[发明专利]用于维护风力涡轮叶片的设备和方法

说明书

本发明涉及用于维护风力涡轮叶片的设备和方法，公开了用于风力涡轮叶片的自动无损检查的系统和方法。符合叶片的形状的马达驱动轨道沿其长度移动。在每个翼展位置，马达驱动轨道停止，并且然后当马达驱动轨道静止时，各种类型的NDI传感器中的任何一个沿轨道移动以收集结构上的检查数据。轨道是分段的或柔性的，以便符合叶片的横截面轮廓。另外，提供了用于跟踪马达驱动轨道沿着叶片的翼展运动的装置。可选地，提供了用于避免在扫描期间可能妨碍的叶片上的突起的装置。

技术领域

本公开总体涉及风力涡轮叶片的自动维护(包括无损检查)领域，并且更具体地涉及在执行维护功能的同时耦接到风力涡轮叶片并且沿着风力涡轮叶片行进的自动末端执行器承载设备。如本文所用，术语“维护”包括但不限于诸如无损检查、钻孔、火焰清理、研磨(例如，去除粘合或螺栓连接的部件)、紧固、贴花应用、层板映射、清洁、标记和涂漆等操作。

背景技术

典型的风力涡轮具有多个叶片，这些叶片从中心毂径向向外延伸，叶片的根部附接到该中心毂。毂可旋转地耦接到短舱(nacelle)，短舱由塔架支撑在地面之上的一定高度。叶片配置为响应于撞击在叶片表面上的风而产生使风力涡轮旋转的空气动力。短舱容纳发电机，发电机可操作地耦接到毂。发电机配置为随着毂旋转而产生电力。

风力涡轮叶片通常由层压纤维增强塑料材料制成并且设计成使得风能有效地转换成旋转运动。叶片效率通常取决于叶片形状和表面光滑度。然而，在操作期间，风力涡轮叶片可能暴露于碎片，该碎片具有降低风力涡轮效率的可能或者可能遭受可能对结构完整性产生不利影响的损坏。因此，通常的做法是目视检查每个叶片的外部以识别潜在的结构异常或在外部执行一些其他维护操作，例如清洁。

已知通过从塔架、毂或接近定位的起重机的悬挂将人员提升到与每个叶片相邻的位置来手动检查和清洁风力涡轮叶片。然而，手动叶片检查和清洁可能是耗时且困难的操作。为了减轻手动检查和清洁的缺点，已经提出了各种解决方案，其涉及被配置为在翼展方向上沿着风力涡轮叶片的长度行进的设备。然而，在本领域的状态方面存在充分的改进余地。

发明内容

本文所公开的主题涉及一种用于在风力涡轮叶片上执行维护功能(例如，无损检查)而无需从风力涡轮移除叶片的自动设备。根据各种实施例，自动设备(在本文中也称为“适形履带”)包括：机动底盘，其配置成符合风力涡轮叶片的外部轮廓，并且然后在翼展方向上沿涡轮叶片移动，机动底盘具有围绕叶片外部(包括其前缘)设置的轨道；机动托架，其配置成沿轨道移动(优选地在机动底盘静止时)；以及末端执行器，其可调节地耦接到机动托架，以便能够相对于风力涡轮叶片的面对的表面区域自行调节其取向。例如，如果末端执行器是具有表面骑行元件(例如，滚珠或球)的无损检查(NDI)传感器，那么可调节耦接将允许NDI传感器调整其取向，使得发射的辐射以最佳角度(例如，正交于表面)入射到叶片表面。另外，提供了用于跟踪机动底盘沿叶片的翼展运动的装置。可选地，提供了用于使滚动元件(例如球窝轴承)能够避免叶片表面上的突起的装置，该突起可能在扫描期间阻碍滚动元件。

末端执行器可以选自一组可互换的末端执行器，包括不同类型的NDI传感器(例如，超声换能器阵列、红外热成像单元、视频照相机、光学三维坐标测量机或激光线扫描仪)、清洁单元等。根据一个实施方式，自动设备包括适形履带，该适形履带能够支撑多个末端执行器中的任何一个，以在风力涡轮叶片上执行一组维护功能。这些维护功能包括多种选项以用于无损检查、钻孔、研磨、紧固、贴花应用、火焰清理、层板映射、清洁、标记和涂漆。适形履带在翼展方向上可移动并包括托架，该托架在理想地垂直于行进的翼展方向的平面内并沿着沿叶片外表面的外形的路径可移动。选择的末端执行器可以耦接到托架。根据每个维护操作，当适形履带未正在沿翼展方向移动时，选择的末端执行器可以沿着外形跟随路径移动。总的来说，当在风力涡轮叶片上执行机器人维护功能时，本文公开的适形履带减少了维护时间、工时和人为错误并且增加了安全性。