叶片吊装设备

技术领域

本发明涉及风力发电领域，特别涉及一种用于竖直姿态叶片安装的吊装设备。

背景技术

国内海上风力发电机组的叶轮直径逐渐增大，目前最大的叶轮直径达到184米。针对如此大的叶轮直径，传统的三叶式吊装已无法进行，一是受市场安装船型的限制，市场上的安装船甲板空间已无法满足如此大的叶轮拼装工作，同时大叶轮直径带来的轮毂中心高度也比较高，安装船的吊高也无法满足；二是叶轮吊装受风速的限制更为苛刻，大叶轮吊装的平均风速不能够超过6m/s，对于海上环境来说，作业窗口更小，影响了整个项目的施工周期。故从目前的海上风力发电机组的发展趋势来看，单叶片吊装将是海上大型风力发电机组的叶片吊装的主流方式。

目前存在的单叶片吊装方式主要为叶片在水平姿态下的安装和叶片在竖直姿态下的安装。无论是叶片在水平姿态下的安装和叶片在竖直姿态下的安装，都存在吊具的主体结构尺寸大，吊具运输、存储、倒运困难且耗资大的问题。吊具夹持叶片的要求也比较苛刻，吊具在夹持叶片时需要留有较大的夹持空间，且叶片不能轻微晃动，所以要进行二次倒运，将叶片从运输船倒运到安装船进行吊具夹持叶片工作。同时吊具的通用性较差，一种单叶片吊具只能夹持吊装一种叶片，吊具的可利用率比较低。

同时，市场上的单叶片吊装基本上都是采用水平单叶片吊装的方式，即叶片在空中水平与变桨轴承对接，这就需要配备相应的盘车工装，即当在空中水平安装叶片时，需要提前通过盘车工装将轮毂内的变桨轴承盘到水平状态下，而盘车盘叶轮的时间较长，通常将一个变桨轴承盘到水平姿态下需要两个多小时，使得机组安装效率低、安装耗时长，同时盘车工装的设计开发，增加了一些机组安装的附加工艺。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种对于不同叶片具有较好的通用性，同时可调节的斜插角度范围较大的斜插式单叶片吊具。

根据本发明的一方面，提供一种叶片吊装设备，所述叶片吊装设备可包括：吊梁；吊具框架，设置在所述吊梁的下方，并以能够相对于所述吊梁旋转的方式与所述吊梁连接；夹持机构，安装在所述吊具框架的下部，用于夹持叶片；叶片倾角调节装置，连接在所述吊梁和所述吊具框架之间，用于驱动所述吊具框架相对于所述吊梁旋转，其中，所述叶片倾角调节装置包括：齿轮箱，与所述吊梁固定地结合；齿轮组，设置在所述齿轮箱中，所述齿轮组的输出轴固定连接到所述吊具框架。

所述齿轮组可包括：主动齿轮，安装在所述齿轮箱中；从动齿轮，与所述主动齿轮啮合，所述输出轴的一端与所述从动齿轮固定连接，所述输出轴的另一端与所述吊具框架固定连接。

所述吊梁可包括横梁和从所述横梁的一端向下延伸的竖梁，所述齿轮箱固定地结合到所述竖梁上。

所述吊具框架的上表面可设置有凸块，所述输出轴可固定地安装到所述凸块上，其中，所述竖梁中设置有水平通孔，所述输出轴穿过所述水平通孔连接到所述吊具框架，所述输出轴通过轴承结合在所述水平通孔中。

在所述叶片倾角调节装置能够驱动所述吊具框架相对于所述吊梁在-60°～+60°的范围内枢转。

所述夹持机构可包括在所述吊具框架的长度方向上间隔布置的至少两组夹持单元，每组夹持单元可包括在所述吊具框架的宽度方向上彼此面对的第一夹持臂和第二夹持臂，所述第一夹持臂和所述第二夹持臂的上端可分别可移动地连接到所述吊具框架上，所述叶片吊装设备还可包括夹持臂间距调节单元，用于驱动所述第一夹持臂的上端和/或所述第二夹持臂的上端沿着所述吊具框架的宽度方向移动，以调节所述第一夹持臂和所述第二夹持臂之间的距离。

所述夹持臂间距调节单元可包括沿着所述吊具框架的宽度方向设置在吊具框架上的齿条、连接到所述第一夹持臂的上端的第一滚动齿轮)和连接到所述第二夹持臂的上端的第二滚动齿轮，所述第一滚动齿轮和所述第二滚动齿轮能够在所述齿条上滚动。

所述夹持臂间距调节单元可包括：轨道槽，沿着所述吊具框架的宽度方向设置在所述吊具框架上；第一滑块，设置在所述第一夹持臂的上端，并能够在所述轨道槽中滑动；第二滑块，设置在所述第二夹持臂的上端，并能够在所述轨道槽中滑动；第一滑块驱动单元，驱动所述第一滑块在所述轨道槽中移动；第二滑块驱动单元，驱动所述第二滑块在所述轨道槽中移动。

每个所述夹持臂可包括：连接杆，所述连接杆的上端可移动地连接到所述吊具框架；弧形转臂，所述弧形转臂的上端可枢转地连接到所述连接杆的下端；夹板，安装到所述弧形转臂的下端，其中，每组夹持单元中的两个夹板彼此面对并形成用于夹持叶片的夹持空间。

每个所述夹板的内表面上可设置有多个夹持片，每个所述夹持片与所述夹板之间通过可液压伸缩杆连接，并且每个所述夹持片可通过万向节连接到所述液压伸缩杆的端部，其中，所述夹板中的每个呈C字型，并且所述多个夹持片沿所述夹板的内表面以C字型布置。

根据本发明的叶片吊装设备整体尺寸小，拆装方便，吊具运输、存储和倒运方便，耗资小。

此外，根据本发明的叶片吊装设备夹持叶片的前缘和后缘，因此对叶片的夹持要求简单，允许叶片有轻微晃动，可直接从运输船上夹持叶片。

在使用根据本发明的叶片吊装设备时，无需特殊的盘车工装，只要通过吊机上升和下降夹持叶片的吊装设备，将叶轮旋转至吊装设备的倾斜角度可调节范围-60°～+60°内即可，叶片安装耗时少、效率高、没有其他的附加工艺。

本发明的叶片吊装设备对于不同型号的叶片具有一定的通用性，减少了工装开发成本。此外，该叶片吊装设备在夹持和释放叶片时有较大的夹持和释放空间，避免了吊装设备的钢结构部位与叶片磕碰的风险。

附图说明

图1示出了根据实施例的叶片吊装设备的示意性立体图。

图2示出了根据实施例的叶片吊装设备的另一角度的示意性立体图，

图3示出了根据实施例的叶片吊装设备在夹持叶片时的示意性立体图。

附图标记说明：

1、吊耳；2、横梁；3、竖梁；4、第一销轴；5、齿轮箱；6、输出轴；7、吊具框架；8、发电机；9、主控柜；10、齿条；11、连接板；13、连接杆；14、第二销轴；15、弧形转臂；16、夹板；17、夹持片；18、液压伸缩杆；19、驱动器；20、第一滚动齿轮；21、凸块；22、从动齿轮；23、电机；24、主动齿轮；25、支撑杆；30、第二滚动齿轮；100、叶片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例做具体描述。

参照图1和图2，根据本发明的实施例的叶片吊装设备可包括：吊梁；吊具框架7，设置在吊梁的下方，并以能够相对于吊梁枢转的方式与吊梁连接；夹持机构，安装在吊具框架7的下方，用于夹持叶片；叶片倾角调节装置，连接在吊梁和吊具框架7之间，以驱动吊具框架7相对于吊梁枢转。

叶片倾角调节装置可包括：齿轮箱5，与吊梁固定地结合；齿轮组，设置在齿轮箱5中，齿轮组的输出轴6的一端从齿轮箱5中伸出，并固定地结合到吊具框架7，从而吊具框架7能够相对于吊梁旋转。通过使齿轮组的输出轴6结合到吊具框架7，将齿轮组的驱动力传递到吊具框架7，利用输出轴6带着吊具框架7相对于吊梁旋转一定角度，相应地，通过夹持机构夹持的叶片也能够相对于水平方向旋转一定角度，从而调整叶片的水平安装角度。

其中，齿轮组可包括：主动齿轮24，安装在齿轮箱5中；从动齿轮22，与主动齿轮24啮合，并安装齿轮箱5中。另外，齿轮组的输出轴6的一端固定连接到从动齿轮24，另一端延伸至齿轮箱5的外侧并进一步延伸，以结合到吊具框架。其中，输出轴6沿吊具框架7的宽度方向延伸，并且优选地位于吊具框架7在长度方向上的中部。然而，输出轴6与吊具框架7的连接位置不限于此，只要能够驱动吊具框架7实现叶片倾斜角调节的任何位置都是允许的。

作为示例，吊具框架7整体呈矩形形状，吊具框架7的长度方向即为矩形的长边所沿的方向，其宽度方向即为矩形的短边所沿的方向。

另外，齿轮箱5中还安装有向主动齿轮24提供动力的电机23。当需要调整叶片的倾斜角度时，电机23驱动主动齿轮24旋转，从而带动从动齿轮22和输出轴6旋转，输出轴6的旋转带动吊具框架7旋转预定的角度。

然而，齿轮组不限于包括上述两个齿轮，必要时，主动齿轮24和从动齿轮22之间还可设置一个更多个传动齿轮。

另外，吊梁可包括横梁2和和从横梁的一端向下延伸的竖梁3。齿轮箱5固定地结合到竖梁3上，例如，齿轮箱5可通过连接板11固定地结合到竖梁3的侧表面。另外，竖梁30中可设置有水平通孔，输出轴6通过穿过水平通孔连接到吊具框架7。在这种情况下，为了避免输出轴在转动时受竖梁3的限制，可在竖梁3的通孔30中设置轴承(未示出)，输出轴6安装在通孔中的轴承上。

然而，输出轴6不是必须要穿过竖梁3。例如，齿轮箱5可固定地结合在竖梁3的下方，在这种情况下，输出轴6可在不穿过竖梁3的情况下直接结合到吊具框架7。

此外，为了便于使输出轴6安装到吊具框架7，吊具框架7在其长度方向上的中央处可包括从其上表面向上突出地设置的凸块21，输出轴6固定地安装到凸块21中，以优化整个叶片吊装设备的结构，加强系统结构的稳定性。然而，输出轴6也可直接安装到吊具框架7的在其宽度方向上的侧表面中，即，输出轴6从吊具框架7的该侧表面延伸到吊具框架7的内部。

根据本发明的叶片倾角调节装置能够驱动吊具框架7相对于吊梁在-60架～+60°的范围内枢转。

根据本发明的实施例，横梁2和竖梁3可通过第一销轴4连接，在使用叶片吊装设备时，横梁2和竖梁3可以呈90度的角度(如图1至图3中所示)。然而，在不使用叶片吊装设备时，可以将吊梁和叶片倾角调节装置5一起从吊具框架7上拆卸下来，将横梁2和竖梁3对折后存放，从而减少了叶片吊装设备在运输或存储环节所占用的空间。

根据本发明的实施例的夹持机构可包括在吊具框架7的长度方向上间隔布置的至少两组夹持单元，每组夹持单元包括在吊具框架7的宽度方向上彼此面对的第一夹持臂和第二夹持臂，第一夹持臂和第二夹持臂的上端分别可移动地连接到吊具框架7上。

为了使第一夹持臂和第二夹持臂的上端相对于吊具框架7可移动，叶片吊装设备还可包括夹持臂间距调节单元，在使用根据本发明的叶片吊装设备夹持叶片时，可通过驱动第一夹持臂的上端和/或第二夹持臂的上端沿着吊具框架的宽度方向移动，调节第一夹持臂的上端和第二夹持臂的上端之间的距离。

夹持臂间距调节单元可包括沿着吊具框架7的宽度方向设置在吊具框架7上的齿条10、连接到第一夹持臂的上端的第一滚动齿轮20和连接到第二夹持臂的上端的第二滚动齿轮30，第一滚动齿轮20和第二滚动齿轮30能够在齿条10上滚动。

第一夹持臂的上端连接到第一滚动齿轮20的轴的一端，第一滚动齿轮20的轴的另一端设置有驱动第一滚动齿轮20转动的电机。与之相同，第二夹持臂的上端连接到第二滚动齿轮30的轴的一端，第二滚动齿轮30的轴的另一端设置有驱动第二滚动齿轮30转动的电机。

然而，夹持臂间距调节单元的结构不限于附图中所示出的实施例。例如，夹持臂间距调节单元可包括：轨道槽，沿着吊具框架7的宽度方向设置在吊具框架7上；第一滑块，设置在第一夹持臂的上端；第一滑块驱动单元，驱动第一滑块在轨道槽中移动；第二滑块，设置在第二夹持臂的上端；第二滑块驱动单元，驱动第二滑块在轨道槽中移动。第一滑块驱动单元和第二滑块驱动单元可分别通过液压缸实现，通过第一滑块驱动单元和第二滑块驱动单元分别单独或同时驱动第一滑块和第二滑块，可调节第一夹持臂与第二夹持臂之间的间距。夹持臂间距调节单元的结构不限于此，其可以通过任何能够实现上述驱动的驱动结构实现。

下面描述第一夹持臂和第二夹持臂的具体结构。

如图1至图3中所示，第一夹持臂和第二夹持臂中的每个夹持臂包括：连接杆13，连接杆13的上端可移动地连接到吊具框架7；弧形转臂15，弧形转臂15的上端可枢转地连接到连接杆13的下端；夹板16，安装到弧形转臂15的下端。每组夹持单元中的两个夹板16彼此面对并形成用于夹持叶片的夹持空间。

每个夹板16的内表面(即，每组夹持单元中的夹板16的彼此面对的表面)上可设置有多个夹持片17，每个夹持片17与夹板16之间通过液压伸缩杆1)连接，并且每个夹持片17通过万向节(未示出)连接到液压伸缩杆18的端部，从而在夹持叶片时每个夹持片17可根据叶片100的形状贴合叶片100的表面。

此外，每个夹板16可整体呈C字型，进而多个夹持片17也可沿夹板16的内表面以C字型布置。其中，每个夹板16的内表面上可布置4个夹持片17，但夹持片17的数量不限于此，也可设置更多且数量为双数的夹持片17。

另外，弧形转臂15的上端可通过第二销轴14可枢转地连接到连接杆13的下端并通过驱动器19实现二者之间的相对转动。具体地，驱动器19可通过液压缸实现，并且驱动器19可设置在夹持单元在吊具框架7的宽度方向上的外侧，其上端通过固定地结合到连接杆13。为了方便驱动器的上端与连接杆13之间的连接，连接杆13还可包括横向向外延伸的支撑杆25，驱动器19的上端通过铰接到支撑杆25的外端而与连接杆13连接，下端直接铰接到弧形转臂15，以使每组夹持单元的弧形转臂15的下端彼此靠近或远离，进而打开夹持空间。

根据本发明的实施例的叶片吊装设备还包括安装吊具框架7上的发电机8和主控柜9，发电机8主要给整个叶片吊装设备提供动力，主控柜5主要用于控制整个叶片吊装设备的各个模块。

此外，吊梁的横梁2上设置有吊耳1，安装船或吊车等的吊带通过吊耳1连接到整个叶片吊装设备。

下面描述使用根据本发明的实施例的叶片吊装设备在吊装叶片时的操作。

在使用根据本发明的叶片吊装设备安装叶片前，根据夹持位置的弦长尺寸以及叶片夹持区域的前缘和后缘翼型，确定各个夹持臂在吊具框架7的宽度方向上的位置以及各个夹块16内部的各个液压伸缩杆18行程。然后，通过控制面板控制滚动齿轮20和30沿齿条滚动，加大每组夹持臂之间的间距，此外，可通过驱动器19控制面对的弧形转臂15的下端沿彼此相反的方向移动(即，相对于夹持空间向外旋转)，从而在夹持叶片时，确保足够的夹持空间，避免叶片吊装设备的钢结构部位磕碰叶片。

然后，使叶片吊装设备下落，在到达设定位置时，也就是叶片的重心附近，根据不同叶片夹持区域的叶片弦长，再次通过控制面板操控各个夹持臂通过滚动齿轮20和30在齿条10上滚动，驱动夹块16到达叶片100的前缘和后缘附近，然后再通过控制面板操控驱动器19动作，驱动弧形转臂15旋转，使夹块16贴合叶片100的前缘和后缘，最后每个夹块16内的各个夹板17可通过各个液压伸缩杆18来调节与叶片100之间的贴合度，使每个夹板17可以根据叶片100的前缘和后缘的翼型紧密贴合叶片100。

在夹持好叶片100之后，将叶片100提升至变桨轴承附近，根据变桨轴承的角度，通过叶片倾角调节装置工作调节叶片相对于水平方向的倾斜角度，使叶片和变桨轴承的对接。

一个叶片安装完成后，不撤离该叶片吊装设备。当安装第二支和第三支叶片时，通过吊机提升或下降叶片吊装设备，在将安装下一支叶片的变桨轴承位置旋转至吊装设备可安装的范围内后，安装第二支叶片，并以同样方法安装第三支叶片。整个过程不需要额外的盘车工装来旋转叶轮。

由以上描述可知，根据本发明的叶片吊装设备整体尺寸小，拆装方便，吊具运输、存储和倒运方便，耗资小。

此外，根据本发明的叶片吊装设备夹持叶片的前缘和后缘，因此对叶片的夹持要求简单，允许叶片有轻微晃动，可直接从运输船上夹持叶片。

在使用根据本发明的叶片吊装设备时，无需特殊的盘车工装，只要通过吊机上升和下降夹持叶片的吊装设备，将叶轮旋转至吊装设备的倾斜角度可调节范围-60°～+60°内即可，叶片安装耗时少、效率高、没有其他的附加工艺。

此外，本发明的叶片吊装设备对于不同型号的叶片具有一定的通用性，减少了工装开发成本。此外，该叶片吊装设备在夹持和释放叶片时有较大的夹持和释放空间，避免了吊装设备的钢结构部位与叶片磕碰的风险。

虽然上面已经详细描述了本发明的示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对本发明的实施例做出各种修改和变形。但是应当理解，在本领域技术人员看来，这些修改和变形仍将落入权利要求所限定的本发明的范围内。