叶轮转动装置、风力发电机组以及叶轮安装方法与流程

本发明涉及风力发电领域，特别涉及一种叶轮转动装置、包括该叶轮转动装置的风力发电机组以及利用该叶轮转动装置安装叶片的方法。

背景技术：

直驱式风力发动机组由于具备效率高、噪音低、寿命长、机组体积小、运行维护成本低等诸多优点而被广泛应用。

图1和图2示出了根据现有技术的直驱式风力发电机组的结构示意图，图3示出了发电机的结构示意图。如图1和图2所示，直驱式风力发电机组主要包括基础2、塔架3、叶轮4、发电机5以及机舱6组成。叶轮4通常可包括轮毂40和三支叶片41、42和43。如图2所示，发电机5包括转子51和定子52。转子51与叶轮4连接在一起，可一同相对转子51的轴线转动，定子52与机舱6的底座固定连接，不能相对转子51的轴线转动。风力发电机组在现场安装时，通常先将塔架3吊装在基础2上，然后将机舱6吊装至塔架3上，随后将发电机5吊装至机舱6的连接法兰处，最后将在地面组装好的叶轮4吊装至发电机5的连接法兰处。

随着风电市场向南方发展，受周围地势、植被以及作业面积限制，在地面组装叶轮4越来越困难。目前所采用的一种行之有效的方法是单叶片吊装方法。单叶片吊装方法主要有两种方式，一种是水平单叶片吊装，一种是倾斜单叶片吊装。

采用水平单叶片吊装时，首先将轮毂40吊装至发电机的连接法兰处，与发电机的转子固定连接，并将第一叶片以水平状态安装到轮毂40上；然后通过风力发电机组内的转动装置，使轮毂40转动120度，将第二叶片以水平状态安装到轮毂40上；之后通过风力发电机组内的转动装置，再次使轮毂40转动120度，安装第三叶片。在此过程中，在轮毂40旋转预定角度准备安装叶片时，叶轮4需处于锁定状态，即，通过使设置在定子52上的锁定销53插入到转子51的锁定销孔531中来锁定转子51与定子52之间的相对转动；当将使用转动装置转动轮毂40时，锁定销53从锁定销孔531退出，解除转子51与定子52之间的锁定。这种叶片安装方法有以下优点：因为叶片是以水平状态进行安装的，因此非常安全；对叶片吊具的要求低，叶片吊具可具有简单的设计。然而，在采用水平单叶片吊装时，需要风力发电机组具备转动功能，目前已知的直驱式风力发电机组的转动装置通常需要使轮毂40转动360度，存在控制复杂以及成本较高的问题。

采用倾斜单叶片吊装时，首先将第一叶片和轮毂40的组合体安装到发电机5的连接法兰上；然后第二叶片和第三叶片分别以倾斜的状态安装到轮毂40上。在整个安装过程中，叶轮4一直处于锁定状态，即，定子52的锁定销53一直插入到转子51的锁定销孔531中，转子51与定子52之间的相对转动被锁定。这种叶片安装方式不需要风力发电机组具备转动功能，但叶片吊具比较复杂，另外由于是在叶片倾斜的状态下安装，因此安全性较差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构简单、安装方便、易于控制且安全性好的叶轮转动装置、包括该叶轮转动装置的风力发电机组以及使用该叶轮转动装置安装叶轮的方法。

根据本发明的一方面，提供一种用于风力发电机组的叶轮转动装置，所述风力发电机组可包括发电机和轮毂，所述发电机可包括转子，其中，所述叶轮转动装置可包括：转动臂，所述转动臂的第一端用于可枢转地安装到所述风力发电机组的固定结构上；第一线性伸缩臂，第一线性伸缩臂的第一端可枢转地连接到所述转动臂的第二端，所述第一线性伸缩臂的第二端用于可枢转地安装到所述转子；第二线性伸缩臂，所述第二线性伸缩臂的第一端可枢转地连接到所述转动臂，所述第二线性伸缩臂的第二端用于连接到所述固定结构上，其中，所述第一线性伸缩臂和所述第二线性伸缩臂能够线性伸缩。

所述叶轮转动装置还可包括支座，所述转动臂的第一端和所述第二线性伸缩臂的第二端可安装在所述支座上。

所述第一线性伸缩臂和所述第二线性伸缩臂均可包括至少一个可输出直线运动的线性执行器。

所述线性执行器可以为液压线性运动执行器、电动线性运动执行器或气动线性运动执行器。

所述第二线性伸缩臂的第一端与第一线性伸缩臂的第一端可隔开预定距离。

所述第一线性伸缩臂的第二端可设置有连接销。

根据本发明的另一方面，提供一种使用如上所述的叶轮转动装置安装叶轮的方法，其中，所述叶轮转动装置的转动臂的第一端和第二线性伸缩臂的第二端可枢转地连接在风力发电机组的固定结构上，第一线性伸缩臂的第二端可枢转地连接在发电机的转子上，所述方法可包括：步骤(a)，在转子锁定状态下，将组装好的轮毂和第一叶片吊装至发电机，并使第一叶片朝下；步骤(b)，释放对转子的锁定，使第二线性伸缩臂伸长，使轮毂沿第一方向旋转到第一安装位置，并锁定转子；步骤(c)，安装第二叶片；步骤(d)，释放对转子的锁定，使第二线性伸缩臂缩回，使轮毂返回至步骤(a)中的初始位置，然后使第一线性伸缩臂伸长，以使轮毂沿与第一方向相反的第二方向旋转至第二安装位置，并使转子锁定；步骤(e)，安装第三叶片。

在步骤(a)中，所述第一叶片可以以竖直向下的状态安装至发电机，在步骤(c)中，所述第二叶片可以以水平状态安装至所述轮毂，在步骤(e)中，所述第三叶片可以以水平状态安装至所述轮毂。

在步骤(b)中，所述轮毂可沿第一方向旋转30度，在步骤(d)中，在所述第二线性伸缩臂缩回后返回初始位置后，使所述轮毂在所述第一线性伸缩臂的伸长作用下可沿与第一方向相反的第二方向旋转30度。

根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组可包括发电机以及如上所述的叶轮转动装置，所述叶轮转动装置的转动臂的第一端和第二线性伸缩臂的第二端可枢转地连接在风力发电机组的固定结构上，第一线性伸缩臂的第二端可枢转地连接在发电机的转子上。

所述发电机的转子的外周上可设有用于连接所述第一线性伸缩臂的销孔。

根据本发明的示例性实施例，通过使用叶轮转动装置实现风力发电机组的单叶片吊装，解决了山地、森林等特殊机位叶轮安装困难的问题。

另外，根据本发明的实施例的转动装置结构简单、安装方便、易于控制且安全性好。

附图说明

图1是根据现有技术的风力发电机组的结构示意图；

图2是图1中的A部分的放大图；

图3是根据现有技术的发电机的结构示意图；

图4是根据本发明的实施例的转动装置的结构示意图；

图5是根据本发明的实施例的发电机的结构示意图；

图6是根据本发明的实施例的转动装置的安装状态示意图；

图7是图6中的B部分的放大图；

图8-图12是使用根据本发明的实施例的转动装置安装叶轮的过程示意图。

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。

图4是根据本发明的实施例的转动装置的结构示意图；图5根据本发明的实施例的发电机的结构示意图；图6是根据本发明的实施例的转动装置的安装状态示意图；图7是图6中的B部分的放大图。

下面参照图4至图7描述根据本发明的实施例的转动装置1的结构及其安装在风力发电机组的机舱6中的状态。

根据本发明的示例性实施例的叶轮转动装置1用于进行叶轮的安装，具体地，叶轮转动装置1安装在风力发电机组的固定结构上，并与风力发电机组的发电机5的转子51连接，以使转子51旋转，并带动与转子51连接的轮毂40旋转预定角度，从而能够以期望的角度安装叶片。

如图4所示，根据实施例的叶轮转动装置1可包括：转动臂13，转动臂13的第一端可枢转地连接到风力发电机组的固定结构上；第一线性伸缩臂11，其第一端可枢转地连接到转动臂13的第二端，第一线性伸缩臂11的第二端用于可拆卸地安装到发电机5的转子51；第二线性伸缩臂12，其第一端可枢转地连接到转动臂13上，其第二端用于可枢转地连接到风力发电机组的固定结构上。

第一线性伸缩臂11和第二线性伸缩臂12均能够线性伸缩，使得第一线性伸缩臂11和第二线性伸缩臂12伸长或缩回，以使轮毂40沿不同的方向旋转。其中，转动臂13的第一端和第二线性伸缩臂12的第二端安装在风力发电机组的固定结构的不同位置处。风力发电机组的固定结构可以是机舱底座62、发电机5的定子52等相对发电机5的转子51的轴线不能转动的结构。

叶轮转动装置1还可包括支座14，转动臂13的第一端和第二线性伸缩臂12的第二端分别可枢转地连接到支座14上，通过将支座14安装到风力发电机组的固定结构上，来将叶轮转动装置1安装到风力发电机组上。优选地，支座14可安装到形成在机舱底座62的安装座621上。

如图4所示，第二线性伸缩臂12和转动臂13分别安装在支座14的两端，并且二者均可围绕各自的安装位置旋转。第二线性伸缩臂12的第一端安装在转动臂13上，优选地安装在与第一线性伸缩臂11的第一端的位置不同的位置处，即，第二线性伸缩臂12的第一端安装在转动臂13的第一端和第二端之间，且在不造成干涉的情况下尽量靠近转动臂13的第二端。

第一线性伸缩臂11可以是可输出直线运动的执行器。优选地，第一线性伸缩臂11可为液压线性运动执行器。但第一线性伸缩臂11不限于此，例如，第一线性伸缩臂11也可以是电动线性运动执行器、气动线性运动执行器等。此外，第一线性伸缩臂11可包括至少一个直线运动的执行器，优选地包括两个执行器，以便于为系统提供安全冗余。

第二线性伸缩臂12可具有与第一线性伸缩臂11相同的执行器类型和数量。即，与第一线性伸缩臂11类似，第二线性伸缩臂12可优选地为液压线性运动执行器，且优选地包括两个执行器。

然而，第一线性伸缩臂11和第二线性伸缩臂12不限于上述执行器的类型和量，只要能够第一线性伸缩臂11和第二线性伸缩臂12进行线性伸缩即可。

如图5所示，发电机5的转子51上可开设有诸如圆形、方形等形状的销孔501，销孔501用于与叶轮转动装置1的第一线性伸缩臂11的第二端可枢转地连接。为方便第一线性伸缩臂11的安装，多个销孔501可沿着转子51的外周均匀分布。相应地，第一线性伸缩臂11的第二端可设置有连接销101，用于插入到销孔501中。

图6和图7示出了将叶轮转动装置1安装在机舱中的安装座621上的状态示意图。如图6和图7所示，机舱6包括机舱底座62和机舱罩61。机舱底座62可固定在塔架3上，并可以相对塔架3转动，即，进行偏航运动，机舱底座62与定子52连接在一起并可由铸铁铸造或钢板焊接而成，为定子52提供支撑。安装座621为形成在机舱底座62上的安装平台，用于安装叶轮转动装置1。机舱罩61通常为玻璃钢制品，并且可安装在机舱底座62上，从而为机舱6的内部元件提供防护。

在机舱6和/或发电机5起吊前，如果首先单独起吊机舱6，则可在起吊前将叶轮转动装置1通过支座14安装于机舱6的安装座621上，然后在机舱6起吊完成且安装发电机5后，将转动装置1的第一线性伸缩臂11通过连接销101连接到发电机5的转子51上，完成叶轮转动装置1的安装；如果起吊机舱6与发电机5的组合体，则可在起吊前将叶轮转动装置1的支座14安装在安装座621并将第一线性伸缩臂11连接到转子51，完成叶轮转动装置1的安装。

另外，如图6和图7所示，机舱罩61上可形成有用于安装叶轮转动装置1的开口610，开口610可形成各种形状，只要可将叶轮转动装置1安装在安装座621上即可。在使用叶轮转动装置1完成叶片的安装后，可将叶轮转动装置1拆卸下来，然后使用遮盖板(未示出)封堵该开口610。可选地，叶轮转动装置1也可作为风力发电机组的组件安装在安装座621而不拆卸下来。

机舱罩61的结构不限于此，机舱罩61上可不形成开口。在这种情况下，可在使用叶轮转动装置1安装叶片时不安装机舱罩61。在完成叶片的安装并拆卸叶轮转动装置1之后，再安装机舱罩61。

在使用叶轮转动装置1安装叶片之前，叶轮转动装置1始终处于初始状态，即，叶轮转动装置1的第一线性伸缩臂11和第二线性伸缩臂12处于均未伸长的状态。

下面参照图8-图12描述通过转动装置1安装叶片的过程。

首先在地面将轮毂40和第一叶片41组装好，然后将组装好的轮毂40和第一叶片41整体吊装至发电机5上。这时，第一叶片41朝下，如图8的(a)和(b)所示。在此过程中，锁定销53插入到锁定销孔531中，使叶轮4处于锁定状态。

接下来，锁定销53从锁定销孔531退出，解除转子51与定子52之间的锁定，控制第一线性伸缩臂11长度保持不变，并控制第二线性伸缩臂12伸长，从而第二线性伸缩臂12的伸长操作推动转动臂13绕其与支座14的连接位置转动，进而使转动臂13带动第一线性伸缩臂11移动。在此过程中，由于第一线性伸缩臂11长度保持不变，仅作为传力杠杆使用，并且由于第一线性伸缩臂11可分别绕连接销101以及其与转动臂13的连接位置转动，因此第一线性伸缩臂11可带动转子51转动。由于转子51与轮毂40固定连接，从而轮毂40可旋转。即，当第二线性伸缩臂12伸长时，轮毂40旋转。

参见图9的(b)，轮毂40可在第二线性伸缩臂12的伸长作用下旋转预定角度，优选地，轮毂40旋转30度。在轮毂40旋转30度后，第一叶片41与塔架3之间的夹角为30度，如图9的(a)所示，当从叶轮4的正面观看时，第一叶片41沿逆时针方向(第一方向)旋转30度，该位置可称为轮毂40的第一安装位置。此时，使用锁定销53再次锁定叶轮4。

在轮毂40处于第一安装位置时，可将第二叶片42以水平状态安装到轮毂40上，如图10所示。

在安装好第二叶片42后，松开锁定销53并控制第二线性伸缩臂12缩回至初始位置，这时，第一叶片41返回至竖直朝下的位置。然后，控制第一线性伸缩臂11伸长。第二线性伸缩臂12长度保持不变，与转动臂13和支座14构成固定的三角形结构，从而仅第一线性伸缩臂11的伸长动作即可推动转子51旋转。在第一线性伸缩臂11的伸长动作下带动轮毂40沿顺时针方向(第二方向，且该方向指的是从正面观看叶轮4时的方向)旋转。

参见图11的(b)，当第一叶片41相对于初始位置再次反向旋转预定角度后，使用锁定销53锁定叶轮4。所述预定角度优选地为30度。此时，如图11的(a)所示，第一叶片41沿顺时针方向旋转30度，第一叶片41与塔架3之间的夹角仍为30度，该位置可被称为轮毂40的第二安装位置。

当轮毂40第二安装位置时，可将第三叶片43以水平状态安装到轮毂40上，从而完成叶片的安装，如图12所示。

通过上述过程可知，轮毂40能够在第二线性伸缩臂12的作用下沿逆时针旋转30度，并且能够在第一线性伸缩臂11的作用下沿顺时针方向旋转30度，总共旋转的角度可为60度，即，轮毂40只需旋转60度即可完成全部叶片的安装，从而显著简化了控制程序。

作为示例，第一线性伸缩臂11和第二线性伸缩臂12的最大伸缩长度比可大约为7:5。然而，第一线性伸缩臂11和第二线性伸缩臂12的伸缩长度之间的比不限于此，根据使用叶轮转动装置1的风力发电机组的不同机型，该比值可根据实际情况进行调整。

另外，虽然上述实施例描述了使用一个叶轮转动装置1来安装叶片的结构和过程，但也可在机舱6内安装多个叶轮转动装置1，使用时多个叶轮转动装置1同时操作，带动叶轮4转动。

虽然上述实施例示出了在第一线性伸缩臂11的伸长作用下使轮毂40相对于塔架3逆时针旋转30度，在第二线性伸缩臂12的伸长作用下使轮毂40相对于塔架3顺时针旋转30度的情况，但本发明的实施例不限于此。根据本发明的转动装置1也可按照与上述实施例的方向相反的方向安装在安装座621上，从而第一线性伸缩臂11和第二线性伸缩臂12分别沿与上述实施例相同的方向使轮毂40旋转。

另外，虽然上述实施例仅描述了采用根据本发明的叶轮转动装置1安装叶片的过程，但该叶轮转动装置1也可用在需要转动轮毂40的其他过程，例如，当需要转动轮毂40对风力发电机组进行维修时。而且，此时叶轮转动装置1带动轮毂40旋转的角度也不限于上述角度，而是可根据实际情况变化。

根据本发明的示例性实施例，通过使用转动装置1实现风力发电机组的单叶片吊装，解决了山地、森林等特殊机位叶轮安装困难的问题。

另外，根据本发明的实施例的转动装置结构简单、安装方便、易于控制且安全性好。

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型。但是应当理解，在本领域技术人员看来，这些修改和变型仍将落入权利要求所限定的本发明的范围内。