可调整的海上大型风电叶片吊具及其吊装方法与流程

本发明属于风电机组吊装领域，特别涉及一种海上大型风力发电机组的叶片吊装工具；本发明还涉及一种海上大型风力发电机组叶片的吊装方法。

背景技术：

全球经济的迅速发展使得化石能源逐渐枯竭，全球的环境污染日益加重，寻求新的可再生清洁能源是全球面临的重要难题。自上世纪以来，风电能源逐渐在各个国家得到重视，风电事业发展迅速，成为化石能源以外最重要的电能来源。然而，近年来可开发的陆地资源不断减少，使得陆地风力发电事业再难以维持需求量不断升高的电能供给。

由于海上风场广泛，风力资源稳定，通常情况下海上风能较陆地上更加强劲，湍流强度小，对城市地区产生的噪声污染小，而且海上资源面积辽阔，存在广阔的开发前景。目前，海上风力发电事业以其独特的优势已开始引领风电发展的未来，世界许多国家已着手建设大规模海上风电场。

陆用风电机组叶片往往采用在叶片根部与吊具螺纹连接的方案进行吊装，然而，在现有的海上风电机组中，风电叶片的重量往往远大于陆用风电叶片的重量，通常难以采用陆用风电叶片的吊装方式进行吊装，而且海上风电叶片外形尺寸比较大，叶片全体呈流线状，光滑无吊点，所以无法在叶片表面设置吊钩以用吊车实现叶片的吊装。

因此，一种适用于海上大型风电叶片的吊装工具亟待开发。

技术实现要素：

本发明要解决的其中一个技术问题是提供一种可调整的海上大型风电叶片吊具，该吊具结构简单，可满足叶片安装角度的调整需求，实现海上大型风电叶片的吊装。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种吊装方法，该吊装方法能对海上大型风电叶片进行可靠吊装，完成与叶轮的安装，且不会损坏叶片表面。

本发明可调整的海上大型风电叶片吊具，包括平台、连接在平台两端部下方的叶根端夹具和叶尖端夹具、设置在平台上安装叶尖端夹具的端部的上方的配重、铰接在平台上表面的摆臂，所述叶根端夹具包括间隔且平行设置的两个支柱一、位于两个支柱一之间的上夹头一和下夹头一、定位液压缸一、设置在定位液压缸一上的压力传感器、夹紧液压缸一、设置在夹紧液压缸一上的压力传感器、多块调整垫板一、多个活动夹头一、多个曲面橡胶块一，所述上夹头一与下夹头一通过芯轴转动连接，所述上夹头一与下夹头一相对设置且二者头部之间构成夹持空间一，所述调整垫板一固定安装在上夹头一和下夹头一的夹持面上，所述活动夹头一与调整垫板一活动连接，橡胶块一安装在活动夹头一上，多个橡胶块一形成的夹具曲面与叶片的叶根端外形吻合，所述定位液压缸一的一端铰接于平台的下表面，所述定位液压缸一的另一端与下夹头一铰接，所述夹紧液压缸一铰接于上夹头一与下夹头一的尾部之间，调整垫板一的块数、活动夹头一的个数、橡胶块一的个数相同，所述叶尖端夹具包括间隔且平行设置的两个支柱二、位于两个支柱二之间的上夹头二和下夹头二、定位液压缸二、设置在定位液压缸二上的压力传感器、夹紧液压缸二、设置在夹紧液压缸二上的压力传感器、多块调整垫板二、多个活动夹头二、多个曲面橡胶块二，所述上夹头二与下夹头二通过芯轴转动连接，所述上夹头二与下夹头二相对设置且二者头部之间构成夹持空间二，所述调整垫板二固定安装在上夹头二和下夹头二的夹持面上，所述活动夹头二与调整垫板二活动连接，橡胶块二安装在活动夹头二上，多个橡胶块二形成的夹具曲面与叶片的叶尖端外形吻合，所述定位液压缸二的一端铰接于平台的下表面，所述定位液压缸二的另一端与下夹头二铰接，所述夹紧液压缸二铰接于上夹头二与下夹头二的尾部之间，调整垫板二的块数、活动夹头二的个数、橡胶块二的个数相同。

本发明可调整的海上大型风电叶片吊具，其中，吊具还包括调整液压缸，所述调整液压缸的两端分别与摆臂、平台铰接。

本发明可调整的海上大型风电叶片吊具，其中，所述叶根端夹具还包括挡块一，所述挡块一固定在所述支柱一的侧壁底端靠近下夹头一的位置处，所述叶尖端夹具还包括挡块二，所述挡块二固定在所述支柱二的侧壁底端靠近下夹头二的位置处。

本发明可调整的海上大型风电叶片吊具，其中，所述叶根端夹具还包括定位销一，所述定位销一固定在所述支柱一的侧壁上，所述叶尖端夹具还包括定位销二，所述定位销二固定在所述支柱二的侧壁上。

本发明可调整的海上大型风电叶片吊具，其中，所述支柱一包括上柱体一和下柱体一，上柱体一焊接在平台上，上柱体一与下柱体一通过高强度螺栓连接，所述支柱二包括上柱体二和下柱体二，上柱体二焊接在平台上，上柱体二与下柱体二通过高强度螺栓连接。

本发明可调整的海上大型风电叶片吊具，结构简单，其中，定位液压缸一可以对下夹头一进行水平定位控制，定位液压缸二可以对下夹头二进行水平定位控制，夹紧液压缸一、二可分别对上夹头一、二进行下落控制，调整液压缸可以对与叶轮安装前的叶片进行铅锤转角控制，不会损坏叶片表面，且可满足叶片安装角度的调整需求，对海上大型风电叶片进行可靠吊装。

本发明可调整的海上大型风电叶片吊具，摒弃了陆用风电叶片一贯采用的螺纹连接的吊装方式，而是采用叶根端夹具和叶尖端夹具曲面夹持的方式，未破坏叶片表面，强度高且设计成本低；更换曲面橡胶块即可实现其它尺寸规格的海上大型风电叶片的吊装，实用性强。

本发明吊装方法，采用可调整的海上大型风电叶片吊具，包括如下步骤：

步骤一：利用吊车吊取摆臂，调节定位液压缸一和定位液压缸二，使吊具以平行于叶片轴向的方式水平放置，下夹头一、下夹头二保持水平放置，上夹头一与下夹头一以预定角度张开放置、上夹头二与下夹头二以预定角度张开放置；

步骤二：利用吊车将吊具向叶片方向水平移动，直至叶片伸入夹持空间一、夹持空间二内至预定距离，使叶片叶根端悬于上夹头一与下夹头一之间，叶尖端悬于上夹头二与下夹头二之间，并等待装夹；

步骤三：利用吊车驱动吊具沿铅垂方向上移，直至下夹头一及下夹头二接触叶片，此时微调吊具上移距离，使夹紧液压缸一上的压力传感器的示数、夹紧液压缸二上的压力传感器的示数与预先设定的夹紧力的数值相等；

步骤四：调节夹紧液压缸一、夹紧液压缸二，则上夹头一、上夹头二缓慢下落并与叶片接触，直至夹紧液压缸一上的压力传感器的示数、夹紧液压缸二上的压力传感器的示数与预先设定的夹紧力的数值相等；

步骤五：利用吊车使吊具携带叶片上升，通过调节调整液压缸使叶片水平，水平倾角传感器显示角度，放置叶片到运输船上；

步骤六：运输船运送叶片及吊具至海上风电叶轮吊装处，将吊具与浮吊吊钩连接；

步骤七：调节调整液压缸，使叶片满足长度方向的水平安装的角度，调节定位液压缸，调整叶片宽度方向的水平角度，移动吊具，完成该叶片与叶轮的安装工作；

步骤八：保持定位液压缸不动，使夹紧液压缸一的活塞杆及夹紧液压缸二的活塞杆伸出，上夹头一及上夹头二的开口加大，到预定开口安全距离，活塞杆停止不动。

步骤九：吊车使吊具整体下移，使叶片叶根端到上夹头一的距离与叶片叶根端到下夹头一的距离接近相等，并使叶片叶尖端到上夹头二的距离与叶片叶尖端到下夹头二的距离接近相等。

步骤十：吊车使吊具整体退出叶片位置，完成其中一个叶片的安装流程；

步骤十一：重复步骤一至步骤十，完成剩余叶片与叶轮的安装。

本发明吊装方法，其中，所述步骤三中，微调吊具上移的距离时，以预先设置的夹紧液压缸一上的压力传感器及夹紧液压缸二上的压力传感器的监测示数为标准，以确定吊具上移终点。

本发明吊装方法，其中，所述步骤五中，调节调整液压缸至叶片水平时，叶片是否水平由设置在叶片上的水平倾角传感器显示。

本发明吊装方法，采用可调整的海上大型风电叶片吊具，利用定位液压缸一对下夹头一进行水平定位控制，利用定位液压缸二对下夹头二进行水平定位控制，利用夹紧液压缸一、二可分别对上夹头一、二进行下落控制，调整液压缸可以对与叶轮安装前的叶片进行铅锤转角控制，可满足叶片安装角度的调整需求，整个吊装过程中，除了橡胶块一和橡胶块二，吊具其它部分未与叶片接触，且夹紧力也可由夹紧液压缸一、二控制，不会损坏叶片表面，对海上大型风电叶片进行了可靠吊装。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明可调整的海上大型风电叶片吊具的主视结构示意图；

图2为本发明可调整的海上大型风电叶片吊具的俯视结构示意图；

图3为本发明可调整的海上大型风电叶片吊具的左视图；

图4为本发明可调整的海上大型风电叶片吊具的右视图；

图5为本发明可调整的海上大型风电叶片吊具的使用状态图(叶根端)；

图6为本发明可调整的海上大型风电叶片吊具的使用状态图(叶尖端)；

图7为本发明可调整的海上大型风电叶片吊具整体向左倾斜的示意图；

图8为本发明可调整的海上大型风电叶片吊具整体向右倾斜的示意图；

图9为本发明中叶根端夹具带动叶片向下倾斜的示意图；

图10为本发明中叶根端夹具带动叶片向上倾斜的示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明可调整的海上大型风电叶片吊具，包括平台1、叶根端夹具2、叶尖端夹具3、配重4、摆臂5、调整液压缸6。平台1是采用空心钢结构制成的长方体，用于叶根端夹具、叶尖端夹具、调整液压缸的安装定位及设置起吊机或吊车的吊点。摆臂5铰接在平台1上表面，摆臂5的上端面的中心设置起吊点。叶根端夹具2连接在平台1的左端部下方，叶尖端夹具3连接在平台1的右端部下方，配重4安装在平台1的右端部上方。调整液压缸6的一端与摆臂5铰接，另一端与平台1铰接。

结合图1至图3、图5所示，叶根端夹具2包括两个支柱一20、上夹头一21和下夹头一22、定位液压缸一23、压力传感器24、两个夹紧液压缸一25、压力传感器26、多块调整垫板一27、多个活动夹头一28、多个曲面的橡胶块一29。两个支柱一20间隔且平行设置，支柱一20包括上柱体一201和下柱体一202，上柱体一201的上端焊接在平台1的下表面上，上柱体一201的下端与下柱体一202的上端通过高强度螺栓连接。上夹头一21和下夹头一22位于两个支柱一20之间，上夹头一21和下夹头一采用钢结构弯折而成，上夹头一21与下夹头一22通过芯轴转动连接，二者铰接于芯轴处，上夹头一21与下夹头一22相对设置且二者头部之间构成夹持空间一220，调整垫板一27通过螺栓固定安装在上夹头一21和下夹头一22的夹持面上，活动夹头一28与调整垫板一27活动连接，橡胶块一29通过螺栓安装在活动夹头一28上，调整垫板一27的块数、活动夹头一28的个数、橡胶块一29的个数相同，当夹具夹紧叶片时，多个橡胶块一29形成的夹具曲面与叶片的叶根端100外形吻合。压力传感器24设置在定位液压缸一23上，压力传感器26设置在夹紧液压缸一25上，定位液压缸一23的缸筒端铰接于平台1的下表面，定位液压缸一23的活塞杆端与下夹头一21铰接，两个夹紧液压缸一25均铰接于上夹头一21与下夹头一22的尾部之间，二者分开布置。

结合图1、图2、图4、图6所示，叶尖端夹具3包括两个支柱二30、上夹头二31、下夹头二32、两个定位液压缸二33、压力传感器34、压力传感器36、多块调整垫板二37、多个活动夹头二38、多个曲面橡胶块二39。两个支柱二30间隔且平行设置，支柱二30包括上柱体二301和下柱体二302，上柱体二301焊接在平台1上，上柱体二301与下柱体二302通过高强度螺栓连接。上夹头二31和下夹头二32位于两个支柱二30之间，二者具有弧形夹持面，上夹头二31与下夹头二32通过芯轴转动连接，上夹头二31与下夹头二32相对设置且二者头部之间构成夹持空间二320，压力传感器34设置在定位液压缸二33上，压力传感器36设置在夹紧液压缸二35上，调整垫板二37固定安装在上夹头二31和下夹头二32的夹持面上，活动夹头二38与调整垫板二37活动连接，橡胶块二39安装在活动夹头二38上，当夹具夹紧叶片时，多个橡胶块二39形成的夹具曲面与叶片的叶尖端200外形吻合，调整垫板二37的块数、活动夹头二38的个数、橡胶块二39的个数相同。定位液压缸二33的一端铰接于平台1的下表面，定位液压缸二33的另一端与下夹头二31铰接，夹紧液压缸二35铰接于上夹头二31与下夹头二32的尾部之间。

如图3所示，叶根端夹具2还包括挡块一7，挡块一7固定在支柱一的侧壁底端靠近下夹头一22的位置处。如图4所示，叶尖端夹具3还包括挡块二8，挡块二8固定在支柱二30的侧壁底端靠近下夹头二32的位置处。挡块一、挡块二用于避免因定位液压缸发生意外失效下夹头一、下夹头二产生大角度转动而发生倾翻现象。挡块一可以防止叶片与支柱一碰撞而破损、挡块二可以防止叶片与支柱二碰撞而破损。

如图3所示，叶根端夹具2还包括定位销一9，定位销一9固定在支柱一的侧壁上。如图4所示，叶尖端夹具3还包括定位销二10，定位销二10固定在支柱二30的侧壁上。定位销一和定位销二用于吊具空载情况下下夹头一及下夹头二的定位，以避免定位液压缸一和定位液压缸二长时间受力而失效。在立柱一及下夹头一上均设置定位孔，当两定位孔对齐时，将定位销一穿入两定位孔则可实现对下夹头一的定位，同理，在立柱二及下夹头二上均设置定位孔，当两定位孔对齐时，将定位销二穿入两定位孔则可实现对下夹头二的定位，调整垫板一27均布安装于上夹头一21与下夹头一22的夹持面一侧，为活动夹头一28提供安装位置；活动夹头一28均布铰接于调整垫板一27表面，为橡胶块一29提供安置位置。调整垫板二37均布安装于上夹头二31与下夹头二32的夹持面一侧，为活动夹头二38提供安装位置；活动夹头二38均布铰接于调整垫板二37表面，为橡胶块二39提供安装位置。

本发明中，将定位液压缸放置于平台与夹具下夹头之间，用于下夹头的角度定位，吊装过程中夹具下夹头无空间转角，定位液压缸行程不变。夹紧液压缸用于精确控制上夹头的稳定下落。调整液压缸用于风电叶片与风电叶轮间安装角度的定位。

本发明中，根据各自压力传感器的监测示数可以精确调整各自液压缸的工作行程。叶尖端夹具3的结构组成、夹具内部各部件的安装位置及连接关系与叶根端夹具2的结构组成、内部各部件的安装位置及连接关系相同，仅各部件的尺寸大小不同。

如图1和图2所示，本发明中，在平台1上还设置有发电机11、蓄能器12、液压站13、电控柜14，发电机11为电控柜14提供电源。蓄能器12可将本吊具工作时的能量储存并在需要时释放。液压站13通过液压管与各液压缸连接。电控柜14控制各液压缸动作和工作行程。

如图7-10所示，本发明可调整的海上大型风电叶片吊具，可带动叶片整体向左或向右倾斜，也可带动叶片向下或向上倾斜。

如图5和图6所示，使用时，利用吊车吊取摆臂5，调节定位液压缸一23和定位液压缸二33，使吊具以平行于叶片轴向的方式水平放置，下夹头一22、下夹头二32保持水平放置，上夹头一21与下夹头一22以预定角度张开放置、上夹头二31与下夹头二32以预定角度张开放置；然后将吊具向叶片方向水平移动，直至叶片伸入夹持空间一220、夹持空间二320内至预定距离，使叶片叶根端悬于上夹头一21与下夹头一22之间，叶尖端悬于上夹头二31与下夹头二32之间；使吊具沿铅垂方向上移，直至下夹头一22及下夹头二32接触叶片，调节夹紧液压缸一25、夹紧液压缸二35，则上夹头一、上夹头二缓慢下落并与叶片接触；然后将叶片与吊具整体运输并与叶轮安装。其中，叶片表面的夹紧力可通过夹紧液压缸调节、通过夹紧液压缸一上的压力传感器、夹紧液压缸二上的压力传感器控制。

本发明吊装方法，采用上述可调整的海上大型风电叶片吊具，包括如下步骤：

步骤一：利用吊车吊取摆臂，调节定位液压缸一和定位液压缸二，使吊具以平行于叶片轴向的方式水平放置，下夹头一、下夹头二保持水平放置，上夹头一与下夹头一以预定角度张开放置、上夹头二与下夹头二以预定角度张开放置；

步骤二：利用吊车将吊具向叶片方向水平移动，直至叶片伸入夹持空间一、夹持空间二内至预定距离，使叶片叶根端悬于上夹头一与下夹头一之间，叶尖端悬于上夹头二与下夹头二之间，并等待装夹；

步骤三：利用吊车驱动吊具沿铅垂方向上移，直至下夹头一及下夹头二接触叶片，此时微调吊具上移距离，使夹紧液压缸一上的压力传感器的示数、夹紧液压缸二上的压力传感器的示数与预先设定的夹紧力的数值相等；

步骤四：调节夹紧液压缸一、夹紧液压缸二，则上夹头一、上夹头二缓慢下落并与叶片接触，直至夹紧液压缸一上的压力传感器的示数、夹紧液压缸二上的压力传感器的示数与预先设定的夹紧力的数值相等；

步骤五：利用吊车使吊具携带叶片上升，通过调节调整液压缸使叶片水平，水平倾角传感器显示角度，放置叶片到运输船上；

步骤六：运输船运送叶片及吊具至海上风电叶轮吊装处，将吊具与浮吊吊钩连接；

步骤七：调节调整液压缸，使叶片满足长度方向的水平安装的角度，调节定位液压缸，调整叶片宽度方向的水平角度，移动吊具，完成该叶片与叶轮的安装工作；

步骤八：保持定位液压缸不动，使夹紧液压缸一的活塞杆及夹紧液压缸二的活塞杆伸出，上夹头一及上夹头二的开口加大，到预定开口安全距离，活塞杆停止不动。

步骤九：吊车使吊具整体下移，使叶片叶根端到上夹头一的距离与叶片叶根端到下夹头一的距离接近相等，并使叶片叶尖端到上夹头二的距离与叶片叶尖端到下夹头二的距离接近相等。

步骤十：吊车使吊具整体退出叶片位置，完成其中一个叶片的安装流程。

步骤十一：重复步骤一至步骤十，完成剩余叶片与叶轮的安装。

步骤三中，微调吊具上移的距离时，以预先设置的夹紧液压缸一上的压力传感器及夹紧液压缸二上的压力传感器的监测示数为标准，以确定吊具上移终点。其中，检测示数是根据叶片自身的强度而来，当检测示数达到预定的示数时，夹紧液压缸一、夹紧液压缸二就会停止供压。

步骤五中，调节调整液压缸至叶片水平时，叶片是否水平由设置在叶片上的水平倾角传感器显示。

本发明采用液压控制方案，采用定位液压缸一、二实现下夹头一、二的水平定位控制，采用夹紧液压缸一、二实现上夹头一、二的下落控制，采用调整液压缸实现叶片与叶轮安装前叶片的铅垂转角控制，方案新颖，易操作，易实现；本发明摒弃了陆用风电叶片一贯的螺纹连接吊装方式，吊具与叶片采用双侧曲面夹持方案，结构简单，设计成本低；通过更换各夹具上、下夹头中的曲面橡胶块，本发明还可以适用于各种不同的海上大型风电叶片的吊装工作，无需更换其他吊具结构，拆装效率高，工程实用性强。

本发明吊装方法采用上述可调整的海上大型风电叶片吊具，利用定位液压缸一对下夹头一进行水平定位控制，利用定位液压缸二对下夹头二进行水平定位控制，利用夹紧液压缸一、二可分别对上夹头一、二进行下落控制，调整液压缸可以对与叶轮安装前的叶片进行铅锤转角控制，可满足叶片安装角度的调整需求，整个吊装过程中，除了橡胶块一和橡胶块二，吊具其它部分未与叶片接触，且夹紧力也可由夹紧液压缸一、二控制，不会损坏叶片表面，对海上大型风电叶片进行了可靠吊装。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。