CN102701083B - 一种利用专用设备更换风力发电机部件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机部件更换专用设备及方法，所述专用设备包括：工作平台，包括可拆卸地连接的第一部分和第二部分，工作平台的内部形成环绕风力发电机的塔筒的开口；锁紧装置，可伸缩地安装在工作平台的开口内，用于支撑塔筒；吊装机构，安装在工作平台上，并包括桁架、由桁架支撑的横梁、安装在横梁上的滑动小车和吊钩；以及提升装置，连接于工作平台和固定着力点之间，用于吊拉所述专用设备，其中，桁架的下端与工作平台铰接，吊装机构还包括倾翻液压缸，该倾翻液压缸吊装机构能够倾翻。利用本发明的专用设备能够实现自提升，减少了对大型吊运装置的依赖，降低了风力发电机部件更换的成本。

Description

一种利用专用设备更换风力发电机部件的方法

技术领域

本发明涉及风力发电机领域，更具体地讲，涉及一种风力发电机部件更换专用设备以及利用该专用设备更换风力发电机部件的方法。 

背景技术

风力发电机具有将风的动能转化为机械能的叶轮，经转化的机械能可以通过发电机进一步被转化为电能。风力发电机可以应用于海上风场和陆上风场。大型的海上风力发电机通常被安装在海洋环境中，如图1所示，主要包括基础1、塔筒2、机舱3、发电机4、叶片5等，其中，基础1和塔筒2的下部在海平面以下。 

大型的海上风力发电机需要依靠大型吊装船等设备进行风力发电机大部件更换作业。通常，风力发电机大部件主要指发电机、机舱、叶轮、叶片和安装在机舱内的齿轮箱等，其中，安装在风力发电机塔筒上方的部件可统称为机头。 

对于海上风电场项目，目前一般采取以下方案进行风力发电机部件更换：利用大型吊装船将损坏的风力发电机部件整体拆下，然后利用大型浮吊设备安装新的部件。 

现有的海上风力发电机部件更换方案，基本上都需要使用大型起重设备，对起重设备的规模要求高，项目施工成本很高，而且大型浮吊设备很难进入水深较浅的海域，此外，海上施工对周边环境的影响较大，因此这种吊装方案存在很多的局限性。 

类似地，现有的陆上吊装方案，对起重设备的要求也比较高；而且，在丘陵、山地等道路条件不好区域，大型起重设备很难进入。 

因此，需要提供一种针对风力发电机大部件安装或更换的专用设备和方法。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种减少对大型起重设备的依赖的风力发电机部件更换专用设备和方法。 

根据本发明的一方面，提供了一种风力发电机部件更换专用设备，包括： 

工作平台，包括可拆卸地连接的第一部分和第二部分，工作平台的内部形成环绕风力发电机的塔筒的开口；锁紧装置，可伸缩地安装在工作平台的开口内，用于支撑塔筒；吊装机构，安装在工作平台上，并包括桁架、由桁架支撑的横梁、安装在横梁上的滑动小车和吊钩；以及提升装置，连接于工作平台和固定着力点之间，用于吊拉所述专用设备，其中，桁架的下端与工作平台铰接，吊装机构还包括倾翻液压缸，该倾翻液压缸的一端铰接至工作平台上，另一端铰接至桁架上，以使吊装机构能够倾翻。 

工作平台的第一部分和第二部分具有彼此相对的凸缘，在凸缘上形成有孔，从而通过螺栓或销连接第一部分和第二部分。 

所述提升装置可包括：吊环，安装在机舱内或机舱顶部；旋转滚筒，安装在工作平台上；钢丝绳，其一端连接到吊环上，另一端缠绕于旋转滚筒上；滑轮组件，安装在塔筒上，位于机舱的下方，其中，当旋转滚筒被驱动而旋转时，所述专用设备被拉升或降下。 

所述提升装置可包括：吊环，安装在邻近风力发电机的支撑装置上；旋转滚筒，安装在工作平台上；钢丝绳，其一端连接到吊环上，另一端缠绕于旋转滚筒上；滑轮组件，安装在塔筒上，位于机舱的下方，其中，当旋转滚筒被驱动而旋转时，所述专用设备被拉升或降下。 

所述提升装置还可包括电动机，该电动机可放置在工作平台上，用于驱动旋转滚筒。 

所述吊装机构相对于竖直方向能够倾翻的角度在60度的范围内。 

所述风力发电机部件更换专用设备还可包括配重机构，以使塔筒的受力均衡。 

所述工作平台可以为至少一层的结构，其中，当工作平台包括两层或更多层时，各层之间由立柱连接。 

所述工作平台中的每层上都安装有所述锁紧装置，其中，在所述工作平台中的每层上安装的所述锁紧装置包括相对于塔筒对称地布置的至少两组支撑组件，每组支撑组件包括支撑板和伸缩机构，伸缩机构安装在支撑板和平台之间，用于控制支撑板的伸缩。 

所述伸缩机构可包括支撑液压缸，支撑液压缸的一端与工作平台连接，另一端与支撑板连接。 

所述支撑板的形状可与塔筒的上部的固定所述专用设备的位置的形状一致。 

在所述工作平台中的每层上安装的所述锁紧装置可包括相对于塔筒对称地布置的四组支撑组件，每组支撑组件包括两个支撑液压缸，每个支撑液压缸的一端与工作平台的每层连接，另一端与支撑板连接。 

所述锁紧装置还可包括设置在支撑板的面对塔筒的表面上的缓冲部件，其中，所述缓冲部件由高摩擦系数材料制成。 

所述滑轮组件可安装在机舱底座吊物孔上方。 

所述缓冲部件可由石棉、尼龙或橡胶制成。 

所述支撑装置可以是海上或陆地运输装置。 

本发明的另一方面在于提供一种利用专用设备更换风力发电机部件的方法，包括如下步骤：利用吊运装置将工作平台的第一部分和第二部分放置在接近风力发电机的塔筒的支撑装置上，并使第一部分和第二部分一起环绕塔筒；用螺栓或销将第一部分和第二部分互相连接，使锁紧装置和塔筒保持一定距离；装配吊装机构，并使倾翻液压缸缩回，以使吊装机构相对于塔筒处于倾斜的状态；将滑轮组件提升并安装于机舱底座吊物孔上方；将提升机装置的旋转滚筒上的钢丝绳穿入滑轮组，并连接至吊环；缓慢提升专用设备至塔筒的上方；调节锁紧装置，以实现专用装置和塔筒之间的锁紧；调节倾翻液压缸，使吊装机构转动到竖直方向，以进行风力发电机部件的吊运；在吊装完成后，缩回倾翻液压缸，以使吊装机构倾翻一定的角度，使所述专用设备在下放过程中不与风力发电机的机头互相干涉；松开抱紧塔筒的锁紧装置，利用提升装置下放所述专用设备；拆开工作平台，将其吊运并复位到船舶或地面运输装置上。 

所述方法还可包括在调节锁紧装置之前在塔筒内的被锁紧位置安装水平布置的支撑机构。 

所述支撑机构可包括互相垂直的上梁和下梁以及连接上梁和下梁的销。 

所述上梁和下梁均可包括借助液压缸伸缩的端部，端部的形状与塔筒的被锁紧的位置的形状一致。 

所述支撑装置可以是风力发电机的基础平台。 

所述支撑装置可以是搭建于风力发电机的基础平台上方的支撑框架。 

所述支撑框架可通过悬臂与船舶连接或通过立柱与风力发电机的基础平台连接。 

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其它目的和特点将会变得更加清楚，其中： 

图1是示出海上风力发电机的整体构造的示意图； 

图2是示出根据本发明的实施例的专用设备的立体图； 

图3是示出根据本发明的实施例的未安装吊装机构的横梁的专用设备的俯视图； 

图4是示出根据本发明的专用设备安装在塔筒的底部的示意图； 

图5是示出根据本发明的专用设备安装在塔筒的顶部的示意图。 

图6是示出安装在塔筒内的支撑机构的俯视图； 

图7是示出安装在塔筒内的支撑机构的侧视图。 

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。 

如图2-3所示，根据本发明的示例性实施例的风力发电机部件更换专用设备100主要包括：工作平台10，包括互相连接的第一部分11和第二部分12，在工作平台10的中央形成有圆形开口；吊装机构20，安装工作平台10的上表面上，主要包括桁架21、横梁23、滑动小车24和吊钩(未示出)等；锁紧装置30，安装在工作平台的圆形开口内，包括对称地布置的至少两组支撑组件，从而锁紧装置30能够抱紧风力发电机的塔筒2；提升装置40，与工作平台10和固定着力点连接，用于提升工作平台10、吊装机构20、锁紧装置30等。 

当根据本发明的示例性实施例的风力发电机部件更换专用设备100被提升装置40提升至风力发电机的顶部时，锁紧机构30可抱紧风力发电机的塔筒2，此时可利用吊装机构20吊装待安装或更换的部件。 

下面将详细描述根据本发明的示例性实施例的风力发电机部件更换专用设备100的详细结构。 

如图2和图3所示，第一部分11和第二部分12的形状可彼此对称，并且在其互相结合的部分分别形成彼此相对的凸缘13、14，其中，在凸缘13和14上形成有孔，从而通过销或螺栓将第一部分11和第二部分12可拆卸地连接在一起，以构成工作平台10。在使用根据本发明的实施例的风力发电机部件更换专用设备100更换风力发电机的部件之前，可将第一部分11和第二部分12分别吊装在风力发电机的两侧，并使第一部分11和第二部分12环绕塔筒2的下部。通过在风力发电机的基础平台上将第一部分11和第二部分12连接在一起构成工作平台10，然后可将工作平台10连同其上的吊装机构20提升至塔筒2顶端以用作吊装时的工作平台。 

如图2至图5所示，第一部分11和第二部分12可为二层结构或更多层的结构，以增加锁紧装置30与塔筒2的接触面积。当工作平台10包括两层或更多层时，各层之间由立柱连接，而锁紧装置30可被安装在工作平台10中的每层上。具体地讲，在所述工作平台中的每层上安装的锁紧装置30包括相对于塔筒2对称地布置的至少两组支撑组件，每组支撑组件包括伸缩机构31和支撑板32，伸缩机构31安装在支撑板32和平台10之间，用于控制支撑板31相对于塔筒2的伸缩。优选地，伸缩机构31可以为液压缸、气压缸。然而，伸缩机构31不限于此，本领域技术人员也可考虑选用螺纹丝杆机构、连杆机构、齿轮齿条机构等其他能够产生直线运动的各种机构，以使支撑板32能够抱紧塔筒。优选地，在工作平台10的每层上可布置4组支撑组件，每组支撑组件可包括两个支撑液压缸。 

优选地，支撑板32的形状与塔筒上的固定专用设备100的位置处的形状一致，以增大锁紧装置30和塔筒2之间的接触面积，从而加大两者之间摩擦力和抱紧力。 

另外，锁紧装置30还可包括缓冲部件，缓冲部件可设置在支撑板32的面对塔筒2的表面上。所述缓冲部件可由例如石棉、尼龙或橡胶等的高摩擦系数材料制成。通过提高锁紧装置30和塔筒2之间的摩擦系数，可进一步加大两者之间摩擦力和抱紧力。 

下面将结合图4至图7描述吊装机构20和提升机构40。 

桁架21可包括分别安装到与工作平台10的两部分上的两个桁架，每个桁架21的下端与工作平台10铰接，横梁23可拆卸地安装在两个桁架21的顶端，用于支撑滑动小车24和吊钩(为示出)的运动。由于吊装机构20的 横梁23需架设于风力发电机机舱3的上方才能进行吊装操作，因此，在根据本发明的示例性实施例的风力发电机部件安装/更换专用设备100的提升过程中，吊装机构20会与风力发电机的机舱3、发电机4或叶片5发生碰撞。为了解决这一问题，吊装机构20还包括倾翻液压缸22，该倾翻液压缸22的一端铰接至工作平台上，另一端铰接至桁架21上，以使吊装机构20能够倾翻。在将工作平台10和吊装机构20环绕塔筒2的底部安装时，倾翻液压缸22可处于缩回的初始状态，以使桁架21倾斜，从而吊装机构20相对于工作平台10处于倾斜的状态。可以在这种状态下将根据本发明的示例性实施例的风力发电机部件更换专用设备100提升至塔筒的顶端，在此过程中，吊装机构20不会与风力发电机的机舱3、发电机4或叶片5发生碰撞。在将专用设备100提升到位后，控制倾翻液压缸22伸出，以支撑桁架21相对于工作平台10处于竖直位置，从而实现根据本发明的示例性实施例的风力发电机部件更换专用设备100的工作状态。 

优选地，倾翻液压缸22可控制吊装机构相对于竖直方向(即，塔筒的延伸方向)能够在60度的角度范围内倾翻。 

提升装置40用于提升根据本发明的示例性实施例的风力发电机部件更换专用设备100，主要包括吊环41、旋转滚筒(未示出)和滑轮组件。优选地，吊环可安装在风力发电机的机舱3内或机舱顶部，旋转滚筒可安装在工作平台10上，钢丝绳42的一端连接到吊环上，钢丝绳42的另一端缠绕于旋转滚筒上。滑轮组件可安装在塔筒2上，位于机舱的下方，以支撑钢丝绳42的运动。在图2至图5中的实施例中，示出了吊环41被安在工作平台10上，旋转滚筒被安装于机舱3内。所述提升装置还可包括用于驱动旋转滚筒的电动机，该电动机可放置在工作平台10上。当旋转滚筒被驱动而旋转时，所述工作平台、锁紧装置和吊装机构通过提升装置40被拉升或降下。根据上述构造的提升装置，可减少对大型拖船或地面运输装置的依赖，节省成本。 

然而，本发明不限于此，吊环可安装在邻近风力发电机的外部支撑装置上，旋转滚筒可安装在工作平台上。所述支撑装置可以是海上或陆地运输装置等。 

此外，所述风力发电机部件更换专用设备100还可包括配重机构，以使塔筒的受力均衡，减少对塔筒的损坏。 

下面将参照附图4-7详细描述利用根据本发明的实施例的风力发电机部 件更换专用设备100安装或更换风力发电机的部件的方法。 

首先，清除风力发电机的基础平台上的杂物，以使基础平台保持平整清洁； 

然后，利用船舶或地面运输装置上自带的吊机将专用设备的第一部分11和第二部分12放置在基础平台上，并使第一部分11和第二部分12一起环绕塔筒； 

用螺栓或销将专用设备的两部分互相连接，使锁紧机构30的伸缩机构(例如，液压缸)处于缩回状态，以使支撑板31和塔筒2保持一定的距离(例如，200mm左右)； 

安装吊装机构20，并使吊装机构20相对于塔筒2处于倾斜的状态； 

利用提升机构吊装滑轮组件并将滑轮组件安装于机舱底座吊物孔上方； 

利用提升机装置40的旋转滚筒上的钢丝绳穿入滑轮组，并连接至吊环41； 

缓慢提升专用设备100至塔筒2的上方； 

通过操作伸缩机构31来调节专用装置内部的支撑板32的位置，以锁紧专用设备和塔筒； 

调节倾翻液压缸22，使吊装机构20转动到竖直方向，进行风力发电机部件的吊运； 

在吊装完成后，缩回倾翻液压缸22，以使吊装机构20倾翻一定的角度，使其在下放过程中不与机舱互相干涉； 

松开抱紧塔筒2的锁紧装置，利用绳索下放，同上升的过程 

拆开工作平台，吊运复位到船舶或地面运输装置上。 

在工作平台的强度不够的情况下，也可另外设置用来放置风力发电机部件更换专用设备100的支撑框架。该支撑框架可以有两种设置方式：一种是在基础平台上方至少1.5米的高度设置支撑框架，通过立柱和基础平台连接，专用工装设备放置在该支撑框架上；第二种是在船舶上设置悬臂框架，使其位于基础平台上面至少1.5米，专用工装设备放置在该支撑框架上。 

在吊运风力发电机的部件的过程中，可根据具体需要吊运的部件的位置不同而转动门式吊装机构，以顺利地起吊风力发电机部件，进行更换或安装。 

此外，在本发明的安装或更换风力发电机部件的方法中，由于需对塔筒进行抱紧，会对塔筒产生较大的横向力。不同项目塔筒的横向承载能力不同， 经过有效分析，可计算出不同塔筒自身可以承受的更换吊装作业的最大载荷。当吊装作业超出最大载荷时，为了避免塔筒发生屈曲，可考虑在塔筒被抱紧的位置处增加内支撑机构。如图6和7所示，支撑机构200主要包括上梁210、下梁220和销230，其中，上梁210和下梁220水平垂直地布置，而销230竖直地穿过上梁210和下梁220互相交叉的部分，以将上梁210和下梁220连接在一起。优选地，上梁210和下梁220均具有一个或两个可伸缩的端部，优选地，上梁210和下梁220端部的形状与塔筒2的形状对应。优选地，上梁210和下梁220的内部安装有液压缸或气压缸，以实现其端部的伸缩。 

下面介绍在塔筒内安装支撑机构的方法。 

在专用装置100安装就位完成后，利用塔筒2内部的绳索在塔筒内吊运支撑机构200，此时可保持支撑机构200的上梁210和下梁220上下重合； 

将支撑机构200吊装到塔筒2被抱紧部位的平台上，并使支撑机构200的上梁210和下梁220水平地互相垂直，并用销230将上梁210和下梁220锁紧； 

利用支撑机构200内部的液压缸伸长，将其固定在塔筒2的内壁上； 

在部件吊装结束后，将支撑机构200内部的液压油或气压缸缩回，将其放置在塔筒被抱紧部位的平台上，将上下梁上下重合，利用绳索吊下支撑机构。 

通过上述描述清楚的是，根据本发明的实施例的专用装置设备可以自安装至风力发电机顶部，而不用借助大型吊装设备。 

根据本发明的安装方法只需要对风力发电机组改动很少，通用性强，可以适用于多数厂家的风力发电机组。本发明的安装方法可靠性高，易于操作实施。本发明能大幅降低海上风力发电机部件的安装和更换成本，具有显著的经济效益。 

本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。 

Claims (7)

1.一种利用专用设备更换风力发电机部件的方法，所述专用设备包括：工作平台，包括可拆卸地连接的第一部分和第二部分，工作平台的内部形成环绕风力发电机的塔筒的开口；锁紧装置，可伸缩地安装在工作平台的开口内，用于支撑塔筒；吊装机构，安装在工作平台上，并包括桁架、由桁架支撑的横梁、安装在横梁上的滑动小车和吊钩；以及提升装置，连接于工作平台和固定着力点之间，用于吊拉所述专用设备，其中，桁架的下端与工作平台铰接，吊装机构还包括倾翻液压缸，该倾翻液压缸的一端铰接至工作平台上，另一端铰接至桁架上，以使吊装机构能够倾翻，

其中，所述方法包括如下步骤：

利用吊运装置将工作平台的第一部分和第二部分放置在接近风力发电机的塔筒的支撑框架上，并使第一部分和第二部分一起环绕塔筒；

用螺栓或销将第一部分和第二部分互相连接，使锁紧装置和塔筒保持一定距离；

装配吊装机构，并使倾翻液压缸缩回，以使吊装机构相对于塔筒处于倾斜的状态；

将提升装置的滑轮组件提升并安装于机舱底座吊物孔上方；

将提升机装置的旋转滚筒上的钢丝绳穿入滑轮组件，并连接至吊环；

缓慢提升专用设备至塔筒的上方；

调节锁紧装置，以实现专用设备和塔筒之间的锁紧；

调节倾翻液压缸，使吊装机构转动到竖直方向，以进行风力发电机部件的吊运；

在吊运完成后，缩回倾翻液压缸，以使吊装机构倾翻一定的角度，从而使所述专用设备在下放过程中不与风力发电机的机头互相干涉；

松开抱紧塔筒的锁紧装置，利用提升装置下放所述专用设备；

拆开工作平台，将其吊运并复位到船舶或地面运输装置上。

2.如权利要求1所述的更换风力发电机部件的方法，还包括在调节锁紧装置之前在塔筒内的被锁紧位置安装水平布置的支撑机构。

3.如权利要求2所述的更换风力发电机部件的方法，其中，所述支撑机构包括互相垂直的上梁和下梁以及连接上梁和下梁的销。

4.如权利要求3所述的更换风力发电机部件的方法，其中，所述上梁和下梁均包括借助液压缸伸缩的端部，端部的形状与塔筒的被锁紧的位置的形状一致。

5.如权利要求1所述的更换风力发电机部件的方法，其中，所述支撑框架是风力发电机的基础平台。

6.如权利要求1所述的更换风力发电机部件的方法，其中，所述支撑框架搭建于风力发电机的基础平台上方。

7.如权利要求6所述的更换风力发电机部件的方法，其中，所述支撑框架通过悬臂与船舶连接或通过立柱与风力发电机的基础平台连接。

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