CN103342296B - 风电设备吊装附着自升式塔吊 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电设备吊装附着自升式塔吊，包括起吊装置、主框架、主抱紧油缸、主抱紧臂、辅框架、辅抱紧油缸、辅抱紧臂和升降油缸，升降油缸的轴向方向为竖直方向，升降油缸的油缸座和活塞杆分别与主框架和辅框架连接，主抱紧油缸的油缸座安装于主框架上，主抱紧油缸的活塞杆与主抱紧臂连接，主抱紧臂置于主框架的内侧，辅抱紧油缸的油缸座安装于辅框架上，辅抱紧油缸的活塞杆与辅抱紧臂连接，辅抱紧臂置于辅框架的内侧，主抱紧臂的内侧和辅抱紧臂的内侧均用于抱紧风机塔筒，起吊装置安装于主框架上。本塔吊应用时通过主框架和辅框架循环附着于风机塔筒，实现整个塔吊攀升到需要高度进行吊装，具有重量轻、造价低、受限条件少的优点。

Description

风电设备吊装附着自升式塔吊

技术领域

本发明涉及一种风电设备吊装塔吊，尤其涉及一种重量轻、造价低、受限条件少的风电设备吊装附着自升式塔吊。

背景技术

现在中国及世界上大型风力发电设备安装都是使用大型汽车吊或者履带吊完成，由于1.5MW风力发电机舱设备自重60多吨安装在70米左右高需要500吨汽车吊或400吨履带吊进行吊装，3MW、5MW、6MW风力发电需要1000吨以上吊车吊装，“超级工程”的海上5MW风机安装使用了3000吨吊车。大型吊车造价不菲（约10万元一吨）、资源有限、使用范围受限，一般企业难以配备。现在陆地上风力发电设备单机容量绝大部分在1.5MW以下，主要是受到吊装资源限制，大部分是建在戈壁滩上，山口河谷地区很少，其主要原因是大型起吊设备难以入场缘故，中国其他发电设备大步的走向世界而风力发电设备却很少，也是相应的大型起吊设备受到限制的缘故。所以，风电设备的吊装设备如何实现小型化、简单化、低廉化以及如何尽可能少地受到安装条件限制，是发展风电的重要环节。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种重量轻、造价低、受限条件少的风电设备吊装附着自升式塔吊。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明所述风电设备吊装附着自升式塔吊包括起吊装置、主框架、主抱紧油缸、主抱紧臂、辅框架、辅抱紧油缸、辅抱紧臂和升降油缸，所述升降油缸的轴向方向为竖直方向，所述升降油缸的油缸座和活塞杆分别与所述主框架和所述辅框架连接，所述主抱紧油缸的油缸座安装于所述主框架上，所述主抱紧油缸的活塞杆与所述主抱紧臂连接，所述主抱紧臂置于所述主框架的内侧，所述辅抱紧油缸的油缸座安装于所述辅框架上，所述辅抱紧油缸的活塞杆与所述辅抱紧臂连接，所述辅抱紧臂置于所述辅框架的内侧，所述主抱紧臂的内侧和所述辅抱紧臂的内侧均用于抱紧风机塔筒，所述起吊装置安装于所述主框架上。

应用时，先用常规吊车将最下面的第一节风机塔筒安装于风机基础上，然后将本塔吊安装于风机塔筒上。主框架、主抱紧油缸和主抱紧臂组成一个主平台，其通过主抱紧油缸的液压力保证自身能够附着于风机塔筒上；辅框架、辅抱紧油缸和辅抱紧臂组成一个辅平台，其通过辅抱紧油缸的液压力保证自身能够附着于风机塔筒上；升降油缸用于在主平台（或辅平台）固定时使辅平台（或主平台）向上移动，实现主平台和辅平台的循环上升，达到在风机塔筒上移动本塔吊的目的；起吊装置用于在本塔吊移动到风机塔筒的上部后，将地面的被吊装件的第二节、第三节、机舱、风叶等全部吊装就位。由于利用了风机塔筒的强度和刚度，爬升到被吊物安装位置进行起吊所以本塔吊的自身体积、重量要求显著减少。

具体地，所述主框架包括三根主立柱和六根主横梁，三根所述主立柱的上端分别与其中三根所述主横梁相间连接并形成三角形，三根所述主立柱的下端分别与另外三根所述主横梁相间连接并形成三角形，所述起吊装置安装于所述主框架上面的所述主横梁上；所述辅框架位于所述主框架的内侧，所述辅框架包括三根辅立柱和三根辅横梁，三根所述辅立柱和三根所述辅横梁相间连接并形成三角形；所述升降油缸的油缸座和活塞杆分别与所述主框架中上面的所述主横梁和所述辅框架的辅横梁连接，所述升降油缸为三个，每个所述升降油缸分别位于两个所述主立柱之间。这种三角形结构具有受力清晰，稳定性好，圆断面三角形是等腰三角形，其三个角的受力相等。

一个所述主抱紧油缸和一个所述主抱紧臂构成一个主抱紧单元，所述主抱紧单元为六个，其中三个所述主抱紧单元的主抱紧油缸的油缸座分别安装于三根所述主立柱的中上部，另外三个所述主抱紧单元的主抱紧油缸的油缸座分别安装于三根所述主立柱的中下部；一个所述辅抱紧油缸和一个所述辅抱紧臂构成一个辅抱紧单元，所述辅抱紧单元为三个，三个所述辅抱紧单元的辅抱紧油缸的油缸座分别安装于三根所述辅立柱上。六个主抱紧单元和三个辅抱紧单元均匀地围绕在风机塔筒的四周，具有附着稳固、结构简单、成本少的特点。

为了进一步稳固上面三个主抱紧臂和下面三个主抱紧臂之间的连接，使其抱紧动作协调一致，上面的三个所述主抱紧臂与下面的三个所述主抱紧臂之间通过连接立柱固定连接，所述主立柱外端的内侧与所述主抱紧臂对应的位置设有主滑槽块，所述主滑槽块上设有用于对所述连接立柱进行导向和限位的主滑槽，所述连接立柱的外端与主滑块连接，所述主滑块的端部是凸台结构并与所述主滑槽相配合，所述主滑块在铅锤及左右水平方向受到所述主滑槽限位，所述主滑块能够在所述主滑槽内移动。

为了确保辅抱紧臂的抱紧效果，所述辅立柱的内侧与所述辅抱紧臂对应的位置设有辅滑槽块，所述辅滑槽块上设有用于对所述辅抱紧臂进行导向和限位的辅滑槽，与所述辅抱紧臂连接的辅滑块与所述辅滑槽相互配合。

具体地，所述主抱紧臂包括压紧平衡架、压紧架和橡胶垫，所述压紧平衡架的一端与所述主抱紧油缸连接，所述压紧平衡架的另一端为水平“T”形结构，所述“T”形结构的两角分别与两个所述压紧架的一端连接，所述橡胶垫安装于所述压紧架的另一端，所述橡胶垫的外端与所述风机塔筒的管壁压紧接触。更具体地，所述压紧平衡架的一端与所述主抱紧油缸铅锤铰连接，所述“T”形结构的两角分别与两个所述压紧架的一端铅锤铰连接，所述压紧架绕其铰可分别水平转动，对风机塔筒能自动调心；所述压紧架为“V”形“T”字架，所述“V”形“T”字架的单头端铅锤连接安装于所述“T”形结构的两角上，多个所述橡胶垫分别安装于所述“V”形“T”字架的双头端，所述压紧平衡架的“T”形结构和所述压紧架的“V”形结构是点状扩散力传递结构，即1分2，2分4的力传递结构，这也是解决变径风机塔筒对其压紧过程中自动调心的结构。上述结构中，压紧架的可旋转特性有利于使抱紧臂对风机塔筒能自动调心，使其处于最佳位置，橡胶垫则能增大摩擦力，减小硬接触损害。

相应地，所述辅抱紧臂包括包括一个压紧传力杆、一个压紧架和两个橡胶垫，所述压紧传力杆的一端与所述辅抱紧油缸连接，所述压紧传力杆的另一端与所述压紧架铅锤铰连接，所述压紧架为“V”形“T”字架，所述“V”形“T”字架的单头端与所述压紧传力杆铅锤铰连接，两个所述橡胶垫安装于所述“V”形“T”字架的双头端的“T”字竖杆上，所述橡胶垫用于与所述风机塔筒的管壁压紧接触。

作为常规应用需求，所述起吊装置包括吊臂、卷扬机、钢丝绳和吊钩；所述吊臂为2根，分别安装于所述主框架上面的两根所述主横梁上。

为了便于调节吊臂的俯仰角度，所述吊臂与所述主框架之间安装有用于调整所述吊臂的俯仰角度的俯仰油缸。

本发明的有益效果在于：

本塔吊应用时通过主框架和辅框架循环附着于风力发电设备塔筒，利用风机塔筒自身的强度、刚度，实现整个塔吊的攀升和被吊装件在安装位置安装。本塔吊具有以下优点：自身高度低、体积小、重量轻；造价低廉，约为是同样吊重吊高起吊能力超大型吊装设备价值的10％左右，甚至更低；整体安全性比一般吊车高，不受地基影响，起吊过程受风力影响小，解体后运输、转场受到限制条件少；对风电场的开发利用可以尽可能的增加利用率，对超大型起吊设备难以进场的地方可以轻松进出及转场，克服了大型吊车资源匮乏、价格昂贵、进出场、转场困难、严重制约大容量风机发展的难题，为中国大力发展风力发电注入强劲动力。

附图说明

图1是本发明所述风电设备吊装附着自升式塔吊的局剖主视图；

图2是本发明所述风电设备吊装附着自升式塔吊的右视图；

图3是本发明所述风电设备吊装附着自升式塔吊的俯视图；

图4是本发明所述主框架的俯视图；

图5是本发明所述辅框架的俯视图；

图6是本发明所述主抱紧臂的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步具体描述：

如图1、图2和图3所示，本发明所述风电设备吊装附着自升式塔吊包括起吊装置、主框架14、主抱紧油缸5、主抱紧臂6、辅框架8、辅抱紧油缸19、辅抱紧臂18和升降油缸16，升降油缸16的轴向方向为竖直方向，升降油缸16的油缸座和活塞杆分别与主框架14和辅框架8连接，主抱紧油缸5的油缸座安装于主框架14上，主抱紧油缸5的活塞杆与主抱紧臂6连接，主抱紧臂6置于主框架4的内侧，辅抱紧油缸19的油缸座安装于辅框架8上，辅抱紧油缸19的活塞杆与辅抱紧臂18连接，辅抱紧臂18置于辅框架8的内侧，主抱紧臂6的内侧和辅抱紧臂18的内侧均用于抱紧风机塔筒（第二节、第三节塔筒也是被吊装件，所有的塔筒17均为下大上小的结构），所述起吊装置安装于主框架14上。作为常规应用需求，所述起吊装置包括吊臂1、卷扬机2、钢丝绳11和吊钩12；吊臂为2根，分别安装于主框架14上面的两根主横梁10上。为了便于调节吊臂1的俯仰角度，吊臂1与主框架14之间安装有两只用于调整吊臂1的俯仰角度的俯仰油缸13；为了能够在风叶安装后塔吊的下降和拆解，主框架14上安装有返回油缸15，在塔吊吊臂1由俯仰油缸13调整过垂直位置到－4度左右，塔吊可以下降到地面，拆除吊臂1由俯仰油缸13继续调整吊臂1到－20度左右，返回油缸15的活塞杆与吊臂1的吊耳连接，返回油缸15工作吊臂1放到地面拆除。

如图1、图2、图4和图5所示，主框架14包括三根主立柱9和六根主横梁10，三根主立柱9的上端分别与其中三根主横梁10相间连接并形成三角形，三根主立柱9的下端分别与另外三根主横梁10相间连接并形成三角形，两个吊臂1的下端分别通过吊臂安装座安装于主框架14上面的两个主横梁10上，卷扬机2安装于主框架14上面的主横梁10上靠近主立柱9的位置；辅框架8位于主框架14的内侧，辅框架8包括三根辅立柱28和三根辅横梁31，三根辅立柱28和三根辅横梁31相间连接并形成三角形；三个升降油缸16的油缸座和活塞杆分别与主框架14中上面的三根主横梁10和辅框架8的三根辅横梁31对应连接，每个升降油缸16分别位于两个主立柱9之间。

如图1、图3、图4和图5所示，一个主抱紧油缸5和一个主抱紧臂6构成一个主抱紧单元，所述主抱紧单元为六个，其中三个主抱紧单元的主抱紧油缸5的油缸座分别安装于三根主立柱9的中上部，另外三个主抱紧单元的主抱紧油缸5的油缸座分别安装于三根主立柱9的中下部；上面的三个主抱紧臂6与下面的三个主抱紧臂6之间通过连接立柱7固定连接，主立柱9外端的内侧与主抱紧臂6对应的位置设有主滑槽块25，主滑槽块25上设有用于对连接立柱7进行导向和限位的主滑槽（图中未示出），连接立柱7的外端与主滑块26连接，主滑块26的端部是凸台结构并与主滑槽相配合，主滑块26在铅锤及左右水平方向受到主滑槽限位，主滑块26能够在主滑槽内移动；一个辅抱紧油缸19和一个辅抱紧臂18构成一个辅抱紧单元，所述辅抱紧单元为三个，三个辅抱紧单元的辅抱紧油缸19的油缸座分别安装于三根辅立柱28上；辅立柱28的内侧与辅抱紧臂18对应的位置设有辅滑槽块29，辅滑槽块29上设有用于对辅抱紧臂18进行导向和限位的辅滑槽（图中未示出），与辅抱紧臂18连接的辅滑块30与辅滑槽相互配合；六个主抱紧单元和三个辅抱紧单元均匀地围绕在塔筒17的四周。图4还示出了解体组合柱销27。

如图3和图6所示，主抱紧臂6包括压紧平衡架20、压紧架23和橡胶垫24（可采用一般橡胶轮胎制作），压紧平衡架20的一端与主抱紧油缸5铅锤铰连接，压紧平衡架20的另一端为水平“T”形结构21，“T”形结构21的两角分别与两个压紧架23的一端铅锤铰连接，橡胶垫24安装于压紧架23的另一端，橡胶垫24的外端与风机塔筒17的管壁压紧接触，压紧架23绕其铰可分别水平转动，对风机塔筒17能自动调心；压紧架23为“V”形“T”字架，“V”形“T”字架的单头端铅锤连接安装于“T”形结构21的两角上，多个橡胶垫24分别安装于“V”形“T”字架的双头端，压紧平衡架20的“T”形结构21和压紧架23的“V”形结构是点状扩散力传递结构，即1分2，2分4的力传递结构，这也是解决变径风机塔筒17对其压紧过程中自动调心的结构。上述结构中，压紧架23的可旋转特性有利于使主抱紧臂6对风机塔筒17能自动调心，使其处于最佳位置，橡胶垫24则能增大摩擦力，减小硬接触损害。图6中还示出了调心轴22，即为压紧架23的旋转轴。

结合图3和图6，辅抱紧臂18与主抱紧臂6的结构类似但更加简化，辅抱紧臂18包括一个压紧传力杆、一个压紧架和两个橡胶垫，压紧传力杆的一端与辅抱紧油缸19连接，压紧传力杆的另一端与压紧架铅锤铰连接，压紧架为“V”形“T”字架，“V”形“T”字架的单头端与压紧传力杆铅锤铰连接，两个橡胶垫安装于“V”形“T”字架的双头端的“T”字竖杆上，橡胶垫用于与风机塔筒17的管壁压紧接触。这里的压紧传力杆、压紧架和橡胶垫均未标记，这是因为图中没有示出辅抱紧臂18的结构，只是参照图6所示主抱紧臂6的结构。这里没有说到的辅抱紧臂18的结构与主抱紧臂6的对应结构一致。

本发明所述风电设备吊装附着自升式塔吊的设计原理如下：

（1）利用风机塔筒17自身的强度和刚度，其强度是风机塔筒17克服吊装转矩，粗略计算绰绰有余，刚度主要是风机塔筒17的管壁在受到起吊压力时局部承担压力不失稳的能力，其承载能力是根据等腰三角形抱紧结构形式，按风机塔筒17的管径、管壁厚度、抱紧装置传力结构的支撑线（条）数和长度进行计算和试验检验确定；

（2）圆周等腰三角形布置塔筒17受力，主立柱9的长度作为塔筒17的轴向距离的两三角形受力体的连接体，组合成主工作台，三角形的一个边作为吊重方位，上三角体的远端角支撑点和下三角体近边的两个角支撑点的径向力形成吊重转矩平衡矩，就平衡矩的径向力而言上下等腰三角形的六个力相等，其三角形的受力支撑点即是油缸座的受力点；

（3）等腰三角形角上油缸的点受力性质转换成塔筒17的圆周均布及一定轴向长度的三个管壁面受力，其结构是受力点上下对称，径向对称一分二、二分四，即一个点的力转换成两条或四条线受力，1.5MW机舱60吨，吊臂8吨，吊重重心按距塔筒17的外壁4米、平台上下主抱紧油缸5支撑间距4米、橡胶24的摩擦系数按0.5计，油缸支撑点受力约为60吨，按4线（条）受力，每条受力15吨；

（4）连接立柱7及联系结构是主平台的力向塔筒17传递的转换体，主平台的铅垂力是通过其主滑槽块25与主滑块26传递到连接立柱7，利用主平台的主立柱9上的主抱紧油缸5传递压力给压紧平衡架20（压紧平衡架20与连接立柱7是刚性连接）、压紧架23及橡胶垫24，即传递到塔筒17。

本发明所述风电设备吊装附着自升式塔吊的安装、工作及拆卸过程如下：

（1）设施安装：第一节塔筒17由普通吊车吊装，之后将组装后仅剩主横梁10的主平台吊放于台车上，整体将其移到塔筒17的安装位置，然后安装主立柱9间的主横梁10，完成主平台的安装；安装辅平台及与升降油缸16，连接俯仰油缸13、返回油缸15，液压***具备工作条件；压紧、升降油缸16进入工作位置；安装起吊装置。

（2）工作过程：本塔吊爬升到第一节塔筒17的中上部具备吊装第二节塔筒17的条件后吊装第二节塔筒17；以此类推吊装第三节塔筒17，在2～3节塔筒17的结合部吊装风机及其他部件，最后吊装风叶。塔吊升降（即爬升和下降）过程如下：升降时，主平台抱紧装置松开，辅平台抱紧装置压紧，升降油缸16工作，升降主平台，达到设定位置后主平台抱紧装置压紧，辅平台松开，升降油缸16工作，辅平台可升降，也可以进入吊装状态。

（3）拆除：安装设备吊装完成，吊臂1继续仰过铅锤位置到－4度左右（吊钩滑车接近塔筒17）设施下降，平台下放在轨道台车上，吊臂1在卸杆方向俯下，-10度左右连接返回油缸15，解除俯仰油缸13，吊臂1继续下俯，45度前将吊钩12落放于地面上，吊臂1下俯到接近地面时由吊车起吊拆卸；若仅为转场主平台仅拆除主横梁10，辅,平台仅拆除影响辅平台退出的联系部分结构；使主平台的主立柱9上的部件尽可能多的转场。

Claims (9)

1.一种风电设备吊装附着自升式塔吊，包括起吊装置，其特征在于：还包括主框架、主抱紧油缸、主抱紧臂、辅框架、辅抱紧油缸、辅抱紧臂和升降油缸，所述升降油缸的轴向方向为竖直方向，所述升降油缸的油缸座和活塞杆分别与所述主框架和所述辅框架连接，所述主抱紧油缸的油缸座安装于所述主框架上，所述主抱紧油缸的活塞杆与所述主抱紧臂连接，所述主抱紧臂置于所述主框架的内侧，所述辅抱紧油缸的油缸座安装于所述辅框架上，所述辅抱紧油缸的活塞杆与所述辅抱紧臂连接，所述辅抱紧臂置于所述辅框架的内侧，所述主抱紧臂的内侧和所述辅抱紧臂的内侧均用于抱紧风机塔筒，所述起吊装置安装于所述主框架上；所述主框架包括三根主立柱和六根主横梁，三根所述主立柱的上端分别与其中三根所述主横梁相间连接并形成三角形，三根所述主立柱的下端分别与另外三根所述主横梁相间连接并形成三角形，所述起吊装置安装于所述主框架上面的所述主横梁上；所述辅框架位于所述主框架的内侧，所述辅框架包括三根辅立柱和三根辅横梁，三根所述辅立柱和三根所述辅横梁相间连接并形成三角形；所述升降油缸的油缸座和活塞杆分别与所述主框架中上面的所述主横梁和所述辅框架的辅横梁连接，所述升降油缸为三个，每个所述升降油缸分别位于两个所述主立柱之间。

2.根据权利要求1所述的风电设备吊装附着自升式塔吊，其特征在于：一个所述主抱紧油缸和一个所述主抱紧臂构成一个主抱紧单元，所述主抱紧单元为六个，其中三个所述主抱紧单元的主抱紧油缸的油缸座分别安装于三根所述主立柱的中上部，另外三个所述主抱紧单元的主抱紧油缸的油缸座分别安装于三根所述主立柱的中下部；一个所述辅抱紧油缸和一个所述辅抱紧臂构成一个辅抱紧单元，所述辅抱紧单元为三个，三个所述辅抱紧单元的辅抱紧油缸的油缸座分别安装于三根所述辅立柱上。

3.根据权利要求2所述的风电设备吊装附着自升式塔吊，其特征在于：上面的三个所述主抱紧臂与下面的三个所述主抱紧臂之间通过连接立柱固定连接，所述主立柱外端的内侧与所述主抱紧臂对应的位置设有主滑槽块，所述主滑槽块上设有用于对所述连接立柱进行导向和限位的主滑槽，所述连接立柱的外端与主滑块连接，所述主滑块的端部是凸台结构并与所述主滑槽相配合，所述主滑块在铅锤及左右水平方向受到所述主滑槽限位，所述主滑块能够在所述主滑槽内移动。

4.根据权利要求3所述的风电设备吊装附着自升式塔吊，其特征在于：所述辅立柱的内侧与所述辅抱紧臂对应的位置设有辅滑槽块，所述辅滑槽块上设有用于对所述辅抱紧臂进行导向和限位的辅滑槽，与所述辅抱紧臂连接的辅滑块与所述辅滑槽相互配合。

5.根据权利要求1-4中任何一项所述的风电设备吊装附着自升式塔吊，其特征在于：所述主抱紧臂包括压紧平衡架、压紧架和橡胶垫，所述压紧平衡架的一端与所述主抱紧油缸连接，所述压紧平衡架的另一端为水平“T”形结构，所述“T”形结构的两角分别与两个所述压紧架的一端连接，所述橡胶垫安装于所述压紧架的另一端，所述橡胶垫的外端与所述风机塔筒的管壁压紧接触。

6.根据权利要求5所述的风电设备吊装附着自升式塔吊，其特征在于：所述压紧平衡架的一端与所述主抱紧油缸铅锤铰连接，所述“T”形结构的两角分别与两个所述压紧架的一端铅锤铰连接；所述压紧架为“V”形“T”字架，所述“V”形“T”字架的单头端铅锤连接安装于所述“T”形结构的两角上，多个所述橡胶垫分别安装于所述“V”形“T”字架的双头端，所述压紧平衡架的“T”形结构和所述压紧架的“V”形结构是点状扩散力传递结构。

7.根据权利要求1-4中任何一项所述的风电设备吊装附着自升式塔吊，其特征在于：所述辅抱紧臂包括包括一个压紧传力杆、一个压紧架和两个橡胶垫，所述压紧传力杆的一端与所述辅抱紧油缸连接，所述压紧传力杆的另一端与所述压紧架铅锤铰连接，所述压紧架为“V”形“T”字架，所述“V”形“T”字架的单头端与所述压紧传力杆铅锤铰连接，两个所述橡胶垫安装于所述“V”形“T”字架的双头端的“T”字竖杆上，所述橡胶垫用于与所述风机塔筒的管壁压紧接触。

8.根据权利要求1-4中任何一项所述的风电设备吊装附着自升式塔吊，其特征在于：所述起吊装置包括吊臂、卷扬机、钢丝绳和吊钩；所述吊臂为2根，分别安装于所述主框架上面的两根所述主横梁上。

9.根据权利要求8所述的风电设备吊装附着自升式塔吊，其特征在于：所述吊臂与所述主框架之间安装有用于调整所述吊臂的俯仰角度的俯仰油缸。