风力发电机组叶轮组对装置及叶轮组对方法与流程

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组叶轮组对装置及叶轮组对方法。

背景技术：

近年南方分布式项目越来越多，由于南方90％以上项目属于山地项目，从风电场建设成本考虑，建造的场地作业面积一般较小。对三叶片式风轮而言，进行组装时，通常需要三辆吊车(一辆主吊，2辆辅吊，主吊用于吊装叶片，辅吊用于吊住已吊住的叶片，防止倾覆)配合完成，其中辅吊用于临时提吊安装完的叶片，防止叶轮倾覆。但机位作业面积小，辅吊无法站位，这造成叶轮组对困难。另外由于作业面积小，不能在机位场地内堆放叶片，需要租赁场地用于叶片的堆放，同时需要对叶片进行二次倒运，这些都增加了项目的成本。

现有技术中有一种风电机组叶轮组装装置，其安装座在圆周方向均布着3个长支腿，可以平衡叶片安装时产生倾覆力矩，不需要使用辅吊提吊安装完的叶片，进而减少了作业面积。但这种叶轮组装装置结构复杂，制作成本高，也不能满足风轮组装完后在现场长时间放置的需要。

另一种用于海上风力发电机组中叶轮的安装设备及安装方法，利用加装的长支撑腿，可以平衡叶片安装时产生倾覆力矩，不需要使用辅吊提吊，进而减少了作业面积。但这种装置是为海上风电开发的，使用时，支腿需要临时焊接在安装船甲板上，不能在陆上项目直接使用。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种风力发电机组叶轮组对装置及叶轮组对方法，以解决风力发电机组的叶轮组对所需场地面积大的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例提供一种风力发电机组叶轮组对装置，其包括：固定部，固定部与固定物连接；转动部，转动部可相对固定部转动地设置在固定部上，转动部上设置有配重机构和用于安装风力发电机组叶轮的安装结构。

进一步地，风力发电机组叶轮组对装置还包括基座，基座固定在固定物上，固定部设置在基座上。

进一步地，基座固定设置在风力发电机组的塔筒基础上。

进一步地，基座与塔筒基础一体成型，基座上设置有预埋锚栓。

进一步地，固定部与转动部之间设置有转动轴承，固定部连接在转动轴承的内圈和外圈中的一个上，转动部连接在转动轴承的内圈和外圈中的另一个上。

进一步地，固定部连接在转动轴承的内圈上，转动部连接在转动轴承的外圈上。

进一步地，风力发电机组叶轮组对装置还包括驱动转动轴承的外圈转动的驱动组件，固定部上设置有驱动安装座，驱动组件设置在驱动安装座上。

进一步地，转动轴承的外圈上设置有齿形结构，驱动组件包括：驱动件；传动结构，传动结构设置在驱动安装座上，并与驱动件连接；驱动齿轮，驱动齿轮与传动结构连接，并受传动结构带动而转动，驱动齿轮与转动轴承的外圈的齿形结构啮合。

进一步地，驱动安装座包括沿驱动齿轮的转动轴线方向间隔设置的第一安装板和第二安装板，传动结构安装在第一安装板上，第二安装板设置在第一安装板与驱动齿轮之间。

进一步地，固定部包括固定段，固定段的侧壁上设置有出入开口，出入开口连通固定段侧壁的内外。

进一步地，转动部包括转动段，安装结构为设置在转动段的端部的转动段安装法兰，配重机构包括设置在转动段上的配重臂和可拆卸地设置在配重臂上的配重物。

根据本发明的另一方面，提供一种叶轮组对方法，叶轮组对方法通过上述的风力发电机组叶轮组对装置进行叶轮组对，叶轮组对方法包括：将叶轮的轮毂通过安装结构固定在风力发电机组叶轮组对装置上；通过吊装装置将第一叶片吊装到轮毂上并安装；通过风力发电机组叶轮组对装置的驱动组件驱动转动部，使轮毂上的另一叶片安装法兰转动至吊装位置，并通过吊装装置将叶片吊装到轮毂上，重复此步骤直至轮毂上的叶片安装完成。

进一步地，通过吊装装置将第一叶片吊装到轮毂上并安装的步骤包括：使轮毂上的第一叶片的叶片安装法兰处于吊装位置，并使配重机构的中心对称平面与第一叶片的轴线的夹角为150°。

本发明的实施例的风力发电机组叶轮组对装置通过固定部与固定物连接，避免叶轮组对过程中产生倾覆，保证组对安全，转动部能够相对固定部转动，在叶轮组对时可以使转动部转动进而带动其上的轮毂的转动，无需移动吊装装置位置，减少占用的作业空间，配重机构可以平衡受力，防止倾覆，减少叶轮组对所用的吊车。

附图说明

图1为本发明的实施例的风力发电机组叶轮组对装置的基座和塔筒基础配合的立体结构示意图；

图2为本发明的实施例的风力发电机组叶轮组对装置的固定部、转动轴承和和转动部的立体结构示意图；

图3为图2的剖视图；

图4为本发明的实施例的风力发电机组叶轮组对装置的固定部的立体结构示意图；

图5为本发明的实施例的风力发电机组叶轮组对装置的固定部的剖视图；

图6为本发明的实施例的风力发电机组叶轮组对装置的转动部的立体结构示意图；

图7为本发明的实施例的风力发电机组叶轮组对装置的转动轴承的立体结构示意图；

图8为本发明的实施例的风力发电机组叶轮组对装置的驱动组件的立体结构示意图；

图9为本发明的实施例的风力发电机组叶轮组对装置的转接段的结构示意图；

图10为图9的B-B向剖视图；

图11为本发明的实施例的风力发电机组叶轮组对装置的转接段安装的结构示意图；

图12为图11中A处的局部放大图；

图13为本发明的实施例的叶轮组对过程中轮毂安装的结构示意图；

图14为本发明的实施例的叶轮组对过程中第一叶片安装的结构示意图；

图15为本发明的实施例的叶轮组对过程中第二叶片安装的结构示意图；

图16为本发明的实施例的叶轮组对后的结构示意图。

附图标记说明：

1、固定部；11、第一法兰；12、驱动安装座；121、第一安装板；122、第二安装板；13、出入开口；14、加强结构；2、转动轴承；21、内圈；22、外圈；3、转动部；31、配重机构；312、配重物；32、安装结构；4、驱动组件；41、驱动件；42、传动结构；43、驱动齿轮；44、转动控制系统；5、转接段；6、覆盖土层；10、基座；20、塔筒基础；30、吊装装置；40、轮毂。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例的风力发电机组叶轮组对装置及叶轮组对方法进行详细描述。

如图1至图3所示，根据本发明的实施例，风力发电机组叶轮组对装置包括固定部1和转动部3。固定部1连接在固定物上。转动部3可相对固定部1转动地设置在固定部1上，转动部3上设置有配重机构31和用于安装风力发电机组叶轮的安装结构32。

通过使用固定物固定固定部1，确保在进行叶轮组对时风力发电机组叶轮组对装置不倾覆，确保组对过程中的安全性。固定部1用于支撑转动部3及其上的物体。转动部3能够相对固定部1转动，且安装结构32可以用于安装风力发电机组的叶轮，在进行叶轮组对时，可以使用一辆吊车完成叶轮组对，解决了在山地等小作业面积机位叶轮组对困难的技术难题。进而优化风机安装工序，即主吊车进场前，叶轮提前完成组对，从而大幅提高主吊车的利用率，同时实现叶片的现场堆放，进而减少主吊车租赁、叶片二次转运、堆场建造等项目费用。配重机构31能够平衡风力发电机组叶轮组对装置的受力，防止其倾覆。

如图1所示，风力发电机组叶轮组对装置还包括基座10，基座10固定设置在固定物上，用于连接固定部1和固定物。

在本实施例中，基座10固定设置在风力发电机组的塔筒基础20上。利用风力发电机组固有的塔筒基础20作为固定物，使基座10固定在塔筒基础20上，可以最大程度地减少附加工序，还可以降低基座10的重量，减少运输费用和成本。同时可以有效利用风力发电机组的固有结构。

优选地，基座10与塔筒基础20一体成型，基座10上设置有预埋锚栓。基座10与塔筒基础20一体成型可以减少风力发电机组整体装机步骤，提高效率。预埋锚栓使得基座10能够更加方便地与固定部1连接。

具体地，基座10是在常规的风力发电机组的塔筒基础20上增加的。塔筒基础20可以是重力扩展式或锚栓式或其他。其为钢筋混凝土结构。塔筒基础20主要用于承载风力发电机组的塔筒，其上设置有基础法兰，基础法兰处通常有螺栓孔组或预留的锚栓，用于固定底段塔筒的下法兰。在本实施例中，基座10也是钢筋混凝土结构，建造塔筒基础20时，在设计的基座10处同时进行钢筋绑扎、模板制作、混凝土浇筑、锚栓预埋等作业，使基座10与塔筒基础20一体成型。在基座10的法兰面处预埋预埋锚栓，以便与固定部1等连接。

如图2和图3所示，转动部3通过转动轴承2与固定部1连接，并实现相对固定部1转动。固定部1连接在转动轴承2的内圈21和外圈22中的一个上，转动部3连接在转动轴承2的内圈21和外圈22中的另一个上。这样在叶片组对过程中，可以通过使转动部3转动而使风力发电机组叶轮的轮毂转动，进而实现使用一辆吊装装置30完成叶轮组对作业。

如图7所示，在本实施例中，转动轴承2为回转支承类滚动轴承。回转支承类滚动轴承可在复杂的受力环境中使用。其中，外圈22和内圈21上均有螺纹孔组，分别用于与固定部1和转动部3连接。

优选地，为了实现自动化作业，降低工人劳动强度，风力发电机组叶轮组对装置还包括驱动组件4。驱动组件4用于驱动转动轴承2的外圈22或内圈21转动，以使转动部3转动。为了便于安装和维护，驱动组件4安装在固定部1上。

如图4和图5所示，固定部1包括固定段，固定段是两端环法兰的筒形钢制焊接结构件。固定段是钢制焊接件，材料优选Q345板材。其第一端设置有第一法兰11，第二端设置有第二法兰。第一法兰11用于与其上的物体连接，其上开设有一圈螺栓通孔，用于安装需要支撑的部件。第二法兰用于与基座10连接，其上开有螺栓通孔，为叶轮组对提供固定支撑。

固定段的侧壁上设置有出入开口13，出入开口13连通固定段侧壁的内外。出入开口13供工作人员进出固定段内部，以便在固定段内部进行作业(如法兰连接等作业)。出入开口13可以是设置在筒壁上的腰形门框，方便人员进出。

为了确保固定段的结构强度，在出入开口13的外周，固定段上设置有加强结构14。加强结构14的厚度大于固定段其它处的壁厚，以加强出入开口13处的结构强度，降低应力集中。

为了能够安装驱动组件4，在固定段的上部设置有驱动安装座12。驱动组件通过驱动安装座12安装在固定部1的外侧。在其他实施例中，可以将驱动安装座12设置在固定段内部，使驱动组件4安装在固定段内。

由于驱动组件4设置在固定段的外壁上，因此驱动组件4驱动转动轴承2的外圈22转动。故而，固定部1连接在转动轴承2的内圈21上，转动部3连接在转动轴承2的外圈22上。

具体地，驱动安装座12包括沿驱动组件4的轴线方向间隔设置的第一安装板121和第二安装板122。

在本实施例中，转动轴承2的外圈22上设置有齿形结构。驱动组件4包括驱动件41、传动结构42、转动控制系统44和驱动齿轮43。驱动件41作为原动件用于提供动力。

如图8所示，驱动件41可以是电机、液压马达等。为了减小体积，更便于运输和使用，驱动件41为电机。优选为多级异步电机。

传动结构42设置在驱动安装座12的第一安装板121上。第一安装板121上也有螺纹孔组，用于固定驱动安装座12。传动结构42的作用一方面是安装承载其它部件，并将整个驱动组件4固定在固定段上，另一方便是将驱动件41的动力传递给驱动齿轮43。驱动件41与传动结构42连接。在本实施例中，传动结构42为减速齿轮箱。驱动件41固定在传动结构42上。传动结构42可将驱动件41的转速降低，同时增大输出转矩。

驱动齿轮43与传动结构42连接，并受传动结构42带动而转动，驱动齿轮43与转动轴承2的外圈22的齿形结构啮合。以带动转动轴承2的外圈22转动，进而带动转动段转动。

第二安装板122设置在第一安装板121与驱动齿轮43之间，驱动齿轮43的下方设置第二安装板122，能够防止驱动齿轮43轴向窜动。

转动控制系统44与驱动件41连接并可以控制驱动件41工作或停止，以此控制转动部3以及轮毂40转动。转动控制系统44可以为电机提供电源和控制指令，进而控制叶轮转动的角度。

如图6所示，转动部3包括转动段，转动段是两端环法兰的筒形钢制焊接结构件。转动段是钢制焊接件，材料优选Q345板材。其第一端设置有法兰用于与转动轴承2的外圈22连接，其上开有螺栓通孔。第二端设置有安装结构32，安装结构32为转动段安装法兰，用于固定轮毂40，为已完成安装的叶片提供支撑，其上也开设有一圈螺栓通孔。

侧壁处焊有配重机构31。配重机构31包括设置在转动段上的配重臂和可拆卸地设置在配合臂上的配重物312。通过在配重臂上上增加临时配重物312，可有效降低第1支和第2支叶片组对安装时风力发电机组叶轮组对装置和基座10承受的总的倾覆力矩。

配重臂为框板式结构，由钢板焊接而成，钢板上可开有不同形状的减重孔，以降低整体重量，便于运输。配重臂焊接在转动段上。使用时，可将配重物312放置在配重臂的端部，用于降低所受的倾覆力矩。

如图9至图12所示，由于基座10的高度较低，在填充覆盖土层6后，基座10整体位于覆盖土层6下方，因而需要安装转接段5来提升高度，以安装固定部1。转接段5为圆筒状态，其上端和下端均具有连接法兰，以连接基座10和固定部1。在风力发电机组的塔筒基础20建造时，在需要回填覆盖土层6前，将转接段5固定在混凝土制作的基座10上。转接段5为钢制筒形焊接结构。当然，若基座10的高度足够高可以省略转接段5，而直接将固定部1安装在基座10上。如图13至图16所示，根据本发明的另一方面，提供一种叶轮组对方法，叶轮组对方法通过上述的风力发电机组叶轮组对装置进行叶轮组对，叶轮组对方法包括：

将叶轮的轮毂40通过安装结构32固定在风力发电机组叶轮组对装置上。具体地，通过连接螺栓将轮毂40的法兰与安装结构32连接，实现对轮毂40的安装。

通过吊装装置30将第一叶片吊装到轮毂40上并安装。吊装装置30为220吨以上汽车吊(含220吨汽车吊)。由于作业场地较小，汽车吊不易移动，因而在进行第一叶片吊装时，需要确保轮毂40上安装第一叶片的叶片安装法兰处于吊装位置。

优选地，使配重机构31的中心对称平面与第一叶片的轴线的夹角为150°。即图14中所示，配重机构31的中心对称平面与第一叶片的轴线的延长线的夹角为30°。这样可以最好地平衡风力发电机组叶片组对装置上的受力，防止倾覆。

通过风力发电机组叶轮组对装置的驱动组件驱动转动部3，使轮毂40上的另一叶片安装法兰转动至吊装位置，并通过吊装装置30将叶片吊装到轮毂40上，重复此步骤直至轮毂40上的叶片安装完成。

具体地，安装第2支叶片前，先将第1支叶片转动约120度。然后在安装第1支叶片处使用吊装装置30进行第2支叶片的安装。最后使用吊装装置30将完成第3支叶片的安装。

完成叶轮组对后，在风力发电机组的吊装时，叶轮起吊前，要先将连接轮毂40和叶轮组对装置的紧固件拆卸掉。叶轮吊装完毕，将叶轮组对装置拆除掉，运至其他机位进行叶轮的组对安装，并对转接段的法兰处进行防护。当然，也可以挖出转接段5，并将转接段5拆除，在平整土层。

需要说明的是，在轮毂40安装之前还包括如下步骤：

在塔筒基础20建造时，同时建造基座10，为叶轮组对提供支撑。在基础回填土前，将转接段5固定到基座10上。一般转接段5的上法兰的法兰平面高出地面一定距离。回填土时，需要在转接段5的法兰处进行防护，将法兰平面上使用木板或钢板盖住，防止雨水进入。

在进行叶轮组对前，将转接段5的法兰处的防护物拆除。先将固定部、转动部3等安装到转接段5上，通过锚栓组件进行固定。然后将配重物312放置于配重臂上。

通过使用预埋在风力发电机组的塔筒基础20上的混凝土基座10和设置在基座10上的固定部1等，使用一辆吊车就能够完成叶轮组对，解决了在山地等小作业面积机位叶轮组对困难的技术难题。由于预埋的基座10材料主要是钢筋混凝土，并且是建造在原有塔筒基础20上，基础建造费用增加很小。叶片到场以后可以马上运至机位，进行叶轮的提前组对，既可以优化工序(提前组对叶轮可以提高主吊的使用率，减少项目建造时间)，又可以实现叶片在现场的堆放，进而降低了叶片堆场租赁、主吊车租赁、叶片二次转运等项目费用。

另外通过在转动部3的配重臂上增加临时配重物312，可减小叶轮组对装置承受的总的倾覆力矩，进而可减小叶轮组对工装和基座10直径以及进一步降低叶轮组对工装和基座10的制作费用。

本发明的风力发电机组叶轮组对装置具有如下效果：

通过在转动部的配重臂上增加临时配重物，可减小叶轮组对装置承受的总的倾覆力矩。

叶轮组对时，先将叶轮组对装置固定在基座上，然后将轮毂固定在叶轮组对装置上，能够使用一辆吊车完成三只叶片的安装。可以实现在小作业面积场地完成叶轮的组对，同时能够在现场堆放叶片。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。