用于操纵风力涡轮机的转子叶片的升降机及其操作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于操纵风力涡轮机的转子叶片的升降机、包括升降机和转子叶片的系统以及进一步涉及操作升降机的方法。
【背景技术】
[0002]风力涡轮机(也被称为风力发电站或风能转换器)的转子叶片是大致中空结构，所述中空结构具有被设置在转子叶片内的多个结构加固构件。主要变现为压力侧和吸力侧的转子叶片的外表面不完全是由转子叶片内部的结构加固件支撑。因此，必须小心地操纵风力发电机的转子叶片，以防止甚至在其自重下损坏转子叶片的风险。特别地，在将转子叶片安装在风力发电机的转子轮毂上的期间，必须在指定为支持转子叶片重量的预定抓取区域内抓取转子叶片。
[0003]操纵转子叶片的常用方法是应用附接到起重机吊钩两个纺织带。然而，纺织带的使用仅限于在基本水平位置中操纵转子叶片。更复杂的操纵装置允许更灵活地操纵和定位转子叶片。也被称为转子叶片抓具或升降机的操纵装置，例如是从WO 2012/095112 Al中获知。所公开的转子叶片升降机包括两个抓取钳口，每个抓取钳口都具有携带多个垫的一对对立的臂，多个垫用于在预定抓取区域中支撑转子叶片。然而，必须精确和小心地进行转子叶片升降机的接近和定位。否则，转子叶片可能被升降机损毁。升降机关于转子叶片的对准可以使用由视频系统支持的几何方法来执行。
[0004]然而，特别对于在海上条件下转子叶片的安装，光学方法可能受限于诸如夜间，雾，雨等的能见度条件。另外，作为手工制作工艺的用于抓取叶片的标记位置容易发生错误。转子叶片的海上操纵经常需要每天都具有高固定成本的起重船。如果转子叶片的安装因为不利的天气条件或不正确的定位而延迟，那么对于风力发电机的制造商或运营商而言这将导致高开销。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种用于操纵在各种天气条件下都可以可靠运转的转子叶片的升降机。另外，本发明的目的是提供一种改进的系统，其包括升降机和转子叶片以及一种操作用于操纵转子叶片的升降机的更可靠的方法。本发明的另一个目的是提供一种用于校准升降机中系统的方法。
[0006]在本发明的一方面中，提供了一种用于操纵风力涡轮机的转子叶片的升降机。所述升降机包括至少一个装置，尤其是用于接触所述转子叶片外表面的抓取钳口。所述升降机可以进一步包括用于检测所述转子叶片相对于所述升降机的位置的基于非光学波的系统。在该说明书的情景中，转子叶片的位置是指所述转子叶片相对于所述升降机的距离和对齐。
[0007]基于非光学波的系统可以构造为基于非光学测量执行距离测量。具体地，基于非光学波的系统可以是雷达系统或者使用声波操作的系统，例如超声系统。在对本发明的范围有任何限制的情况下，通过参考包括具有至少一个雷达换能器的雷达系统的升降机将来解释进一步的细节和特性。然而，例如，所述升降机可以相似地设有超声换能器。
[0008]有利地，使用雷达系统确定所述转子叶片的位置甚至在例如灰尘、浓雾和下雨的恶劣海上条件下也是稳健和可靠的。在如视觉系统的这些条件下雷达系统并不易于出错。另外，所述雷达系统提供有利效果:升降机和叶片之间的距离越短，雷达信号的分辨率就越好。结果，转子叶片相对于升降机的确定位置随着转子叶片和升降机之间距离的降低而变得更精确和更可靠。这是有利的，因为由于转子叶片和升降机之间的碰撞导致的转子叶片损毁的风险随着转子叶片和升降机之间距离而降低而增加。当升降机接近转子叶片时，雷达系统有利地提供更精确和更可靠的信号。这允许对升降机进行精确和小心的引导，尤其是在抓取转子叶片的关键阶段。
[0009]根据本发明的多方面的升降机可以设置有用于测量转子叶片相对于升降机的位置的附加系统。例如，雷达系统可以与超声系统、视频检测系统和/或激光定位系统相结合。有利的是，不同的系统不互相干扰，并且测量值之间没有干扰。类似地，雷达系统和例如使用RFID的GPS测量定位系统、超声位置测量或倾角仪之间没有干扰。用于位置测量的这些替代系统的每个或多个可以有利地结合在根据本发明的其它实施例的升降机中。各种系统可以相互补充和支持。
[0010]具有雷达系统的升降机是进一步有利的，因此它不需要标记风力涡轮机的转子叶片。如果转子叶片的对准是基于视觉检测，例如使用视频系统，或者转子叶片的位置是使用RFID系统确定，那么转子叶片必须设有合适的标记。此外，雷达系统提供了高检测范围，其可以是约30米或以上。
[0011]根据本发明的实施例，升降机可包括用于确定升降机的定向的至少一个倾角仪。具体地，该倾角仪可以构造为确定升降机的水平倾斜角，这是由于升降机围绕垂直横向方向旋转导致的。在本发明的另一个实施例中，升降机可包括多于一个的倾角仪，具体地一个倾角仪用于空间的每个方向。更具体地，升降机可以包括用于主体的一个倾角仪和用于每个抓取钳口的两个倾角仪。有利的是，倾角仪的该系统允许确定升降机的定向。基于关于空间中定向的信息，升降机可以关于转子叶片对准。
[0012]根据本发明的有利实施例，用于接触转子叶片的外表面的至少一个装置在接近方向中从升降机的支撑结构凸出。雷达系统可以包括具有发射方向的雷达换能器，发射方向大致指向接近方向。为了抓取转子叶片，升降机大致在接近方向中接近转子叶片。当升降机接近转子叶片时，两个雷达换能器配置为沿着升降机的结构，这基本上平行于转子叶片。两个雷达换能器可以设置在升降机上并且可以具有在某一方向中的发射方向使得抓取钳口并不导致反射。
[0013]至少一个雷达换能器可以构造为发射初级雷达信号并且检测在转子叶片上反射的次级雷达信号。次级雷达信号也被称为回波信号。转子叶片的位置可以使用该至少一个雷达换能器来确定。
[0014]有利地，升降机可以包支撑结构，用于接触转子叶片的外表面的第一装置和第二装置。第一装置和第二装置可以安装在支撑结构上并且彼此之间可以具有限定第一横向方向的间隙。雷达系统可以包括安装在支撑结构上的并且彼此之间具有第二间隙的第一雷达换能器和第二雷达换能器。第二间隙限定第二横向方向。第一横向方向和第二横向方向彼此大致平行。具体地，第二间隙可以大于第一间隙。根据本发明的该实施例，升降机可以确定升降机的横向方向和转子叶片的纵向方向之间的倾斜角。倾斜角的确定可以基于三角测量完成。第一雷达换能器和第二雷达换能器之间的第二间隙限定用于三角测量的基线长度。一旦检测到转子叶片的翼型轮廓中的改变，就可以校正该距离。最小距离将用作主要点以确定转子叶片的翼型轮廓。第二点将给出倾斜角的近似值。三角测量的精度随着基线长度增长而增大。当在横向方向中考虑时，当第一雷达换能器和第二雷达换能器设置在升降机的大致相对的端部时，可以实现最大基线长度和最大精度。
[0015]根据本发明的另一个有利实施例，第一装置是第一抓取钳口并且第二装置是第二抓取钳口。每个抓取钳口都可以包括相对于彼此可移动或者可切换的一对对立臂。抓取钳口的至少一个臂的移动方向限定抓取平面。具体地，接近方向可以平行于抓取平面。第一雷达换能器和第二雷达换能器分别具有第一发射方向和第二发射方向。雷达换能器的发射方向可以相对于抓取平面倾斜。具体地，第一雷达换能器的发射方向可以朝向第二雷达换能器倾斜。类似地，第二雷达换能器的发射方向可以朝向第一雷达换能器倾斜。根据本发明的有利实施例，抓取平面和雷达换能器的发射方向之间的倾斜角可以大于0°并且小于通常小于45°的雷达自身的传播角(dispers1n)。具体地，倾斜角可以小于由雷达换能器的光束的孔径角限定的角度。具体地，该角度小于15°并且大于0°。根据本发明的另一个实施例，倾斜角可以大致等于5°。
[0016]有利地，雷达换能器的倾斜改善升降机的横向方向和叶片的纵向方向之间的倾斜角的测量的可靠性。对于雷达换能器的倾斜角的所提到的范围和数值在各种实验中被证明是有利的。
[0017]在本发明的另一个有利的实施例中，雷达系统包括第三雷达换能器和第四雷达换能器。第三雷达换能器可以安装在第一臂上，并且第四雷达换能器可以安装在抓取钳口的第二臂上。具体地，第三雷达换能器的发射方向和第四雷达换能器的发射方向以钝角相交。它们可以设置为彼此大致相对。当抓取钳口处于闭合位置时可以考虑这点。为了在升降机的运行期间检测和避免转子叶片的可能碰撞，在抓取钳口于转子叶片上方通过期间，可以启动第三雷达换能器和第四雷达换能器。第三雷达换能器和第四雷达换能器的测量值可以应用于检测或者验证抓取钳口的臂的位置。另外，一旦升降机已经成功地接近转子叶片，那么第三雷达换能器和第四雷达换能器可以提供指示相应一个臂和转子叶片之间距离的测量值。这有助于引导抓取钳口的打开臂跨越转子叶片。
[0018]根据本发明的又另一个实施例，升降机可以构造为在启动升降机自身的情况下启动第一雷达换能器和第二雷达换能器。然而，如果升降机和转子叶片之间的距离大于预定小距离，则雷达换能器可以不连续地运行。该预定距离取决于转子叶片的大小和转子叶片的反射。具体地，该预定距离可以是约4米。当升降机和转子叶片的之间的距离下降至低于1.5米时，雷达换能器可以切换至连续运行。雷达换能器的该逐步启动相对于升降机的可以是电池供电装置的功率消耗是有利的。功率消耗的降低将延长电池的寿命。这增加了升降机的运行时间。
[0019]根据本发明的另一个有