用于运输风轮机叶片的车辆、控制系统和方法

1.一种用于运输至少一个风轮机叶片(5)的车辆(6)，该风轮机叶片(5)包括末端(9)、与所述末端相对的根端(10)以及处于所述根端中的安装凸缘(11)，所述车辆(6)包括：
叶片连接机构(14)，以用于通过螺栓连接叶片(5)的安装凸缘(11)，由此当叶片被安放在所述车辆中时在叶片根部悬挂该叶片，
其中，所述叶片连接机构(14)包括倾斜机构(19)，该倾斜机构用于当叶片被安放在所述车辆中时升高所述叶片(5)的末端(9)，以及，
其中，所述叶片连接机构(14)布置成使得当叶片被安放在所述车辆中时，所述叶片(5)的末端(9)朝所述车辆(6)的向前方向定向。
2.按照权利要求1所述车辆(6)，其特征在于，风轮机叶片(5)包括埋设在叶片的安装凸缘(11)中的多个带螺纹的凹穴，以在利用螺栓将该叶片安装到转子轮毂上时使用，其中，叶片连接机构(14)包括连接架(15)，该连接架包括与叶片(5)的所述带螺纹的凹穴相对应的多个孔(28)。
3.按照权利要求1或2所述的车辆(6)，其特征在于，所述倾斜机构(19)能在风轮机叶片(5)被安放在所述车辆中时使所述风轮机叶片(5)倾斜0°至90°的角度(A)。
4.按照权利要求1或2所述的车辆(6)，其特征在于，所述车辆(6)包括调平机构。
5.按照权利要求1或2所述的车辆(6)，其特征在于，所述车辆(6)是自走式的。
6.按照权利要求1或2所述的车辆(6)，其特征在于，所述车辆(6)包括转向机构，以用于使所述车辆(6)转向。
7.按照权利要求1或2所述的车辆(6)，其特征在于，所述叶片(5)通过多个螺栓连接到所述叶片连接机构(14)上。
8.按照权利要求1或2所述的车辆(6)，其特征在于，所述叶片连接机构(14)包括用于固定所述叶片(5)的机构，其中所述叶片(5)的压力侧(21)或者下风侧(20)面向下。
9.按照权利要求1或2所述的车辆(6)，其特征在于，所述倾斜机构(19)包括一个或多个倾斜致动器(17)。
10.按照权利要求1或2所述的车辆(6)，其特征在于，当叶片被安放在所述车辆中时，所述倾斜机构(19)的旋转中心(18)放在所述叶片(5)的根端(10)处。
11.一种控制系统，用于控制按照权利要求1-10之一所述的车辆(6)的倾斜机构(19)，其中，所述倾斜机构(19)根据来自所述车辆(6)的传感器输入进行控制。
12.一种用于在按照权利要求1-10之一所述的车辆(6)上运输至少一个风轮机叶片(5)的方法，该风轮机叶片包括末端(9)、与所述末端相对的根端(10)以及处于所述根端中的安装凸缘(11)，所述方法包括以下步骤：
通过叶片连接机构(14)将所述叶片(5)的安装凸缘连接到所述车辆(6)上，由此在叶片根部悬挂该叶片，以及
通过所述叶片连接机构(14)的倾斜机构(19)升高所述叶片(5)的与根端相对的末端(9)。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于，该车辆包括液压轴悬架，该液压轴悬架具有与液压支承回路互连的摆动轴，其中，通过维持等轴载荷而将该车辆调平。

用于运输风轮机叶片的车辆、控制系统和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及用于运输风轮机叶片的车辆，用于运输风轮机叶片的控制系统和方法。
背景技术
[0002] 现有技术中已知的风轮机包括锥形风轮机塔架和设置在塔架的顶部上的风轮机机舱。具有多个风轮机叶片的风轮机转子通过低速轴连接到机舱，所述低速轴如图1所示从机舱前面伸出。
[0003] 现代风轮机经常进行优化和再设计以便增加电力输出，而增加输出的一种显而易见的方式是增加风轮机的尺寸。但风轮机的各部件越大，则运输它们就越困难-尤其是在较小的道路上，并且风轮机越大，则它们必须架设的地点就越远。
[0004] 这当然是个问题-尤其是关于风轮机叶片，这个问题很明显，因为与例如塔架不同，叶片不能在运输期间不能分成若干分段且随后在不影响它们的效率和/或挠性的情况下在架设现场安装。
[0005] 国际专利申请WO2006/000230中公开了一种在较小的道路上或不同地形中运输长的风轮机叶片的问题的解决方法。该申请公开了一种用于运输叶片的方法，其中叶片两端悬挂在牵引和非牵引车之间，牵引车和非引车都包括用于调节叶片高度的机构，由此能在通过道路拐弯时将叶片升起到例如小的道路标志上方，而例如当在桥墩下通过时将叶片放低。但由于仅可在有限的范围内进行高度调节，所以这种方法只在通过小障碍物时有效。
如果例如在道路拐弯中障碍物是大树、悬岩或者房屋，或者如果地形起伏很大，则这种方法将暴露其缺陷。
[0006] 因此，现有技术还已知当道路或地形使得不能用别的方法运输叶片时，利用直升飞机来运输叶片。但大到足以举升和运输例如50m长的风轮机叶片的直升飞机造价很贵，并且在着陆或起飞期间损伤叶片或人员的危险相当大。
[0007] 从JP2004-243805中已知，通过将细长装置的一端连接到载货汽车的后部而使另一端自由地向后延伸来运输该细长装置。然后当车辆通过转角时可以将装置倾斜以便升高装置的自由端。然而，为了保证车辆不会在装置的重量影响下倾斜，车辆必须长或者重，而这两种情况都是不利的。
[0008] 本发明的目的是提供一种用于在没有所述缺点的情况下运输风轮机叶片的技术。
[0009] 特别地，本发明的目的是提供一种在难以通过的地形中运输风轮机叶片的有利技术。
发明内容
[0010] 本发明提供一种用于运输风轮机叶片的车辆。该车辆包括叶片连接机构，所述叶片连接机构用于将叶片的第一端连接到车辆上，其中叶片连接机构包括用于升高叶片的相对端的倾斜机构，及其中叶片的末端朝所述车辆的向前方向定向。
[0011] 当运输例如50m长且20吨重的风轮机叶片时，保持叶片尽可能接近地面，并保持叶片的重心尽可能接近地面当然是有利的，它可保证稳定性，而且还可保证叶片能在桥梁、高压线等下方通过。但靠近地面和近似与地面平行运输的长风轮机叶片通过道路上狭窄的弯道，尤其是如果在道路的一侧或两侧上有障碍物如岩石、房屋、树等则实际上可能是不可行的。因此，有利的是提供一种带有用于使叶片倾斜的机构的叶片运输车辆，其中当叶片倾斜时-使它成一角度例如45°伸入空中，减少伸出叶片投影到地面上的长度，并将叶片的大部分升高，以使它可以在障碍物上方通过。
[0012] 在通过障碍物之后，可以再次降低叶片的无支承的端部，以增加车辆的稳定性。
[0013] 另外，通过使叶片的末端朝车辆的向前方向定向，可以将叶片安装成伸出到推进车辆的载货汽车的外面，由此减少车辆的总长度。另外，当叶片朝前时，更容易通过困难的拐弯，因为当叶尖朝向行驶的方向时，更容易跟踪叶尖位置，并且叶尖的路线则基本上与车辆，即“无障碍物的”前方道路，相同。
[0014] 应该强调，术语“所述车辆的向前方向”应理解为车辆的前端，或者换句话说是当车辆直线向前行驶时正常行驶的方向。
[0015] 在本发明的一个方面中，所述第一端是所述叶片的根端，而所述相对端是所述叶片的末端。
[0016] 叶片-当安装在风轮机上时-在叶片的根部处固定，从而使叶片的末端向外自由地伸展，并因此将叶片设计成承受因仅在叶片根部悬置(悬挂，吊起)而产生的应变。因此，有利的是将叶片的根端连接到叶片连接机构上，并升高(抬高)叶片的自由末端。
[0017] 在本发明的一个方面中，所述倾斜机构能使所述叶片倾斜在0°和90°之间，优选在0°和70°之间，最优选在0°和50°之间，的角度。
[0018] 如果叶片的倾斜角太小，则叶片不能通过高障碍物，而如果角度太大，则倾斜机构可能难以设计且制造成本高，并且可能严重损害车辆的稳定性。因此目前的角度范围代表功能性、经济性和稳定性之间的有利关系。
[0019] 在本发明的一个方面中，所述车辆包括调平机构。
[0020] 地面上的较小颠簸都潜在地对未支承-例如以45°伸向空中-的长叶片造成很大影响，并且如果车辆(包括叶片)的重心总是到车辆支承在地面上的区域之外，则车辆将会倾覆。因此，有利的是提供具有调平机构的车辆，所述调平机构至少可在一定程度上补偿地表面的不规则性。
[0021] 在本发明的一个方面中，所述车辆是自走式的。
[0022] 由此实现本发明的有利的实施例。
[0023] 在本发明的一个方面中，所述车辆包括转向机构，以用于使所述车辆转向。
[0024] 由此实现本发明的另一个有利的实施例。
[0025] 在本发明的一个方面中，所述连接机构包括用于通过所述叶片的根端处的安装凸缘固定所述叶片的机构。
[0026] 叶片的安装凸缘设计成传递叶片上风载荷产生的极大转矩，并且能承载整个叶片的重量。因此，有利的是使叶片连接机构包括用于在安装凸缘处固定叶片的机构。
[0027] 在本发明的一个方面中，所述叶片通过多个螺栓连接到所述叶片连接机构上。
[0028] 在大多数现代风轮机上，叶片的安装凸缘设有多个带螺纹的凹穴，所述凹穴埋置在叶片结构中，以在当利用螺栓将叶片安装到风轮机轮毂上时使用。因此，有利的是用螺栓将叶片固定到叶片连接机构上。
[0029] 在本发明的一个方面中，所述叶片连接机构包括用于固定所述叶片的机构，其中所述叶片的压力侧或者下风侧面向下。
[0030] 按照本发明所述的车辆自然是长度大于宽度。风轮机叶片自然在压力侧和下风侧之间的方向上比在前缘和后缘之间的方向上挠性大得多。因此，有利的是使叶片的压力侧或者下风侧面向下，尤其是当运输处于竖起位置的叶片时更是如此，因为此处叶片最具挠性并因此最不稳定的方向将与车辆的最大伸展并因此最稳定的方向相同。
[0031] 在本发明的一个方面中，所述倾斜机构包括一个或多个倾斜致动器，例如一个或多个液压缸，这是有利的，因为倾斜致动器并且尤其是液压缸比较简单、廉价，并且证明是用于倾斜大的物体如风轮机叶片的良好机构。
[0032] 在本发明的一个方面中，所述倾斜机构的旋转中心放在所述叶片的所述第一端。
[0033] 如果倾斜机构的旋转中心放到叶片上方很远，则车辆必须比较高(并因此更昂贵且不稳定)，因为如果升高相对端，则叶片的第一端向下移动。如果旋转中心放置在叶片的第一端的上方、下方或后面，则车辆的设计或者车辆负荷承载结构必须比较复杂，并且因此昂贵。因此，有利的是将倾斜机构旋转中心放在叶片的第一端处或者至少十分接近叶片的第一端。
[0034] 本发明还提供一种控制系统，所述控制系统用于控制按照权利要求1-11之一所述的车辆的倾斜机构，其中所述倾斜机构根据来自所述车辆的传感器输入进行控制。
[0035] 包括很长的风轮机叶片-所述叶片仅在一端悬挂并且叶片的自由端伸展例如
45°到空中-的车辆在某些情况下可能很难控制，尤其是如果叶片开始振动以接近它自己的自然频率时更是如此。因此，有利的是提供一种带控制系统的车辆，所述控制系统可以，自动地并根据叶片上或车辆上传感器的一个或多个传感器输入，例如通过提供反向运动来控制倾斜机构，以便减缓叶片中的振动或甚至整个车辆的振荡。
[0036] 另外，本发明还提供一种方法，所述方法用于在按照权利要求1-11之一所述的车辆上运输风轮机叶片。该方法包括以下步骤：
[0037] 通过叶片连接机构将叶片的第一端连接到所述车辆上，和
[0038] 通过叶片连接机构的倾斜机构升高叶片的相对端。
[0039] 通过将叶片的第一端连接到叶片连接机构上，然后利用叶片连接机构所包括并作用在叶片连接机构上的倾斜机构来升高叶片的未悬挂的另一端是有利的，因为它使得能在起伏不平的地形中并通过较急转弯运输叶片。
附图说明
[0040] 下面参照附图说明本发明，其中：
[0041] 图1示出现有技术已知的大型现代风轮机的正视图，
[0042] 图2示出风轮机叶片的正视图，
[0043] 图3示出包括基本处于水平的位置的风轮机叶片的车辆实施例的侧视图，[0044] 图4示出如图3所示的车辆实施例的侧视图，它包括处于倾斜位置的风轮机叶片，[0045] 图5示出车辆实施例的俯视图，
[0046] 图6示出车辆实施例的仰视图，
[0047] 图7示出包括载货汽车的车辆实施例的侧视图，该载货汽车牵拉安装有处于升起位置的叶片的运输机，
[0048] 图8示出包括载货汽车的车辆实施例的侧视图，该载货汽车牵拉安装有处于基本水平位置的叶片的运输机的，以及
[0049] 图9示出车辆实施例的侧视图，它包括叶片连接机构和倾斜机构的另一实施例。
具体实施方式
[0050] 图1示出现有技术中已知的风轮机1，所述风轮机1包括锥形塔架2，该锥形塔架
2分成多个塔架分段。风轮机机舱3设置在塔架2的顶部上。
[0051] 风轮机转子4包括多个风轮机叶片5，所述风轮机转子通过低速轴连接到机舱3上，所述低速轴从机舱3前面伸出。
[0052] 图2示出风轮机叶片5正视图。该风轮机叶片5包括前缘7、后缘8、末端9和根端10。叶片5的在前缘7和后缘8之间延伸的两侧20、21通常称做下风侧20和压力侧21。
在这个实施例中，压力侧21是可见侧。
[0053] 叶片5通常是空心的，除了基本沿叶片5的整个长度延伸的一个或多个加强件以外。现有技术中已知的风轮机叶片5通常由碳纤维增强的玻璃纤维和树脂复合物、碳纤维增强木材或它们的组合制成。
[0054] 叶片的根部10通常设有安装凸缘11，所述凸缘包括多个埋置的带螺纹凹穴，以用于通过螺栓将叶片5固定到转子轮毂上。
[0055] 箭头表示在叶片5安装到风轮机1上以后其正常运行期间的旋转方向。叶片5的长度L在传统的现代风轮机叶片5上是在30米和60米之间，而重量是在8吨和20吨之间。
[0056] 图3示出包括风轮机叶片5的车辆6实施例的侧视图，所述叶片处于基本上水平的位置。
[0057] 在本发明的这个实施例中，叶片5的第一端24这样固定到形式为自走式运输机12的车辆6上：通过螺栓(未示出)将叶片5的根端10处的安装凸缘11连接到叶片连接机构14上。
[0058] 在这个实施例中，叶片连接机构14包括一连接架15，所述连接架15包括多个孔
28，这些孔与埋置在叶片的安装凸缘11中的带螺纹凹穴相对应。在另一实施例中，叶片连接机构14可以成形为一板，或者它可以更复杂地设计，例如取包括网格结构的构架形式。
[0059] 在本发明的这个实施例中，叶片5仅通过连接架15悬挂在叶片连接机构14上，但在另一实施例中，车辆还可以包括一个或多个支承件(未示出)，以用于当叶片5如图所示处于基本水平的位置时例如在中部支承该叶片5。
[0060] 在这个实施例中，叶片安装成压力侧21面向下，而下风侧20面向上，但在另一实施例中，叶片可以是压力侧面向上，或者后缘8或前缘7可以面向下。
[0061] 在本发明的这个实施例中，车辆6只设置一个叶片5，但在另一实施例中，车辆6可以包括多个叶片6，例如两个叶片，所述两个叶片都在根端10处固定到连接机构14上，该连接机构14包括车辆6上的倾斜机构19，其中相对端25指向同一方向或相反方向。
[0062] 图4示出与图3所示的车辆6相同的实施例的侧视图，该车辆包括处于倾斜位置的风轮机叶片5。
[0063] 叶片连接机构14在这个实施例中包括倾斜机构19，其中连接架15旋转式安装在车辆的负荷承载结构16上，所述负荷承载结构将旋转中心18设置在连接架15的各侧的旋转接合处，其中两个倾斜致动器17的一端枢转式连接到车辆负荷承载结构16上，而倾斜致动器17的另一端枢转式连接到连接架15的底部上。
[0064] 为了通过在叶片5的另一端24处的倾斜机构升高叶片5的一端25，倾斜机构必须设置旋转中心18。在这个实施例中，旋转中心18靠近叶片5的根端10的中部放置，但在另一实施例中，旋转中心18可以用不同方案放置，例如进一步放置在叶片5上方，在叶片5后面或者在叶片5的下方。
[0065] 在这个实施例中，倾斜致动器17是液压缸，但在另一实施例中，倾斜机构19可以包括气压缸、电动心轴致动器，或者叶片5的倾斜可以通过滑轮和/或绞车实施。
[0066] 当倾斜机构19被致动-这意味着液压缸开始缩回-时，连接机构14以及相连的叶片5倾斜，由此升高叶片5的未悬挂的自由相对端25，并使叶片5相对于车辆6的基本水平的面以角度A延伸。在这个实施例中，叶片5相对于图3所示的叶片5的基本水平位置倾斜约45°的角度，但在另一实施例中，叶片5可以升起到0°和90°之间的任何角度A。
[0067] 在本发明的这个实施例中，车辆的速度和方向以及叶片5的倾斜角度A可由操纵车辆的人员手动控制。在另一实施例中，车辆6可以设有控制系统，以便至少在某些情况下代替、帮助或者重写这种手动控制。例如，如果安装在叶片15上应变仪、倾斜机构19的液压系统中的压力传感器或者安装在车辆上的距离传感器检测出叶片5振动到一定程度、叶片5的偏转可能损坏叶片5或者甚至使整个车辆倾斜，则控制系统可以自动地在倾斜机构中强制执行反向运动，以便减缓振动。
[0068] 如果叶片5或车辆6正接近障碍物，则连接到控制系统上的雷达或其它种类传感器也可以减小车辆6的速度或方向，或者控制系统可以保证当叶片5上升到大于某一角度A时，车辆6只能在某一(低的)最大速度下移动。
[0069] 图5示出未安装叶片5的车辆6实施例的俯视图。
[0070] 在这个实施例中，倾斜机构19包括两个倾斜致动器17，所述两个倾斜致动器基本上围绕车辆6的垂直中心平面对称安放，但在另一实施例中，倾斜致动器17可以用不同方法放置，并且倾斜致动器19可以包括另外数量的倾斜致动器17，或者倾斜致动器17可以被滑轮、绞车、一个或多个平衡对重或类似物代替或补充。
[0071] 在这个实施例中，车辆负荷承载结构16的大部分成形为刚性连接到在本实施例中是自走式的运输机12上的网格结构，但在另一实施例中，结构16可以是整体，它可以成形为平行的梁，或者它可以用另外方式设计，同时保证结构16能基本刚性地承载叶片5的负荷以及结构16的自重。
[0072] 图6示出车辆6的实施例的仰视图。
[0073] 在本发明的这个实施例中，车辆6的底部部分是基本标准的、带静液压传动装置的、自走式重型运输机12。自走式运输机12包括多个单独驱动并转向的车轮组13，所述车轮组通过电子多路转向提+/-110°的转向角。这种转向在单独的组件及在任何大的纵向或侧向组合中使用，所述转向除了所示出的转盘式转向之外，还提供90°绞车转向、对角绞车转向和正常直接传动的转向模式。
[0074] 另外，在这个实施例中，每个车轮组13都设有液压轴悬架，所述液压轴悬架利用摆动轴与液压支承回路互连。在这些支承回路内，实现相等的轴载荷。+/-300mm以内的液压冲程能在车辆6纵向和侧向方向上补偿，并因此能在不均匀的地形上操作及对极端侧倾斜调节(调平)。
[0075] 图7示出包括载货汽车22的车辆6实施例的侧视图，所述载货汽车拉动安装有叶片5的机输机12，所述叶片5处于升起的位置。
[0076] 在本发明的这个实施例中，运输机12未设置用于使它自走的机构，因此运输机12利用较长的基本刚性的连接杆23连接到标准载货汽车22上。载货汽车22拉动非驱动式运输机12，并且当通过道路上的急转弯时，叶片5可以如图7所示倾斜，由此能通过拐弯，其中基本刚性的连接杆23枢转式接合到载货汽车22和运输机12二者上。
[0077] 在本发明的另一实施例中，连接杆23也可以是牵引绳、挠性索、四轮车或四轮托架，它例如包括另外的风轮机1设备，或者它可以被另外的非驱动式运输机12代替，例如包括朝相反方向延伸的第二叶片5。
[0078] 图8示出包括载货汽车22的车辆6实施例的侧视图，所述载货汽车拉动安装有叶片5的运输机12，所述叶片处于基本水平的位置。
[0079] 当叶片5处于它的起初基本水平的位置时，叶片5越过载货汽车22的车顶延伸，以减小车辆6的总长度，从而使车辆6更容易通过道路行驶。在这个实施例中，叶片5的自由末端9不连接到载货汽车22上，或者用任何方式被载货汽车22支承或处在载货汽车22处，以使叶片5和载货汽车22之间有自由相对水平(或者在某种程度上也垂直)运动。
[0080] 图9示出车辆6的实施例的侧视图，所述车辆包括叶片连接机构14和倾斜机构19的另一实施例。
[0081] 在本发明的这个实施例中，叶片5的第一端24-在本例中是根端10-放置在连接机构14的支承架26中。支承架26旋转式接合到车辆6的负荷承载结构16上。另外，一对带子横跨叶片5系紧，以便将叶片5牢牢地固定到连接机构14上。倾斜机构19以作用在支承架26上的液压缸的形式设置，由此升高叶片5的相对的自由端25。
[0082] 在本发明的这个实施例中，叶片5固定于其上的车辆6是自走式运输机12，但在另一实施例中，运输机12可以是无驱动式，并通过载货汽车22拉动，如图7和8中所示。
[0083] 上面已经参照在运输风轮机叶片5时使用的车辆6、叶片连接机构14和倾斜机构
19的具体实施例举例说明了本发明。然而，应该理解，本发明不限于所述特定实施例，而是可在如权利要求所规定的发明范围内进行各种设计和改变。
[0084] 附图标记列表
[0085] 1、风轮机
[0086] 2、塔架
[0087] 3、机舱
[0088] 4、转子
[0089] 5、叶片
[0090] 6、车辆
[0091] 7、前缘
[0092] 8、后缘
[0093] 9、末端
[0094] 10、根端
[0095] 11、安装凸缘
[0096] 12、运输机
[0097] 13、车轮组
[0098] 14、叶片连接机构
[0099] 15、连接架
[0100] 16、车辆负荷承载结构
[0101] 17、倾斜致动器
[0102] 18、旋转中心
[0103] 19、倾斜机构
[0104] 20、下风侧
[0105] 21、压力侧
[0106] 22、载货汽车
[0107] 23、连接杆
[0108] 24、第一端
[0109] 25、相对端
[0110] 26、支承架
[0111] 27、带子
[0112] 28、孔
[0113] L、叶片长度
[0114] A、叶片角度