CN112424472A - 用于安装风力涡轮机部件的装置和使用所述装置的安装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于安装风力涡轮机部件的装置和使用所述装置的安装方法，利用该装置将构成风力涡轮机的塔架和机舱(2)的区段(1)等部件提升到这些部件安装到风力涡轮机的结构上的位置，该装置包括借助于旋转接头(5)连接的下部部分(3)和上部部分(4)，下部部分(3)与伸缩组件(6)相关联，该伸缩组件设有用于固定到已安装的风力涡轮机的塔架部分的区段(1)的紧固构件，而提升器(10)沿整个两个部分(3)和(4)可移动，该提升器设有用于固定待安装的风力涡轮机的部件(1，2)的其他紧固构件，以便在从塔架的下部部分移动时将这些待安装的风力涡轮机的部件(1，2)提升到其安装位置。

Description

用于安装风力涡轮机部件的装置和使用所述装置的安装方法
技术领域
本发明与风力涡轮机的结构安装有关，提出了一种装置和一种方法，使高层风力涡轮机的构件安装能够切实可行，甚至超过目前已有的长度较大的起重机所能达到的高度。
背景技术
野外风力涡轮机由塔架组成，塔架一般由叠加且连续接附的一连串高度区段组成，顶部布置有称为机舱的机体，该机舱是风力涡轮机的功能设备的所在。
传统上，风力涡轮机结构安装利用可运输的起重机执行，利用它们从地面操作，将风力涡轮机的结构部分提升到相应高度处的其安装位置。
然而，进化的发展已经导致风力涡轮机的建造高度越来越高，以实现更大的功率，这已经超过从地面操作的传统起重机的范围，使得已经开发出能够从固定至建造中的风力涡轮机的塔架本身的可变的高度位置提升风力涡轮机的结构部件的装置。
此外，能够承担特定规模的风力涡轮机的安装所需的特殊起重机的运输和使用成本很高。
然而，目前这种用于从建造中的风力涡轮机塔架上的固定位置操作的装置过于复杂，且安全性不稳定，导致其使用成本高且不可靠，影响风力涡轮机的高度增加的结构利润。
攀爬机械手解决方案是已知的，但它们不适合安装和拆卸风力涡轮机，因为其配置不能使***旋转，也不能承受提升重的区段或元件(例如风力涡轮机的机舱)所需的载荷。
此外，吊环无法避免特定风力涡轮机以发信灯塔或张力电缆的形式表现出来的突出物，因此其使用受到限制。
发明内容
根据本发明，提出了一种装置，利用该装置可以以实用的方式执行风力涡轮机的部件零件的安装过程，从固定至建造中的风力涡轮机塔架的可变的高度位置操作，从而允许建造任何高度的风力涡轮机，而不受从地面操作的起重机的长度的限制，并且风力涡轮机的桅杆本身上存在的凸出物不会成为攀爬方法的障碍。
本发明的装置对象包括借助于旋转接头相互联接的下部部分和上部部分，下部部分与由两个区段组成的可以伸展和缩回的伸缩组件相关联，其中结合有两对吊环(collar)，其中两个吊环固定在伸缩组件的下部区段的各端部处，而与前两个吊环交替穿插的另外两个吊环则固定在伸缩组件可移动的上部区段的各端部处，使得当上部区段伸展时，上部区段的吊环可沿伸缩组件移动。由此，在攀爬操纵期间，无论是在上部区段还是在下部区段，该装置的中心始终存在收紧的吊环，以确保整体的稳定性。
此外，该装置的上部部分在上端结合有绞车或液压缸，该绞车或液压缸支撑能够沿整个装置移动的提升器，所述提升器又在其端部区域设有其他吊环。
因此，获得一种装置，利用该装置可以将风力涡轮机的结构部分提升到其各自的安装位置，以建造中的风力涡轮机的塔架本身作为支撑，开发出一种安装过程，借助于该安装过程，该装置在攀爬致动中通过其本身移动，使得通过该装置将风力涡轮机的各结构部件部分收集到结构的下部部分中，并带上到与结构的安装位置相对应的高度。
该装置在建造中的风力涡轮机的塔架上的攀爬致动借助于被结合在该装置的包含伸缩组件的下部部分中的一对吊环在塔架上的交替的移动和安全紧固，使得将风力涡轮机的每个结构部件带到接近安装位置的高度位置，借助于附接到该装置上部部分的绞车的提升器将该结构部件带到其对应的最终安装位置，最后借助于该装置上部部分的旋转来执行。
在整个攀爬过程期间，要安装的载荷布置在装置的下部部分上，从而实现减少传递给塔架的应力和力矩。
此外，该装置的重量分布在下部部分比在上部部分大，因此实现更稳定的装置。
例如，如果要安装的载荷和/或该装置的重量布置在上部部分上，则这将产生很大的不稳定性，其中将要传递非常大的力矩，这倾向于使该装置的上部部分分离，由此在很大程度上限制可以利用该装置提升的吨位。
各对吊环的交错位置允许在风力涡轮机的塔架上产生的应力的更好的分布，无论是在上部区段还是在下部区段中，通过在中点处始终具有收紧的吊环来给予该装置极大的稳定性。
组成该装置的可动部分的所有移动由可编程的控制器自动致动，布置用于将该装置固定在建造中的风力涡轮机的塔架上的紧固吊环、以及将运输提升器中的风力涡轮机的部件固定到安装位置的紧固吊环、自动伸展紧固带子的机械手和在紧固位置自动收紧和松开带子的机构中的每一个，使得该装置的整个致动过程是自动的，实现风力涡轮机的部件的安装致动的极大精度，实际上没有安装期间发生人身事故的风险。
该装置的安装不需要使用起重机，因为它可以通过致动缸筒***而从运输卡车本身进行，该缸筒***允许其垂直定位并将其紧固到风力涡轮机的下部区段。
因此，利用尺寸缩小、便于运输到风力涡轮机的安装现场并且安装简单的装置，可以在不限制从地面操作的起重机的范围的情况下，以实用和盈利的方式建造任何高度的风力涡轮机。
该装置还包括布置在伸缩组件的紧固构件中的水平平移构件和布置在提升器的紧固构件中的其他水平平移构件，以便分别允许相对于伸缩组件和相对于提升器的水平分离移动。在第一种情况下，为了在该装置攀爬截头圆锥塔架时维持该装置的下部部分和上部部分的竖直度，当执行从上部部分相对于下部部分的旋转操纵时，这一方面是关键。在第二种情况下，这种水平移动在要结合的新部件的紧固吊环(或适当时的格状物)与提升器之间是必要的，以便使被结合的新塔架区段的轴线(或机舱到塔架的联接轴线)与已建立的塔架区段的轴线一致。
因此，本发明的装置对象对其所针对的风力涡轮机安装功能具有非常有利的特点，获得了本身的生命力，与用于该功能的常规技术和手段相比，具有优选性。
附图说明
图1示出根据本发明的目的的用于安装风力涡轮机的装置的组装的透视图。
图2是该装置的下部部分，在缩回位置的透视图。
图3是该装置的上部部分的透视图。
图4是该装置的下部部分，在伸展位置的透视图。
图5A示出该装置借助起重机的安装。
图5B至5F示出根据本发明，相继的部件区段安装到风力涡轮机的塔架的位置的序列。
图6A至6C示出根据本发明，机舱安装到风力涡轮机的位置的序列。
图7是由本发明装置使用的用于固定的紧固吊环之一的功能部分的透视图。
图8是本发明装置的吊环的透视图，在吊环的带子的操作伸展阶段中。
图9A至9D示出本发明装置的吊环在吊环的带子伸展操作中的位置的序列。
图10是根据发明的目的布置成用于对准附接风力涡轮机塔架的两个连续区段的球轴承的***的透视图。
图11是根据本发明的设想用于维持风力涡轮机塔架的区段在塔架的结构安装中的圆度(避免椭圆化)的***的透视图。
图12A至12D示出在该装置的下部部分的安装已经利用适应的平台进行的情况下，该装置在风力涡轮机的底座上的安装方法的序列，该平台结合有伸缩缸筒，并且该平台安装在半拖车上，以便将下部部分以竖直位置向风力涡轮机塔架呈现。
具体实施方式
本发明的目的涉及一种用于风力涡轮机的结构安装的装置和方法，将风力涡轮机的结构部件，诸如形成风力涡轮机的塔架的区段(1)和机舱(2)，从固定到建造中的风力涡轮机的塔架本身的可变高度的情况带到其安装位置。
为此，所提出的装置包括借助于旋转接头(5)相互联接的下部部分(3)和上部部分(4)，下部部分(3)与由两个区段(7)和(8)形成的可以伸展和缩回的伸缩组件(6)相关联，而上部部分(4)在其端部结合有绞车(9)，从该绞车悬挂可沿整个装置移动的提升器(10)。
如图4所示，两对吊环(11.1、11.2)和(12.1、12.2)结合在伸缩组件(6)中，吊环(11.1、11.2)固定在上述伸缩组件(6)的下部区段(7)的端部区域处，而另外两个吊环(12.1、12.2)固定在伸缩组件(6)的上部区段(8)的端部区域处，且吊环(12.1)穿插在下部区段(7)的吊环(11.1、11.2)之间。这样，当伸缩组件(6)的上部区段(8)伸展时，上部区段(8)的两个吊环(12.1、12.2)相对于下部区段(7)的另外两个吊环(11.1、11.2)可移动，使吊环(12.1)始终处于低于(11.2)的位置，因此在攀登过程期间的任何时候，通过始终使收紧的吊环插在区段(7)和(8)之间，确保设备的更高稳定性。
如图1或图3所示，提升器(10)又结合有固定在所述提升器(10)的端部区域处的另一对吊环(13.1，13.2)，吊环(11.1，11.2，12.1，12.2，13.1，13.2)中的每一个设有缩回在卷筒(15)上的带子(14)(见图8)，带子该可以从该卷筒伸展以紧固在风力涡轮机的部件周围，也可以是要在其被建立后被结合到塔架的形成风力涡轮机的塔架的区段(1)中的任何一个。当需要提升机舱(2)时，提升器(10)结合有格状物而不是吊环(13.1，13.2)，例如见图6A至6C。
伸缩组件(6)的伸展和回缩、吊环(12.1、12.2)沿伸缩组件(6)的平移移动以及用于固定的紧固件的吊环(11.1、11.2、12.1、12.2、13.2、13.2)中的每一个的致动通过可编程控制器自动致动，使得一旦建立所需的编程，当操作开始时，该装置就会自行动作以开发与编程相对应的功能活动。
为此，每个吊环(11.1、11.2、12.1、12.2、13.1、13.2)结合有机械手(16)，该机械手自动致动带子(14)从卷筒(15)伸展到锚固件(17)，围绕着必须建立紧固的元件，如图9A至9C所示，吊环(11.1、11.2、12.1、12.2、13.1、13.2)中的每一个还具有由致动在垫子(19)上以便将其相对应紧固元件按压的缸筒(18)以及致动在滑动件(21)上以便施加对应的带子(14)的张紧牵引力的其他缸筒(20)形成的机构。
机械手(16)优选借助于磁力致动来固定到区段(1)的表面。在塔架不是钢制的情况下，这将会借助于吸力来执行。
因此，该装置允许开发出风力涡轮机的结构部件的安装过程(见图5和图6)，具体如下。
如图5A所示，一旦风力涡轮机的基础已经建立，并且风力涡轮机的塔架的至少一个塔架区段(1)已经安装，为了将形成塔架的其他区段(1)和风力涡轮机的机舱(2)结合到安装中，借助于常规的起重机(22)，或如作为图12A至12D反映的方法的图中所示的自安装***，将本发明的装置对象横向放置在塔架的已安装的区段(1)上，如图5A所示，其中，由本身固定的装置在塔架的前述已安装的区段(1)上借助于该装置的下部部分(3)的吊环(11.1、11.2和12.1、12.2)来启动，如图5B所示。
接着，如图5B所示，另一个塔架区段(1)借助于传统的起重机(22)来结合，将其横向放置在该装置的提升器(10)上，其中，提升器(10)借助于其吊环(13.1，13.2)通过本身固定到所述新的塔架区段(1)，如图5B所示。
一旦出现这种情况，该装置的上部部分(4)的绞车(9)就将提升器(10)提升到其中新的塔架区段(1)的下端部处于比已安装的塔架区段(1)的上端部更高水平的位置，如图5C所示。
在该位置，该装置的上部部分(4)相对于下部部分(3)旋转，借助于旋转接头(5)进行旋转，对于该旋转接头，该装置之前处于完全竖直位置是很方便的，所述位置借助于存在于吊环(11.1，11.2和12.1、12.2)与伸缩组件(6)的区段(7)和(8)之间的水平平移构件(未示出)来实现，该水平平移构件在攀爬过程中补偿该装置相对于与塔架的外表面的锥体的生成角的竖直度，将新的塔架区段(1)对应地放置在已安装的区段(1)上方，如图5C和5D所示。
其次，当需要安装截头圆锥形塔架时，执行水平移动，以便将待安装的新的塔架区段(1)移动靠近，直到其对称轴线与已安装的区段(1)一致。这种移动借助于吊环(13.1、13.2)所具有的其它水平平移构件(未示出)来执行，使得所述水平平移构件允许吊环(13.1、13.2)相对于提升器(10)的分离移动。
接着，在对应布置的两个塔架区段(1)之间建立安全紧固，将该装置沿所附接的区段(1)降低，并将提升器(10)降低到下部位置，其中，将新的塔架区段(1)结合并固定在其上，如图5E所示。
然后，攀爬借助于该装置的下部部分(3)的吊环(11.1、11.2和12.1、12.2)来执行，并借助于存在于吊环(11.1、11.2和12.1、12.2)与各区段(7)和(8)之间的水平平移构件来移动靠近所述吊环或与所述吊环分离，以便始终保持该装置的竖直度，直到将其提升到先前安装的最后一个塔架区段(1)，并借助于提升器(10)提升新的塔架区段(1)，直到其超过先前安装的塔架区段的上端部的水平，如图5F所示，以与先前安装的塔架区段(1)相同的方式，重复将新的塔架区段(1)附接到先前安装的塔架区段(1)。
与上升攀登的方式相同，借助于该组吊环(11.1、11.2和12.1、12.2)，该装置可以降低到建造中的塔架的根部，以便收集塔架区段(1)中的每一个，并将它们带到安装到各自先前安装的塔架区段(1)的位置，以所说明的方式，重复形成建造中的塔架的塔架区段(1)中的每一个的提升和安装序列。
风力涡轮机的机舱(2)到其安装在所建造的塔架的顶部上的位置的提升借助于收集在下部部分中和通过攀爬运输到安装位置的序列来执行，类似于利用形成塔架的区段(1)执行的过程，如图6A至6C所示，其特别之处在于，吊环(13.1)和(13.2)由可调节的格状结构代替，整个机舱-轮毂从该格状结构悬挂，或者在由于其重量而需要分两次执行该操纵的情况下，将同样的机舱-轮毂单独悬挂。
该装置在建造中的风力涡轮机的塔架上攀爬，无论是用于安装塔架的区段(1)，还是用于安装机舱(2)，都是从任何用于将该装置固定到风力涡轮机的塔架的固定位置，诸如图6A所示的位置来执行，松开吊环(12.1，12.2)的紧固，同时利用吊环(11.1，11.2)的紧固来保持固定，以便移动松开的吊环(12.1，12.2)，直到上部区段(8)的下部吊环(12.1)抵接下部区段(7)的上部吊环(11.2)，如图6B所示，然后通过收紧其带子(14)来固定吊环(12.1，12.2)，从而开始攀爬移动。一旦到达塔架的头部，就将提升器(10)与被紧固的风力涡轮机的部件一起提升，如图6C所示，沿所建造的风力涡轮机的塔架部分逐步重复这个过程，以便将风力涡轮机的每个结构部件提升到它们中的每一个安装的对应位置。
将该装置降低到风力涡轮机的塔架的下部部分以便收集要安装的风力涡轮机的部件，利用与攀爬期间相同但方向相反的逐步移动，通过将该装置沿着塔架的长度向下移动来执行。
如图10所示，风力涡轮机塔架的区段(1)的端部具有带孔(24)的凸缘(23)，在该凸缘中***导向件(25)，以便固定连续的区段(1)。因此，当需要附接两个连续的区段(1)时，需要对准凸缘(23)的孔(24)。由于要布置在下部区段(1)上的上部区段(1)可能没有使孔(24)对准，因为即使在夹持要附接的新区段(1)时，起点是近似的径向位置，但在攀爬期间，设备可能会稍微改变其径向位置，从而导致孔(24)的错位，这会使其后续的旋拧无法进行。
因此，如图10所示，已经设想在下部区段(1)的凸缘(23)的一些孔(24)中使用球轴承(26)，允许错位得到纠正。
因此，为了执行两个连续的区段(1)的附接，执行以下步骤。首先，在下部区段(1)的凸缘(23)的一些孔(24)中布置球轴承(26)，然后降低上部区段(1)，直到与球轴承(26)接触，借助于液压缸筒(28)在轴承(26)上旋转上部区段(1)，直到两个连续的区段(1)的凸缘(23)的孔(24)对准为止，引入一系列的导向件(25)，以便确保上部区段(1)不能相对于下部区段(1)旋转，但不收紧它们，以便允许上部区段(1)竖直移动，使上部区段(1)略微上升，以便去除轴承(26)，最后再次降低上部区段(1)，以便将其放置在下部区段(1)上，对准各孔(24)，因此允许在孔(24)中引入螺栓，以便拧紧两个塔架区段，去除导向件(25)，最后收紧所有螺栓，确保附接。
此外，在形成风力涡轮机塔架的区段(1)的凸缘(23)内部，设想结合径向支架***(27)，如图11所示，以便在附接过程期间保持上述塔架区段(1)的圆度，以便防止由于吊环(11.1、11.2和12.1、12.2)施加的压力而导致的所述塔架区段(1)的配置通过其在区段(1)对准过程期间以及在风力涡轮机塔架的结构安装期间所承受的应力而变形。
在图12A至12D所反映的方法中，安装装置在风力涡轮机的塔架的已安装的区段(1)上的安装借助于被结合到运输车辆中的倾斜构件的作用从运输车辆的拖车上的水平位置到竖直位置执行。

Claims (15)

1.一种用于安装风力涡轮机部件的装置，以将各部件，诸如形成塔架的区段(1)和风力涡轮机的机舱(2)，提升到这些部件安装到风力涡轮机的结构上的位置，其特征在于，所述装置包括借助于旋转接头(5)联接的下部部分(3)和上部部分(4)，下部部分(3)与伸缩组件(6)相关联，所述伸缩组件设有用于固定到风力涡轮机的已安装的塔架部分的区段(1)的紧固构件，而提升器(10)沿整个两个部分(3)和(4)可移动，所述提升器设有用于固定待安装的风力涡轮机的部件(1，2)的其他紧固构件，以便在从塔架的下部部分移动时将待安装的风力涡轮机的这些部件(1，2)提升到其安装位置，并且其中，所述装置具有在下部部分(3)处比在上部部分(4)处大的重量分布。
2.根据权利要求1所述的用于安装风力涡轮机部件的装置，其特征在于，伸缩组件(6)包括与它们之间的移动的可能性相关联的两个区段(7)和(8)，用于伸展和缩回所述伸缩组件(6)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的用于安装风力涡轮机部件的装置，其特征在于，提升器(10)从被结合在所述装置的上部部分(4)端部处的绞车(9)悬挂。
4.根据权利要求2或3所述的用于安装风力涡轮机部件的装置，其特征在于，由伸缩组件(6)结合的紧固构件是两对相互穿插的吊环(11.1、11.2)和(12.1、12.2)，其中两个吊环(11.1、11.2)固定在伸缩组件(6)的下部区段(7)的端部区域处，而另外两个吊环(12.1、12.2)固定在上部区段(8)的端部区域处，使得上部区段(8)的吊环(12.1、12.2)在伸展时相对于下部区段(7)的吊环(11.1、11.2)可移动。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用于安装风力涡轮机部件的装置，其特征在于，被结合在提升器(10)中的紧固构件是布置在所述提升器(10)的端部区域处的吊环(13.1、13.2)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用于安装风力涡轮机部件的装置，其特征在于，被结合在提升器(10)中的紧固构件是格状物。
7.根据权利要求4或5所述的用于安装风力涡轮机部件的装置，其特征在于，吊环(11.1、11.2、12.1、12.2、13.1、13.2)中的每一个具有缩回在卷筒(15)上的带子(14)，其能够通过机械手(16)从所述卷筒伸展到锚固点(17)。
8.根据权利要求4、5或7中任一项所述的用于安装风力涡轮机部件的装置，其特征在于，吊环(11.1、11.2、12.1、12.2、13.1、13.2)中的每一个具有由垫子(19)形成的机构，所述垫子由缸筒(18)致动，以便压住要固定的风力涡轮机部件。
9.根据前一权利要求所述的用于安装风力涡轮机部件的装置，其特征在于，吊环(11.1、11.2、12.1、12.2、13.1、13.2)中的每一个具有由滑动件(21)形成的机构，所述滑动件由缸筒(20)致动，以便收紧对应的带子(14)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的用于安装风力涡轮机部件的装置，其特征在于，所述装置还包括布置在伸缩组件(6)的紧固构件(11.1、11.2、12.1、12.2)中的水平平移构件和布置在提升器(10)的紧固构件(13.1、13.2)中的其它水平平移构件，以便分别允许相对于伸缩组件(6)和相对于提升器(10)的水平分离移动。
11.一种用于使用前述权利要求的安装装置安装风力涡轮机部件的方法，其特征在于，所述方法包括将安装装置横向结合到待建造的风力涡轮机的塔架的已安装的区段(1)，并借助于安装装置的下部部分(7)的吊环(11.1、11.2、12.1、12.2)紧固到所述已安装的塔架区段(1)，并将待安装到风力涡轮机的结构的后续的部件横向结合到位于该装置的下部部分(7)上的提升器(10)，利用提升器(10)的吊环(13.1、13.2)紧固待安装的所述部件，以便通过将提升器(10)移动到所述装置的上部部分(8)来将待安装的部件提升到安装高度，所述上部部分在旋转接头(5)上旋转，将待安装的部件对应地定位在先前安装的塔架区段(1)上方，以便建立用于将待安装在所述位置的部件固定的紧固，安装装置移动，以便将待安装的风力涡轮机的每个部件收集在塔架下部部分中，并利用吊环(11.1、11.2、12.1、12.2)借助于逐步移动来将其提升到风力涡轮机的已建立的塔架部分上的对应的安装位置。
12.根据前一权利要求所述的用于安装风力涡轮机部件的方法，其特征在于，安装装置到风力涡轮机的塔架的已安装的区段(1)的安装借助于被结合到运输车辆中的倾斜构件的作用、从运输车辆的拖车上的水平位置到竖直位置来执行。
13.根据权利要求11至12中任一项所述的用于安装风力涡轮机部件的方法，其特征在于，安装装置在风力涡轮机的已建立的塔架部分上的逐步移动借助于伸缩组件(6)的相继的伸长和缩回、结合相继交替的收紧和松开各对吊环(11.1、11.2)和(12.1、12.2)以及可移动的吊环(12.1、12.2)沿整个伸缩组件(6)的移动来进行，以在向上或向下的相继前进位置建立到风力涡轮机的已建立的塔架部分的紧固。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的用于安装风力涡轮机部件的方法，其特征在于，相互叠加安装的连续的塔架区段(1)之间的附接借助于带有孔(24)的凸缘(23)来建立，导向件(25)***所述孔中，其中，为了使连续的区段(1)的凸缘(23)的孔(24)对准，使用布置在一些孔(24)中的球轴承(26)。
15.根据前一权利要求所述的用于安装风力涡轮机部件的方法，其特征在于，在为了形成要建造的风力涡轮机的塔架而连续附接的塔架区段(1)的凸缘(23)内，布置有径向支架***(27)，所述径向收紧***在风力涡轮机的塔架的结构安装操作期间，保持上述塔架区段(1)的圆度不变。
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