專利名稱：用于定位笨重物體的提升裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種用于定位笨重物體以使得所述物體可以附接至高架式結構的提升裝置(lifting device)，其中該提升裝置不與高架式結構接觸。特別是，本發明涉及了一種用于提升并定位風力渦輪機葉片以使得風力渦輪機葉片可以附接至位于風力渦輪機塔架頂部處的吊艙上的轂的提升裝置。
背景技術：
從EP1925583獲知一種處理、定位并將風力渦輪機葉片安裝至驅動軸的裝置及方法。在已知的裝置中，風力渦輪機葉片相對于驅動軸水平或豎直地定位。風力渦輪機葉片懸掛在機架中，該機架進而懸掛在提升裝置的線纜上。有風時，使用線纜會影響安裝。國際申請W0200941812描述了一種方法，其中風力渦輪機葉片首先安裝在帶轂的吊艙上，吊艙安置于升降起重機的吊臂結構，然后利用升降起重機將帶著風力渦輪機葉片的吊艙置于桅桿上。
發明內容
本發明的目的是提供一種改進的提升裝置，其適用于提升并定位笨重的、特別是細長的物體，以使得物體可以裝配至高的豎直結構，更具體地，適用于從基本上水平的位置提升風力渦輪機葉片，將風力渦輪機葉片以任意角度(不一定豎直或水平)抵靠風力渦輪機的轂定位。升降系統的優點在于只需要一臺起重機來構建風力渦輪機，風力渦輪機葉片可以在相對大的風速下進行安裝，風力渦輪機葉片可以以任意角度裝配在轂上，其中轂置于桅桿上，等等。根據本發明，利用具有權利要求I所述的特征的提升裝置來實現該目的。本發明的優選實施方式和其他實施方式可以利用從屬權利要求中提到的措施來實現。根據本發明的提升裝置配置成使得該提升裝置可以自主定位笨重物體，以便所述物體可以安裝在高架式結構上。在本說明書的背景下，“笨重”是指大而重且可能呈細長形狀的物體，比如風力渦輪機葉片。在本說明書的背景下，高架式結構是一種物體的最小安裝高度為水面或地面上方60米的結構。在本說明書的背景下，“自主地”是指提升裝置不需要高架式結構的支撐以便能夠定位笨重物體。提升裝置包括具有縱向軸線的吊臂結構且特征在于，該提升裝置還設置有與吊臂結構可移位地連接的定位裝置，其中吊臂結構設置有用于沿縱向軸線引導定位裝置的引導裝置，并且其中定位裝置設置有與引導裝置配合的移位結構以及用于將笨重物體可拆卸地安裝在定位裝置上的安裝結構，其中吊臂結構和定位裝置的移位結構形成用于將安裝結構相對于高架式結構大致定位的組件，并且其中定位裝置還設置有用于相對于高架式結構精確定位物體的附加裝置。本發明基于以下見解，以較大的高度懸掛在線纜上的物體的定位受風的影響。根據本發明的提升裝置在物體和吊臂結構之間提供了剛性而可調地連接。現在定位不再受到提升線纜的擺動的影響。
在一個實施方式中，附加裝置包括配置為使安裝結構繞第一旋轉軸線在移位結構上旋轉的旋轉部件。該實施方式的優點在于物體可以繞旋轉軸線轉動。就風力渦輪機葉片而言，這個特征使得有可能將葉片安裝至轂，而不管轂的角度如何。同樣，在安裝風力渦輪機葉片的過程中，不再需要轉動轂。
本發明的有利實施方式的特征在于附加裝置配置為使安裝結構相對于移位結構沿三維地移位。這個特征使得物體在已經處于高架式結構上的安裝點附近之后能夠將物體精確地引至安裝點。
一個實施方式的特征在于定位裝置包括用于使安裝結構繞基本上平行于吊臂結構的縱向軸線的第二旋轉軸線轉動的第一傾斜裝置。這種情況提供了附加的運動自由度以便精確定位物體。這意味著具有自由度的吊臂結構在定位時對精度的要求不高。另一個實施方式的特征在于定位裝置包括用于使安裝結構繞基本上與第二旋轉軸線成直角的第三旋轉軸線轉動的第二傾斜裝置。這些特征進一步改善了升降系統的定位特性。
一個實施方式的特征在于定位裝置設置有用于使安裝結構沿基本上與第一旋轉軸線成直角的方向線性移位的線性移位裝置。當風力渦輪機葉片與轂上的對應安裝結構沿徑向在一條直線上時，這些特征使風力渦輪機葉片能夠經由輻條(radius)抵靠安裝結構放置或放置在安裝結構中。
另一個實施方式的特征在于提升裝置還包括配置為減少吊臂結構和/或安裝結構的搖擺的穩定裝置。這使得即使在相對惡劣的天氣狀況下也能夠繼續工作。
一個實施方式的特征在于提升裝置為船舶形式，特別是自升式平臺的形式，物體是風力渦輪機葉片，高架式結構是設置有包括轂的吊艙的風力渦輪機塔架。
本發明的一個方面提供了一種處理風力渦輪機葉片并將該風力渦輪機葉片安裝在風力渦輪機的轂上的新方法。在這種情況下，使用的是根據本發明的提升裝置。通過使用根據本發明的提升裝置，風力渦輪機葉片可以以任意角度安裝在轂上。轂不再必須位于預定位置以便能夠安裝風力渦輪機葉片。相反地，提升裝置為拆卸風力渦輪機葉片的新方法提供了可能性。
顯而易見的是，本專利申請中提及的各個方面可以結合在一起且可以針對分案的專利申請單獨考慮。
參照附圖，利用下文的描述，對本發明的這些及其他方面、特征及優勢進行更詳細的闡述，其中相同參考標號是指相同或相似的部件，并且附圖中
圖I示出了根據本發明的提升裝置的不同位置的側視圖2示出了根據本發明的定位裝置的第一頂視圖3示出了定位裝置的第二頂視圖4示出了定位裝置的第一側視圖5示出了定位裝置的第二側視圖6示出了將風力渦輪機葉片安裝在轂上。
具體實施方式
圖I示出了根據本發明的提升裝置I的不同位置的側視圖。提升裝置I配置為提升風力渦輪機葉片5并將該風力渦輪機葉片相對于風力渦輪機進行定位。轂是風力渦輪機的安裝在發電機驅動軸上的中央部件，該中央部件包括用于安裝兩個或兩個以上風力渦輪機葉片的安裝結構。用于風力渦輪機葉片的安裝結構的實施方式是一種設置有孔的法蘭，風力渦輪機葉片的螺栓被推動穿過所述孔，使得風力渦輪機葉片可以利用螺母附接至轂。圖I示出了風力渦輪機葉片位于裝載層上的位置，風力渦輪機葉片附接至提升裝置的位置，風力渦輪機葉片繞旋轉軸線7a轉動180°且吊臂位于基本上水平位置中的兩個位置，以及示出了風力渦輪機葉片相對于提升裝置的可移動性的位置，其中風力渦輪機葉片5位于提升裝置頂部且吊臂提升。應注意的是，吊臂結構不需要位于水平位置。由于提升和降低長吊臂結構比較花費時間，因此優選地，在吊臂結構盡可能與水平位置錯開的位置，將物體附接至吊臂結構。根據本發明的提升裝置I包括升降起重機的吊臂結構2。該吊臂結構2附接至可 繞平臺旋轉軸線3a旋轉的平臺3。在固定端2a處，吊臂結構2鉸接地與平臺3連接。吊臂結構2可以通過已知方式繞鉸鏈點提升(即豎立起來)，且可以下降(B卩，降低)。參考標號12表示與吊臂結構2的提升和下降相關聯的運動。在提升過程中，風力渦輪機葉片傾斜。如果風力渦輪機葉片的縱向軸線平行于吊臂結構，則該風力渦輪機葉片就從基本上水平的位置移至基本上豎直的位置。定位裝置4與吊臂結構2連接以便可以移動。為此，吊臂結構2設置有配置為沿著吊臂結構2在吊臂結構2的固定端2a與自由端2b之間引導定位裝置4的引導裝置，該方向基本上平行于吊臂結構2的縱向軸線。定位裝置4設置有與吊臂結構2的引導裝置配合的引導裝置，以便使定位裝置4沿著吊臂結構2移動并保持定位裝置抵靠吊臂結構定位。在一個實施方式中，吊臂結構2的引導裝置是導軌且定位裝置4的引導裝置是設置有在所述導軌中/周圍/上方運行的輪子的裝置。定位裝置4可以利用升降起重機的傳統升降裝置(例如帶鉤的線纜)沿吊臂結構2移動。定位裝置還可以設置有帶齒輪的電機，在這種情況下，吊臂結構2的引導裝置包括嵌齒軌道。在該實施方式中，定位裝置4可以獨立地沿吊臂結構2移動。吊臂結構2以及吊臂結構2和定位裝置4的配合引導裝置一起形成用于使風力渦輪機葉片5相對于風力渦輪機的轂大致定位的組件。這些裝置用于使風力渦輪機葉片從存放位置移動至靠近轂的高度。定位裝置還配置為使風力渦輪機葉片在轂附近精確定位，使得該風力渦輪機葉片可以附接至轂。為了利用提升裝置I使風力渦輪機葉片5移位，使用支撐框架6，該支撐框架設置有用于將風力渦輪機葉片5固定在支撐框架6中的固定裝置(未示出)。在定位裝置4置于支撐框架上方之后，利用絞車吊起支撐框架，然后將支撐框架固定在定位裝置4的安裝結構上。固定裝置優選地進行遠程控制并且配置為使得該固定裝置可以在風力渦輪機葉片已經安裝在轂上之后釋放風力渦輪機葉片。圖2-圖5示出了根據本發明的定位裝置4的多個視圖。將參照這些圖對定位裝置4進行詳細的描述。吊臂結構2具有導軌形式的引導裝置2c，定位裝置4的引導裝置4a與該引導裝置接合。引導裝置4a附接至定位裝置的第一結構部件4b。定位裝置4還包括繞鉸鏈點7b與第一結構部件4b鉸鏈連接的第二結構部件4c。驅動元件4d (例如，液壓缸形式的驅動元件)設置在第一和第二結構部件4b、4c之間的鉸鏈點7b的任一側上，并配置為使得這兩個結構部件相對于彼此繞鉸鏈點7b旋轉。圖2示出了第一結構部件4b平行于第二結構部件4c延伸的情況。在圖3中，這兩個部件相對于彼此形成角度R1。可以形成的最大角度Rl優選在15° -30°的范圍內。電源4g (比如電池、電機、泵等)設置在第一結構部件4b上以便操作驅動元件4d。然而，這些設施中的全部或部分還可以設置在吊臂結構的底部處，在此情況下，需要沿吊臂結構運行的軟管和線纜以便致動驅動裝置4d。定位裝置4還包括優選地設置有軸承的旋轉部件4e。圖4和圖5示出了定位裝置4的側視圖，展示了旋轉部件4e繞鉸鏈點7c與第二結構部件4c鉸鏈連接。鉸鏈點7c的旋轉軸線與鉸鏈點7b的旋轉軸下成直角。液壓缸形式的驅動裝置4d’設置在軸承部件4e與第二結構部件4c之間并配置為使軸承部件4e繞鉸鏈點7c相對于第二結構部件4c旋轉。在圖5中，旋轉部件4e相對于第二結構部件4c成角度R2。可以形成的最大角度R2優選地在15° -30°的范圍內。旋轉部件4e具有與鉸鏈點7c的旋轉軸線成直角的旋轉軸線7a。鉸鏈點7b、鉸鏈點7c的旋轉軸線與旋轉部件4e的旋轉軸線相結合使得有可能將風力渦輪機葉片以任意定向相對于吊臂結構2放置。定位裝置4還設置有安裝結構4f。安裝結構4f配置為可拆卸地安裝內部固定有風力渦輪機葉片的支撐框架6。安裝結構4f設置有用于抵靠安裝結構4f吊起支撐框架6的升降裝置。在該實施方式中，升降裝置為具有線纜8的絞車的形式。圖2和圖4示出了支撐框架6與安裝結構4f相距一定距離并且懸掛在線纜8上的視圖。圖3和圖5示出了支撐框架固定至安裝結構4f的視圖。如果支撐框架6固定至安裝結構4f，則風力渦輪機葉片可不再不受控制地相對于吊臂結構2移動。安裝結構4f設置有用于使安裝結構4f沿與軸承部件4e的旋轉軸線7a成直角的方向14線性移位的線性移位裝置。軸承部件4e包括導軌4g，安裝結構的輪子4h沿該導軌滾動。利用驅動裝置(未示出)(例如液壓缸形式的驅動構件)實現線性移位。一旦風力渦輪機葉片相對于轂定位，線性移位裝置就可以使設置在風力渦輪機葉片端部處的螺紋端滑入轂的法蘭中的相應孔中，之后，將螺母緊固至所述螺紋端以便將風力渦輪機葉片固定在轂上。圖6示出了用根據本發明的裝置將風力渦輪機葉片放置在轂上。提升裝置為自升式平臺或船舶的形式。提升裝置包括具有升降起重機的浮體15，其中吊臂結構2位于該升降起重機上。利用立柱(vertical column) 16將浮體15固定在海底17上,靠近桅桿9,該桅桿上安裝有帶有轂18的吊艙10。在浮體的甲板上有風力渦輪機葉片5的儲備(supply)51。使用上述裝置來定位風力渦輪機葉片并將葉片安裝在位于風力渦輪機塔架頂部的吊艙上的轂上的方法包括以下步驟a)設置至少一個水平或半水平風力渦輪機葉片5 ；b)將葉片固定在支撐框架6中；c)定位提升裝置的吊臂結構2，使得安裝結構4f與支撐框架6在一條直線上；d)將支撐框架6安裝在安裝結構4f上，這可以通過利用附接至安裝結構4f的升降裝置8將支撐框架6抵靠安裝結構4f放置來實現；e )使吊臂結構2向上傾斜12 ；
f )使定位裝置4沿著吊臂結構移位11 ；
g)使風力渦輪機葉片5相對于對應的安裝結構定位7a、13、14在轂18上；
h)將風力渦輪機葉片5安裝在轂18上；以及
i)將支撐框架6從風力渦輪機葉片5上拆下來。
在步驟b)中，風力渦輪機葉片必須固定在支撐框架中，使得在風力渦輪機葉片已經置于轂上之后可以通過簡單的遠程控制方式將風力渦輪機葉片從支撐框架拆下。此外， 風力渦輪機葉片的重心優選地位于支撐框架的輪廓內側以便將提升裝置中、特別是定位裝置4上的最大旋轉力最小化。
步驟e)和f)可以顛倒次序執行并一起形成使風力渦輪機葉片5相對于轂18的大致定位。這些步驟還可以包括使平臺3繞旋轉軸線3a轉動。
步驟g)是使風力渦輪機葉片5相對于轂精確定位并包括以下子步驟中的至少一個
gl)使風力渦輪機葉片繞對應于旋轉部件的旋轉軸7a的第一旋轉軸旋轉；
g2)使風力渦輪機葉片繞第二旋轉軸線傾斜，該傾斜對應于繞第一結構部件4b與第二結構部件4c之間的鉸鏈點7b進行的旋轉；
g3)使風力渦輪機葉片繞第三旋轉軸線傾斜，該傾斜對應于繞第二結構部件4c與旋轉部件4e之間的鉸鏈點7c進行的旋轉。
通過利用繞第二和第三旋轉軸線7b、7c進行的旋轉，可以將風力渦輪機葉片定位成與轂的旋轉軸線成直角。第一旋轉軸線然后能夠使風力渦輪機葉片5徑向定位至轂并與輪轂上的安裝結構在一條直線上。
優選地，在步驟d)中，將支撐框架6安裝在安裝結構上，使得線性位移裝置的位移方向基本上平行于風力渦輪機葉片5的縱向軸線。在這種情況下，步驟g)還包括
g4)致動述線性位移構件以便沿徑向方向在轂上的安裝結構周圍或內部推動風力渦輪機葉片。
在描述的定位裝置4的實施方式中，設置有兩個鉸接結構以便形成鉸鏈點7b和 7c。在另一個實施方式中，第一結構部件4b和第二結構部件4c之間的連接包括三個或更多個線性驅動裝置，比如液壓缸4d。在該實施方式中，旋轉部件4e也固定在第二結構部件 4c上。利用該活動耦接結構，可以執行與這兩個鉸接結構相同的運動。該耦接結構的額外優點在于，除旋轉運動之外，還允許平移運動，其結果是，吊臂結構2與安裝結構4f之間的距離可以變化而它們相對于彼此改變定向不變。然而，這對線性驅動裝置提出了不同要求， 因為線性驅動裝置現在可能沿著與驅動裝置的線性位移方向垂直的方向進行裝載。
上述提升裝置可以在陸地上和海上使用。所述提升裝置可以為移動式起重機的形式或者為在可以或可以不自主驅動的船上的起重機的形式。因此，提升裝置可以為自升式平臺的形式。吊臂結構2是升降起重機的部件，例如，所述吊臂結構100米高且適用于吊起 800至1000噸的重量。所述提升裝置的另一個優點在于風力渦輪機的所有部件，即，桅桿或塔架、吊艙、發電機、轂及風力渦輪機葉片，都可以利用相同的吊臂結構進行定位。同時，所述提升裝置可以用來以風力渦輪機葉片的任意角度拆卸轂的葉片。
顯而易見的是，重要的是盡可能穩定地懸掛風力渦輪機葉片以便定位并安裝風力渦輪機葉片。吊臂結構2往往會在大風速的時搖擺。為了減少這種搖擺運動，該裝置還可以設置穩定裝置。穩定裝置可以包括測量吊臂結構和/或定位裝置的安裝結構的搖擺的傳感器。基于由此產生的傳感器信號，可以致動定位裝置的驅動元件以減少懸掛物體的安裝結構的搖擺。搖擺越小，可以繼續工作的時間就越長。當然，可以單獨采用或并行采用或以不同的組合應用用于實施本發明的提升裝置的上述措施，或如有需要，可以添加其他措施，本實施方式在這種情況下基本上取決于提升裝置的適用范圍。本發明不限于所示的實施方式，在不背離發明思想的情況下可以對所示的實施方式進行修改。
權利要求
1.配置為自主定位笨重物體使得所述物體能夠安裝在高架式結構上的提升裝置，其中所述提升裝置(I)包括具有縱向軸線的吊臂結構(2)，其特征在于，所述提升裝置還設置有可移位地連接至所述吊臂結構的定位裝置(4)，其中所述吊臂結構設置有用于沿著所述縱向軸線引導所述定位裝置的引導裝置(2c)，并且其中所述定位裝置設置有與所述引導裝置(2c)配合的移位結構(4a)以及用于將所述笨重物體可拆卸地安裝在所述定位裝置上的安裝結構(4f)，其中所述吊臂結構(2)和所述定位裝置(4)的移位結構(4a)形成將所述安裝結構(4f)相對于所述高架式結構大致定位的組件，并且其中所述定位裝置(4)還設置有用于將所述物體相對于所述高架式結構精確定位的附加裝置(4d、4e)。
2.根據權利要求I所述的提升裝置，其特征在于，所述附加裝置包括用于使所述安裝結構(4f)繞第一旋轉軸線(7a)在所述移位結構(4 )上旋轉的旋轉部件(4e )。
3.根據權利要求2所述的提升裝置，其特征在于，所述附加裝置配置為使所述安裝結構(4f)相對于所述移位結構(4a)三維地移位。
4.根據權利要求2或3所述的提升裝置，其特征在于，所述附加裝置包括使所述安裝結構繞基本上平行于所述吊臂結構的縱向軸線的第二旋轉軸線(7b)轉動的第一傾斜裝置。
5.根據權利要求4所述的提升裝置，其特征在于，所述附加裝置包括使所述安裝結構繞基本上與所述第二旋轉軸線成直角的第三旋轉軸線(7c)轉動的第二傾斜裝置。
6.根據權利要求2至5中的其中一項所述的提升裝置，其特征在于，所述附加裝置包括使所述安裝結構沿基本上與所述第一旋轉軸線成直角的方向線性移位的線性位移裝置。
7.根據權利要求2至6中的其中一項所述的提升裝置，其特征在于，所述提升裝置還包括配置為減少由于所述吊臂結構的搖擺而導致的所述物體的搖擺的穩定裝置。
8.根據權利要求2至7中的其中一項所述的提升裝置，其特征在于，所述提升裝置為船舶形式，特別是自升式平臺的形式。
9.根據權利要求2至8中的其中一項所述的提升裝置，其特征在于，所述物體是風力渦輪機葉片且所述高架式結構是設置有轂的風力渦輪機塔架。
10.用于定位風力渦輪機葉片并將所述葉片安裝在位于風力渦輪機塔架頂部的吊艙上的轂上的方法，其中所述方法包括以下步驟 a)設置至少一個風力渦輪機葉片以及根據權利要求I至9中的其中一項所述的提升裝置； b)將所述葉片固定在支撐框架中； c)定位提升裝置的吊臂結構，使得所述安裝結構與所述支撐框架在一條直線上； d)將所述支撐框架安裝在所述安裝結構上； e)使所述吊臂結構向上傾斜； f)使所述定位裝置沿著所述吊臂結構移位； g)將所述風力渦輪機葉片相對于對應的安裝結構定位在所述轂上； h)將所述風力渦輪機葉片安裝在所述轂的安裝結構上；以及 i)將所述支撐框架從所述風力渦輪機葉片上拆下。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，步驟g)包括以下子步驟中的至少一個 gl)使所述風力渦輪機葉片繞所述第一旋轉軸線旋轉；g2)使所述風力渦輪機葉片繞所述第二旋轉軸線傾斜； g3)使所述風力渦輪機葉片繞所述第三旋轉軸線傾斜。
12.根據權利要求11所述的方法，其特征在于，在步驟d)中，將所述支撐框架安裝在所述安裝結構上，使得所述線性位移裝置的移位方向基本上平行于所述渦輪機葉片的縱向軸線，并且步驟g)還包括 g4)致動所述線性位移裝置以便沿徑向方向在所述轂上的安裝結構周圍或內部推動所述風力渦輪機葉片。
全文摘要
一種配置為自主定位風力渦輪機葉片使得所述風力渦輪機葉片可以安裝在風力渦輪機塔架上的提升裝置。所述提升裝置(1)包括吊臂結構(2)且還設置有與所述吊臂結構連接且可以沿所述吊臂結構移位的定位裝置(4)。所述定位裝置包括用于將所述風力渦輪機葉片可拆卸地安裝在所述定位裝置上的安裝結構(4f)。所述吊臂結構(2)和所述定位裝置(4)的移位結構(4a)形成使所述安裝結構(4f)相對于所述風力渦輪機塔架大致定位的組件。所述定位裝置(4)還包括用于使所述風力渦輪機葉片相對于所述風力渦輪機塔架精確定位的附加構件(4d、4e)。
文檔編號E02D27/42GK102985682SQ201180032619
公開日2013年3月20日 申請日期2011年6月28日 優先權日2010年6月28日
發明者庫諾·約翰內斯·亞歷山大·范登伯格 申請人:Ihc荷蘭Ie有限公司