CN114180472A - 一种大位移伸缩自爬升式风电起重装置及方法 - Google Patents

一种大位移伸缩自爬升式风电起重装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大位移伸缩自爬升式风电起重装置，其包括有：至少两个抱臂装置，所述抱臂装置用于抱夹塔筒并且能够相对所述塔筒张合；一爬升装置，设于所述抱臂装置的外侧，所述爬升装置用于驱使所述抱臂装置沿着所述塔筒爬行；一吊臂装置，设于所述爬升装置的顶端，所述吊臂装置的顶端设有用于吊取重物的吊钩机构。相比现有技术而言，本发明不仅体型小巧，而且拆卸方便、适应性强，可专门用于风电机组安装、维护起重工作，无需依赖传统的全地面或履带起重机，较好地适应于现有风电机组的安装工作。

Description

一种大位移伸缩自爬升式风电起重装置及方法
技术领域
本发明涉及起重设备，尤其涉及一种大位移伸缩自爬升式风电起重装置及方法。
背景技术
面向国家碳达峰、碳中和“30·60”目标需求，具有大规模推广应用前景的风能产业发展迅猛，截止至2020年底，我国风电累计装机容量达2.81亿千瓦，累计装机容量稳居世界第一。同时在役风电机组会随着服役年限的增加出现老化现象，轴承损坏、叶片开裂、螺栓断裂等现象时有发生。因此，风电机组安装与维护市场需求旺盛。
风电机组功率大、体型重、塔筒高，且陆上风电场大多位于高山、戈壁和荒野等交通不便之地，对风电安装、维护的设备要求高。目前陆上风电机组普遍通过全地面或履带起重机进行安装，此类大型起重机运输到风场成本高、组装周期长，且安装过程易受自身高度、地形和天气等因素的影响，起重机租赁或购置成本昂贵。若仅维修少量风电机组，则维修成本过高，若需要维修风电机组达到一定数量再集中维修，则需承担大量的弃风损失。
鉴于此，亟需一种体型小、拆卸方便、适应性强的专用风电起重装置，有效降低风电机组安装、维修成本。目前国内尚无相关成熟的工业实例，仅专利设计中存在近似自爬式风电起重装置。但目前现有自爬升式风电起重装置难以适应风电塔筒筒径变化，上细下粗圆柱体式塔筒对风电起重装置的抱臂设计提出了更高的要求；现有自爬升式风电起重装置难以实现塔筒、机舱和叶片等部件的起吊，叶片大型化的发展趋势严重影响叶片吊装的稳定性。
综上所述，风电产业的快速发展，用于风电机组安装与维护的起重装置需求旺盛，但传统全地面或履带起重机运输成本高、组装周期长，导致起重机租赁或购置成本昂贵，且现有爬升式风电起重装置难以适应上细下粗圆柱体式塔筒设计，难以实现塔筒、机舱和叶片等部件的起吊。在这样的背景下，设计一种体型小、拆卸方便、适应性强的专用风电机组安装、维护起重装置具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种结构简单、体型小巧、拆卸方便、适应性强、安装方便、可靠性好、兼容性强的大位移伸缩自爬升式风电起重装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种大位移伸缩自爬升式风电起重装置，其包括有：至少两个抱臂装置，所述抱臂装置用于抱夹塔筒并且能够相对所述塔筒张合；一爬升装置，设于所述抱臂装置的外侧，所述爬升装置用于驱使所述抱臂装置沿着所述塔筒爬行；一吊臂装置，设于所述爬升装置的顶端，所述吊臂装置的顶端设有用于吊取重物的吊钩机构。
优选地，所述抱臂装置包括有两个相互平行的第一抱臂和两个相互平行的第二抱臂，两个第一抱臂和两个第二抱臂组成正方形结构，且所述第一抱臂与所述第二抱臂滑动配合，所述第二抱臂内设有用于驱使所述第一抱臂往复滑动的抱臂液压缸，所述第一抱臂和所述第二抱臂的内侧分别固定有弧状钢板弹簧，所述弧状钢板弹簧的内侧固定有硬质胶套，所述硬质胶套贴附于所述塔筒的外侧壁，当所述抱臂液压缸驱使两个第一抱臂相互靠近时，借由四个硬质胶套夹紧所述塔筒。
优选地，所述第二抱臂内固定有横向导轨，所述第一抱臂上固定有横向滑块，且所述横向滑块与所述横向导轨滑动配合。
优选地，所述吊臂装置包括有转台、第一动臂和第二动臂，所述转台固定于所述爬升装置的顶端，所述第一动臂的下端连接于所述转台，所述第二动臂的下端与所述第一动臂的上端相连接，所述吊钩机构设于所述第一动臂的上端。
优选地，所述转台上设有用于驱使所述第一动臂倾斜运动的第一动臂液压缸，所述第一动臂上设有用于驱使所述第二动臂倾斜运动的第二动臂液压缸。
优选地，所述吊钩机构包括有设于所述第二动臂顶端的平衡臂旋转平台，所述平衡臂旋转平台的旋转运动端设有两个平衡臂，所述平衡臂的端部以及所述平衡臂旋转平台的中间处分别设有吊钩组件。
优选地，所述吊钩组件包括有滑轮、绕过所述滑轮的牵引索以及固定于所述牵引索下端的吊钩。
一种大位移伸缩自爬升式风电起重方法，该方法基于一装置实现，所述装置包括有至少两个抱臂装置、一爬升装置及一吊臂装置，所述抱臂装置用于抱夹塔筒并且能够相对所述塔筒张合，所述爬升装置设于所述抱臂装置的外侧，所述爬升装置包括有竖直设置的举升支座和竖直设置的拖曳支座，所述举升支座与所述拖曳支座平行设置且二者滑动配合，所述举升支座和所述拖曳支座分别与至少两个抱臂装置固定连接，所述拖曳支座与所述举升支座之间连接有爬升液压缸，所述爬升液压缸用于驱使所述拖曳支座和所述举升支座沿竖直方向相对运动，所述吊臂装置设于所述爬升装置的顶端，所述方法包括：爬升阶段，当所述拖曳支座连接的抱臂装置抱夹所述塔筒时，控制与所述举升支座连接的抱臂装置松开所述塔筒，利用所述爬升液压缸驱使所述举升支座以及与所述举升支座相连接的抱臂装置同步上升，之后控制与所述举升支座相连接的抱臂装置抱夹所述塔筒，再控制与所述拖曳支座连接的抱臂装置松开所述塔筒，利用所述爬升液压缸驱使所述拖曳支座以及与所述拖曳支座相连接的抱臂装置同步上升，重复上述过程直至爬升至目标位置；吊装阶段，利用所述吊臂装置顶端的吊钩机构吊装重物。
优选地，所述爬升阶段之前还包括有准备阶段：将待转配的风电设备组成构件运输至装配现场，利用地面起重设备将第一节塔筒竖直固定于地面，之后将所述抱臂装置抱夹安装于所述塔筒上，再将所述爬升装置安装于所述抱臂装置的外侧。
优选地，所述吊装阶段之后还包括有回收阶段：反向执行所述爬升阶段步骤，直至所述抱臂装置、所述爬升装置和所述吊臂装置均下降至第一节塔筒，之后依次拆卸所述吊臂装置、所述爬升装置和所述抱臂装置。
本发明公开的大位移伸缩自爬升式风电起重装置及方法中，基于所述抱臂装置大位移伸缩与钢板弹簧片的受力变形弹性夹紧功能，可满足风电塔筒的径变化需求，以及满足风电塔筒上细下粗圆柱体式结构安装需求，同时本发明依靠所述爬升装置沿风电塔筒本体进行爬升，有助于快速完成整个风电机组塔筒、机舱和叶片等部件的吊装作业。相比现有技术而言，本发明不仅体型小巧，而且拆卸方便、适应性强，可专门用于风电机组安装、维护起重工作，无需依赖传统的全地面或履带起重机，较好地适应于现有风电机组的安装工作。
附图说明
图1为大位移伸缩自爬升式风电起重装置的侧视图；
图2为抱臂装置的俯视图；
图3为爬升装置的侧视图一；
图4为爬升装置的侧视图二；
图5为举升支座的侧视图一；
图6为举升支座的侧视图二；
图7为拖曳支座的侧视图一；
图8为拖曳支座的侧视图二；
图9为吊臂装置的侧视图；
图10为吊臂装置的正视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
本发明公开了一种大位移伸缩自爬升式风电起重装置，结合图1至图10 所示，其包括有：
至少两个抱臂装置1，所述抱臂装置1用于抱夹塔筒100并且能够相对所述塔筒100张合；
一爬升装置2，设于所述抱臂装置1的外侧，所述爬升装置2用于驱使所述抱臂装置1沿着所述塔筒爬行；
一吊臂装置3，设于所述爬升装置2的顶端，所述吊臂装置3的顶端设有用于吊取重物的吊钩机构4。
上述结构中，基于所述抱臂装置1大位移伸缩与钢板弹簧片的受力变形弹性夹紧功能，可满足风电塔筒的径变化需求，以及满足风电塔筒上细下粗圆柱体式结构安装需求，同时本发明依靠所述爬升装置2沿风电塔筒本体进行爬升，有助于快速完成整个风电机组塔筒、机舱和叶片等部件的吊装作业。相比现有技术而言，本发明不仅体型小巧，而且拆卸方便、适应性强，可专门用于风电机组安装、维护起重工作，无需依赖传统的全地面或履带起重机，较好地适应于现有风电机组的安装工作。
为了较好地实现抱夹塔筒100的功能，本实施例中，所述抱臂装置1包括有两个相互平行的第一抱臂10和两个相互平行的第二抱臂11，两个第一抱臂10和两个第二抱臂11组成正方形结构，且所述第一抱臂10与所述第二抱臂11滑动配合，所述第二抱臂11内设有用于驱使所述第一抱臂10往复滑动的抱臂液压缸12，所述第一抱臂10和所述第二抱臂11的内侧分别固定有弧状钢板弹簧13，所述弧状钢板弹簧13的内侧固定有硬质胶套14，所述硬质胶套14贴附于所述塔筒100的外侧壁，当所述抱臂液压缸12驱使两个第一抱臂10相互靠近时，借由四个硬质胶套14夹紧所述塔筒100。
为了实现滑动配合，本实施例中，所述第二抱臂11内固定有横向导轨15，所述第一抱臂10上固定有横向滑块16，且所述横向滑块16与所述横向导轨 15滑动配合。
进一步地，所述第二抱臂11的外侧固定有用于与所述爬升装置2相连接的桁架支座17。
上述结构中，所述抱臂装置在钢板弹簧、横向导轨、抱臂液压缸等机构的配合作用下，可驱使抱臂沿导轨水平横向移动，进而实现抱臂装置大位移伸缩，并驱使钢板弹簧的弹簧片受力变形，进而满足风电塔筒的径变化需求。
关于所述爬升装置2的优选结构，本实施例中，所述爬升装置2包括有竖直设置的举升支座20和竖直设置的拖曳支座21，所述举升支座20与所述拖曳支座21平行设置且二者滑动配合，所述举升支座20和所述拖曳支座21 分别与至少两个抱臂装置1固定连接，所述拖曳支座21与所述举升支座20 之间连接有爬升液压缸22，所述爬升液压缸22用于驱使所述拖曳支座21和所述举升支座20沿竖直方向相对运动。
上述机构在爬升过程中，先令所述拖曳支座21连接的抱臂装置1抱夹所述塔筒100，之后控制与所述举升支座20连接的抱臂装置1松开所述塔筒100，此时可利用所述爬升液压缸22驱使所述举升支座20以及与所述举升支座20 相连接的抱臂装置1同步上升，上升一定距离之后，再控制与所述举升支座 20相连接的抱臂装置1抱夹所述塔筒100，继而控制与所述拖曳支座21连接的抱臂装置1松开所述塔筒100，之后利用所述爬升液压缸22驱使所述拖曳支座21以及与所述拖曳支座21相连接的抱臂装置1同步上升，至此完成了向上爬升一步的过程，重复上述过程可使得整个起重装置爬升至目标位置。当然，在下降过程中，只需反向执行上述过程即可。
实际应用中，为了在爬升过程中稳定地抱夹塔筒100，本实施例中，所述拖曳支座21和所述举升支座20上可分别设有两个或者更多数量的抱臂装置 1，由此可保证位于上半部分的数个抱臂装置1松夹时，下半部分的数个抱夹装置1能够可靠地夹紧塔筒100，进而提升爬升稳定性。
为了实现滑动配合，本实施例中，所述拖曳支座21上固定有竖直导轨23，所述举升支座20上固定有竖直滑块24，所述竖直滑块24与所述竖直导轨23 滑动配合。
为了实现固定连接，本实施例中，所述举升支座20和所述拖曳支座21 上分别设有用于与所述桁架支座17固定连接的固定支座25。
关于所述吊臂装置3的优选结构，本实施例中，所述吊臂装置3包括有转台30、第一动臂31和第二动臂32，所述转台30固定于所述举升支座20 的顶端，所述第一动臂31的下端连接于所述转台30，所述第二动臂32的下端与所述第一动臂31的上端相连接，所述吊钩机构4设于所述第一动臂31 的上端。
进一步地，所述转台30上设有用于驱使所述第一动臂31倾斜运动的第一动臂液压缸33，所述第一动臂31上设有用于驱使所述第二动臂32倾斜运动的第二动臂液压缸34。
本实施例中，所述吊钩机构4设有辅助平衡臂，辅助平衡臂通过吊钩与叶片活动夹紧相连，可实现风电叶片平稳吊装。具体结构是指：所述吊钩机构4包括有设于所述第二动臂32顶端的平衡臂旋转平台40，所述平衡臂旋转平台40的旋转运动端设有两个平衡臂41，所述平衡臂41的端部以及所述平衡臂旋转平台40的中间处分别设有吊钩组件42。
作为一种优选方式，所述吊钩组件42包括有滑轮420、绕过所述滑轮420 的牵引索421以及固定于所述牵引索421下端的吊钩422。
为了更好地描述本发明的技术方案，本发明还公开了一种大位移伸缩自爬升式风电起重方法，结合图1至图10所示，该方法基于一装置实现，所述装置包括有至少两个抱臂装置1、一爬升装置2及一吊臂装置3，所述抱臂装置1用于抱夹塔筒100并且能够相对所述塔筒100张合，所述爬升装置2设于所述抱臂装置1的外侧，所述爬升装置2包括有竖直设置的举升支座20和竖直设置的拖曳支座21，所述举升支座20与所述拖曳支座21平行设置且二者滑动配合，所述举升支座20和所述拖曳支座21分别与至少两个抱臂装置1 固定连接，所述拖曳支座21与所述举升支座20之间连接有爬升液压缸22，所述爬升液压缸22用于驱使所述拖曳支座21和所述举升支座20沿竖直方向相对运动，所述吊臂装置3设于所述爬升装置2的顶端，所述方法包括：
准备阶段：将待转配的风电设备组成构件运输至装配现场，利用地面起重设备将第一节塔筒100竖直固定于地面，之后将所述抱臂装置1抱夹安装于所述塔筒100上，再将所述爬升装置2安装于所述抱臂装置1的外侧。
爬升阶段，当所述拖曳支座21连接的抱臂装置1抱夹所述塔筒100时，控制与所述举升支座20连接的抱臂装置1松开所述塔筒100，利用所述爬升液压缸22驱使所述举升支座20以及与所述举升支座20相连接的抱臂装置1 同步上升，之后控制与所述举升支座20相连接的抱臂装置1抱夹所述塔筒 100，再控制与所述拖曳支座21连接的抱臂装置1松开所述塔筒100，利用所述爬升液压缸22驱使所述拖曳支座21以及与所述拖曳支座21相连接的抱臂装置1同步上升，重复上述过程直至爬升至目标位置；
吊装阶段，利用所述吊臂装置3顶端的吊钩机构4吊装重物；
回收阶段：反向执行所述爬升阶段步骤，直至所述抱臂装置1、所述爬升装置2和所述吊臂装置3均下降至第一节塔筒100，之后依次拆卸所述吊臂装置3、所述爬升装置2和所述抱臂装置1。
上述方法中主要包括准备阶段、爬升阶段、吊装阶段和回收阶段。准备阶段用于完成风电起重装置的组装，可将若干组抱臂装置锁紧风电塔筒，进而将风电起重机固定在第一节风电塔筒上；爬升阶段是通过液压缸驱使抱臂用收缩和伸长，联合抱臂张开和抱紧塔筒，再配合爬升液压缸驱使拖曳支座和举升支座相对运动来实现风电起重机装置的爬升；吊装阶段通过滑轮和转台实现风电塔筒、机舱等零部件的垂直起升运动和水平旋转运动，联合辅助平衡臂等部件实现风电叶片横向吊装；回收阶段采用爬升过程的逆过程实现风电起重装置的下爬，并完成风电起重装置的拆卸工作。
相比现有技术而言，本发明大位移伸缩的自爬升式风电起重装置整体结构形式为桁架式，体型小、拆卸方便、适应性强，是一种专用风电机组安装、维护起重装具备，对高山、戈壁和荒野等交通不便之地的风电机组安装、维护提供了便利。该装置能依靠风电塔筒本体实现起重装置自爬升，不再需要租赁或购置大型全地面或履带起重机，能有效降低风电机组安装、维护成本。其次，本发明大位移伸缩的自爬升式风电起重装置的抱臂装置设有钢板弹簧和横向导轨，抱臂沿导轨水平横向移动，实现抱臂装置大位移伸缩，钢板弹簧挠性变形大，实现风电塔筒不同夹紧直径变化，满足不同型号塔筒的爬升要求，同时若干组抱臂装置增加夹紧圆弧抱臂与风电机组塔筒的接触面积，进而增大摩擦力，保证安全性。此外，本发明大位移伸缩的自爬升式风电起重装置的吊臂装置设有辅助平衡臂，辅助平衡臂通过吊钩与叶片活动夹紧相连，实现风电塔筒、机舱和叶片等大型零部件部件的起吊，保证大型化风电叶片在安装、维修吊装过程中平稳工作。
以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种大位移伸缩自爬升式风电起重装置，其特征在于，包括有：
至少两个抱臂装置(1)，所述抱臂装置(1)用于抱夹塔筒(100)并且能够相对所述塔筒(100)张合；
一爬升装置(2)，设于所述抱臂装置(1)的外侧，所述爬升装置(2)用于驱使所述抱臂装置(1)沿着所述塔筒爬行；
一吊臂装置(3)，设于所述爬升装置(2)的顶端，所述吊臂装置(3)的顶端设有用于吊取重物的吊钩机构(4)。
2.如权利要求1所述的大位移伸缩自爬升式风电起重装置，其特征在于，所述抱臂装置(1)包括有两个相互平行的第一抱臂(10)和两个相互平行的第二抱臂(11)，两个第一抱臂(10)和两个第二抱臂(11)组成正方形结构，且所述第一抱臂(10)与所述第二抱臂(11)滑动配合，所述第二抱臂(11)内设有用于驱使所述第一抱臂(10)往复滑动的抱臂液压缸(12)，所述第一抱臂(10)和所述第二抱臂(11)的内侧分别固定有弧状钢板弹簧(13)，所述弧状钢板弹簧(13)的内侧固定有硬质胶套(14)，所述硬质胶套(14)贴附于所述塔筒(100)的外侧壁，当所述抱臂液压缸(12)驱使两个第一抱臂(10)相互靠近时，借由四个硬质胶套(14)夹紧所述塔筒(100)。
3.如权利要求2所述的大位移伸缩自爬升式风电起重装置，其特征在于，所述第二抱臂(11)内固定有横向导轨(15)，所述第一抱臂(10)上固定有横向滑块(16)，且所述横向滑块(16)与所述横向导轨(15)滑动配合。
4.如权利要求1所述的大位移伸缩自爬升式风电起重装置，其特征在于，所述吊臂装置(3)包括有转台(30)、第一动臂(31)和第二动臂(32)，所述转台(30)固定于所述爬升装置(2)的顶端，所述第一动臂(31)的下端连接于所述转台(30)，所述第二动臂(32)的下端与所述第一动臂(31)的上端相连接，所述吊钩机构(4)设于所述第一动臂(31)的上端。
5.如权利要求4所述的大位移伸缩自爬升式风电起重装置，其特征在于，所述转台(30)上设有用于驱使所述第一动臂(31)倾斜运动的第一动臂液压缸(33)，所述第一动臂(31)上设有用于驱使所述第二动臂(32)倾斜运动的第二动臂液压缸(34)。
6.如权利要求4所述的大位移伸缩自爬升式风电起重装置，其特征在于，所述吊钩机构(4)包括有设于所述第二动臂(32)顶端的平衡臂旋转平台(40)，所述平衡臂旋转平台(40)的旋转运动端设有两个平衡臂(41)，所述平衡臂(41)的端部以及所述平衡臂旋转平台(40)的中间处分别设有吊钩组件(42)。
7.如权利要求6所述的大位移伸缩自爬升式风电起重装置，其特征在于，所述吊钩组件(42)包括有滑轮(420)、绕过所述滑轮(420)的牵引索(421)以及固定于所述牵引索(421)下端的吊钩(422)。
8.一种大位移伸缩自爬升式风电起重方法，其特征在于，该方法基于一装置实现，所述装置包括有至少两个抱臂装置(1)、一爬升装置(2)及一吊臂装置(3)，所述抱臂装置(1)用于抱夹塔筒(100)并且能够相对所述塔筒(100)张合，所述爬升装置(2)设于所述抱臂装置(1)的外侧，所述爬升装置(2)包括有竖直设置的举升支座(20)和竖直设置的拖曳支座(21)，所述举升支座(20)与所述拖曳支座(21)平行设置且二者滑动配合，所述举升支座(20)和所述拖曳支座(21)分别与至少两个抱臂装置(1)固定连接，所述拖曳支座(21)与所述举升支座(20)之间连接有爬升液压缸(22)，所述爬升液压缸(22)用于驱使所述拖曳支座(21)和所述举升支座(20)沿竖直方向相对运动，所述吊臂装置(3)设于所述爬升装置(2)的顶端，所述方法包括：
爬升阶段，当所述拖曳支座(21)连接的抱臂装置(1)抱夹所述塔筒(100)时，控制与所述举升支座(20)连接的抱臂装置(1)松开所述塔筒(100)，利用所述爬升液压缸(22)驱使所述举升支座(20)以及与所述举升支座(20)相连接的抱臂装置(1)同步上升，之后控制与所述举升支座(20)相连接的抱臂装置(1)抱夹所述塔筒(100)，再控制与所述拖曳支座(21)连接的抱臂装置(1)松开所述塔筒(100)，利用所述爬升液压缸(22)驱使所述拖曳支座(21)以及与所述拖曳支座(21)相连接的抱臂装置(1)同步上升，重复上述过程直至爬升至目标位置；
吊装阶段，利用所述吊臂装置(3)顶端的吊钩机构(4)吊装重物。
9.如权利要求8所述的大位移伸缩自爬升式风电起重方法，其特征在于，所述爬升阶段之前还包括有准备阶段：将待转配的风电设备组成构件运输至装配现场，利用地面起重设备将第一节塔筒(100)竖直固定于地面，之后将所述抱臂装置(1)抱夹安装于所述塔筒(100)上，再将所述爬升装置(2)安装于所述抱臂装置(1)的外侧。
10.如权利要求8所述的大位移伸缩自爬升式风电起重方法，其特征在于，所述吊装阶段之后还包括有回收阶段：反向执行所述爬升阶段步骤，直至所述抱臂装置(1)、所述爬升装置(2)和所述吊臂装置(3)均下降至第一节塔筒(100)，之后依次拆卸所述吊臂装置(3)、所述爬升装置(2)和所述抱臂装置(1)。
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WO2023221302A1 (zh) * 2022-05-20 2023-11-23 中国长江三峡集团有限公司 用于风机及大型施工设备自主安装的吊臂***

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