提升机舱和塔架的方法

专利名称：提升机舱和塔架的方法
提升机舱和塔架的方法技术领域
本发明大体而言涉及用于风力涡轮机的方法和系统，更具体地涉及用于在陆上和 海上环境中提升风力涡轮机的一个或多个塔架分段、或风力涡轮机的预组装到机舱的一个 或多个塔架分段的方法和系统。
背景技术：
通常，通过清洁、环境和资源友好的风力涡轮机的构造和操作而由风产生的电力 可以根据风力涡轮机操作的环境而被称作陆上或海上风力发电(Wind power)。在这种环境 中安装风力涡轮机通常需要专门的设备和机器，例如能够提升具有重载荷的大体积物体的 起重吊车。
在陆上，人口稀少并具有盛行强风(prevailing wind)的宽广开放空间通常提供 具有高年发电量(AEP)的极好的用于安装风力涡轮机的地点。此外，由于场地的易接近性， 在这种环境中的维护更便利。
但是，还存在转向海上风力发电的趋势，因为发现海上风力发电比通常的陆上风 力发电在社区中具有更大的接受程度。这种现象的原因在于在海上环境中发现通常更高和 更恒定的风速或风力资源特性。这些风力条件引起在每个风力涡轮机产生的电能方面的增 大。另外的优势是在这种环境中风力涡轮机的噪声发展、物理和视觉障碍对当地社区造成 更少的问题。
至少某些已知的风力涡轮机包括塔架和安装在塔架上的机舱。转子可旋转地安装 到机舱，并且经由轴联接到发电机。多个叶片从转子延伸。叶片定向成使得经过叶片的风 使转子转动并使轴旋转，从而驱动发电机发电。
组装供陆上或海上使用的这种大型风力涡轮机通常以各种方式完成。为陆上使用 所开发的风力涡轮机通常在风力涡轮机将进行操作的场地进行组装。
因为在海上环境中安装风力涡轮机通常在平静的天气条件下完成，所以快速变化 的天气和海涌会造成用于安装风力涡轮机的窗口短暂而受限。
一般地，用于运输和安装风力涡轮机的成本与这些风力涡轮机的AEP相比是相对 高的。部分地，这是由于用于运输和组装风力涡轮机所需要的专用昂贵设备引起的。例如， 通常使用专用的昂贵起重吊车来完成安装经常超过IOOm的高大风力涡轮机，这些风力涡 轮机还可以具有超过80m的转子直径。这些吊车应当能够提升数百吨的载荷，因为风力涡 轮机机舱本身的重量可以超过120吨。停滞时间(即，直到天气和海涌条件适合于安装的时 间)的长短可能会引起这种设备的保持时间或待命时间非常长，这随之直接影响安装成本。
此外，风力涡轮机的维护和在例外情况中停止运行会迅速增加成本。对于开放水 域环境的情况尤其如此，开放水域环境通常不如陆上环境那样易接近，并且在开放水域环 境中安装某些风力涡轮机需要不止一个起重吊车。
因此，可理解期望用于在陆上以及海上环境中组装或安装风力涡轮机的简单、成 本和时间有效的方法。本发明涉及这样的减少安装或最终停止运行风力涡轮机所需要的时间和设备等等的方法。发明内容
在一个方面，提供一种用于提升风力涡轮机的一个或多个塔架分段的方法，其中 一个或多个塔架分段包括最上凸缘。该方法包括将一个或多个连接件连接到一个或多个 塔架分段的内部并在最上凸缘下方；和使用提升机械来提升一个或多个塔架分段，提升机 械通过一个或多个连接件而与一个或多个塔架分段连接。
在另一方面，提供一种用于提升风力涡轮机的预组装到机舱的一个或多个塔架分 段的方法，其中一个或多个塔架分段包括最上凸缘。该方法包括将一个或多个连接件连 接到一个或多个塔架分段的内部并在最上凸缘处或下方；和使用提升机械来提升预组装到 机舱的一个或多个塔架分段，提升机械通过一个或多个连接件而与一个或多个塔架分段连接。
在另一方面，提供一种风力涡轮机塔架分段。塔架分段包括凸缘以及一个或多个 附接件，其中附接件连接到塔架分段的最上凸缘下方的内侧上。
本文描述的方法促进在陆上或海上环境中提升风力涡轮机的一个或多个塔架分 段、或者风力涡轮机的预组装到机舱的一个或多个塔架分段。具体地，通过一个、两个、三个 或更多个连接件来提升风力涡轮机的一个或多个塔架分段、或者风力涡轮机的预组装到机 舱的一个或多个塔架分段，连接件连接在最上凸缘或一对凸缘处或下方。从而，有效地省去 风力涡轮机的位于连接件的附接点上方的部分上的提升载荷。
因为塔架凸缘通常设计成承受比提升载荷更大的载荷，所以连接件可以连接到在 塔架分段的最上凸缘处或下方的这样的凸缘。可以通过附接件(例如为永久地或可移除地 连接到凸缘的吊耳)来完成连接件的连接。具体地，与已知的提升方法相比，向下凸缘加载 重量可避免在提升期间更薄且更易碎的上塔架部分承受整个塔架或涡轮机的载荷。本文所 述的提升方法可以用于以快速且有成本效益的方式组装或竖立、维护或拆卸风力涡轮机。
根据从属权利要求、说明书和附图，本发明的其他方面、优点和特征将显而易见。


在说明书中更具体地阐明了针对本领域技术人员的完全和能够实现的公开(包括 其最佳实施方式)，包括对附图的参照，其中
图1是示例性风力涡轮机的透视图。
图2是图1所示的风力涡轮机的一部分的放大剖视图。
图3是示出根据本发明的实施例的利用连接在塔架分段内部的连接件来提升风 力涡轮机的方法的示意图。
图4是示出根据本发明的实施例的利用连接在塔架分段内部的连接件来提升风 力涡轮机的方法的另一方面的示意图。
图5是示出根据本发明的实施例的用于提升部分预组装的风力涡轮机的方法的 另一方面的不意图。
图6是示出根据本发明的实施例的利用连接到塔架分段内部的连接件来提升风 力涡轮机的多个塔架分段的方法的示意图。
图7是示出根据本发明的另外实施例的利用连接到塔架分段内部的连接件来提升风力涡轮机的多个塔架分段的方法的示意图。
图8是根据本发明的实施例的风力涡轮机机舱和塔架分段的示意性横截面图，示出了连接件的连接和引导件的位置。
图9是根据本发明的另外实施例的风力涡轮机机舱和塔架分段的示意性横截面图，示出了连接件的连接和引导件的位置。
图10是根据本发明的实施例的风力涡轮机机舱和塔架分段的示意性横截面图， 示出了齿轮箱和/或发电机的移位。
图11是根据本发明的实施例的风力涡轮机塔架分段的示意性横截面图，示出了连接件的连接和引导件的位置。
图12是根据本发明的另外实施例的风力涡轮机塔架分段的示意性横截面图，示出了连接件的连接和引导件的位置。
图13至图16是根据本发明的另外实施例的在风力涡轮机的一个或多个塔架分段内部的附接件和它们的连接位置的示意图。
图17和图18是根据本发明的实施例的引导件的示意图。
图19是根据本发明的实施例的用于提升风力涡轮机的一个或多个塔架分段、或者风力涡轮机的预组装到机舱的一个或多个塔架分段的方法块的流程图。
附图标记列表
风力涡轮机10齿轮箱46
塔架12高速轴48
扩张器1320联接件50
支撑系统14支撑件52
吊耳15支撑件54
机舱16偏航驱动机构56
转子18气象桅杆58
连接件1925前部支撑轴承60
可旋转的毂 20后部支撑轴承62
卸扣件21驱动系64
转子叶片22变桨组件66
偏航轴承23传感器70
叶片根部2430变桨轴承72
塔架分段25变桨驱动电机74
载荷传递区域26变桨驱动齿轮箱76
引导件27变桨驱动小齿轮78
方向28超速控制系统80
单钩29缆索82
旋转轴线30发电机84
桨距调整系统32腔86
变桨轴线34内表面88
控制系统36外表面90
偏航轴线38纵向轴线116
处理器40运输船120
发电机42运输船甲板126
转子轴44起重吊车130
提升臂135第三凸缘330
第一凸缘310第四凸缘340
第二凸缘320具体实施方式
现在将详细参考各实施例，实施例的一个或多个示例在每个附图中示出。提供每个示例用以解释，而不是表示限制。例如，作为一个实施例的一部分所示出或描述的特征可以用在其他实施例上或与其他实施例一起使用，以获得另外的实施例。本发明意欲包括这样的修改和变化。
如本文所使用的，术语“风力涡轮机”意在表示由风能产生转动能(更具体地，将风的动能转换成机械能)的任意装置。如本文所使用的，术语“叶片”意在表示在相对于周围流体运动时提供反作用力的任意装置。
如本文所使用的，术语“船”意在表示能够运输风力涡轮机或风力涡轮机的一个或多个塔架分段的任意船舶。但是，术语“船”还可以表示能够运输任意一个或多个提升机械或起重设备的船舶。此外，风力涡轮机或风力涡轮机的一个或多个塔架分段、以及一个或多个提升机械或设备可以由单一船舶运输。如本文所使用的，术语“提升机械”意在表示能够提升风力涡轮机或风力涡轮机的一个或多个塔架分段的任意机械或设备。
如本文所使用的，术语“风力发电机”意在表示由从风能所产生的转动能产生电力 (更具体地，将由风的动能所转换的机械能转换成电力)的任意风力涡轮机。
如本文所使用的，术语“最上凸缘”意在表示最上的风力涡轮机塔架分段的最上的凸缘或一对凸缘。
如本文所使用的，术语“连接件”意在表示例如起重缆索、链、吊索中的任意一个或多个，或者任意一个或多个提升辅助装置(例如杆和横杆)。
如本文所使用的,术语“附接件(attaching element)”意在表示能够实现将连接件连接到如本文所述的机舱或塔架分段的任意特征(例如吊耳)。
如本文所使用的，术语“上边缘”意在表示风力涡轮机的一个或多个塔架分段处于竖立位置时的最上边缘。术语“上边缘下方”意在表示在处于竖立位置的一个或多个塔架分段的最上边缘下方的位置。
如本文所使用的，术语“弓I导件”意在表示能够将连接件弓I导至它们的连接位置或者能够对连接件施加垂直力的元件。这种引导件通常不支 撑竖直方向的载荷，即，引导件通常不设计成用于连接件的连接点，并因此在提升处理期间通常不能承受风力涡轮机的一个或多个塔架分段或者风力涡轮机的预组装到机舱的一个或多个塔架分段的载荷。但是，在例外情况下，弓I导件可以设计成承受例如至少一个塔架分段的重载荷。弓I导件还可以确保连接件就位。此外，引导件通常能够承受例如由连接件施加在引导件上的大的水平力。连接件的路径角(routing angle)可以高达60° ,更典型地为15°或更小。
组装和安装用于海上环境中的大型多兆瓦风力涡轮机可以按照若干不同的方式 完成。例如，风力涡轮机可以在陆上(即，内陆或接近海岸)被完全或部分地预组装并通过运 输和安装船被带到这些风力涡轮机的海上操作场地，然后如有必要的话在现场完成装配。 可替换地，风力涡轮机可以在现场被完全组装，即，风力涡轮机部件可以由船运输并在现场 完全组装。
本文描述的实施例包括有成本效益的风力涡轮机提升方法，其允许通过将连接件 连接在一个或多个塔架分段内部、一个或多个塔架分段的最上凸缘或一对凸缘处或下方， 来提升风力涡轮机的一个或多个塔架分段、或者风力涡轮机的预组装到机舱的一个或多个 塔架分段。此外，本文描述的实施例能够实现通过将连接件连接到机舱内部、或者通过将连 接件引导穿过机舱内部并将连接件连接在机舱的底部处或机舱下方来仅提升风力涡轮机 的机舱。可以减少风力涡轮机机舱的更易碎的上部上(特别是一个或多个塔架分段的最上 凸缘上)的载荷。
在本领域中，风力涡轮机经常通过在偏航轴承的上方连接连接件而被提升。当根 据本文描述的实施例利用连接在最上塔架分段的最上凸缘或一对凸缘处或下方的连接件 来提升风力涡轮机或者风力涡轮机的预组装到机舱的一个或多个塔架分段时，可以避免在 偏航轴承不得不从顶部承受塔架重量时使偏航轴承过载的效果。
此外，本文描述的提升方法不仅在利用连接到机舱的一个或多个塔架分段来提升 机舱的情况下有帮助，并且在例如提升一个或多个塔架分段(未连接到机舱的)的情况下也 有帮助。在这种情况下，向下凸缘加载重量可从较薄的上凸缘去除拉伸应力。另一优点包 括由于在提升过程中在塔架分段上的更佳载荷分布并且特别由于塔架分段的连接凸缘上 的减少的载荷而可以减少在风力涡轮机塔架中使用的凸缘的数量。
此外，该提升方法能够实现利用单一吊车的单钩起重。用于提升风力涡轮机的现 有方法通常包括两个吊车。因为完全预组装的风力涡轮机可以通过本文中的方法来提升， 所以可减少安装、维护和修理风力涡轮机所需要的时间。例如，可以将包括连接的转子的完 全组装的风力涡轮机移动到港口，该风力涡轮机在运输到海上并安装在其操作场地之前可 以在港口被安装在基座上、经修理或测试。另外的优点是减少组装设备的体积和重量，这 例如由于仅使用一个吊车来执行本文描述的提升方法的可能性而造成。这个方面在海上情 境中特别有意义，因为在这种情况下组装设备需要被运输到风力涡轮机被安装以进行操作 的场地。
因为本文描述的提升方法可以仅采用单一吊车，这非常有成本效益，特别是当将 风力涡轮机安装在陆上或者尤其是海上风电场时。风电场通常是间隔开的众多风力涡轮 机。根据一个方面，公开了用于将多个风力涡轮机竖立在风电场的方法或者特别有益于连 续应用的方法。
在使用本提升方法之前，如有必要，将风力涡轮机的一个或多个塔架分段、或者风 力涡轮机的预组装到机舱的一个或多个塔架分段、或者预组装的风力涡轮机(最后包括基 座或支撑系统)或者风力涡轮机的机舱带至竖立位置。根据到附接件的可达性，在预组装期 间或者在启动提升过程之前，连接件可以连接到塔架分段或者机舱。此外，在将风力涡轮机 的一个或多个塔架分段、或者风力涡轮机的预组装到机舱的一个或多个塔架分段、或者预组装的风力涡轮机(最后包括基座或支撑系统)或者风力涡轮机的机舱带至竖立位置之前 或之后，连接件可以连接到塔架分段或机舱。
在另一实施例中，引导件可以设计成承受特别重的载荷。例如，在从水平或非竖直 位置提升风力涡轮机的一个或多个塔架分段、或者风力涡轮机的预组装到机舱的一个或多 个塔架分段、或者预组装的风力涡轮机(最终包括基座或支撑系统)之前，存在引导件和连 接件连接到塔架分段的情况。在这种情况下，在风力涡轮机的一个或多个塔架分段、或者风 力涡轮机的预组装到机舱的一个或多个塔架分段、或者预组装的风力涡轮机(最终包括基 座或支撑系统)被操纵到达竖直位置的同时，引导件应当能够承受它们的载荷。
在某些实施例中，通过引导件来引导连接件，引导件的非限制性示例包括滑轮或 辊。引导件可以被永久地或可移除地定位或连接在风力涡轮机塔架分段的上边缘上或下 方、或在机舱的内部或外部上。此外，连接件或引导件可以在塔架分段内部或上方互相连 接、或在风力涡轮机的机舱内部或上方互相连接。此外，引导件可以不连接到塔架分段或机 舱，以使得可以在不接触塔架、机舱或风力涡轮机的任意其他机构的情况下进行引导连接 件。
通常，采用引导件减少在提升过程中与风力涡轮机的部件接触所引起的连接件上 的应变或磨损的量。此外，可以避免由于风力涡轮机的一个或多个塔架分段、或者风力涡轮 机的预组装到机舱的一个或多个塔架分段、或者预组装的风力涡轮机(最终包括基座或支 撑系统)的障碍部分引起的连接件的过度弯曲。可以降低损坏风力涡轮机的一个或多个塔 架分段、或者风力涡轮机的预组装到机舱的一个或多个塔架分段、或者预组装的风力涡轮 机(最终包括基座或支撑系统)的可能性。此外，由于引导件可以被定位成减小连接件连接 到塔架分段或机舱的角度，在连接件上引起的水平反作用力减小。
可以使用提升机械(例如但不限于起重吊车)来提升风力涡轮机的一个或多个塔 架分段、或者风力涡轮机的预组装到机舱的一个或多个塔架分段、或者预组装的风力涡轮 机(最终包括基座或支撑系统)或者风力涡轮机的机舱。连接件可以通过一个或多个起重吊 钩而连接到提升机械。另外的实施例包括使用例如分布梁形式的扩张器。分布梁在提升过 程中可以用作稳定构件，并且还为连接件提供分隔开的连接点。
在一个实施例中，提升本发明描述的风力涡轮机的一个或多个塔架分段、或者风 力涡轮机的预组装到机舱的一个或多个塔架分段的方法包括将连接件连接在一个或多个 塔架分段的最上凸缘的下方。
可以将一个或多个连接件连接到风力涡轮机的一个或多个塔架分段、或者风力涡 轮机的预组装到机舱的一个或多个塔架分段、或者风力涡轮机的机舱的重心下方。在这种 情况下，部分组装或完全组装的风力涡轮机、或者该风力涡轮机的一个或多个塔架分段、或 者机舱需要被稳定在竖直方向。为此，用于稳定部分组装或完全组装的风力涡轮机、或者该 风力涡轮机的一个或多个塔架分段、或者机舱的非限制性示例包括将引导件连接到重心上 方。
用于在提升过程中利用连接到重心下方的连接件来稳定风力涡轮机的一个或多 个塔架分段、或者风力涡轮机的预组装到机舱的一个或多个塔架分段、或者风力涡轮机的 机舱的另外的实施例将确保力矩围绕两个轴线的平衡。
此外，当将引导件中的一者连接到重心上方并将另一者连接到重心下方时，两个引导件都从重心的竖直轴线偏移，应当确保力矩围绕水平轴线的平衡，以实现正在被提升 的风力涡轮机的一个或多个塔架分段、或者风力涡轮机的预组装到机舱的一个或多个塔架 分段、或者风力涡轮机的机舱的竖直稳定性。
涉及将连接件连接到塔架分段或机舱的所有上述实施例可以采用两个或更多个 连接件，这些连接件定位在提升机械的卸扣和风力涡轮机的一个或多个塔架分段或者机舱 之间。
在另外的实施例中，可以采用例如在外部或内部围绕塔架分段的专用引导件。这 种弓I导件可以使得风力涡轮机或者其一个或多个塔架分段稳定在竖直位置并引导连接件。
当连接件连接在塔架分段的内部时，应当在定位连接件时多注意，特别是在提升 完全预组装的风力涡轮机的情况下。一般需要将连接件穿过机舱带至塔架分段中。为促进 使连接件接近塔架分段，机舱可以从功能性位置移位到暂时的非功能性位置。
具体地，例如，机舱中的齿轮箱、偏航系统、转换器、平台或发电机中的一者或多者 可以移位，以促进连接件进入到塔架分段中或进入到机舱中或下方。齿轮箱、偏航系统、转 换器、平台或发电机中的一者或多者可以在开始提升过程之前被移位。在完成提升过程之 后拆下连接件会再次需要移位和复位所述的风力涡轮机元件。在完成提升过程之后并且一 旦从机舱移除连接件，可以使风力涡轮机元件复位。
图1是示例性风力涡轮机10的透视图。在示例性实施例中，风力涡轮机10是水 平轴线风力涡轮机。备选地，风力涡轮机10可以是竖直轴线风力涡轮机。在示例性实施例 中，风力涡轮机10包括从支承系统14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16、以及联 接至机舱16的转子18。转子18包括可旋转的毂20和至少一个转子叶片22，转子叶片22 联接至毂20并且自毂20向外延伸。在示例性实施例中，转子18具有三个转子叶片22。在 备选实施例中，转子18包括多于或少于三个的转子叶片22。在示例性实施例中，塔架12由 钢管制成，以限定支承系统14与机舱16之间的腔(图1中未示出)。在备选实施例中，塔架 12是具有任何合适高度的任何合适类型的塔架。
转子叶片22围绕毂20间隔开以促进转子18的旋转，以实现将来自风的动能转换 成可用的机械能、随后转换成电能。通过在多个载荷传递区域26处将叶片根部24联接到毂 20，使转子叶片22配合至毂20。载荷传递区域26具有毂载荷传递区域和叶片载荷传递区 域(图1中都未示出)。被引导至转子叶片22的载荷经由载荷传递区域26而传递至毂20。
在一个实施例中，转子叶片22具有从约15米(m)至约91m范围内的长度。可替 换地，转子叶片22可以具有使风力涡轮机10能够起到本文所述作用的任意适合长度。例 如，叶片长度的其他非限制性示例包括IOm或更小、20m、37m、或大于91m的长度。在风从方 向28冲击转子叶片22时，转子18围绕旋转轴线30旋转。在转子叶片22旋转并受到离心 力时，转子叶片22还受到各种力和力矩。如此，转子叶片22可以从中间或非偏转位置偏转 和/或旋转到偏转位置。
图2是风力涡轮机10的一部分的放大剖视图。在示例性实施例中，风力涡轮机10 包括机舱16和可旋转地联接到机舱16的毂20。更具体地，毂20经由转子轴44 (有时称 作主轴或低速轴)、齿轮箱46、高速轴48和联接件50可旋转地联接到定位在机舱16内的发 电机42。在示例性实施例中，转子轴44设置成与纵向轴线116同轴。转子轴44的旋转可 旋转地驱动齿轮箱46，齿轮箱46随后驱动高速轴48。高速轴48利用联接件50可旋转地驱动发电机42，高速轴48的旋转促进发电机42产生电力。齿轮箱46和发电机42由支撑 件52和支撑件54支撑。在示例性实施例中，齿轮箱46利用双通道几何形状来驱动高速轴 48。其他变体包括被用于驱动高速轴48的一个或多个(优选为3个或更多个)行星齿轮。 可替换地，转子轴44利用联接件50直接联接至发电机42。
机舱16还包括偏航驱动机构56，偏航驱动机构56可以用于使机舱16和毂20在 偏航轴线38 (图1所示)上旋转以控制转子叶片22相对于风的方向28的视角。机舱16还 包括至少一个气象桅杆58，气象桅杆58包括风向标和风速计(图2中都未示出)。桅杆58 向控制系统36提供信息，信息可以包括风向和/或风速。在示例性实施例中，机舱16还包 括主前部支撑轴承60和主后部支撑轴承62。
前部支撑轴承60和后部支撑轴承62促进转子轴44的径向支撑和对准。前部支 撑轴承60在毂20附近联接到转子轴44。后部支撑轴承62在齿轮箱46和/或发电机42 附近定位在转子轴44上。可替换地，机舱16包括使风力涡轮机10能够起到本文所述作用 的任意数量的支撑轴承。转子轴44、发电机42、齿轮箱46、高速轴48、联接件50以及任意 相关紧固件、支撑件、和/或固定装置(包括但不限于支撑件52和/或支撑件54、和前部支 撑轴承60和后部支撑轴承62)有时称作驱动系64。
图3示出根据本发明的某些实施例在海上环境中提升预组装的风力涡轮机10。风 力涡轮机10可以在陆上预组装并被船120运输经过水体2而到达其海上目的地。风力涡 轮机10可以以竖立位置进行运输，该竖立位置可以促进在海上环境中的提升方法。通常， 提供了将风力涡轮机固定到特定位置的支撑系统14。一旦到达安装位置，连接件19被带到 风力涡轮机10的塔架分段内部的位置。连接件19可以在运输风力涡轮机之前、或在预组 装风力涡轮机期间或之后连接在塔架分段内部。
不限于图3的实施例，连接件19连接到风力涡轮机10的最上塔架分段的最上凸 缘310。如在下文更详细描述的，附接件的非限制性示例包括如图13至16所示的吊耳或横 梁。通常，吊耳或横梁包括平直钻孔，将D型卸扣应用于一个钻孔。连接件可以通过提升辅 助装置(例如吊钩)来连接到D型卸扣。此外，吊耳15可以永久地连接到塔架分段或在安装 之后被移除。永久安装通常包括将附接件焊接到塔架分段的一部分，而可移除的安装通常 包括将附接件用螺钉固定到塔架分段的一部分(例如凸缘)。
图4示出如何在海上环境中提升风力涡轮机10。提升件19被连接到风力涡轮机 塔架12的最上凸缘310的内部和下方。连接件19连接到吊耳15。在本特定实施例中，吊 耳被永久地或可移除地连接到第三凸缘330。在提升过程中可以使用扩张器13。另外的实 施例可以包括将连接件连接到塔架的底部、中部或顶部的内部。
图5示出在海上环境中如何提升预组装到机舱16的一个塔架分段25。机舱16包 括转子毂20和转子叶片22，转子毂20和转子叶片22在运输到风力涡轮机的操作场地之前 或之后在岸上或在甲板126上被预组装。连接件19连接到吊耳15，吊耳15永久地或可移 除地连接到凸缘320。可以使用扩张器13来确保提升点在预组装到机舱16的一个塔架分 段25的重心的竖直上方。
图6示出如何将风力涡轮机部分地组装在其操作位置处的海上场地。在这种情况 下，使用连接件19来提升两个塔架分段。根据实施例，连接件19经由吊耳15连接到在所 示的塔架分段12内部的凸缘330。塔架分段12由两个预组装的塔架分段组成。在提升期间，凸缘330承受整个载荷，而凸缘330上方的凸缘320或任意凸缘没有受到拉伸应力。在塔架分段12被带至支撑系统14上的位置时，使用类似的提升方法来将塔架分段25、预组装的机舱16和转子毂20、以及转子叶片22 (在图6中未示出)带到位置。这些风力涡轮机的部件可以被分开地带到位置，或者在岸上或甲板126上预组装并被如此提升。
图7示出如何将风力涡轮机部分地组装在其操作位置处的海上场地。在这种情况下，提升彼此预组装的三个塔架分段。连接件19连接到塔架分段12的内部。吊耳15永久地或可移除地连接到第三凸缘330。可以使用扩张器13以使得连接件19的水平力最小化地作用在塔架分段12上。
图8和图9是风力涡轮机10的机舱16和上塔架分段25的横截面图，更详细地示出如何将连接件19定位在塔架分段内部以提升预组装的风力涡轮机或其部件。参照图8， 根据某些实施例，使用单钩29从吊车臂悬挂风力涡轮机或其部件。连接件19被带到位置并连接到塔架分段25的内部。连接件19穿过偏航轴承23和基板21 (如果存在的话)进入到塔架中并经由吊耳15连接到塔架。吊耳15可以定位在凸缘320上、上方或下方。
一个或多个引导件27可以被定位在机舱16内部或顶部上的任意位置，以引导并保持连接件19处于预定位置。引导件(例如横杆)可以连接到偏航轴承23。下文将更详细描述的图17和图18示出了如何在提升方法期间将连接件保持在适当位置上的示例。此外，使用引导件可以降低例如由于在风力涡轮机和连接件之间的非期望接触点处的摩擦而对风力涡轮机或连接件造成损坏的可能性。此外，引导件27可以定位成使得连接件19避开机舱16内的障碍。
图9示出另一实施例，其中吊耳15连接成远离凸缘320而更接近机舱16。在另外的实施例中，附接件可以连接到风力涡轮机塔架的进一步向下处。但是，在这种情况下，需要通过例如增加塔架的壁厚或者通过提供附接件可连接的额外的凸缘来补偿引入到塔架壁上的力。在这里的实施例中默认地，通常将附接件连接到预先存在的加强构件(例如预先存在的凸缘或一对凸缘)。
高西塔(theta)路径角(Θ )会增加引导件27上或连接件19上的应变。当连接件连接到塔架的进一步向下处时，施加在连接件上的水平力通常被减小。通过改变引导件27 之间的水平间距或者引导件27在机舱16内的竖直位置可以使西塔角(Θ )最优化。但是， 西塔角(Θ )处于O到30度之间，更优选地在O到10度之间。
如图9所示，连接件19可以连接到扩张器13，扩张器13可以经由单钩29从起重吊车悬挂下来。扩张器可以帮助在提升过程中减少在连接件19上的水平力并使风力涡轮机稳定。通过使提升点位于重心的竖直上方来稳定风力涡轮机。这通过使扩张器的两个臂的长度不同来实现。
如图10所示，齿轮箱46或发电机中的一个或多个可以被移位以促进连接件19的定位。例如，齿轮箱可以放置在一侧，例如连接件的左方，并且发电机在连接件的右侧(图中未示出)。从而，风力涡轮机的重心将被最小化地扰乱。如图10中双向箭头所示，移位的元件可以在提升过程结束之后被复位。类似地，任意其他机舱元件(例如制动组件、偏航系统、 转换器、平台或转子轴)可以移位以使得连接件能不受阻碍地进入到风力涡轮机的塔架分段内。
图11和图12是塔架分段25的横截面图，更详细地示出在提升风力涡轮机的一个或多个塔架分段期间如何将连接件19定位在塔架分段内部。根据某些实施例，附接件连接到一个或多个塔架分段的底部处的一部分，例如，凸缘。
参照图11，在最上凸缘310下方将吊耳15连接到塔架分段25的凸缘320。引导件27位于塔架分段25的上边缘下方。如箭头所示，根据可以与其他实施例结合的某些实施例，它们的水平位置可以改变。此外，不限于本文描述的任意特定实施例，引导件或连接件可以在塔架分段内部或上方互相连接、或者可能地在风力涡轮机的机舱(附图中未示出) 内部或上方互相连接，以使得可以在不接触风力涡轮机的塔架、机舱或任意其他机构的情况下进行引导。此外，引导件还可以定位在一个或多个塔架分段的上边缘处。连接件19连接到起重吊车的单钩29。
图12示出另一实施例，其中吊耳15位于塔架分段25的最上凸缘310和下凸缘 320之间。在提升彼此连接的超过一个塔架分段的实施例中，吊耳15还可以定位在其下塔架分段内部并连接到例如下凸缘。
将吊耳15连接在塔架分段25的下凸缘320和上凸缘310之间会产生路径角西塔撇(Θ’)。因为风力涡轮机塔架分段的重量通常为高，因此大的力作用在连接件上。因此， 引导件27可以定位在塔架分段25的上边缘处以减小角西塔撇(Θ ’)，从而确保连接件19 被安全地从扩张器13引导至吊耳15。
图13至图16示出将吊耳15连接到凸缘的可能性的非限制性示例。此外，示出可以在提升期间采用的各种吊耳。图13和图14示出从下方连接到风力涡轮机塔架分段的凸缘320的吊耳15的示例。此外，图13和图14示出根据由连接件施加在吊耳上的拉力方向而采用不同类型的吊耳的实施例。
图15示出从上方将吊耳15连接到凸缘330的实施例。图16示出连接到凸缘320 的吊耳15为横杆形状的另一实施例，该吊耳15在提升过程中提供额外的稳定性并用作加强元件。
图17和图18是分别连接到风力涡轮机塔架分段25的凸缘310或320处的引导件 27的非限制性示例。图17示出可移除地连接到塔架分段25的两个分开的引导件27。引导件27在任一侧上具有一个或多个弓I导槽，以提供连接件的不同位置。此外，用于将连接件固定在槽中的装置可以例如是卸扣件21，卸扣件21永久地或可移除地连接到引导件27。 卸扣件21还可以包括快速锁定打开机构，以实现快速定位连接件。图18示出在提升过程中使用单一引导件27的实施例。
图19是用于在陆上或海上环境中提升风力涡轮机的一个或多个塔架分段、或者风力涡轮机的预组装到机舱的一个或多个塔架分段的方法的流程图。在步骤810，提供风力涡轮机的一个或多个塔架分段、或者风力涡轮机的预组装到机舱的一个或多个塔架分段。 在步骤820，连接件在最上塔架分段的最上凸缘处或下方连接到风力涡轮机塔架分段。风力涡轮机的一个或多个塔架分段、或者风力涡轮机的预组装到机舱的一个或多个塔架分段可以处于躺倒位置或竖直位置。如果风力涡轮机的一个或多个塔架分段 、或者风力涡轮机的预组装到机舱的一个或多个塔架分段处于躺倒位置，则在提升过程之前并根据本发明中的方法的实施例，将风力涡轮机的一个或多个塔架分段、或者风力涡轮机的预组装到机舱的一个或多个塔架分段带至竖直位置。在步骤830，通过使用提升机械(例如起重吊车)来提升风力涡轮机的一个或多个塔架分段、或者风力涡轮机的预组装到机舱的一个或多个塔架分段。最后，在步骤840，将风力涡轮机的一个或多个塔架分段、或者风力涡轮机的预组装到 机舱的一个或多个塔架分段带至它们的期望位置，在该期望位置处发生最终安装或固定到基座。
上述系统和方法促进用于组装、维护或拆卸陆上或海上风力涡轮机的改进的、有 效的并且具有成本效益的提升方法。
上文详细描述了用于提升风力涡轮机或者其一个或多个塔架分段的系统和方法 的示例性实施例。系统和方法不限于本文描述的特定实施例，相反，系统的组件和/或方法 的步骤可以与本文描述的其他组件和/或步骤独立地和分开地使用。例如，从竖直风力涡 轮机的底部或最上凸缘下方、或者竖直风力涡轮机的最上的一个或多个塔架分段的最上凸 缘提升竖直风力涡轮机的一个或多个结构，并且因此不限于仅与本文所述的风力涡轮机系 统一起实施。相反，能够结合许多其他的转子叶片应用来实施和利用这些示例性实施例。
尽管本发明的各种实施例的特定特征在某些附图中示出而未在其他附图示出，这 只是为了简便。根据本发明的原理，附图的任意特征可以与任意其他附图的任意特征相结 合被引用和/或要求权利。
本书面说明书使用示例来公开本发明(包括最佳实施方式)，还使得本领域技术人 员可实现本发明(包括制造和使用任意装置或系统和执行任意结合的方法)。尽管前文描述 了各种具体实施例，本领域技术人员将认识到权利要求书的精神和范围允许有等效修改形 式。具体地，上述实施例的相互非排他特征可以彼此结合。本发明的专利范围由权利要求书 限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要 求书的文字语言并非不同的结构元件、或者如果这样的其他示例包括与权利要求书的文字 语言具有非实质性区别的等同结构元件，则这样的其他示例意欲落入权利要求书的范围。
权利要求
1.一种用于提升风力涡轮机的一个或多个塔架分段的方法，其中所述一个或多个塔架分段包括最上凸缘，所述方法包括a)将一个或多个连接件连接到所述一个或多个塔架分段内部的所述最上凸缘下方；和b)使用提升机械来提升所述一个或多个塔架分段，所述提升机械通过所述一个或多个连接件而与所述一个或多个塔架分段连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个塔架分段包括彼此预组装的三个塔架分段。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个塔架分段在被提升之前被带至竖立位置。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过一个或多个引导件来引导所述一个或多个连接件。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个连接件经由一个或多个附接件而连接到所述一个或多个塔架分段，所述一个或多个附接件永久地或可移除地连接到所述一个或多个塔架分段。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述附接件被永久地或可移除地连接到所述一个或多个塔架分段的凸缘。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述附接件连接到所述一个或多个塔架分段的最下凸缘。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个连接件选自起重缆索、 链、吊索和杆中的任意一者或多 者。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使用扩张器，所述扩张器使所述一个或多个塔架分段稳定并提供所述连接件之间的距离。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在海上环境中通过所述提升机械从运输船提升所述一个或多个塔架分段。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在陆上环境中通过所述提升机械来提升所述一个或多个塔架分段。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，连续地提升多个所述一个或多个塔架分段以产生风电场。
13.一种风力涡轮机塔架分段，其包括凸缘以及一个或多个附接件，其中所述附接件连接在所述塔架分段的内侧上的最上凸缘下方。
14.根据权利要求13所述的塔架分段，其特征在于，所述附接件从下方连接到所述塔架分段内部的凸缘，以使得在提升期间由所述凸缘将压力施加在所述附接件上。
15.一种用于提升风力涡轮机的预组装到机舱的一个或多个塔架分段的方法，其中所述一个或多个塔架分段包括最上凸缘，所述方法包括a)将一个或多个连接件连接到所述一个或多个塔架分段内部的所述最上凸缘处或下方；和b)使用提升机械来提升预组装到所述机舱的所述一个或多个塔架分段，所述提升机械通过所述一个或多个连接件而与所述一个或多个塔架分段连接。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，借助于引导件来引导所述一个或多个连接件，所述引导件定位在下列位置中至少一个位置处所述机舱的外部；所述机舱的内部；所述一个或多个塔架分段的上边缘；以及在所述一个或多个塔架分段的上边缘下方。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述一个或多个连接件经由一个或多个附接件而连接到所述一个或多个塔架分段，所述一个或多个附接件永久地或可移除地连接到所述一个或多个塔架分段的凸缘。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述附接件连接到所述一个或多个塔架分段的最下凸缘。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，通过单一提升机械来连续地提升多个预组装到所述机舱的所述一个或多个塔架分段以产生风电场。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在海上环境中通过所述提升机械从运输船提升预组装到所述机舱的所述一个或多个塔架分段。
全文摘要
本发明涉及并公开一种用于提升风力涡轮机(10)的一个或多个塔架分段(12、25)、或者风力涡轮机(10)的预组装到机舱(16)的一个或多个塔架分段(12、25)的方法，其中一个或多个塔架分段(12、25)包括最上凸缘(310、320、330、340)。该方法包括将一个或多个连接件(19)连接到一个或多个塔架分段(12、25)的最上凸缘(310、320、330、340)处或下方；和使用提升机械(130)来提升风力涡轮机(10)的一个或多个塔架分段(12、25)、或者风力涡轮机(10)的预组装到机舱(16)的一个或多个塔架分段(12、25)，提升机械(130)通过一个或多个连接件(19)而与一个或多个塔架分段(12、25)连接。
文档编号F03D11/00GK103061998SQ20121039740
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者J.J.尼斯 申请人:通用电气公司