旋转风力涡轮机的毂的装置和方法与流程

本发明涉及旋转风力涡轮机的毂的装置和方法。

背景技术：
风力涡轮机将风能转换成电能。风力涡轮机包括被连接到塔的机舱和被连接到机舱的转子。转子包括被可旋转地安装到机舱的毂和被安装到毂的至少一个转子叶片。风与风力涡轮机的转子叶片以使得转子旋转的方式相互作用。转子的旋转被传递到发电机。当风力涡轮机被架设时，塔被设立并且机舱被安装到塔上。毂被安装到机舱并且所述至少一个转子叶片被安装到毂。所述至少一个转子叶片被吊车吊起并且被连接到毂。毂必须绕其旋转轴线处于预定角旋转位置以便在毂和转子叶片之间建立连接。这个位置对应于紧固所述连接期间叶片的方向。该位置可以例如是毂和转子叶片的水平或竖直设置。毂必须被旋转成在毂和第一转子叶片之间建立连接。在必须安装一个以上转子叶片的情况下，在安装一个转子叶片和下一转子叶片之间必须改变毂的位置。毂必须从第一位置旋转到第二位置以便在毂和这两个转子叶片中的第二叶片之间建立连接。US2006/0147308A1描述了将转子叶片安装到转子毂的方法，该转子毂被连接到风力涡轮机塔设施的吊舱。转子毂被旋转到预定第一位置。转子叶片被装配。转子毂借助于转子叶片被旋转到预定第二位置。第二转子叶片被安装。沿已经被安装的第一转子叶片的重力作用方向来进行转子毂的旋转。这显示出了如下缺点，即第一转子叶片的重力将仅针对旋转的一部分来支持旋转到第二位置。在旋转的特定第二部分期间，必须克服第一转子叶片的重力来实现旋转。因此，所述方法不足以可靠到在转子叶片的安装期间实现毂的旋转。已知在转子叶片的安装期间借助于驱动器来旋转风力涡轮机的转子。第一转子叶片的安装导致在转子处重量的不均匀分布。在安装第一转子叶片之后，转子需要被旋转到第二位置以便下一转子叶片的安装。这导致在旋转期间的变化的且部分加强的负载。用于旋转转子的驱动器必须足够强劲以便克服这种变化的且大的负载。因此，驱动器必须相当大以便能够旋转转子。这导致如下缺点，即相当大的驱动器需要被安装在风力涡轮机处以便旋转转子。此外，驱动器与转子的联接必须足够牢固以便传递负载。US7,165,941B2描述了用于在现场将转子叶片安装到风能设施的转子毂的过程。该过程包括将配重安装到转子毂的至少一个凸缘。转子叶片被安装到凸缘中的至少一个，毂被旋转到预定位置，并且针对转子叶片来调换配重。因此，避免了在安装转子叶片的操作中风能设施的机械传动链中存在大扭矩。这显示出了如下缺点，即配重被固定在叶片的各位置并且当叶片被安装时需要被拆卸。

技术实现要素：
本发明的目标是提供在转子叶片安设期间旋转风力涡轮机的毂的改良方法和设备。通过独立权利要求的特征来实现该目标。在从属权利要求中描述了本发明的优选实施例。风力涡轮机包括被安装到机舱的毂，其中所述毂相对于所述机舱可绕旋转轴线旋转。至少一个转子叶片被设置在毂处，其导致绕毂的所述旋转轴线的扭矩。平衡配重被附接到毂，其中所述平衡配重包括导致绕所述毂的所述旋转轴线的反扭矩的质量。在至少第二转子叶片安设到毂期间反扭矩与扭矩相互作用。平衡配重通过机械装置被安装到毂，该机械装置相对于毂绕毂的旋转轴线可旋转。机械装置和平衡配重相对于毂可旋转到某个预定位置。毂被可旋转地安装到机舱。一个或更多个转子叶片被安装到毂。当风力涡轮机运转时，风与转子叶片相互作用以使得具有转子叶片的毂绕旋转轴线旋转。在风力涡轮机的安设期间，机舱被安装在塔的顶部上。毂被安装到机舱；这能够在机舱安装到塔之前或之后被实现。转子叶片被安装到毂。通常，在毂和机舱被安装在塔的顶部上之后，转子叶片被安装到毂。为此，转子叶片被吊起到毂。这能够例如通过吊车来实现。在第一转子叶片被安装到毂之后，第二转子叶片被吊起到毂并且被安装到毂。转子叶片的安设继续进行，直到所有转子叶片被安设。为了安设转子叶片，毂必须被转动。为了安设第一转子叶片，毂被旋转到第一位置。在安设第一转子叶片之后，毂被旋转到适于安设第二转子叶片的第二位置。而且，为了安设随后的转子叶片，毂和附接到毂的转子叶片需要被旋转到适于安设下一转子叶片的位置。安装到毂的转子叶片导致在相对于毂的旋转轴线考虑时在毂处的不平衡负载分布。这样直到所有转子叶片被安设在毂处。在例如安设了第一转子叶片之后，第一转子叶片导致绕毂的旋转轴线的特定扭矩。因此，被安设成旋转毂以便安设下一转子叶片的驱动器需要克服第一转子叶片的扭矩。安设在毂处的转子叶片的扭矩取决于转子叶片的重量以及转子叶片的质心和毂的旋转轴线之间的水平距离。使用的驱动器需要足够大以便旋转毂和已经被附接到毂的转子叶片。平衡配重被安设在毂处。平衡配重以如下方式被安设，即使得在相对于毂的旋转轴线考虑时平衡配重的扭矩沿与转子叶片的扭矩相反的方向作用。平衡配重的扭矩取决于平衡配重的质量以及在毂的旋转轴线和平衡配重的质心之间的水平距离。因此，平衡配重的扭矩相对于转子叶片的扭矩用作反扭矩。这能够在如下情况下被实现，即当从产生扭矩的转子叶片考虑时平衡配重基本上在毂的相对侧被安装到毂。这还意味着相对于毂的旋转轴线基本上是在与转子叶片相对的毂处的侧面。这样，反扭矩减小或最小化转子叶片的扭矩。因此，减小或最小化旋转毂所需的力。因此，能够减小旋转毂所需的驱动器的尺寸。因此，节省能量。总扭矩是作用在毂上的扭矩和反扭矩的和。大型驱动器是昂贵且笨重的。因此，当驱动器被最小化时，能够使用较不昂贵且较不笨重的驱动器。因此，驱动器的安设更容易。因此，减少了安设时间。此外，能够显著减少驱动器的成本。机械装置以使得其能够相对于毂绕毂的旋转轴线旋转的方式被安装到毂。平衡配重被安装到机械装置并且能够与平衡配重一起绕毂的旋转轴线旋转。因此，机械装置能够相对于毂旋转到某个预定位置。因此，安装到机械装置的平衡配重能够相对于毂旋转到某个预定位置。当平衡配重相对于毂到达某个预定位置时，产生预定扭矩。因此，能够改变并调节平衡配重所导致的扭矩。平衡配重的位置能够被调节，使得能够仅使用平衡配重将毂从第一位置旋转到第二位置。因此，不需要驱动器来旋转毂。在安设第一转子叶片之后，能够相对于毂改变平衡配重的位置，以便有助于将毂转动到第二位置。在安设第二转子叶片之后，平衡配重能够被旋转到第三位置以便将毂旋转到用于安设第三转子叶片的新位置。为此，平衡配重需要绕旋转轴线相对于第一或第二转子叶片旋转到不同的角位置。因此，能够通过平衡配重的反扭矩来最小化第一和/或第二转子叶片的扭矩。机械装置能够被安装到例如毂的前面。因此，在安设转子叶片期间其不干扰转子叶片。因此，平衡配重不需要被拆卸以便安设转子叶片。因此，节省了安设时间。在优选实施例中，平衡配重被设置成使得反扭矩有助于毂旋转到预定义位置，其用于将第二叶片附接到毂。平衡配重的反扭矩有助于减少已经被安设在毂处的一个或更多个转子叶片的扭矩。毂必须被旋转到适于安设下一转子叶片的某个位置。减小了在毂的旋转轴线处的扭矩。因此，减小了旋转毂所需的力。因此，平衡配重有助于将毂旋转到某个预定位置。因此，能够最小化旋转所需的驱动器。因此，减小了旋转所需的能量。在优选实施例中，平衡配重的扭矩至少部分抵消（补偿）附接到毂的至少一个转子叶片的扭矩。平衡配重的反扭矩在绝对值方面能够小于或等于安设到毂的所述一个或更多个转子叶片的扭矩。因此，能够减小或抵消总扭矩。在优选实施例中，驱动器被用于旋转毂，其中反扭矩通过减小驱动器处的负载来有助于毂的旋转。为了旋转毂，能够使用驱动器。因为通过平衡配重的反扭矩来减小安设的转子叶片的扭矩，所以能够减小旋转转子所需的力。在减小旋转转子的力的情况下，能够减小旋转毂所需的驱动器的力。因此，能够减小或最小化旋转毂所需的驱动器。在优选实施例中，反扭矩借助于重力辅助毂绕其旋转轴线的旋转。平衡配重的反扭矩能够大于安设在毂处的转子叶片中一个转子叶片的扭矩。因此，能够过度抵消该扭矩。因此，通过得到的反扭矩来实施毂的旋转。因此，通过作用在平衡配重上的重力来实施毂的旋转。因此不需要驱动器来旋转毂。在优选实施例中，平衡配重经由机械装置被安装到毂。其以如下方式安装，即使得平衡配重能够沿一轴线朝向和背离毂的旋转轴线运动。因此，能够改变平衡配重的质心和毂的旋转轴线之间的距离。因此，能够改变反扭矩。因此，作用在毂上的反扭矩的力能够被调节到某个预定值。平衡配重能够运动到一位置，在此平衡配重和机械装置的质心处于或靠近毂的旋转轴线。因此，反扭矩的值能够被调节到零或接近零。因此，反扭矩的值能够被设定成部分抵消、抵消或过度抵消转子叶片的扭矩的值。因此，作用在毂上的总扭矩能够被设定成某个预定值。总扭矩能够被用于辅助毂的旋转。因此，能够通过作用在毂上的总扭矩来驱动毂的旋转。因此，不需要驱动器来旋转毂。在优选实施例中，机械装置是杠杆。机械装置能够是杠杆，并且平衡配重被附接到杠杆。杠杆被安装到毂。杠杆被可旋转地安装到毂，以便带有平衡配重的杠杆能够绕毂的旋转轴线旋转。杠杆能够在平衡配重的质心和旋转轴线之间提供特定距离。杠杆是足够坚固的结构，以便将平衡配重的反扭矩的力传递到毂。在优选实施例中，平衡配重沿杠杆可运动。平衡配重能够沿杠杆的长度运动。因此，能够改变平衡配重的质心和毂的旋转轴线之间的距离。因此，能够调节得到的反扭矩。在优选实施例中，平衡配重和杠杆相对于毂可运动。平衡配重和杠杆能够沿轴线朝向和背离毂的旋转轴线运动。平衡配重被附接到杠杆。杠杆被可运动地附接到毂。因此，杠杆和平衡配重能够以改变平衡配重的质心和毂的旋转轴线之间的距离的方式运动。因此，能够调节平衡配重的反扭矩。杠杆和平衡配重能够运动所沿的轴线可以是杠杆的轴线。在优选实施例中，机械装置是包括第一端和第二端的第一悬臂以及第二悬臂的组合。第二悬臂包括第一端和第二端。第一悬臂的第一端附接到毂。第一悬臂的第二端通过枢转接头附接到第二悬臂的第一端。平衡配重附接到第二悬臂的第二端。机械装置包括第一悬臂和第二悬臂。这两个悬臂通过枢转接头被连接在一起。机械装置被连接到毂。平衡配重被安装到机械装置。平衡配重和机械装置以使得能够改变平衡配重的质心和毂的旋转轴线之间的距离的方式被设置。能够通过绕枢转接头相对彼此枢转悬臂来改变该距离。能够通过绕枢转接头枢转悬臂来改变悬臂之间的角度。为了增加平衡配重的质心和毂的旋转轴线之间的距离，悬臂之间的角度增加到高达180°的最大值。为了减小所述距离，这两个悬臂之间的角度被减小。这两个悬臂之间的最小角度能够例如是0°。因此，能够改变平衡配重的质心和毂的旋转轴线之间的距离。因此能够调节平衡配重的反扭矩。因此，平衡配重与安设在毂处的转子叶片的扭矩相互作用，并且得到的扭矩能够被调节成某个预定值。在优选实施例中，在毂被安装到机舱之前，毂准备好接收机械装置和平衡配重。因此，在机械装置和平衡配重被附接到毂的情况下，毂被安装到机舱。因此，在吊车的一次提升操作中安装该组合。因此，不需要吊车的附加提升动作。因此，节省了安设时间和吊车时间。在优选实施例中，在毂被安装到机舱之后毂准备好接收机械装置和平衡配重。因此，毂被安装到机舱，并且之后机械装置和平衡配重被安装到毂。单个零件（例如毂、机械装置和平衡配重）的重量由吊车单独地提升。因此，限制了吊车的提升操作的最大重量。因此，能够使用能提升有限重量的吊车。因此，节省了吊车的成本。在优选实施例中，在安设转子叶片之后，可从毂拆卸平衡配重和机械装置。在转子叶片被安设在毂处之后，机械装置和平衡配重能够从毂拆下。机械装置和平衡配重能够再次用于安设另一风力涡轮机。在需要更换转子叶片的情况下，机械装置和平衡配重能够再次被附接到毂。在风力涡轮机运转特定时间之后会需要更换转子叶片。因此，通过平衡配重和机械装置能够辅助转子叶片的更换。描述了旋转风力涡轮机毂的方法。风力涡轮机的毂能够相对于风力涡轮机的机舱绕旋转轴线旋转。设置在毂处的至少一个转子叶片导致绕旋转轴线的扭矩。被附接到毂的平衡配重的质量导致绕旋转轴线的反扭矩。在至少第二转子叶片安设至毂期间反扭矩与扭矩相互作用。平衡配重和机械装置绕毂的旋转轴线相对于毂旋转到某个预定位置。附图说明借助于附图更加详细地示出了本发明。附图示出了优选构造并且不限制本发明的范围。图1示出了本发明的实施例。图2示出了安设期间的风力涡轮机。图3示出了具有杠杆和平衡配重的风力涡轮机。图4示出了第一转子叶片安设期间的风力涡轮机。图5示出了转子叶片安设期间的风力涡轮机。图6示出了第二转子叶片安设期间的风力涡轮机。图7示出了转子叶片安设期间的风力涡轮机。图8示出了第三转子叶片安设期间的风力涡轮机。图9示出了转子叶片安设之后的风力涡轮机。图10示出了本发明的第二实施例。图11示出了使用中的本发明的第二实施例。具体实施方式图1示出了本发明的实施例。图1示出了风力涡轮机的机舱2。毂3被附接到机舱2，毂3准备好接收被安装到毂3的转子叶片。转子叶片能够例如被安装到指定部位4a。杠杆5被附接到毂3的前面，杠杆5在相对于风力涡轮机毂3的旋转轴线10观察时沿径向方向指向外。杠杆5能够绕毂3的旋转轴线10相对于毂3旋转。杠杆5被可拆卸地安装到风力涡轮机的毂3。其能够在安设第一转子叶片之前被安装到毂3并且能够在安设转子叶片之后从毂3拆下。平衡配重6附接到杠杆5。平衡配重6沿杠杆5可运动。因此，平衡配重6的质心和毂3的旋转轴线10之间的距离能够被设定成特定预定距离。因此，平衡配重6的重量将导致毂3处的特定预定扭矩。扭矩取决于平衡配重6沿杠杆5的位置以及杠杆5相对于毂3的位置。图2示出了安设期间的风力涡轮机。机舱2被安设在塔1上。毂3附接到机舱2。毂3示出了将安装转子叶片的多个部位4a、4b、4c。在这种情况下，存在三个用于转子叶片的部位4a、4b、4c。图3示出了具有杠杆和平衡配重的风力涡轮机。图3示出了如图2所示的相同风力涡轮机。此外，杠杆5和平衡配重6被附接到毂3的前面。毂3的前面是随后在安设期间能够被整流罩头覆盖的侧面。毂3旋转到第一位置以便允许安设第一转子叶片。在这种情况下，安装第一转子叶片的部位4a被设置成使得转子叶片能够大体上被水平地附接。杠杆5以背离附接第一转子叶片的部位4a的方式相对于毂3旋转。在这种情况下，杠杆5大体上水平地背离部位4a。平衡配重6被设置成使其质心靠近毂3的旋转轴线。因为还没有附接于毂3的转子叶片，所以不需要来自平衡配重6的扭矩来抵消转子叶片的扭矩。图4示出了安设第一转子叶片7a期间的风力涡轮机。图4示出了与图3相同的风力涡轮机。此外，第一转子叶片7a在附接第一转子叶片的部位4a处被附接到毂3。转子叶片7a被吊车8和提升装置9提升。吊车8以如下方式调节第一转子叶片7a，即使得转子叶片7a处的附接点对齐于它们在毂3处的相对部分。之后，第一转子叶片7a能够被附接到毂3。只要第一转子叶片7a的重量仍被提升装置9和吊车8承载，平衡配重6就保持靠近毂3的旋转轴线。图5示出了安设转子叶片期间的风力涡轮机。图5示出了如图6所示的第一转子叶片7a的安设期间相同的风力涡轮机。在图5中，从第一转子叶片7a拆下吊车8和提升装置9，以便现在由毂3承载第一转子叶片7a的重量。转子叶片7a的重量导致风力涡轮机的毂3处的扭矩。现在平衡配重6背离毂3的旋转轴线沿杠杆5向外运动，以便增加平衡配重6在毂3处的扭矩。因此，平衡配重6的扭矩抵消至少第一转子叶片7a作用在毂3上的扭矩的一部分。为了安设第二转子叶片，毂需要被旋转到第二位置。通过图5中的箭头示出了毂3的旋转。第一转子叶片7a的扭矩和平衡配重6的扭矩至少部分地彼此抵消。因此，驱动器处使得毂3绕其旋转轴线转动的负载比没有平衡配重6时要小。平衡配重6还能够沿杠杆5进一步外移，以便平衡配重6的扭矩大于第一转子叶片7a的扭矩。因此，第一转子叶片7a的扭矩被平衡配重6的扭矩过度抵消，并且风力涡轮机的毂3能够绕其旋转轴线旋转而不需要驱动器。毂3能够借助于平衡配重6处的重力旋转。图6示出了安设第二转子叶片7b期间的风力涡轮机。图6示出了安设转子叶片期间如图5所示的相同风力涡轮机。风力涡轮机的毂3现在转到第二位置，在此第二转子叶片7b能够被安设在部位4b处。吊车8和提升装置9将第二转子叶片7b提升到毂3。转子叶片7b在部位4b处被附接到毂3。在从第二转子叶片7b移除吊车8和提升装置9之后，杠杆5相对于转子叶片7a和7b被设置到某个预定位置。平衡配重6沿杠杆5被调节到距毂3的第二距离，以便平衡配重6的扭矩能够至少部分地抵消第一和第二转子叶片7a和7b的合扭矩。图7示出了转子叶片安设期间的风力涡轮机。风力涡轮机的毂3与第一和第二转子叶片7a和7b以及杠杆5处的平衡配重6一起绕毂3的旋转轴线旋转到第三位置。附图中通过箭头示出了该旋转。在毂3已经被旋转到第三位置之后，第三转子叶片能够在部位4c处被安设到毂3。杠杆5处的平衡配重6的扭矩至少抵消转子叶片7a和7b的合扭矩的一部分。因此，最小化了转动毂3的驱动器处的负载。而且，转子叶片7a和7b的扭矩能够被平衡配重6过度抵消。于是毂3能够借助于重力旋转。图8示出了安设第三转子叶片7c期间的风力涡轮机。毂3已经被旋转到适于安设第三转子叶片7c的第三位置。第三转子叶片7c借助于吊车8和提升装置9被提升到部位4c。转子叶片7c在部位4c处被附接到毂3。当从转子叶片7c移除提升装置9和吊车9时，毂3承载转子叶片7c的负载。转子叶片7c的扭矩至少部分抵消两个转子叶片7y和7b的扭矩。因此，不再需要平衡配重6和杠杆5。平衡配重6沿杠杆5朝向毂3的旋转轴线运动。因此，最小化了平衡配重6的扭矩。在已经完成转子叶片7a、7b、7c的安设之后，能够从风力涡轮机的毂3拆下平衡配重6和杠杆5。这能够借助于吊车8来完成。图9示出了在转子叶片7a、7b、7c的安设之后的风力涡轮机。图9示出了在所有三个转子叶片7a、7b、7c的安设之后的风力涡轮机。已经从风力涡轮机移除了平衡配重和杠杆。图10示出了本发明的第二实施例。图10示出了具有机舱2和毂3的风力涡轮机。毂3准备好在部位4a、4b、4c处接收三个转子叶片。通过提升装置9和吊车8提升转子叶片7a。转子叶片7a将被安装到毂3处的部位4a。第一悬臂11使用其第一端被附接在毂3处。第一悬臂11的第二端被枢转接头12附接到第二悬臂11的第一端。平衡配重6被附接到第二悬臂11的第二端。悬臂11之间的角度在枢转接头12处基本上是0度。因此，平衡配重6的质心靠近毂的旋转轴线。能够通过增加悬臂11之间的角度来增加毂3的旋转轴线和平衡配重6的质心之间的距离。图11示出了使用中的本发明的第二实施例。图11示出了带有附接到毂3的悬臂11和平衡配重6的图10的风力涡轮机。转子叶片7a在部位4a处被附接到毂3。提升装置和吊车被移除。转子叶片7a的重量导致毂3处的扭矩。为了抵消转子叶片7a的扭矩，增加在枢转接头12处悬臂11之间的角度。因此，平衡配重6的质心和毂3的旋转轴线之间的距离增加。因此，平衡配重6导致的毂3处的扭矩增加。悬臂被调节成使得平衡配重6现在与转子叶片7a相比处于毂3的另一侧。因此，平衡配重6的扭矩至少部分抵消转子叶片7a的扭矩。现在，毂3能够旋转到第二位置以便安设第二转子叶片。通过图11的箭头示出了该旋转。旋转毂3所需的驱动器需要更小功率，因为由于转子叶片7a导致的在毂处的负载被平衡配重6抵消。转子叶片7a的扭矩还能够被平衡配重6过度抵消。因此，能够在不借助于驱动器的情况下开始毂3的旋转。