夹持风力涡轮机叶片的夹具和安装风力涡轮机叶片的方法 技术领域 本发明涉及用于夹持风力涡轮机的叶片的夹具和在毂处安装风力涡轮机叶片的 方法。具体而言， 本发明涉及用于夹持风力涡轮机的叶片的夹具和安装风力涡轮机叶片的 方法， 所述风力涡轮机叶片适于组装不允许由外部致动器使其毂旋转的风力涡轮机。
背景技术 风力涡轮机是将运动空气 ( 例如风 ) 的动能转化为机械能的机器。通过使用发电 机， 机械能可以例如被转化为电能。 通常使用的是水平轴线风力涡轮机， 该风力涡轮机包括 ( 可绕水平轴线旋转的 ) 转子轴以及在塔的顶部的机舱。在转子轴处， 毂被安装于所连接 的转子叶片。叶片可以具有从 20 至 70m 的长度， 并且塔可以具有 60 至 100m 或者更高的高 度。在风场使用的现代风力涡轮机可以具有联接到毂的三个叶片， 并且可以通过旋转风力 涡轮机的顶部部分而相对于风向取向， 其中该风力涡轮机的顶部部分包括毂和围绕竖直轴 线的机舱。此外， 可以通过围绕叶片的纵向轴线旋转叶片来调节叶片俯仰角。因此， 根据瞬 时风向和风速， 可以适当地调节叶片的取向以便优化能量转化的效率。
一些风力涡轮机包括齿轮箱， 在将叶片安装到毂期间齿轮箱可以用于通过外部或 一体致动器 ( 例如电动机 ) 来旋转毂。其他风力涡轮机 ( 所谓的直接驱动涡轮机或不带齿 轮箱或转动齿轮的涡轮机 ) 不允许通过致动器来旋转毂， 因为不能够产生足以旋转毂的扭 矩。 当通过碰撞的空气驱动叶片从而将风能转化为机械能时这些风力涡轮机仅允许在正常 运转期间旋转毂。
US 7,353,603 描述了将转子叶片安装到转子毂的方法， 该转子毂连接于风力安装 设施的罐。从而， 通过利用已经安装的叶片所施加的重力在安装各个叶片之间实现转子毂 的旋转。不过， 对于此方法， 需要转动齿轮或起重机来旋转转子毂。
清楚的是， 由于叶片的较大尺寸以及叶片的较大重量， 安装风力涡轮机是一个困 难的任务。 具体而言， 可能需要一种在直接驱动涡轮机的毂处安装风力涡轮机叶片的方法。 此外， 可能需要一种适于将风力涡轮机叶片安装到风力涡轮机的毂 ( 具体地不具有齿轮箱 的直接驱动风力涡轮机的毂 ) 的设备。
发明内容
根据一个方面， 提供在可围绕沿水平方向的旋转轴线旋转的毂处安装风力涡轮机 叶片的方法， 其中所述方法包括提升第一叶片 ； 使第一叶片围绕第一叶片的横向轴线旋转 ； 将第一叶片安装于毂 ； 提升第二叶片 ； 使第二叶片围绕第二叶片的横向轴线旋转 ； 将第二 叶片安装于毂 ； 使毂围绕竖直轴线旋转约 180 度 ； 提升第三叶片 ； 以及将第三叶片安装于 毂。 从而， 在将第三叶片安装于毂之前或之后， 第三叶片可以或可以不围绕纵向轴线旋转近 似 90 度。
从而， 上述方法步骤可以不根据上述次序按顺序执行， 而是可以以不同次序执行 并且 / 或者可以同时至少部分地执行。例如， 可以至少部分地同时执行提升第一叶片和使第一叶片围绕第一叶片的横向轴线旋转。同样， 可以至少部分地同时执行提升第二叶片和 使第二叶片围绕第二叶片的横向轴线旋转。此外， 例如， 可以在使毂围绕竖直轴线旋转约 180 度之前执行提升第三叶片并将第三叶片安装到毂， 且之后第一叶片和第二叶片被提升、 旋转并安装到毂。
该方法可以在地球上执行 ( 或者至少受地球的重力影响 )， 其中重力作用在第一、 第二和第三叶片上。可以至少近似沿与地球重力方向相反的竖直方向提升第一叶片、 第二 叶片和第三叶片。作为毂的旋转轴线的水平方向可以至少近似正交于竖直方向。
在开始该方法之前， 第一叶片、 第二叶片和第三叶片可以已经被传递到接近风力 涡轮机的塔， 其中毂被安装在该塔的顶部。 提升第一叶片、 第二叶片和第三叶片可以包括抵 抗重力抬升叶片并且相对于塔移动这些叶片， 以便这些叶片的位置从靠近塔的底部部分的 位置改变到靠近塔的顶部部分的位置， 其中毂被安装在该塔的顶部部分。
为了提升或抬升叶片， 可以使用起重机， 该起重机可以被安装于靠近风力涡轮机 的塔。 此外， 安装风力涡轮机叶片的方法可以利用可拆卸连接设备， 该可拆卸连接设备用于 将第一叶片、 第二叶片和第三叶片可拆卸地连接到起重机。 具体而言， 安装风力涡轮机叶片 的方法可以使用夹具， 该夹具适于可拆卸地连接到各叶片并且因而可以被连接到起重机的 挂钩。具体而言， 夹具可以适于围绕叶片的横向轴线旋转被夹持的叶片并且 / 或者围绕被 夹持的叶片的纵向轴线旋转被夹持的叶片。
风力涡轮机叶片的纵向轴线可以是沿风力涡轮机叶片的最大程度或最大尺寸的 方向的轴线。当安装在风力涡轮机的毂处时， 风力涡轮机叶片的纵向轴线可以被取向为至 少近似正交于风力涡轮机所安装到的毂的旋转轴线。
风力涡轮机叶片的横向轴线可以是至少近似正交于风力涡轮机叶片的纵向轴线 的轴线。当安装到风力涡轮机时， 风力涡轮机叶片的横向轴线可以是至少近似平行于风力 涡轮机叶片所安装到的毂的水平旋转轴线。
风力涡轮机叶片可以包括在运转时朝向风的前表面。 前表面也可以被称作叶片的 风面。 此外， 风力涡轮机叶片可以包括后表面， 该后表面与前表面相对并且具有在运转期间 至少近似取向为平行于风向的表面法线。后表面也可以被称作为叶片的背风面。前表面可 以具有实质上或至少近似地与风力涡轮机叶片的后表面的表面法线相反取向的表面法线。
风力涡轮机叶片的前表面和后表面可以在风力涡轮机叶片的前缘和后缘处连结。 前缘的横截面可以厚于风力涡轮机叶片的后缘。根据叶片的俯仰角， 风力涡轮机叶片的前 缘可以至少部分地形成风力涡轮机叶片的前表面， 其中可以通过绕叶片的纵向轴线旋转叶 片来调节叶片的俯仰角。在运转期间， 空气会撞击到前表面且部分地撞击到风力涡轮机叶 片的前缘， 并且之后可以沿前表面从风力涡轮机叶片的前缘流动到后缘， 从而将风能传递 到叶片， 这可以导致叶片围绕它所安装到的毂的旋转轴线旋转。
可以通过提升并围绕相应横向轴线旋转两个风力涡轮机叶片来安装它们， 而不需 要围绕竖直轴线旋转毂， 其中所述竖直轴线可以至少近似对应于塔的轴线， 其中所述毂安 装在该塔的顶部。 此外， 安装方法可能不需要使毂围绕其旋转轴线旋转， 以便安装方法可以 具体地应用到直接驱动风力涡轮机， 其中该直接驱动风力涡轮机不包括齿轮箱并且因而除 非通过撞击在被安装的风力涡轮机叶片上的风来旋转否则不允许旋转毂。具体而言， 毂可 以被固定在预定角位置， 以便用于叶片的连接器可以例如被取向成 1 点钟、 5 点钟和 9 点钟或例如 3 点钟、 7 点钟和 11 点钟的角位置。连接器在其他实施例中可以被取向成其他角位 置。
此外， 安装方法可以具体地被应用于具有三个风力涡轮机叶片的风力涡轮机， 不 过在其他实施例中可以被应用于具有少于或多于三个风力涡轮机叶片 ( 例如 2、 4、 5、 6 或更 多个 ) 的风力涡轮机。
根据一种实施例， 以上述次序执行所述方法。 此外， 安装方法可以在陆地或近海执 行。 此外， 安装方法可以在靠近涡轮机塔的一侧执行， 具体地在没有提供足够的空闲空间来 将整个转子组装在地面上的一侧执行。这里， 被组装的叶片直径可以高达 100m 或更大， 而 这必须要求单独地安装各叶片。 此外， 在已经安装了至少一个叶片之后， 由于被安装在毂上 的一个或两个叶片的离心重量 ( 这会导致旋转毂需要相当大的扭矩量 )， 可能不能够旋转 毂。
因此上述方面有利地允许以简化方式甚至是在复杂条件下将叶片安装于风力涡 轮机。
根据一种实施例， 方法还包括围绕第一叶片的纵向轴线旋转第一叶片 ； 围绕第二 叶片的纵向轴线旋转第二叶片 ； 以及 / 或者围绕第三叶片的纵向轴线旋转第三叶片。 这里， 可以与安装方法的其他步骤至少部分地同时执行围绕相应纵向轴线旋转第一、 第二和 / 或 第三叶片。 具体而言， 第一、 第二和 / 或第三叶片可以围绕其相应纵向轴线旋转以便当被安 装到毂时它们被定向在 “停止位置” 。该停止位置的特征可以在于具体俯仰角 ( 围绕叶片的 相应纵向轴线的角位置 )， 其中转子叶片的前缘可以朝向风向以便最小化安装期间风能向 转子叶片的传输。当被定向在其相应停止位置时， 叶片可以不被风 ( 即撞击到叶片上的空 气 ) 驱动， 以便毂不旋转。因此， 可以改进安装过程。由撞击空气导致的毂的旋转可以被减 弱以便不影响安装叶片。
具体而言， 第一叶片和第二叶片可以被安装到毂且使其不绕其相应纵向轴线旋 转， 以便当被安装到毂时它们不处于停止位置， 而是处于正常运转位置。 在它们已经被安装 到毂之后， 它们可以通过毂的俯仰调节系统而绕其相应纵向轴线旋转， 以便将它们定向于 停止位置。
根据本发明的一种实施例， 第一叶片的横向轴线和第二叶片的横向轴线平行于水 平方向。 毂的旋转轴线沿水平方向延伸并且第一叶片的横向轴线和第二叶片的横向轴线可 以至少近似平行于毂的旋转轴线。因此， 可以不需要围绕垂直于相应叶片的纵向轴线的除 横向轴线之外的其他轴线转动或旋转第一叶片和第二叶片。因此， 可以简化安装。
具体而言， 第一叶片和第二叶片可以在提升之前被设置在地面上， 以便它们相应 的横向轴线被定向成至少近似平行于毂的旋转轴线。 具体而言， 第一、 第二和第三转子叶片 可以以实质上或至少近似相同的取向被设置在靠近风力涡轮机塔的底部的一侧。因此， 甚 至可以进一步简化安装方法。
根据一种实施例， 围绕第一叶片的横向轴线旋转第一叶片的旋转方向相反于围绕 第二叶片的横向轴线旋转第二叶片的旋转方向。因此， 第一叶片和第二叶片可以被适当地 定向以安装在毂的第一连接器和毂的第二连接器， 其分别被定向成不同角位置并且在安装 方法期间可以不变。因此， 可以不需要在安装方法期间旋转毂。否则， 可能难以旋转毂并且
毂可能根本不可能用于特定类型的涡轮机。
根据一种实施例， 围绕第一叶片的横向轴线旋转第一叶片的旋转角的绝对值等于 围绕第二叶片的横向轴线旋转第二叶片的旋转角的绝对值， 具体是 60 度。因此， 第一叶片 和第二叶片可以适当地被定向成在毂的第一连接器和第二连接器处安装第一叶片和第二 叶片， 所述连接器的取向可以相差 120 度。因此， 具体而言， 可以组装三叶片的风力涡轮机。
根据一个方面， 提供了一种用于夹持风力涡轮机的叶片的夹具， 其中所述夹具包 括适于接触叶片的表面的一部分的第一接触表面 ； 适于接触所述叶片的所述表面的另一部 分的第二接触表面， 所述第二接触表面相对于所述第一接触表面可移位 ； 以及相对于第一 接触表面以可调节取向连接的棒。
具体而言， 第一接触表面和第二接触表面可以适于接触叶片的前表面的一部分或 后表面的一部分。此外， 第一接触表面和第二接触表面可以具有沿纵向方向比沿横向方向 更大的限度。具体而言， 沿纵向方向的限度可以是沿横向方向的限度的至少五倍。
第一接触表面和 / 或第二接触表面可以包括弹性材料， 例如橡胶， 其可以适于接 触叶片的表面的一部分而不会造成 ( 或至少减少 ) 对于叶片的该表面的该部分的毁坏。此 外， 当第一接触表面和 / 或第二接触表面接触叶片的表面的一部分并被压在其上时， 形成 第一接触表面和 / 或第二接触表面的材料可以提供大的摩擦。 第一接触表面和第二接触表面可以相对彼此移位以便可以改变相对位置和 / 或 相对取向。具体而言， 第一接触表面相对于第二接触表面的移位可以包括围绕至少近似平 行于第一接触表面的纵向方向和 / 或第二接触表面的纵向方向的轴线使第一接触表面相 对于第二接触表面旋转。通过使第一接触表面相对于第二接触表面移位， 第一接触表面可 以接触叶片的表面的一部分， 并且同时第二接触表面可以接触叶片的该表面的另一部分， 具体而言， 借助于经由夹具的两个接触表面向叶片的表面的所述部分施加力。 因此， 叶片可 以被夹持在第一接触表面和第二接触表面之间， 并且可以通过由第一接触表面向叶片的表 面的一部分施加力且由第二接触表面向叶片的表面的另一部分 ( 其与叶片的所述表面的 所述一部分相对 ) 施加至少近似相反的力， 来由第一接触表面和第二接触表面按压叶片。 由于施加的力以及一方面第一接触表面和叶片的表面的所述一部分之间及另一方面第二 接触表面和叶片的表面的所述另一部分之间的摩擦， 叶片可以抵抗叶片和地球之间的重力 而被保持在第一接触表面和第二接触表面之间。 沿竖直方向作用的重力可以具体被定向成 正交于第一接触表面的纵向方向和 / 或第二接触表面的纵向方向。
棒 ( 沿其纵向方向 ) 的限度或尺寸可以等于或大于第一接触表面和 / 或第二接触 表面沿其相应纵向方向的限度。具体而言， 棒可以具有 6-11m 的纵向长度， 而第一接触表面 和 / 或第二接触表面沿其相应纵向方向的限度可以是在 5 至 9m 之间。
棒 ( 具体而言， 沿其纵向方向 ) 可以被调节从而延伸成至少近似正交于第一接触 表面和 / 或第二接触表面的纵向轴线。棒可以具有与第一接触表面和 / 或第二接触表面连 接的第一端， 并且可以具有适于连接到起重机的挂钩的第二端 ( 纵向端 )。因此， 夹具可以 被用于可释放地夹持并保持叶片并且通过移动连接到棒的纵向第二端的起重机挂钩来提 升叶片。在提升叶片的操作期间， 棒的纵向方向可以至少近似保持于竖直方向。
因为棒被连接成相对于接触叶片的表面的一部分的第一接触表面处于可调节取 向， 以便叶片相对于第一接触表面处于固定取向和位置， 所以棒可以相对于被夹持在第一
接触表面和第二接触表面之间的叶片处于可调节取向。 因此， 能够实施、 简化且改进在风力 涡轮机的毂处安装叶片。具体而言， 通过使用夹具能够有利地将叶片安装于直接驱动涡轮 机， 因为叶片可以接近处于可调节取向的毂的连接器以便叶片的连接器端适当地对齐于毂 处的连接器。
只要棒相对于第一接触表面 ( 和 / 或相对于第二接触表面 ) 达到所需取向 ( 具体 地沿其纵向方向 )， 就可以通过固定设备的适当锁定来锁定或固定被调节取向。因此， 可以 确保在安装方法的特定步骤期间维持被调节取向。此外， 可能需要在安装叶片期间通过夹 具将棒相对于第一接触表面的取向从第一取向改变成不同于第一取向的第二取向。
根据一种实施例， 夹具还包括连接到第一接触表面的第一支撑构件 ； 连接到第二 接触表面的第二支撑构件 ； 以及将第一支撑构件和第二支撑构件相对彼此可旋转地连接的 铰链。第一支撑构件和 / 或第二支撑构件可以支撑第一接触表面和 / 或第二接触表面。因 此， 虽然第一接触表面和第二接触表面可以直接接触叶片的表面的相应部分， 不过第一支 撑构件和第二支撑构件可以不直接接触叶片的表面。
第一支撑构件和第二支撑构件可以分别保持第一接触表面和第二接触表面， 并可 以提供一种机构以使第一接触表面相对于第二接触表面移位。具体而言， 第一支撑构件和 第二支撑构件可以包括面板或盘板， 其均具有分别提供第一接触表面和第二接触表面的表 面部分。此外， 第一支撑构件和第二支撑构件可以包括框架结构或一个或更多个直的或弯 曲的杆， 其中第一接触表面、 第二接触表面和 / 或面板或盘板可以牢固地连接到所述杆。 使得第一支撑构件和第二支撑构件相对彼此可旋转地连接的铰链可以允许使第 一接触表面相对于第二接触表面移位。因此， 可以提供用于将第一接触表面相对于第二接 触表面移位的简单机构。
根据一种实施例， 夹具还包括适于将第一支撑构件相对于第二支撑构件移位的致 动器。 可以通过致动围绕连接第一支撑构件和第二支撑构件的铰链的旋转来实现第一支撑 构件相对于第二支撑构件的移位。作为致动器可以使用电动机或液压汽缸， 从而有助于安 装方法。
根据一种实施例， 致动器包括液压汽缸。 液压汽缸可以包括汽缸筒， 连接到活塞杆 的活塞可以在该汽缸筒内前后运动。具体而言， 汽缸筒可以被连接到第一支撑构件或第二 支撑构件， 并且活塞或活塞杆可以被连接到相应的另一个支撑构件， 即连接到第二支撑构 件或第一支撑构件。
液压汽缸可以被连接到导油系统， 在该导油系统中油泵可以驱动高压油。 此外， 油 泵可以被控制器控制以便控制被包含在液压汽缸内的活塞的运动。
通过控制油泵， 活塞或活塞杆可以相对于汽缸筒运动以便第一支撑构件可以相对 于第二支撑构件运动。 因此， 同样， 第一接触表面和第二接触表面可以相对彼此移位从而允 许将叶片夹持在第一接触表面和第二接触表面之间或者允许通过从叶片的表面的所述部 分撤回接触表面而释放叶片。因此， 可以以简单而可靠的方式来实现叶片与夹具的可释放 连接。 具体而言， 液压汽缸可以向第一接触表面和第二接触表面施加力， 所述表面彼此相对 且压抵于叶片的表面的所述部分， 以便在接触表面之间产生的摩擦力足够大从而超过叶片 质量所导致的重力。
根据一种实施例， 第一支撑构件和 / 或第二支撑构件包括弯曲部分。具体而言， 第
一接触表面和第二接触表面可以适于分别接触叶片的前表面的一部分和叶片的后表面的 一部分。具体而言， 第一接触区域和第二接触区域可以接触叶片的前表面和后表面的更靠 近叶片前缘 ( 相比叶片后缘 ) 的部分。因此， 当工作期间叶片被夹具夹持时连接第一支撑 构件和第二支撑构件的铰链可以被设置成相比叶片的前缘更靠近叶片的后缘。因此， 当第 一支撑构件和 / 或第二支撑构件包括叶片后缘附近的弯曲部分以便不会毁坏叶片后缘时， 当通过按压接触表面以抵靠叶片的表面的所述部分从而使得夹具可释放地附连到叶片时， 这可以是有利的。此外， 第一和 / 或第二支撑构件可以包括托架或轭， 当夹具被应用于叶片 时所述托架或轭至少部分地围绕叶片的后缘弯曲。
根据一种实施例， 夹具还包括可旋转地连接到第一支撑构件且可旋转地连接到棒 的枢转元件。枢转元件可以允许调节棒相对于第一接触表面的取向。具体而言， 枢转元件 可以被铰链或接头连接到第一支撑构件并且也可以被铰链或接头连接到棒。 为了调节棒相 对于第一接触区域的所需取向， 可能需要使所述枢转元件相对于第一支撑构件旋转并且使 所述棒相对于所述枢转元件旋转。因此， 可以以简单的方式调节棒相对于第一接触区域的 取向。
具体而言， 夹具可以具有 ( 至少近似地具有 ) 镜像对称平面， 该镜像对称平面取向 为至少近似正交于第一接触表面和第二接触表面的纵向轴线。因此， 棒可以被设置成至少 近似处于所述镜像对称平面内并因而处于夹具的中心部分。因此， 当经由连接到起重机挂 钩的棒使用夹具提升叶片时可以更容易地平衡叶片。
根据一种实施例， 夹具还包括调节系统， 该调节系统适于沿第一方向调节棒相对 于第一接触表面的取向并且沿不同于第一方向的第二方向调节棒相对于第一接触表面的 取向。 具体而言， 调节系统可以包括将枢转元件连接到第一支撑构件的铰链或接头， 其中所 述铰链具有至少近似平行于第一接触区域的纵向方向取向的旋转轴线并且可以允许沿第 一方向调节棒相对于第一接触表面的取向。
此外， 调节系统可以包括将枢转元件连接到棒的铰链或接头， 其中所述铰链可以 具有旋转轴线， 该旋转轴线可以允许至少近似定向为平行于叶片的横向轴线来调节， 并且 当相对于第一支撑构件绕铰链旋转枢转元件时可以改变该旋转轴线的方向。 当叶片被夹持 在夹具的第一接触表面和第二接触表面之间时， 铰链的旋转轴线可以延伸通过被夹持叶片 的重心， 以便减小旋转叶片所需的扭矩并且避免或减少当使棒相对于枢转元件旋转时棒的 取向 ( 该取向可以是竖直的 ) 变化。
连接枢转元件和棒的铰链可以适于沿第二方向改变棒相对于第一接触表面的取 向。 具体而言， 第二方向可以正交于第一方向， 具体地针对枢转元件相对于第一支撑构件的 任意取向而言。因此， 可以通过沿彼此不同且彼此独立的两个方向调节取向从而以简单方 式实现棒相对于第一接触表面的取向的调节。
根据一种实施例， 调节系统包括第一液压汽缸， 该第一液压汽缸的一端被连接到 枢转元件且另一端被连接到棒从而沿第一方向调节棒相对于第一接触表面的取向。因此， 液压汽缸可以包括在第一端的汽缸筒和在另一端的活塞或活塞杆。此外， 液压汽缸可以包 括到油管系统的连接件， 在油管系统中可以容纳油， 油可以被油泵驱动。因此， 可以容易地 沿第一方向调节棒相对于第一接触表面的取向。因此， 夹具夹持的叶片可以绕其横向轴线 旋转， 其可以被用于将叶片安装到风力涡轮机的毂的方法中。根据一种实施例， 调节系统还包括第二液压汽缸， 该第二液压汽缸的一端被连接 到枢转元件并且另一端被连接到第一支撑构件， 从而沿第二方向调节棒相对于第一接触表 面的取向。 因此， 夹具夹持的叶片可以绕其纵向轴线旋转， 其可以被用于将叶片安装到风力 涡轮机的毂的方法中。
因此， 具体而言， 可以通过液压汽缸来实现将叶片夹持在第一接触表面和第二接 触表面之间以及调节棒相对于第一接触区域的取向， 因此仅需要一种类型的致动器从而简 化了夹具的结构并且减少了夹具的成本， 特别是工作期间的。 具体而言， 常规液压油系统可 以被用于致动夹具中所包括的液压汽缸。
根据一种实施例， 夹具还包括拉拔和固定设备以及线缆， 其中拉拔和固定机构被 构造成用于拉动线缆并固定线缆。具体而言， 拉拔和固定设备可以适于至少近似沿着或平 行于第一接触表面的纵向方向来引导线缆， 以便线缆可以受控制系统控制而被拉动或被释 放。此外， 拉拔和固定设备可以包括至少一个辊来卷入和 / 或卷出线缆， 其中所述辊可以被 诸如电动机的致动器驱动。线缆可以被引导到拉拔和固定设备内包括的一个或更多个辊 上， 并且也可以被引导到连接于提升被夹持叶片的起重机的辊上。通过控制线缆的卷入和 / 或卷出， 在将叶片安装到风力涡轮机的毂期间可以根据需要转动或操纵叶片。因此， 使用 夹具的安装方法可以被进一步改进。 应该注意到， 已经参考不同主题描述了本发明的实施例。 具体而言， 已经参考方法 权利要求描述了一些实施例， 且参考产品权利要求描述了另一些实施例。 不过， 本领域技术 人员从上述和下述描述中可以意识到， 除另有说明外， 除了属于一种主题类型的特征的任 意结合之外， 属于不同主题的特征之间的任意结合， 具体是产品权利要求的特征和方法权 利要求的特征之间的任意结合也被认为被本申请公开。
从下述的实施例示例中可显而易见到本发明的上述方面和其他方面， 并且参考实 施例的示例解释了本发明的上述方面和其他方面。 下面将参考实施例的示例更详细地描述 本发明， 不过本发明并不限于此。
现在参考附图描述本发明的实施例。
附图说明 图 1 示出了根据实施例的用于夹持风力涡轮机的叶片的夹具的示意性立体图。
图 2 示意性示出了图 1 所示夹具的侧视图。
图 3 示意性示出了图 1 所示夹具的仰视图。
图 4A、 图 4B、 图 4C、 图 4D、 图 4E、 图 4F、 图 4G 和图 4H 示意性示出了根据实施例的 将风力涡轮机叶片安装在毂处的方法。
图 5 示意性示出了使用根据实施例的夹具来根据实施例将叶片安装到毂的方法 的一部分。
具体实施方式
图 1 示出了根据实施例的叶片 1 的立体图。图 1 中示出了夹具 1 且其夹持风力涡 轮机的叶片 2。在图 2 中示出了夹具 1 沿图 1 中所示方向 3 的侧视图。图 3 示出了沿图 1 所示方向 5 的仰视图。夹具 1 包括第一接触表面 7 和第二接触表面 9。第一接触表面 7 和第二接触表面 9 适于接触叶片 2 的表面的不同部分。在所示实施例中， 第一接触表面 7 接触叶片 2 的后 表面 11 的一部分， 而夹具 1 的第二接触表面 9 接触叶片 2 的前表面 13 的一部分。虽然图 1 和图 2 示出了夹具 1 的一种状态， 其中第一接触表面 7 接触后表面 11 的一部分且夹具的 第二接触表面 9 接触叶片 2 的前表面 13 的一部分， 不过图 3 示出了当从叶片 2 释放或施加 夹具 1 时夹具 1 的状态， 其中第二接触表面 9 不接触叶片 2 的前表面 13 的所述部分。
因此， 明显的是， 夹具 1 的第一接触表面 7 和第二接触表面 9 可以相对彼此移位从 而允许在第一接触表面 7 和第二接触表面 9 之间可移除地接收叶片 2。第一接触表面 7 和 第二接触表面 9 具有细长形状， 并且可以具体地具有矩形形状且该矩形形状具有近似沿图 1 所示方向 3 延伸的纵向方向 4 和 6( 图 3 所示 )。具体而言， 方向 3 可以是叶片 2 的纵向 方向或轴线。
第一接触表面 7 沿其纵向方向 3 的限度 L 可以在 5m 至 10m 之间。沿第一接触表 面 7 的竖直方向的限度可以在第一接触表面沿纵向方向 3 的限度 L 的五分之一至十分之一 之间， 其中所述竖直方向至少近似沿图 1 所示方向 5 延伸。
第一接触表面 7 被形成在第一水平件 15 上， 且第二接触表面 9 被形成在第二水平 件 17 上。从图 3 所示的夹具 1 的仰视图中可以显而易见到， 水平件 15 和 17 具有楔形形 状。第一水平件 15 被固定在第一支撑构件 19 处， 且第二水平件 17 被固定在第二支撑构件 21 处。因此， 第一支撑构件 19 和第二支撑构件 21 提供了至少近似平行于叶片 2 的纵向方 向 3 延伸的表面。第一接触表面 7 的纵向方向 4 可以不平行于叶片 2 的纵向方向， 而是可 以与方向 3 成角度， 该角度可以是 5°至 20°。第二接触表面也可以具有不平行于叶片的 纵向方向 3 的纵向方向 6。 对于适当地夹持和接触叶片的后表面 11 的一部分和叶片的前表面 13 的一部分而 言， 必要的是提供其纵向轴线彼此不平行的第一接触表面和第二接触表面， 因为叶片 2 的 横截面尺寸从叶片的径向内端 23 向叶片 2 的径向外端 25 减小。在径向内端 23( 图 1、 图2 和图 3 中未示出 ) 处， 叶片 2 可以连接到风力涡轮机的毂。为了补偿叶片从径向内端 23 向 径向外端 25 减小的横截面尺寸， 水平件 15 和 17 具有增加的厚度， 以便第一接触表面 7 和 第二接触表面 9 适于并紧密且平滑地配合到叶片 2 的后表面 11 和前表面 13 的相应部分。
第一接触表面 7 和第二接触表面 9 可以包括弹性材料， 例如橡胶， 其可以符合叶片 2 的后表面 11 和前表面 13 的局部表面形状。此外， 适当材料可以提供在第一接触表面 7 和 第二接触表面 9 处， 当分别朝向后表面 11 和前表面 13 按压接触表面 7、 9 时其产生的摩擦 的程度足以使用夹具 1 提升叶片 2。
保持第一接触表面 7 的第一支撑构件 19 还包括两个杆 23， 所述杆 23 沿第一接触 区域 7 的纵向方向 4 分隔开且横于第一接触表面 7 的纵向方向 6 延伸。此外， 第二支撑构 件 21 包括两个杆 25， 所述杆 25 同样沿第二接触表面的纵向方向 6 分隔开且同样横于第二 接触表面 9 的纵向方向 8 延伸。两个杆 23 以及两个杆 25 可以均被提供为单件， 例如金属 杆或托架， 或者可以由使用例如螺栓或类似物连接在一起的多件构成。在图 1 所示的实施 例中， 杆 23 由两个金属件 ( 例如托架或承载件 ) 组装而成， 所述金属件由螺栓连接。
因此， 杆 23 呈现弯曲形式， 从而部分地围绕叶片 2 的后缘 27。叶片 2 的后缘 27 可 以是叶片的后表面 11 和前表面 13 彼此连结的边缘。叶片可以具有与后缘 27 相对的前缘
29。如图 1 和图 2 显而易见的， 第一接触表面 7 和第二接触表面 9 分别接触后表面 11 和前 表面 13 的一部分， 相比于叶片 2 的后缘 27 该部分更靠近叶片 2 的前缘 29。
如上所述， 两个杆 23 部分地围绕叶片 2 的后缘 27 并且突出到后缘 27 之外。第二 支撑构件内包括的两个杆 25 被铰链或接头 31 连接到第一支撑构件的两个杆 23， 其中所述 第二支撑构件被连接到第二接触表面 9， 所述铰链或接头 31 允许杆 25 和杆 23 相对彼此移 位并且因而允许使第一接触表面 7 相对于第二接触表面 9 移位。
为了通过围绕铰链 31 的铰链轴线使杆 23 相对于杆 25 旋转从而使得接触表面 7、 9 相对彼此移位， 提供两个液压汽缸 33， 其中汽缸 33 的活塞杆端被连接到杆 25 处的铰链或 接头 35 并且汽缸 33 的汽缸筒端在杆 23 的端部处被连接到铰链或接头 37。液压汽缸 33 可 被连接到未示出的导油系统从而控制汽缸 33 的活塞运动以使第一接触表面 7 围绕铰链 31 的轴线相对于第二接触表面 9 旋转。因此， 能够在将叶片 2 安装到风力涡轮机的毂期间将 接触表面 7、 9 压抵于叶片表面 11、 13， 以便夹持叶片 2 从而提升叶片 2。此外， 可以通过使 得活塞缩回到汽缸 33 内以从叶片释放夹具。
为了避免或减少对于叶片 2 的易损后缘 27 的损坏， 夹具 1 包括橡胶唇缘 39， 该橡 胶唇缘 39 近似平行于第一和第二接触表面 7、 9 延伸并且平行于叶片 2 的后缘 27 延伸。橡 胶唇缘 39 部分地围绕后缘 27， 并且可以抑制叶片的微小运动并且还可以固定叶片以便不 会沿横向方向 4 和 / 或竖直方向 5 移动。 叶片 1 还包括枢转元件 41， 该枢转元件 41 经由铰链或接头 43 连接到第一支撑构 件 19。铰链 43 允许枢转元件 41 相对于第一支撑构件 19 沿近似平行于叶片的纵向轴线 3 延伸或至少近似平行于第一接触表面 7 的纵向轴线 8 延伸的轴线旋转。
如图 2 所示， 棒 45 包括孔眼或洞 46， 起重机的挂钩可以连接到该孔眼或洞 46。因 此， 在工作时， 叶片 2 的重心 10 被近似设置在平行于方向 5 延伸通过洞 46 的竖直线上。在 通过叶片 2 的重心 10 和棒 45 的洞 46 延伸的竖直线与通过铰链 43 所限定的旋转轴线延伸 的竖直线之间的距离 d 将基于枢转元件 41 相对于第一接触表面 7 的旋转而改变， 以便棒 45 稍偏离于其竖直取向。
不过， 图 2 所示情况中的距离 d 等于如下情况中的距离， 即相比于图 2 所示情况， 接触表面 7 相对于枢转元件 41 围绕铰链 43 所限定的轴线旋转 90°， 以便至少对于这些情 况而言棒 45 被设置于竖直取向。
当使用夹具 1 时， 连接到枢转元件 41 并因而也连接到第一接触表面 7 和第二接触 表面 9 的棒 45 可以沿实质上竖直方向 5 延伸。因此， 通过使第一支撑构件 19 相对于枢转 元件 41 围绕铰链 43 的轴线旋转， 叶片 2 可以近似围绕其纵向轴线 3 旋转。为了致动叶片 3 的这种纵向旋转， 夹具 1 还包括两个液压汽缸 47， 这两个液压汽缸 47 的一端 ( 汽缸筒 ) 被 连接到第一支撑构件 19， 具体地在连接点 49 处被连接到两个杆 23， 汽缸 47 的活塞杆端被 连接到枢转元件 41。而且， 可以通过供应由油泵驱动的油来致动这些汽缸 47， 以便因此使 枢转元件 41 围绕铰链 43 的轴线相对于第一支撑构件 19 旋转。在叶片 2 的安装操作期间， 叶片可以因此围绕其纵向轴线 3 旋转且同时棒 45 保持竖直取向。
棒 45 经由铰链或接头 51 被连接到枢转元件 41， 该铰链或接头 51 允许使棒 45 围 绕轴线 53 相对于枢转元件 41 转动， 该轴线 53 可以至少近似正交于铰链 43 所提供的轴线。 具体而言， 轴线 53 可以至少近似正交于叶片 2 的纵向轴线 3， 并且可以 ( 沿枢转元件 41 和
第一支撑构件 19 的特定取向 ) 平行于或倾斜于叶片的横向轴线 4。叶片 2 的横向轴线 4 可 以正交于叶片 2 的纵向轴线 3。此外， 横向轴线 4 可以至少近似正交于通过叶片 2 的前缘 29 和后缘 27 的平面。
为了致动棒 45 相对于枢转元件 41 绕轴线 53 的旋转， 夹具 1 还包括液压汽缸 55， 该液压汽缸 55 的一端 ( 汽缸筒 ) 在铰链或接头 57 处连接到枢转元件 41， 且该液压汽缸 55 的另一端 ( 活塞杆 ) 在连接点或接头 59 处连接到棒 45。通过改变点 57 和 59 之间的长度 ( 来致动液压汽缸 55)， 棒 45 可以相对于枢转元件 41 围绕轴线 53 旋转。因此， 可以实现叶 片绕其横向轴线 4 的旋转。
对于将叶片 2 安装到风力涡轮机的毂 ( 具体地， 直接驱动风力涡轮机的毂 ) 而言， 需要的是， 叶片 2 绕其纵向轴线 3 和其横向轴线 4 的受控旋转。
夹具 1 还包括操纵机构 61 以用于绕竖直轴线 5( 即， 至少近似垂直于叶片的纵向 轴线 3 且也垂直于叶片 2 的横向轴线 4 的轴线 ) 转动或旋转夹具 1 且因而转动或旋转叶片 2。为了实现这种效果， 操纵设备 61 包括双辊 63 和单辊 65。此外， 操纵机构 61 包括两根线 缆 67 和 69， 这两根线缆 67 和 69 被引导成沿纵向轴线 3 通过洞 71 且围绕辊 73。如图 5 所 示， 线缆 67 和 69 可以被引导成跨过连接起重机吊杆 77 的辊 75。通过使用电动机 64 旋转 辊 63， 线缆 67 的一端被卷出， 而线缆 67 的另一端被卷入， 这导致了围绕垂直于图 5 绘制平 面的竖直方向 5 转动夹具 1。
通过由电动机 66 转动辊 65， 线缆 69 的两端均被卷起或线缆的两端均被卷入， 这导 致了夹具 1 朝向起重机吊杆 77 或远离起重机吊杆 77 的平行移动。
图 4A、 图 4B、 图 4C、 图 4D、 图 4E、 图 4F、 图 4G 和图 4H 示出了根据一种实施例在毂 处安装风力涡轮机叶片的方法。
开始时， 如图 4A 所示， 在靠近风力涡轮机的塔 79 的一侧提供叶片 2a。在图 4A 所 示实施例中， 第一转子叶片 2a 位于地面 84 或者被保持在支撑设备中， 以便相对于竖直方向 5， 前缘 29a 面向下且后缘 27a 面向上。在所示实施例中， 在图 4A 中， 后面 11a 面向观察者。 为了将第一叶片 2a 安装于风力涡轮机 83 的毂 81( 参见图 4G)， 叶片 2a 被图 1、 图 2 和图 3 所示的夹具 1 夹持。因此， 第一接触表面 7 和第二接触表面 9 被压抵于叶片 2a 的后表面 11a 和前表面 13a。如图 4A 所示， 起重机挂钩 85 被连接到夹具 1 的棒， 其中起重机挂钩 85 经由绳索或线缆连接到未示出的起重机。
使用起重机挂钩 85 和被夹持在叶片 2a 处的夹具 1， 沿方向 5 克服重力竖直向上提 升叶片 2a， 如图 4A 和图 4B 所示。叶片 2a 被提升离开地面 84， 并且液压汽 55( 图 1 中也被 示出 ) 被致动以便使棒 45 相对于枢转元件 41 围绕铰链 51 处的轴线 53 旋转。具体而言， 旋转是逆时针旋转 60°的角度。因为叶片 2a 被紧密联接于夹具的接触表面 7 和 9， 所以叶 片沿顺时针方向旋转约 60°的角度， 而棒 45 保持在竖直取向。
在提升叶片期间只要叶片被提升离开地面 84 的距离 ( 高度 h) 足以允许旋转叶片 2a 而不会触及地面 84， 就可以旋转叶片 2a。可替换地， 叶片可以首先被提升到最终高度并 且之后如上所释被旋转。
如图 4C 的进一步所示， 叶片 2 被安装到设置在风力涡轮机 83 的塔 79 的顶部处的 毂 81。因此， 图 4C 示出了风力涡轮机 83 的后视图， 以便可看见机舱 82。当被完全组装好 时， 风将撞击在叶片 2a 的前侧 13a， 该前侧 13a 相反于面向图 4C 的观察者的后侧 11a。此外， 类似于图 4A 所示的叶片 2a， 第二叶片 2b 被夹具 1 夹持， 并且如叶片 2a， 叶 片 2b 被上提离开地面 84。不过， 如图 4D 所示， 叶片 2b 以与图 4B 所示的叶片 2a 的旋转方 向相反的方向围绕铰链 51 处的轴线 53 旋转。具体而言， 叶片 2b 逆时针旋转 60°角度， 如 图 4D 所示。因此， 当提升叶片 2b 期间在部分地提升叶片 2b 之后或在完全提升叶片 2b 离 开地面 84 之后可以围绕铰链 51 处的轴线 53 旋转叶片 2b。如图 4E 所示， 第二叶片被安装 到风力涡轮机 83 的毂 81 而不需要使毂 81 绕其水平延伸的旋转轴线 6 旋转。如图 4A-4G 所显而易见的， 在不同方法步骤期间， 棒 45 总是沿竖直方向 5 延伸。
如图 4F 所示， 之后涡轮机 83 包括机舱 82 和毂 81 的顶部部分围绕竖直轴线 5 旋 转 180°， 以便在旋转之后， 毂 81 和已经被安装的第一叶片 2a 和第二叶片 2b 的前面 13a、 13b 面向观察者。图 4E 中用箭头 84 示出了机舱 82 和毂 81 的旋转。
如图 4G 所示， 最初也被定向为上游边缘 29c 面向下的第三叶片 2c 绕其纵向轴线 3c 旋转大约 90°， 以便前缘 29c 面向观察者。为了该旋转， 枢转元件 41 相对于第一支撑构 件 19 围绕铰链 43 所限定的轴线旋转 ( 参见图 1)。如图 4H 所示， 第三叶片 3c 克服重力被 提升离开地面 84 并且以其纵向轴线 3c 沿水平方向取向不变的方式被安装到风力涡轮机 83 的毂 81。
因此， 不需要使第三叶片 3c 绕其横向方向 4c 旋转。此外， 不需要或者不必须旋转 毂 81 以便将第三叶片 3c 安装于毂 81。实际上， 可以不需要使毂 81 绕其旋转轴线 6( 水平 取向 ) 旋转以便将三个叶片 2a、 2b 和 2c 安装于毂 81。因此， 当组装直接驱动风力涡轮机时 使用所述的安装风力涡轮机叶片的方法是有利的， 其中所述直接驱动风力涡轮机不允许使 用附加致动器旋转毂。
应该注意到， 术语 “包括” 不排除其他元件或步骤， 并且 “一” 或 “一种” 不排除多 个。而且， 关联于不同实施例所描述的元件可以被结合。而且应该注意到， 权利要求中的附 图标记不应该被认为是限制了权利要求的范围。