叶片保持设备的制作方法

叶片保持设备的制作方法
【专利摘要】本发明描述了一种用于在处置步骤期间保持风力涡轮机叶片（4）的一端的叶片保持设备（1），所述叶片保持设备（1）包括：支撑结构（10），所述支撑结构（10）包括用于容纳所述风力涡轮机叶片（4）的一端的开口（11）；布置在所述开口（11）中的夹持装置（2，20，21，22），所述夹持装置（2，20，21，22）被实现为在所述风力涡轮机叶片（4）上施加夹持力（FC）；和锁定装置（3，30，31），所述锁定装置（3，30，31）用于相对于所述支撑结构（10）锁定所述夹持装置（2，）。本发明还描述了一种在风力涡轮机叶片（4）的处置程序期间操作此类叶片保持设备（1）的方法。
【专利说明】叶片保持设备
【技术领域】
[0001]本发明描述了一种叶片保持设备和一种用于操作此类叶片保持设备的方法。
【背景技术】
[0002]风力涡轮机的转子叶片必须根据一定的准则来完成。例如，转子叶片的外表面必须是平滑的，使得转子的空气动力学性质不被损害。此外，转子叶片的表面应当能经受各种天气。由于这些原因，转子叶片的表面通常在被运输到安装到风力涡轮机上的地点之前必须经历一种或多种处置或处理步骤，例如砂纸打磨、上油漆、抛光等等。
[0003]然而，由于涡轮机设计和叶片制造的发展允许更大的发电机和更大的转子叶片长度而使得转子叶片变得更长，这种处置或处理步骤可能有问题。因而，风力涡轮机的转子叶片可从根部测量到尖部超过70 m长。这种叶片可常常重量为约20000 kg。转子叶片通常由复合材料制成并且大多数是空心的。转子叶片的形状沿其长度变化，例如从圆柱形根部区段通过更宽的台肩区段到翼型部分，终止于相当薄的尖部区域。沿着叶片长度的不同形状的区域以及叶片的重量，必须注意避免对于叶片表面的任何损伤，导致昂贵和耗时的处置程序。
[0004]在一种已知方式中，通过以某种合适方式支撑根端并且使用保持装置在翼型区段中的某个点将叶片固定，从而基本水平地保持叶片。该已知类型的保持装置包括静止螺纹机构以向叶片施加夹持力。螺纹机构可被电动地、气动地或液压地致动。由于叶片仅仅在两点被保持，叶片的大部分表面被暴露。对于叶片的下表面或下侧的访问是相对简单容易的。然而，只能很困难地访问叶片的顶侧。工人有必要使用吊车和/或可移动平台以便到达那些表面。替代地，螺纹机构可打开以释放叶片，使得其可旋转半圈，然后再次收紧。同样地，现有技术技术是耗时的，从而也是昂贵的。此外，这种螺纹机构的使用可导致叶片的被夹持的那些区域中的损伤。而且，螺纹机构的固定全部依赖于操作者的人力，从而无法总是保证安全可靠的收紧。

【发明内容】

[0005]因此，本发明的一个目的是提供在此类处置程序期间用于固定风力涡轮机转子叶片的改进方法。
[0006]通过权利要求1的叶片保持设备并且通过权利要求13的操作此类叶片保持设备的方法来实现该目的。
[0007]根据本发明，叶片保持设备用于在处置步骤期间保持风力涡轮机叶片的一端并且包括:支撑结构，所述支撑结构包括用于容纳风力涡轮机叶片的一端的开口 ；布置在所述开口中的夹持装置，所述夹持装置被实现为在风力涡轮机叶片上施加夹持力；和锁定装置，所述锁定装置用于相对于所述支撑结构锁定所述夹持装置。
[0008]根据本发明的叶片保持设备的优点在于可以在处置期间以非常简单容易的方式来保持或支撑叶片，使得叶片表面的仅仅非常小部分被夹持装置的元件覆盖，从而叶片表面的大部分可以被访问以便进行处理。此外，夹持装置施加在叶片表面上的力非常有利地分布在叶片周边的周围，从而可以避免叶片的损伤或应力。由于支撑结构被实现为在一端(例如尖端)附近保持叶片，仅仅需要在另一端(例如根端)支撑叶片，叶片表面的大部分被留下是能够自由访问的。
[0009]根据本发明，在风力涡轮机叶片的处置程序期间操作此类叶片保持设备的方法包括如下步骤:使风力涡轮机叶片的一端穿过支撑结构中的开口 ；致动夹持装置以在风力涡轮机叶片上施加夹持力；以及在处置程序期间相对于支撑结构锁定夹持装置。
[0010]根据本发明的操作此类叶片保持设备的方法的优点在于以最不费力的方式使得叶片表面的大部分可被访问以便进行处理。根据本发明的方法是有利地安全的，因为在处置程序期间在不必施加过大压力的情况下牢固地夹持叶片。因此，维护工人的安全得到了保证，并且叶片损伤的风险被基本消除。
[0011]如下面的描述所揭示的，本发明的特别有利的实施例和特征由从属权利要求给出。不同权利要求种类的特征可在适当时进行组合以给出本文未描述的其它实施例。
[0012]下面，可以假设转子叶片包括不同的区域，例如根部区段和主体区段，其可被假设为具有翼型截面。叶片可在宽度和厚度方面朝向尖端渐缩。可以假设叶片具有前表面和后表面，由此，常用术语“吸力侧”和“压力侧”可用于分别指代具有实质凸形的前表面和具有实质凹形的后表面。
[0013]下面，在不以任何方式限制本发明的情况下，术语“风力涡轮机转子叶片”、“转子叶片”以及仅仅“叶片”可以互换地使用。
[0014]由于叶片优选地在处置期间被水平地保持，使得地面上的工人能够访问叶片表面区域的大部分，在本发明的特别优选实施例中，支撑结构包括直立平面，即基本竖直平面。这样，支撑结构可容纳被基本水平地保持的风力涡轮机叶片。因而，支撑结构的直立平面基本垂直于叶片的纵轴线，该纵轴线被认为从叶片的根部区段延伸到尖端。
[0015]如上所述，从工人的角度看有利的是，地面上的工人能够访问叶片表面的尽可能多的部分，从而工人不需要使用吊车或液压平台来到达叶片的某些区域。因此，在本发明的特别优选实施例中，支撑结构能够在基本竖直平面中旋转，使得叶片可绕其纵轴线转动，从而允许工人访问叶片的大部分。例如，在本发明的优选实施例中，支撑结构是基本圆形的，因为该形状使得其自身适合于此类旋转。支撑结构可被实现为在其竖直平面中并且绕其几何中心旋转或转动，使得其中心保持基本固定或静止不动。替代地或另外，支撑结构可被实现为沿地面或某种其它表面以车轮的方式滚动或旋转，使得其中心以直线运动运行。
[0016]优选地，叶片保持设备包括用于保持支撑结构的支撑框架。这种支撑框架可具有合适的轴承，使得支撑结构可自由地旋转，即以最小摩擦旋转。支撑框架自身可以是可移动的，以便例如在多个位置之间运输支撑机构，并且为此目的而配备有轮子以及制动器，用于维持其在某个地点的位置。
[0017]支撑结构可被实现为在沿叶片长度的任何点(S卩，在根部区段处、在翼型区段处、在尖端区段处，等等)抓住或保持叶片。为此，开口的尺寸可设置成容纳相关的区段。此外，夹持装置可被实现为容纳叶片的该区段。优选地，支撑结构被实现为在沿着其翼型部分的点处抓住叶片。为此，支撑结构中的开口可被实现为“泪珠”或“拉伸卵”形状，因为翼型截面通常在一端(对应于叶片的前缘)较宽并且在另一端(对应于叶片的后缘，该后缘甚至可渐缩到一点)较窄。下面，在不以任何方式限制本发明的情况下，可假设支撑结构和夹持装置被实现为在沿其翼型部分的点处抓住叶片，并且术语“支撑结构”和“尖端盘”可从而互换地使用。优选地，夹持力被基本均匀地施加在叶片被支撑的区段周围。为此，支撑结构可包括一个或多个叶片抓持元件，所述一个或多个叶片抓持元件在叶片上施加力。例如，尖端盘可包括安装在开口的第一侧上的一个叶片抓持元件，其用于朝向开口的相对侧挤压叶片。在这种实施例中，开口优选地成形为适合于叶片的该区段处的轮廓。然而，这种实施方式可能导致叶片表面上的不均匀的力分布，使得可能产生对叶片表面的损伤。因此，在本发明的优选实施例中，夹持装置包括分别安装在支撑结构中的开口的各侧上的一对叶片抓持元件或“颚”。在这种实施方式中，夹持力被施加在叶片的前表面和后表面上，这种实施方式可提供有利的力分布并且可避免对叶片表面的任何损伤。
[0018]叶片抓持元件可以以任何合适的方式被实现。优选地，叶片抓持元件被实现为符合于风力涡轮机叶片的轮廓。叶片抓持元件可被形成为已经具有与叶片的某段长度上的轮廓匹配的形状和/或叶片抓持元件可被形成为适合于沿叶片的特定区段处的轮廓。对于第一种情况，叶片抓持元件可包括固定基本形状，诸如可压缩或弹性泡沫的一层材料被沿着叶片抓持元件的将于叶片表面抵靠的表面施加到该固定基本形状，以充当保护垫。对于第二种情况，叶片抓持元件可包括两个或更多个区段，该两个或更多个区段能够相对于彼此移动并且被成形为使得当夹持装置被致动时它们可适合于叶片的轮廓。
[0019]叶片保持设备可被实现为使得夹持装置的手动操作导致叶片抓持元件挤压抵靠叶片翼型区段，以便在叶片翼型区段上施加夹持力。然而，在本发明的特别优选实施例中，至少一个叶片抓持元件被沿其在支撑结构的开口的侧面可移动地安装，由此，通过叶片的重量来实现叶片抓持元件相对于支撑结构的开口的运动。这种可移动安装允许叶片抓持元件响应于叶片的重量来调整其位置。一个叶片抓持元件可以相对于支撑结构是静止不动的，而第二叶片抓持元件被可移动地安装，使得当叶片搁置在夹持装置中时，叶片的重量导致可移动地安装的叶片抓持元件的相应运动，其进而用于在叶片上施加夹持力。优选地，两个叶片抓持元件均以这种方式被可移动地安装。
[0020]在本发明的特别优选实施例中，夹持装置包括用于连接叶片抓持元件的柔性连接装置，使得施加在连接装置上的向下力导致叶片抓持元件的向下运动。例如，这种柔性连接装置可包括悬挂在叶片抓持元件上的下部位置之间的条带。叶片的外边缘可搁置在条带上，使得当叶片的重量搁置在条带上时，实现了一个或两个叶片抓持元件的向下运动和对应的侧向运动，使得叶片抓持元件之间的距离得以减小，由此在叶片上有效地施加夹持力。优选地，叶片被插入夹持装置中，使得叶片的前缘指向下方。这样，滚圆的前缘搁置在条带上，并且狭窄的后缘指向上方。
[0021]为了使叶片进入其仅被叶片保持设备在其尖端支撑并且被另一保持设备在其根端支撑的状态，叶片可最初在沿其长度的一个或多个点被任何合适的支撑装置(例如台座或可移动推车或台车)支撑。这种支撑装置的支撑动作可逐渐减少，直到叶片在翼型截面处的重量被条带承载，在该阶段，可通过致动锁定装置而将叶片抓持元件位置锁定在适当位置。
[0022]锁定装置可包括用于相对于支撑结构固定叶片抓持装置的位置的任何合适装置。在本发明的特别优选实施例中，锁定装置包括由叶片抓持元件上的第一行齿以及支撑结构上的对应的第二行齿提供的棘齿。这些齿行或棘齿行中的任一个能够相对于彼此运动。例如，一个棘齿行可被弹簧加载以允许相对于另一刚性安装的棘齿行的侧向运动。在本发明的优选实施例中，第一棘齿行被刚性地安装到叶片抓持元件，并且第二棘齿行被弹簧加载并且安装到支撑结构。为此，弹簧可被布置在第二棘齿行和尖端盘之间。棘齿行的齿被实现为当叶片被装载到支撑结构中时允许叶片抓持元件朝向支撑结构中的开口的较窄端自由运动，即沿向下方向，并且防止相反方向的运动。
[0023]优选地，锁定装置包括用于锁定棘齿的位置的位置锁定装置，使得棘齿例如在支撑结构的旋转期间被固定在适当位置。为此，锁定装置包括一些合适的用于阻挡弹簧的阻挡装置，即防止弹簧压缩并从而防止第二棘齿行侧向运动的装置。通过允许夹持装置以这种方式被锁定在适当位置，叶片可被夹持装置牢固地保持，即使当支撑结构在处置程序期间旋转时。
[0024]转子叶片的截面形状沿其长度变化，例如从其根端处的基本圆形截面变化到其外尖端处的相对扁平截面。因此，当叶片旋转时，尖端到根端的相对取向可变化。为了对此进行补偿，在本发明的特别优选实施例中，叶片保持设备中的开口优选地不居中地布置在尖端盘中，而是从中心偏移。于是，当叶片进行旋转时，在尖端盘的对应旋转的情况下，开口的轨迹可遵循尖端的自然轨迹。在本发明的进一步优选实施例中，叶片保持设备还能够沿竖直方向运动。为此，例如，支撑框架可包括一些用于竖直地升高尖端盘的装置。可以手动地或者可以借助于合适的驱动装置(例如电机驱动装置)来实现尖端盘的这种竖直运动。通过将叶片保持设备实现为能够旋转并且能够竖直地调整，可以在处置程序期间访问叶片的基本所有表面。
【专利附图】

【附图说明】
[0025]从以下详细描述并结合考虑附图将会明白本发明的其它目的和特征。然而，应当理解的是，附图仅仅设计成用于说明的目的并且不作为本发明的限制的定义。
[0026]图1示出了根据本发明实施例的叶片保持设备处于初始未加载位置；
图2示出了图1的叶片保持设备处于第一加载位置；
图3示出了图1的叶片保持设备处于第二加载位置；
图4示出了图1的叶片保持设备处于第三加载位置；
图5示出了使用根据本发明实施例的叶片保持设备来处置风力涡轮机转子叶片的多个阶段。
【具体实施方式】
[0027]在遍及所有附图中，相同的数字表示相同的物体。附图中的物体不必按照比例绘制。
[0028]图1示出了根据本发明实施例的叶片保持设备I处于初始未加载位置。该图示出了叶片保持设备I的前视图，并且示出了按照在支撑框架12上的竖直支撑结构10或尖端盘10。在该实施方式中，尖端盘10能够绕其几何中心旋转，如弯曲箭头所示。开口 11的尺寸设置成容纳夹持装置的元件2、20。在该实施例中，夹持装置包括一对叶片抓持元件2，每个安装到刚性底座20。叶片抓持元件2借助于可移除条带22被连接，可移除条带22钩到短销21或耳轴21上。夹持装置被实现为与锁定装置相互作用。为此，叶片抓持元件2的刚性底座20包括第一行棘齿，并且对应的第二行棘齿安装在支撑结构10上，使得当叶片抓持元件2沿短箭头所示的方向向下运动时，两行齿可以接合，如下面的附图将要示出的。
[0029]转子叶片的尖端已经穿过开口 10，使得叶片的翼型区段40 (由交叉影线所示)位于叶片抓持元件2之间。在该操作期间，叶片的根端例如被叉车保持，并且叶片在沿其长度的一个或多个点被诸如推车的支撑设备支撑(如将在图5中示出的)，使得叶片的翼型区段40能够自由地移动穿过开口 11，直到实现期望的位置。
[0030]叶片抓持元件2的外边缘被保护垫23覆盖，保护垫23可包括橡胶、泡沫橡胶等的带，以便当叶片被抓在夹持装置中时保护叶片的表面。
[0031]图2示出了图1的叶片保持设备I的更简化示意图，其处于第一加载位置(在图
2—4中，为了简明起见，以非常简化的方式示出叶片翼型区段40和叶片抓持元件2)。在处置程序的该点，已经移除了支撑设备，使得叶片的重量仅在其根端处由夹持装置的条带22承载。叶片的重量在条带22上施加向下力FD，其导致叶片抓持元件2沿向下方向运动，从而允许第一行棘齿30相对于第二行棘齿31向下运动，直到夹持装置到达其最终位置。通过齿的形状来给定棘齿或单向的功能，所述齿被指向成允许第一行齿30相对于第二行齿31自由地向下运动，如侧向箭头所示，而阻止沿向上方向的自由运动。通过将第二行棘齿31用弹簧加载而使得第一行棘齿30的向下运动成为可能，如弹簧元件32所示意性示出的，这允许第二棘齿行31当被第一棘齿行30的齿推开时横向或侧向地移动并且返回，由此与第一棘齿行30的齿接合。
[0032]图3示出了图1的叶片保持设备I处于第二加载位置，在该情况中，夹持装置现在处于最终位置。叶片抓持元件2的向下运动以及开口 11的渐缩形状已经导致叶片抓持元件2的侧向运动(如水平指向内的箭头所示)，使得这些已经被迫移动得彼此更加靠近，从而减小了它们之间的间隙并且由此在叶片的翼型区段40上施加夹持力F。，直到第一棘齿行不再能够进一步向下运动。图3还示意性地示出了锁定机构33的功能，其用于确保棘齿30、31还被主动地或故意地锁定，以便防止叶片抓持元件2的“向上”运动。为此，合适的阻挡装置33被致动以主动地阻挡弹簧元件32并且将棘齿行30、31保持在接合位置，使得第二棘齿行31不能相对于第一棘齿行30运动，即这些不能脱开。
[0033]图4示出了图1的叶片保持设备I处于第三加载位置。这里，支撑结构10已经旋转，使得开口 11和封闭的翼型区段40现在是基本水平的。在该位置，夹持装置依然如上所述被锁定，所以叶片抓持元件2不会滑动或移动。它们继续在翼型区段40上施加夹持力F。。在该位置，条带22可被暂时地移除，使得现在可访问翼型的被条带22覆盖的部分43以便进行处理步骤，例如砂纸打磨、抛光、上油漆等。
[0034]图5示出了使用根据本发明实施例的叶片保持设备I来处置风力涡轮机转子叶片4的阶段H1、H2、H3。在第一处置阶段Hl中，使用叉车6在根端41保持叶片4并且使用推车5在沿其长度的点处支撑叶片4的重量，从而将叶片4带到叶片保持设备I。叶片4的尖端42被允许穿过支撑结构10的开口，支撑结构10被支撑框架12保持。转子叶片可能非常长，在数十米的量级上，从而附图仅仅示出了叶片4的相关的部分。
[0035]在第二处置阶段H2中，叶片4的翼型区段被夹持装置的叶片抓持元件2 (由虚线所示)夹持。推车已经被移除，并且叶片4仅在其根端41处以及在支撑结构10中被支撑。在该位置，可以访问前缘周围的大部分叶片表面，以便进行处理。
[0036]在第三处置阶段H3中，叶片4已经旋转，使得翼型基本是水平的，从而允许访问叶片的一个“平”侧(例如压力侧)的大部分，以便进行处理。可以沿其它方向重复支撑结构的旋转步骤，使得也可以访问另一“平”侧(即吸力侧)，以便进行处理。在该第三处置阶段H3期间，夹持装置的条带可被释放或从耳轴移除，使得还可以访问翼型区段的被条带覆盖的部分，以便进行处理。
[0037]为了访问翼型区段的被叶片抓持元件2覆盖的部分，叶片可再一次被推车支撑，使得夹持装置可被释放，从而允许叶片4进一步移动到支撑结构中或者从支撑结构进一步移出来达适当的量，以暴露那些表面部分。然后，可以重复上述处置阶段H1、H2、H3中的步骤，直到已经根据需要对叶片4的整个表面进行了处理。
[0038]尽管已经以优选实施例及其变体的形式公开了本发明，但应当理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下，可对其进行多种附加修改和变化。例如，与绕其几何中心旋转不同，盘形支撑结构可沿地面在其竖直平面中“滚动”到某个距离，而对叶片根端进行保持的保持设备跟随该直线运动。以这种实施方式，用于容纳叶片翼型区段的开口优选地基本居中地位于支撑结构中。
[0039]为了简明起见，应当理解的是，遍及本申请所使用的“一”或“一个”不排除多个，并且“包括”不排除其它步骤或元件。
【权利要求】
1.一种用于在处置步骤期间保持风力涡轮机叶片(4)的一端的叶片保持设备(1)，所述叶片保持设备(I)包括: -支撑结构(10)，所述支撑结构(10)包括用于容纳所述风力涡轮机叶片(4)的一端的开口(11); -布置在所述开口(11)中的夹持装置(2，20，21，22)，所述夹持装置(2，20，21，22)被实现为在所述风力涡轮机叶片(4)上施加夹持力(F。)；和 -锁定装置(3，30，31)，所述锁定装置(3，30，31)用于相对于所述支撑结构(10)锁定所述夹持装置(2，)。
2.根据权利要求1的叶片保持设备，其中，所述支撑结构(10)包括直立平面元件(10)，用于容纳被基本水平地保持的风力涡轮机叶片(4)。
3.根据权利要求1或权利要求2的叶片保持设备，其中，所述支撑结构(10)能够在基本竖直平面中旋转。
4.根据前述权利要求中任一项的叶片保持设备，其中，所述夹持装置(2，20，21，22)包括安装在所述支撑结构(10)中的开口(11)的相对侧上的一对叶片抓持元件(2)。
5.根据权利要求4的叶片保持设备，其中，叶片抓持元件(2)被实现为符合于所述风力涡轮机叶片(4)的对应轮廓。
6.根据权利要求4或权利要求5的叶片保持设备，其中，至少一个叶片抓持元件(2)被沿其在所述支撑结构(10)中的开口(11)的侧面可移动地安装，由此，通过所述叶片(4)的重量来实现所述叶片抓持元件(2)相对于所述支撑结构(10)的开口的运动。
7.根据权利要求4至6中任一项的叶片保持设备，包括用于连接所述叶片抓持元件(2)的柔性连接装置(22)，使得施加在所述连接装置(22)上的向下力(Fd)导致叶片抓持元件(2)的向下运动。
8.根据权利要求4至7中任一项的叶片保持设备，其中，所述夹持装置(2，20，21，22)被实现为使得叶片抓持元件(2)的向下运动导致所述叶片抓持元件(2)朝向所述叶片(4)的侧向运动以及被施加在所述叶片上的夹持力(Fc)。
9.根据权利要求4至8中任一项的叶片保持设备，其中，所述锁定装置(3，30，31)包括由布置在叶片抓持元件(2)上的第一行齿(30)和布置在所述支撑结构(10)上的第二行齿(31)提供的棘齿(30，31)。
10.根据权利要求9的叶片保持设备，其中，所述锁定装置(3，30，31)包括用于锁定所述棘齿(30，31)的位置的位置锁定装置(3)。
11.根据前述权利要求中任一项的叶片保持设备，包括用于保持所述支撑结构(10)的支撑框架(12)。
12.根据权利要求11的叶片保持设备，其中，所述支撑框架(12)能够沿竖直方向运动。
13.一种在风力涡轮机叶片(4)的处置程序期间操作根据权利要求1至12中任一项的叶片保持设备(I)的方法，所述方法包括如下步骤: 使所述风力涡轮机叶片(4)的一端穿过所述支撑结构(10)中的开口(11)； 致动所述夹持装置(2，20，21，22)以在所述风力涡轮机叶片(4)上施加夹持力(Fc);以及 致动所述锁定装置(3，30，31)以在所述处置程序期间相对于所述支撑结构(10)锁定所述夹持装置(2，20，21，22)。
14.根据权利要求13的方法，包括步骤:在所述处置程序期间旋转所述支撑结构(10)，以便允许访问所述叶片(4)的基本全 部表面。
15.根据权利要求13或权利要求14的方法，包括步骤:在所述支撑结构(10)处于经旋转位置时释放所述夹持装置(2，20，21，22)的柔性连接装置(22)，以访问对应的叶片表面部分(43)。
【文档编号】B25B11/00GK103447978SQ201310211971
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年5月31日 优先权日:2012年6月1日
【发明者】M.B.比奇, P.克努德森, D.S.佩德森, R.塔莱布纳萨布, J.乌伦霍尔特 申请人:西门子公司