專利名稱：便于在風力渦輪機上進行維護的系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明所述的主題主要涉及風力渦輪機，并且更具體地涉及在風力渦輪機上進行 維護工作。
背景技術：
公知的風力渦輪機用于將風中的動能轉換成機械動力。該機械動力可用于特定的 作業(yè)(如碾磨谷物或抽水)，或者發(fā)電機可將該機械動力(即，軸的旋轉)轉換成電力。風 力渦輪機通常包括用于將空氣流動轉換成機械運動(例如，旋轉)的空氣動力機構(例如， 葉片)，然后通過發(fā)電機將機械運動轉換成電功率。來自發(fā)電機的功率輸出與風速成正比。 在大型風力渦輪機上，如具有100千瓦(kW)至150kW的額定功率的風力渦輪機上，由渦輪 所產生的電壓通常為交變電流(AC)。該電流隨后經由變壓器發(fā)送，其中，變壓器位于風力渦 輪機內且操作地聯(lián)接到風力渦輪機上，以便將電壓升高到大約10，000伏至大約30，000伏 的范圍內，這取決于本地電網方面的標準。目前，在維護操作期間，需要常規(guī)起重機來升降和操縱變壓器以及風力渦輪機的 其它構件，如發(fā)電機和齒輪箱。然而，由于典型起重機的尺寸和重量，起重機并非很適合用 于升降和/或操縱風力渦輪機塔架內和/或周圍的這些構件。此外，起重機用以操作可能 很昂貴，以及將起重機運輸至風力渦輪機地點也可引起附加的成本。此外，構造成用于風力 渦輪機維護的起重機受數(shù)量的限制，且在需要維護時可能難以獲得，從而導致風力渦輪機 潛在可能的漫長和昂貴的停機時間。

發(fā)明內容
一方面，提供了一種便于在風力渦輪機上進行維護的系統(tǒng)，其包括位于限定檢查 開口(access opening)的塔架內的控制組件。該系統(tǒng)包括至少一個軌道，該至少一個軌道 包括第一軌道部分和聯(lián)接到第一軌道部分上的第二軌道部分。第二軌道部分在聯(lián)接到第一 軌道部分上時向外延伸穿過檢查開口。至少一個輪聯(lián)接到控制組件上。該輪構造成用以接 合軌道且使控制組件能夠沿軌道運動，以便于控制組件在塔架的內部與外部之間運動。另一方面，提供了一種風力渦輪機。該風力渦輪機包括限定檢查開口的塔架?？?制組件位于所述塔架內。該風力渦輪機還包括軌道組件，該軌道組件包括具有第一軌道部 分和聯(lián)接到第一軌道部分上的第二軌道部分的至少一個軌道。第二軌道部分在聯(lián)接到第一 軌道部分上時向外延伸穿過檢查開口。至少一個輪聯(lián)接到控制組件上。該輪構造成用以接 合軌道且使控制組件能夠沿軌道運動，以便于控制組件在塔架的內部與外部之間運動。又一方面，提供了一種用于在風力渦輪機上進行維護的方法。該風力渦輪機具有 限定檢查開口的塔架。該方法包括將第一軌道部分固定地聯(lián)接到塔架內。第二軌道部分聯(lián) 接到第一軌道部分上以形成軌道。第二軌道部分在聯(lián)接到第一軌道部分上時向外延伸穿過 檢查開口。至少一個輪聯(lián)接到控制組件上。該輪構造成用以接合軌道且使控制組件能夠沿 軌道運動，以便于控制組件在塔架的內部與外部之間運動。


非限制和非窮盡的實施例參照以下附圖進行了描述，其中，除非另外指出，相似的 參考標號在所有各個視圖中表示相似的部分、構件或元件。 圖1為示例性風力渦輪機的側透視圖。 圖2為圖1中所示的風力渦輪機塔架的局部截面視圖。圖3為便于在圖1中所示的風力渦輪機上進行維護操作的示例性系統(tǒng)的透視圖。 圖4為用于圖3中所示的系統(tǒng)的示例性輪組件的簡圖。 圖5為用于圖3中所示的系統(tǒng)的示例性門板的簡圖。圖6為便于在圖1中所示的風力渦輪機上進行維護操作的備選示例性系統(tǒng)的簡 圖7為在風力渦輪機上進行維護操作的示例性方法的流程圖。零件清單100風力渦輪機102塔架104支承表面106機艙108轉子110槳轂112轉子葉片114旋轉軸線116偏航軸線118槳距軸線120葉片根部122負載傳遞區(qū)域124風125葉片末梢部126葉片表面區(qū)域200系統(tǒng)212外壁214結構性格構式構架216變壓器218開關設備(switch gear)220電柜222變頻器224檢查開口226下部區(qū)域228樓梯230第一級(level)
232底板(floor)234較低級250軌道252第一軌道部分254第二軌道部分258連結部269輪組件270輪272底面300輪組件302通道304頂面305頂面306支承部件308下表面310收容部314輪軸316開孔或通路318中心部分320周邊表面322第一側表面324第二側表面326第一凸緣328第二凸緣330凹部332部分400門板402面板404頂面406踏板408多個支承臂410收容部412端部500備選系統(tǒng)500系統(tǒng)502支承件504支腿600方法602將第一軌道部分固定地聯(lián)接到風力渦輪機塔架內
604將第二軌道部分聯(lián)接到第一軌道部分上以形成軌道606將一個或多個輪聯(lián)接到控制組件上608使控制組件沿軌道從第一軌道部分移動到第二軌道部分上
具體實施例方式圖1為示例性風力渦輪機100的側透視圖。在示例性實施例中，風力渦輪機100為 水平軸線式風力渦輪機。作為備選，風力渦輪機100可為垂直軸線式風力渦輪機。風力渦 輪機100具有從支承表面104延伸的塔架102、聯(lián)接到塔架102上的機艙106，以及聯(lián)接到 機艙106上的轉子108。轉子108具有可旋轉的槳轂110和聯(lián)接到槳轂110上的多個轉子 葉片112。在示例性實施例中，轉子108具有三個轉子葉片112。作為備選，轉子108具有 使風力渦輪機100能夠起到如本文所述的作用的任意數(shù)目的轉子葉片112。在示例性實施 例中，塔架102由管狀鋼制成，且具有在支承表面104與機艙106之間延伸的腔(圖1中未 示出)。作為備選，風力渦輪機100可包括任何適合的塔架102，如格構式塔架或任何公知 的塔架。此外，塔架102可具有使風力渦輪機100能夠起到如本文所述的作用的任何適合 的高度。在一個實施例中，風力渦輪機100定位在岸上位置處。作為備選，風力渦輪機100 可定位在離岸或近岸位置處。轉子葉片112圍繞轉子槳轂110定位，以便于使轉子108旋轉，從而將來自風IM 的動能轉變成可用的機械能，且隨后轉變成電能。轉子108和機艙106關于偏航軸線116 圍繞塔架102旋轉，以控制轉子葉片112相對于風124向的投影。通過將葉片根部120在 多個負載傳遞區(qū)域122處聯(lián)接到槳轂110上，轉子葉片112與槳轂110相配合。負載傳遞 區(qū)域122具有槳轂負載傳遞區(qū)域和葉片負載傳遞區(qū)域(兩者在圖1中均未示出)。在轉子 葉片112中產生的負載經由負載傳遞區(qū)域122傳遞到槳轂110上。各轉子葉片112均還包 括葉片末梢部125。在示例性實施例中，轉子葉片112具有處在30米(m) (98英尺(ft))至70m(229ft) 之間的長度，但這些參數(shù)并不會對本公開內容形成限制。作為備選，轉子葉片112可具有使 風力渦輪機100能夠起到如本文所述的作用的任何適合的長度。例如，在一些實施例中，轉 子葉片112可具有小于30m或大于70m的長度，如在特定實施例中為IOOm或更大。當風IM沖擊各轉子葉片112時，便在各轉子葉片112上產生葉片升力(未示出)， 而當葉片末梢部125加速時，則引起轉子108圍繞旋轉軸線114旋轉。轉子葉片112的槳 距角(未示出)，也即確定轉子葉片112相對于風124向的迎角的角，可通過槳距調整機構 (圖1中未示出)而改變。具體而言，增大轉子葉片112的槳距角會減小迎角和暴露在風 IM中的葉片表面區(qū)域126，而相反，減小轉子葉片112的槳距角會增大迎角和暴露在風124 中的葉片表面區(qū)域126。轉子葉片112的槳距角在各轉子葉片112處圍繞槳距軸線118調 整。在示例性實施例中，轉子葉片112的槳距角單獨地受到控制。作為備選，轉子葉片112 的槳距角作為整體受到控制。圖2為示例性塔架102的局部截面視圖，以及圖3為便于在圖1中所示的風力渦 輪機100上進行維護操作的示例性系統(tǒng)200的透視圖。在示例性實施例中，塔架102包括 預先組裝的功率模塊(PPM) 210，其位于塔架102的大致圓柱形的外壁212內。在示例性實 施例中，塔架102包括結構性格構式構架214，其收容風力渦輪機的零件、構件和控制組件，包括而不限于變壓器216、開關設備218、電柜220以及變頻器222。塔架102在PPM 210的 下部區(qū)域2 處限定檢查開口 224，該檢查開口 2M提供通向塔架102內部的通路，使得能 夠在塔架102內進行維護操作。在示例性實施例中，樓梯2 和/或適合的坡道從支承表 面104延伸至檢查開口 224，使得能夠通向塔架102。在示例性實施例中，變壓器216位于第一級230上，該第一級230包括底板232，使 得檢查開口 2M在底板232處提供通向塔架102的通路。在備選的塔架結構或構造中，變 壓器216可位于支承表面104處或附近的較低級234上，或在塔架102內的任何適合的位 置處。在特定實施例中，底板232構造成以可轉動的構造旋轉，也即底板232的至少一部分 圍繞旋轉軸線旋轉，以便使構件如變壓器216能夠在塔架102內沿任何方向運動。在示例性實施例中，系統(tǒng)200包括至少一個軌道250，且優(yōu)選的是，包括沿如本文 所述的底板232定位的多個軌道250。在示例性實施例中，如下文更為詳細描述的那樣，軌 道250大致平行，且以適當?shù)亩ㄏ虬惭b在塔架102內，以便于風力渦輪機構件和控制組件如 變壓器216沿軌道250且穿過檢查開口 2M的運動。如圖3中所示，各軌道250均包括固定地聯(lián)接到底板232上和/或至少部分地聯(lián) 接在底板232內的第一軌道部分252，以及在檢查開口 2 處或附近的連結部258處聯(lián)接到 第一軌道部分252上的第二軌道部分254。在示例性實施例中，第二軌道部分2M根據需要 可拆卸或可移除地聯(lián)接到第一軌道部分252上。在備選實施例中，第二軌道部分2M可滑 動或可延伸地聯(lián)接到第一軌道部分252上，如采用伸縮構造，或使用適合的聯(lián)接裝置或緊 固裝置(未示出)可樞轉或可旋轉地聯(lián)接到第一軌道部分252上。在一些實施例中，第二 軌道部分2M可從第一軌道部分252收回或可與第一軌道部分252分離，以便于在不使用 時儲存第二軌道部分254。在示例性實施例中，系統(tǒng)200包括具有至少一個輪270的輪組件沈9，且優(yōu)選的是 例如包括如圖2中所示的多個輪270。輪270聯(lián)接到變壓器216的底面272上。輪270其 尺寸和定向形成為用以接合相應的軌道250，且使變壓器216能夠沿軌道250運動。在示例 性實施例中，變壓器216在風力渦輪機正常操作期間位于軌道250上。在特定實施例中，除 變壓器216之外或作為變壓器216的備選方案，收容在塔架102內的任何適合的構件或控 制組件均可配備有尺寸和定向形成為用以接合對應軌道250的一個或多個輪270。圖4為圖3中所示的系統(tǒng)200的示例性輪組件300的簡圖。在示例性實施例中， 底板232限定一個或多個通道302。各通道302其尺寸和定向形成為用以用以收容相應的 軌道250，使得軌道250的頂面304在軌道250位于通道302內時與底板232的頂面305大 致共面。輪組件300包括一個或多個支承部件306，該支承部件306從變壓器216的下表 面308延伸，以便限定尺寸形成為用以收容一個或多個輪270的收容部310。輪軸314將輪 270可旋轉地聯(lián)接到支承部件306上和收容部310內。輪軸314延伸穿過支承部件306，且 穿過限定為穿過輪270的開孔或通路316，其中，輪270限定旋轉軸線R。在示例性實施例中，輪270包括具有周邊表面320的大致圓柱形的中心部分318， 該周邊表面320在輪270的第一側表面322與第二側表面3M之間延伸。第一凸緣3 聯(lián) 接到第一側表面322上，以及第二凸緣3 聯(lián)接到第二側表面3M上。第一凸緣3 和第 二凸緣3 與周邊表面320 —起形成凹部330，該凹部330其尺寸形成為用以收容軌道250 的一部分332。在操作期間，第一凸緣3 和第二凸緣3 在輪270安置于軌道250上時向變壓器216提供橫向支承。在示例性實施例中，四個輪組件300聯(lián)接到變壓器216的下 表面308上。在該實施例中，兩個輪組件300接合各相應的軌道250，且向變壓器216提供 充分的穩(wěn)定性。作為備選，取決于安裝軌道的控制組件的重量和/或大小，任何適合數(shù)目的 輪組件300都可用于充分地支承控制組件和便于控制組件沿軌道250運動。在備選實施例 中，如本文所述，僅使用一個軌道250。在該備選實施例中，系統(tǒng)200包括例如從軌道250、 底板232或塔架102壁延伸的橫向支承部件，以便向可移動地定位在軌道250上的控制組 件提供附加的支承。圖5為圖3中所示的系統(tǒng)200的示例性門板400的簡圖。在示例性實施例中，門 板400包括具有頂面404的面板402，該頂面404限定檢查開口 2 的踏板406。門板400 包括多個支承臂408，該支承臂408從頂面404向上延伸，以便部分地限定檢查開口 224。 在示例性實施例中，一個或多個收容部410限定在頂面404處或附近，且構造成用以收容相 應的軌道250。如圖5中所示，門板400包括分別構造成用以收容對應軌道250的兩個收 容部410。然而，本領域的技術人員應當清楚的是，門板400可包括對應于系統(tǒng)200中所使 用的軌道250數(shù)目的適合數(shù)目的收容部410。參看圖3和圖5，在一個實施例中，在連結部 258(圖5中未示出)處或附近的第一軌道部分252的端部412位于對應的收容部410內， 以便在維護操作期間向軌道250提供穩(wěn)定性。在特定實施例中，第一軌道部分252的端部 412利用一個或多個適合的緊固件聯(lián)接到門板400上，該緊固件例如為一個或多個螺釘或 螺栓(未示出)。如本文更為詳細描述的那樣，第二軌道部分2M在維護操作期間從門板 400向外延伸。圖6為便于在圖1中所示的風力渦輪機100上進行維護操作的備選系統(tǒng)500的簡 圖。參看圖6，當塔架102的第一級230定位在檢查開口 2 下方時，一個或多個支承件502 支承與檢查開口 2M對準的軌道250的第一軌道部分252。支承件502從底板232延伸至 第一軌道部分252。變壓器216然后使用輪270如本文所述那樣定位在軌道250上。此外， 且在所示的實施例中，第二軌道部分254由從支承表面104延伸至第二軌道部分254的支 腿504支承，且可在第二軌道部分2M移除或收回以便在未使用的周期期間儲存時移除或 移動，如旋轉或收回。在對風力渦輪機100進行維護操作期間，系統(tǒng)200或系統(tǒng)500可用于將變壓器216 或風力渦輪機100的其它構件或控制組件從如圖2和圖5中所示的操作位置向外經由檢查 開口 2 移動或重新定位到軌道250的第二軌道部分2M上。重新定位變壓器216向維護 人員提供了塔架102內的附加工作空間，且便于在其它內部控制組件上進行維護操作。此 外，在維護操作期間，將變壓器216移出塔架102外有助于修理和/或更換變壓器216。在 正常風力渦輪機操作期間，也即在未發(fā)生維護操作時的周期期間，第二軌道部分邪4可移 除或收回，且如本文所述那樣儲存。圖7為用于在諸如風力渦輪機100的風力渦輪機上進行維護的示例性方法600的 流程圖。在示例性實施例中，方法600包括將第一軌道部分252固定地聯(lián)接到塔架102內。 第二軌道部分2M然后聯(lián)接604到第一軌道部分252上以形成軌道250，使得第二軌道部 分邪4在聯(lián)接到第一軌道部分252上時向外延伸穿過檢查開口 224。在示例性實施例中， 第二軌道部分2M可移除地聯(lián)接到第一軌道部分252上。在備選實施例中，第二軌道部分 254可滑動或可延伸地聯(lián)接到第一軌道部分252上，如采用伸縮構造，或使用適合的置或緊固裝置(未示出)可樞轉或可旋轉地聯(lián)接到第一軌道部分252上。在一些實施例中， 第二軌道部分2M可從第一軌道部分252收回或可與第一軌道部分252分離，以便于在不 使用時儲存第二軌道部分254。在示例性實施例中，方法600包括將一個或多個輪聯(lián)接606到控制組件上。例如， 在一個實施例中，多個輪270聯(lián)接到控制組件上，且接合一個或多個對應的軌道250，以便 于控制組件沿軌道250運動。控制組件沿軌道250從第一軌道部分252移動608穿過檢查 開口 224，且移動到第二軌道部分2M上，該第二軌道部分2M從檢查開口 2 向外延伸，以 便于控制組件在塔架的內部與外部之間運動，以及在風力渦輪機上進行維護。上文詳細描述了用于風力渦輪機的維護系統(tǒng)的示例性實施例。上述系統(tǒng)和方法便 于保養(yǎng)風力渦輪機和控制組件。更具體而言，將變壓器移出塔架外便于修理和/或更換變 壓器，而不需要大型陸地起重機和/或海洋起重機。本發(fā)明所述的系統(tǒng)和方法降低了在維 護操作期間與使用這些重型移動設備相關的成本，且減少了維護成本和修理時間，同時消 除了對可用的起重機的等待時間。此外，本文所述的系統(tǒng)和方法在對收容在塔架內的其它 控制組件設備進行維護期間提供了較大的通路和機動性。將變壓器或任何構件或控制組件 從塔架內移動至塔架之外的穩(wěn)定位置的能力向工作人員提供了移動塔架內的其它構件和 控制組件設備的能力以便易于裝卸。此外，本文所述的系統(tǒng)和方法克服了基于起重機的系統(tǒng)中存在的多種缺陷。顯著 減小了與使用基于起重機的系統(tǒng)相關的復雜性和難度。此外，本文所述的系統(tǒng)和方法不需 要電能以提供動力。因此，在與基于起重機的維護系統(tǒng)相比時，該系統(tǒng)具有顯著更高的效率。盡管本文所述的設備和方法以用于風力渦輪機的維護系統(tǒng)為背景進行了描述，但 應當理解的是，該設備和方法不限于此類應用。同樣，所示的系統(tǒng)構件不限于本文所述的特 定實施例，而相反的是，系統(tǒng)構件可單獨地使用，以及與本文所述的其它構件分開使用。如本文所用，以單數(shù)形式敘述且冠以用詞〃 一〃或〃 一個〃的元件或步驟應當理 解為未排除復數(shù)個元件或步驟，除非明確地指明此類排除。此外，參看本公開內容的"一個 實施例"并非意圖解釋為排除了也結合有所述特征的其它實施例的存在。本書面說明使用了包括最佳模式的實例來公開本發(fā)明，且還使本領域的技術人員 能夠實施本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何所結合的方法。本發(fā)明可 取得專利的范圍由權利要求限定，并且可包括本領域的技術人員所構思出的其它實例。如 果這些其它的實例具有與權利要求的書面語言并無不同的結構元件，或者如果這些其它實 例包括與權利要求的書面語言無實質差異的同等結構元件，則認為這些實例處在權利要求 的范圍之內。
權利要求
1.一種便于在風力渦輪機(100)上進行維護的系統(tǒng)(200，500)，所述風力渦輪機(100) 包括位于限定檢查開口(224)的塔架(102)內的控制組件，所述系統(tǒng)包括至少一個軌道(250，其包括第一軌道部分(252)和聯(lián)接到所述第一軌道部分上的第二 軌道部分(254)，所述第二軌道部分在聯(lián)接到所述第一軌道部分上時向外延伸穿過所述檢 查開口 ；以及，聯(lián)接到所述控制組件上的至少一個輪(270)，所述輪構造成用以接合所述軌道且使所 述控制組件能夠沿所述軌道運動，以便于所述控制組件在所述塔架的內部與外部之間運動。
2.根據權利要求1所述的系統(tǒng)(200，500)，其特征在于，所述第一軌道部分(252)由所 述塔架的底板(232)支承在所述塔架(102)內。
3.根據權利要求2所述的系統(tǒng)(200，500)，其特征在于，所述第一軌道部分(252)收容 在限定于所述底板中的通道(302)內，使得所述第一軌道部分(252)的頂面(304)與所述 底板大致共面。
4.根據權利要求1所述的系統(tǒng)(200，500)，其特征在于，所述第一軌道部分(252)由在 所述塔架的底板與所述第一軌道部分之間延伸的至少一個支承件(502)支承在所述塔架 (102)內。
5.根據權利要求1所述的系統(tǒng)(200，500)，其特征在于，所述系統(tǒng)(200，500)還包括構 造成在所述第二軌道部分聯(lián)接到所述第一軌道部分(252)上時支承(502)所述第二軌道部 分(254)的至少一個支腿(504)。
6.根據權利要求1所述的系統(tǒng)(200，500)，其特征在于，所述輪(270)限定圍繞所述輪 的周邊表面(320)的凹部，所述凹部其尺寸形成為用以收容所述軌道(250)。
7.根據權利要求1所述的系統(tǒng)(200，500)，其特征在于，所述第二軌道部分(254)為與 所述第一軌道部分(252)可移除地聯(lián)接、可滑動地聯(lián)接以及樞轉地聯(lián)接中的一種。
8.一種風力渦輪機(100)，包括限定檢查開口 (224)的塔架(102)；位于所述塔架內的控制組件；以及，軌道組件，其包括至少一個軌道(250)，其包括第一軌道部分(252)和聯(lián)接到所述第一軌道部分上的第 二軌道部分(254)，所述第二軌道部分在聯(lián)接到所述第一軌道部分上時向外延伸穿過所述 檢查開口 ；以及，聯(lián)接到所述控制組件上的至少一個輪(270)，所述輪構造成用以接合所述軌道且使所 述控制組件能夠沿所述軌道運動，以便于所述控制組件在所述塔架(102)的內部與外部之 間運動。
9.根據權利要求8所述的風力渦輪機(100)，其特征在于，所述風力渦輪機(100)還包 括底板，其中，所述第一軌道部分(252)由所述底板支承在所述塔架(102)內。
10.根據權利要求9所述的風力渦輪機(100)，其特征在于，所述底板限定通道(302)， 所述通道(302)其尺寸形成為用以收容所述第一軌道部分(252)，使得所述軌道(250)的頂 面(304，305)與所述底板大致共面。
全文摘要
本發(fā)明涉及便于在風力渦輪機上進行維護的系統(tǒng)及方法。具體而言，提供了一種便于在風力渦輪機(100)上進行維護的系統(tǒng)(200，500)，該風力渦輪機(100)包括位于限定檢查開口(224)的塔架(102)內的控制組件。該系統(tǒng)包括至少一個軌道(250)，該軌道(250)包括第一軌道部分(252)和聯(lián)接到第一軌道部分上的第二軌道部分(254)，該第二軌道部分在聯(lián)接到第一軌道部分上時向外延伸穿過檢查開口；以及聯(lián)接到控制組件上的至少一個輪(270)，該輪構造成用以接合軌道，且使控制組件能夠沿軌道運動，以便于控制組件在塔架的內部與外部之間運動。
文檔編號F03D11/00GK102052261SQ20101053951
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權日2009年10月28日
發(fā)明者T·尼休斯 申請人:通用電氣公司