将转子安装在风力涡轮机上的方法、转子轮毂和配重组件以及提升设备连接构件与流程

1.本发明总体上涉及用于改进风力涡轮机叶片附接到风力涡轮机轮毂的过程的设备和方法。


背景技术：

2.通常，在风力涡轮机轮毂已经安装到风力涡轮机的舱室之后，风力涡轮机叶片在塔上位置处附接到风力涡轮机轮毂。然后，涡轮机叶片通常一个接一个地附接到风力涡轮机舱室轮毂。为此，需要在附接了少于三个叶片的情况下使轮毂旋转。也就是说，转子在不完整和不平衡的状况下旋转。这通过将旋转运动施加到舱室主轴来实现。在风力涡轮机构造期间有许多方式来旋转主轴。优选的方法包括使驱动设备与来自舱室中的齿轮箱的高速输出轴接合。施加到齿轮箱输出轴的旋转驱动具有使主轴缓慢转动的效果。但是，在该过程期间，轮毂的不对称或不平衡加载对齿轮箱传动装置施加了很大的扭矩。通常，当转子不平衡时，主轴旋转的任何方法都将使传动装置处于极端应力下。
3.已知在叶片安装过程期间将三个配重安装到轮毂的先前方法和设备。例如，美国专利no.7,165,941和ep2650537均提供了使用配重系统来减轻不平衡的示例。在美国专利no.7,165,941中，随着叶片逐步地附接，配重被连续地移除。ep2650537公开了一种配重，其扭矩效果是可调节的。
4.期望简化和加速将轮毂安装到舱室的程序以及将叶片安装到轮毂的伴随过程，同时将转子驱动的扭矩要求保持为最小。还希望简化转子轮毂和叶片组装程序以及在该程序期间使用的设备。


技术实现要素：

5.在一个说明性实施方式中，本发明提供了一种将转子安装在风力涡轮机的舱室上的方法。该方法包括在塔下位置处提供转子轮毂，转子轮毂具有在间隔开120度的位置处且围绕转子轮毂的旋转轴线延伸的第一凸缘、第二凸缘和第三凸缘。第一配重设置在塔下位置处，安装到第一凸缘。第二配重设置在塔下位置处，安装到第二凸缘。提升设备连接构件设置在塔下位置处，安装到第三凸缘。第一和第二配重以及提升设备连接构件可在塔下位置处安装到相应的凸缘，或者这些部件中的一者或多者可安装到相应的凸缘，然后作为组件运输到塔下位置。该方法还包括在塔下位置处将提升设备的一部分连接到提升设备连接构件，将转子轮毂以及第一和第二安装配重提升到邻近舱室的轮毂连接侧的塔上位置，以及将转子轮毂安装到轮毂连接侧上。
6.该方法可以包括各种进一步的方面，例如下面描述的，作为代表性的示例。可以实现将转子轮毂安装到轮毂连接侧，使得第三凸缘处于12点钟位置，并且第一凸缘和第二凸缘分别处于4点钟位置和8点钟位置。该方法还可以包括移除提升设备连接构件；旋转所述转子轮毂，使得所述第三凸缘处于3点钟位置，并且所述第一凸缘和所述第二凸缘以及所述
第一配重和所述第二配重分别处于7点钟位置和11点钟位置；在所述第三凸缘处于所述3点钟位置时将第一风力涡轮机叶片安装到所述第三凸缘；旋转所述转子轮毂，使得所述第一凸缘和第一配重处于3点钟位置，所述第三凸缘和第一风力涡轮机叶片处于11点钟位置，并且所述第二凸缘和第二配重处于7点钟位置；在3点钟位置处移除第一配重；在所述第一凸缘处于所述3点钟位置时将第二风力涡轮机叶片安装到所述第一凸缘；旋转所述转子轮毂，使得所述第二凸缘和第二配重处于3点钟位置，所述第一凸缘和第二风力涡轮机叶片处于11点钟位置，并且所述第三凸缘和第一风力涡轮机叶片处于7点钟位置；在3点钟位置处移除第二配重；以及在第二凸缘处于3点钟位置时将第三风力涡轮机叶片安装到第二凸缘。
7.该方法还可以包括在提升转子轮毂的步骤期间在横向于转子轮毂的旋转轴线的方向上旋转转子轮毂。提升转子轮毂还可包括在塔下位置处将转子轮毂初始地竖立在第一和第二配重的相应的第一和第二基部部分上。第一基部部分和第二基部部分可以包括凸形构造的脚部，并且提升转子轮毂还可以包括初始地旋转转子轮毂，同时将转子轮毂支撑在凸形构造的脚部上。提升设备连接构件还可包括第一提升点和第二提升点，并且该方法还可包括使用第一提升点来将提升设备连接构件移动到用于安装到第三凸缘的位置；以及在将转子轮毂以及第一和第二安装配重提升至塔上位置的步骤期间使用第二提升点。该提升设备连接构件还可以包括第三提升点，并且该方法还可以包括在从第三凸缘移除提升设备连接构件的同时使用第三提升点。所述第一提升点、第二提升点和第三提升点可以沿着所述连接构件的纵向范围彼此间隔开。第一提升点可以是安装提升点。第二提升点可以是承载提升点。第三提升点可以是移除提升点。
8.在另一说明性实施方式中，本发明提供了一种在将转子安装在风力涡轮机上时使用的转子轮毂和配重组件。该组件包括：转子轮毂，该转子轮毂具有在间隔开120度的位置处并且围绕转子轮毂的旋转轴线延伸的第一凸缘、第二凸缘和第三凸缘；第一配重，该第一配重安装到所述第一凸缘；第二配重，该第二配重安装到所述第二凸缘；以及安装到第三凸缘的提升设备连接构件。
9.第一和第二配重还可包括第一和第二基部部分，该第一和第二基部部分用于在初始地旋转组件之后并且在将组件进一步提升到塔上位置之前将组件竖立在塔下位置处。第一和第二基部部分还可以包括凸形构造的脚部，该凸形构造的脚部用于在将转子轮毂支撑在凸形构造的脚部上的同时，将转子轮毂在横向于转子轮毂的旋转轴线的方向上初始地旋转大约90度。提升设备连接构件还可以包括第一连接点和第二连接点。第一连接点用于将提升设备连接构件移动到用于在塔下位置处安装到第三凸缘的位置，并且第二连接点用于将组件旋转并提升到塔上位置。提升设备连接构件还可以包括第三连接点。第三连接点用于从第三凸缘移除提升设备连接构件。
10.在另一说明性实施方式中，本发明提供了一种提升设备连接构件，该提升设备连接构件被构造成安装到风力涡轮机转子轮毂的凸缘，该提升设备连接构件可联接到提升设备，以便将转子轮毂和安装配重从塔下位置提升到塔上位置，以及将转子轮毂安装到风力涡轮机舱室。提升设备连接构件包括用于与提升设备联接的至少两个提升点。两个提升点被被构造成允许以下三个操作中的至少两个：i)将所述提升设备连接构件安装在所述第三凸缘上，ii)将所述转子轮毂和配重旋转并提升到所述塔上位置，以及iii)从所述第三凸缘移除所述提升设备连接构件。
11.提升设备连接构件还可以包括第三提升点，该第三提升点用于允许执行三个操作中的第三个。提升设备连接构件还可包括第一端和第二端。用于将提升设备连接构件安装在第三凸缘上的第一提升点可以靠近第一端定位。用于从第三凸缘移除提升设备连接构件的第三提升点可靠近第二端定位。用于旋转并提升转子轮毂和配重的第二提升点可以位于第一提升点和第二提升点之间。
附图说明
12.并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的一个或多个实施方式，并且与上面给出的本发明的一般描述和下面给出的详细描述一起用于解释本发明。
13.图1是根据本发明的第一实施方式的转子轮毂和配重组件的立体图，并且示出了在组装和安装过程期间的初始步骤。
14.图2是类似于图1的立体图，但示出了该方法的另一部分，其中提升设备连接构件安装在转子轮毂上。
15.图3是类似于图2的立体图，但示出了提升程序的另一步骤或部分。
16.图4是示出了在程序中靠后的另一部分的立体图，示出了转子轮毂和配重组件在塔上位置处被安装到舱室上。
17.图4a是图4所示的轮毂和配重组件的正视图。
18.图5a是示出安装程序中的又一步骤以及风力涡轮机叶片被安装到转子轮毂的凸缘上的正视图。
19.图5b是类似于图5a的正视图，但示出了完全附接且刚好在初始旋转过程之前的风力涡轮机叶片。
20.图5c是类似于图5b的正视图，但示出了旋转至第二位置的转子轮毂，其中配重中的一个处于移除过程中。
21.图5d是类似于图5c的正视图，但示出了移除的第一配重和正在安装的第二风力涡轮机叶片。
22.图5e是类似于图5d的正视图，但示出了完全安装的第二风力涡轮机叶片。
23.图5f是类似于图5e的正视图，但示出了旋转至下一位置的转子轮毂，在该位置处，第二配重正被移除。
24.图5g是类似于图5f的正视图，但示出了正在安装的第三风力涡轮机叶片。
25.图5h是类似于图5g的正视图，但示出了完全安装的第三风力涡轮机叶片。
26.图6是类似于图1的立体图，但示出了根据本发明的转子轮毂和配重组件的第二说明性实施方式，并且示出了提升设备连接构件的安装。
27.图7是类似于图6的立体图，但示出了完全安装在转子轮毂的第三凸缘上的提升设备连接构件。
28.图8是类似于图7的立体图，但示出了附接到提升设备连接构件的第二连接点的提升设备，以用于将转子轮毂和配重组件从塔下位置旋转和提升到塔上位置。
29.图9是类似于图8的立体图，但示出了正在执行的初始旋转和提升操作。
30.图10是示出了将转子轮毂和配重组件安装到在塔上位置处的舱室上的程序的后续部分的立体图。
31.图10a是图10所示的轮毂和配重组件的正视图。
32.图11a是第二实施方式的前平面图或正视图，示出了安装程序中的又一步骤，并且风力涡轮机叶片正被安装到转子轮毂的凸缘上。
33.图11b是类似于图11a的正视图，但示出了刚好在初始旋转过程之前完全附接的风力涡轮机叶片。
34.图11c是类似于图11b的平面图或正视图，但示出了旋转至第二位置的转子轮毂，其中配重中的一个处于移除过程中。
35.图11d是类似于图11c的正视图，但示出了移除的第一配重和正在安装的第二风力涡轮机叶片。
36.图11e是类似于图11d的正视图，但示出了完全安装的第二风力涡轮机叶片。
37.图11f是类似于图11e的正视图，但示出了旋转至下一位置的转子轮毂，在该位置处，第二配重正被移除。
38.图11g是类似于图11f的正视图，但示出了正在安装的第三风力涡轮机叶片。
39.图11h是类似于图11g的正视图，但示出了完全安装的第三风力涡轮机叶片。
具体实施方式
40.首先参考图1和图2，组件10根据第一说明性实施方式构造。组件10包括与第一配重14和第二配重16联接的转子轮毂12。当将转子安装在风力涡轮机(未示出)上时使用该组件10。转子轮毂12包括在间隔开120度的位置处并且围绕转子轮毂12的旋转轴线24延伸的第一凸缘18、第二凸缘20和第三凸缘22。第一配重14安装到第一凸缘18。第二配重16安装到第二凸缘20。提升设备连接构件26安装到第三凸缘22。可以理解，第一配重14、第二配重16或提升设备连接构件26中的一者或多者可以在塔下位置处、刚好在将组件10提升到塔上之前安装到它们相应的凸缘18、20、22，或者组件10可以在较远位置处部分地或完全地制造或组装，并运输到塔下位置。在图1中，示出了提升设备30的一部分，即，线缆32和连接组件34，该线缆32和连接组件34联接到提升设备连接构件26，用于帮助将提升设备连接构件26安装到第三凸缘22。提升设备30还可包括例如起重机(未示出)。第一配重14和第二配重16还包括第一和第二基部部分或脚部14a、16a，用于在初始地旋转该组件10之后并且在进一步将组件10提升到塔上位置(图3)之前将组件10竖立在塔下位置处。第一配重14和第二配重16通常在径向方向上远离转子轮毂12的中心旋转轴线24延伸。如图3进一步所示，支撑平台40可设置在塔下位置处，例如地面42上，或者地面上的支撑表面上，或者例如在运输船(未示出)的甲板上。在通过提升由相应箭头41a、41b表示的线缆32执行图3所示的旋转和提升操作之前，转子轮毂12的连接侧12a被支撑在平台40上。如箭头41a所示，组件10的初始旋转发生在横向于转子旋转轴线24的方向上。
41.图4和图4a示出了被提升到邻近与风力涡轮机46相关联的舱室44的轮毂连接侧44a的塔上位置的组件10。转子轮毂12安装到舱室44，使得当将舱室44的连接侧看作钟面时，具有提升设备连接构件26的第三凸缘22定向在12点钟位置。如图4进一步所示，第一凸缘18和第二凸缘20以及相应的第一配重14和第二配重16位于4点钟位置和8点钟位置。
42.在该过程中的这一点上，移除提升设备连接构件26，并且如图5a所示，转子轮毂12沿箭头47的方向顺时针旋转，使得第三凸缘22处于3点钟位置，并且第一凸缘18和第二凸缘
20以及第一配重14和第二配重16分别处于7点钟位置和11点钟位置。应当理解，在本文所讨论的目的是为了安装和/或移除部件的每个转子位置处，转子12以已知的方式被锁定在适当的位置。而且，应当理解，通过使用诸如起重机(未示出)的提升设备将有助于在塔上位置处移除和安装各种部件。如图5a和图5b所示，第一风力涡轮机叶片50在第三凸缘22处于3点钟位置时安装到第三凸缘22。然后，转子轮毂12沿箭头48(图5b)的方向逆时针旋转，如图5c和图5d所示，使得第一凸缘18和第一配重14处于3点钟位置，第三凸缘22和第一风力涡轮机叶片50处于11点钟位置，并且第二凸缘20和第二配重16处于7点钟位置。在该过程中的这一点上，第一配重14在3点钟位置处被移除，如图5c中示意性地示出的。然后，如图5d和图5e所示，当第一凸缘18处于3点钟位置时，第二风力涡轮机叶片52被安装到第一凸缘18。如图5e和图5f所示，转子轮毂12然后沿箭头48的方向旋转，使得第二凸缘20和第二配重16处于3点钟位置，第一凸缘18和第二风力涡轮机叶片52处于11点钟位置，并且第三凸缘22和第一风力涡轮机叶片50处于7点钟位置。然后在3点钟位置处移除第二配重16，并且如图5g和图5h中进一步所示，当第二凸缘18处于3点钟位置处时，第三风力涡轮机叶片54被安装到第二凸缘20。
43.现在转到图6至图9，示出了包括转子轮毂12和第一配重14’和第二配重16’的组件10’的第二实施方式，以及提升设备连接构件26’的第二实施方式。应当理解，与第二实施方式相关的结构和方法与关于第一实施方式所描述的非常相似，因此，主要焦点将集中在对第一和第二实施方式之间的差异的描述上。两个实施方式之间的相同元件用相同的附图标记表示，而第二实施方式的与第一实施方式的元件类似但在结构和功能上具有某些描述和/或示出的差异的元件用具有撇号(’)的相同附图标记表示。如图6和图7中所示，通过将提升设备30即连接组件34联接到靠近提升设备连接构件26’的一端26a定位的第一连接点60，将提升设备连接构件26’安装在转子轮毂12的第三凸缘22上。提升设备连接构件26’包括提升点62、64，它们分别用于在连接构件26’的移除期间以及在旋转和提升程序期间使用，这将在下面描述。提升点64可以被称为承载提升点。当联接到提升设备30并且通过或不通过进一步联接到转子轮毂12而被悬挂时，每个提升点60、62、64对应于并导致连接构件26’的不同悬挂角度。当提升设备30联接到安装提升点60时，连接构件26’将大致在基本竖直的定向上悬挂，以便更容易地安装在转子轮毂12上。通过将提升设备30联接到移除提升点62，使得从附接的轮毂移除连接构件26’更容易，如将在下面讨论的。可以包括位于连接构件26’上的连接构件配重26d，以在连接构件26’从转子轮毂12移除期间，在连接构件26’从提升绳索自由悬挂时，帮助正确地定向连接构件26’。特别地，当从其移除提升点62自由悬挂时，连接构件26’可采用基本水平的定向。所述连接构件配重26d可以相对于所述连接构件26’延伸到所述移除提升点62的外侧。如下面进一步讨论的，将承载提升点64联接到提升设备30确保组件10’在其升高到塔上位置时正确地定向，并且定位成邻近舱室40的连接侧44a。在该位置，转子轮毂12处的连接侧12a可采用使连接侧12a平行于舱室主轴面的定向，以用于在风力涡轮机舱室44处的连接侧44a处附接到主轴面。
44.组件10’包括相对于转子轮毂12的中心旋转轴线24在大致径向方向上延伸的第一配重14’和第二配重16’。提升设备连接构件26’、第一配重14’和第二配重16’可在紧接本文所述的转子组件和安装方法之前的塔下位置处或在更远的位置处安装或装配在转子轮毂12上以便运输到塔下位置。第一配重14’和第二配重16’包括类似于第一实施方式的脚部
14a’、16a’，然而，这些脚部14a’、16a’具有凸形形状或凸形构造的表面70、72，以便与第一实施方式相比并且如该第二实施方式中的图9所示便于旋转步骤。表面70、72可以更具体地如图所示为凸形弯曲的，以便在基部部分14a’、16a’接触地面42或接触例如地面上或运输船舶(未示出)上的支撑表面时允许平滑的旋转程序。如图所示，表面70、72是半圆柱形的，并且至少在图9所示的初始旋转/提升过程期间沿着公共轴线对准，以确保平滑的枢转运动。可以有利地使用未在附图中具体示出的用于凸形形状的脚部的其它形状。例如，脚部14a’、16a’在其上所搁置和旋转的凸形外表面可以是大致球形或半球形、圆柱形或具有用于将组件10’支撑在表面42上的外部凸形表面的任何其它外部构造。即使当配重14’、16’相对于转子轮毂12以各种角度中的一个倾斜或成角度时，大致球形或半球形脚部以及其它凸形构造的设计也能够允许组件10’的支撑和旋转。在任何实施方式中，凸形表面可包括例如平坦表面的区段、或连续弯曲表面(如图所示)、或平坦表面和弯曲表面两者的组合。此外，使用适当构造的脚部，例如脚部14a’、16a’或其它设计，将允许与配重14’、16’相关联的大量压载物或重量集中在配重14’、16’的脚部或基部部分14a’、16a’中。
45.如图7和图8示意性地示出的，在提升设备连接构件26’已经安装到第三凸缘22之后，提升设备连接组件34从用于安装或装配连接构件26’的提升点60移除，并且联接到用于旋转和提升操作的更中心的承载提升点64。安装提升点60可以靠近连接构件26’的一端26a定位。移除提升点62可以靠近所述连接构件26’的相对端26b定位。在重新连接之后，如图9所示，提升设备30沿箭头41b所示的向上方向提升，并且组件10’首先旋转离开支撑平台40，例如，当组件10’由凸形脚部14a’、16a’支撑在直立位置时。如同第一实施方式，旋转发生在箭头41a的方向上。提升设备30还将组件10’提升到塔上位置，如图10和图10a所示，同时联接到承载提升点64。如同第一实施方式，转子轮毂12的连接侧12a联接到舱室44上的轮毂连接侧44a，如图10所示。利用联接到承载提升点64的提升设备30提升该组件10’将导致组件10’在提升过程期间旋转大约90度。图9、图10和图10a中所示的所得定向正确地定向了组件10’，使得转子轮毂12的连接侧12a可以更精确地与舱室44的连接侧44a对准并被安装到该连接侧。
46.然后，提升设备连接组件34从中心提升点64断开，并在靠近连接构件26’的第二端26b的移除提升点62处重新连接到连接构件26’。在该移除提升点62处提升时，提升设备连接构件26’可从第三凸缘22移除。连接构件26’在从其移除提升点62自由悬挂时可采用基本上水平的位置。在连接构件26’处的配重26d可确保连接构件26’在从其移除提升点62悬挂时采用基本水平的位置。转子组件方法的其余部分可与前面关于第一实施方式所述的相同，如下所述。
47.如图11a和图11b所示，在第三凸缘22已经旋转并锁定在3点钟位置之后，第一风力涡轮机叶片50安装到第三凸缘22。然后，如图11c和图11d所示，使转子轮毂12旋转，使得第一凸缘18和第一配重14’处于3点钟位置，第三凸缘22和第一风力涡轮机叶片50处于11点钟位置，并且第二凸缘20和第二配重16’处于7点钟位置。在该过程中的这一点，第一配重14’在3点钟位置处被移除，如图11c中示意性地示出的。然后，如图11d和图11e所示，当第一凸缘18处于3点钟位置时，第二风力涡轮机叶片52被安装到第一凸缘18。如图11e和图11f所示，转子轮毂12然后被旋转并锁定，使得第二凸缘20和第二配重16’处于3点钟位置，第一凸缘18和第二风力涡轮机叶片52处于11点钟位置，并且第三凸缘22和第一风力涡轮机叶片50
处于7点钟位置。然后在3点钟位置处移除第二配重16’，并且如图11g和图11h中进一步所示，当第二凸缘20处于3点钟位置处时，第三风力涡轮机叶片54安装到第二凸缘20。
48.虽然已经通过描述各种优选实施方式对本发明进行了说明，并且虽然已经相当详细地描述了这些实施方式，但是申请人的意图不是将所附权利要求的范围限制或以任何方式限定到这些细节。本领域技术人员将容易地想到附加的优点和修改。因此，本发明的各种特征可以单独使用或以任何组合使用，这取决于用户的需要和偏好。例如，第二实施方式的提升设备连接构件26’可与第一实施方式的转子轮毂12和配重14、16一起使用，并且第二实施方式的配重14’、16’可与第一实施方式的转子轮毂12和提升设备连接构件26一起使用。