用于风力涡轮机叶片旋转装置的剪式升降系统和插入式移动机构

摘要

本发明公开了一种用于使叶片旋转和升降的风力涡轮机叶片操纵设备。该风力涡轮机叶片操纵设备包括根部装置，该根部装置具有：带有凹入的上表面的根部支撑构件；辊，该辊具有平行于叶片的纵向轴线的纵向轴线并且构造成使叶片旋转；基座；和具有相交支柱的剪式升降机构，该剪式升降机构从支柱以大体上共面的构造设置的降低位置转换成支柱以成角度的构造设置的升高位置。

说明书

技术领域

本申请根据35 USC 119要求享有于2018年4月2日提交的编号为62/651,588、62/651,586、62/651,581和62/651,601美国临时申请的优先权，每个美国临时申请的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

所公开的主题涉及风力涡轮机转子叶片操纵和剪式升降系统，以及操作这种系统的对应方法。

背景技术

已知在风力涡轮机叶片的制造过程中使用各种方法和系统，其包括用于支撑风力涡轮机叶片的分段的小车，例如，在从叶片模具中取出之后以及在后模制操作期间(例如，外部叶片表面的研磨操作或涂层操作)支撑风力涡轮机叶片的分段的小车。

传统叶片小车包括围绕叶片主体安装的封闭的环形结构。但是，随着叶片尺寸的增加，这些小车常常很难支承住叶片。通常，在小车(经常是手动的)沿着叶片移动时，需要起重机来支撑叶片重量。另外，在人员和设备受到大叶片环的阻碍并被阻止在小车的位置处轻易触及到叶片的前缘和后缘的情况下，小车在后模制操作期间存在危险。

传统叶片小车构造有闭合支架，该闭合支架形成封闭环，风力涡轮机叶片被引入该封闭环中。这种构造的缺点在于：将叶片装载到小车中的操作，自从要执行装载步骤，要么必须将小车从叶片的尖部移动到小车可支撑叶片重量的叶片位置，要么必须使用高架起重机和线缆将叶片移动到小车中。除了这种常规叶片操纵系统的不期望的复杂性之外，这些常规系统的操作还需要各种运动，这些运动在引入和移除各种部件时面临叶片损坏的高风险。

在WO2013092597、WO 2012048719、US 20140356113、EP 2584191、JP2010216317中公开了一些示例性的常规叶片操纵系统，在此通过引用将其每一个的全部内容并入本文，包括所公开的特定叶片接触元件和相对运动范围。

发明内容

所公开的主题的目的和优点将在随后的描述中阐明并从中显而易见，并且将通过对所公开的主题的实践而获知。通过在书面描述及其权利要求中以及从附图中特别指出的方法和系统，将实现并获得所公开的主题的其他优点。

为了实现这些和其他优点并且根据如具体实施以及广泛描述的所公开的主题的目的，所公开的主题包括一种风力涡轮机叶片设备，该风力涡轮机叶片设备包括：根部装置，所述根部装置包括：根部支撑构件，该根部支撑构件具有拥有曲率半径的上表面并且构造成接收风力涡轮机的叶片的一部分；至少一个辊，该辊具有与叶片的纵向轴线平行的纵向轴线并且构造成使叶片旋转；基座；和升降机构，该升降机构设置在根部支撑构件下方，该升降机构至少部分地设置在基座内并且构造成调节根部支撑构件的高度。

在一些实施例中，升降机构包括具有多个支柱的剪式升降机，其中至少两个支柱在其相应的中点处连接，并且该支柱可枢转地连接至基座并且从第一水平位置过渡至第二成角度位置。

在一些实施例中，第二成角度位置为大约45度。

在一些实施例中，剪式升降机经由伸缩活塞致动。

在一些实施例中，至少一个活塞具有附接到框架的第一端和附接到支柱的第二端。

在一些实施例中，升降机构包括锁定构件，以将根部支撑构件固定在预定高度处。

在一些实施例中，升降机构与叶片的旋转同时地改变根部支撑构件的高度。

在一些实施例中，至少一个辊构造成作为传送带。

根据本公开的另一方面，公开了一种风力涡轮机叶片设备，该风力涡轮机叶片设备包括：根部装置，所述根部装置包括：根部支撑构件，所述根部支撑构件具有拥有曲率半径的上表面并且构造成接收风力涡轮机的叶片的一部分；至少一个辊，该辊具有平行于叶片的纵向轴线的纵向轴线并且构造成使叶片旋转；基座；和升降机构，该升降机构具有至少一对相交的支柱，该升降机构具有第一位置和第二位置，在所述第一位置中，支柱以大体上共面的构造设置，在所述第二位置中，支柱以成角度的构造设置。

在一些实施例中，升降机构在处于第一位置时容纳在基座内。

在一些实施例中，升降机构包括框架，该框架围绕支柱。

在一些实施例中，升降机构还包括至少一个致动器(例如气动、液压、机械、压电等)，该致动器具有第一端和第二端，第一端附接到框架，第二端附接到支柱。

在一些实施例中，升降机构被编程以在根部支撑构件接合叶片时防止升降机构操作。

在一些实施例中，根部装置包括可移除的移动系统。

在一些实施例中，可移除的移动系统包括安装板和脚轮。

在一些实施例中，安装板可移除地附接到基座。

在一些实施例中，根部装置包括用于使风力涡轮机叶片旋转的推进机构。

应当理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并且旨在提供对所要求保护的公开主题的进一步解释。

包括在本说明书中并构成本说明书的组成部分的附图包括在内，以说明并提供对所公开主题的方法和系统的进一步理解。与说明书一起，附图用于解释所公开的主题的原理。

附图说明

图1是安装到本文公开的操纵系统的风力涡轮机叶片的示意图。

图2是本文公开的操纵系统的根部装置的示意图。

图3是本文所公开的根部装置和剪式升降系统的透视图，其示出了处于部分伸出/升高的位置。

图4是本文所公开的根部装置和剪式升降系统的主视图，其示出了处于部分伸出/升高的位置。

图5是本文所公开的根部装置和剪式升降系统的主视图，其示出了处于折叠/闭合位置。

图6是本文所公开的根部装置和剪式升降系统的主视图，其示出了处于折叠/闭合位置并且包括可移除的脚轮。

图7是本文公开的根部装置和剪式升降系统的延伸/锁定构件的等距视图。

图8是与本文公开的根部装置和剪式升降系统一起使用的移动设备的视图。

具体实施方式

所公开主题的目的和优点将在随后的描述中阐明并从中显而易见，并且将通过对所公开主题的实践而获知。通过在书面描述及其权利要求中以及从附图中特别指出的方法和系统，将实现并获得所公开主题的其他优点。

现在将详细参考所公开主题的示例性实施例，其示例在附图中示出。将结合对系统的详细描述来描述所公开主题的方法和相应步骤。

本文提出的方法和系统可以用于操纵(例如，夹紧、固定、旋转和运输)风力涡轮机叶片。本文公开的系统和设备可用于促进风力涡轮机叶片制造的各种精加工过程。在示例性实施例中，该系统包括两个单独的设备，称为“根部装置”和“尖部装置”，如本文包括的附图所示。

如图1所示，系统1000通常包括根部装置(100)和尖部装置(200)。这些子系统100、200提供了附加的操纵功能以及以比传统的操纵系统更高的效率、可触及性和人体工程学来处理更大的风力涡轮机叶片的能力。

根部装置(100)包括基座(110)和根部支撑构件(120)，如图1﹣图5所示。根部支撑构件(120)可以是单个一体单元，或者可以包括多个离散单元，所述多个离散单元可以连接在一起或以其他方式连接以接收且支撑风力涡轮机叶片。

根部装置(100)适于接收风力涡轮机叶片的根部部分并且使叶片旋转(以各种速度)。因此，根部支撑构件(120)构造成具有与风力涡轮机根部互补的形状，例如弓形。根部支撑构件(120)可包括弯曲形状，该弯曲形状的半径类似于根部部分的外半径。更一般而言，根部支撑构件的形状适合于根部部分的形状。在一些实施例中，根部支撑构件120可以是可调节的以适应变化的根部几何形状。

可以以多种方式，例如，电动机，气动系统或液压系统来提供产生风力涡轮机叶片的运动(例如，绕叶片纵向轴线旋转)的动力。在一些实施例中，动力器件(以及如可以视情况而定的相关联的布线、电缆或管道)直接容纳在根部装置内。在其他实施例中，动力源和/或辅助动力系统可以位于根部装置(100)壳体外部。

根部装置还包括辊(118)，所述辊用于接合叶片并促进叶片沿着叶片纵向轴线旋转。在一些实施例中，当处于空载或无载构造时(即，当根部装置上不存在叶片时)，辊(118)可构造成从根部支撑构件(120)向外延伸或突出。一旦将叶片放置在根部装置上，则叶片可以彼此独立地按下或下沉这些辊(118)，从而接合辊(118)。在一些实施例中，辊的这种相对运动或位移可以是线性轨迹(例如，竖直向上/向下)。在其他实施例中，辊(118)可以相对于根部支撑构件(120)枢转。在一些实施例中，辊118刚性地安装到根部支撑构件(120)上，其中唯一可允许的运动是绕其中心轴线旋转。辊通过表面摩擦与叶片的根部部分接合并促进旋转。因此，当将动力驱动器件施加到辊(118)上时，每个辊开始旋转，这继而导致叶片旋转。

辊的尺寸构造成与叶片的尺寸相关，例如，当操纵重/长的转子叶片时，与操纵更轻/短的转子叶片相比使用更大/更长的辊。然而，辊的长度可以与转子叶片的特定的设计相关，例如所述叶片具有偏心形状和/或在辊和转子叶片之间保持期望的表面压力。使用可调节位置的柔性辊是有利的，这是因为它允许系统适于具有不同半径和/或形状的叶片。

在一些实施例中，辊(118)可以构造成作为传送带，其中绑扎材料的带围绕相邻的辊缠绕。在这样的实施例中，与离散的辊构造相比，与叶片接触的表面积因此增加。再者，传送带中的每一条传送带可以独立于其他传送带而附着在叶片上。结果，在每种情况下，即使对于具有不同直径的部件也实现了高接触表面，通过此，每条所述传送带以力锁定的方式抵靠在部件上。结果，转向装置即使在不同部件直径的情况下也确保了部件的可靠保持。在一些实施例中，辊(118)之间的间距是可调节的，并且所采用的辊(118)的总数可以大于或小于所示的示例性实施例中所描绘的四个。

根据本公开的方面，根部装置(100)包括可控制根部装置的高度的升降系统(160)。在所示的示例性实施例中，升降系统(160)构造成作为剪式升降系统，该剪式升降系统包括在中点(162)处连接(例如经由枢轴/铰链连接)的十字形支柱(161)。支柱(161)经由铰链或支撑件连接到基座(110)和框架(111)的横向侧，这允许每个支柱(161)从第一水平位置枢转到延伸位置，如图3所示。延伸位置的最大高度可以根据需要而变化。在所示的示例性实施例中，支柱(161)相对于水平基座(110)旋转大约45度的角度以到达延伸位置。再者，在示例性实施例中，当处于图2所示的水平位置时，支柱(161)构造成位于根部装置(100)的基座(110)下方。因此，当处于折叠或降低的构造时，整个剪式升降系统被基座(110)覆盖或容纳在基座(110)内。

本公开的剪式升降系统(160)可以经由伸缩活塞(163)致动，该伸缩活塞具有附接到框架(111)的第一端和附接到支柱(161)的第二端。这些活塞可以由与辊(118)相同的机构提供动力或构造有独立的动力源。在示例性实施例中，在根部装置(100)的左侧示出了一对伸缩活塞(163)，尽管如果需要的话，可以采用附加的活塞和/或将其改为放置在右侧。一个或多个动力源可以位于基座(110)上方并且位于根部支撑构件(120)内。

剪式升降系统(160)还可以包括定位和/或锁定构件，以将根部装置(100)安全地固定在选定高度处。锁定构件的大小和比例可被调整，以支持根部装置重量加上叶片根部(如果有)重量。同样，锁定构件和剪式升降装置可以手动操作，也可以经由可编程控制系统根据定时时间表和/或基于工场内的位置(例如，在叶片旋转以接近叶片表面期间的特定叶片的高度定位)自动调整根部装置的高度。图7中示出了示例性的锁定构件(165)，其构造成在伸缩活塞上的机械锁，该机械锁包括销，该销延伸到活塞中以防止活塞跌落/塌陷(即使在液压/气动失效的情况下也是如此)。在所示的示例性实施例中，锁定构件可包括上履带和下履带，每个履带均具有一系列互锁的齿，该互锁的齿配合地啮合以阻止其间的相对运动。为了释放，可以将上履带推离下履带，以脱开齿，从而允许上履带和下履带相对于彼此移动或滑动(随着剪式升降组件的上升或下降)到期望位置，在该期望位置中，齿可以重新啮合，以再次将组件锁定在一起。

另外，可以在各个位置处使用传感器以测量根部装置(100)内的风力涡轮机叶片的旋转速度以及任何加速度或振动以及测量根部装置(100)的位置(例如，高度)。在一些实施例中，传感器可以构造成作为轮式编码器，所述轮式编码器位于辊之间以接合叶片并测量叶片的旋转速度和加速度。附加地或可替代地，位于基座(110)或根部支撑构件(120)上的传感器可以检测根部装置(100)的高度，例如，距框架(111)和/或地板的距离，并且向PLC软件控制算法发送信号以启动动力源来达到期望的高度。在达到期望的高度之后，传感器可以向锁定构件发出信号，以接合并保持根部装置(100)和固定高度。附加地或可替代地，传感器可以被嵌入在支柱(163)内，以基于支柱内的参数(例如，压力，如果支柱采用液压系统或气动系统)来检测根部装置的高度。

根据本公开的一个方面，根部装置(100)的剪式系统允许更大的叶片表面可触及性。在一些实施例中，剪式系统(160)可以与经由辊(118)使叶片旋转同时地运行，例如，上升/下降。在其他实施例中，PLC控制软件将在以下情况下阻止剪式系统(160)运行：i)当根部支撑构件装载有叶片时；和/或ii)当辊(118)转动以使叶片旋转时。

本公开的剪式系统(160)可以构造成作为与使涡轮机叶片旋转(经由辊118)的推进系统分离的系统。这两个系统彼此独立运行，可以以同时方式运行，也可以在启动另一个系统之前终止与一个系统的接续运行。

再者，本文公开的剪式系统增强了叶片附近人员的安全性。此外，本公开降低了损坏风力涡轮机叶片的风险，这是因为：如本文公开的剪式系统提供的，可以基于根部的可调整高度减小或消除因作用在根部装置和尖部装置处的叶片支撑点之间的重力而导致的涡轮机叶片上的翘曲载荷或弯曲载荷。

根部装置(100)与尖部装置协同操作，下面将进一步详细描述。因此，根据本公开的一个方面，在运行期间，叶片旋转力在根部装置(100)内产生，并且剪式升降力同样(独立地、同时地或接续地由旋转力产生)在根部装置(100)中产生。

根据本公开的另一方面，根部装置(100)可以配备有可移除的移动系统。在图6所示的示例性实施例中，可移除的移动构件构造成安装板(171)和脚轮(172)。可以允许脚轮360度旋转，或者脚轮可替代地构造有受限的运动范围。安装板(171)可经由联接机构(例如，锁定销)可释放地附接到基座(110)，所述联接机构可以根据需要横向插入穿过基座(110)的侧面或插入基座下方。在一些实施例中，剪式升降系统(160)可被致动以升高根部装置(100)，此后，移动系统可被附接到根部装置(100)。类似地，一旦根部装置处于期望的位置中，则可以致动移动系统(170)以降低根部装置(100)，此后可以从根部装置(100)移除移动系统。

移动系统(170)的可移除方面的优点在于：它提供了模块化系统，该模块化系统增加了制造过程和车间布局的灵活性。因此，可以在各种根部装置上采用单个移动系统(170)。此外，移动系统的模块化性质允许单个系统(170)适应一定范围的根部装置大小和形状。

在一些实施例中，该移动系统可以是自推进式的，以在整个工场内运输根部装置(100)(包括叶片，如果存在的话)。如上所述，用于该移动系统的动力源(例如，柴油发动机或可充电电池)可以是与叶片辊(118)和/或剪式升降系统相同的动力源。可替代地，用于移动系统的动力源可以独立于其他动力源。在一些实施例中，代替简单的脚轮的是，可以采用电动轮并由单独的遥控单元控制电动轮，如图8所示。可以利用沿着工场的各个工作站的坐标对移动系统进行编程，其中移动系统将根部装置(100)自动推进到那些选定位置。附加地或可替代地，移动系统可以包括传感器(例如，照相机)，以在运输期间监测根部装置(100)的位置，以读取沿着车间的预定标记并且在到达期望位置时使根部装置停止。对于非自推进式的实施例，安装板可以被车辆接合以在工场周围运输根部装置(100)。

因此，本文公开的具有剪式升降和移动系统的根部装置(100)提供了多种优点，其包括：允许更大的叶片旋转角度和表面可触及性；以及用一个或两个致动缸进行稳定提升；用剪式升降系统降低结构高度；工作平台(脚手架)使用较少；在叶片旋转操作期间，移动机构不会升高装置；集成的升降和移动构件(可以独立地和/或同时地运行)；由于单个移动系统可以在众多根部装置上使用而降低了成本；自推进式装置提供了更灵活的运输方式。

根据本公开的另一方面，根部装置(100)和尖部装置(200)可以设置为分离的且可独立操作的部件。在示例性实施例中，叶片旋转由根部装置(100)驱动，而尖部装置(200)是无源装置，其中，没有用于旋转的驱动单元，例如，经由叶片自身旋转而自同步。在一些实施例中，根部装置和尖部装置均可以包括位置指示机构，该位置指示机构传达一个部件相对于另一部件的相对位置，例如，可以包括光学(例如激光)的机构，其在根部装置和尖部装置正确对准时(例如，相对于叶片纵向轴线)向用户发出警报。如果尖部装置意外移位，警报可以通知用户采取纠正措施以将尖部装置带回到对准，从而不会在叶片或支撑设备上引起任何不期望的负载。优选地，本文公开的系统与协调的根部装置和尖部装置同步而移动，例如同时以相同速度旋转。此外，根部装置和尖部装置可构造成限制它们之间的相对运动，使得每个设备彼此协同运动(例如，沿着工场重新安置)，而不会在设置在其中的叶片上施加任何载荷。

另外，尖部装置(200)可以构造有互补的剪式升降系统，以在操作根部装置(100)的剪式系统(160)下降/降低时将叶片的尖部保持在水平方向。因此，在根部装置和尖部装置两者处都提供了自对准倾斜和偏航系统，以使两个轴线都具有±4度的自由度，以避免在叶片上产生应力。

将理解的是，一旦叶片被支撑在根部装置和尖部装置内，则可移除任何外部支撑装置，例如用于叶片的线束、起重机等。在一些实施例中，与叶片接合的设备的各部分可包括保护盖，以防止损坏并进一步吸收或缓冲以防止不期望的负载传递。如上所述的风力涡轮机叶片操纵系统的实施例可以是柔性的并且可以适于各种转子叶片位置。这可以导致转子叶片上的负载较小。因此，减小了损坏转子叶片的风险。

尽管本文根据某些优选实施例描述了所公开的主题，但是本领域技术人员将认识到的是，可以在不脱离本公开的范围的情况下对所公开的主题进行各种修改和改进。而且，尽管所公开主题的一个实施例的单个特征可以在本文中讨论或在一个实施例的附图中示出而没有在其他实施例中示出，但是显然的是，一个实施例的各个特征可以与另一个实施例的一个或多个特征或与来自多个实施例的特征组合。

除了以下要求保护的特定实施例之外，所公开的主题还针对具有以下要求保护的从属特征和以上所公开的从属特征的任何其他可能组合的其他实施例。这样，在从属权利要求中提出的和以上公开的特定特征可以在所公开主题的范围内以其他方式彼此组合，使得所公开的主题应被理解为还具体针对具有任何其他可能组合的其他实施例。因此，出于说明和描述的目的，已经给出了所公开主题的特定实施例的前述描述。并不旨在穷举或将所公开主题限制到所公开的那些实施例。

对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在不脱离所公开主题的精神或范围的情况下，对所公开主题的方法和系统进行各种修改和改变。因此，意图是所公开主题包括在所附权利要求及其等效方案的范围内的修改和改变。