用于操縱風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片的升降機(jī)及其操作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于操縱風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片的升降機(jī)、包括升降機(jī)和轉(zhuǎn)子葉片的系統(tǒng)以及進(jìn)一步涉及操作升降機(jī)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力渦輪機(jī)(也被稱為風(fēng)力發(fā)電站或風(fēng)能轉(zhuǎn)換器)的轉(zhuǎn)子葉片是大致中空結(jié)構(gòu)，所述中空結(jié)構(gòu)具有被設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)的多個(gè)結(jié)構(gòu)加固構(gòu)件。主要變現(xiàn)為壓力側(cè)和吸力側(cè)的轉(zhuǎn)子葉片的外表面不完全是由轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)部的結(jié)構(gòu)加固件支撐。因此，必須小心地操縱風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片，以防止甚至在其自重下?lián)p壞轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)險(xiǎn)。特別地，在將轉(zhuǎn)子葉片安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子輪轂上的期間，必須在指定為支持轉(zhuǎn)子葉片重量的預(yù)定抓取區(qū)域內(nèi)抓取轉(zhuǎn)子葉片。
[0003]操縱轉(zhuǎn)子葉片的常用方法是應(yīng)用附接到起重機(jī)吊鉤兩個(gè)紡織帶。然而，紡織帶的使用僅限于在基本水平位置中操縱轉(zhuǎn)子葉片。更復(fù)雜的操縱裝置允許更靈活地操縱和定位轉(zhuǎn)子葉片。也被稱為轉(zhuǎn)子葉片抓具或升降機(jī)的操縱裝置，例如是從WO 2012/095112 Al中獲知。所公開的轉(zhuǎn)子葉片升降機(jī)包括兩個(gè)抓取鉗口，每個(gè)抓取鉗口都具有攜帶多個(gè)墊的一對(duì)對(duì)立的臂，多個(gè)墊用于在預(yù)定抓取區(qū)域中支撐轉(zhuǎn)子葉片。然而，必須精確和小心地進(jìn)行轉(zhuǎn)子葉片升降機(jī)的接近和定位。否則，轉(zhuǎn)子葉片可能被升降機(jī)損毀。升降機(jī)關(guān)于轉(zhuǎn)子葉片的對(duì)準(zhǔn)可以使用由視頻系統(tǒng)支持的幾何方法來執(zhí)行。
[0004]然而，特別對(duì)于在海上條件下轉(zhuǎn)子葉片的安裝，光學(xué)方法可能受限于諸如夜間，霧，雨等的能見度條件。另外，作為手工制作工藝的用于抓取葉片的標(biāo)記位置容易發(fā)生錯(cuò)誤。轉(zhuǎn)子葉片的海上操縱經(jīng)常需要每天都具有高固定成本的起重船。如果轉(zhuǎn)子葉片的安裝因?yàn)椴焕奶鞖鈼l件或不正確的定位而延遲，那么對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制造商或運(yùn)營(yíng)商而言這將導(dǎo)致高開銷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種用于操縱在各種天氣條件下都可以可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子葉片的升降機(jī)。另外，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的系統(tǒng)，其包括升降機(jī)和轉(zhuǎn)子葉片以及一種操作用于操縱轉(zhuǎn)子葉片的升降機(jī)的更可靠的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于校準(zhǔn)升降機(jī)中系統(tǒng)的方法。
[0006]在本發(fā)明的一方面中，提供了一種用于操縱風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片的升降機(jī)。所述升降機(jī)包括至少一個(gè)裝置，尤其是用于接觸所述轉(zhuǎn)子葉片外表面的抓取鉗口。所述升降機(jī)可以進(jìn)一步包括用于檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子葉片相對(duì)于所述升降機(jī)的位置的基于非光學(xué)波的系統(tǒng)。在該說明書的情景中，轉(zhuǎn)子葉片的位置是指所述轉(zhuǎn)子葉片相對(duì)于所述升降機(jī)的距離和對(duì)齊。
[0007]基于非光學(xué)波的系統(tǒng)可以構(gòu)造為基于非光學(xué)測(cè)量執(zhí)行距離測(cè)量。具體地，基于非光學(xué)波的系統(tǒng)可以是雷達(dá)系統(tǒng)或者使用聲波操作的系統(tǒng)，例如超聲系統(tǒng)。在對(duì)本發(fā)明的范圍有任何限制的情況下，通過參考包括具有至少一個(gè)雷達(dá)換能器的雷達(dá)系統(tǒng)的升降機(jī)將來解釋進(jìn)一步的細(xì)節(jié)和特性。然而，例如，所述升降機(jī)可以相似地設(shè)有超聲換能器。
[0008]有利地，使用雷達(dá)系統(tǒng)確定所述轉(zhuǎn)子葉片的位置甚至在例如灰塵、濃霧和下雨的惡劣海上條件下也是穩(wěn)健和可靠的。在如視覺系統(tǒng)的這些條件下雷達(dá)系統(tǒng)并不易于出錯(cuò)。另外，所述雷達(dá)系統(tǒng)提供有利效果:升降機(jī)和葉片之間的距離越短，雷達(dá)信號(hào)的分辨率就越好。結(jié)果，轉(zhuǎn)子葉片相對(duì)于升降機(jī)的確定位置隨著轉(zhuǎn)子葉片和升降機(jī)之間距離的降低而變得更精確和更可靠。這是有利的，因?yàn)橛捎谵D(zhuǎn)子葉片和升降機(jī)之間的碰撞導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子葉片損毀的風(fēng)險(xiǎn)隨著轉(zhuǎn)子葉片和升降機(jī)之間距離而降低而增加。當(dāng)升降機(jī)接近轉(zhuǎn)子葉片時(shí)，雷達(dá)系統(tǒng)有利地提供更精確和更可靠的信號(hào)。這允許對(duì)升降機(jī)進(jìn)行精確和小心的引導(dǎo)，尤其是在抓取轉(zhuǎn)子葉片的關(guān)鍵階段。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的多方面的升降機(jī)可以設(shè)置有用于測(cè)量轉(zhuǎn)子葉片相對(duì)于升降機(jī)的位置的附加系統(tǒng)。例如，雷達(dá)系統(tǒng)可以與超聲系統(tǒng)、視頻檢測(cè)系統(tǒng)和/或激光定位系統(tǒng)相結(jié)合。有利的是，不同的系統(tǒng)不互相干擾，并且測(cè)量值之間沒有干擾。類似地，雷達(dá)系統(tǒng)和例如使用RFID的GPS測(cè)量定位系統(tǒng)、超聲位置測(cè)量或傾角儀之間沒有干擾。用于位置測(cè)量的這些替代系統(tǒng)的每個(gè)或多個(gè)可以有利地結(jié)合在根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例的升降機(jī)中。各種系統(tǒng)可以相互補(bǔ)充和支持。
[0010]具有雷達(dá)系統(tǒng)的升降機(jī)是進(jìn)一步有利的，因此它不需要標(biāo)記風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片。如果轉(zhuǎn)子葉片的對(duì)準(zhǔn)是基于視覺檢測(cè)，例如使用視頻系統(tǒng)，或者轉(zhuǎn)子葉片的位置是使用RFID系統(tǒng)確定，那么轉(zhuǎn)子葉片必須設(shè)有合適的標(biāo)記。此外，雷達(dá)系統(tǒng)提供了高檢測(cè)范圍，其可以是約30米或以上。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，升降機(jī)可包括用于確定升降機(jī)的定向的至少一個(gè)傾角儀。具體地，該傾角儀可以構(gòu)造為確定升降機(jī)的水平傾斜角，這是由于升降機(jī)圍繞垂直橫向方向旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，升降機(jī)可包括多于一個(gè)的傾角儀，具體地一個(gè)傾角儀用于空間的每個(gè)方向。更具體地，升降機(jī)可以包括用于主體的一個(gè)傾角儀和用于每個(gè)抓取鉗口的兩個(gè)傾角儀。有利的是，傾角儀的該系統(tǒng)允許確定升降機(jī)的定向?；陉P(guān)于空間中定向的信息，升降機(jī)可以關(guān)于轉(zhuǎn)子葉片對(duì)準(zhǔn)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，用于接觸轉(zhuǎn)子葉片的外表面的至少一個(gè)裝置在接近方向中從升降機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)凸出。雷達(dá)系統(tǒng)可以包括具有發(fā)射方向的雷達(dá)換能器，發(fā)射方向大致指向接近方向。為了抓取轉(zhuǎn)子葉片，升降機(jī)大致在接近方向中接近轉(zhuǎn)子葉片。當(dāng)升降機(jī)接近轉(zhuǎn)子葉片時(shí)，兩個(gè)雷達(dá)換能器配置為沿著升降機(jī)的結(jié)構(gòu)，這基本上平行于轉(zhuǎn)子葉片。兩個(gè)雷達(dá)換能器可以設(shè)置在升降機(jī)上并且可以具有在某一方向中的發(fā)射方向使得抓取鉗口并不導(dǎo)致反射。
[0013]至少一個(gè)雷達(dá)換能器可以構(gòu)造為發(fā)射初級(jí)雷達(dá)信號(hào)并且檢測(cè)在轉(zhuǎn)子葉片上反射的次級(jí)雷達(dá)信號(hào)。次級(jí)雷達(dá)信號(hào)也被稱為回波信號(hào)。轉(zhuǎn)子葉片的位置可以使用該至少一個(gè)雷達(dá)換能器來確定。
[0014]有利地，升降機(jī)可以包支撐結(jié)構(gòu)，用于接觸轉(zhuǎn)子葉片的外表面的第一裝置和第二裝置。第一裝置和第二裝置可以安裝在支撐結(jié)構(gòu)上并且彼此之間可以具有限定第一橫向方向的間隙。雷達(dá)系統(tǒng)可以包括安裝在支撐結(jié)構(gòu)上的并且彼此之間具有第二間隙的第一雷達(dá)換能器和第二雷達(dá)換能器。第二間隙限定第二橫向方向。第一橫向方向和第二橫向方向彼此大致平行。具體地，第二間隙可以大于第一間隙。根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例，升降機(jī)可以確定升降機(jī)的橫向方向和轉(zhuǎn)子葉片的縱向方向之間的傾斜角。傾斜角的確定可以基于三角測(cè)量完成。第一雷達(dá)換能器和第二雷達(dá)換能器之間的第二間隙限定用于三角測(cè)量的基線長(zhǎng)度。一旦檢測(cè)到轉(zhuǎn)子葉片的翼型輪廓中的改變，就可以校正該距離。最小距離將用作主要點(diǎn)以確定轉(zhuǎn)子葉片的翼型輪廓。第二點(diǎn)將給出傾斜角的近似值。三角測(cè)量的精度隨著基線長(zhǎng)度增長(zhǎng)而增大。當(dāng)在橫向方向中考慮時(shí)，當(dāng)?shù)谝焕走_(dá)換能器和第二雷達(dá)換能器設(shè)置在升降機(jī)的大致相對(duì)的端部時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)最大基線長(zhǎng)度和最大精度。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)有利實(shí)施例，第一裝置是第一抓取鉗口并且第二裝置是第二抓取鉗口。每個(gè)抓取鉗口都可以包括相對(duì)于彼此可移動(dòng)或者可切換的一對(duì)對(duì)立臂。抓取鉗口的至少一個(gè)臂的移動(dòng)方向限定抓取平面。具體地，接近方向可以平行于抓取平面。第一雷達(dá)換能器和第二雷達(dá)換能器分別具有第一發(fā)射方向和第二發(fā)射方向。雷達(dá)換能器的發(fā)射方向可以相對(duì)于抓取平面傾斜。具體地，第一雷達(dá)換能器的發(fā)射方向可以朝向第二雷達(dá)換能器傾斜。類似地，第二雷達(dá)換能器的發(fā)射方向可以朝向第一雷達(dá)換能器傾斜。根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，抓取平面和雷達(dá)換能器的發(fā)射方向之間的傾斜角可以大于0°并且小于通常小于45°的雷達(dá)自身的傳播角(dispers1n)。具體地，傾斜角可以小于由雷達(dá)換能器的光束的孔徑角限定的角度。具體地，該角度小于15°并且大于0°。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，傾斜角可以大致等于5°。
[0016]有利地，雷達(dá)換能器的傾斜改善升降機(jī)的橫向方向和葉片的縱向方向之間的傾斜角的測(cè)量的可靠性。對(duì)于雷達(dá)換能器的傾斜角的所提到的范圍和數(shù)值在各種實(shí)驗(yàn)中被證明是有利的。
[0017]在本發(fā)明的另一個(gè)有利的實(shí)施例中，雷達(dá)系統(tǒng)包括第三雷達(dá)換能器和第四雷達(dá)換能器。第三雷達(dá)換能器可以安裝在第一臂上，并且第四雷達(dá)換能器可以安裝在抓取鉗口的第二臂上。具體地，第三雷達(dá)換能器的發(fā)射方向和第四雷達(dá)換能器的發(fā)射方向以鈍角相交。它們可以設(shè)置為彼此大致相對(duì)。當(dāng)抓取鉗口處于閉合位置時(shí)可以考慮這點(diǎn)。為了在升降機(jī)的運(yùn)行期間檢測(cè)和避免轉(zhuǎn)子葉片的可能碰撞，在抓取鉗口于轉(zhuǎn)子葉片上方通過期間，可以啟動(dòng)第三雷達(dá)換能器和第四雷達(dá)換能器。第三雷達(dá)換能器和第四雷達(dá)換能器的測(cè)量值可以應(yīng)用于檢測(cè)或者驗(yàn)證抓取鉗口的臂的位置。另外，一旦升降機(jī)已經(jīng)成功地接近轉(zhuǎn)子葉片，那么第三雷達(dá)換能器和第四雷達(dá)換能器可以提供指示相應(yīng)一個(gè)臂和轉(zhuǎn)子葉片之間距離的測(cè)量值。這有助于引導(dǎo)抓取鉗口的打開臂跨越轉(zhuǎn)子葉片。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的又另一個(gè)實(shí)施例，升降機(jī)可以構(gòu)造為在啟動(dòng)升降機(jī)自身的情況下啟動(dòng)第一雷達(dá)換能器和第二雷達(dá)換能器。然而，如果升降機(jī)和轉(zhuǎn)子葉片之間的距離大于預(yù)定小距離，則雷達(dá)換能器可以不連續(xù)地運(yùn)行。該預(yù)定距離取決于轉(zhuǎn)子葉片的大小和轉(zhuǎn)子葉片的反射。具體地，該預(yù)定距離可以是約4米。當(dāng)升降機(jī)和轉(zhuǎn)子葉片的之間的距離下降至低于1.5米時(shí)，雷達(dá)換能器可以切換至連續(xù)運(yùn)行。雷達(dá)換能器的該逐步啟動(dòng)相對(duì)于升降機(jī)的可以是電池供電裝置的功率消耗是有利的。功率消耗的降低將延長(zhǎng)電池的壽命。這增加了升降機(jī)的運(yùn)行時(shí)間。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)有