用于风轮发电机的包括提升设备的机舱的制作方法

本发明涉及用在风轮发电机中的提升设备，具体涉及风轮发电机的机舱。

背景技术：

大型实用规模的水平轴风轮发电机(HAWT)通常包括一组安装至支撑结构的转子叶片，该支撑结构通常采用管状塔架的形式。在这样的HAWT中，包括发电机、齿轮箱、驱动机构以及制动组件的发电部件定位在塔架的顶部，位于转子叶片的轮毂后的机舱中。

公知将提升设备安装在机舱内以便帮助人员安装重型部件。例如，WO2012/107049A1描述了一种安装在HAWT的机舱内的吊杆起重机，其中吊杆可相对于机舱移动其高度和方位。在收起位置下，吊杆起重机位于机舱内部并由顶盖覆盖。然而，吊杆起重机能够移动至展开状态，在该展开状态下吊杆能够超越顶盖水平，以接近机舱的其它零件。例如，吊杆能够达到空中升吊平台，以将来自平台的载荷转移到机舱的本体中，不过如果需要的话也能超出机舱的侧面以吊起来自表面的载荷。

风轮机几乎持续操作，这产生振动。人们认为这些振动会导致诸如导杆振荡的动态载荷，这可能造成磨损或者否则可能不利地影响容纳在机舱内的提升设备的长期可靠性。在此背景下设计出本发明。

技术实现要素：

在此背景下，如第一方面中所限定的，本发明提供了一种用于风轮发电机的包括起重机的机舱。具体地说，所述起重机被铰接在基体上，该基体固定至所述机舱，所述起重机包括悬臂式伸缩吊杆、具有提升线的主绞盘以及用于相对于所述机舱在方位和高度方面移动所述吊杆的相应方位和高度驱动单元。所述起重机具有：展开状态，在所述展开状态下所述吊杆能在方位和高度方面移动；以及收起状态。根据本发明，所述机舱包括支撑结构，所述吊杆在其所述收起状态下靠在所述支撑结构上。当处于 吊杆的收起状态下，所述吊杆被定位在预定位置中，在所述预定位置处所述吊杆被保持成在沿该吊杆长度的一点处靠在所述支撑结构上。如本文中所使用的，术语“保持”或者“保持靠着”表示这样的状态：所述支撑结构抑制所述吊杆在所述风轮机的操作过程中振荡，即，所述支撑结构抑制可能在所述风轮机的操作过程中另外发生的所述吊杆的振荡。优选的是，所述吊杆可接触所述支撑结构或者保持紧密靠近所述支撑结构。再优选的是，处于其收起状态下的所述吊杆可以对所述支撑结构施加最小的压力。根据本发明，当所述起重机处于其收起状态下时，所述主绞盘的所述提升线相对于所述机舱或者相对于所述机舱的特定部件被带到基准位置中。

因此，有利的是，本发明提供了这样的提升设备，在所述提升设备中，所述吊杆被支撑在吊杆支架上并因此抑制所述吊杆的振荡运动。如上文所提及的，风轮发电机在使用中产生大量的动态载荷，这些动态载荷会强烈影响吊杆相对于其基体的悬臂式布置，在振动频率与吊杆起重机的固有频率一致时尤其如此。这会增加起重机的安装吊杆的部件的磨损。在收起状态下时将起重机的吊杆保持在固定支撑件上减小了起重机上的动态载荷，从而提高了起重机的可靠性。

原则上来说，所述吊杆可以在沿其长度的任一点处保持在支撑件上，这会例如抑制所述吊杆的不必要振荡。然而，在一个构造中，所述支撑结构被定位成使得所述吊杆的自由端靠在所述支撑结构上，这提供了通过起重机阻尼动态载荷的最大效用。

根据本发明的优选方面，所述主绞盘可以操作成在所述吊杆的展开状态和收起状态两者下吊起有效载荷。根据本发明，在所述起重机吊杆处于收起位置中时，所述主绞盘的所述提升线有利地置于基准位置中。所述基准位置可以有利地相对于所述机舱的部件或者一部分位于预定位置中。具体地说，所述提升线的预定位置可以正好位于所述机舱的部件或者一部分的上方。有利的是，所述主绞盘的提升线的所述基准位置可以位于机舱的底板中的机舱孔或者舱口的上方，通过所述机舱孔或者舱口，载荷可以在所述机舱的内部与外部之间被垂直升起或者降下。

在一个实施方式中，所述起重机被构造成能够在处于所述收起状态下时吊起有效载荷。因此，实际上，所述起重机在处于所述收起状态下时可以转变成静态提升机。其益处之一在于，能由在展开状态下时没有适当资格操作起重机的人员在收起状态下时操作起重机。可选的是，所述起重机的方位和高度驱动器可在其收起状态下失效，而所述主绞盘可保持能够在所述收起状态下使用。起重机处于预定位置中，其提升线 处于的公知基准位置中以供使用，这产生了在起重机的收起构造中操作起重机的另一益处。起重机的主绞盘及其提升线在基准位置中的操作不需要有技能的或者持执照的起重机操作人员定位起重机以供使用，并且确保起重机在其收起位置中的使用限于给定垂直位置处的吊起操作，即升起和降下载荷。实际上，在实施方式中，在其收起位置中的机舱起重机可以用作这样的简单提升机，此提升机特别用于通过机舱底板中的舱口吊起载荷，或者用于相对于机舱内部的特定位置或者部件吊起载荷。

根据本发明，所述提升设备的所述吊杆在处于所述展开状态下时能在方位、高度和伸缩运动方面移动，所述展开状态为所述起重机提供延伸的最大灵活性。在实施方式中，用于所述吊杆的方位和高度运动的相关起重机驱动器会在起重机处于存放模式(吊杆处于其收起位置)下时失效。可选的是，在本发明的实施方式中，所述吊杆的伸缩动作也会失效，在处于所述吊杆的收起位置中尤为如此。

可选的是，当处于所述收起状态时，所述起重机可以定位成使其吊起线位于在机舱的底板中的开口上方或者附近的基准位置处，使得在使用中起重机能够穿过供安装机舱的塔架向上吊起载荷。另选的是，当处于收起状态下时，所述起重机可以定位成使其吊起线位于在机舱的底板中的开口上方或者附近的基准位置处，使得在使用中起重机能够吊起位于供安装机舱的塔架外部的载荷。

所述支撑结构不必形成所述起重机的一部分，并且因此可以在所述起重机的外部。例如，可以由机舱的内部框架结构提供吊杆用的支撑结构。作为另选，所述支撑结构可以直接安装至所述机舱或者安装在所述机舱的一个或者多个壁之间。将支撑结构设置为机舱的内部框架结构的一部分，这提供了将来自吊杆的载荷分配到主塔架结构中的最有效的途径。

在一个实施方式中，所述吊杆可以从下方靠在所述支撑结构的支撑表面上，但是在另选的实施方式中，所述吊杆可以从上方靠在所述支撑结构的支撑表面上。

所述吊杆起重机可以构造有支架构件，以抵靠所述支撑结构接合或者与所述支撑结构接合。所述支架构件可以是所述起重机的组成部分，或者可以可移除地附接至所述起重机，这允许将所述支架构件改造成任一适当的起重机。

在另一可选的实施方式中，可以设置压力计装置，所述压力计装置被构造成产生指示由所述吊杆施加至所述支撑结构的压力的信号。所述压力计装置可以特别地构造成在由所述吊杆施加至所述支撑结构的压力超过预定阈值的情况下产生报警信号。因 此，所述压力计装置可以确定并且选择性地提示操作人员有多大量的载荷施加至所述支撑结构。此外，如果达到或者超过所述支撑结构的载荷限度，则所述压力计装置能借助报警或者警告信号提示操作人员。载荷限度可以是预定的，并且可以将其加入到机舱或者起重机的控制系统中。因此，压力计装置的设置可以防止支撑结构超载以及/或者机舱的不适当加载。在实施方式中，所述压力计装置的压力传感器可以设置在所述支撑结构处，特别地可以设置在所述支撑结构的支撑表面处。另选的是，所述压力计装置的压力传感器可以设置在所述支架构件处。

在一个实施方式中，所述起重机安装至用于机舱的诸如包括主轴轴承的低速轴、齿轮箱等的旋转部件的壳。这样的壳大而稳固，并且为起重机提供固定的安装点。

本发明的一些另外的可选特征限定在所附从第2至第13方面。本发明还包括如第十四方面中限定的用于操作机舱起重机的方法。该方法的另外的可选特征限定在第十五方面中。

因此，本发明还包括一种用于在机舱中操作起重机的方法，该方法包括：通过使起重机的吊杆靠在机舱的支撑结构上并且另外通过使所述起重机的相应高度和方位移动驱动器失效而将起重机从展开操作模式过渡至收起操作模式。该方法还包括：在吊杆处于其收起位置的同时利用起重机的主绞盘将处于其收起模式下的起重机操作为静态提升机。优选的是，该方法包括：在吊杆处于其收起位置中并且起重机处于其收起操作模式下时通过机舱的底板中的孔升起或者降下载荷。可选的是，该方法有利地包括：测量施加至支撑结构特别是其支撑表面的载荷，并且如果超过预定载荷就产生信号。该方法还可以包括：将阈值载荷水平输入至所述起重机或者机舱的控制系统中，处于该阈值载荷水平时或者超过该阈值载荷水平时产生报警信号。该方法还可以包括：测量所述起重机吊杆与所述支撑结构的相应接触表面之间的载荷。该方法还可以包括：通过测量所述起重机吊杆的接触表面处的载荷而测量所述起重机吊杆与所述支撑结构的相应接触表面之间的载荷。另选的是，该方法还可以包括：通过测量所述支撑结构的接触表面处(可以特别地位于其支撑表面处)的载荷而测量所述起重机与所述支撑结构的相应接触表面之间的载荷。

整个本说明书中描述了根据本发明各方面的另外的可选方法步骤。将要理解的是，本发明的优选以及/或者可选的特征可以组合在一起或者可以单独与根据第一或者第十四方面限定的发明组合。

附图说明

为了更全面地理解本发明，现在将借助实施例做出对以下附图的参照，在附图中：

图1是水平轴风轮发电机的示意图；

图2是风轮发电机的结合有提升设备的机舱的立体图；

图3是图2中的机舱的一部分的立体图，但是该图根据不同的视角并且该图示出了处于“收起”状态的提升设备；

图4是图3中的机舱的结构框架的更详细的视图，该图示出了用于提升设备的支撑结构；

图5是图4的一区域的放大图；

图6和图7是根据交替的视角示出提升设备如何安装至机舱的立体图；

图8是机舱的示意图，该图示出了在收起模式下操作的提升设备；以及

图9是与图8相似的示意图，但是该图示出了机舱及其相关联的起重机的另选构造。

具体实施方式

参照图1，水平轴型风轮机(HAWT)2包括安装在塔架5的顶部上的机舱4，塔架5本身安装在地基或者墩基6上。机舱4包括位于其前端的轮毂8，该轮毂8承载一组转子叶片10。如大型实用规模的发电机中常见的，此实施方式中示出了三个转子叶片10，但是技术人员会理解其它数量的叶片是可接受的。

对此应注意的是，图1仅是出于阐明之目的，因而未按比例绘制并且不意图真实再现风轮发电机。而且要注意的是，公知其它塔架构建，例如由结构格式框架限定的塔架。

为了能够从风动旋转叶片10回收能量，机舱4容纳发电机组12(此处用虚线描绘)，该发电机组12通过低速驱动轴14由轮毂8驱动。发电机组12通常是HAWT，并且包括齿轮箱20，该齿轮箱20在高速输出轴22处逐步提高低速驱动轴14的旋转速度，高速输出轴22用以驱动发电机24。发电机24以在很大程度上由被转子叶片10驱动的轮毂8的旋转速度确定的电压与频率来输出交流电(AC)。

为了使风轮发电机2能够变速操作，由发电机24输出的交流电首先被转换或者 “调整”成直流电(DC)，然后以正确的频率和电压转换回至交流电(或者“逆转”)以便经馈电线26与由国家电网所需的频率和电压整合。调整与逆转过程由包括在内部塔架结构30中的电力系统28操控，发电机24借助高压AC电流线32电连接至内部塔架结构30。

对发电机组12的日常维护的需要或者对修理或更换发电机组12的部件的需要要求人员能够进出机舱4的内部。这可以通过在塔架内提供合适的梯子系统使得人员能爬至塔架的顶部而实现。另外的进出选择是人员借助直升飞机被空运至风轮发电机并且吊到机舱上，或者人员借助由陆基起重机提供的动臂装卸机平台被运送至机舱。然而，尽管人员能以此方式获得进出机舱的通道，但是对于要以相同的方式运输至机舱的重件设备(例如驱动轴或者齿轮箱部件)而言具有更大的挑战。

现在将在此背景下参照图2至图8描述本发明，图2至图8示出了具有整合的解决上述问题的提升设备40的机舱4。

提升设备40包括安装至机舱4的起重机42。在此实施方式中，起重机42是伸缩式吊杆起重机，该起重机包括固定至机舱的起重机基体44，并且包括铰接在基体44上并从基体44悬臂式伸出的可移动吊杆46。动力主绞盘45设置在起重机42的基部区(特别在吊杆46的基端)，该主绞盘45卷绕例如呈钢缆形式的主提升线43，该主提升线43的路线经过吊杆46的自由端47处的悬垂点终止于诸如钩49的提升附接装置。起重机42还包括本文中由附图标记“51”总体示出的动力系统，该动力系统被构造成驱动吊杆46相对于基体44的伸缩、高度以及旋转(例如方位)操作。特别地，动力系统可以是电动液压动力系统。技术人员熟悉这样的吊杆起重机。尽管起重机42可以以多种方式安装至机舱4，但是在本文中如图6、图7以及图8中所示，起重机42的基体44安装至机舱4的轴壳9。注意的是，轴壳9提供用于诸如发电机的驱动机构部件并且特别是低速轴的承重支撑。

起重机42被构造成置于两种状态或者模式下：i)第一“收起”状态，在该状态下，吊杆46容纳于机舱4内；以及ii)第二“展开”状态，在该状态下，吊杆46可相对于起重机42的基体44移动。

如在图3中可能最清楚地示出的，在起重机42的基体44安装至轮毂轴承9的情况下，当置于收起状态时，吊杆46可以大体沿机舱4的中线延伸。

然而，当置于展开状态时，吊杆46能操作成从机舱4的边界延伸出以至于达到 一组可闭合门48的上方，这组可闭合门48在闭合时限定机舱4的顶盖。图2和图8特别清楚地示出了此情况，在该情况下，吊杆46延伸出机舱42的上舱板50。因此，在此模式下，吊杆46可以摆动超出机舱的侧面，使得吊杆46能够将有效载荷从地平面吊起至机舱4。吊杆46还可以伸缩地延伸，使得吊杆46能够达到本文中所示的安装至机舱4的上舱板的后部的维修平台并且还能够达到轮毂8并穿过机舱4的后维修舱口(未示出)。

已经概括地描述了起重机42的总体操作，现在将转至讨论机舱4的更详细的构建。

机舱4包括内部框架结构54，该内部框架结构54支撑外蒙皮56。外蒙皮56限定机舱4的上舱板50以及侧壁58，并且可由本领域中公知的任一适当材料形成。然而，通常，外蒙皮56将会是金属面板(例如钢或者铝)或者另选复合构建(例如GRP(玻璃纤维加强塑料))的形式。

内部框架结构54包括主框架60和外部副框架62。主框架60为机舱4提供结构强度，而副框架62承载外蒙皮56。

主框架60包括框架构件64(仅其一部分被标记)形成的三角网状物，如图8中示意性所示，该三角网状物连接至塔架5的偏航舱板66。本领域中大体公知这样的构造。

机舱4的功能部件(例如主轮毂轴承9、齿轮箱、发电设备等)安装至主框架，但是应理解的是，为了清楚起见附图中未示出这些部件中的许多部件。然而，图3中示出了定位于机舱4的左手侧的主轮毂轴承9。

副框架62包括多个立式构件65或者“纵梁”，这些立式构件或者“纵梁”大体为C形形状并且连接在主框架60的上水平横杆64a与下水平横杆64b之间以提供用于支撑外蒙皮56的肋型结构。

如图3中能看到的，起重机42固定地安装至主轮毂轴承9，使得当起重机42处于收起或者存放状态时吊杆46沿机舱4的纵向方向“L”延伸并被主框架60围绕。在此状态下，起重机42被构造成使得吊杆46靠着支撑结构70而保持支撑。更具体地说，特别参照图4与图5，在此实施方式中支撑结构70是I梁型支撑构件或者“托架”，该支撑结构或者“托架”在第一框架构件与第二框架构件63之间延伸，第一框架构件与第二框架构件63位于托架的侧面并且斜向延伸至托架。在图3中所示的实 施方式中，支撑结构70展示出了位于其顶面上的支撑表面72，但是在本发明的实施方式中，支撑表面可以位于其底面处。吊杆46靠在支撑结构70上的此布置主要意图防止吊杆46在风轮机操作过程中振荡，由于风轮机的操作元件在操作过程中的振动会引起这种振荡。因此，在吊杆46的所示的收起状态下，吊杆的自重产生的载荷由起重机42承载。而且，可以设置特别具有压力传感器的压力计，该压力传感器可以布置在吊杆46与支撑结构70之间。压力计可以构造成输出指示由吊杆46施加至支撑结构70的载荷量的信号。在实施方式中，压力计可以构造成发出这样的信号，该信号可以是在限定于压力计中的预定载荷阈值时的报警信号。这可用以防止将吊杆46靠在支撑结构70上时或者吊杆46靠在支撑结构46上的任一时刻之时施加至支撑结构70的力过量。因此，可以防止吊杆46施加至支撑结构70的载荷不当。此方面也防止通过提升设备40或起重机42的运转或使用而施加至机舱4的应力过度。压力传感器可以放置在例如支撑表面72处或者吊杆46的接触表面处。

尽管支撑结构70可以设置成在沿其长度的任一点处支撑吊杆46，但是在此实施方式中吊杆46的自由端47具有靠在支撑构件72上的接触表面。更具体地说，吊杆46的自由端47包括呈延伸构件74的形式的支架，该延伸构件74被实施为L形凸缘，该凸缘栓接或者以其他方式可移除地附接至吊杆46的自由端47。凸缘74使吊杆46靠在支撑构件72上。因此，支撑构件72略微接触吊杆46，这在收起状态下将吊杆46保持在适当位置并且对抗振荡。在风轮机的操作过程中，起重机42经受大量的动态载荷，这些动态载荷可通过起重机42的固定至机舱4的基体44传递至起重机42，这会对起重机42的长期可靠性具有不利影响。因此，支撑结构70的益处在于，该支撑结构70对处于收起状态下的吊杆46提供支撑，从而减少风轮机操作过程中作用在起重机42上的载荷。起重机42的可靠性提高并且可以减少磨损。

在提升设备40的另一特征中，起重机42被构造成使得当起重机42置于收起状态下时该起重机42的动力系统51失效。因此，对于操作人员而言，收起状态下起重机的使吊杆46高度并方位旋转的功能不可用。可选的是，起重机可以构造成使得当吊杆46处于收起状态下时起重机42的伸缩式延伸和缩回的功能也失效。然而，在收起状态下，起重机42可以优选地构造成使得主绞盘45在静止位置下仍操作至能借助吊杆46提升有效载荷的程度。因此，实际上，吊杆起重机2转变成静态提升机。

在此所示的实施方式中，在收起状态下，吊杆46的自由端47被示出成位于预定 位置，提升线43在位于机舱4的偏航舱板66上方的基准位置中垂直悬垂。偏航舱板可以限定孔，并且可以包括舱口(未示出)。因此，起重机42可在其收起构造中操作成使得提升线43能够穿过偏航舱板66到达塔架的内部中，这允许有效载荷从机舱4下降到塔架中或者从塔架5的内部高度到机舱4中。因此，实际上，在收起状态下，起重机42转变成不具有用于旋转、高度或者伸缩吊杆46的设施的简单的提升机。这使得起重机42能够由没有适当资格的人员操作，这对于维护风轮机而言给予更大的灵活性。当用作静态提升机时，如所述的，承载在提升线43上的有效载荷强加于吊杆46上的载荷通过起重机42的基体44由起重机42负担或者至少主要由起重机42负担。在实施方式中，如果由吊杆46施加在支撑结构70上的载荷超过预定限度，那么压力计会发出信号。

图7示出了提升设备40的附加部件，此附加部件未示出在图6中的提升设备40的对应视图中。如这里所示的，起重机基体44设置有第一和第二水平安装平台80，第一和第二水平安装平台80安装在基体44的两侧。平台80允许维修人员出于检查和维修之目的接近起重机部件。

上文已经参照图2至图8描述了本发明的具体实施方式的一些变型。现在将解释其它变型。

在上文所述的实施方式中，起重机被构造成使得在展开状态下吊杆46可操作成以高度、旋转以及伸缩方面延伸。吊杆46的自由端47可特别地从机舱4的边界延伸，而在收起状态下，吊杆的自由端47定位在预定位置中，吊杆的自由端和主提升线位于例如在机舱4的偏航舱板66上方的基准位置中。提升线43可因此能向下延伸到塔架5的内部中。然而，在另一构造中，提升线43的基准位置可以位于允许提升线43向下延伸到塔架的外部的孔的上方，图9中示出了此情况。在此附图中，相同的附图标记用于指与在前的实施方式相同的部件。如在此实施方式中所能看到的，机舱4从塔架5向后延伸以限定大量的悬垂部分。悬垂部分的底板90限定呈舱口92形式的孔。舱口92可以永久开放，或者可以具有闭合舱口的诸如这里示出的枢轴门94的机构。

起重机被构造成使得当吊杆46在收起位置或者存放位置中靠在支撑结构70的支撑表面72上时吊杆46的自由端47定位在舱口92的上方。因此，位于提升线43的端部处的钩49能够向下延伸穿过舱口92，以将物品下降至地面或者将物品从地面提 升至机舱4。

图2至图8的实施方式也可以以相似的方式构造，使得合适的舱口设置在能由起重机达到的位置中(例如在机舱的后壁中)，从而物品可以被提升并且下降到塔架5的外部。

应注意的是，在所有的实施方式中，描述成这样：凸缘74例如借助螺栓可移除地附接至吊杆46的自由端47，应注意，这不是必要的，相反凸缘74可以形成为吊杆的组成部分。例如，凸缘74可以焊接至吊杆46的自由端47，或者吊杆46可以特别成形以限定凸缘74。然而，以可移除的方式将凸缘47附接至吊杆46使得能够选择并且用这样的凸缘74改造“现成”起重机。这使得能够根据需要选择并且改造不同的起重机。在实施方式中，压力计的压力传感器可以包括在凸缘74的接触表面中。

在以上的论述中，起重机42的吊杆46靠在由机舱4的内部框架结构54的一部分实施的支撑结构70上。然而，应理解，其它构造能够支撑起重机42的吊杆46。例如，适当的支撑托架可以布置成正好在机舱4的两个相对的侧壁58之间延伸或者从机舱底板(未示出)向上延伸。对于适当的结构的再一另选方案是整合到起重机42的基体44中，基体44向前延伸以在沿其长度的某一点处(优选在其自由端处)支撑吊杆46。而且，尽管在上文所述的实施方式中吊杆被从下方支撑，但是构造成从上方向吊杆提供支撑的支撑结构是可行的。

此外，尽管描述成吊杆46的自由端47被支撑，但是应理解，原则上来说吊杆46的任何部分都可以被支撑。因为吊杆起重机实质上是支撑吊杆的自由端的悬臂结构，从而最有效地减小起重机42的基体44上的应力。然而，沿吊杆46的长度的其它点处的支撑也能提供优势。

起重机42已被描述成了伸缩式吊杆起重机。这样的起重机是有用的，因为该起重机具有三自由度(旋转、高度以及伸缩)，并且开启成出入机舱的许多区域。

尽管在安装于风轮发电机的机舱中的背景下描述了提升设备，但是该提升设备还可以安装于其它位置中，例如位于风轮发电机的塔架结构内。