CN101432216A - 用于建造风力涡轮机塔的起吊系统和设备 - Google Patents

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Abstract

本公开的发明用于将风力涡轮机和叶片组件安装在风力涡轮机塔的上端上。本发明通常包括枢转地固定到塔的顶节组件上的构架或桁架。横梁被连接到构架或桁架上，并且当构架或桁架处于第一位置时在塔的前部延伸，而当处于第二位置时通常在塔的上方延伸。当处于第一位置时，风力涡轮机或叶片组件能被吊起到塔的顶部。当构架或桁架枢转到第二位置时，风力涡轮机或叶片组件然后被运动到用于安装到塔上的位置。当涡轮机和叶片组件被固定到塔上时，构架或桁架则与塔脱开并下降到地面。

Description

用于建造风力涡轮机塔的起吊系统和设备
相关申请
本申请要求享有2005年12月30日提交的、标题为“涡轮机和叶片起吊设备和方法”的美国临时专利申请No.60/755,615和2006年10月2日提交的、标题为“用于风力涡轮机和结构塔的起吊系统”的美国临时专利申请No.60/848,725的优先权。
技术领域
本发明涉及风力涡轮机和结构塔，并且更具体地说，涉及组装用于风力涡轮机的高位结构塔时使用的并且用于将风力涡轮机和叶片安装在高位结构塔上的设备和方法。
背景技术
风力涡轮机在美国和欧洲以及全球的许多其它国家是愈来愈普及的能源。为了从风中捕获能量时实现规模效果，开发者正在建立使风力涡轮机的数量日益增多、其较大涡轮机置于较大高度处的风力涡轮机场地。在巨大风力涡轮机场地项目中，例如，开发者通常采用具有设在五十米或更高处的大约1.2MW的涡轮机的二十五个或更多个风力涡轮机。这些数量在使项目对于开发者有益的同时达到降低能量成本的规模效果。将较大涡轮机置于较大高度处使每个涡轮机能运转，基本上免除由于风的切变和与地形中近地不规则物，例如岩石和树木的相互作用产生的边界层效应。较大涡轮机高度还导致在较高持续风速下更稳定的运转条件，由此平均每单位时间产生更多能量。因此，对较大涡轮机设置在较大高度处具有经济和工程刺激作用。
然而，将较大涡轮机设置在较大高度处产生成本问题。成本与较大和较重塔相关联，该塔需要承受较大涡轮机的附加重量和承受结构置于较大高度处而产生的风荷载，高度越高，风速也越大且更持续。附加成本涉及安装风力涡轮机所需的设备。例如用于风力涡轮机的传统管式塔，譬如具有用钢或混凝土建造的分段管状构造的塔的重量与自乘到5/3次幂的塔高度成比例地增加。因此，在标准65米高度处典型称量为176,000lbs的1.5MW塔在85米高度处称重将大约为275,000lbs，增量为大约56％。然而，超过250,000lbs、或高于100米的塔通常需要专用和昂贵的吊车来组装塔段和将涡轮机和叶片安装在组装的塔上。对于典型的1.5MW涡轮机来说，仅运输和组装这些吊车中的一个的成本就可超过＄250,000。为了偿还与这种大型吊车相关联的费用，风力涡轮机场地的开发者希望将尽可能多的风力涡轮机运送到项目安装点(footprint)，由此将吊车成本分散到许多风力涡轮机上。然而，由于具有有限安装点的场地，迫使开发者偿还使用较少涡轮机的吊车的运输和组装成本，这在经济上可能是不可行的。而且，建立在不平地面上的项目需要重复地组装和拆卸吊车，这在经济上同样可能是不可行的。位于山顶脊梁或其它后勤困难场地的项目，除了与吊车设置在这样的场地相关联的工程困难之外，由于经济上不可行可能同样几乎被取消。
因此有利的是，能够组装高位结构塔和将重型风力涡轮机安装在这样的塔的顶部上，而不依赖于比较巨大和过高昂贵的吊车设备。因此，本发明的主要目的是提供一种用于组装高位结构塔和将风力涡轮机安装在这种组装塔的顶部上且无需巨大和过高昂贵的吊车设备的设备和方法。本发明的这个和其它目的、特征及优点将参照下面说明变得更加清楚。
发明内容
本发明公开了一种用于将风力涡轮机组件起吊到高位结构塔的顶部上的设备和方法。设备的一个实施例包括紧接结构塔的上端而被设置和连接的枢轴。第一起吊桁架枢转地连接到轴上，第一起吊桁架具有离开轴延伸的第一远端和在离开第一远端的方向上延伸的第二远端。第二起吊桁架枢转地连接到轴上，第二起吊桁架具有离开轴延伸的第一远端和在离开第一远端的方向上延伸的第二远端。第一横梁连接第一和第二起吊桁架的第一远端，并且索具组件(rigging assembly)连接到横梁上且构造用于将涡轮机吊起到塔的上端上。连接到第一起吊桁架上的枢转控制缆索靠近第二远端，用于控制第一和第二起吊桁架围绕枢轴的枢转运动。在另外的实施例中，第一起吊桁架的形状是三角形并且包括枢转地连接到枢轴上的第一和第二部件。第一部件相对于第二部件设置成一定角度，使枢轴的一部分靠近角的顶点，并且使角从大约95度至大约180度。在又一个实施例中，第一起吊桁架包括枢转地连接到枢轴上的第三和第四部件。在另一个的实施例中，索具组件可以包括滑轮和滑车组件；第一起吊桁架可以利用轴承枢转地连接到枢轴上；而第二横梁可以设置在第二远端之间并连接到第二远端上，使枢转控制缆索连接到第二横轴上。
在又一个实施例中，一种用于将把风力涡轮机组件起吊到高位结构塔的顶部的设备包括连接到塔上的支撑构架和枢转地连接到支撑构架上的第一起吊桁架，第一起吊桁架具有延伸离开支撑构架的远端。索具组件紧接远端而被连接并且被构造用于将涡轮机吊起到塔的上端上，而具有连接到支撑构架上的第一端和连接到第一起吊桁架上的第二端的液压缸控制起吊桁架的枢转运动。第二起吊桁架也可以枢转地连接到支撑构架上，使第二起吊桁架具有延伸离开支撑构架的远端。横梁可以在第一和第二起吊桁架的远端之间延伸，并且具有连接到梁上的索具组件。第二液压缸可以具有连接到支撑构架上的第一端和连接到第二起吊桁架上的第二端。起吊桁架的形状可以是三角形的，可以是直的整体部件，或者具有各种其它形状，包括正方形、半圆形或圆形。
此外还公开一种用于将高位多节(multiple-bay)结构塔和相关风力涡轮机设备架设在基础上的方法，该方法包括步骤；将基座节组件固定到基础上；使用吊车或起重架将中间节组件设置在基座节组件的顶部上；使用吊车或起重架将顶节组件设置在第一中间节组件的顶部上；使用吊车或起重架紧接顶节组件将本文公开的用于起吊风力涡轮机的设备中的一个设置；和使用本文公开的用于起吊风力涡轮机的设备中的一个将风力涡轮机和叶片吊起和设置到顶节组件的顶部上。
按照本发明可以彼此组合地使用来自上述实施例的任一个的特征。另外，本发明的其它特征和优点对于本领域的技术人员通过考虑随后的描述、附图和附属权利要求书将变得更加清楚。
附图说明
图1表示多节结构塔的透视图，该多节结构塔具有安装在其上的风力涡轮机组件；
图2表示将组件吊起在结构塔的顶部上的吊车，本发明的起吊设备的实施例；
图3表示本发明的起吊设备的实施例；
图4表示图3中所示的本发明的实施例的前视图；
图5表示图3中所示的本发明的实施例的侧视图；
图6表示图3中所示的设置用于将涡轮机吊起到塔顶部的本发明的实施例；
图7表示在将涡轮机吊起到塔顶部上之后图3中所示的本发明的实施例；
图8表示图3中所示的本发明的实施例，枢转以使涡轮机进入用于附接到结构塔的位置；
图9表示在将涡轮机往下放到用于附接到结构塔的位置之后图3中所示的本发明的实施例；
图10表示图3中所示的设置用于将叶片组件吊起到塔顶部的本发明的实施例；
图11表示在将叶片组件吊起到塔顶部上之后图3中所示的本发明的实施例；
图12表示图3中所示的本发明的实施例，枢转以使叶片组件进入用于附接到涡轮机的从动轴的位置；
图13表示本发明的起吊设备的另一实施例；
图14表示为将起吊构架安装到支撑构架部件上使用的轴承组件的特写图；
图15表示本发明的起吊构架和为将起吊构架固定到空间构架塔上而使用的构架的实施例；
图16表示固定到空间构架塔的纵向部件上的涡轮机安装结构；
图17表示本发明的起吊构架的另一实施例；
图18表示在将涡轮机吊起到塔顶部上之后图17中所示的本发明的实施例；
图19表示在将涡轮机吊起到塔顶部上之后图17中所示的本发明的实施例的特写侧视图；
图20表示图17中所示的本发明的实施例，枢转以使涡轮机进入用于附接到结构塔的位置；
图21表示图17中所示的本发明的实施例，将叶片组件吊起到塔的顶部上；
图22表示图17中所示的本发明的实施例，枢转以使叶片组件进入用于附接到结构塔的位置；
图23表示本发明的起吊构架的另一实施例；
图24表示在将涡轮机吊起到塔顶部上之后图23中所示的本发明的实施例；
图25表示在将涡轮机吊起到塔顶部上之后图23中所示的本发明的实施例的特写侧视图；
图26表示图17中所示的本发明的实施例，枢转以使叶片组件进入用于附接到结构塔的位置。
具体实施方式
通常，本发明涉及如在支撑风力涡轮机的结构塔中为组装或建造支撑重载荷的高位结构塔而使用的设备和方法。更详细地，本发明涉及一种用于将风力涡轮机和相关叶片起吊和设置在预先建造和组装的结构塔的顶部上的设备和方法。进一步详细地，本发明涉及一种用于组装和建造高位结构塔和用于将风力涡轮机和相关叶片起吊和设置在预先建造和组装的结构塔的顶部上的系统和方法。本发明特别涉及风力涡轮机的用途，其中，风力涡轮机被升高到接近八十到一百米或更高的高度，并且其中，转子直径接近七十米或更大。本发明的典型实施例细节将在下面叙述。
图1表示使用本发明建造和组装的结构塔和风力涡轮机组合的透视图。一般地说，结构塔10包括多个通常也称为节组件(bayassemblies)或节段(bay sections)12、13、14的空间构架段，该节组件或节段12、13、14一个叠一个地而被组装到结构塔10的所需高度。结构塔10的最下节组件13固定到基础11上。一系列中间节段12和上部节段14一个叠一个地而被组装到所需高度。顶部节段17可以包括传统管状节段(如图所示)或空间构架段(例如上部节段14)，并且使用本领域技术人员熟知的连接部将风力涡轮机15连接到塔10的顶部上。风力涡轮机15带有在转子18上安装的多个叶片16，以形成响应风以典型方式转动的叶片组件19。叶片16的转动驱动发电机(未示出)，该发电机与风力涡轮机14成整体，并通常用来发电。本领域技术人员将要认识到，转动的多个叶片16可用于除发电之外的目的，例如像驱动用于抽吸水的泵或驱动用于磨碎谷物的磨机。组成供风力涡轮机应用的这种高位结构塔的元件的进一步细节显示在共同拥有和待决的美国专利申请专系列11/433,147中，该专利申请的公开内容全部引入作为参考。
图2表示本发明的起吊设备20的一个实施例，该起吊设备20由吊车吊起用于设置在结构塔10的顶部节段17上。更准确地说，参照图3，起吊设备表示枢转地固定到顶部节段17上。起吊设备20包括安装在枢轴21上的第一起吊桁架22和第二起吊桁架23。第一起吊桁架22和第二起吊桁架23在枢轴21上间隔开一定距离89，该距离足以使涡轮机15在起吊设备在下述的吊起和设置操作期间围绕轴枢转时能在起吊桁架之间通过。第一起吊桁架22包括第一部件24和第二部件25，该第一部件24和第二部件25具有枢转地固定到枢轴21上的近端26和离开枢轴21延伸的远端27；第一部件24的远端27通常向前部方向(构架20的吊起侧)延伸，而第二部件25的远端27通常向构架20的后部方向延伸。第三部件28固定到第一部件24和第二部件25的远端27上。现在参照图3和5，第一部件24和第二部件25与第三部件28一起通常在第一三角形结构30中定向并构成第一三角形结构30。一排内部桁架元件29设置在构成第一三角形结构30的第一部件24和第二部件25及第三部件28内并连接到它们上。
需要时，第一起吊桁架22也可以包括第三部件34和第四部件35，该第三部件34和第四部件35以与它们构成第一三角形结构30的对应部分相类似的方式和方向具有枢转地固定到枢轴上的近端36和延伸离开枢轴21的远端37。第六部件38固定到第三部件34和第四部件35的远端37上。第三部件34和第四部件35与第六部件38一起通常在第二三角形结构40中定向并构成第二三角形结构40。一排内部桁架元件39设置在组成第二三角形结构40的第三部件34和第四部件35及第六部件38内并连接到它们上。一排第二内部桁架元件33设置在第一三角形结构30第二三角形结构40之间并连接它们，以构成第一起吊桁架22。第二起吊桁架23以与第一起吊桁架22相类似的方式建造。尽管第二起吊桁架23的建造细节这里不重复，但本领域的技术人员将要认识到，第一起吊桁架22和第二起吊桁架23可以或者不必以精确相同的方式组装或者共用完全相同的几何形状。而且，本领域的技术人员将要认识到，每个起吊桁架22、23不必构成上述的第一和第二三角形结构，但是可以根据为建造起吊设备20选择的材料和用于具体用途的预期负载构成单个三角形结构或两个或多个三角形结构。最后，本领域的技术人员将要认识到，起吊桁架不必采取所示的三角形形状，但例如可以是正方形、矩形、圆形或半圆形。考虑到这些限制条件，通常继续描述图3-5中所示的实施例。
前横梁50和后横梁52被设置在第一起吊桁架22和第二起吊桁架23的前部和后部并连接到其上。前横梁50具有紧接第一起吊桁架22的第一部件24与第三部件28的交会处(并且如果使用，第三部件34和第六部件38的交点)而设置的第一端51。以类似方式，后横梁52具有紧接第一起吊桁架22的第二部件25与第三部件28的交会处而设置(并且如果使用，第四部件35和第六部件38的交点)的第一端53。前横梁50和后横梁52具有以与第一端51、53对于第一起吊桁架22的设置和连接相类似的方式设置和连接到第二起吊桁架23的对应部位上的第二端54、55。
索具组件60固定到前横梁50上。索具组件60包括滑轮和滑车组件61，当起吊涡轮机15和叶片16时该滑轮和滑车组件61能够起到机械效益的作用。更准确地说，第一滑轮组件62固定到接头部件63上，该接头部件63本身焊接或另外牢固地附接到前横梁50上。第二滑轮组件64设置成当缆索65穿过第一滑轮组件62和第二滑轮组件64以形成滑轮和滑车组件61时从第一滑轮组件62吊挂下来。本领域的技术人员将要认识到，第一滑轮组件62和第二滑轮组件64中的每一个可以包括任何数量的滑轮，以起到机械效益的作用(不过为简单起见只示出用于每个组件的一个滑轮)。在所示的实施例中，缆索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和第四滑轮67设置和连接到前横梁50上或与其相邻，而第五滑轮68设置和连接到邻近枢轴21的第二桁架组件23上。如图所示，设置与枢轴相邻的第五滑轮68使起吊设备20能围绕枢轴21枢转，而不必为响应补偿来调节缆索65上的游隙。枢转控制缆索70附接到后横梁52上。枢转控制缆索70设有一装置以在涡轮机15或叶片16正由索具组件60吊起时将起吊设备20保持在稳定位置，或者使起吊设备20围绕枢轴21枢转以如本文下面描述的那样将涡轮机15或叶片设置就位。
现在参照图6-9，图中示出将涡轮机15吊起在顶节组件17上就位的索具组件60和对应缆索65及枢转控制缆索70。枢转控制缆索70去除过大游隙并被调节，这样起吊设备20相对于塔10被设置到适当的方位。适当方位要求前横梁50从塔10径向向外延伸足够的距离，以在吊起过程中防止涡轮机15或叶片16接触塔10。枢转控制缆索70具有可以延伸穿过一个或多个轮子72的第二端71，该一个或多个轮子72可转动地固定到基础11或辅助基础(未示出)上。第二端71最终延伸到卷绕或退绕枢转控制缆索70的绞盘73，由此使起吊设备20围绕枢轴21枢转。
一旦起吊设备20设置在适当方位，便使用吊车或其它适当装置将涡轮机17放置到邻近塔10的基座的位置中。然后使索具组件60进入与涡轮机15相邻的位置中，并且将第二滑轮组件64固定到涡轮机15上。以与枢转控制缆索70相类似的方式，与索具组件60相对应的缆索65具有可以延伸穿过一个或多个轮子76的第二端75，该一个或多个轮子76可转动地固定到基础11或辅助基础(未示出)上。第二端75最终延伸到卷绕或退绕缆索65的绞盘(未示出)，由此操作滑轮和滑车组件61并相对于地面或基础11吊起或降下第二滑轮组件64。
现在参照图8和9，图中示出涡轮机15通过起吊设备20的操作设置于顶节组件17上。参照图8，图中示出涡轮机与顶节组件17的前侧相邻，跟随起吊设备20的方位，并且如前面所述通过枢转控制缆索70和索具组件60的操作将涡轮机15吊起。如图8和9所示，随着涡轮机15吊起，枢转控制缆索70通过对应绞盘的操作被卷绕，由此将起吊设备20从第一位置80经中间位置81而后枢转到最终位置82。在最终位置82，在涡轮机15的基座处的安装结构85直接安置在顶节组件17之上。索具组件缆索65然后通过其对应绞盘的操作被退绕，由此将涡轮机15降到顶节组件17上的位置中。涡轮机15然后通过在涡轮机15的基座处设置的安装结构85和在顶节组件17的上端处设置的对应安装结构(未示出)固定到顶节组件17上。一旦涡轮机17固定到顶节组件17上，便松开索具组件缆索65，并从涡轮机15上拆去索具组件60的第二滑轮64。
现在参照图10-12，图中示出将叶片16吊起到涡轮机15上就位的索具组件60和对应缆索65及枢转控制缆索70。步骤与刚才关于吊起和设置涡轮机15所述的那些步骤类似。枢转控制缆索70去除过大游隙并被调节，这样起吊设备20相对于塔10被设置到适当的方位。一旦起吊设备20被设置在适当方位，便使用吊车或其它适当装置将叶片16组装到叶片转子18上，并将产生的叶片组件19放置到邻近塔10的基座的位置中。然后使索具组件60进入与涡轮机15相邻的位置中，并且将第二滑轮组件64固定到叶片组件19上。然后以上面关于涡轮机15的吊起所述的相类似的方式，将叶片组件19吊起到塔10的顶部。
现在参照图12，图中示出通过起吊设备20的操作固定到涡轮机15上的叶片组件19。特别是，示出叶片组件19与涡轮机15的前端相邻，跟随起吊设备20的方位，并且如前面所述通过枢转控制缆索70和索具组件60的操作将叶片组件19吊起。随着叶片组件19吊起，枢转控制缆索70通过对应绞盘的操作被卷绕，由此将起吊设备20从第一位置90经中间位置而后枢转到最终位置92。在最终位置92，叶片组件19的转子18固定到从涡轮机15突出的从动轴(未示出)上。一旦叶片组件19固定到在涡轮机15上的从动轴上，便松开索具组件缆索65，并从叶片组件19上拆去索具组件60的第二滑轮64。
在涡轮机15和叶片组件19完全安装且装配器件60拆去之后，使用为建造塔并将起吊设备吊起和安装在顶节组件17上所采用的同一吊车拆除起吊设备。尽管建议吊车作为用于升起和降下起吊设备20的一种装置，但本领域的技术人员应当认识到，为此目的可以采用用于完成升起和降下起吊设备20的其它装置。例如，在电信业中为架设通信塔普遍使用的那类起重架可不仅用来架设塔，而且还可升起和降下起吊设备20。另一种装置是为起吊重荷载装备的直升飞机。这种直升飞机被用在例如滑雪场中使用的重型塔的安装中，在这里，山岭地区使得使用其它装置很难接近并且安装繁重和昂贵。
尽管以上描述提供了与使用枢轴或类似结构安装到结构塔上的起吊设备有关的细节，但如下描述提供有与用于将起吊设备附接到管状和空间构架结构塔上的起吊设备和装置的其它实施例有关的细节。参照图13，例如示出固定到一对径向延伸梁上的起吊设备的局部分解图。更准确地说，起吊设备120包括第一起吊桁架122和第二起吊桁架123。第一起吊桁架122包括第一部件124和第二部件125，该第一部件124和第二部件125具有固定到轴承组件121上的近端126和延伸离开轴承组件150的远端127；第一部件124的远端127通常向前部方向(设备120的吊起侧)延伸，而第二部件125的远端127通常向设备120的后部方向延伸。第三部件128固定到第一部件124和第二部件125的远端127上。第一部件124和第二部件125与第三部件128一起通常在第一三角形结构130中定向并构成第一三角形结构130。内部桁架元件129设置在构成第一三角形结构130的第一部件124和第二部件125的近端126及第三部件128的中间部分内并连接它们。
第二起吊桁架123以与第一起吊桁架122相类似的方式建造。尽管第二起吊桁架123的建造细节这里不重复，但本领域的技术人员将要认识到，第一起吊桁架122和第二起吊桁架123可以或者不必以完全相同的方式组装或者共用完全相同的几何形状。而且，本领域的技术人员将要认识到，每个起吊桁架122、123不必构成如上所述的单一三角形结构，但是可以根据为建造起吊构架120选择的材料和用于具体用途的预期负载构成单个三角形结构或两个或多个三角形结构。最后，本领域的技术人员将要认识到，起吊桁架不必采取所示的三角形形状，但例如可以是正方形、矩形、圆形或半圆形。
前横梁150和后横梁152(或所示的多梁结构)被设置在第一起吊桁架122和第二起吊桁架123的前部和后部并连接到其上。前横梁150具有紧接第一起吊桁架122的第一部件124与第三部件128的交会处而设置的第一端151。以类似方式，后横梁152具有紧接第一起吊桁架122的第二部件125与第三部件128的交会处而设置的第一端153。前横梁150和后横梁152具有以与第一端151、153对于第一起吊桁架122的设置和连接相类似的方式设置和连接到第二起吊桁架123的对应部位上的第二端154、155。前横梁150包括在一个实施例中排列在所示三角形横截面布局中的多个横梁元件156。横梁元件156由多个内部桁架元件157互连，以为横梁元件156提供支撑。索具组件160固定到前横梁150上，并且类似于以上描述包括滑轮和滑车组件161，当起吊涡轮机15和叶片16时该滑轮和滑车组件161能够起到机械效益的作用。枢转控制缆索170附接到后横梁152上，并且设有一装置，以在涡轮机15或叶片16正由索具组件160吊起时将起吊设备120保持在稳定位置，或者使起吊设备120枢转以如上面所述的那样将涡轮机15或叶片设置就位。
类似于以上所述，起吊设备120被固定到结构塔的顶节组件117上。固定到顶节组件117上的是第一径向延伸梁170和第二径向延伸梁171。第一径向延伸梁170具有固定到轴向侧梁173上的第一端172，该轴向侧梁173本身固定到顶节组件117上。第一径向延伸梁170具有从顶节组件117基本上径向向外延伸的第二端174。角撑175固定到第二端174和轴向侧梁173的下端上并在它们之间延伸。固定到第一径向延伸梁170的第二端174的顶部上的是用于安装轴承组件150的轴承安装托架176。尽管图13示出从顶节组件的假定中心轴线在真实径向方向上延伸的第一径向梁部件170和第二径向梁部件171，但本领域的技术人员应当认识到，部件不必以真实径向方式向外延伸，而是可以相对于该中心线向前或向后形成角度。而且，部件不必固定到如所示的那样分离180度的顶节组件117上，而是可以或者向前或者向后偏移。
如图14中所示，用于第一径向延伸部件170的轴承组件150被安装到安装托架176上。第一部件124和第二部件125的近端126与内部桁架元件129在公共顶点处相交，并且它们本身固定到一对接头部件177上。销178延伸穿过接头部件177和轴承组件150。当如所述的那样轴承组件150被设置在第一径向延伸部件170和第二径向延伸部件171的端部上并被结合到起吊设备120中时，起吊设备响应枢转控制缆索170的运动围绕延伸穿过轴承组件150的销可枢转。
现在参照图15和16，图中示出本发明在这种情况下连接到空间构架塔的顶节组件217上并与其操作的起吊设备的另一实施例。如在共同拥有和待决的美国专利申请系列号11/433,147中公开的那样，风力涡轮机应用的空间构架塔包括由对角部件或支撑211和水平部件或支撑212互连的多个向上延伸的纵向部件210。作为本发明的部分公开的是环形部件230的使用，该环形部件230构造成接受和配合在涡轮机15的基座处设置的安装结构，并且进一步构造成连接到构成顶节组件217的向上延伸的纵向部件210的最上端上。支撑构架240设置在环形部件230下面。支撑构架240具有足以延伸穿过如前面所述建造的顶节组件217和起吊设备220的支撑第一起吊桁架222和支撑第二起吊桁架223的横向尺寸。支撑构架240包括前横向支撑部件241和后横向支撑部件242。在一个实施例中，前横向支撑部件241固定到纵向部件210的相对对243上，而后横向支撑部件固定到纵向部件210的相邻相对对245上。支撑横拉条246设置在前横向支撑部件241和后横向支撑部件242的端部处。轴承组件250然后设置在支撑横拉条246或前横向支撑部件241和后横向支撑部件242上。当轴承组件250如前面所述的那样设置在支撑横拉条246或前横向支撑部件241和后横向支撑部件242上并结合到起吊设备220中时，起吊设备响应枢转控制缆索270的运动而围绕延伸穿过轴承组件250的销可枢转。
现在参照图17-22，公开本发明的起吊设备320的另一实施例，该起吊设备320连接到空间构架塔的顶节组件317上并与其操作。起吊设备320包括第一起吊桁架330和第二起吊桁架331，每个桁架通常包括伸缩部件332和不伸缩部件333。第一支撑构架部件334和第二支撑构架部件335连接到顶节组件317的侧面上并设置在其上。更准确地说，第一起吊桁架330包括不伸缩部件340，该不伸缩部件340具有枢转地连接到第一支撑构架部件334的后部342上的第一端341和枢转地连接到横梁345的第一端344上的第二端343。第一起吊桁架330还包括具有内伸缩部件347和外伸缩部件348的伸缩部件346。内伸缩部件347具有枢转地连接到第一支撑构架部件334的前部349上的第一端348。外伸缩部件348具有枢转地连接到不伸缩部件340的第二端338上的第一端350。第二起吊桁架331包括以上关于第一液压起吊桁架330所述的类似伸缩和不伸缩部件。部件在一组端部处枢转地固定到第二支撑构架部件335上。在其它端部处，不伸缩部件连接到横梁345的第二端部351上，而伸缩部件连接到不伸缩部件的端部上，该不伸缩部件本身连接到横梁345的第二端部351上。本领域的技术人员将要认识到，支撑构架部件334和335具有长度，并且其端部可以在顶节组件317的前部或后部延伸，以便减小当吊起涡轮机或叶片时在塔中出现不希望有的弯矩或其它负载。然而没有示出，以增大轴向载荷为代价而减小弯矩的一种方法是在顶节组件的后部延伸支撑构架部件334和335的端部并且附加平衡重量或缆索张力，以偏移由于涡轮机设备的吊起所受到的吊起负载。并且这种方法或其变型可以结合到这里和以上公开的实施例的任一个中。
如图17-20中所示的那样，当以上述的方式建造时，起吊设备320的横梁339在顶节组件317的前部延伸的第一位置360与在顶节组件317上方基本上竖直延伸的第二位置362之间可枢转。枢转运动的控制通过一对液压缸370产生，该对液压缸370可操作地连接到第一起吊桁架330和第二起吊桁架331中的每一个的伸缩部件上。每个液压缸370包括缸单元371和活塞单元372。每个缸单元371包括连接到对应伸缩部件375的内部件374上的端部373，而每个活塞单元372包括连接到对应伸缩部件375的外部件377上的端部376。
当液压缸370处于缩回位置时，起吊设备320呈现使横梁345在顶节组件317的前部延伸的第一位置360。如图18-20中所示的那样，这个位置便于使用索具组件380以与上面所述相类似的方式吊起涡轮机15。参照图20，在涡轮机15吊起之后，液压缸370延伸引起起吊设备枢转，使得横梁345在顶节组件317的上方被升高到涡轮机15能降低并固定到在顶节组件317的顶部设置的连接硬件上的位置。现在参照图21和22，叶片组件19然后随着起吊设备320呈现其第一位置360被吊起。在叶片组件19吊起之后，液压缸370延伸使起吊设备枢转到叶片组件19能固定到从涡轮机15延伸的从动轴上的第二位置363。在涡轮机15和叶片组件19完全安装且装配器件380拆去之后，使用为建造塔并将起吊设备320吊起和安装在顶节组件317上采用的同一吊车拆去起吊设备320。
尽管上述实施例考虑有连接到每个伸缩部件上的一对液压缸，但本领域的技术人员应当认识到，根据在吊起和枢转过程中产生的负载可以使用较少或附加的液压缸。此外，本领域的技术人员还应认识到，排除或除了上面所述和附图中所示的液压缸对之外，伸缩部件本身可以包括液压缸。
现在参照图23-26，图中公开了连接到空间构架塔的顶节组件417上并与其操作的起吊设备420的另一实施例。起吊设备420包括第一起吊桁架和液压缸组件430以及第二起吊桁架和液压缸组件431。每个桁架和缸组件通常包括起吊桁架432和液压缸433。第一支撑构架部件434和第二支撑构架部件435连接到顶节组件417的侧面上并设置在其上。更准确地说，第一组件430的起吊桁架432包括第一部件436，该第一部件436具有枢转地连接到第一支撑构架部件434的前部438上的第一端437、和枢转地连接到横梁445的第一端440上的第二端439。起吊桁架432还包括第二部件446和第三部件447。第二部件446具有第一端448和第二端449，所述第一端448连接到第一部件的第二端439上。第三部件447具有连接到第一部件436的第一端437上的第一端450和在连接节点452处连接到第二部件446的第二端449上的第二端451。第二部件446和第三部件447的第二端449、451与第一部件436的中间部分间隔开一段距离，并且第二部件446和第三部件447的第二端449、451的连接节点452和第一部件446的中间部分453由内部桁架元件454连接。液压缸433包括缸单元471和活塞单元472。缸单元471包括枢转地连接到第一支撑构架部件434的后部455上的端部473，而活塞单元472具有紧接在第二部件446和第三部件447的第二端449、451的连接节点452而枢转地连接到起吊桁架432上的端部。第二桁架和缸组件431包括与上面关于第一桁架和缸组件430所述相类似的起吊桁架和液压缸。起吊桁架在一端460处枢转地连接到第二支撑构架部件435上，同时在另一端461处枢转地连接到横梁445的第二端443上。
如图26中所示的那样，当以上述的方式建造时，起吊构架420的横梁445在顶节组件417的前部延伸的第一位置480与在顶节组件417上方基本上竖直延伸的第二位置482之间可枢转。现在参照图23-26，枢转运动的控制通过液压缸433产生。当液压缸433处于伸展位置时，起吊装置420呈现使横梁445在顶节组件417的前部延伸的位置480。如所示的那样，这个位置便于使用索具组件490以与上面所述相类似的方式吊起涡轮机15。在涡轮机15吊起之后，液压缸433缩回引起起吊设备420枢转，使得横梁445在顶节组件417的上方被升高到涡轮机15能降低并固定到在顶节组件417的顶部设置的连接硬件上的位置。然后叶片组件19随着起吊设备420呈现其前面延伸的位置被吊起。在叶片组件19吊起之后，液压缸433缩回使起吊设备420枢转到叶片组件19能固定到从涡轮机15延伸的从动轴上的第二位置482。在涡轮机15和叶片组件19完全安装且装配器件490拆去之后，使用为建造塔并将起吊设备420吊起和安装在顶节组件417上采用的同一吊车拆去起吊设备420。
尽管上述实施例考虑有连接到每个起吊桁架上的单个液压缸，但本领域的技术人员应当认识到，根据在吊起和枢转过程中产生的负载可以使用附加的液压缸。此外，本领域的技术人员还应认识到，起吊桁架的形状和结构是典型的，并且可合理地采取其它形状和结构，比如上面关于起吊构架的其它实施例所论述的那些。
为了举例说明本发明，某些实施例和细节已包括在本文和所附本发明的公开内容中。尽管如此，对于本领域的技术人员显而易见，在不脱离附属权利要求书中限定的本发明的范围情况下可以对本文公开的方法和设备进行各种改变。

Claims (20)

1.一种用于将风力涡轮机组件起吊到高位结构塔的顶部的设备，其包括：
枢轴，其紧接结构塔的上端而被设置；
第一起吊桁架，其枢转地连接到轴上，第一起吊桁架具有离开轴延伸的第一远端和在离开第一远端的方向上延伸的第二远端；
第二起吊桁架，其枢转地连接到轴上，第二起吊桁架具有离开轴延伸的第一远端和在离开第一远端的方向上延伸的第二远端；
第一横梁，其连接第一和第二起吊桁架的第一远端；
索具组件，其连接到横梁上，并且构造用于将涡轮机吊起到塔的上端；和
枢转控制缆索，其连接到第一起吊桁架上，用于控制第一和第二起吊桁架围绕所述枢轴的枢转运动。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，第一起吊桁架是三角形的，并且包括枢转地连接到枢轴上的第一和第二部件。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，第一部件相对于第二部件以一定角度设置，使枢轴的一部分紧接角的顶点，并且其中，角度为大约95度到大约180度。
4.根据权利要求2所述的设备，其中，第一起吊桁架包括枢转地连接到所述枢轴上的第三和第四部件。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，索具组件包括滑轮和滑车组件。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，第一起吊桁架使用轴承枢转地连接到枢轴上。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，第二横梁设置在第二远端之间并连接到该第二远端上。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，枢转控制缆索连接到第二横轴上。
9.一种用于将风力涡轮机组件起吊到高位结构塔的顶部的设备，其包括：
支撑构架，其连接到塔上；
第一起吊桁架，其枢转地连接到支撑构架上，第一起吊桁架具有离开支撑构架延伸的远端；
索具组件，其紧接远端而被连接，并且构造用于将涡轮机吊起到塔的上端，和
液压缸，其具有连接到支撑构架上的第一端和连接到第一起吊桁架上的第二端。
10.根据权利要求9所述的设备，其还包括：
第二起吊桁架，其枢转地连接到支撑构架上，第二起吊桁架具有延伸离开支撑构架的远端；和
横梁，其在第一和第二起吊桁架的远端之间延伸。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，索具组件连接到横梁上。
12.根据权利要求10所述的设备，其还包括液压缸，该液压缸具有连接到支撑构架上的第一端和连接到第二起吊桁架上的第二端。
13.根据权利要求9所述的设备，其中，第一起吊桁架包括单个部件。
14.根据权利要求9所述的设备，其中，第一起吊桁架包括相互连接形成三角形桁架的多个部件。
15.根据权利要求10所述的设备，其中，第一起吊桁架包括单个部件，并且第二起吊桁架包括单个部件。
16.根据权利要求10所述的设备，其中，第一起吊桁架包括相互连接以形成三角形桁架的多个部件，并且第二起吊桁架包括相互连接以形成三角形桁架的多个部件。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，第一起吊桁架具有与第二起吊桁架基本上相同的几何结构。
18.一种用于将高位多节结构塔和相关风力涡轮机设备架设在基础上的方法，该方法包括以下步骤：
将基座节组件固定到基础上；
使用吊车将中间节组件设置在基座节组件的顶部上；
使用吊车将顶节组件设置在第一中间节组件的顶部上；
使用吊车将用于起吊风力涡轮机的设备紧接顶节组件而被设置；并且
使用用于起吊风力涡轮机的设备将风力涡轮机设置在顶节组件的顶部上。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，用于起吊风力涡轮机的设备包括：
枢轴，其连接到结构塔的顶节组件上；
第一起吊桁架，其枢转地连接到轴上，第一起吊桁架具有离开轴延伸的第一远端和在离开第一远端的方向上延伸的第二远端；
第二起吊桁架，其枢转地连接到轴上，第二起吊桁架具有离开轴延伸的第一远端和在离开第一远端的方向上延伸的第二远端；
第一横梁，其连接第一和第二起吊桁架的第一远端；
索具组件，其连接到横梁上并且构造用于将涡轮机吊起到塔的上端；和
枢转控制缆索，其连接到第一起吊桁架上用于控制第一和第二起吊桁架围绕所述枢轴的枢转运动。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，用于起吊风力涡轮机的设备包括：
支撑构架，其连接到塔的顶节组件上；
第一起吊桁架，其枢转地连接到支撑构架上，第一起吊桁架具有离开支撑构架延伸的远端；
索具组件，其紧接远端而被连接并且构造用于将涡轮机吊起到塔的上端，和
液压缸，其具有连接到支撑构架上的第一端和连接到第一起吊桁架上的第二端。
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