载台,尽管这里未示出。
[0369] 在实施方案中,叶片运动同步和定位装置包括与运动臂840相同的第二运动臂以及附接到风力涡轮机联接器831的相反侧的叶片联接器832。
[0370] 图14a‑图14d示意性地示出了叶片运动同步和定位装置的替选实施方案的几个实例,其中风力涡轮机联接器仅联接到风力涡轮机的水平轴线叶毂4。
[0371] 图14a示出了叶片运动同步和定位装置的风力涡轮机联接器931联接到风力涡轮机的水平轴线叶毂4的头部。
[0372] 这里假设,在水平轴线叶毂4的头部处,在水平轴线叶毂4上和/或内存在一个或更多个硬点(未示出)。
[0373] 叶片运动同步和定位装置这里还包括运动臂940和932。如前文描述的,在实施方案中,运动臂940还包括运动载台,尽管这里未示出。
[0374] 图14b、图14c和图14d示出了风力涡轮机联接器1031联接到叶片安装结构5a、5b或5c的一个或更多个。例如,联接器实施为联接到这样的结构,而不妨碍叶片6、7、8安装到相同的叶片安装结构。例如,联接器夹紧在结构5a、5b、5c的外周上,而不阻碍叶片安装到相同的结构。叶片运动同步和定位装置这里还包括运动臂1040和叶片联接器1032。
[0375] 在这里未示出的替选实施方案中,图14b、图14c和图14d中所示的风力涡轮机联接器1031配置为联接到叶毂的头部的一个或更多个硬点,例如位于叶片安装结构5a、5b和5c之间。
[0376] 图14b、图14c和图14d示出了运动臂1040和叶片联接器1032可以配置为相对于水平轴线叶毂4和机舱3以几种姿态操作。然而,为了避免与机舱3碰撞,图14c和图14d的定向是优选的。
[0377] 图15示意性地示出了叶片运动同步和定位装置的实施方案,其中利用副运动臂1140’,一个臂安装到风力涡轮机,副运动臂1140’安装到叶片提升工具1120。
[0378] 图15示出了叶片联接器被分别附接到运动臂1140和副运动臂1140’的互锁运动臂联接器1170和1171取代。第一运动臂1140附接到这里联接到机舱的顶部和侧面的风力涡轮机联接器1131,副运动臂1140’作为连接到起重机的载荷连接器(未示出)的叶片提升工具1120的一部分。
[0379] 在互锁运动臂联接器1170和1171已经联接之后,运动臂1140和副运动臂1140’可以一致地操作,以获得与单一运动臂的方法类似的结果。
[0380] 该实施方案可以具有若干优点,其中一些优点是但不限于:不必联接到叶片,从而减少损坏的机会,增加了到达距离,增加了灵活性等。
[0381] 例如,图15的实施方案能够实现一种将处于水平定向的转子叶片安装到位于海上的水平轴线海上风力涡轮机的叶毂的方法,
[0382] 其中所述海上风力涡轮机包括:
[0383] ‑底座,
[0384] ‑塔,其安装在底座上并且具有塔顶,
[0385] ‑机舱,其在塔顶上,所述机舱设置有具有多个叶片安装结构的水平轴线叶毂,每个叶片安装结构配置为用于将转子叶片稳固到其上,
[0386] 其中使用设置有起重机的船舶,所述起重机具有悬挂在起重机的一个或更多个绞盘驱动的缆绳上的载荷连接器,
[0387] 其中,附接到载荷连接器的叶片提升工具与处于水平定向的转子叶片接合,所述转子叶片具有叶片主体,所述叶片主体具有叶片根部、叶片尖端、长度和转子叶片质量,其中所述叶片根部具有外部并且配置为借助于一个或更多个紧固件在叶片根部的安装位置稳固到海上风力涡轮机的叶毂的叶片安装结构,
[0388] 其中,操作起重机以在将转子叶片保持在水平定向上的同时,将转子叶片提升到与海上风力涡轮机的叶片安装结构基本上齐平的高度,
[0389] 其中使用叶片运动同步和定位系统,所述系统包括:
[0390] ‑风力涡轮机运动臂装置,所述装置包括:
[0391] ‑风力涡轮机联接器1131,其配置为将所述装置可脱离地联接到风力涡轮机,这里是机舱4,
[0392] ‑第一运动臂联接器1170,
[0393] ‑第一运动臂1140,其在风力涡轮机联接器和第一运动臂联接器1170之间,[0394] ‑第一可控运动臂致动器组件,其包括控制器和与第一运动臂相关联的一个或更多个致动器,所述组件配置为提供第一运动臂的受控运动,
[0395] ‑转子叶片运动臂装置,所述装置包括:
[0396] ‑叶片联接器1120,例如与叶片提升工具集成,所述叶片联接器1120配置为将装置可脱离地联接到转子叶片,
[0397] ‑第二运动臂联接器1171,
[0398] ‑第二运动臂1140’,其在叶片联接器和第二运动臂联接器之间,
[0399] ‑第二可控运动臂致动器组件,其包括控制器和与第二运动臂相关联的一个或更多个致动器,所述组件配置为提供第二运动臂的受控运动,
[0400] 其中,塔顶在水平面中的至少一个方向上受到海况和/或风引起的塔顶运动的影响,
[0401] 其中,所述方法包括:
[0402] ‑将风力涡轮机运动臂装置联接到风力涡轮机并且将转子叶片运动臂装置联接到转子叶片,
[0403] ‑将转子叶片悬挂在起重机上,所述转子叶片与风力涡轮机的叶毂的叶片安装结构基本上齐平,
[0404] ‑操作第一运动臂和/或第二运动臂,以使第一运动臂联接器1170和第二运动臂联接器1171处于预互锁位置并保持第一运动臂联接器1170和第二运动臂联接器1171同步运动,使得运动臂联接器在所述预互锁位置相对于彼此基本上静止,
[0405] ‑操作第一和/或第二可控运动臂致动器组件以使第一运动臂联接器1170和第二运动臂联接器1171从所述预互锁位置朝向彼此移动,然后将第一运动臂联接器和第二运动臂联接器互锁,
[0406] ‑在第一运动臂联接器1170和第二运动臂联接器1171互锁的情况下–操作第一和/或第二可控运动臂致动器组件,以逐渐使转子叶片(例如叶片根部)处于与塔顶运动同步的水平运动,然后保持该水平运动,
[0407] ‑可能与所述同步同时,操作所述第一和/或第二可控运动臂致动器组件,以使联接的叶片的叶片根部朝向叶片安装结构移动到预安装位置,
[0408] ‑操作所述第一和/或第二可控运动臂致动器组件以执行安装运动,其中叶片根部从预安装位置移动到安装位置,并且在通过一个或更多个紧固件将叶片根部紧固到安装结构的过程中使叶片根部保持在安装位置。
[0409] 图16示意性地示出了叶毂连接构件17和变桨轴承14在风力涡轮机叶片8安装到风力涡轮机之前与所述风力涡轮机叶片的集成的实现方式。
[0410] 这种实现方式有利于叶片根部8a到叶片安装结构5a、5b和5c的安装和/或对准。