专利名称：用于定位笨重物体的提升装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于定位笨重物体以使得所述物体可以附接至高架式结构的提升装置(lifting device)，其中该提升装置不与高架式结构接触。特别是，本发明涉及了一种用于提升并定位风力涡轮机叶片以使得风力涡轮机叶片可以附接至位于风力涡轮机塔架顶部处的吊舱上的毂的提升装置。
背景技术：
从EP1925583获知一种处理、定位并将风力涡轮机叶片安装至驱动轴的装置及方法。在已知的装置中，风力涡轮机叶片相对于驱动轴水平或竖直地定位。风力涡轮机叶片悬挂在机架中，该机架进而悬挂在提升装置的线缆上。有风时，使用线缆会影响安装。国际申请W0200941812描述了一种方法，其中风力涡轮机叶片首先安装在带毂的吊舱上，吊舱安置于升降起重机的吊臂结构，然后利用升降起重机将带着风力涡轮机叶片的吊舱置于桅杆上。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的提升装置，其适用于提升并定位笨重的、特别是细长的物体，以使得物体可以装配至高的竖直结构，更具体地，适用于从基本上水平的位置提升风力涡轮机叶片，将风力涡轮机叶片以任意角度(不一定竖直或水平)抵靠风力涡轮机的毂定位。升降系统的优点在于只需要一台起重机来构建风力涡轮机，风力涡轮机叶片可以在相对大的风速下进行安装，风力涡轮机叶片可以以任意角度装配在毂上，其中毂置于桅杆上，等等。根据本发明，利用具有权利要求I所述的特征的提升装置来实现该目的。本发明的优选实施方式和其他实施方式可以利用从属权利要求中提到的措施来实现。根据本发明的提升装置配置成使得该提升装置可以自主定位笨重物体，以便所述物体可以安装在高架式结构上。在本说明书的背景下，“笨重”是指大而重且可能呈细长形状的物体，比如风力涡轮机叶片。在本说明书的背景下，高架式结构是一种物体的最小安装高度为水面或地面上方60米的结构。在本说明书的背景下，“自主地”是指提升装置不需要高架式结构的支撑以便能够定位笨重物体。提升装置包括具有纵向轴线的吊臂结构且特征在于，该提升装置还设置有与吊臂结构可移位地连接的定位装置，其中吊臂结构设置有用于沿纵向轴线引导定位装置的引导装置，并且其中定位装置设置有与引导装置配合的移位结构以及用于将笨重物体可拆卸地安装在定位装置上的安装结构，其中吊臂结构和定位装置的移位结构形成用于将安装结构相对于高架式结构大致定位的组件，并且其中定位装置还设置有用于相对于高架式结构精确定位物体的附加装置。本发明基于以下见解，以较大的高度悬挂在线缆上的物体的定位受风的影响。根据本发明的提升装置在物体和吊臂结构之间提供了刚性而可调地连接。现在定位不再受到提升线缆的摆动的影响。
在一个实施方式中，附加装置包括配置为使安装结构绕第一旋转轴线在移位结构上旋转的旋转部件。该实施方式的优点在于物体可以绕旋转轴线转动。就风力涡轮机叶片而言，这个特征使得有可能将叶片安装至毂，而不管毂的角度如何。同样，在安装风力涡轮机叶片的过程中，不再需要转动毂。
本发明的有利实施方式的特征在于附加装置配置为使安装结构相对于移位结构沿三维地移位。这个特征使得物体在已经处于高架式结构上的安装点附近之后能够将物体精确地引至安装点。
一个实施方式的特征在于定位装置包括用于使安装结构绕基本上平行于吊臂结构的纵向轴线的第二旋转轴线转动的第一倾斜装置。这种情况提供了附加的运动自由度以便精确定位物体。这意味着具有自由度的吊臂结构在定位时对精度的要求不高。另一个实施方式的特征在于定位装置包括用于使安装结构绕基本上与第二旋转轴线成直角的第三旋转轴线转动的第二倾斜装置。这些特征进一步改善了升降系统的定位特性。
一个实施方式的特征在于定位装置设置有用于使安装结构沿基本上与第一旋转轴线成直角的方向线性移位的线性移位装置。当风力涡轮机叶片与毂上的对应安装结构沿径向在一条直线上时，这些特征使风力涡轮机叶片能够经由辐条(radius)抵靠安装结构放置或放置在安装结构中。
另一个实施方式的特征在于提升装置还包括配置为减少吊臂结构和/或安装结构的摇摆的稳定装置。这使得即使在相对恶劣的天气状况下也能够继续工作。
一个实施方式的特征在于提升装置为船舶形式，特别是自升式平台的形式，物体是风力涡轮机叶片，高架式结构是设置有包括毂的吊舱的风力涡轮机塔架。
本发明的一个方面提供了一种处理风力涡轮机叶片并将该风力涡轮机叶片安装在风力涡轮机的毂上的新方法。在这种情况下，使用的是根据本发明的提升装置。通过使用根据本发明的提升装置，风力涡轮机叶片可以以任意角度安装在毂上。毂不再必须位于预定位置以便能够安装风力涡轮机叶片。相反地，提升装置为拆卸风力涡轮机叶片的新方法提供了可能性。
显而易见的是，本专利申请中提及的各个方面可以结合在一起且可以针对分案的专利申请单独考虑。
参照附图，利用下文的描述，对本发明的这些及其他方面、特征及优势进行更详细的阐述，其中相同参考标号是指相同或相似的部件，并且附图中
图I示出了根据本发明的提升装置的不同位置的侧视图2示出了根据本发明的定位装置的第一顶视图3示出了定位装置的第二顶视图4示出了定位装置的第一侧视图5示出了定位装置的第二侧视图6示出了将风力涡轮机叶片安装在毂上。
具体实施方式
图I示出了根据本发明的提升装置I的不同位置的侧视图。提升装置I配置为提升风力涡轮机叶片5并将该风力涡轮机叶片相对于风力涡轮机进行定位。毂是风力涡轮机的安装在发电机驱动轴上的中央部件，该中央部件包括用于安装两个或两个以上风力涡轮机叶片的安装结构。用于风力涡轮机叶片的安装结构的实施方式是一种设置有孔的法兰，风力涡轮机叶片的螺栓被推动穿过所述孔，使得风力涡轮机叶片可以利用螺母附接至毂。图I示出了风力涡轮机叶片位于装载层上的位置，风力涡轮机叶片附接至提升装置的位置，风力涡轮机叶片绕旋转轴线7a转动180°且吊臂位于基本上水平位置中的两个位置，以及示出了风力涡轮机叶片相对于提升装置的可移动性的位置，其中风力涡轮机叶片5位于提升装置顶部且吊臂提升。应注意的是，吊臂结构不需要位于水平位置。由于提升和降低长吊臂结构比较花费时间，因此优选地，在吊臂结构尽可能与水平位置错开的位置，将物体附接至吊臂结构。根据本发明的提升装置I包括升降起重机的吊臂结构2。该吊臂结构2附接至可 绕平台旋转轴线3a旋转的平台3。在固定端2a处，吊臂结构2铰接地与平台3连接。吊臂结构2可以通过已知方式绕铰链点提升(即竖立起来)，且可以下降(B卩，降低)。参考标号12表示与吊臂结构2的提升和下降相关联的运动。在提升过程中，风力涡轮机叶片倾斜。如果风力涡轮机叶片的纵向轴线平行于吊臂结构，则该风力涡轮机叶片就从基本上水平的位置移至基本上竖直的位置。定位装置4与吊臂结构2连接以便可以移动。为此，吊臂结构2设置有配置为沿着吊臂结构2在吊臂结构2的固定端2a与自由端2b之间引导定位装置4的引导装置，该方向基本上平行于吊臂结构2的纵向轴线。定位装置4设置有与吊臂结构2的引导装置配合的引导装置，以便使定位装置4沿着吊臂结构2移动并保持定位装置抵靠吊臂结构定位。在一个实施方式中，吊臂结构2的引导装置是导轨且定位装置4的引导装置是设置有在所述导轨中/周围/上方运行的轮子的装置。定位装置4可以利用升降起重机的传统升降装置(例如带钩的线缆)沿吊臂结构2移动。定位装置还可以设置有带齿轮的电机，在这种情况下，吊臂结构2的引导装置包括嵌齿轨道。在该实施方式中，定位装置4可以独立地沿吊臂结构2移动。吊臂结构2以及吊臂结构2和定位装置4的配合引导装置一起形成用于使风力涡轮机叶片5相对于风力涡轮机的毂大致定位的组件。这些装置用于使风力涡轮机叶片从存放位置移动至靠近毂的高度。定位装置还配置为使风力涡轮机叶片在毂附近精确定位，使得该风力涡轮机叶片可以附接至毂。为了利用提升装置I使风力涡轮机叶片5移位，使用支撑框架6，该支撑框架设置有用于将风力涡轮机叶片5固定在支撑框架6中的固定装置(未示出)。在定位装置4置于支撑框架上方之后，利用绞车吊起支撑框架，然后将支撑框架固定在定位装置4的安装结构上。固定装置优选地进行远程控制并且配置为使得该固定装置可以在风力涡轮机叶片已经安装在毂上之后释放风力涡轮机叶片。图2-图5示出了根据本发明的定位装置4的多个视图。将参照这些图对定位装置4进行详细的描述。吊臂结构2具有导轨形式的引导装置2c，定位装置4的引导装置4a与该引导装置接合。引导装置4a附接至定位装置的第一结构部件4b。定位装置4还包括绕铰链点7b与第一结构部件4b铰链连接的第二结构部件4c。驱动元件4d (例如，液压缸形式的驱动元件)设置在第一和第二结构部件4b、4c之间的铰链点7b的任一侧上，并配置为使得这两个结构部件相对于彼此绕铰链点7b旋转。图2示出了第一结构部件4b平行于第二结构部件4c延伸的情况。在图3中，这两个部件相对于彼此形成角度R1。可以形成的最大角度Rl优选在15° -30°的范围内。电源4g (比如电池、电机、泵等)设置在第一结构部件4b上以便操作驱动元件4d。然而，这些设施中的全部或部分还可以设置在吊臂结构的底部处，在此情况下，需要沿吊臂结构运行的软管和线缆以便致动驱动装置4d。定位装置4还包括优选地设置有轴承的旋转部件4e。图4和图5示出了定位装置4的侧视图，展示了旋转部件4e绕铰链点7c与第二结构部件4c铰链连接。铰链点7c的旋转轴线与铰链点7b的旋转轴下成直角。液压缸形式的驱动装置4d’设置在轴承部件4e与第二结构部件4c之间并配置为使轴承部件4e绕铰链点7c相对于第二结构部件4c旋转。在图5中，旋转部件4e相对于第二结构部件4c成角度R2。可以形成的最大角度R2优选地在15° -30°的范围内。旋转部件4e具有与铰链点7c的旋转轴线成直角的旋转轴线7a。铰链点7b、铰链点7c的旋转轴线与旋转部件4e的旋转轴线相结合使得有可能将风力涡轮机叶片以任意定向相对于吊臂结构2放置。定位装置4还设置有安装结构4f。安装结构4f配置为可拆卸地安装内部固定有风力涡轮机叶片的支撑框架6。安装结构4f设置有用于抵靠安装结构4f吊起支撑框架6的升降装置。在该实施方式中，升降装置为具有线缆8的绞车的形式。图2和图4示出了支撑框架6与安装结构4f相距一定距离并且悬挂在线缆8上的视图。图3和图5示出了支撑框架固定至安装结构4f的视图。如果支撑框架6固定至安装结构4f，则风力涡轮机叶片可不再不受控制地相对于吊臂结构2移动。安装结构4f设置有用于使安装结构4f沿与轴承部件4e的旋转轴线7a成直角的方向14线性移位的线性移位装置。轴承部件4e包括导轨4g，安装结构的轮子4h沿该导轨滚动。利用驱动装置(未示出)(例如液压缸形式的驱动构件)实现线性移位。一旦风力涡轮机叶片相对于毂定位，线性移位装置就可以使设置在风力涡轮机叶片端部处的螺纹端滑入毂的法兰中的相应孔中，之后，将螺母紧固至所述螺纹端以便将风力涡轮机叶片固定在毂上。图6示出了用根据本发明的装置将风力涡轮机叶片放置在毂上。提升装置为自升式平台或船舶的形式。提升装置包括具有升降起重机的浮体15，其中吊臂结构2位于该升降起重机上。利用立柱(vertical column) 16将浮体15固定在海底17上,靠近桅杆9,该桅杆上安装有带有毂18的吊舱10。在浮体的甲板上有风力涡轮机叶片5的储备(supply)51。使用上述装置来定位风力涡轮机叶片并将叶片安装在位于风力涡轮机塔架顶部的吊舱上的毂上的方法包括以下步骤a)设置至少一个水平或半水平风力涡轮机叶片5 ；b)将叶片固定在支撑框架6中；c)定位提升装置的吊臂结构2，使得安装结构4f与支撑框架6在一条直线上；d)将支撑框架6安装在安装结构4f上，这可以通过利用附接至安装结构4f的升降装置8将支撑框架6抵靠安装结构4f放置来实现；e )使吊臂结构2向上倾斜12 ；
f )使定位装置4沿着吊臂结构移位11 ；
g)使风力涡轮机叶片5相对于对应的安装结构定位7a、13、14在毂18上；
h)将风力涡轮机叶片5安装在毂18上；以及
i)将支撑框架6从风力涡轮机叶片5上拆下来。
在步骤b)中，风力涡轮机叶片必须固定在支撑框架中，使得在风力涡轮机叶片已经置于毂上之后可以通过简单的远程控制方式将风力涡轮机叶片从支撑框架拆下。此外， 风力涡轮机叶片的重心优选地位于支撑框架的轮廓内侧以便将提升装置中、特别是定位装置4上的最大旋转力最小化。
步骤e)和f)可以颠倒次序执行并一起形成使风力涡轮机叶片5相对于毂18的大致定位。这些步骤还可以包括使平台3绕旋转轴线3a转动。
步骤g)是使风力涡轮机叶片5相对于毂精确定位并包括以下子步骤中的至少一个
gl)使风力涡轮机叶片绕对应于旋转部件的旋转轴7a的第一旋转轴旋转；
g2)使风力涡轮机叶片绕第二旋转轴线倾斜，该倾斜对应于绕第一结构部件4b与第二结构部件4c之间的铰链点7b进行的旋转；
g3)使风力涡轮机叶片绕第三旋转轴线倾斜，该倾斜对应于绕第二结构部件4c与旋转部件4e之间的铰链点7c进行的旋转。
通过利用绕第二和第三旋转轴线7b、7c进行的旋转，可以将风力涡轮机叶片定位成与毂的旋转轴线成直角。第一旋转轴线然后能够使风力涡轮机叶片5径向定位至毂并与轮毂上的安装结构在一条直线上。
优选地，在步骤d)中，将支撑框架6安装在安装结构上，使得线性位移装置的位移方向基本上平行于风力涡轮机叶片5的纵向轴线。在这种情况下，步骤g)还包括
g4)致动述线性位移构件以便沿径向方向在毂上的安装结构周围或内部推动风力涡轮机叶片。
在描述的定位装置4的实施方式中，设置有两个铰接结构以便形成铰链点7b和 7c。在另一个实施方式中，第一结构部件4b和第二结构部件4c之间的连接包括三个或更多个线性驱动装置，比如液压缸4d。在该实施方式中，旋转部件4e也固定在第二结构部件 4c上。利用该活动耦接结构，可以执行与这两个铰接结构相同的运动。该耦接结构的额外优点在于，除旋转运动之外，还允许平移运动，其结果是，吊臂结构2与安装结构4f之间的距离可以变化而它们相对于彼此改变定向不变。然而，这对线性驱动装置提出了不同要求， 因为线性驱动装置现在可能沿着与驱动装置的线性位移方向垂直的方向进行装载。
上述提升装置可以在陆地上和海上使用。所述提升装置可以为移动式起重机的形式或者为在可以或可以不自主驱动的船上的起重机的形式。因此，提升装置可以为自升式平台的形式。吊臂结构2是升降起重机的部件，例如，所述吊臂结构100米高且适用于吊起 800至1000吨的重量。所述提升装置的另一个优点在于风力涡轮机的所有部件，即，桅杆或塔架、吊舱、发电机、毂及风力涡轮机叶片，都可以利用相同的吊臂结构进行定位。同时，所述提升装置可以用来以风力涡轮机叶片的任意角度拆卸毂的叶片。
显而易见的是，重要的是尽可能稳定地悬挂风力涡轮机叶片以便定位并安装风力涡轮机叶片。吊臂结构2往往会在大风速的时摇摆。为了减少这种摇摆运动，该装置还可以设置稳定装置。稳定装置可以包括测量吊臂结构和/或定位装置的安装结构的摇摆的传感器。基于由此产生的传感器信号，可以致动定位装置的驱动元件以减少悬挂物体的安装结构的摇摆。摇摆越小，可以继续工作的时间就越长。当然，可以单独采用或并行采用或以不同的组合应用用于实施本发明的提升装置的上述措施，或如有需要，可以添加其他措施，本实施方式在这种情况下基本上取决于提升装置的适用范围。本发明不限于所示的实施方式，在不背离发明思想的情况下可以对所示的实施方式进行修改。
权利要求
1.配置为自主定位笨重物体使得所述物体能够安装在高架式结构上的提升装置，其中所述提升装置(I)包括具有纵向轴线的吊臂结构(2)，其特征在于，所述提升装置还设置有可移位地连接至所述吊臂结构的定位装置(4)，其中所述吊臂结构设置有用于沿着所述纵向轴线引导所述定位装置的引导装置(2c)，并且其中所述定位装置设置有与所述引导装置(2c)配合的移位结构(4a)以及用于将所述笨重物体可拆卸地安装在所述定位装置上的安装结构(4f)，其中所述吊臂结构(2)和所述定位装置(4)的移位结构(4a)形成将所述安装结构(4f)相对于所述高架式结构大致定位的组件，并且其中所述定位装置(4)还设置有用于将所述物体相对于所述高架式结构精确定位的附加装置(4d、4e)。
2.根据权利要求I所述的提升装置，其特征在于，所述附加装置包括用于使所述安装结构(4f)绕第一旋转轴线(7a)在所述移位结构(4 )上旋转的旋转部件(4e )。
3.根据权利要求2所述的提升装置，其特征在于，所述附加装置配置为使所述安装结构(4f)相对于所述移位结构(4a)三维地移位。
4.根据权利要求2或3所述的提升装置，其特征在于，所述附加装置包括使所述安装结构绕基本上平行于所述吊臂结构的纵向轴线的第二旋转轴线(7b)转动的第一倾斜装置。
5.根据权利要求4所述的提升装置，其特征在于，所述附加装置包括使所述安装结构绕基本上与所述第二旋转轴线成直角的第三旋转轴线(7c)转动的第二倾斜装置。
6.根据权利要求2至5中的其中一项所述的提升装置，其特征在于，所述附加装置包括使所述安装结构沿基本上与所述第一旋转轴线成直角的方向线性移位的线性位移装置。
7.根据权利要求2至6中的其中一项所述的提升装置，其特征在于，所述提升装置还包括配置为减少由于所述吊臂结构的摇摆而导致的所述物体的摇摆的稳定装置。
8.根据权利要求2至7中的其中一项所述的提升装置，其特征在于，所述提升装置为船舶形式，特别是自升式平台的形式。
9.根据权利要求2至8中的其中一项所述的提升装置，其特征在于，所述物体是风力涡轮机叶片且所述高架式结构是设置有毂的风力涡轮机塔架。
10.用于定位风力涡轮机叶片并将所述叶片安装在位于风力涡轮机塔架顶部的吊舱上的毂上的方法，其中所述方法包括以下步骤 a)设置至少一个风力涡轮机叶片以及根据权利要求I至9中的其中一项所述的提升装置； b)将所述叶片固定在支撑框架中； c)定位提升装置的吊臂结构，使得所述安装结构与所述支撑框架在一条直线上； d)将所述支撑框架安装在所述安装结构上； e)使所述吊臂结构向上倾斜； f)使所述定位装置沿着所述吊臂结构移位； g)将所述风力涡轮机叶片相对于对应的安装结构定位在所述毂上； h)将所述风力涡轮机叶片安装在所述毂的安装结构上；以及 i)将所述支撑框架从所述风力涡轮机叶片上拆下。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤g)包括以下子步骤中的至少一个 gl)使所述风力涡轮机叶片绕所述第一旋转轴线旋转；g2)使所述风力涡轮机叶片绕所述第二旋转轴线倾斜； g3)使所述风力涡轮机叶片绕所述第三旋转轴线倾斜。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤d)中，将所述支撑框架安装在所述安装结构上，使得所述线性位移装置的移位方向基本上平行于所述涡轮机叶片的纵向轴线，并且步骤g)还包括 g4)致动所述线性位移装置以便沿径向方向在所述毂上的安装结构周围或内部推动所述风力涡轮机叶片。
全文摘要
一种配置为自主定位风力涡轮机叶片使得所述风力涡轮机叶片可以安装在风力涡轮机塔架上的提升装置。所述提升装置(1)包括吊臂结构(2)且还设置有与所述吊臂结构连接且可以沿所述吊臂结构移位的定位装置(4)。所述定位装置包括用于将所述风力涡轮机叶片可拆卸地安装在所述定位装置上的安装结构(4f)。所述吊臂结构(2)和所述定位装置(4)的移位结构(4a)形成使所述安装结构(4f)相对于所述风力涡轮机塔架大致定位的组件。所述定位装置(4)还包括用于使所述风力涡轮机叶片相对于所述风力涡轮机塔架精确定位的附加构件(4d、4e)。
文档编号E02D27/42GK102985682SQ201180032619
公开日2013年3月20日 申请日期2011年6月28日 优先权日2010年6月28日
发明者库诺·约翰内斯·亚历山大·范登伯格 申请人:Ihc荷兰Ie有限公司