安装风力涡轮机转子叶片的方法与流程

背景技术：

1、风力涡轮机的安装涉及不同的阶段，其中一个阶段是空气动力转子的组装，即，毂和转子叶片的组装。通常，毂位于机舱的前部，并且转子叶片(通常是三个)围绕毂等距地安装。在非常长的转子叶片的情况下，这些转子叶片通常一个接一个地安装到毂，即，单个转子叶片被提升就位并被附接，随后是下一个转子叶片。这与较短的转子叶片形成对比，较短的转子叶片可以在地平面处安装到毂，然后整个组件被升高到机舱的高度。

2、存在将长的转子叶片升高到毂高度以便安装的各种方式。在一种方法中，转子叶片被水平地保持，同时由起重机提升到毂的高度，使得转子叶片在被连接到毂时处于“3点钟”位置。然后，转子转动通过120°，并将下一个转子叶片水平地提升就位，等等。如果在运输到安装地点期间(例如在位于安装船舶上的保持架中)转子叶片已经被组织在水平取向，则该方法具有实际优点。然而，当风经过转子叶片时产生的空气动力学力可能导致严重的振动，这使得安装过程危险。安装地点处的风况必须稳定，因此用于这种类型的安装过程的安全“天气窗口”可能不利地短。

3、在替代方法中，转子叶片在竖直取向上被提升，即，转子叶片在被连接到毂时被保持在“6点钟”位置。这种方法较少依赖于天气条件。

4、在每种情况下，在安装转子叶片之后，必须使毂转动通过120°以接收下一个转子叶片。这可以使用例如专用旋转工具来完成。在海上安装地点的情况下，旋转工具可由外部电源供电，外部电源例如是诸如位于安装船舶上的柴油发电机。必须安排用于每个风力涡轮机的叶片安装过程，以将连接外部电源以使毂转动的初始步骤和再次断开外部电源的最终步骤包括在内。因此，提供和连接这种外部电源的需要显著地增加了安装的总成本。

5、在替代方法中，当风力涡轮机实施在发电机和电网之间的全尺寸转换器时，全尺寸转换器可被控制以使转子轴转动，并且因此也使毂转动。这种操作模式可以被称为“机动(motoring)模式”。使部分组装的空气动力转子(即，已经安装了一个转子叶片或已经安装了两个转子叶片的毂，在下文中称为“部分组件”)转动与大的峰值功率消耗相关联。这是因为已经安装的转子叶片的重量增加了使转子轴转动所需的功的量。使部分组件转动所需的功的量与转子叶片的长度和质量成正比。通常，所需功率不能由风力涡轮机的备用电源输送。例如，备用电源可具有峰值功率极限，即，负载或消耗装置(consumer)不能汲取超过最大值的电流。因此，为了提供必要的功率，通常将全尺寸转换器连接到大容量外部电源，诸如如上所述的柴油发电机。

6、使用全尺寸转换器以使毂转动的优点在于，不再需要外部旋转工具，从而实现了有利的成本节约。然而，这种方法仍然涉及在安装第一转子叶片之前将外部电源连接到风力涡轮机的全尺寸转换器以及在安装最后的转子叶片之后再次断开外部电源的耗时步骤。因此，这种方法的成本节约是有限的。

7、因此，本发明的目的是提供一种在转子叶片安装过程期间使用风力涡轮机的全尺寸转换器以使毂转动的改进方式。

8、该目的通过所要求保护的安装风力涡轮机转子叶片的方法和所要求保护的风力涡轮机来实现。

技术实现思路

1、本发明的方法描述了一种将风力涡轮机转子叶片安装到部分组装的空气动力转子上的方式。该部分组件可被假设为包括至少一个转子叶片，该转子叶片已经在机舱的前部处安装到毂。毂连接到通向发电机的转子轴。该方法可应用于部署了全尺寸转换器(fsc)的任何风力涡轮机。

2、当应用该方法时，部分组装的空气动力转子可被假设为处于起始位置，例如如下的起始位置，其中先前安装的转子叶片处于水平位置，例如“三点钟”位置，并且部分组件必须转动通过120°，使得下一个转子叶片可被水平地提升就位以便安装在“三点钟”位置。

3、在下文中，在不以任何方式限制本发明的情况下，部分组装的空气动力转子可以被假设为处于起始位置，在该起始位置，先前安装的转子叶片竖直向下指向(处于“六点钟”位置)。每个转子叶片将被假设为如上所述沿竖直方向被提升就位。

4、根据本发明，该方法包括以下步骤：

5、a)使转子轴旋转，以使部分组装的空气动力转子从其起始位置转动通过初始弧；

6、bl)允许部分组件沿相反方向摆动通过“自由摆动”弧，即，允许重力作用于部分组件上，使得当部分组件的总质量寻求平衡位置时，其动量使其经过一弧；

7、b2)使转子轴(10r)旋转以使该“自由摆动”弧扩展一附加的“增强”弧；以及

8、c)重复步骤bl和b2，直到部分组件已经到达最终位置。在最常见的布置中，空气动力转子具有三个转子叶片，并且最终位置在相对于初始位置的120°的角位移处。

9、如在引言中所解释的，在转子叶片安装步骤之间使部分组装的空气动力转子转动通过120°的现有技术方法与大的峰值功率消耗相关联。本发明基于这样的认识，即，通过利用作用在部分组件上的重力，可以显著地降低峰值功率消耗。通过允许部分组件“摆动”通过一弧，然后使转子轴朝向该“自由摆动”弧的末端转动以使毂转动通过另一“增强”弧，部分组装的空气动力转子可来回摆动通过越来越大的弧，直到其到达可安装下一转子叶片所在的取向。

10、本发明方法的优点在于，需要较少的功率来组装空气动力转子。如果由例如柴油发电机的外部电源供电，本发明的方法降低了所需的容量并且更经济地利用燃料。本发明的方法还可以消除对外部电源的需要，如将在下面解释的。

11、可以应用该方法的风力涡轮机可以是在其发电机和收集系统之间部署了全尺寸转换器的任何风力涡轮机。风力涡轮机设计可以基于同步发电机、异步发电机、永磁发电机等。如本领域技术人员所公知的，全尺寸转换器包括被构造成将ac电功率转换为dc电功率的发电机侧转换器以及被构造成将dc电功率转换为特定频率(例如，50hz)的ac电功率的线路侧转换器。fsc提供电压调节能力，并且将发电机从收集器系统或电网有效地脱开。

12、本发明的风力涡轮机还包括控制器，该控制器被构造成控制全尺寸转换器以在转子叶片安装过程期间执行该方法的步骤。

13、本发明的特别有利的实施例和特征由从属权利要求给出，如在以下描述中所揭示的。不同权利要求类别的特征可以适当地组合以给出本文未描述的其他实施例。

14、在下文中，在不以任何方式限制本发明的情况下，可以假设风力涡轮机是水平轴风力涡轮机，当组装完成时，其具有包括安装到毂的三个转子叶片的空气动力转子。在本发明方法的开始时，可以假设一个转子叶片已经连接到毂。第一转子叶片处于“六点钟”位置，即，指向下方。毂连接到转子轴，转子轴直接地或者经由齿轮箱间接地通向发电机。由于三个转子叶片围绕毂等距地布置，因此在执行本发明的方法以使毂转动以准备安装下一转子叶片之后，毂的最终位置在相对于其初始位置的120°的角位移处。

15、在本发明的优选实施例中，在转子叶片安装过程期间，转子轴的旋转通过全尺寸转换器的控制来实现。换句话说，本发明的方法在转子叶片安装过程期间不需要任何外部旋转工具以使毂转动。为了使转子轴转动，操作全尺寸转换器以将电流注入定子线圈，使得感生出缓慢旋转的磁场，这进而使转子轴旋转，并且因此也使部分组件旋转。

16、如上所述，提供外部电源以使毂转动的需要会显著增加组装空气动力转子的总成本。因此，在本发明的另一优选实施例中，风力涡轮机的备用电源用于在组装过程期间向全尺寸转换器提供功率。备用电源可以被假设为电池，优选地具有数百kwh的容量。

17、毂可以根据需要重复地来回摆动许多次，以便到达其最终位置。在本发明的优选实施例中，第一步骤包括控制fsc以使毂转动通过初始弧。优选地，该初始弧足够大，使得当“释放”时，部分组件将沿相反方向自由地摆动通过大约两倍于初始弧的弧。然而，部分组件的质量需要fsc的部件上的显著努力，即，需要显著量的功率以使转子轴和部分组件转动。因此，在本发明的优选实施例中，初始弧的大小是在考虑部分组件的质量和备用电源的功率限制的情况下选择的。例如，初始弧可以是大约30°。

18、当由fsc释放时，转子轴自由转动，并且部分组件的不平衡的质量导致毂的自由摆动运动。部分组件的动量使其经过竖直轴线(通过毂的中心)并通过到另一侧。最终，重力将开始减慢部分组件的旋转。在适当的点，例如正好在部分组件的加速度减小到零之前，fsc再次“介入(kick in)”以使转子轴沿该相同方向进一步转动，从而有效地增强部分组件的行程的弧。例如，附加弧或“增强弧”可以是大约10-20°。当然，如本领域技术人员将理解的，初始弧和增强弧的合适角度的计算可取决于各种因素，例如转子叶片质量、转子叶片长度、桨距角等。

19、在本发明的另一优选实施例中，风力涡轮机包括监测转子在整个自由摆动弧上的旋转速度的装置。为此，可以使用已经可用的监测装置，或者可以部署专用监测装置。旋转速度监测装置可检测部分组件何时到达“自由摆动”弧的末端，使得风力涡轮机控制器可识别最佳时间，在该最佳时间控制fsc以使转子轴沿相同方向进一步转动，从而增加部分组件的总行程。

20、部分组件的“来回”运动以逐渐增大的弧重复，直到毂到达其最终位置。对于每次反复，fsc起作用以使部分组件的行程的弧扩展。在本发明的特别优选的实施例中，初始弧和全部数量的增强弧的总和(在下文中称为“总功弧”)显著小于120°，表明使所述毂转动的功的相当多的部分是通过利用重力实现的。

21、可以事先确定将部分组件带到其最终位置所需的增强弧的数量(以及因此确定反复的次数)。在本发明的优选实施例中，该方法包括确定组件(“一个叶片”部分组件或“两个叶片”部分组件)的可用功率(例如备用电池的容量)和质量的在先步骤。利用该信息，可以确定合适的总功弧，从该总功弧可以确定初始弧和增强弧的长度。最后，可以编制fsc的适当控制序列。这样，操作者可以确定电源将足以用于组装过程。当电源是风力涡轮机的备用电池时，这是特别相关的。