CN103026060A - 用于操纵风力涡轮机塔架段的系统及方法 - Google Patents

Abstract

用于操纵风力涡轮机塔架段的系统和方法通常包括在大致水平定向上支承塔架段的端部的固定装置。所述固定装置包括多个适配器孔。相应数量的插入件被定位在适配器孔内。插入件中的每一个都包括至少一个螺栓孔，在插入件定位在相对应的适配器孔中时，所述螺栓孔与塔架段的法兰中的螺栓孔相对准。这允许通过将插入件螺栓连接至法兰而将固定装置紧固至塔架段。然后，固定装置可被用作一个存储支脚，提升点，至卡车、轨道车、或船只上的捆绑点，或以其他的方式来操纵塔架段。

Description

用于操纵风力涡轮机塔架段的系统及方法

发明领域

本发明涉及对风力涡轮机部件的操纵，并且更具体的是涉及用于操纵风力涡轮机塔架段的系统及方法。

背景技术

风力涡轮机已被长期用于将风的动能转化为驱动发电机的机械能，由此产生电能。随着时间的推移，由于渴望捕获更多可供使用的风能，使得这些机器的总体尺寸出现了显著增加。尽管如此，由于风力条件、地域限制，或其他限制因素，仍然有更适用小型风力涡轮机的站点。结果，现在风力涡轮机尺寸存在巨大差异，这使得操纵它们的部件非常具有挑战性，特别是在运输和存储方面。

例如，许多风力涡轮机塔架是由轧钢的环形段组装而成。这些环形段在工厂被焊接在一起，以形成圆筒形或圆锥形的管。然后管状段被运送到预期的风力涡轮机站点，并通过设置于其端部的法兰连接件联结在一起。这些部件大小的变化取决于正被建造的特定塔架的大小以及它们在该塔架中的位置。例如，直径的范围可以是大约2到5米。此外，预期的站点往往远离建造塔架的工厂，这意味着在到达站点之前，塔架段常常要被操纵数次。该操纵可以是从运输车辆卸载到存储地（或与之相反），可以是从一种运输形式转换为另一种运输形式（例如，陆地到海洋）等。

WO2007/093854公开了一种解决方案来应对这些挑战。该解决方案包括具有固定装置（“支脚”）的塔架堆叠系统，所述固定装置在制造站点可被安装至塔架段的端部。该固定装置可以保持固定到所述塔架段，直到到达安装风力涡轮机的站点，从而为沿途各种操纵步骤提供便利。为了适应塔架段的不同尺寸，固定装置包含有倾斜面以便在塔架段放置其上时朝向固定装置的中心引导塔架段。锁定元件可竖直移动以相对于倾斜面来匹配塔架的法兰的静止位置（resting place）。中心锁定元件每一侧上的锁定元件也是可调节的，以匹配塔架的法兰。最终每一个锁定元件都紧固至塔架的法兰。

申请WO2007/093854中的锁定元件以圆盘状的元件被示出，其运动由固定装置中的狭槽引导。在穿过锁定元件的孔与塔架段的法兰中的螺栓孔对准时，每个锁定元件都可通过螺栓连接至塔架段。但是，在申请WO2007/093854中还提及使用夹具来连接至塔架段的可能性。事实上，2010/012280公开了体现这一原理的一个实施例。该申请中的锁定元件是夹紧塔架的法兰的可移动夹具。

虽然这种类型的解决方案由于某些原因已被证明是令人满意的，但是风力涡轮机制造商们仍在寻求新的方法来解决上述挑战，以进一步提高操纵性，并降低成本。

发明内容

下面对用于操纵风力涡轮机塔架段的系统进行描述。该系统总体上包括固定装置，该固定装置具有基部、抵接部、以及适配器孔。基部被构造成将固定装置稳固在表面上。抵接部从基部向上延伸，并且被构造成面向塔架段的端部。适配器孔延伸穿过抵接部。该系统还包括多个定位并保持在多个适配器孔中的插入件。插入件中的每一个包括一个或多个螺栓孔，所述螺栓孔沿与在塔架段的端部上的螺栓孔的曲率半径相对应的曲率半径布置。以这种方式，插入件中的螺栓孔被构造成与塔架段的法兰中的螺栓孔相对准，使得固定装置可通过螺栓连接至塔架段的端部。

采用这样的结构，该系统可以很容易地用于操纵各种尺寸的塔架段而无需重大的结构重组。所有所需要的只是具有沿着不同的曲率半径布置的螺栓孔的不同组的插入件。不同组的插入件也可以具有不同的螺栓孔图案，例如单行和双行的螺栓孔，以进一步适应不同的法兰设计。

同样对使用这种系统的方法进行描述。在通常情况下，该方法包括：将塔架段在大致水平定向上定位，并且将来自该系统的第一固定装置抵靠塔架段的第一端定位。然后，适当数量的插入件被定位在第一固定装置的适配器孔中。如上所述，插入件的选择使得它们每一个都包括与塔架段的法兰中的螺栓孔相对准的一个或多个螺栓孔。最后，通过将适配器螺栓连接至法兰，该第一固定装置被紧固至所述塔架段的第一端。第二固定装置可以以类似的方式紧固到所述塔架段的第二端。

这样的系统和方法可便于所有类型的操纵操作（运输、储存等）。该系统甚至可能在制造塔架段的工厂被紧固至塔架段，并且不被移除直到塔架段位于进行安装的预定站点。该系统允许在不使塔架段损坏或变形的情况下执行所有必要的操作。

在一个特定的方面或实施例中，该系统包括额外的部件，以实现“顶升”系统的功能。与每个固定装置相关联的额外部件是紧固到固定装置的第一侧和第二侧的第一托架和第二托架，并且第一提升装置和第二提升装置紧固至相应的第一托架和第二托架。每一个提升装置都具有液压缸。因此，当第一固定装置和第二固定装置被紧固至塔架段并且设置有这些额外部件时，该提升装置可在保持塔架段处于水平定向的同时被操作以升高塔架段。这使得塔架段可以很容易地被装载到拖车（例如卡车）或从拖车上卸载，因为有可能在塔架段已被升高之后移动拖车到塔架段下方（装载时）或从塔架段下方移出（卸载时）。该拖车甚至可以经由位于一个固定装置的第一提升装置和第二提升装置之间的空间被移动。

系统的这些提高的能力与其它方面和优点一起，将在下面进一步地进行详细描述。

附图说明

图1是用于操纵风力涡轮机塔架的系统的一个实施例的透视图。

图2是在图1的系统中所使用的固定装置的透视图。

图3是图1中圈出的一个区域的放大图。

图4是图1中圈出的另一个区域的放大图。

图5是示出了与提升吊索一起使用的图1的系统的透视图。

图5A是图5中圈出的区域的放大图。

图5B是更详细示出了图5和5A中的提升螺栓的透视图。

图6是示出用作顶升系统的图1中的系统的一部分的透视图。

图7是用于操纵风力涡轮机塔架的系统的另一个实施例的正视图。

具体实施方式

图1示出了用于操纵风力涡轮机塔架的系统10的一个实施例。在通常情况下，系统10包括用于将塔架段14支承在表面上的一个或多个固定装置12（或“支脚”），以及用于帮助将固定装置12紧固至塔架段14的插入件16。系统10的这些部件和额外能力将在下面进行进一步的详细描述。塔架段14的详细信息也将被描述，但仅仅出于介绍背景技术的目的，因为系统10可被用于操纵其它塔架段和其他类型的塔架。

塔架段14被示出为管状钢制塔架的底段。这种塔架段可由焊接在一起的几个钢环18构造而成，其中一个钢环包括门20。具有螺栓孔24的法兰22被设置在塔架段14的第一端26和第二端28上，以便与其它塔架段或机座相附接。在这个实施例中，塔架段14是略显圆锥形的，这样使得位于第一端26上的法兰22沿第一曲率半径延伸，并且位于第二端28上的法兰22沿第二曲率半径延伸。替代地，塔架段14是圆柱状，其中两个法兰22沿着类似的曲率半径延伸。

参照图2，示出了固定装置12中的一个固定装置。每个固定装置12都具有基部34、从基部34向上延伸的抵接部36、以及穿过抵接部36延伸的多个适配器孔38。基部34和抵接部36由焊接在一起以限定所需结构的金属（例如钢）片构造而成。替代地，固定装置12可以由金属（例如，铁）铸造而成，使得基部34和抵接部36形成在一起。三个适配器孔38被示出在抵接部36中：中心适配器孔和两个外侧适配器孔。每个适配器孔38的一侧上具有凹陷部40，从而在相对侧上形成肩台部或唇缘部42。

如图2-4中所示，插入件16被定位并保持在适配器孔38内。这可以通过将插入件16设计成具有与适配器孔38相对应的几何形状来实现。特别地，每个插入件16都有扩大部48，该扩大部48被相对应的适配器孔38的凹陷部40所接收。于是，该适配器孔38的肩台部42防止插入件16在定位时被推动或拉动穿过固定装置12的一侧。通过将适配器孔38和插入件16设计成其他的形状，例如锥形，可以实现相同的效果。替代地或附加地，通过利用常规的紧固件（例如螺栓、夹具、插销）将插入件16分离地紧固至固定装置12，插入件16可以被保持在适配器孔38中。

当插入件16被定位在适配器孔38中时，每一个插入件16都包括一个或多个螺栓孔52，所述螺栓孔52沿着与法兰22中的一个法兰的曲率半径（在螺栓孔24处测量）相对应的曲率半径布置。因此，螺栓孔52沿着上述的第一或第二曲率半径布置。螺栓孔52之间的间距也与螺栓孔24之间的间距相对应。曲率和间距的匹配使得螺栓孔52能够与螺栓孔24相对准，使得固定装置12可经由延伸穿过插入件16的螺栓54紧固至法兰22。

因此，在使用中，使用用于操纵这样的部件的起重机或其它常规设备将塔架段14定位在水平定向上。第一固定装置12利用与法兰22相接触的抵接部38以及与法兰22间隔开的基部36而抵靠第一端26定位。如果还没有执行，那么具有沿第一曲率半径布置的螺栓孔52的插入件16被定位且保持在适配器孔38中。然后，固定装置12通过将插入件16螺栓连接至法兰22而被紧固至塔架段14。如果需要，这些最后的几个步骤也可先进行（即，在使塔架段14水平定位之前）。该过程也可以被重复进行，以将第二固定装置12紧固至塔架段14的第二端28，但这通过使用具有沿第二曲率半径布置的螺栓孔52的插入件16实现。

可以理解的是，系统10提供了超过一个能将固定装置紧固至风力涡轮机塔架段的简单方式。适应不同插入件16的能力使得系统10能够被用于各种尺寸的塔架段而无需重大的结构重组。事实上，系统10可包括具有类似形状但是具有沿不同曲率半径布置的螺栓孔的多个插入件。单独的操纵塔架段于是可以根据塔架段的尺寸选择插入件组。因此，所选择的插入件组具有螺栓孔，该螺栓孔沿与所选择的插入件组将紧固到其上的塔架段的法兰中的螺栓孔的曲率半径相对应的曲率半径布置。

系统10的设计本身具有额外的好处。特别地，系统10提供了上述的灵活性，而无需在固定装置12中整合可调节的锁定元件。结果是可以经济地生产的可靠的、简化的结构。

此外，系统10的部件可以被构造成便于操纵。例如，该固定装置12和插入件16可以由具有不同密度的材料构造而成。较重的、更坚固的材料可以被用于固定装置12，因为它们通常使用提升设备来操纵。另一方面，更轻的材料可用于插入件16，使得它们能够被工人提升和定位而无需额外的设备。在一个具体的实施例中，固定装置12可以由钢或铁构造而成，而插入件16可以由铝构造而成。对于固定装置12和插入件16使用不同的材料能够使得系统10的性能（例如承受的载荷）和操纵都得到优化。

然而，系统10的另一个优点涉及固定装置12如何能够用作其他操纵设备的接口。如图2所示，固定装置12可包含被构造成接收叉车的叉（图中未示出）的狭槽60。一对狭槽60被示出，其中每一个狭槽60在基部36的正上方延伸穿过抵接部38。额外的框架62可以设置在基部36上以增加狭槽60的长度。在叉车的叉插入穿过狭槽60之后，叉车可被用于提升固定装置12。当操纵固定装置本身时或当操作具有固定装置的塔架段时（即，在固定装置12被紧固至塔架段之后），可以这样做。

图5、5A和5B示出了固定装置12中的一个，其与吊索70（在这个特定的例子中为索环吊索）一起使用。在附图中使用相同的附图标记来表示与那些已经讨论过的元件相对应的元件。为了适应吊索70，提升螺栓72被紧固在抵接部38的不同位置。吊索70通过提升螺栓72上的圆环74被包裹，然后钩上或以其他方式紧固至提升部件（未示出），如起重机的钩。当吊索70同时与提升螺栓72和起重部件相接合时，塔架段14的第一端26通过吊索70被升高。卸扣76和/或其他附接装置也可以被设置在固定装置12上，以便于在固定装置12未紧固至塔架段14上时利用吊索、绳索、链条等操纵。卸扣76也可以用作捆绑点，使得固定装置12可被系至拖车、轨道车、船只等。

在图6中，系统10包括额外的部件，以起到“顶升”系统的功能。只有一个固定装置12被示出，但下面的描述也同样可适用于未示出的塔架段的端部上的其他固定装置。考虑到这一点，额外部件是紧固至固定装置12的第一侧84和第二侧86的第一托架80和第二托架82。第一提升装置90和第二提升装置92被紧固至相应的第一托架80和第二托架82。提升装置90、92每一个都包括可以被操作成相对于放置有固定装置12的表面竖直地移动固定装置12（并因此竖直地移动塔架段14的第一端26）的液压缸。

当两个固定装置12都包含这些顶升部件时，塔架段14的第一端26和第二端28可以同时被升高。当向一个升高的表面，如卡车的拖车，装载或从其卸载塔架段14时，这可能是特别有利的。事实上，第一托架80和第二托架82可以被设计成使得在第一提升装置90和第二提升装置92之间的空间大于拖车的宽度。如果装载到拖车上，那么塔架段14可以被升高，直到拖车能够在提升装置90、92之间并且在塔架段14的下方移动，然后将所述塔架段14降低到拖车上。当卸载塔架段14时，这些步骤可以以相反顺序发生。也就是说，塔架段14可通过提升装置90、92被略微升高而高于拖车，从而使拖车能够经由提升装置90、92之间的空间从塔架段14的下方移出。因此，塔架段14可以被装载和卸载，而无需使用起重机或其它大型、昂贵的提升设备。类似的操作可以关于轨道车实施。因此，如在此所使用的，术语“拖车”指的是不同类型的可移动滑架/车辆。

上文所提及的叉车、索环吊索和顶升系统只是系统10如何能够容纳不同类型的操纵设备和操作的例子。这种灵活性减少了固定装置12需要被紧固至塔架段的次数。事实上，如果需要的话，固定装置12可以在工厂被紧固至塔架段，并且在整个的运输和操纵步骤中保持附接。在不对塔架段造成损坏或变形的情况下，可以实施所有必要的操作。系统10能够在所有类型的天气状况下保持其功能性。有利的是，固定装置12以这样的方式被紧固，即如果需要时仍然允许接近塔架段，但在不需要接近时，不妨碍将盖放置在塔架段的端部上。

对于本领域技术人员而言，系统10的其他的示例、修改和优点在风力涡轮机部件的操纵中将会是易于显而易见的。例如，虽然所示出的法兰22的每一个都包括单排螺栓孔24，图7示出系统10如何也可以被用来操纵带有具有两排螺栓孔104的法兰102的塔架段100。不同组的插入件16可以简单地被使用。如同所示出的，插入件16中的一个或多个插入件可以具有与螺栓孔104的曲率半径相匹配的曲率半径的两排螺栓孔52。

记住了这种和其他的变化，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的情况下，可以与所公开的实施例的细节不同。

Claims (20)

1.一种用于操纵风力涡轮机塔架的方法，包括：

将塔架段定位在水平定向上，所述塔架段具有第一端，所述第一端具有沿曲率半径延伸的法兰和穿过所述法兰的螺栓孔；

将第一固定装置抵靠所述塔架段的第一端定位，所述第一固定装置具有基部、从所述基部向上延伸且在定位时面向所述塔架段的第一端的抵接部、以及穿过所述抵接部延伸的多个适配器孔；

将插入件定位并保持在所述多个适配器孔中，当定位在相对应的适配器孔中时，所述插入件每一个都包括沿第一曲率半径布置的一个或多个螺栓孔，所述第一曲率半径与所述塔架段的法兰上的所述螺栓孔的曲率半径相对应；以及

通过将所述插入件螺栓连接至所述法兰，将所述第一固定装置紧固至所述塔架段的第一端。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述塔架段定位在所述水平定向上之后，所述第一固定装置抵靠所述塔架段的第一端定位。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在将所述第一固定装置抵靠所述塔架段的第一端定位之前，所述插入件被定位在所述多个适配器孔中。

4.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于，所述第一固定装置被成形成将所述插入件保持在所述多个适配器孔中。

5.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

提供多个插入件，所述多个插入件具有类似形状，但具有沿不同的曲率半径布置的螺栓孔；以及

从所述多个插入件中选择第一组插入件，其中，所述第一组插入件中的插入件具有沿所述第一曲率半径布置的螺栓孔，并且所述第一组插入件中的插入件用于将所述第一固定装置紧固至所述塔架段的第一端。

6.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

将提升螺栓紧固至所述第一固定装置；

将吊索与所述提升螺栓接合；以及

利用所述吊索提升所述塔架段的第一端。

7.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

将叉式提升机的叉插入穿过设置在所述第一固定装置中的狭槽；以及

利用所述叉式提升机提升所述塔架段的第一端。

8.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

抵靠所述塔架段的第二端定位第二固定装置，所述第二固定装置具有与所述第一固定装置相类似的结构，并且所述塔架段的第二端具有带螺栓孔的法兰；

将插入件定位并保持在所述第二固定装置的多个适配器孔中；以及

通过将相关联的插入件螺栓连接至所述第二端的法兰而将所述第二固定装置紧固至所述塔架段的第二端。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述塔架段是圆锥形的，并且用于将所述第二固定装置紧固至所述塔架段的所述多个插入件包含沿不同于所述第一曲率半径的第二曲率半径布置的螺栓孔。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

将托架紧固至所述第一固定装置的第一侧和第二侧以及所述第二固定装置的第一侧和第二侧；

将所述托架紧固至包括液压缸的相应的提升装置；以及

操作所述提升装置，以便在保持所述水平定向的同时升高所述塔架段。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

在所述塔架段已被升高之后，经由与所述第一固定装置或所述第二固定装置相关联的所述提升装置之间的空间，将拖车移动至所述塔架段下方；以及

操作所述提升装置以将所述第一固定装置和所述第二固定装置降低到所述拖车上。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

在将所述第一固定装置和所述第二固定装置紧固到所述塔架段上之后，将所述塔架段装载到拖车上；以及

在利用所述提升装置升高所述塔架段之后，经由与所述第一固定装置或所述第二固定装置相关联的所述提升装置之间的空间，将所述拖车从所述塔架段下方移出。

13.一种用于操纵风力涡轮机塔架段的系统，所述塔架段具有第一端，所述第一端带有沿曲率半径延伸的法兰和穿过所述法兰的螺栓孔，所述系统包括：

固定装置，所述固定装置被构造成支承所述塔架段的第一端，所述固定装置具有基部、从所述基部向上延伸且被构造成面向所述塔架段的第一端的抵接部、以及穿过所述抵接部延伸的多个适配器孔；以及

多个插入件，所述多个插入件定位并保持在所述适配器孔内，所述插入件每一个都包括一个或多个螺栓孔，所述螺栓孔沿与所述塔架段的法兰中的所述螺栓孔的曲率半径相对应的第一曲率半径布置，使得所述固定装置被构造成螺栓连接至所述塔架段的第一端。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述固定装置中的适配器孔被成形成防止所述插入件通过所述抵接部的表面。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述适配器孔具有凹陷部，所述凹陷部被构造成远离所述塔架段的第一端面向，所述插入件每一个都具有扩大部，所述扩大部被接收在相对应的适配器孔的凹陷部中。

16.根据权利要求13-15中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：

额外的插入件，所述额外的插入件被构造成定位并保持在所述适配器孔内，所述额外的插入件包括沿不同于所述第一曲率半径的第二曲率半径布置的螺栓孔。

17.根据权利要求13-16中任一项所述的系统，其特征在于，所述固定装置包括具有第一密度的第一材料，并且所述多个插入件包括具有第二密度的第二材料，所述第二密度小于所述第一密度。

18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述固定装置包含钢或铁，并且所述多个插入件包含铝。

19.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：

紧固至所述固定装置的第一侧和第二侧的第一托架和第二托架；

分别紧固至所述第一托架和所述第二托架的第一提升装置和第二提升装置；

其中，所述第一提升装置和所述第二提升装置每一个都具有相应的液压缸，所述液压缸被构造成相对于水平表面竖直地移动所述固定装置。

20.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：

风力涡轮机塔架段，所述塔架段具有第一端，所述第一端带有沿第一曲率半径延伸的法兰和穿过所述法兰的螺栓孔。

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