附图说明
图1示出了具有将风力涡轮机组件安装于其上的示例性多节段结构塔架的立体图;
图2示出了依据本发明吊架的示例性实施方式的将组件吊运到结 构塔架顶部上的移动起重设备;
图3示出了本发明的吊架的示例性实施方式;
图4示出了图3中示出的本发明的实施方式的正视图;
图5示出了图3中示出的本发明的实施方式的侧视图;
图6示出了图3中所示出的本发明的实施方式设置成将涡轮机吊运到塔架顶部的情形;
图7示出了图3中所示出的本发明的实施方式将涡轮机吊运到塔架顶部之后的情形;
图8示出了图3示出的本发明的实施方式枢转以将涡轮机带到与结构塔架连接的位置处的情形;
图9示出了图3示出的本发明的实施方式将涡轮机下降到与结构塔架连接的位置处的情形;
图10示出了图3示出的本发明的所述实施方式设置成将叶片组件吊运至塔架顶部的情形;
图11示出了图3示出的本发明的实施方式将叶片组件吊运到塔架顶部之后的情形;
图12示出了图3示出的本发明的实施方式枢转以将叶片组件带到与涡轮机的被驱动轴连接的位置处;
图13示出了本发明的吊架的另一实施方式;
图14示出了用于将吊架安装到支撑框架构件上的支承组件的近距离视图;
图15示出了本发明的吊架的一实施方式且所述框架用于将吊架固定于立体框架塔架;
图16示出了固定于立体框架塔架的纵向构件上的涡轮机安装结构;
图17示出了本发明的吊架的再一实施方式;
图18示出了图17示出的本发明的实施方式在将涡轮机吊运到塔架顶部之后的情形;
图19示出了图17示出的在将涡轮机吊运到塔架顶部之后的本发 明的实施方式的近距离侧视图;
图20示出了图17示出的本发明的实施方式枢转以将叶片组件带到与涡轮机的被驱动轴连接的位置处的情形;
图21示出了图17示出的本发明的实施方式设置成将叶片组件吊运到塔架顶部的情形;
图22示出了图17示出的本发明的实施方式枢转以将叶片组件带到与结构塔架连接的位置处的情形;
图23示出了本发明的所述吊架的又一实施方式;
图24示出了图23示出的本发明的实施方式将涡轮机吊运到塔架顶部之后的情形;
图25示出了图23示出的本发明的实施方式在将涡轮机吊运到塔架顶部之后的近距侧视图;
图26示出了图17示出的本发明的实施方式枢转以将叶片组件带到与结构塔架连接的位置处的情形;
图27示出了已部分构建的结构塔架的多个节段组件或隔段;
图28示出了图27所示的多个节段组件,其中抱杆(ginpole)组件连接于所述节段组件且缆绳连接于准备吊运到合适位置的自由节段组件;
图29示出了图28中所示的自由节段组件正由抱杆吊运;
图30示出了图28所示的自由节段组件正被下落到邻近节段组件上;
图31示出了自由节段组件固定到邻近节段组件上且抱杆缆绳与自由节段组件脱开;
图32示出了抱杆正用于吊运吊架;
图33示出了吊架正被下落到最上节段组件上;
图34示出了吊架正用于将风力涡轮机定位在最上节段组件上;
图35示出了吊架正用于将叶片组件定位在风力涡轮机上;
图36示出了利用抱杆将吊架降落到地面;
图37示出了抱杆沿着组装后的结构塔架的侧面下降;
图38示出了抱杆的替代性示例性实施方式,所述抱杆正用于将自由节段组件吊到合适位置;
图39示出了图38示出的自由节段组件正降落到邻近节段组件上;
图40示出了利用图38示出的抱杆将又一自由节段组件吊到合适位置;
图41示出了最上节段组件在通过图38所示的抱杆被定位之后固定到结构塔架上的情形;
图42示出了利用图38所示的抱杆将吊架吊运到合适位置;
图43示出了图42示出的吊架正用于将风力涡轮机定位到结构塔架上;
图44示出了图42示出的吊架正用于将叶片组件定位到风力涡轮机上;
图45示出了示例性包覆板的平面展开图,其尺寸定制为将结构塔架的一个或多个节段组件包覆;
图46示出了图45示出的包覆板的立体图,其构造成围绕结构塔架的一个或多个节段组件进行组装;
图47示出了由凸片段所包覆的管或杆,所述凸片段具有图45中的包覆板的开孔;
图48示出了示例性花兰螺丝,其定位成紧固图45中所示的包覆板的侧边;
图49示出了包覆板***的替代性实施方式,其尺寸定制成将结构塔架的一个或多个节段组件包覆;
图50示出了抱杆的替代性示例性实施方式,所述抱杆正用于将包有包覆板的自由节段组件吊运到合适位置;
图51示出了图50中所示的包有包覆板的自由节段组件正被下落到邻近节段组件上;
图52示出了又一包有包覆板的自由节段组件正通过图50所示的抱杆被吊运到合适位置;
图53示出了包有包覆板的最上节段组件在通过图50所示的抱杆 被定位之后而固定到结构塔架上;
图54示出了示例性吊架,其利用图50所示的抱杆而被吊运到合适位置;
图55示出了图54示出的吊架正用于将风力涡轮机定位到结构塔架上;
图56示出了图54所示的吊架正用于将叶片组件定位到风力涡轮机上;
图57示出了供本发明的示例性抱杆使用的示例性跳跃式导轨调节装置组件,示出抱杆处于下部位置;以及
图58示出了供本发明的抱杆使用的跳跃式导轨调节装置组件,给出抱杆处于升高位置。
具体实施方式
出于促使理解依据本发明的原理的目的,现在将说明示出在附图中的各个实施方式,且将用特定的语言来描述所述实施方式。但是需要理解的是,绝不由此意图限制本发明的范围。对在此示出的本发明特征的更改和进一步变型以及在此示出的本发明原理的其它应用(这对于熟悉相关领域技术且拥有本发明人的而言,将会通常发生)将被视为落在所主张的本发明的范围内。
必须注意的是,正如在说明书以及随附权利要求书所采用的,单数形式“一”“一个”和“所述”包括多个对象,除非上下文清楚地予以说明。正如在此采用的,术语“包括”、“包含”、“含有”、“特征在于”以及它们的语法等同词为包含性的或开放式的术语,这些术语不排除其它未引用的构件或方法步骤。
本发明总体上涉及用于组装或构建支撑重载荷的、高结构塔架(如在支撑风力涡轮机的结构塔架中)的装置和方法。更具体地,本发明大体涉及这样一种装置和方法,其用于将风力涡轮机及相关叶片提升并定位在事先构建并组装的结构塔架的顶部。还进一步具体地,本发明大体涉及这样一种***和方法,其用于组装和构建高结构塔架,并 用于将风力涡轮机及相关叶片提升并定位在事先构建并组装的结构塔架的顶部。本发明还特别地涉及风力涡轮机的应用场合,在此,风力涡轮机被提升到接近约80米至约100米或100米以上范围内的高度,其中,转子直径接近于70米或70米以上。
依据本发明,披露了这样一种装置和方法,其用于将风力涡轮机组件提升到高结构塔架的顶部。所述装置的一个实施方式包括定位并连接于结构塔架上端附近的枢轴。第一提升桁架以可枢转方式连接于所述枢轴,所述第一提升桁架具有远离所述枢轴延伸的第一远端和沿远离所述第一远端的方向延伸的第二远端。第二提升桁架以可枢转方式连接于所述枢轴,所述第二提升桁架具有远离所述枢轴延伸的第一远端和沿远离所述第一远端的方向延伸的第二远端。第一横梁将所述第一提升桁架的第一远端和所述第二提升桁架的第一远端连接,且索具组件连接于所述横梁并构造成将涡轮机吊运到所述塔架的上端。枢转控制缆绳在所述第二远端附近连接于所述第一提升桁架,以用于控制所述第一提升桁架和所述第二提升桁架围绕所述枢轴的枢转运动。所有的前述说明确保了与以前的情况相比尽可能更有效率地构建风力塔架。
在另外的示例性实施方式中,所述第一提升桁架为三角形形状,并包括以可枢转方式连接于所述枢轴的第一构件和第二构件。所述第一构件相对于所述第二构件以预定角度定位,同时所述枢轴的一部分接近于所述角度的顶点,且所述角度处于约95度至约180度的范围内。在其他另外的示例性实施方式中,所述第一提升桁架包括以可枢转方式连接于所述枢轴的第三构件和第四构件。
在其他另外的示例性实施方式中,所述索具组件包括滑轮组组件;所述第一提升桁架可以利用轴承以可枢转方式连接于所述枢轴;而第二横梁可设置并连接于所述两个第二远端之间,同时所述枢转控制绳索连接于所述第二横轴。
在另外的实施方式中,一种用于将风力涡轮机组件提升到高结构塔架顶部的装置,包括连接于所述塔架的支撑框架和以可枢转方式连 接于所述支撑框架的第一提升桁架,同时所述第一提升桁架具有远离所述支撑框架延伸的远端。索具组件连接在所述远端附近并构造成用于将涡轮机吊运到所述塔架的上端,同时液压缸具有与所述支撑框架连接的第一端和与所述第一提升桁架连接的第二端,所述液压缸控制所述提升桁架的枢转运动。第二提升桁架也可以以可枢转方式连接于所述结构框架,同时所述第二提升桁架具有远离所述支撑框架延伸的远端。在所述第一提升桁架的远端和所述第二提升桁架的远端之间可延伸有横梁,且所述横梁具有与所述横梁连接的索具组件。第二液压缸可就有与所述支撑框架连接的第一端和与所述第二提升桁架连接的第二端。所述提升桁架可以为三角形形状,可以是笔直的单个构件或各种其它形状(包括方形、半圆形或圆形)。
还披露了一种方法,用于将高的多节段结构塔架及相关风力涡轮机设备竖立在地基上,所述方法包括步骤:将底部节段组件固定到所述地基上;利用起重设备或抱杆将中间节段组件定位在所述底部节段组件的顶部;利用起重设备或抱杆将顶部节段组件定位在第一中间节段组件的顶部;利用起重设备或抱杆将在此披露的用于提升风力涡轮机的所述装置中的一个定位在所述顶部节段组件附近;以及利用在此披露的用于提升风力涡轮机的所述一个装置,将风力涡轮机及叶片定位在所述顶部节段组件的顶部。
在本发明的另一方面,披露了固定风力涡轮机的塔架结构,其具有外包覆件,以保护所述塔架的内部也不受风、雪、雨的侵袭,并允许所述塔架的内部区域的空气流通。所披露的包覆件还为位于所述塔架底部附近的设备提供了附加的安全性;而且针对控制人和设备所采用的出入所述内部结构以爬上和爬下所述塔架,所披露的包覆件还提供了附加的安全性。
所披露的包覆件可包括进入到所述塔架底部周边内的区域中的人出入门以及一个或多个出入孔。这种出入门和出入孔可优选地容置诸如小型叉车或检修车辆之类的建筑设备。
依据本发明的另一方面,所述风力塔架结构可包括四个或四个以 上的与斜结构构件和水平构件彼此连接的竖直结构构件,以使沿着所述塔架结构的外周或周边的空间是可视的。在所述塔架结构上的所述可视空间以不对所述塔架的竖直构件、斜构件或水平结构构件提供显著结构支撑的方式来遮挡。所述包覆件可以由任意遮挡材料来制造,诸如建筑织物(例如PVC和玻璃纤维)、金属板、有机纤维和功能类似的材料。在所述的实施方式中,所述材料可以围绕着所述塔架结构的周边连续设置,或者可以是分段的并可涂覆或附着在所述结构塔架构件的外侧,由此相对于站在所述塔架外的人而言,所述遮挡材料既将所述可视空间遮挡又可将塔架的所述结构构件遮挡。
在所述的实施方式中,所述遮挡材料可涂覆或附着于所述结构塔架构件上,以使所述塔架构件相对于站立在所述塔架外的人而言是可视的,但是所述可视空间已被填充为未保留任何可视空间。在一些上述的实施方式中,在所述遮挡材料中存在有窗口或开孔,以允许设备或其它物品通过所述遮挡材料的平面或表面,所述遮挡材料具有覆盖物,以在所述设备不通过所述遮挡材料中的所述窗口或开孔时,所述开孔不创建在所述塔架表面的可视空间。依据本发明的一个风力塔架结构以多节段组装并被覆盖,其中用于所述结构的包覆件可在所述节段竖直地彼此连接之前涂覆到所述风力塔架结构的所述节段,且所述包覆件为建筑织物,优选地利用
或利用PVC或其它材料涂覆在外表面,以延长所述塔架上的所述织物的使用寿命。此外,所述塔架的所述竖直结构构件具有沿纵向主要竖直区域(在所述纵向主要竖直区域所述塔架结构包覆件会将接触到或碰到所述竖直结构构件)涂覆在它们上的降低摩擦的材料,以延长所述包覆材料的使用寿命。
依据本发明,在此所提及的任意示例性实施方式的特征可以彼此结合使用。另外,对于本领域的普通技术人员而言,通过考虑随后的说明书、随附的附图以及随附的权利要求书,则其它特征和优点将变得清楚明了。
在此将阐述本发明的这些示例性实施方式的细节。
图1示出了利用本发明的原理进行构建并组装的示例性结构塔架 及风力涡轮机的总成的立体图。一般而言,结构塔架10包括多个立体框架节段(通常也称为“节段组件”或“节段”)12、13以及14,这些节段彼此叠置组装直到达到结构塔架10的所需高度。结构塔架10的最下节段组件13固定到地基11上。一系列中间节段12和上节段14彼此叠置组装以达到所需高度。顶部节段17可包括常规的筒式节段(如图所示)或立体框架节(例如上节段14)并利用本领域普通技术人员容易知晓的连接方式将风力涡轮机15连接到塔架10的顶部。风力涡轮机15携带多个叶片16,所述多个叶片16安装在转子18上,以形成响应风而以典型方式转动的叶片组件19。叶片16的转动驱动与风力涡轮机15为一体并典型地用于发电的发电机(未明显示出)。如本领域的普通技术人员将意识到的,使所述多个叶片16转动可用于除了发电之外的其它目的,诸如以驱动用于抽取水的泵或驱动用于研磨谷物的研磨机。
构成用于风力涡轮机应用场合的这种结构塔架的构件的进一步的细节在下述文献有描述:于2007年6月1日递交的共同拥有且待决的题为“结构塔架”的美国专利申请11/433,147、于2007年2月5日递交的共同拥有且待决的题为“具有阻尼元件的风力涡轮机***”的美国临时专利申请60/899,492、于2007年1月3日递交的共同拥有且待决的题为“用于构建风力涡轮机塔架的提升***及装置”的美国专利申请11/649,033、于2006年10月2日递交的共同拥有且待决的题为“用于风力涡轮机结构塔架的驱动销***”的美国临时专利申请60/848,857、于2007年2月5日递交的共同拥有且待决的题为“具有风力涡轮机结构塔架阻尼元件的风力涡轮机***”的美国临时专利申请60/899,470、于2007年10月2日递交的共同拥有且待决的题为“用于风力涡轮机结构塔架的驱动销***”的美国临时专利申请、于2007年10月2日递交的共同拥有并待决的题为“用于风力涡轮机结构塔架的膨胀销***”的美国专利申请,所有这些申请的公开内容现在通过援引而全部合并在此。在此引用的描述本发明背景技术和提供与本发明实施有关其它细节的公开文献以及其它参考文献,均由此通过援引全部合并在此,同 时具有以下例外:在上述参考文献的任何部分与该申请不一致时,该申请将取代所述参考文献。在此讨论的所述参考文献仅对它们的在本申请的申请日之前的披露予以提供。在此绝不解释为暗示或允许发明人借助在先披露而享有先于这些发明的权利,或者享有将本发明区别于在上述参考文献所披露的主题的权利。
图2示出了本发明的吊架装置20的一个实施方式,吊架装置20正由起重设备吊运以定位在结构塔架10的顶部节段17上。更具体地参照图3,所示出的吊架装置以可枢转方式固定于顶部节段17。吊架装置20包括安装在枢轴21上的第一提升桁架22和第二提升桁架23。第一提升桁架22和第二提升桁架23在枢轴21上以预定距离89(图4)间隔开,所述距离足以允许在下面所述的吊起和定位操作中、当所述吊架装置绕着所述枢轴枢转时使得风力涡轮机15能在所述提升桁架之间通过。第一提升桁架22包括第一构件24和第二构件25,第一构件24和第二构件25均具有枢转地固定于枢轴21的近端26和延伸远离枢轴21的远端27;第一构件24的远端27大体朝着向前方向(框架20的吊运侧)延伸,而第二构件25的远端27则大体朝着框架20的向后方向延伸。第三构件28固定于第一构件24的远端27和第二构件25的远端27。现在参照图3和图5,第一构件24和第二构件25与第三构件28一起大体以第一三角形结构30定向并构成第一三角形结构30。内桁架构件29的阵列设置在构成第一三角形结构30的第一构件24、第二构件25、以及第三构件28之内并连接于构成第一三角形结构30的第一构件24、第二构件25、以及第三构件28。
如果需要,第一提升桁架22也可包括第三构件34和第四构件35,第三构件34和第四构件35均具有枢转固定于枢轴的近端36和延伸远离枢轴21的远端37,其方式和方向与构成第一三角形结构30的对应构件相类似。第六构件38固定于第三构件34的远端37和第四构件35的远端37。第三构件34和第四构件35与第六构件38一起大体以第二三角形结构40定向并构成第二三角形结构40。内桁架构件39的阵列设置在构成第二三角形结构40的第三构件34、第四构件35、以 及第六构件38之内并连接于构成第二三角形结构40的第三构件34、第四构件35以及第六构件38。第二内桁架构件33的阵列设置在第一三角形结构30和第二三角形结构40之间并将第一三角形结构30和第二三角形结构40连接,以构成第一提升桁架22。
第二提升桁架23以与第一提升桁架22类似的形式来构造。尽管第二提升桁架23的构造细节并未在此明确地予以重复,但是本领域的普通技术人员将意识到,第一提升桁架22和第二提升桁架23可以或者不需要以相同的方式精确组装,或者共同享有相同的几何结构。
此外,本领域的普通技术人员将意识到,提升桁架22和23各自不必同时包括如上所述的第一三角形结构和第二三角形结构,而是可构成单个三角形结构或者两个或两个以上的三角形结构,这要视被选择用来构造吊架装置20的材料以及针对具体应用场合的预期载荷而定。最后,本领域的普通技术人员将认识到,所述提升桁架并非必须要是所示出的三角形形状,而是例如可以为方形、矩形、圆形或半圆形。在记住这些条件的情况下,本说明书将一般利用图3至图5所示出的实施方式来进行描述。
前横梁50和后横梁52分别定位于第一提升桁架22和第二提升桁架23的前部和后部并连接于第一提升桁架22和第二提升桁架23。前横梁50具有第一端51,第一端51定位于第一提升桁架22的第一构件24和第三构件臂28的交点(以及第三构件34和第六构件38的交点,如果采用了第三构件和第六构件的话)附近。以类似的方式,后横梁52具有第一端53,第一端53定位于第一提升桁架22的第二构件25和第三构件臂28的交点(以及第四构件35和第六构件38的交点,如果采用了第四构件35和第六构件38的话)附近。前横梁50和后横梁52各具有第二端54、55,第二端54、55以类似于将第一端51、53定位并连接于第一提升桁架22的方式来定位于并连接于第二提升桁架23的相应位置。
索具组件60固定于前横梁50。索具组件60包括滑轮组组件61,其能在提升涡轮机15和叶片16(参见图6至图9以及图10至图12) 时实现机械上的便利。更具体地,第一滑轮组件62固定于凸片构件63,凸片构件63自身焊接于或以其它方式固定连接于前横梁50。当缆绳65穿过第一滑轮组件62和第二滑轮组件64以形成滑轮组组件61时,第二滑轮组件64定位成向下悬挂于第一滑轮组件62。正如本领域的普通技术人员将意识到的,第一滑轮组件62和第二滑轮组件64可包括任意数量的滑轮,以实现所需的机械上的优势(尽管如此,为了清楚说明起见,各组件仅示出一个滑轮)。
在所示出的实施方式中,缆绳65的自由端穿过第三滑轮66、第四滑轮67和第五滑轮68。第三滑轮66、第四滑轮67均定位并连接于或邻接于前横梁50,而第五滑轮68与枢轴21相邻地定位于并连接于第二桁架组件23。将第五滑轮68按所示定位成邻近所述枢轴使得吊架装置20能围绕枢轴21枢转,而不再必须对缆绳65的动作范围进行调整以进行响应补偿。枢转控制缆绳70附连于后横梁52。枢转控制缆绳70提供了用于在涡轮机15或叶片16正由索具组件60吊运(参见图10至图12)时将吊架装置20保持在稳定位置的手段,或者使得吊架装置20绕着枢轴21枢转,以将涡轮机15或叶片16按照后文描述的方式定位于合适位置。
现在更具体地参照图6至图9,示出索具组件60及相应的缆绳65及枢转控制缆绳70正将涡轮机15吊运到顶部节段组件17上的合适位置。枢转控制缆绳70被去除了多余的松弛量并被调整,以使吊架装置20相对于塔架10被设定到恰当的定向。恰当的定向要求前横梁50(参见图5)自塔架10径向向外延伸足够距离,以防止涡轮机15或叶片16在吊运过程中接触塔架10。枢转控制缆绳70具有第二端71,第二端71可延伸穿过一个或多个轮子72,所述轮子以可转动方式固定于地基11或其它辅助地基(未明确示出)。第二端71最终延伸到绞盘73,绞盘73卷绕或退绕枢转控制缆绳70,由此使得吊架装置20围绕枢轴21枢转。
需要理解的是,在此披露的结构和装置仅是用于将底部节段组件固定于地基上的装置的一个实例,而且应理解的是,用于将一结构固 定于地基上的、起到与在此披露的那些功能相同或等同的任何结构、装置或***(包括目前已经公知的或者将来可能获得的那些结构、装置或***)将落入所阐述的构件的范围内。任何东西,只要其功能相同或等同于用于将底部节段组件固定到地基上的装置,则将落入到该构件的范围之内。
一旦吊架装置20沿合适的定向被定位,则利用起重设备或其它合适的装置将涡轮机17置于接近塔架10底部的适当位置处。随后,索具组件60被引到邻近于涡轮机15的位置处且第二滑轮组件64固定于涡轮机15上。以与枢转控制缆绳70类似的方式,与索具组件60相对应的缆绳65具有第二端75,第二端75可延伸穿过一个或多个轮子76,所述轮子可转动地固定于地基11或其它辅助地基(未明确示出)。第二端75最终延伸到一绞盘(未明确示出),绞盘卷绕或退绕缆绳65,由此操纵滑轮组组件61并使得第二滑轮组件64相对于地面或地基11而升高或下落。
现在更详细地参照图8和图9,示出正通过吊架装置20的操作将涡轮机15定位在顶部节段组件17上。参照图8,如图所示,在通过如前所述操作枢转控制缆绳70和索具组件60将吊架装置20定向并吊运涡轮机15之后,所述涡轮机邻近于顶部节段组件17的前侧。如图8和图9所示,在吊运涡轮机15之后,枢转控制缆绳70通过相应的绞盘的运行而被卷绕,由此使得吊架装置20自第一位置80经由中间位置81而随后到达最终位置82。在最终位置82,位于涡轮机15底部处的安装结构85直接坐落在顶部节段组件17的上方。随后,索具组件的缆绳65通过其相应的绞盘的运行而被退绕,由此使得涡轮机15下降到顶部节段组件17上的合适位置。随后,通过定位在涡轮机15底部的安装结构85以及定位在顶部节段组件17上端的相应安装结构(未示出),涡轮机15固定于顶部节段组件17。一旦涡轮机17固定于顶部节段组件17,则松开索具组件缆绳65且使索具组件60的第二滑轮64从涡轮机15上脱开。
现在更具体地参照图10至图12,示出索具组件60、相应的缆绳 65以及枢转控制缆绳70将叶片16吊运到涡轮机15上的合适位置。步骤类似于刚才说明的关于吊运和定位涡轮机15的步骤。枢转控制缆绳70去掉了多余的松弛量并被调整,以使吊架装置20相对于塔架10而被设定到合适的定向。一旦吊架装置20沿合适的定向而被定位,则利用起重设备或其它合适的装置就可将叶片16组装到叶片转子18上,且最终的叶片组件19置于塔架10底部附近的合适位置。随后,索具组件60被引导至邻近于涡轮机15的位置且第二滑轮组件64固定于叶片组件19。随后,以与上述关于吊运涡轮机15类似的方式,将叶片组件19吊运到塔架10的顶部。
现在参照图12,示出正通过吊架装置20的操作而将叶片组件19固定于涡轮机15。具体地,通过前述的枢转控制缆绳70和索具组件60的运行来将吊架装置20定向并吊运叶片组件19之后,叶片组件19邻近于涡轮机15的前端。在吊运叶片组件19之后,枢转控制缆绳70通过相应的绞盘的运行而被卷绕,由此使得吊架装置20从第一位置90经由中间位置枢转至最终位置92。在最终位置92,叶片组件19的转子18固定于从涡轮机15上突出的被驱动轴(未明确示出)。一旦叶片组件19固定于涡轮机15上的被驱动轴,则松开索具组件缆绳65且使索具组件60的第二滑轮64从叶片组件19上脱开。
在完成涡轮机15和叶片组件19的安装以及脱开索具组件60之后,利用用于构建所述塔架并吊运及安装所述吊架于顶部节段组件17上的同一起重设备,将所述吊架卸下。尽管建议将起重设备做为一种用于使吊架装置20升高和降落的装置,但是本领域的普通技术人员应该意识到,也可以使用其它使吊架装置20升高和降落的装置来实现该目的。例如,诸如在通讯行业中通常采用的竖立通讯塔架的抱杆不仅可以用于竖立塔架,而且可以用于使吊架装置20升高和降落。其它合适的装置可以是配备成提升合适负载的直升机。这种直升机可以用于例如安装滑雪场中使用的重塔架,在滑雪场中,山岭地形使得采用其它方式进出困难、安装不便且昂贵。
尽管前述说明提供了利用枢转轴或类似结构将吊架安装于结构塔 架的细节,但是接下来的说明将提供吊架的其它示例性实施方式以及用于将吊架连接于筒式结构塔架和立体框架结构塔架上的装置。
现在参照图13,例如给出了固定到一对径向延伸梁上的吊架装置的局部分解图。更具体地,吊架装置120包括第一提升桁架122和第二提升桁架123。第一提升桁架122包括第一构件124和第二构件125,第一构件124和第二构件125均具有近端126和远端127,近端126固定到支承组件121,远端127延伸远离支承组件150;第一构件124的远端127大体朝向前方向(吊架装置120的吊运侧)延伸,而第二构件125的远端127大体朝吊架装置120的向后方向延伸。第三构件128固定于第一构件124的远端127和第二构件125的远端127。第一构件124、第二构件125与第三构件128一起以第一三角形130的方式定向并构成第一三角形130。内桁架构件129设置于内并将构成第一三角形结构130的第一构件124的远端126及第二构件125的近端126和第三构件128的中间部分连接。
第二提升桁架123以与第一提升桁架122相同的方式构造。虽然第二提升桁架132的结构细节未在此重复说明,但是本领域的普通技术人员将意识到,第一提升桁架122和第二提升桁架132可以或无需以相同的方式进行精密组装或者共同享有相同的几何形状。此外,本领域的普通技术人员将意识到,根据选定构造吊架120的材料以及针对特定场合所期望的负载,提升桁架122和123各自无需构成如上所述的单个三角形结构,而是可以构成单个三角形结构、或者两个或两个以上的三角形结构。最后,本领域的普通技术人员将认识到,所述吊架无需一定要是所示的三角形形状,而是例如可以为方形、矩形、圆形或半圆形。
前横梁150和后横梁152(或者如示出的多梁结构)定位于第一提升桁架122和第二提升桁架123的前部和后部并连接于第一提升桁架122和第二提升桁架123。前横梁150具有第一端151,第一端151定位于第一提升桁架122的第一构件124和第三构件臂128的交点附近。以类似的方式,后横梁152具有第一端153,第一端153定位于 第一提升桁架122的第二构件125和第三构件128的交点附近。
前横梁150和后横梁152各具有第二端154、155,以类似于将第一端151、153定位并连接于第一提升桁架122的方式将所述第二端定位并连接于第二提升桁架123的相应位置。前横梁150包括多个横梁构件156,在一个实施方式中,所述多个横梁构件156以所示出的三角形横截面布局来设置。横梁构件156通过多个为横梁构件156提供支撑的内桁架构件157相互连接。
索具组件160固定于前横梁150,且与前述说明相类似,索具组件160包括能在提升涡轮机15和叶片16时实现机械上优势的滑轮组组件161。枢转控制绳索170连接于后横梁152,并在涡轮机15或叶片16由索具组件160吊运时提供用于将吊架装置120保持在稳定位置的结构,或者提供使吊架120枢转的结构,以将涡轮机15或叶片16按照前述方式定位于合适位置。
与前述说明类似,吊架120固定于结构塔架的顶部节段组件117。第一径向延伸梁170和第二径向延伸梁171固定到顶部节段组件上。第一径向延伸梁170具有固定于轴向侧部梁173的第一端172,轴向侧部梁173自身固定于顶部节段组件117。第一径向延伸梁170具有自顶部节段组件117大体径向向外延伸的第二端174。斜撑175固定并延伸于第二端174和轴向侧部梁173的下端之间。用于支承组件150的安装的轴承安装托架176固定于第一径向延伸梁170的第二端174的顶部。
尽管图13示出了第一径向延伸梁170和第二径向延伸梁171自所述顶部节段组件的假想中心轴线沿真正的径向方向延伸,但是本领域的普通技术人员应理解的是,所述构件无需要沿真正的径向方向延伸,而是可以相对于这种中心线向前或向后成角度。此外,所述构件无需以所示的180度间隔固定于顶部节段组件117,而是可以向前或向后偏离。
如图14所示,用于第一径向延伸梁170的支承组件150安装于安装托架176。第一构件124的近端126和第二构件125的近端126以 及内桁架129在共同的顶点汇合并它们全部固定于一对凸片构件177。销178延伸穿过凸片构件177和支承组件150。当支承组件150定位在第一径向延伸梁170和第二径向延伸梁171的端部并结合于上述的吊架120时,所述吊架响应枢转控制绳索170的运动而可绕着延伸穿过支承组件150的所述销枢转。
现在参照图15和图16,示出了本发明的吊架的又一实施方式,在该情形中,吊架连接于立体框架塔架的顶部节段组件217并能够与其一起操作。如美国专利申请11/433,147所披露的,用于风力涡轮机场合的立体框架塔架包括多个向上延伸的纵向构件210,所述纵向构件210通过斜构件或支柱211和水平构件或支柱212而相互连接。本发明的披露部分的是环构件230的采用,环构件230构造成容置并匹配于定位在涡轮机15底部的安装结构、且进一步构造成连接于构成顶部节段组件217的向上延伸纵向构件210的最上端。支撑框架240定位在环构件230之下。支撑框架240的横向尺寸足以使顶部节段组件217延伸穿过并支撑如前所述构造的吊架220的第一提升桁架222和第二提升桁架223。支撑框架240包括前横向支撑构件241和后横向支撑构件242。
依然参照图15和图16,在一个示例性实施方式中,前横向支撑构件241固定于一对相对的纵向构件210(纵向构件对243),而后横向支撑构件固定于相邻的一对相对的纵向构件210(纵向构件对245)。支撑横撑246设置在前横向支撑构件241的端部和后横向支撑构件242的端部。随后,支承组件250置于支撑横撑246或前横向支撑构件241和后横向支撑构件242上。当支承组件250定位在支撑横撑246或前横向支撑构件241和后横向支撑构件242上并如前所述结合于吊架220中时,所述吊架响应枢转控制绳索270的运动而可绕着延伸穿过支承组件250的销进行枢转。
现在参照图17至图22,披露了本发明的吊架装置320的再一示例性实施方式,吊架装置320连接于立体框架塔架的顶部节段组件317并能够与其一起操作。吊架装置320包括第一提升桁架330和第二提升桁架331,各桁架总体上包括伸缩构件332和非伸缩构件333。第一支撑框架构件334和第二支撑框架构件335连接并设置于顶部节段组件317的侧向。更具体地,第一提升桁架330包括具有第一端341和第二端343的非伸缩构架340,第一端341以可枢转方式连接于第一支撑框架构件334的前部342,第二端343以可枢转方式连接于横梁345的第一端344。第一提升桁架330还包括具有内伸缩构件347和外伸缩构件348的伸缩构件346。内伸缩构件347具有第一端348,第一端348以可枢转方式连接于第一支撑框架构件334的前部349。外伸缩构件348具有第一端350,第一端350以可枢转方式连接于非伸缩构件340的第二端338。第二提升桁架331包括与上述的针对第一液压提升桁架330相类似的伸缩构件和非伸缩构件。所述构件在一组端部枢转地固定于第二支撑框架构件335。在另一组端部,非伸缩构件连接于横梁345的第二端351,而伸缩构件连接于非伸缩构件的该第二端(该第二端自身连接于横梁345的第二端351)。
本领域的普通技术人员将意识到,支撑框架构件334和335具有预定的长度,且其端部可以向顶部节段组件317的前方或后方延伸,以在吊运风力涡轮机或叶片时降低发生在塔架中的所不希望的弯曲力矩或其它负载。尽管在图中未明确示出,但是减少弯曲力矩的一种途径是使支撑框架构件334和335的端部向顶部节段组件的后方延伸、并附着反向配重或绳索张力,以抵消所承受的由于吊运涡轮机设备而导致的吊运负载(代价是使得轴向载荷增加)。此外,这种方法或其变型可以结合于在此披露的任意示例性实施方式中。
如图17至图20所示,在按照上述方式进行构造时,吊架装置320的横梁339可在第一位置360(参见图20)和第二位置362(参见图20)之间枢转,第一位置360向顶部节段组件317的前方延伸,第二位置362大体竖直地延伸于顶部节段组件317的上方。所述枢转运动的控制通过一对液压缸370产生,所述一对液压缸370可操作地连接于第一提升桁架330和第二提升桁架331的各伸缩构件。各液压缸370包括缸体部件371和活塞部件372。各缸体部件371包括与相应伸缩 构件375的内构件374连接的端部373,而各活塞部件372包括与相应伸缩构件375的外构件377连接的端部376。
当液压缸370处于回缩位置时,吊架装置320借助向顶部节段组件317前方延伸的横梁345而处于第一位置360。如图18-20所示,该位置有利于利用索具组件380以与前述类似的方式来吊运涡轮机15。
现在具体参照图20,在吊运涡轮机15之后,液压缸370伸展,使得所述吊架进行枢转,以使横梁345升高到顶部节段组件317的上方的如下位置处:在该位置处涡轮机15可被降低并固定以连接于顶部节段组件317顶部上的硬件。
现在参照图21和图22,接下来,在吊架装置320处于第一位置360时(参见图22),利用吊架装置320来吊运叶片组件19。在吊运叶片组件19之后,液压缸370伸展,使得所述吊架枢转至第二位置363(参见图22),在此,叶片组件19可以固定于自涡轮机15延伸的被驱动轴。在完成涡轮机15和叶片组件19的安装并使索具组件380脱开之后,利用用于构建所述塔架并吊运及安装所述吊架装置320于顶部节段组件317上的同一起重设备而将所述吊架装置320卸下。
虽然前述说明的示例性实施方式考虑了一对连接于各自伸缩构件的液压缸,但是本领域的普通技术人员应意识到,根据在吊运和枢转过程中所产生的载荷,可减少或增加液压缸。此外,本领域的普通技术人员还应意识到,可以不设置上述说明并示出在附图中的液压缸对或者除了设置该液压缸对之外,所述伸缩构件自身可包括液压缸。
现在参照图23至图26,披露了再一示例性实施方式的吊架装置420,吊架装置420连接于立体框架塔架的顶部节段组件417并能够与其一起操作。吊架装置420包括第一提升桁架及液压缸组件430和第二提升桁架及液压缸组件431。各桁架及液压缸组件总体上包括提升桁架432和液压缸433。第一支撑构件434和第二支撑构件435均连接并设置于顶部节段组件417的侧部。更具体地,第一组件430的提升桁架432包括第一构件436,第一构件436具有第一端437和第二 端439,第一端437以可枢转方式连接于第一支撑框架构件434的前部438,第二端439以可枢转方式连接于横梁445的第一端440。提升桁架432还包括第二构件446和第三构件447。第二构件446具有第一端448和第二端449,第一端448连接于第一构件的第二端439。第三构件447具有第一端450和第二端451,第一端450连接于第一构件436的第一端437,第二端451在连接点452处连接于第二构件446的第二端449。第二构件446的第二端449和第三构件447的第二端451与第一构件436的中间部分以一定距离间隔开,且第二构件446的第二端449和第三构件447的第二端451之间的连接点452与第一构件446的中间部453通过内桁架构件454而连接。
依然参照图23至图26,液压缸433包括缸部件471和活塞部件472。缸部件471包括与第一支撑框架构件434的后部455以可枢转方式连接的端部473,而活塞部件472具有邻近于第二构件446的第二端449和第三构件451的第二端451之间的连接点452与提升桁架432以可枢转方式连接的端部。第二桁架及缸组件431包括与上述的针对第一桁架及缸组件430的情形相类似的提升桁架和液压缸。提升桁架在一端460处以可枢转方式连接于第二支撑框架构件435,而在另一端461处以可枢转方式连接于横梁445的第二端443。
如图26所示,当以上述方式构造时,吊架420的横梁445可在第一位置480和第二位置482之间枢转,第一位置480向顶部节段组件417的前方延伸,第二位置482大体竖直延伸于顶部节段组件417的上方。现在大体参照图23至图26,所述枢转运动的控制通过液压缸433来实现。当液压缸433处于伸展位置时,吊架装置420处于如下位置480:其中横梁445向顶部节段组件417的前方延伸。如示出的,这个位置有利于采用索具组件490以与前述相类似的方式来吊运涡轮机15。在吊运涡轮机15之后,液压缸433回缩,使得吊架装置420枢转,以使横梁445被提升至顶部节段组件417上方的位置,在该位置处涡轮机15可被下落并固定于定位在顶部节段组件417顶部上的硬件。接下来,在吊架装置420处于其向前延伸位置时来吊运叶片组件 19。在吊运叶片组件19之后,液压缸433回缩,使得吊架装置420枢转至第二位置482,在此,叶片组件19可以被固定于自涡轮机15延伸的被驱动轴上。在完成涡轮机15和叶片组件19的安装并使索具组件490脱开之后,利用用于构建所述塔架并吊运及安装吊架装置420于顶部节段组件417上的同一起重设备而将吊架装置420卸下。
虽然前述说明的示例性实施方式考虑了连接于每个提升桁架的单个液压缸,但是本领域的普通技术人员应意识到,根据在吊运和枢转过程中所产生的载荷,可采用增加的液压缸。此外,本领域的普通技术人员还应意识到,所述提升桁架的形状和结构是示例性的,且可以合理地具有其它形状和结构,诸如与上述吊架的其它实施方式相关的那些情形。
需要理解的是,在此披露的结构和装置仅是用于将风力涡轮机自大体邻近于地基的水平提升到顶部节段组件最高水平之上水平的装置的一个实例,而且应理解的是,用于将风力涡轮机自大体邻近于地基的水平提升到顶部节段组件最高水平之上水平的任何结构、装置或***(包括目前已经公知的或者将来可能获得的那些结构、装置或***),只要起到与在此披露的那些相同或等同的功能,将落入所阐述的构件的范围内;任何东西,只要其功能相同或等同于用于将风力涡轮机自大体邻近于地基的水平提升到顶部节段组件最高水平之上水平的装置,则将落入到该构件的范围之内。
现在参照图27至图37,披露了一种方法,其用于构建高的风力涡轮机塔架和用于将风力涡轮机组件提升至所述高的风力涡轮机塔架的顶部。现在具体参照图27,示出多个节段组件或节段已被组装且构成结构塔架510的下部节段509。下部节段509包括:最下节段组件513,固定于地基511;以及一个或多个中间节段组件512,构建在最下节段组件513的顶部。下部节段509利用尺寸和高度适合的起重设备来构建,或者可替代地采用诸如下文中针对结构塔架510的上部节段进行组装的抱杆来进行构建。
现在参照图28,示出抱杆501连接于下部节段509的侧部。在一 个示例性实施方式中,抱杆501包括纵梁502和吊杆503。纵梁502具有第一端504,第一端504构造成可移动地连接于结构塔架510上的第一位置(例如邻近最下节段组件513的位置)。纵梁502还包括中间部505,中间部505构造成可移动地连接于结构塔架510上的第二位置(例如邻近下部节段509的上部位置)。实际上,就沿着结构塔架的高度而言,第二位置高于第一位置,同时第一位置和第二位置之间的纵向间隔至少部分依赖于纵梁502的整体长度。
吊杆503包括第一端,所述第一端在枢转位置506处(优选地位于纵梁502的中间部505上方或附近)以可枢转方式连接于纵梁502。吊杆以可枢转方式连接于纵梁502使得吊杆503能远离纵梁502延伸一预定的横向距离,该横向距离足以吊运另外的节段组件来进行安装而不会受到结构塔架510的最下节段组件的阻挡,最下节段组件的直径可以比最上节段组件的直径相对大。
如在图28至图30进一步示出的,缆绳517自纵梁502的第一端504延伸至纵梁502的第二端518。在一个实施方式中,缆绳517可以利用扩张组件519与纵梁502间隔开。缆绳517自纵梁502的第二端518延伸至吊杆503的第二端507,且最终缆绳517的自由端520自吊杆503的第二端507向下延伸,以可脱开地连接于自由节段组件525,自由节段组件525构造成安装在已部分构建的结构塔架510的当前最上节段组件515上。当以这种或类似方式进行构建时,吊杆503可绕着枢转位置506转动,以使吊杆503向外延伸到当前最上节段组件515的轴向截面之外。随后,缆绳517的自由端520下落,以连接于自由节段组件525。一旦连接于自由节段组件525,则缆绳517就用于将自由节段组件525向上吊运,以安装在当前最上节段组件515上。当被吊运到高度足以避开当前最上节段组件515时,吊架502绕着枢转位置506转动,以使自由节段组件525平移至与当前最上节段组件515轴向对齐。一旦轴向对齐,利用缆绳517使自由节段组件525下落至与当前最上节段组件515相接触,并利用例如美国专利申请US11/433,147中所述的销、螺栓或焊接而连接于当前最上节段组件515。
在自由节段组件525连接于其时为当前最上节段组件515之后,使抱杆升高到已部分完成的结构塔架510上的新位置。虽然在本领域中针对使抱杆升高的各种技术为公知,但是有利于供本发明采用的一个示例性实施方式采用了如下所述的跳跃式缆绳调节方法(jump cabling)。重复将自由节段组件525吊运并固定到其时为当前最上节段组件515、并通过使抱杆501升高至已部分完成的结构塔架510上的新位置(如果需要)的过程,直到最上节段组件被提升并固定于结构塔架510上为止。
需要理解的是,在此披露的结构和装置仅是用于将中间节段组件固定到底部节段组件顶部上的装置以及用于将顶部节段组件固定到中间节段组件顶部的装置的一个实例;而且应意识到,用于将塔架的结构构件固定的任何结构、装置或***(包括目前已经公知的或者将来可能获得的那些结构、装置或***),只要起到与在此披露的那些相同或等同的功能,则将落入到所阐述的构件的范围内。任何东西,只要其功能相同或等同于用于将塔架的结构构件固定的装置,则将落入到该构件的范围之内。
现在参照图32,示出最上节段组件550已被升高并固定于结构塔架510。此外,示出抱杆501正被定位,以待吊运吊架或装置560,例如如果需要,将抱杆501重新定位至新的高度且使吊杆503绕着枢转位置506转动,以使吊杆503向外伸到最上节段组件550的轴向截面之外的用于将吊架装置560吊运的位置。
现在参照图35,如上面披露的各种实施方式中的一个或多个实施方式所描述的,示出利用缆绳517已将吊架装置560吊运到结构塔架510的顶部(其可大体类似于图33中的塔架510),并随后下降至与最上节段组件550接触并固定于最上节段组件550。
现在参照图33和图34,示出吊架装置560具有用于按照各种上述披露一个或多个实施方式中所述的方式吊运和定位涡轮机570或叶片组件575至适当位置的索具组件562和枢转控制绳索564。更具体地,一旦吊架装置560定位并固定到最上节段组件550顶部上的位置, 则安装任何用于吊运和定位操作所必要的保持缆绳。
一旦用于吊运和定位操作所必要的保持缆绳被安装,则吊架装置560随后按照上面所披露的被用于将涡轮机570吊运到最上节段组件550顶部上的位置。此后,也按照上面所披露的,吊架装置560用于吊运并定位叶片组件575,或者可替代地,在吊运并定位转子576之后吊运并定位各个叶片577到涡轮机570上的位置。在吊运和定位操作中,抱杆501和吊杆503可定位成远离吊架(或者完全从所述塔架上拆下),以避免与吊架装置560、涡轮机570或叶片组件575发生干扰。
现在参照图36和图37,在将涡轮机570和叶片组件575定位到它们各自的适当位置之后,按照需要将抱杆501重新定位,以在吊架装置560与最上节段组件550脱开之后使得吊架装置560下落。在吊架装置560从塔架510上脱开并下落之后,抱杆501以与被提升相反的顺序或其变型顺序从塔架上落下。
本领域的普通技术人员以及熟悉在此以及前述提供的发明的人员将认识到,对上述披露的利用抱杆501或类似装置进行组装的方法的各种修改。第一,虽然所述方法是参照特定吊架装置560进行说明的,但是显而易见的是,所述方法的构成可以利用在此披露的任何吊架或其修改来等同地予以实现。第二,还显而易见的是,在沿着所述结构塔架提升或落下抱杆501所涉及的步骤将至少部分根据抱杆501的长度,或者具体地根据纵梁的长度。换句话说,相对长的纵梁502可以允许在升高抱杆的步骤之间一次全部或者一次一个吊运并定位两个或两个以上的自由节段组件。第三,虽然特定抱杆已经描述成具有纵梁以及以可枢转方式连接于其上的吊杆,但是本领域的普通技术人员将认识到,合适的可替代抱杆结构可以用于完成所述吊运和定位操作。第四,虽然所述组装方法描述了采用抱杆吊运和定位自由节段组件,但是显而易见的是,可以利用抱杆将单个纵向、斜的、或水平构件或它们的组合吊运并定位到合适位置。事实上,在上述构建过程中,单个构件或自由节段组件的子组件的吊运和定位会允许采用更小的抱 杆。第五,显而易见的是,上述构建塔架并吊运及定位涡轮机及叶片组件的方法可在步骤上反向,以拆卸塔架、修复或更换涡轮机或叶片组件或者甚至在风力涡轮机操作过程中可能损坏的单个叶片。此外,应该显而易见的是,抱杆自身可以除了被用作吊架或装置之外,不仅可吊运和定位自由节段组件,而且也可吊运和定位涡轮机和叶片组件。
现在参照图38至图44,披露了一种用于将具有涡轮机及叶片组件的结构塔架进行组装的可替代方法。在一个实施方式中,如图38所示,一个或多个节段组件或节段被安装并构成结构塔架610的下部节段609。下部节段609包括固定于地基(未明确示出)的最下节段组件613且可包括一个或多个构建于最下节段组件613上的中间节段组件612。利用尺寸和高度合适的起重设备来构建下部节段609(其可被认为包括最下节段组件613,而且如果需要,可被认为包括一个或多个中间节段组件612)。
依然参照图38,紧接着,将抱杆601连接于已部分构建的结构塔架610的侧部。在一个实施方式中,抱杆601包括纵梁602,纵梁602包括多个通过斜构件或水平构件(未明确示出)固定在一起的构件603。纵梁602具有第一端604和自第一端604向上延伸的第二端605。放线架(rooster head)606可旋转地固定于抱杆601的第二端605。缆绳607自放线架606延伸,以用于升高或落下本发明的自由节段组件或吊架。采用本领域通常公知的手段,抱杆601可拆卸地连接于结构塔架610(尽管下面给出了特定示例性实施方式)。
现在再次参照图38至图44,示出了利用抱杆601将结构塔架组装并将风力涡轮机及叶片组件组装在结构塔架上的步骤顺序。如上所述,利用起重设备或其它合适的装置将结构塔架610的下部609组装并固定于地基。随后,将抱杆601连接于所述结构塔架,这典型地采用相同的起重设备将所述抱杆吊运到已部分组装的结构塔架610上的初始位置来进行。一旦所述抱杆连接于所述塔架,则放线架606自所述塔架向外旋转,以使缆绳607可下落并连接于定位在地面上的自由节段组件625。随后,缆绳607的自由端下落以连接于自由节段组件 625。一旦连接于自由节段组件625,则使用缆绳607将自由节段组件625向上吊运,以安装在当前最上节段组件615上。当吊运至高度足以消除当前最上节段组件615的阻碍时,放线架606绕着抱杆601旋转,以使自由节段组件625被平移到与当前最上节段组件615对准。一旦轴向对准,则利用缆绳607使自由节段组件625下落至与当前最上节段组件615相接触,并利用例如美国专利申请US 11/433,147所描述的销、螺栓或焊接等而固定于当前最上节段组件615。在将自由节段组件625连接于其时为当前最上节段组件615上之后,可将抱杆601升高至已部分完成的结构塔架610上的新位置,并重复图38至图40所示的过程。
现在参照图41,示出最上节段组件650已被提升并固定于结构塔架610。如前所述,最上节段组件650可包括或其上已连接有环构件651,涡轮机可旋转地定位在环构件651上。现在参照图42,在将最上节段组件650放置之后,再次升高抱杆601。随后,重新定位放线架606,以吊运吊架装置660。随后,如在上面披露的一个或多个实施方式中所描述的,利用起重设备607将吊架装置660吊运到结构塔架610的顶部,在此,可利用缆绳607使吊架装置660下落至与最上节段组件650接触并固定于最上节段组件650。在图42示出的代表性实施方式中,吊架装置660下落并固定于支撑框架652,支撑框架652自身固定于最上节段组件650。
现在参照图43和图44,示出吊架装置660具有索具组件662,索具组件662用于以各种上面披露的方式将涡轮机670或叶片组件675吊运并定位到合适位置。更具体地,一旦吊架装置660被定位并固定于最上节段组件650顶部上的合适位置,则安装任何其它用于吊运和定位操作所必须的保持绳索。随后,如上面所披露的,吊架装置660用于将涡轮机670吊运到最上节段组件650顶部上的合适位置。此后,也如上面所披露的,吊架装置660用于将叶片组件675吊运和定位,或者可替代地在吊运并安装转子676之后吊运并安装各个叶片677到涡轮机670上的合适位置。在所述吊运和定位操作中,抱杆601可定 位成远离吊架(或者完全从塔架上拆下),以避免与吊架装置660、涡轮机670或者叶片组件675产生干扰。可替代地,抱杆601可定位成用于与吊架装置660一起来提升或控制涡轮机670和/或叶片组件675或单个叶片或其它涡轮机构件的提升。在将涡轮机670和叶片组件675定位到它们各自的适当位置之后,按照需要重新定位抱杆601,以在吊架装置660和支撑框架652已从最上节段组件650上拆下之后,使得吊架装置660和支撑框架652落下。在吊架装置660和支撑框架652已从最上节段组件650上拆下之后,按照与提升顺序相反的顺序或变型顺序将抱杆601从塔架上落下。
在本发明的另一示例性实施方式中,披露了一种包覆***及一种用于构建具有环绕包覆***的高海拔风力涡轮机塔架的方法以及用于将风力涡轮机组件提升至高海拔风力涡轮机塔架顶部的方法。参照图45至图48,来说明一种用于结构塔架的包覆***的实施方式。具体地,在本发明的一个方面,所述包覆***包括尺寸定制为大体将节段组件的外表面遮盖的包覆板701。在一个示例性实施方式中,包覆板701具有上边缘702和下边缘703。上边缘702包括一个或多个凸片段705,每个凸片段具有一个或多个延伸穿过包覆板701的开孔706。如图46所示,凸片段705构造成自身折叠(向内折叠),由此沿凸片段705的长度方向产生一个或多个与所述一个或多个边缘开孔706相对应的开口707。
参照图47,由诸如钢或塑料之类的材料制成的管或杆710定位于上述折叠的折边处,以形成由容置杆或管710的套管段712所包容的一个或多个管或杆的外露部分711。在这种方式下,当包覆板701如下所述围绕节段组件进行包裹时,管或杆710为包覆板701提供结构支撑并且提供用于将包覆板701连接到一个或多个包括节段组件(诸如在此所述的节段组件中的一个节段组件)的构件上的结构。例如采用螺栓、螺钉或焊接将管或杆的外露部分711连接于相应的节段组件的水平构件,或利用绳索或线简单地捆扎到所述水平构件。
依然参照图45至图48,包覆板701具有相对的左边缘段718和 右边缘段719,各边缘段具有多个延伸穿过包覆板701的边部开孔720。与上述说明类似,左边缘段718和右边缘段719构造成向内、自身折叠,由此沿所述边缘段的长度方向形成一个或多个与所述一个或多个边部开孔720相对应的开口722。与上述方式类似,钢或塑料管或杆725定位在上述折叠的折边处(参见图48),以形成由容置杆或管725的套管段726包封的一个或多个管或杆的外露部分。在这种方式下,当包覆板701如下所述围绕节段组件进行包裹时,管或杆725为包覆板701提供结构支撑并且提供用于将包覆板701的相对的左边缘段718和右边缘段719彼此连接的结构,由此使上述包覆板紧密地固定在相对应的一个节段或一个以上的节段的周围。
在一个示例性实施方式中,管或杆725的外露部分均通过如图48所示的花兰螺丝730而固定于相对应的外露部分。在一个实施方式中,花兰螺丝730设置在各对相应的开口722处,并连接于管或杆725的由上述相应对开口722所露出的部分。
依然参照图45至图48,包覆板701可具有折痕段714,折痕段714辅助包覆板折叠成特定节段组件的所需形状。如图46所示,例如,包覆板701围绕折痕段714或在折痕段714的区域中进行折叠,以形成五面包覆件,以用于结构塔架的一个或多个五面节段。
包覆板701可预制成滑套于已组装的节段组件之上,或者可替代地,围绕已组装的节段组件进行包裹。无论采用任一那种方法,一旦包覆板701被定位在节段组件上,则利用合适的装置将管或杆的外露部分711(其在凸片段705处成型)固定到节段组件上,且成组的花兰螺丝730被旋紧以稳固地将包覆板701固定至所述节段组件。另外,在本发明的范围内,折边或折痕区域可包括位于与主节段腿接触区域或紧密相邻区域的双包覆层。主节段腿也可进行包裹、覆盖,或者具有应用到其上的减摩擦或磨损的涂层或板,以使所述包覆件不会磨损或者使用寿命降低至比所述包覆件的未紧邻节段腿结构处的区域的平均寿命还短。如下面将示出的,当利用包覆板组装所述塔架时,下边缘703可延伸超过由包覆板701所覆盖的相邻节段组件的上边缘702 一定距离(例如6英寸至12英寸)。
包覆板701可由各种材料来构造,包括各种金属、钢、铝、涂覆PVC的织物或涂覆PTFE的玻璃织物。当诸如气候和风应力之类的因素加以考虑时,板材料的优选选择为每平方码28盎司至30盎司的涂覆PVC的织物,其具有约为每线性英寸250磅的拉伸强度。这些材料在用于上述包覆板时可良好地工作,并易于应用到各种其它板构造中。此外,这些材料也非常适于采用例如RF焊、缝制或在铝或其它金属的情况下采用点焊或TIG焊来固定凸片段705和左边缘段718和右边缘段719处的自身折叠区域。所述材料也适用于在上述包覆板中形成诸如边部开孔706或侧边开孔720之类的孔口。
本领域的普通技术人员将意识到,在图45至图46中示出的包覆结构为塔架结构提供了外部覆盖,其起到保护塔架的内部区域避免受到风、雪、雨和其它所不希望的物质的侵袭,但是不提供任何显著的温度控制,因为一般不要求这种温度控制。希望的是,这种包覆结构可提供给塔架内部区域的空气流通,并可为处于塔架内的设备(例如在接近塔架底部)提供额外的安全保障;而且还希望的是,提供控制可能存在的使人和设备能上下所述塔架而进入所述结构的附加安全性。
如图49所示出的,可设置有人员出入门810。此外,如图49所示出的,可在包覆材料上设置出入孔811。此外,大得足以使得小型叉车或检修车辆通过的设备出入孔812可特别地设置在塔架底部周边。
在此所述的包覆材料(也称为“遮挡材料”)其理想地为建筑织物,诸如PVC或玻璃纤维材料、金属板、有机纤维或具有所需特性的为本领域的普通技术人员所知晓的任意材料。所述遮挡材料可以连续地布置在塔架结构的周边或者可以分节段地布置,但所有这些均落入本发明的范围之内。此外,所述遮挡材料可以涂覆或附着于所述结构塔架构件的外侧。在这种情况下,所述遮挡材料不仅从塔架外侧遮挡可视的空间,而且可遮挡塔架的结构构件。所述遮挡材料也可涂覆或附着 于所述结构塔架构件,以使所述结构塔架构件对于站立在所述塔架之外的人员而言是可视的,但是所述可视空间已被填充,以使未留有任何可视空间。
虽然上述披露的实施方式为每个节段组件(或多个节段组件)提供了适合的遮盖,但是其它实施方式也同样提供了合适的遮盖。例如,参照图49,示出了具有多面包覆***的节段组件801。多面包覆***包括多个包覆条带805和角托架807。各包覆条带805包括多个埋置于或以其它方式连接于各包覆条带两侧的螺栓809,所述多个螺栓809的螺纹自各条809的两侧向外延伸。所述螺栓的尺寸和间隔设计成延伸穿过各角托架807中的相应孔。以上述类似的方式进行组装。例如,利用不完全旋紧在螺栓809上的螺帽,所述条带和角托架的***可以松散地进行组装,并随后滑套到节段组件801上,此后将螺帽拧紧,由此将包覆***固定到所述节段组件上。可替代地,所述包覆***的除了一个面之外的所有面可固定于所述节段组件,使所述节段组件的一个面敞开,以使抱杆和节段结构之间能相互作用。一旦将结构塔架组装并将抱杆落下并拆除,则如上述,其余的条带可被组装到各节段组件并紧固。当然,相关的可替代方案包括尺寸定制成遮盖除了一个面之外的所有面或者遮盖任意数量的面(例如两个或三个),在此所述***包括各种数量的如上所述的包覆板及角托架或者杆或管及花兰螺丝组件。
现在参照图50至图56,披露了一种包覆***及用于构建带有环绕包覆***的高海拔风力涡轮机塔架的方法以及用于将风力涡轮机组件提升至高海拔风力涡轮机塔架顶部的方法。在一个示例性实施方式中,如图50所示,一个或多个节段组件或节段被安装、且包括结构塔架910的下部节段909。下部节段909包括固定于地基(未示出)的最下节段组件913且可包括一个或多个构建于最下节段组件913顶部上的中间节段组件912。中上部节段组件980包括包覆***981。在一个实施方式中,包覆***981以上面所述方式围绕着整个节段组件,且包括一个或多个尺寸和位置设计成允许抱杆和所述节段组件的结构 构件之间的相互作用(如下面全部说明的)的孔口。利用尺寸和高度合适的起重设备,可以构建下部节段909(其可以认为包括最下节段组件913,且如果需要包括一个或多个中间节段组件912以及包括包覆***的节段组件)。
依然参照图50,接下来,将抱杆连接于已部分构建的结构塔架910的一侧。在一个示例性实施方式中,抱杆901包括纵梁902,纵梁902包括多个由多个斜构件或水平构件(未示出)固定在一起的构件903。纵梁902具有第一端904和自第一端904向上延伸的第二端905。放线架906可转动地固定于抱杆901的第二端905。缆绳907自放线架906延伸,以提升或落下本发明的自由节段组件或吊架。采用本领域通常知晓的结构(尽管下面将说明专门的示例性实施方式),抱杆901可拆卸地连接于结构塔架910。
参照图50至图56,示出利用抱杆901组装结构塔架和将风力涡轮机及叶片组件组装于结构塔架上的步骤顺序。除了节段组件包括包覆***及包覆结构之外(例如设计成允许抱杆和已部分完成的结构塔架910之间相互作用的孔口或敞开面之外),所述步骤顺序大体如前所述。
如上所述,利用起重设备或其它合适的装置,将结构塔架910的下部909组装并固定于地基。随后,典型地利用相同的起重设备将抱杆吊运至已部分组装的结构塔架910上的初始位置,以将抱杆901连接于结构塔架。一旦抱杆连接于塔架,则放线架906自塔架上向外旋转,以使缆绳907下落并连接于定位在地面上的自由节段组件925。随后,缆绳907的自由端下落,以连接于自由节段组件925。一旦连接于自由节段组件925,则缆绳907用于将自由节段组件925向上吊运,以安装在当前最上节段组件915上。当吊运至高度足以排除当前最上节段组件915的阻挡时,放线架906绕着抱杆901转动,以使自由节段组件925被平移到与当前最上节段组件915轴向对准。一旦轴向对准,则通过缆绳907使得自由节段组件925下落,以与当前最上节段组件915接触并利用美国专利申请11/433,147所述的销、螺栓或 焊接而固定于当前最上节段组件915。
在自由节段组件925连接于其时为当前最上节段组件915之后,抱杆901可被提升至已部分完成的结构塔架910上的新位置,且按图50至图52所示重复所述过程。如果需要,可组装用于下部节段909的包覆***985。在一个实施方式中,用于下部节段909的包覆***包括紧固到下部节段909的各个面上的铝质蒙皮。
现在具体参照图53,示出了最上节段组件950已经被升高并固定于结构塔架910。如前面所论述的,最上节段组件950可包括或已连接有环构件951,在环构件951上可旋转地定位涡轮机。
现在具体参照图54,在将最上节段组件950放置之后,将抱杆901再次升高。随后,将放线架906重新定位,以用于吊运吊架装置960。随后,利用缆绳907将吊架装置960吊运至结构塔架910的顶部,在此按照上面披露的各种实施方式中的一个或多个实施方式所描述的,通过缆绳907使得吊架装置960下落至与最上节段组件950接触并固定于最上节段组件950。在图54示出的实施方式中,吊架960下落并固定于支撑框架952,支撑框架952自身固定于最上节段组件950。
现在参照图55和图56,示出了吊架装置960具有索具组件962,索具组件962用于将涡轮机97或叶片组件975按照上述披露的方式吊运并定位至适当位置。更具体地,一旦吊架装置960定位并固定于最上节段组件950顶部上的合适位置,则安装任何吊运和定位操作所必须的保持绳索。随后,吊架装置960用于按上面所述的方式将涡轮机970吊运至最上节段组件950顶部上的合适位置。此后,吊架装置960也按照如上披露的方式用于吊运和定位叶片组件975、或者可替代地在吊运并定位转子976之后吊运并定位各个叶片977至涡轮机970上的合适位置。在吊运和定位操作中,抱杆901可以定位成远离吊架(或者从塔架上拆下),以避免与吊架960、或者涡轮机970或叶片组件975发生干扰。在将涡轮机970和叶片组件975定位到它们各自的适当位置之后,按照需要将抱杆901重新定位,以在吊架960和支撑框架952与最上节段组件950脱开之后使得吊架960和支撑框架952落下。在 吊架960和支撑框架952从塔架910上脱开并落下之后,以与提升顺序相反的顺序或其变型而将抱杆901从塔架上落下。
虽然用于升高抱杆的各种技术为本领域所公知,但是一个有利于供本发明使用的示例性实施方式采用了一个或多个支座托架以及跳跃式导轨调节装置。参照图57和图58,例如,利用一个或多个支座托架1002以及可滑动地将抱杆1001与支座托架1002连接的跳跃式导轨调节装置1004,抱杆1001可滑动地连接于结构塔架。更具体地,各支座托架1002包括一对安装托架1003。安装托架1003构造成安装于一个或多个节段组件,例如如图57和图58所示的一对相邻的水平构件1006和1007。
安装托架1003可以利用焊接到水平构件上的凸片和将所述托架固定到所述凸片上的螺栓或其它合适的安装装置而安装到水平构件上。形成方形或矩形箱形框架1010的纵向构件对1008和横向构件对1009利用定位在箱形框架1010拐角处的伸缩构件1011而可调整地连接于安装托架1003。伸缩构件1011使得箱形框架1010和节段组件之间的距离能进行调整。
跳跃式导轨调节装置1004可拆卸地连接于一对已组装的支座托架1002上,支座托架1002安装到结构塔架的一个或多个节段上。跳跃式导轨调节装置1004包括一对通过对角延伸件而分隔开的纵轨。板构件1015通过焊接或其它合适的手段而固定于跳跃式导轨调节装置1004的上端。板构件1015包括位于两相对侧上的用于连接一对吊索1016的开孔。在一个实施方式中,吊索1016利用连接在吊索一端处的马蹄销而固定,所述销延伸穿过一对相应的焊接到安装托架1003上的凸片构件1017。一对类似的马蹄销用于将板构件1015连接于吊索1016的另一端。同样地,第二板构件1018通过焊接或其它合适的手段而固定于跳跃式导轨调节装置1004的下端。
上板构件1015和下板构件1018均可通过螺栓或以其它方式连接于支座托架1002的箱形框架上,以使跳跃式导轨调节装置以与结构塔架相对固定的关系而可拆卸地连接。进一步地,所述伸缩构件可构造 成伸缩或移动部件位于包覆件之外且位于一定距离处,使得伸缩部件、支座托架、以及操作人员平台不会产生与包覆件的接触。凸片构件1017定位成安装托架1003位于包覆件内的不与包覆件接触的位置,且凸片1017延伸穿过包覆件上的孔口,并超过包覆件的平面一定距离,以防止包覆件和吊索1016之间的接触。
依然参照图57至图58,示出了抱杆1001正可滑动地连接于跳跃式导轨调节装置1004的轨道1014。在一个示例性实施方式中,抱杆1001与轨道1014的可滑动连接是利用在抱杆1004的一对面向内的纵向构件1020的每个构件上的一对纵向延伸的凸片来实现的,这些凸片形成了尺寸适于容置跳跃式导轨调节装置1004的相应轨道1014的凸型容置导轨。在这种情况下,抱杆1001被约束成仅能沿跳跃式导轨调节装置1004的纵向向上或向下滑动。
参照图57,示出了抱杆处于跳跃式导轨调节装置1004上的第一位置(未提升位置)1022。在一个示例性实施方式中,利用一对支撑吊索(未明确示出,其第一端固定到支座托架1002,第二端固定到抱杆1001)将抱杆1001固定在第一位置1022。利用滑轮组或类似的索具组件来完成将抱杆1001吊运到第二位置(升高位置)1024(参见图58)。在一个实施方式中,索具组件包括可移动地连接于支座托架1002上的滑轮1030。缆绳1032具有第一端1033和第二端1035,第一端1033固定到抱杆1001的底部1034,第二端1035延伸到绞盘(未明确示出)或其它合适的缆绳卷绕结构上。
当需要将抱杆1001自第一位置1022升高至第二位置1024时,所述对支撑吊索松开,且拉动缆绳1032,以将抱杆1001吊运到第二位置。随后,在抱杆1001定位成执行下一个自由节段组件或吊架的提升操作的位置处,重新连接所述支撑吊索。
再次参照图50至图56,示出了抱杆901固定于支座托架990。支撑吊索991用于使抱杆901相对于支座托架990而保持在固定位置。延伸穿过所述包覆件的孔口982使得支座托架990能如上所述的那样被连接于节段组件而无须去掉包覆件。当组装阶段结束时,可添加附 加的支座托架990,且跳跃式导轨调节装置995用于按照需要将抱杆901吊运。一旦最终将涡轮机970和叶片组件975定位在结构塔架910上,则利用所述抱杆使吊架960落下。
依然参照图50至图56,在使得吊架960落下之后,利用上述讨论的与图57至图58相关的跳跃式导轨调节装置995和吊运缆绳,以与提升相反的顺序使所述抱杆落下。当抱杆901落下之后,各支座托架990可自其安装位置拆下、并利用抱杆901或独立的缆绳而下落到地面上。随后,可利用覆盖手段类似的尺寸合适的孔道覆盖物将所述穿过包覆件的孔口封闭。
在前述详细说明中,出于使本发明流畅的目的,本发明的各种特征一起分组在单个的示例性实施方式中。该披露的方法不应解释为反映这样的意图,即:所主张的发明需要比各权利要求所明确说明的特征更多的特征。而是正如下面的权利要求书所反映的,本发明的方案少于前述单个实施方式中披露的全部特征。由此,随后的权利要求在此通过援引合并到该详细的说明书中,同时各权利要求自身代表着本发明的单独的实施方式。
应该理解的是,上述布置仅是本发明原理的示例性应用。在不脱离本发明的精神和范围的情况下,本领域的普通技术人员可构思出诸多修正和可替代布置,且随附的权利要求意欲覆盖这些修正和布局。由此,虽然本发明已经示出在附图中并具体详细地在上面予以说明,但是对于本领域的普通技术人员将显而易见的是,在不脱离在此阐述的所述原理和构思下,可做出诸多修正,所述修正包括但不局限于尺寸、材料、形状、形式、功能及操作方式、组装、用途上的变化。