用于组装风力涡轮机叶片壳体的系统

技术领域

本发明涉及一种用于组装风力涡轮机叶片壳体的系统。

背景技术

风能提供了一种清洁且环保的能源。风力涡轮机通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱以及一个或多个转子叶片。风力涡轮机叶片使用已知的翼型原理捕获风的动能。风力涡轮机叶片通常通过形成两个壳体半部并将其组装成完整的壳体来制造。

风力涡轮机叶片在尺寸方面不断增长，并且如今许多叶片在长度方面超过100米，尤其是离岸使用的叶片。随着长度的增加，叶片的宽度也增加。制造空间需求相应增加，不仅在长度向的方向上，而且在竖直方向上。诸如转动叶片壳体半部的任务，随着叶片尺寸的增加，所需的空间也越来越多。目前，这些方法通常需要20米甚至更多的间隙。

因此，以比目前方法和系统允许的空间占用更少的空间来制造叶片是可取的。

本发明的一个目的是以一种方式提供风力涡轮机叶片，这种方式对于给定的叶片宽度比目前的方法需要更少的竖直间隙。还有一个目的是减少从在模具中铺设纤维材料到两个风力涡轮机叶片壳体半部已组合成壳体时的步骤的数量。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种用于组装风力涡轮机叶片壳体的系统。该系统包括：

-第一支撑结构，其包括固定部分和可移动部分，可移动部分适于支撑第一风力涡轮机叶片壳体半部，

-第二支撑结构，其适于支撑第二风力涡轮机叶片壳体半部，

-移动装置，其附接到可移动部分，并配置为在以下位置之间移动可移动部分：

i.第一位置，其中可移动部分位于固定结构上方，

ii.第二位置，其中可移动部分位于第二支撑结构上方，其中当可移动部分处于第二位置时，第一风力涡轮机叶片壳体半部，当由可移动部分支撑时，和第二风力涡轮机叶片壳体半部，当由第二支撑结构支撑时，被组装，从而形成风力涡轮机叶片壳体。

本发明提供了一种支撑结构，其被分为至少两个部分以用于支撑第一风力涡轮机叶片壳体半部。当要组装两个壳体半部以形成完整的叶片壳体时，仅移动顶部部分，可移动部分。通过将第一支撑结构分为可移动部分和固定部分，显著减少了组装两个壳体半部时要移动的质量。在目前的系统中，支撑壳体半部中的一个的整个支撑结构被移动。这需要额外的动力和设备。用于旋转叶片壳体的移动装置(诸如转动铰链)价格昂贵，并且减少的要移动的质量可能减少所需的转动铰链的数量，这节省成本。此外，对于超过100米的叶片长度，支撑结构的高度容易地是10米或甚至更高，这意味着在现有技术的系统中，当支撑结构(诸如通过枢转)被移动时，被移动的支撑结构可达到超过20米的高度。使用本发明，所需的高度基本上大约是模具宽度的两倍，对于大型叶片来说大致是4-7米。此外，也减少了对应于固定部分的尺寸的重量，固定部分在壳体半部的组装期间保持固定，而可移动部分被移动。取决于叶片的尺寸和形状，支撑结构的部件下方可有多至5米的间隙，在一下情况下更多。该空间可被用作例如用于存储。

在一些实施例中，可移动部分包括具有用于制造第一风力涡轮机叶片壳体半部的第一模具铺设表面的第一模具。在这样的实施例情况下，使用系统制造第一风力涡轮机叶片壳体半部是可能的。在一些现有技术系统中，壳体半部在中间步骤中被组合成壳体，其中他们从模具被移动到用于组装壳体半部的系统中的支撑件上。替代地，通过在组装系统中模制第一壳体半部，不需要在制造后移动该壳体半部以组装壳体半部。这节省了中间支撑件以及与将壳体半部从模具移动到中间支撑件相关联的工作。

在一些实施例中，可移动部分包括具有用于制造第一风力涡轮机叶片壳体半部的第一模具铺设表面的第一模具，并且此外，第二支撑结构包括具有用于制造第二风力涡轮机叶片壳体半部的第二模具铺设表面的第二模具。这节省了将壳体半部从模具移动到单独组装系统的整个中间步骤。因此，不需要单独的组装系统。

在一些实施例中，系统包括工作平台，其允许人员向第一模具的第一铺设表面添加材料，诸如纤维材料。

在一些实施例中，第一支撑结构的固定部分包括支撑工作平台的保持装置。工作平台帮助人员铺设必要的部件，和布置以用于树脂的灌注。

即使目前的系统中提供有平台以用于组装壳体半部，但在可以组装壳体半部之前，必须将平台移开，因为用于壳体半部中的一个的整个支撑件被移动，其会与工作平台发生干涉。在本发明的一些实施例中，系统(包括可移动部分、固定部分和工作平台)配置如下，使得在移动装置将可移动部分从第一位置移动到第二位置以便组装壳体半部时工作平台不与可移动部分发生干涉。换句话说，固定部分、可移动部分和工作平台设计和布置成使得可移动部分可以在不与工作平台发生干涉的情况下移动。这消除了为了能够组合壳体半部而将工作平台移开的需要。将第一支撑结构分成两部分使这成为可能。

在一些实施例中，移动装置包括布置在第一支撑结构和第二支撑结构之间的枢转装置，该枢转装置配置为使可移动部分围绕至少第一轴线枢转。此外，第一支撑结构和第二支撑结构的布置成使得，将可移动部分围绕至少第一轴线从第一位置枢转达预定量，组装第一风力涡轮机叶片壳体半部和第二风力涡轮机叶片壳体半部，由此形成风力涡轮机叶片壳体。

在一些实施例中，移动装置包括布置在第一支撑结构和第二支撑结构之间的枢转装置，并且配置为使可移动部分围绕至少第一轴线枢转。第一支撑结构和第二支撑结构布置成使得，在将可移动部分从第一位置枢转达预定量后，可移动部分位于第二支撑结构上方的第三位置，并且一个或多个调整装置配置成使第一风力涡轮机叶片壳体半部与第二风力涡轮机叶片壳体半部组装。例如，其可使可移动部分通过实质上的竖直向下移动从第三位置移动到第二位置。备选地，调整装置可仅支撑叶片并提供第一壳体半部的向下移动，而第一支撑结构的可移动部分保持在第二支撑结构上方的位置。这种调整装置可允许在最终组装壳体半部时的更好的控制。在一些实施例中，调整装置包括多个可单独移动的调整装置。这允许在组装壳体半部的最后阶段的甚至更精细的控制。在一些实施例中，移动装置包括允许可移动部分的向下移动的调整装置。

在一些实施例中，固定部分适于在其第一位置支撑可移动部分。因此，当第一壳体半部由可移动部分在可移动部分的第一位置支撑在固定部分上方，不需要主动地(例如使用移动装置)保持可移动部分在原位。替代地，或者除此之外，它可靠在固定部分上。这增加了人员安全性。

在一些实施例中，系统还包括在将可移动部分从第一位置移动到第二位置时用于将第一风力涡轮机叶片壳体半部固连到可移动部分的固连装置。尽管壳体半部可能已经被可移动部分牢固地保持，但额外的固连进一步减少了第一壳体半部无意中离开可移动部分的风险。这增加了人员安全性。即使在移动第一壳体半部之前通过从系统附近撤离人员采取了预防措施，失去壳体半部很可能导致对壳体半部和/或支撑件和/或移动装置以及可能地对其他财产的损坏。固连装置减少了这种情况发生的风险。

本发明的第二方面提供了一种用于组装风力涡轮机叶片壳体的方法。该方法包括：

-提供第一支撑结构和第二支撑结构，第一支撑结构包括固定部分和可移动部分，可移动部分适于支撑第一风力涡轮机壳体半部，第二支撑结构适于支撑第二风力涡轮机叶片壳体半部，可移动部分附接到移动装置，移动装置配置为在以下位置之间移动可移动部分：

i.第一位置，其中可移动部分位于固定结构上方，

ii.第二位置，其中可移动部分位于第二支撑结构上方，其中当可移动部分处于第二位置时，第一风力涡轮机叶片壳体半部，当由可移动部分支撑时，和第二风力涡轮机叶片壳体半部，当由第二支撑结构支撑时，被组装，从而形成风力涡轮机叶片壳体，从第一位置移动到第二位置包括至少围绕至少第一轴线枢转可移动部分，

-在可移动部分上提供第一风力涡轮机壳体半部，并在第二支撑结构上提供第二风力涡轮机壳体半部，

-使用移动装置将可移动部分从第一位置移动到第二位置，由此第一风力涡轮机叶片壳体半部和第二风力涡轮机叶片壳体半部被组装，从而形成风力涡轮机叶片壳体。

方法提供了关于本发明的第一方面的优点。

在方法的一些实施例中，可移动部分包括用于制造第一风力涡轮机叶片壳体半部的第一模具，并且在可移动部分上提供第一风力涡轮机叶片壳体半部的步骤包括：

-在第一模具的铺设表面上提供风力涡轮机叶片铺设件，包括纤维材料，

-将树脂灌注到纤维材料中，

-固化树脂。

这允许第一壳体半部直接在系统中制造，消除了用于制造第一风力涡轮机叶片壳体半部的单独模具站的需要。

在一些实施例中，第二支撑结构包括用于制造第二风力涡轮机叶片壳体半部的第二模具，并且在第二支撑结构上提供第二风力涡轮机叶片壳体半部的步骤包括：

-在第二模具的铺设表面上提供风力涡轮机叶片铺设件，包括纤维材料，

-将树脂灌注到纤维材料中，

-固化树脂。

当两个壳体半部都在原位制造时，就完全不需要移动壳体半部以便组装它们。因此，消除了对中间组装系统的需要。相同的系统可以用于制造壳体半部以及组装它们。

在一些实施例中，该方法是在工作平台布置在附近的情况下进行的，工作平台以这样的方式布置，使得：

i.人员可以向第一模具的铺设表面添加材料，和

ii.在可移动部分由移动装置从第一位置移动到第二位置时，工作平台不与可移动部分发生干涉。

如关于本发明的第一方面描述的，这消除了为了能够组装壳体半部而将工作平台从第一支撑结构移开的步骤。

附图说明

下面参考附图中示出的实施例详细解释了本发明。

图1是风力涡轮机的示意图。

图2是风力涡轮机叶片的示意图。

图3A图示了用于组装风力涡轮机叶片壳体的根据本发明的实施例的系统。

图3B图示了来自图3A中图示的系统的细节。

图3C从不同的视角图示了图3A中图示的系统。

图4A-4F图示了用于组装风力涡轮机叶片壳体的方法。

图5A图示了在半封闭配置中的图3A中的系统。

图5B图示了来自图5A中图示的系统的细节。

图6A图示了在封闭配置中的图3A中的系统。

图6B图示了来自图6A中图示的系统的细节。

具体实施方式

下面参考附图描述发明的选定实施例。示例不应被解释为限制由权利要求书定义的保护范围。附图不一定按比例绘制，并且尺寸和比例不应被解释为限制性的，除非另有说明。

图1图示了根据所谓的“丹麦概念”的常规现代风力涡轮机2，其具有塔架4、机舱6以及带有大致水平的转子轴的转子。转子包括毂8和三个叶片10，叶片从毂8径向延伸，每个叶片具有最靠近毂的叶片根部16和最远离毂8的叶片末梢14。

图2示出了风力涡轮机叶片10的示意图。风力涡轮机叶片10具有常规风力涡轮机叶片的形状，并且包括最靠近毂的根部区域30、最远离毂的廓形区域或翼型区域34，以及根部区域30和翼型区域34之间的过渡区域32。叶片10包括一个面向叶片10旋转方向的前缘18，以及一个面向前缘18相反方向的后缘20。叶片10的最外点是叶末梢15。叶片10包括一个压力侧壳体半部36和一个吸力侧壳体半部38。它们共同形成风力涡轮机叶片10的壳体。

翼型区域34(也称为廓形区域)具有关于生成升力的理想的或几乎理想的叶片形状，而根部区域30由于结构考虑，具有基本上圆形或椭圆形的横截面，这例如使得将叶片10安装到毂较容易和较安全。根部区域30的直径(或弦)可以例如在整个根部区域30上是恒定的。过渡区域32具有从根部区域30的圆形或椭圆形形状逐渐变化到翼型区域34的翼型轮廓的过渡轮廓。过渡区域32的弦长度通常随着距毂的距离r的增加而增加。翼型区域34具有翼型轮廓，其具有在叶片10的前缘18和后缘20之间延伸的弦。弦的宽度随着距毂的距离r的增加而减小。

叶片10的肩部40定义为叶片10具有其最大弦长度的位置。肩部40通常位于过渡区域32和翼型区域34之间的边界处。图2还图示了叶片的纵向延伸范围L。

图3A图示了根据本发明的第一方面的实施例的系统300。该系统包括第一支撑结构，第一支撑结构包括固定部分301，在这个示例中，固定部分类似于脚手架，包括诸如标准件、轨道、横杆和支撑杆等元件。固定部分的详细结构不是必要的。系统还包括可移动部分，该可移动部分布置于固定部分301的上方并在固定部分301上。在这个示例中，可移动部分包括第一模具391，其用于铺设压力侧叶片壳体半部以用于制造压力侧叶片壳体半部的或用于支撑预先制造的压力侧叶片壳体半部。在下文中第一模具及其模具表面两者将都使用参考编号391来引用。在本示例中，第一模具391允许将树脂灌注到布置在第一模具表面391上的纤维材料中。

第一模具包括一个模具凸缘361，该凸缘可以在第一模具391处执行的树脂灌注制造过程期间支撑纤维材料。树脂灌注需要提供树脂、真空袋和排气装置。这是本领域已知的，将不作进一步详细描述。模具凸缘361可以例如使用夹持装置，被用来进一步将压力侧壳体半部固连到可移动部分。

作为可移动部分的一部分，在这个示例中，第一模具391由类似于脚手架的结构362(包括支撑元件，诸如标准件、轨道、横杆和支撑杆)支撑。

系统进一步包括第二支撑结构302，第二支撑结构302包括具有第二模具表面的第二模具392，其用于铺设吸力侧叶片壳体半部以用于制造吸力侧叶片壳体半部或用于支撑预先制造的吸力侧叶片壳体半部。第二模具和第二模具表面两者将都使用参考编号392。

与第一模具391类似，第二模具392配置成允许随后的树脂灌注以便制造纤维增强叶片壳体半部。

可移动部分可以替代地适于吸力侧壳体半部，并且第二支撑结构适于压力侧壳体半部。在本示例中，可移动部分用于支撑压力侧壳体半部。

在图3A中，由391和392指示的壳体半部形状的“表面”也可以代表风力涡轮机叶片壳体半部321和322，它们已经在表面391和392上制造，或者在单独的制造站点处制造并移动到表面。因此，图3A指示了用于壳体半部的参考编号321和322，以及用于相应模具的表面的参考编号391和392。参考编号391和392也用于相应的模具，如上文所描述的。

叶片壳体半部的铺设需要人员能够进入叶片模具，并且由于叶片的大尺寸，其中许多在长度方面超过100米，需要工作平台，如上文同样所描述的。在本示例中，如图3A图示的，系统包括工作平台，包括例如走道343和护栏341，从而允许人员在模具处工作。工作平台还布置成围绕吸力侧模具，如图3A中示出和由护栏342指示的。

图3B更详细地图示了部分350，示出可移动部分横杆362和模具凸缘361。模具391和支撑结构362是可移动部分的一部分，可移动部分可在第一位置和第二位置之间移动。图3A图示了处于第一位置的可移动部分，其中它由固定部分301支撑。

可移动部分可以可释放地附接到固定部分以提高安全性。

系统还包括移动装置309，其附接到可移动部分以将可移动部分从第一位置移动到第二位置。当可移动部分处于第二位置时，压力侧壳体半部和吸力侧壳体半部处于组装状态。

图3C从不同的视角图示了系统300。移动装置309清晰可见。它们可包括可以帮助转动可移动部分的转动铰链。此外，图3C还图示了连接梁363，其为第一支撑结构的可移动部分的一部分。连接梁连接到移动装置309，并允许移动装置309将可移动部分从第一位置枢转到第二位置。图6A-6B中示出可移动部分的第二位置，其中壳体半部被组装，其下面更详细地描述。

如上所述，该系统具有在不需移动叶片壳体半部的情况下风力涡轮机叶片壳体半部可以被制造和组装成壳体的优点。此外，通过使用由易于彼此分离的可移动部分和固定部分制成的第一支撑结构，移动装置309上的负载显著减少。此外，通过一些修改，固定部分可以相对容易地重复用于其他模具，只要包含模具的可移动部分可以固连到固定部分301上。

图4A-4F示意地图示了制造风力涡轮机叶片壳体10的过程，参考图3C中指示的截面A-A。

图4A示意地图示了图3C中指示的截面A-A中的系统300。如上所述，系统包括固定部分301，固定部分支撑可移动部分，可移动部分包括例如支撑结构362、模具凸缘361和连接梁363。连接梁363连接到移动装置309。移动装置309允许可移动部分枢转到第二支撑结构302上方的位置。

可移动部分具有模具表面391以用于铺设叶片叠层。

图4A还图示了第二支撑结构。它具有模具表面392，其用于铺设纤维材料和其他材料以用于制造吸力侧风力涡轮机叶片壳体半部。

图4B图示了在模具表面391上通过铺设纤维材料和其他材料并用树脂灌注这些材料(例如通过真空辅助树脂转移模制工艺)制造的压力侧叶片壳体半部321。相应的吸力侧壳体半部322已在模具表面392上制造。可移动部分处于第一位置。

图4C图示了移动装置309将带有压力侧壳体半部321的可移动部分从固定部分301枢转开来，朝向吸力侧壳体半部322。由于将第一支撑结构分为可移动部分和固定部分，在组装压力侧壳体半部321和吸力侧壳体半部322时要移动的质量显著减少，如上文所描述并在图4C中图示的，这清楚地示出了固定部分310在壳体的组装期间保持原位。

图4D图示了处于第三位置的带有压力侧壳体半部321的可移动部分，该第三位置为位于吸力侧壳体半部322上方，几乎与吸力侧壳体半部322组装。从那里，如图4E中图示的，移动装置309提供可移动部分的基本上竖直移动到第二位置，在该第二位置，压力侧壳体半部321和吸力侧壳体半部322处于组装状态，从而形成完整的叶片壳体410。

图4F图示了已移回第一位置的第一支撑结构的可移动部分，位于固定部分301上方。叶片壳体410可以从第二支撑结构302中移除，并且系统300准备好用于经由图4A-4E中图示的步骤制造另一风力涡轮机叶片壳体410。

图5A图示了图4C中图示的状态中的系统300的透视图。如上所述，固定部分301保持原位，而包括结构362和连接梁363的可移动部分被移动。在图5A中，可移动部分支撑压力侧壳体半部321，压力侧壳体半部321位于图4A中示出的第一位置和图4E中示出的第二位置之间的位置，在第二位置中压力侧壳体半部和吸力侧壳体半部被组装并形成完整的叶片壳体。

图5A进一步图示了本发明的另一优点。叶片壳体半部的铺设需要人员能够进入叶片模具，并且由于叶片的大尺寸，其中许多在长度方面超过100米，需要工作平台，如上文同样所描述的。如图5A看到的，包含压力侧壳体半部321的可移动部分可以在工作平台(包括例如走道343和护栏341)保持原位时枢转。在目前的系统中，工作平台必须移出以允许整个支撑结构被移动以组装压力侧壳体半部和吸力侧壳体半部。通过能够让工作平台保持原位，节省了时间，从而允许更高的吞吐量。

图5B图示了图5A中示出的配置中的系统300的细节。图5B更详细地图示了支撑结构标准件362和连接梁363。图5B还图示了用于将压力侧壳体半部安装到风力涡轮机毂上的压力侧壳体半部根部板555，尽管最终是作为组装叶片的一部分。图5B进一步图示了护栏341、工作平台343和支撑结构301保持原位，而压力侧壳体半部321被移动。

图5B还图示了根据本发明的实施例的在固定部分301上的保持装置515，诸如铰链。保持装置将工作平台343在固定部分301上保持原位，例如使用将走道343固连到固定部分301的图示的横杆516。如从图5B中可以看到的，铰链515、横杆516和走道343布置成使得可移动部分可以在不与工作平台发生干涉的情况下移动，如上文所描述的。如上文所描述的，在目前的系统中，在第一支撑结构没有分成两部分的情况下，工作平台必须在枢转压力侧壳体半部之前移除，这需要额外的时间。因此，与现有系统相比，该实施例可以导致减少周转时间。

图5B进一步图示了多个调整引导件525中的一个，其配置成用于将压力侧壳体半部321从图4D中图示的位置引导到图4E中图示的组装位置，从而导致第一和第二风力涡轮机叶片壳体半部的最终组装，从而形成风力涡轮机叶片壳体。调整引导件525(诸如液压千斤顶)提供包括压力侧壳体半部的可移动部分的主要是竖直的位移，但在一些实施例中也提供可移动部分的横向移动。

图6A是系统300在封闭状态下的透视图，在该状态下，压力侧壳体半部321已与吸力侧壳体半部322组装，形成完整的叶片壳体。在组装壳体半部之前，如众所周知在由两个壳体半部形成叶片壳体时，沿着壳体半部的后缘和前缘添加粘合剂(未示出)。在图6A中，还指示了第一支撑结构的固定部分301、支撑结构362和连接梁363。如所看到的，第一支撑结构的固定部分保持原位，而可移动部分正在移动，这在通过枢转压力侧壳体半部321(或吸力侧壳体半部，如在如果系统配置为将吸力侧支撑作为可移动部分的一部分的情况下)组装叶片壳体时减少了要移动的重量。如上文同样描述的和图6A中示出的，工作平台可以保持原位，而在当前系统中，在压力侧壳体半部能移动之前工作平台必须移开，这是耗时的。

图6B更详细地图示了图6A中视图的部分，示出组装的压力侧壳体半部321和吸力侧壳体半部322、固定部分301、支撑结构标准件和横杆362、连接梁363，以及保持原位的工作平台的走道343，因为第一支撑结构的划分允许这样，如上文所描述的。

参考编号列表

2:风力涡轮机

4:塔架

6:机舱

8:毂

10:叶片

14:叶片末梢

15:末梢端部

16:叶片根部

18:前缘

20:后缘

30:根部区域

32:过渡区域

34:翼型区域

36:压力侧壳体半部

38:吸力侧壳体半部

40:叶片肩部

300:叶片壳体提供系统

301:第一支撑结构标准件、支撑杆

302:第二支撑结构

309:移动装置、转动铰链

321:压力侧叶片壳体半部

322:吸力侧叶片壳体半部

341:护栏

342:护栏

343:压力侧叶片壳体半部工作平台走道

350:第一支撑结构固定部分和可移动部分的细节

361:模具凸缘

362:可移动部分结构

363:连接梁

391:第一模具表面

392:第二模具表面

410:叶片壳体

515:工作平台铰链

516:工作平台紧固件

525:调整装置

555:压力侧根部板

L:叶片的纵向延伸范围