CN101707951A - 运输、竖起和替换近海风力涡轮机的含有转子的机舱的方法以及实施该方法的船只 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种安装(或替换)在近海风力涡轮机的塔架(100)上的单元(110a、110b)的方法，所述单元包括由轮毂和一个或两个转子叶片组成的转子以及容纳齿轮箱和发电机的机舱。该方法的特征在于：在岸上或平台上预先安装基本可操作的单元(110b)，将所述可操作单元(110a)以该单元(110a)的重心位于船只(10)的纵向轴线区域上并且转子叶片沿该船只(10)的纵向延伸的方式放置在所述船只(10)上，将所述可操作单元(110a)运到近海风力涡轮机现场，可选地将要被替换的单元(110b)从所述近海风力涡轮机的塔架(100)上拆除，可选地使用船只(10)上的起重机(40)将要被替换的单元(110b)从所述塔架(100)上拆除，可选的将要被替换的单元(110b)放置在所述船只(10)上，使用所述船只(10)上的起重机(40)将所述可操作单元(110a)从所述船只(10)上吊起，将所述可操作单元(110a)放置在所述近海风力涡轮机的塔架(100)上，将所述可操作单元(110a)紧固在所述近海风力涡轮机的塔架(100)上，以及可选地通过所述船只(10)将换下的单元(110b)运到岸上。

Description

运输、竖起和替换近海风力涡轮机的含有转子的机舱的方法以及实施该方法的船只
技术领域
本发明涉及一种运输以及竖起或替换由近海风力涡轮机的机舱和转子构成的单元的方法。本发明还涉及一种实施该方法的船只。
背景技术
众所周知，风力从古代就被用来驱动机器，现在尤其越来越与发电相关联。从风车发展而来的技术中开发的风力涡轮机实际上可以用在所有场所来发电，在远海和离海岸近的地方——也就是近海上越来越大的范围内安置风电场。
近海风力涡轮机在社会上具有较高的接受度。它们为靠近海洋的快速发展中的城市提供了环境和资源友好的可能性，从而安全地保证居民区和工业的电力需求。
由于海水的腐蚀行为，所以对用于风力涡轮机的材料有特别高的要求。必须使用既能够经受住短暂的高强度阵风又能够经受住高的波浪的设计。
近海风力涡轮机的竖起、维护和修理又给涡轮机的结构以及为此目的所需要的运输和安装船只提出了高的要求。在不利的天气条件下，根本不可能在高涨的海面上实施该项工作或者仅在有限程度上进行。因此，尤其对于必须的较大型的修理工作非常快速的进行是必要的。
为此目的，已经建议为近海使用而开发的风力涡轮机首先靠近海岸组装以构成可操作的或基本上可操作的风力涡轮机，然后再将它们运到所述风力涡轮机要永久使用的位置。例如，WO01/34977A1描述了这样方法和相应的安装运输系统，所述运输系统用来将完全组装好的风力涡轮机运到相应的近海区域，以及为了维修的目的将所述风力涡轮机从所述近海区域运出再运到靠近海岸的区域。
但是，在WO01/34977A1中描述的运输方法的缺点是由于已经进行了组装，所以其中所述的风力涡轮机具有非常大的尺寸，其在局部上非常高，并且由于转子叶片的直径，其还占据了大的横向区域。这样会引起问题，尤其是如果在所述风力涡轮机组装的位置与所述风力涡轮机要被竖起的近海区域之间的路径通行过程中存在障碍物，例如桥梁、闸等，由于被组装好的并构成可操作单元的风力涡轮机的高度和宽度尺寸，就不可能进行运输。这尤其还需要大的、因而是贵的运输船。
目前大多数的风力涡轮机被设计成使涡轮机的各个元件可以被替换.这对于小的、重量轻的部件是个好的解决方案.但是，如果涉及大而重的元件，例如齿轮箱或发电机，那么在现场进行替换或修理是极难完成的.就不得不将载有所述的各个元件和工作队的浮吊或顶升船带到所述涡轮机上.不得不使用非最佳工具在困难的条件下将这些元件拆下并将它们降到运输船上.必须将新元件升到机舱中并再次安装.实际上，所述新元件具有30-60吨的重量，并且安装需要高度精确.这种修理过程必须为运输船和工作队承担高的费用，并且同时，由于涡轮机仍然是竖立的而损失了动力.每天的修理大约会需要40-60000欧元.较大型的修理可能要花数天甚至是—周.而且还存在可以导致修理工作不得不中断的天气变化的威胁，从而更进一步增加了支出.
只有当转子已经连接到机舱并且可以在一次起吊操作中吊到涡轮机塔架上时，这种方法才能非常快速地完成并且从而节省成本。目前广泛使用的三叶片转子由于其几何形状的原因不适合这种方法。在此，必须对机舱和转子进行两次起吊操作来安装所述的涡轮机。由于所述三叶片转子必须以水平位置存放在运输船上，然后在起吊操作过程中必须转过90°，所以这种安装是特别困难的。这是一项困难的操作，在较高风速下还可以危及到工作队并且可以导致叶片损坏。将转子与机舱的连接同样是关键的操作，尤其对于近海风力涡轮机。在此，必须将轮毂螺栓插入到轴法兰中并栓结。在近海安装方法中，由于在较高风速下转子不能被精确地引导到其目的地，所以这会轻易地使螺栓或轴承表面损坏。
对于三叶片转子的近海组装，其工作量、成本和风险是非常高的。
发明内容
因此，本发明的目的提供一种在近海区域中运输风力涡轮机并将其在底座上竖起的方法，该方法在修理的情况下可以达到涡轮机的快速重新启动，以便于避免停机时间延长和动力损失。
根据本发明，所述目的是通过权利要求1的特征达到的。从属权利要求呈现了本发明的优选实施方式。
因此，本发明优选地建议在较大故障以及与之相关联的延长停机时间的情况下将机舱与转子一起替换。为此，通过船只将可操作单元运到近海区域，将故障单元拆下，并放置在所述船只上，然后将可操作单元放置在塔架上并固定到塔架上。
本发明的方法具有的优点是当使用单叶片和双叶片转子时，所述船只上的可操作单元由于其较窄的结构而可以无任何阻碍地达到近海风力涡轮机的位置。例如，能够没有任何问题地通过桥和闸。此外，因为在故障单元被替换后近海风力涡轮机可以立即再次完全运转，所以发生故障的近海风力涡轮机的停机时间以及与之关联的费用得到了显著的降低。同样，所述船只的操作次数也显著减少。这样，对故障机舱的修理可以在港口上的具有所有合适的帮助和工具这样好条件下的组装间内完成。在该方法中，机舱和叶片被完全再加工和检查以便于获得像新的一样好的涡轮机以备下次替换。在近海风力涡轮机二十年的使用寿命期间大的元件会出两次故障。
对于具有100台涡轮机的风电场来说，这意味着大约一个月要替换一台涡轮机。因此在使用所述方法时每年可以节省成本基本达到数百万欧元。
如果要修理一台发生故障的近海风力涡轮机，在较大损坏以及与之关联的较长停机时间的情况下，机舱加转子都被替换。要达到该目的，通过船只将可操作单元运到近海区域，将故障单元拆下，放下到所述船只上，在该可操作单元被放置在塔架上后将其紧固在塔架上。
不过，本发明的技术方案也可以用于新安装和竖起一台近海风力涡轮机，将基座元件和塔架首先竖起在修建地点上。
附图说明
为了实现本发明的方法，提供了一种船只，其在所披露的附图中以特别优选实施方式的形式示出，其中：
图1示出了实施本发明方法的船只的特别优选示例性实施方式的示意性俯视图；
图2示出了图1中的船只在靠近具有要被替换的单元的近海风力涡轮机时的示意性视图；
图3示出了船只在方法的第二阶段中的示意性视图，其中支撑柱被降下；
图4示出了船只在接收要被替换的单元时的示意性视图；
图5示出了船只在将要被替换的单元放下到该船只上时的示意性视图；
图6示出了船只在接收来自于该船只的可操作单元时的示意性视图；
图7示出了船只在将所述可操作单元从该船只吊起并运送到风力涡轮机塔架时的示意性视图；以及
图8示出了船只在将所述可操作单元放置到风力涡轮机的塔架上后的示意性视图。
具体实施方式
图1以俯视图示出了船只的示意性视图。为了清楚起见，这里仅图示了那些直接在甲板平面上的元件。因此，尤其是起重机的上部结构在该视图中没有示出。
船只10具有船体20，该船体20优选地具有六个支撑柱30，所述支撑柱可以降下并被设置成使分布在所述船体上的载荷的载荷尽可能地均匀。当然，还可以设想到更多或更少数量的支撑柱30，支撑柱的最小数量限定在三个支撑柱30。
船体20在其一端面上具有基本是U形的入坞区70，该入坞区70设置在纵向上的中心，其也可以具有大致是V形的形状，该形状与海面上的近海风力涡轮机100的塔架相配。由此，这里的入坞区这样布置，使所述近海风力涡轮机100横截面的中心点在所述船只10入坞的状态下基本位于所述船只10的纵向轴线的虚拟延长线上。为了避免对所述船只10或塔架100造成任何损坏，所述入坞区70也可以具有依照缓冲区的类型的合适的装置。
与所述入坞区70相对的位置布置有起重机40，该起重机40可以沿着所述船只10的纵向轴线旋转，在图1中仅示出了其靠近船体的元件40。所述起重机40优选地具有两套卷绕在两个单独的卷筒60上的缆绳系统，卷筒60经由共用的驱动装置50驱动。两套缆绳系统均是没有转动地吊起和降下载荷所必须的，这是通过所述两个缆绳系统是在两个沿着一轴线彼此间隔开的点上固定到所述载荷上来保证的，优选地是一个单元的纵向轴线。
如果一台新的近海风力涡轮机100被竖起，那么所述载荷是由带有机舱和转子的实质上的可操作单元110a、110b组成的，所述转子是由一个或两个转子叶片组成的，转子叶片的重心在任何情况下大约位于所述船只10的纵向轴线上。这里，也可以将多个可操作单元在所述船只10上布置成多层，它们一个叠在另一个的上面，以便于可以向多个近海风力涡轮机提供准备起作用的单元。
但是，如果所述船只10是用来维修近海风力涡轮机100的，那么因为首先必须将故障单元110b从故障的近海风力涡轮机100上移除并将其放下到所述船只10的船体20上的空闲位置上，所以仅使用所述船只10的部分载荷能力.该位置是以使所述故障单元110b的重心基本位于所述船只10的纵向轴线上的方式而保持空闲的.这例如可以是图6中示出的单元110b.然后，将可操作单元110a连接，也就是由起重机40吊起并放置在近海风力涡轮机100的塔架上并将其紧固在塔架上.
所述单元110a、110b的重心和所述近海风力涡轮机的塔架的垂直轴线与所述船只10的纵向轴线一致不仅对保证所述船只的稳定是必要的，而且所述起重机40的枢转轴也仅被限制在该方向上。
在图2-8的示意性视图中清楚地示出了这些预处理的必要性。本发明的船只10首先以漂浮的方式靠近其单元110b要被替换的近海风力涡轮机100的位置。可以降下的支撑柱30伸出并将所述船只10固定于海底，船体20停在吃水线上方(图3，4)。
优选地，所述船只10具有自己的驱动装置用于移动或在靠近所述近海风力涡轮机100时用于校正路线。但是，该驱动装置并不是必选的，所述船只也可以是由一条或多条拖船操纵进入目标位置的驳船。
所述起重机40具有多个以铰接的方式彼此连接的元件，这样一方面提供了所述起重机必要的运载能力，另一方面也可以使所述起重机40向下折叠到垂直方向上的最小尺寸。以这种方式，所述起重机40在从港口到所述近海风力涡轮机的位置的行程中可以优选地折叠成水平的位置，在该位置上其位于所述单元110a的上方，以便于毫无障碍地通过例如桥梁。这里，起重机40的最低的铰链位于布置在所述船体20上的可操作单元110a的水平面的上方，以便于起重机40的布置在该铰链上方的元件可以采取位于所述单元110a、110b上方的水平位置。有利地，会提供专门的支撑元件来使起重机放置在水平位置上而不会损坏所述单元110a。
为了将要被替换的单元110b移除以及将可操作单元11a放置在所述近海风力涡轮机100上，所述起重机40在实施例中布置在所述船体20上的单元110a上方的左边的位置以及布置在所述塔架横截面上方的右边的位置之间仅仅执行一个旋转运动(图5-8)。
在该方法中，首先在所述转子被制动并固定在水平位置上之后将所要被替换的单元110b从所述近海风力涡轮机的塔架100上松开、拆下、并放置在所述船只10上(图4和5)。然后，将转子同样被水平地制动的所述可操作单元110a从所述船只20上吊起并放置在所述近海风力涡轮机的塔架100上并紧固，从而在所述单元110a、110b被替换后可以使涡轮机立即再次进入运转，从而可以避免比先前更长的停机时间。
使用本发明的方法以及本发明的实施该方法的船只10可以由此在短的时间内在近海区域中竖起或修理多台近海风力涡轮机100。由机舱和转子组成的所述单元110a优选地在陆地上或类似的场地上组装，例如平台(也在近海区域中)，并运送到所述单元110a所要被放置的近海风力涡轮机100的新竖起的塔架100上的位置上或故障单元110b要被替换的位置上。
此处，将单叶片转子的叶片或双叶片转子的叶片的朝向选择为可以毫无障碍地通过组装地点与涡轮机在近海区域中所要被竖起的地点之间的预定路线。这意味着对于水路(例如运河)通道、桥下的闸或通道，该转子叶片或这些转子叶片以及起重机元件的位置在各种情况下要被调整成该转子叶片或这些转子叶片的范围小于所述通道所要求的所述水路或闸的最小开阔范围或桥的最小开阔高度。由于该原因，单叶片或双叶片转子的转子叶片优选地朝向所述船只10的纵向。
为了改进带有一个或多个可操作单元110a、110b的所述船只的承载，所述船只优选地具有在其纵向上延伸的轨道，以用于移上和移下搁在台车上的所述单元110a、110b.因此，在陆地上或近海区域中的平台上为所述船只20提供有入坞区，其具有与所述船只20的U形入坞区70互补的形状并且同样具有轨道系统，该轨道系统在所述船只20已经入坞时与所述船只20的轨道连接.优选地，在对所述船只20装载或卸载时，会将该船只20的支撑柱伸出，并将所述船只20固定在与陆侧入坞区或平台的入坞区的水平面相对的水平面上.

Claims (5)

1.一种安装或替换近海风力涡轮机的塔架(100)上的单元(110a、110b)的方法，所述单元包括由轮毂和一个或两个转子叶片组成的转子以及容纳齿轮箱和发电机的机舱，该方法的特征在于：
在岸上或平台上预先安装基本可操作的单元(110b)，
将所述可操作单元(110a)以该单元(110a)的重心位于船只(10)的纵向轴线区域上并且转子叶片沿该船只(10)的纵向延伸的方式放置在所述船只(10)上，
将所述可操作单元(110a)运到近海风力涡轮机现场，
可选地将要被替换的单元(110b)从所述近海风力涡轮机的塔架(100)上拆除，
可选地使用船只(10)上的起重机(40)将要被替换的单元(110b)从所述塔架(100)上拆下，
可选的将要被替换的单元(110b)放置在所述船只(10)上，
使用所述船只(10)上的起重机(40)将所述可操作单元(110a)从所述船只(10)上吊起，
将所述可操作单元(110a)放置在所述近海风力涡轮机的塔架(100)上，
将所述可操作单元(110a)紧固在所述近海风力涡轮机的塔架(100)上，以及
可选地通过所述船只(10)将换下的单元(110b)运到岸上。
2.实施根据权利要求1所述的方法的船只(10)，其特征在于具有：
可以被降下的支撑柱(30)，
U形入坞区(70)，其位于纵向上的中心，与海平面上的近海风力涡轮机的塔架(100)的直径相配；和
起重机(40)，该起重机可以沿着所述船只(10)的纵向轴线旋转，用于吊起所述单元(110a，11b)并将所述单元(110a，110b)放置在风力涡轮机的塔架(100)上。
3.根据权利要求2所述的船只(10)，其特征在于所述船只设有两个用于所述单元(110a，110b)的容器。
4.根据权利要求2所述的船只(10)，其特征在于所述起重机(40)可以折叠到一水平位置，在该水平位置上所述起重机位于所述单元(110a，110b)的上方。
5.根据权利要求2-4所述的船只，其特征在于具有在其纵向上延伸的轨道，以用于移上和移下搁在台车上的所述单元(110a，110b)。
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