便于在风力涡轮机上进行维护的系统及方法

摘要

本发明涉及便于在风力涡轮机上进行维护的系统及方法。具体而言，提供了一种便于在风力涡轮机(100)上进行维护的系统(200，500)，该风力涡轮机(100)包括位于限定检查开口(224)的塔架(102)内的控制组件。该系统包括至少一个轨道(250)，该轨道(250)包括第一轨道部分(252)和联接到第一轨道部分上的第二轨道部分(254)，该第二轨道部分在联接到第一轨道部分上时向外延伸穿过检查开口；以及联接到控制组件上的至少一个轮(270)，该轮构造成用以接合轨道，且使控制组件能够沿轨道运动，以便于控制组件在塔架的内部与外部之间运动。

说明书

技术领域

本发明所述的主题主要涉及风力涡轮机，并且更具体地涉及在风力涡轮机上进行维护工作。

背景技术

公知的风力涡轮机用于将风中的动能转换成机械动力。该机械动力可用于特定的作业(如碾磨谷物或抽水)，或者发电机可将该机械动力(即，轴的旋转)转换成电力。风力涡轮机通常包括用于将空气流动转换成机械运动(例如，旋转)的空气动力机构(例如，叶片)，然后通过发电机将机械运动转换成电功率。来自发电机的功率输出与风速成正比。在大型风力涡轮机上，如具有100千瓦(kW)至150kW的额定功率的风力涡轮机上，由涡轮所产生的电压通常为交变电流(AC)。该电流随后经由变压器发送，其中，变压器位于风力涡轮机内且操作地联接到风力涡轮机上，以便将电压升高到大约10,000伏至大约30,000伏的范围内，这取决于本地电网方面的标准。

目前，在维护操作期间，需要常规起重机来升降和操纵变压器以及风力涡轮机的其它构件，如发电机和齿轮箱。然而，由于典型起重机的尺寸和重量，起重机并非很适合用于升降和/或操纵风力涡轮机塔架内和/或周围的这些构件。此外，起重机用以操作可能很昂贵，以及将起重机运输至风力涡轮机地点也可引起附加的成本。此外，构造成用于风力涡轮机维护的起重机受数量的限制，且在需要维护时可能难以获得，从而导致风力涡轮机潜在可能的漫长和昂贵的停机时间。

发明内容

一方面，提供了一种便于在风力涡轮机上进行维护的系统，其包括位于限定检查开口(access opening)的塔架内的控制组件。该系统包括至少一个轨道，该至少一个轨道包括第一轨道部分和联接到第一轨道部分上的第二轨道部分。第二轨道部分在联接到第一轨道部分上时向外延伸穿过检查开口。至少一个轮联接到控制组件上。该轮构造成用以接合轨道且使控制组件能够沿轨道运动，以便于控制组件在塔架的内部与外部之间运动。

另一方面，提供了一种风力涡轮机。该风力涡轮机包括限定检查开口的塔架。控制组件位于所述塔架内。该风力涡轮机还包括轨道组件，该轨道组件包括具有第一轨道部分和联接到第一轨道部分上的第二轨道部分的至少一个轨道。第二轨道部分在联接到第一轨道部分上时向外延伸穿过检查开口。至少一个轮联接到控制组件上。该轮构造成用以接合轨道且使控制组件能够沿轨道运动，以便于控制组件在塔架的内部与外部之间运动。

又一方面，提供了一种用于在风力涡轮机上进行维护的方法。该风力涡轮机具有限定检查开口的塔架。该方法包括将第一轨道部分固定地联接到塔架内。第二轨道部分联接到第一轨道部分上以形成轨道。第二轨道部分在联接到第一轨道部分上时向外延伸穿过检查开口。至少一个轮联接到控制组件上。该轮构造成用以接合轨道且使控制组件能够沿轨道运动，以便于控制组件在塔架的内部与外部之间运动。

附图说明

非限制和非穷尽的实施例参照以下附图进行了描述，其中，除非另外指出，相似的参考标号在所有各个视图中表示相似的部分、构件或元件。

图1为示例性风力涡轮机的侧透视图。

图2为图1中所示的风力涡轮机塔架的局部截面视图。

图3为便于在图1中所示的风力涡轮机上进行维护操作的示例性系统的透视图。

图4为用于图3中所示的系统的示例性轮组件的简图。

图5为用于图3中所示的系统的示例性门板的简图。

图6为便于在图1中所示的风力涡轮机上进行维护操作的备选示例性系统的简图。

图7为在风力涡轮机上进行维护操作的示例性方法的流程图。

零件清单

100 风力涡轮机

102 塔架

104 支承表面

106 机舱

108 转子

110 桨毂

112 转子叶片

114 旋转轴线

116 偏航轴线

118 桨距轴线

120 叶片根部

122 负载传递区域

124 风

125 叶片末梢部

126 叶片表面区域

200 系统

212 外壁

214 结构性格构式构架

216 变压器

218 开关设备(switch gear)

220 电柜

222 变频器

224 检查开口

226 下部区域

228 楼梯

230 第一级(level)

232 底板(floor)

234 较低级

250 轨道

252 第一轨道部分

254 第二轨道部分

258 连结部

269 轮组件

270 轮

272 底面

300 轮组件

302 通道

304 顶面

305 顶面

306 支承部件

308 下表面

310 收容部

314 轮轴

316 开孔或通路

318 中心部分

320 周边表面

322 第一侧表面

324 第二侧表面

326 第一凸缘

328 第二凸缘

330 凹部

332 部分

400 门板

402 面板

404 顶面

406 踏板

408 多个支承臂

410 收容部

412 端部

500 备选系统

500 系统

502 支承件

504 支腿

600 方法

602 将第一轨道部分固定地联接到风力涡轮机塔架内

604 将第二轨道部分联接到第一轨道部分上以形成轨道

606 将一个或多个轮联接到控制组件上

608 使控制组件沿轨道从第一轨道部分移动到第二轨道部分上

具体实施方式

图1为示例性风力涡轮机100的侧透视图。在示例性实施例中，风力涡轮机100为水平轴线式风力涡轮机。作为备选，风力涡轮机100可为垂直轴线式风力涡轮机。风力涡轮机100具有从支承表面104延伸的塔架102、联接到塔架102上的机舱106，以及联接到机舱106上的转子108。转子108具有可旋转的桨毂110和联接到桨毂110上的多个转子叶片112。在示例性实施例中，转子108具有三个转子叶片112。作为备选，转子108具有使风力涡轮机100能够起到如本文所述的作用的任意数目的转子叶片112。在示例性实施例中，塔架102由管状钢制成，且具有在支承表面104与机舱106之间延伸的腔(图1中未示出)。作为备选，风力涡轮机100可包括任何适合的塔架102，如格构式塔架或任何公知的塔架。此外，塔架102可具有使风力涡轮机100能够起到如本文所述的作用的任何适合的高度。在一个实施例中，风力涡轮机100定位在岸上位置处。作为备选，风力涡轮机100可定位在离岸或近岸位置处。

转子叶片112围绕转子桨毂110定位，以便于使转子108旋转，从而将来自风124的动能转变成可用的机械能，且随后转变成电能。转子108和机舱106关于偏航轴线116围绕塔架102旋转，以控制转子叶片112相对于风124向的投影。通过将叶片根部120在多个负载传递区域122处联接到桨毂110上，转子叶片112与桨毂110相配合。负载传递区域122具有桨毂负载传递区域和叶片负载传递区域(两者在图1中均未示出)。在转子叶片112中产生的负载经由负载传递区域122传递到桨毂110上。各转子叶片112均还包括叶片末梢部125。

在示例性实施例中，转子叶片112具有处在30米(m)(98英尺(ft))至70m(229ft)之间的长度，但这些参数并不会对本公开内容形成限制。作为备选，转子叶片112可具有使风力涡轮机100能够起到如本文所述的作用的任何适合的长度。例如，在一些实施例中，转子叶片112可具有小于30m或大于70m的长度，如在特定实施例中为100m或更大。

当风124冲击各转子叶片112时，便在各转子叶片112上产生叶片升力(未示出)，而当叶片末梢部125加速时，则引起转子108围绕旋转轴线114旋转。转子叶片112的桨距角(未示出)，也即确定转子叶片112相对于风124向的迎角的角，可通过桨距调整机构(图1中未示出)而改变。具体而言，增大转子叶片112的桨距角会减小迎角和暴露在风124中的叶片表面区域126，而相反，减小转子叶片112的桨距角会增大迎角和暴露在风124中的叶片表面区域126。转子叶片112的桨距角在各转子叶片112处围绕桨距轴线118调整。在示例性实施例中，转子叶片112的桨距角单独地受到控制。作为备选，转子叶片112的桨距角作为整体受到控制。

图2为示例性塔架102的局部截面视图，以及图3为便于在图1中所示的风力涡轮机100上进行维护操作的示例性系统200的透视图。在示例性实施例中，塔架102包括预先组装的功率模块(PPM)210，其位于塔架102的大致圆柱形的外壁212内。在示例性实施例中，塔架102包括结构性格构式构架214，其收容风力涡轮机的零件、构件和控制组件，包括而不限于变压器216、开关设备218、电柜220以及变频器222。塔架102在PPM 210的下部区域226处限定检查开口224，该检查开口224提供通向塔架102内部的通路，使得能够在塔架102内进行维护操作。在示例性实施例中，楼梯228和/或适合的坡道从支承表面104延伸至检查开口224，使得能够通向塔架102。

在示例性实施例中，变压器216位于第一级230上，该第一级230包括底板232，使得检查开口224在底板232处提供通向塔架102的通路。在备选的塔架结构或构造中，变压器216可位于支承表面104处或附近的较低级234上，或在塔架102内的任何适合的位置处。在特定实施例中，底板232构造成以可转动的构造旋转，也即底板232的至少一部分围绕旋转轴线旋转，以便使构件如变压器216能够在塔架102内沿任何方向运动。

在示例性实施例中，系统200包括至少一个轨道250，且优选的是，包括沿如本文所述的底板232定位的多个轨道250。在示例性实施例中，如下文更为详细描述的那样，轨道250大致平行，且以适当的定向安装在塔架102内，以便于风力涡轮机构件和控制组件如变压器216沿轨道250且穿过检查开口224的运动。

如图3中所示，各轨道250均包括固定地联接到底板232上和/或至少部分地联接在底板232内的第一轨道部分252，以及在检查开口224处或附近的连结部258处联接到第一轨道部分252上的第二轨道部分254。在示例性实施例中，第二轨道部分254根据需要可拆卸或可移除地联接到第一轨道部分252上。在备选实施例中，第二轨道部分254可滑动或可延伸地联接到第一轨道部分252上，如采用伸缩构造，或使用适合的联接装置或紧固装置(未示出)可枢转或可旋转地联接到第一轨道部分252上。在一些实施例中，第二轨道部分254可从第一轨道部分252收回或可与第一轨道部分252分离，以便于在不使用时储存第二轨道部分254。

在示例性实施例中，系统200包括具有至少一个轮270的轮组件269，且优选的是例如包括如图2中所示的多个轮270。轮270联接到变压器216的底面272上。轮270其尺寸和定向形成为用以接合相应的轨道250，且使变压器216能够沿轨道250运动。在示例性实施例中，变压器216在风力涡轮机正常操作期间位于轨道250上。在特定实施例中，除变压器216之外或作为变压器216的备选方案，收容在塔架102内的任何适合的构件或控制组件均可配备有尺寸和定向形成为用以接合对应轨道250的一个或多个轮270。

图4为图3中所示的系统200的示例性轮组件300的简图。在示例性实施例中，底板232限定一个或多个通道302。各通道302其尺寸和定向形成为用以用以收容相应的轨道250，使得轨道250的顶面304在轨道250位于通道302内时与底板232的顶面305大致共面。轮组件300包括一个或多个支承部件306，该支承部件306从变压器216的下表面308延伸，以便限定尺寸形成为用以收容一个或多个轮270的收容部310。轮轴314将轮270可旋转地联接到支承部件306上和收容部310内。轮轴314延伸穿过支承部件306，且穿过限定为穿过轮270的开孔或通路316，其中，轮270限定旋转轴线R。

在示例性实施例中，轮270包括具有周边表面320的大致圆柱形的中心部分318，该周边表面320在轮270的第一侧表面322与第二侧表面324之间延伸。第一凸缘326联接到第一侧表面322上，以及第二凸缘328联接到第二侧表面324上。第一凸缘326和第二凸缘328与周边表面320一起形成凹部330，该凹部330其尺寸形成为用以收容轨道250的一部分332。在操作期间，第一凸缘326和第二凸缘328在轮270安置于轨道250上时向变压器216提供横向支承。在示例性实施例中，四个轮组件300联接到变压器216的下表面308上。在该实施例中，两个轮组件300接合各相应的轨道250，且向变压器216提供充分的稳定性。作为备选，取决于安装轨道的控制组件的重量和/或大小，任何适合数目的轮组件300都可用于充分地支承控制组件和便于控制组件沿轨道250运动。在备选实施例中，如本文所述，仅使用一个轨道250。在该备选实施例中，系统200包括例如从轨道250、底板232或塔架102壁延伸的横向支承部件，以便向可移动地定位在轨道250上的控制组件提供附加的支承。

图5为图3中所示的系统200的示例性门板400的简图。在示例性实施例中，门板400包括具有顶面404的面板402，该顶面404限定检查开口224的踏板406。门板400包括多个支承臂408，该支承臂408从顶面404向上延伸，以便部分地限定检查开口224。在示例性实施例中，一个或多个收容部410限定在顶面404处或附近，且构造成用以收容相应的轨道250。如图5中所示，门板400包括分别构造成用以收容对应轨道250的两个收容部410。然而，本领域的技术人员应当清楚的是，门板400可包括对应于系统200中所使用的轨道250数目的适合数目的收容部410。参看图3和图5，在一个实施例中，在连结部258(图5中未示出)处或附近的第一轨道部分252的端部412位于对应的收容部410内，以便在维护操作期间向轨道250提供稳定性。在特定实施例中，第一轨道部分252的端部412利用一个或多个适合的紧固件联接到门板400上，该紧固件例如为一个或多个螺钉或螺栓(未示出)。如本文更为详细描述的那样，第二轨道部分254在维护操作期间从门板400向外延伸。

图6为便于在图1中所示的风力涡轮机100上进行维护操作的备选系统500的简图。参看图6，当塔架102的第一级230定位在检查开口224下方时，一个或多个支承件502支承与检查开口224对准的轨道250的第一轨道部分252。支承件502从底板232延伸至第一轨道部分252。变压器216然后使用轮270如本文所述那样定位在轨道250上。此外，且在所示的实施例中，第二轨道部分254由从支承表面104延伸至第二轨道部分254的支腿504支承，且可在第二轨道部分254移除或收回以便在未使用的周期期间储存时移除或移动，如旋转或收回。

在对风力涡轮机100进行维护操作期间，系统200或系统500可用于将变压器216或风力涡轮机100的其它构件或控制组件从如图2和图5中所示的操作位置向外经由检查开口224移动或重新定位到轨道250的第二轨道部分254上。重新定位变压器216向维护人员提供了塔架102内的附加工作空间，且便于在其它内部控制组件上进行维护操作。此外，在维护操作期间，将变压器216移出塔架102外有助于修理和/或更换变压器216。在正常风力涡轮机操作期间，也即在未发生维护操作时的周期期间，第二轨道部分254可移除或收回，且如本文所述那样储存。

图7为用于在诸如风力涡轮机100的风力涡轮机上进行维护的示例性方法600的流程图。在示例性实施例中，方法600包括将第一轨道部分252固定地联接到塔架102内。第二轨道部分254然后联接604到第一轨道部分252上以形成轨道250，使得第二轨道部分254在联接到第一轨道部分252上时向外延伸穿过检查开口224。在示例性实施例中，第二轨道部分254可移除地联接到第一轨道部分252上。在备选实施例中，第二轨道部分254可滑动或可延伸地联接到第一轨道部分252上，如采用伸缩构造，或使用适合的联接装置或紧固装置(未示出)可枢转或可旋转地联接到第一轨道部分252上。在一些实施例中，第二轨道部分254可从第一轨道部分252收回或可与第一轨道部分252分离，以便于在不使用时储存第二轨道部分254。

在示例性实施例中，方法600包括将一个或多个轮联接606到控制组件上。例如，在一个实施例中，多个轮270联接到控制组件上，且接合一个或多个对应的轨道250，以便于控制组件沿轨道250运动。控制组件沿轨道250从第一轨道部分252移动608穿过检查开口224，且移动到第二轨道部分254上，该第二轨道部分254从检查开口224向外延伸，以便于控制组件在塔架的内部与外部之间运动，以及在风力涡轮机上进行维护。

上文详细描述了用于风力涡轮机的维护系统的示例性实施例。上述系统和方法便于保养风力涡轮机和控制组件。更具体而言，将变压器移出塔架外便于修理和/或更换变压器，而不需要大型陆地起重机和/或海洋起重机。本发明所述的系统和方法降低了在维护操作期间与使用这些重型移动设备相关的成本，且减少了维护成本和修理时间，同时消除了对可用的起重机的等待时间。此外，本文所述的系统和方法在对收容在塔架内的其它控制组件设备进行维护期间提供了较大的通路和机动性。将变压器或任何构件或控制组件从塔架内移动至塔架之外的稳定位置的能力向工作人员提供了移动塔架内的其它构件和控制组件设备的能力以便易于装卸。

此外，本文所述的系统和方法克服了基于起重机的系统中存在的多种缺陷。显著减小了与使用基于起重机的系统相关的复杂性和难度。此外，本文所述的系统和方法不需要电能以提供动力。因此，在与基于起重机的维护系统相比时，该系统具有显著更高的效率。

尽管本文所述的设备和方法以用于风力涡轮机的维护系统为背景进行了描述，但应当理解的是，该设备和方法不限于此类应用。同样，所示的系统构件不限于本文所述的特定实施例，而相反的是，系统构件可单独地使用，以及与本文所述的其它构件分开使用。

如本文所用，以单数形式叙述且冠以用词″一″或″一个″的元件或步骤应当理解为未排除复数个元件或步骤，除非明确地指明此类排除。此外，参看本公开内容的″一个实施例″并非意图解释为排除了也结合有所述特征的其它实施例的存在。

本书面说明使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何所结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的技术人员所构思出的其它实例。如果这些其它的实例具有与权利要求的书面语言并无不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的书面语言无实质差异的同等结构元件，则认为这些实例处在权利要求的范围之内。