用于操纵风力涡轮机的区段的方法、用于将区段附接到操纵装置的工具和运输车辆
技术领域
本发明涉及一种用于操纵风力涡轮机的区段的方法。本发明还涉及一种用于将风力涡轮机的中空区段附接到操纵装置的工具，尤其是运输车辆和运输车辆。
背景技术
在构造大型风力涡轮机中的挑战之一是操纵风力涡轮机的通常长的竖直区段，其在两端上是开口的，例如塔架区段或单桩。通常，这种长区段在每一端处包括凸缘，以将它们连接到风力涡轮机的其它区段。这些凸缘也可用于将相应的区段附接到运输装置、起重机或其它操纵工具。
在塔架构造的一些方法中，不必在相应区段的两端或任何端上设置凸缘。例如，可以使用焊接代替凸缘连接来连接风力涡轮机的不同区段。用于连接风力涡轮机的竖直区段的另一方法是所谓的滑动接头，其中，上部区段的下开口具有比下部区段的顶部直径稍大的直径。因此，上部区段可在下部区段上滑动，并且由于该区段的锥形形状或内径的附加限制而保持在一定高度处。这种滑动接头的示例例如从文献EP 2910686 A2和EP 3255210 A2中已知。
发明内容
当不需要凸缘来连接风力涡轮机的不同区段时，仅出于操纵目的而包括这种凸缘将是不利的，因为这种凸缘将增加相应区段的重量及其材料要求。因此，本发明的目的是提供一种用于操纵风力涡轮机的在两端上不具有凸缘的区段的方法。
该问题通过一种用于操纵风力涡轮机的区段的方法来解决，该方法包括以下步骤：
-将第一工具的内部部分插入所述区段的开口第一端部中和/或将所述区段的所述第一端部插入所述第一工具的外部部分中，
-致动所述第一工具以沿着整个周向部分或在沿着壁的周向部分间隔开的多个区域中将压力施加到所述区段的所述壁的内表面和/或外表面上，以及
-在所述第一工具在所述内表面和/或外表面上施加压力的同时移动所述第一工具以移动所述区段。
本发明的方法基于在所述区段的壁的内表面和/或外表面处施加压力的构思，以便一方面阻止所述区段在径向方向上的移动，另一方面通过沿着周向部分施加压力而使用摩擦来避免所述区段在所述区段的纵向方向上的滑动。当中空长区段在水平放置的同时被运输或存储时，还可以降低它们椭圆化的风险。在包括凸缘的中空区段中，凸缘有助于降低这种椭圆化的风险。如果不存在凸缘，则在本发明方法中使用的工具有助于降低椭圆化的风险。
例如当该区段在另一端上具有凸缘时，或者当例如通过仅使用径向方向上的移动或通过强烈限制沿纵向方向的加速度来限制沿纵向方向施加在该区段上的力时，使用一个工具来操纵该区段就足够了。如果需要操纵这种区段的两端，则可以使用第二工具，如下所述。
该区段可以是例如塔架的一部分或单桩的一部分或单桩。该区段可以具有管状或尤其是锥形的形状。替代性地，例如将可以提供具有挤出多边形形状的区段，尤其是具有圆角的区段。
优选地，以这样的方式施加压力，即，使得压力主要沿径向方向或大致正交于壁作用。尤其应该避免将该区段推离工具。
在许多情况下，仅对内表面或外表面施加压力将足够了。当该区段具有相对薄的壁并且压力被施加到沿着壁的周向部分以相对大的距离间隔开的区域时，向两个表面施加压力可以尤其有利。在这些情况下，仅对内表面或仅对外表面施加压力可能导致该区段变形，这在压力施加到两个表面上时是可以避免的。
风力涡轮机的一旦风力涡轮机竖立将是竖直的并且该区段通常沿其比沿其它方向更长的区段的方向将被称为轴向或纵向方向。即使当该区段不具有严格的管状或锥形形状时，也将使用用于应用于这种形状的方向的标签。因此，周向方向将与沿着该区段的壁的纵向方向正交地延伸，并且径向方向将与周向方向和纵向方向正交地延伸。
在移动第一工具之前，第二工具的内部部分可以插入到该区段的开口第二端部中，和/或该区段的第二端部可以插入到第二工具的外部部分中，并且第二工具可以被致动以沿着整个周向部分或者在沿着壁的周向部分间隔开的多个区域中将压力施加到该区段的壁的内表面和/或外表面上。换句话说，使用与用于将开口第一端部附接到第一工具相同的方法将开口第二端部附接到第二工具。这可以用于在两个工具的单次移动期间支撑该区段。
优选地，第一工具和第二工具可以共同移动，因此最小化沿着开口端部之间的连接施加的力。在最简单的情况下，这通过如下来实现：将第一工具和第二工具附接到相同的操纵装置，例如附接到相同的运输车辆。然而，也可以使用不同的操纵装置，例如不同的自推进模块化运输机(SPMT)，以承载第一工具和第二工具并协调这些操纵装置的移动。替代性地，例如将可以仅主动地移动第一工具，并且通过经由该区段将力从第一工具传递到第二工具来移动第二工具。
在所述区段的移动期间，所述区段可以在所述第一端部和所述第二端部之间水平延伸。因此，该区段的重量将作为径向力作用在第一工具和/或第二工具上。在该方向上，第一工具和/或第二工具的内部部分和/或外部部分可以为相应的开口端部提供形状配合（positive fit），而沿着纵向方向的力将可能必须被由压力引起的摩擦力抵消。因此，适度水平的压力以及因此摩擦力可足以沿纵向方向运输该区段。运输可以优选地沿着大致水平的路径，并且可以例如由运输车辆执行。运输车辆可以可选地包括竖直移动，例如在致动第一工具和/或第二工具以将区段从初始拾取位置升高到较高的运输位置之后竖直地提升区段，反之亦然。
第一工具和/或第二工具可以附接到运输车辆或附接到用于沿着运输路径移动区段的相应运输车辆。运输车辆或相应的运输车辆可以是例如自推进模块化运输机(SPMT)。SPMT由包括多个轮的平台形成，所述轮附接到尤其单独可控的车轴上。SPMT是用于重型运输和风力涡轮机构造的常用工具。通常，风力涡轮机的区段经由凸缘附接到这种运输机。通过将所讨论的工具附接到这种运输机，甚至对于没有凸缘的区段，也可以使用类似的运输方法。
将第一工具和第二工具附接到不同的运输车辆可以是有利的，因为风力涡轮机的区段可以非常长，并且因此如果两个工具都附接到相同的运输车辆，则将需要非常长的运输车辆。优选地，承载相应工具的运输车辆的移动可以自动同步，以避免在相应工具之间的互连件上和在所述区段上施加大的力。
本发明的方法尤其可以使用根据本发明的工具，下面将更详细地描述该工具。关于该工具描述的特征，尤其是关于工具的致动和通过相应工具施加压力的方式的特征，可以被转移到具有所述优点的本发明方法，反之亦然。
如上所述，本发明涉及一种用于将风力涡轮机的区段附接到操纵装置、尤其是运输车辆的工具，其中，该工具包括：
-连接区段，其连接到或可连接到所述操纵装置，
-设计成插入所述区段的开口端部的内部部分和/或设计成接收所述区段的所述端部的外部部分，和
-一个致动器或多个致动器，其被设计成使所述工具的至少一个部件移动和/或变形，以沿着整个周向部分或在沿着壁的周向部分间隔开的多个区域中将压力施加到所述区段的壁的内表面和/或外表面上。
这些工具中的两个可用于操纵风力涡轮机的区段。一个工具可以附接到这种区段的每个开口端部。替代性地，可以使用两个单独的操纵装置，每个操纵装置使用工具中的一个，以共同操纵该区段，例如使用如上所述的单独的SPMT。
当工具用于向沿周向部分间隔开的多个区域施加压力时，优选地在沿周向部分的至少三个不同区域中施加压力。优选地，这些区域沿周向部分等距地间隔开。
工具可以包括沿着工具的内部部分的外周向部分和/或沿着工具的外部部分的内周向部分延伸的相应的气垫，或者沿着内周向部分和/或外周向部分的相应区段延伸的至少一个气垫，其中致动器或致动器中的至少一个被设计为使一个或多个气垫膨胀。通过使相应的气垫膨胀，气垫在工具的内部部分的外周向部分与区段的壁的内表面之间或者在工具的外部部分的内周向部分与区段的壁的外表面之间膨胀。一旦气垫接触壁的相应表面，气垫内的空气压力的进一步增加将在壁的表面上施加压力。使用气垫施加压力允许通过简单的技术手段将大约等量的压力施加到表面的相对大的区域。
相应的气垫可附接到工具的支撑结构的内周向部分或外周向部分，其中工具包括用于修改所述周向部分的直径的机构。附接到工具的外部部分的气垫通常将附接到支撑结构的内周向部分，而工具的内部部分的气垫通常将附接到支撑结构的外周向部分。因此，通过使相应的气垫膨胀，压力可施加在相应的支撑结构与区段的壁的相应表面之间。
使用具有可通过所讨论的机构修改的直径的支撑结构是有利的，并且允许将所使用的周长调节到待操纵的风力涡轮机的区段的周长。即使当仅运输同一风力涡轮机的不同区段时，这种可调节的直径也可以是有利的，因为相应区段的开口端部的直径由于风力涡轮机塔架的锥形或类似形状而通常沿着风力涡轮机的塔架的长度变化。支撑结构的可调节直径还允许使用相同的工具来运输风力涡轮机的具有不同直径的区段。例如，可以以这样的方式调节支撑结构的直径，即，使得该区段的壁的内径或外径与该直径仅相差大约10%。这种相对较小的直径差可以然后容易地通过使气垫膨胀来补偿。例如，可以允许支撑结构的直径变化几米，例如在7.5m和10m之间，并且仅使用例如1m或0.5m的气垫增加外径或减小内径。
用于修改直径的机构可允许直径的手动调节，例如通过在不同位置中移动和附接支撑结构的各种部件。优选地，支撑结构的直径可以通过使用至少一个另外的致动器来改变。这例如允许通过远程控制、通过自动识别区段的开口端部的直径并且自动调节支撑结构的直径(例如通过处理视频图像)或者通过类似的至少半自动的调节直径的方法来调节直径。
所述工具可包括多个可移动偏转装置，所述多个可移动偏转装置沿所述工具的所述内部部分的外周向部分和/或所述工具的所述外部部分的内周向部分分布，其中所述致动器或所述致动器中的至少一个的激活使所述可移动偏转装置径向向外或向内移位。可将偏转装置的形状调节到区段的壁的预期形状。还可以为偏转装置提供弹性表面、气垫或类似装置，其可以接触该区段的壁并遵循该壁的形状。
可以认为偏转装置的最外点或最内点限定了多边形。应该与该区段的壁的内周向部分或外周向部分匹配以在壁上施加压力的周向部分则可以是该多边形的外接圆。偏转装置的径向移动可以是正交于该周向部分或大致正交于待接触的壁的移动。
优选地，偏转装置沿着周向部分均匀地分布。有利地，使用至少三个或至少四个偏转装置。偏转装置的移动可以是例如通过活塞实现的线性移位，或者偏转装置可以附接到被枢转的机构。用于移动偏转装置的致动器可以是气动、液压或机电致动器。
该工具可包括多个固定偏转装置，每个固定偏转装置与可移动偏转装置中的一个一起形成夹钳，以夹持塔架区段的壁。虽然通常仅向该区段的壁的内表面或外表面施加压力就足以可靠地操作该区段，但是当该区段的壁由相对较软的材料形成和/或具有相对较小的厚度时，在沿着壁的周向部分的相对较小和相对较少的区域中施加压力可能导致该区段的变形。通过使用附加的固定偏转装置，压力从两侧施加到壁，并且可以避免或至少减少变形。
优选地，工具包括止动件，该止动件被设计成限制工具的内部部分插入塔架区段中的深度和/或塔架区段插入工具的外部部分中的深度。优选地，可以使用环形止动件。还可以使用沿工具的周向部分分布的多个止动件。一方面，使用这种止动件允许更容易地将工具对准在正确的位置中，以用于将工具附接到所述区段。另一方面，在操纵该区段期间，该止动件轴向地支撑该区段。如果工具被附接到区段的两个开口端部，沿着这些端部之间的连接线施加的力可以完全地或至少大部分地被这些止动件吸收。
本发明还涉及一种用于运输风力涡轮机的区段的运输车辆，该运输车辆包括至少一个根据本发明的工具。该工具例如可以永久地固定到运输车辆。替代性地，例如，当在运输之前或运输之后，例如通过起重机，应当使用相同的工具来操纵该区段时，可以使用可移动的工具。在储存该区段期间，使工具保持附接到该区段也可能是有利的，例如以避免该区段的变形。
运输车辆可以包括所述工具中的两个，这允许将相应的工具附接到区段的开口端部中的每一个，并且因此允许更稳固地操纵区段。替代性地，可通过使用两个单独的运输车辆，例如如上所述的SPMT，来执行该区段的运输，每个运输车辆包括用于操纵该区段的单个工具。
运输车辆可以包括提升机构，用于将工具以及因此风力涡轮机的区段从装载位置竖直地提升到在运输期间使用的运输位置。例如，可以在将该区段存储在相对较低的位置时将一个或多个工具连接到该区段。为了避免在运输期间该区段与障碍物接触，然后在将一个或多个工具连接到该区段之后，可以将该区段从该位置提升。一旦运输完成，例如，该区段可以再次降低以将其定位在所提供的支撑结构上。
附图说明
从下面结合附图考虑的详细描述中，本发明的其它目的和特征将变得显而易见。然而，附图仅仅是原理图，所述原理图仅仅是为了说明的目的而设计的，而不是限制本发明。附图示出了：
图1是根据本发明实施例的一对运输车辆，每个运输车辆包括根据本发明的工具的实施例并且用于执行根据本发明的用于操纵风力涡轮机的区段的方法，
图2是图1中使用的工具的不同视图，
图3-图5示出了工具的替代性实施例，其可以用来代替图1和图2中所示的工具，以及
图6示出了图1中所示的工具中的一者在根据本发明的用于操纵风力涡轮机的区段的方法的另一实施例中的使用。
具体实施方式
图1示出了使用两个具有附接工具3、4的运输车辆1、2操纵和尤其是运输风力涡轮机的区段5的示例，所述区段5在该示例中为风力涡轮机塔架的区段。区段5可例如设计成经由滑动接头连接或通过焊接附接到风力涡轮机的其它区段。因此，该区段不包括任何可用于将区段5附接到运输车辆1、2的凸缘，因此，每个运输车辆1、2都设置有工具3、4，其也在图2中以不同的透视图示出，用于将运输车辆1、2牢固地附接到区段5。
为了可靠地操纵区段5，通过将相应工具3、4的相应内部部分22插入到区段5的相应开口端部8、9中，将工具3、4附接到区段5上。一旦内部部分22插入到相应的开口端部8、9中，相应的工具3、4被致动以将压力施加到区段5的壁16的内表面15上。在该示例中，沿着整个周向部分施加压力。这是通过使用直径小于壁16的内径的支撑结构11并使用致动器13来使附接到该支撑结构11的外周向部分的气垫12膨胀而实现的。
如图2中箭头14示意性所示的，气垫因此沿径向方向延伸，接触壁16的内表面15并在该内表面15上施加压力。这产生了相应工具3、4和区段5沿径向方向的形状配合。气垫12与区段5的壁16之间的摩擦抑制了区段5在纵向方向上的移位。
为了进一步确保工具3、4和区段5之间没有不期望的相对运动，工具3、4优选地包括在该示例中为环形的止动件10。因此，即使使用这些工具3、4中的一个，尤其是使用两个工具3、4，也允许对风力涡轮机的中空区段5进行稳固的操纵，即使当区段5不提供任何凸缘或其它装置来将该区段5附接到操纵装置，尤其是运输车辆时。然后，工具3、4通过连接区段43附接到相应的车辆1、2。
在大多数讨论的示例中，将通过在区段5的内表面15上施加压力来实现区段5在径向方向上的固定。另外或替代性地，将可能的是，通过使用插入该区段的工具3、4的外部部分来提供该功能。然后，可以致动相应的工具3、4，以便在壁16的外表面23上施加压力，后面将参照图5讨论使用工具41的内部部分和外部部分22、42两者的示例。还将可能的是，仅从外表面施加压力。例如，一旦将区段5插入工具3、4的外部部分，通过使用围绕区段的壁16的支撑结构，并使布置在该支撑结构和壁16之间的至少一个气垫膨胀，这将是可能的。
一旦工具3、4附接到区段5，区段5就可以由运输车辆1、2操纵，或者更一般地由附接到相应工具3、4的任何操纵装置24、25操纵。在该示例中，运输车辆1、2是SPMT，其通常用于运输重负荷。工具3、4经由提升机构17附接到运输车辆1、2的基座26，该提升机构具有致动器18，该致动器允许如箭头19所示地升高和降低工具3、4。因此，例如，通过首先将运输车辆1、2布置在相对大的距离中，并通过提升机构17向下移动工具3、4，可以拾取存储在相对低的竖直位置处的区段。然后，工具3、4可以如上所述地附接到区段5上，并且然后可以致动提升机构17，同时减小运输车辆1、2之间的距离，以将区段5移动到图1所示的运输位置27。如箭头20、21所示，运输车辆1、2然后可被共同控制从而以相同速度和沿相同方向移动，以沿着运输路径28运输该区段5。一旦到达目的地，则可以使用相反的相同步骤来降低和分离该区段。
当锥形区段用于例如构造风力涡轮机的塔架时，区段5的开口端部8、9的直径可以不同。通常，单个风力涡轮机也使用具有不同直径的区段。还将优选的是，使用相同的工具3、4来操纵不同风力涡轮机的区段5，不同风力涡轮机可能具有带不同直径的区段5。虽然直径的稍微变化可以通过使用图1所示的工具3、4的气垫12的不同膨胀来补偿，但是对于可用直径的更大变化，可以有利地用图3所示的可变支撑结构29代替图1所示的固定支撑结构11。在该示例中，气垫12所附接的支撑结构29的外周向部分33由几个区段31的位置限定，所述几个区段可以经由相应的机构30，例如移动活塞的致动器，如箭头32所示径向移动。当使用这种工具34来操纵区段5时，可首先调节区段31以提供比区段5的相应开口端部8、9上的内径稍小例如10%的周向部分33的直径。然后，包括支撑结构29和气垫12的工具34的内部部分可以插入到相应的开口端部8、9中，并且气垫12可以如上所述地膨胀。因此，工具34可以用于操纵具有不同直径的区段5。
图4示出了用于操纵区段5的工具35的替代性实施例，其使用沿着内部部分的外周向部分分布的可移动偏转装置37代替如上所述的气垫。偏转装置37通过致动器38附接到布置在该区段外侧的止动件10，该致动器可以如箭头40所示径向移动偏转装置37。偏转装置37首先径向向内定位，然后工具35的内部部分插入区段5的开口端部8、9，并且然后偏转装置37通过致动器38径向向外移动。偏转装置37因此在沿着壁16的周向部分间隔开的多个区域中在区段5的壁16的内表面15上施加压力。
当压力仅从一侧并且在沿着壁16的周向部分间隔开的多个不同区域中施加在壁上时，如果壁16的强度低，则可能导致壁16的变形。为了避免这种变形，可能有利的是，向壁16的内表面15和外表面23施加压力。现在将参照图5讨论实现该特征的工具41的简单示例。在该示例中，工具41包括外部部分42和内部部分22，它们例如都可以附接到止动件10。区段5的壁16如箭头7所示插入这些部分之间。换句话说，内部部分22插入区段5的相应开口端部8、9中，并且区段5插入外部部分42中。
内部部分包括已经参照图4讨论过的偏转装置37。外部部分42由多个固定偏转装置6形成，每个固定偏转装置与相应的可移动偏转装置37一起形成夹钳（vice）。一旦夹钳通过如箭头39所示移动可移动偏转装置37而闭合，压力就施加在壁16的两个表面15、23上，因此避免了壁16的不期望的变形。
根据图5的示例显然可以以多种方式修改。例如，将可能的是，使用可移动的偏转装置37作为工具41的外部部分42的一部分，并且使用固定的偏转装置6作为工具41的内部部分22。替代性地，两个部分22、42都可以由可移动的偏转装置37形成。还将可能的是，使用一个或多个可膨胀的气垫12代替可移动的偏转装置37，在图1-图3中已经讨论过了所述气垫。
图6示出了图1中所示工具3的另一种用途。工具3的连接区段43附接到不同的操纵装置45，即起重机，而不是将工具3附接到运输车辆1上。通过如关于图1和图2所讨论的将工具3连接到区段5，即使当区段5不包括用于将区段5连接到起重机的凸缘或其它装置时，起重机也可用于提升区段5。然后，起重机可例如用于提升区段5，以通过滑动接头将其连接到塔架的下部区段44，如图6中所示。
尽管已经参照优选实施例详细描述了本发明，但是本发明不受所公开的示例的限制，本领域技术人员能够从所公开的示例中导出其它变型而不脱离本发明的范围。
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