CN103603774B - 一种风电自举升系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风电自举升系统，其包括：多个磁力爬壁车（110），所述磁力爬壁车包括车架（110）、电动机（120）、传动装置（130）、行走机构（140）以及磁力吸盘（150）；电动机固定在所述车架的支撑架上；行走机构为履带式，由链轮、传动链以及多个组成，磁力吸盘包括托架和在所述托架上间隔分布的磁块与弹性块；以及可变径桁架（200），所述可变径桁架与所述磁力爬壁车铰接，所述可变径桁架包括多个端部相连接的交叉臂（210），所述交叉臂的各个交叉点所围成的圆、内部端点所围成的圆及外部端点所围成的圆三圆同心；所述交叉臂包括宽臂（211）和窄臂（212）；在所述交叉臂的内部端点处固定所述磁力导向车。

Description

一种风电自举升系统

技术领域

本发明涉及一种风电自举升系统，具体地说，涉及一种用于在风电机组塔筒壁的竖直方向移动的风电自举升系统。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源越来越受到重视。利用风力发电装置可以将风能转换为电能，风力发电既不需要燃料，也不会产生辐射或空气污染。风力发电所需装置主要包括风轮、发电机组和塔筒。风力带动风轮旋转，将风的动能转换为机械能，发电机组将风轮得到的机械能转换为电能，塔筒是支撑风轮和发电机组的构架，为了获得较大和较均匀的风力，通常，塔筒的材质为钢材，塔筒高度设置为80～100米或超过100米，随着塔筒高度增加，塔筒直径逐渐减小。而且，发电机组发电能力越强，则塔筒所需设置高度越高。由于塔筒的高度，为维护人员在设备维护过程中带来极大的不便。

在进行风电设备维护时，在塔筒内部设有连接塔筒底部和顶部的爬梯，维修人员采用徒手攀爬的方式，不但是对人生理和心理的挑战，而且存在跌落的危险。而装备和零件通过起重机进行吊装，但是由于重物的质量增加和提升高度的增加，吊装精度也相应的降低。而且，随着发电机组大型化的趋势，徒手攀爬以及起重机吊装的方式已经不能满足维护作业的要求。因而，在风电设备的维修过程中，需要一种设备能够把维修人员、装备和零件送达到塔筒的任意指定高度，并安全地带回地面。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风电自举升系统，该风电自举升系统能够沿着钢铁材质的塔筒壁自动爬升，该风电自举升系统的负载能力强，能够将维修人员、装备和零件送达到塔筒的任意高度，而且能够满足塔筒高度和直径的变化。

为实现上述目的，本发明提供一种风电自举升系统，该风电自举升系统包括：多个磁力爬壁车，每个磁力爬壁车能够通过磁力吸附在由钢铁材料制成的塔的塔壁上并能够在塔壁上移动；以及可变径桁架，包括多个相互耦接的交叉臂从而形成环形，每个交叉臂包括两个臂，这两个臂相互交叉并在其中心处相互铰接；在每个交叉臂的一侧，交叉臂中的两个臂的两个端部分别与该侧的相邻的交叉臂的两个臂的两个端部铰接，在每个交叉臂的另一侧，交叉臂的两个臂的另外两端分别与该侧的相邻的交叉臂的两个臂的两个端部铰接；所述多个磁力爬壁车固定在所述可变径桁架上，使得所述多个磁力爬壁车能够带动所述可变径桁架沿着塔壁上下移动，并且，随着塔的直径的变化，所述可变径桁架的直径也相应地改变。

在本发明的一个优选实施例中，各交叉臂的两个臂的各个交叉点处于一个圆上，各个臂在可变径桁架内侧的各个铰接点处于另一圆上，各个臂在可变径桁架外侧的各个铰接点处于另一圆上，这三圆同心。

根据本发明另一个优选实施例的风电自举升系统，在各个臂的在可变径桁架内侧的各个铰接点处固定有磁力导向车，所述磁力导向车具有车轮，能够沿着塔壁滚动，还具有磁块，对钢铁的塔壁具有吸附力。

根据本发明另一个优选实施例的风电自举升系统，所述磁力爬壁车包括车架、以及安装在车架上的电动机、行走机构以及磁力吸盘；所述行走机构为履带式，包括链轮、与链轮啮合的履带，所述电动机驱动所述链轮转动，以带动履带滚动，从而驱动磁力爬壁车沿塔壁爬行；所述磁力吸盘包括托架和在所述托架上的磁块。

根据本发明另一个优选实施例的风电自举升系统，其中，所述托架由导磁材料制作，所述磁块为永磁铁。

根据本发明另一个优选实施例的风电自举升系统，其中，所述磁块包括多个磁块，相邻的所述磁块的磁极相反。

根据本发明另一个优选实施例的风电自举升系统，其中，各所述磁块之间以及磁块和所述托架之间安装有弹性块，所述弹性块的高度大于磁块的高度。

根据本发明另一个优选实施例的风电自举升系统，其中，所述托架内靠近两端的弹性块具有弧形表面。

根据本发明另一个优选实施例的风电自举升系统，其中，所述可变径桁架与所述磁力爬壁车的连接为铰接。

根据本发明另一个优选实施例的风电自举升系统，其中，每个所述交叉臂中的每个臂包括多个平行的弧形板以及将多个弧形板连接起来的连接杆。

根据上面的描述以及实践可知，其一，风电自举升系统的磁力爬壁车依靠磁力吸盘的磁块对塔筒的吸附力以及弹性块与塔筒壁的摩擦力，与风电自举升系统及负载的重力平衡，可以实现风电自举升系统在塔筒竖直方向的运动；其二，可变径桁架的直径可以随着塔筒的外径的改变而改变，采用可变径桁架将多个磁力爬壁车固定为一体，增大了风电自举升系统的负载能力，避免磁力爬壁车两端距离塔筒壁的距离不一致而导致的吸附力下降，而且，可以校正磁力爬壁车的爬升方向。

附图说明

通过下面结合附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1是本发明的一个实施例所述的风电自举升系统的示意图；

图2示出了图1所述的风电自举升系统的磁力爬壁车示意图；

图3示出了图2所述的磁力爬壁车的车架示意图；

图4示出了图2所述的磁力爬壁车的传动装置和行走机构示意图；

图5示出了图2所述的磁力爬壁车的磁力吸盘示意图；

图6示出了图1所述的风电自举升系统的可变径桁架示意图；

图7示出了图6所述的可变径桁架的磁力导向车示意图；

图8是图1所述的风电自举升系统的直径缩小状态的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的风电自举升系统的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和以下描述的实施例在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图是示意性的，不一定按实际比例画出本发明的装置。并且，在各个附图中相同的附图标记表示相同的部分。

图1是本发明的一个实施例所述的风电自举升系统的示意图。图2示出了图1所述的风电自举升系统的磁力爬壁车示意图。图3示出了图2所述的磁力爬壁车的车架示意图。图4示出了图2所述的磁力爬壁车的传动装置和行走机构示意图。图5示出了图2所述的磁力爬壁车的磁力吸盘示意图。

本发明的一个实施例所述的风电自举升系统1000包括磁力爬壁车100（见图2、4）和可变径桁架200（见图6、8）。磁力爬壁车100包括车架110、电动机120、传动装置130、行走机构140以及磁力吸盘150。其中车架110包括多根竖直杆111和连接所述多根竖直杆的多根水平杆112。其中减速装置130包括传动链轮131和传动链132。行走机构140包括链轮141、履带142以及多个磁力吸盘150。

可变径桁架200包括交叉臂210和磁力导向车220，其中交叉臂210包括宽臂211和窄臂212，磁力导向车220包括车架221、车轮222、磁块223和弹性块224。

车架110包括多根竖直杆、多根水平杆、多个固定板和支撑架。在本发明的一个实施例中，车架110包括两根竖直杆111和四根连接竖直杆111的水平杆112，在第一根水平杆112与第二根水平杆122之间设有固定板114，在第三根水平杆112与第四根水平杆112之间设有固定板114、115，固定板114、115的侧壁上均设有多个通孔，第三根水平杆112与第四根水平杆112之间设有支撑架113，支撑架上设有多个通孔。

电动机120固定在车架110上，通常固定在支撑架113上，电动机120带动传动装置130，该传动装置能够降低电动机120的输出转速，以增大电动机120的输出力矩，并将输出力矩传送到行走机构140。在本发明的一个实施例中，传动装置130包括两组相互耦合的传动链。第一级传动链包括作为主动链轮的链轮131和作为从动链轮的链轮133，传动链132将这两链轮131和132耦接，第二级链传动包括作为主动链轮的链轮134和作为从动链轮的外链轮136，传动链135将这两链轮134和136耦接。从动链轮133的直径大于主动链轮131的直径，从动外链轮136的直径大于主动链轮134的直径。第二级主动链轮134直径小于第一级从动链轮133的直径。在一个实施例中，链轮131、133、134、136中的每一个都是成对设置。两个相对的链轮131通过键连接固定在电动机120的输出轴121上，能够随着电动机120的输出轴121的转动而转动，两个相对的链轮133及两个相对的链轮134均通过键连接固定在轴137上，轴137的两端均通过轴承139支撑，轴承139位于法兰138内侧，法兰138通过螺栓连接固定在车架110的固定板115上。

行走机构包括主动链轮141和从动链轮149以及履带142。在本发明的一个实施例中，主动链轮141包括成对设置的两个链轮141，从动链轮149也包括成对设置的两个链轮149。两个链轮141之间设有连接轴，从动装置130的外链轮136设置在链轮141的外侧，链轮141与外链轮136共轴并均通过键连接与轴143固定，轴143的两端均通过轴承144支撑，轴承144位于法兰145内侧，法兰145通过螺栓连接固定在车架110的固定板114上。这样，当电动机120带动外链轮136转动时，外链轮136则带动链轮141转动。

在一个实施例中，所述行走机构的链轮141和149等大，位于同一侧的两个链轮141和149之间设有履带142，链轮141中心处设有通孔，两个相对的的链轮141通过键连接固定在轴143上，轴143的两端均通过轴承144支撑，轴承144位于法兰145内侧，法兰145通过螺栓连接固定在车架110的固定板114上。

如图5所示，磁力吸盘150包括托架151，多个磁块152和多个弹性块（153、154、155）。优选地，托架151由导磁材料制作；磁块152为永磁铁。托架151的两端通过连接片146与履带142连接。在本实施例中，每节履带142连接一个磁力吸盘150，每节履带142均设有连接片146，连接片146上设有通孔，托架151底板两端的通孔与履带142的连接片146上通孔重合，通过螺栓连接固定。在托架151上设有支撑槽，沿着支撑槽的边沿设有弹性块153或弹性条155，可以保护易碎的磁块152，避免碰撞到支撑槽的侧壁。在支撑槽内分布着多个磁块152，相邻的磁块152之间设有高于磁块的弹性块153和弹性块154，其高度差为1～2mm。

优选地，相邻的磁块152的磁极相反。首先，多块磁块152同时使用有助于增大单个磁块152的吸附力；其次，采用绝缘的弹性块置于两个相邻的磁极相反的磁块152之间，异名磁极之间具有较高的磁感线密度，可以提高磁块152的吸附力；最后，磁块152与导磁的托架151之间可以形成磁靴，以增大磁块152的吸附力。优选地，磁块152的形状为立方体，相对于其他形状的磁块，立方体磁块152的单位质量磁铁的吸附力最强。优选地，弹性块153和弹性块154的高度均大于磁块152的高度，其高度差为1～2mm，既不影响磁块152与塔筒壁之间的吸附力，又可以避免磁块152直接吸附在塔筒壁上，以消除磁块152与塔筒壁之间的摩擦带来的影响。优选地，托架151内靠近两端的弹性块153具有弧形表面。托架151内两端的弹性块153与塔筒的圆形表面紧紧贴合在一起，在磁力吸盘150移动过程中，更加适应塔筒的圆柱形表面。在本实施例中，在托架151内放置三块磁块152，相邻的磁块152的磁极相反。磁块152的形状为立方体，其各边边长均为40mm。三个相邻的磁块152之间设有弹性块153和橡胶块154，其高度略高于磁块152高度，其高度差为1～2mm。而且，靠近托架151端部的橡胶块153的顶面以及与其邻近的磁块152的顶面呈圆弧形，使得磁力吸盘150与塔筒壁紧紧贴合在一起。

图6示出了图1所述的风电自举升系统的可变径桁架示意图。图7示出了图6所述的可变径桁架的磁力导向车示意图。图8是图1所述的风电自举升系统的直径缩小状态的示意图。

如图1、6、8所示，可变径桁架200包括多个交叉臂210，各个交叉臂210的端部相互铰接在一起以形成环形。每个交叉臂210包括宽臂211和窄臂212，宽臂211的宽度大于窄臂的宽度，在一个实施例中宽臂211的中央部具有缝隙，使得窄臂212从该缝隙穿过，宽臂211的中心与窄臂212的中心对齐，并且宽臂211与窄臂212在各自的中心处相互铰接，从而使得宽臂211与窄臂212能够绕着穿过宽臂211与窄臂212中心的轴独立地转动。本文所述的“铰接”，是指两个臂在联接在一起后能够各自独立地绕着联接处的轴转动。优选地，宽臂211包括多个平行的平板以及将多个平板连接起来的连接轴；窄臂212包括多个平行的平板以及将多个平板连接起来的连接轴。其中，一个交叉臂210的宽臂211的两端分别与相邻的交叉臂210的窄臂212的端部铰接，使得交叉臂210的宽臂211和邻的交叉臂210的窄臂212能够绕着穿过铰接处的轴线独立地转动；而该交叉臂210的窄臂212的两端分别与相邻的交叉臂210的宽臂211铰接，使得交叉臂210的窄臂212和相邻的交叉臂210的宽臂211能够绕着穿过铰接处的轴线独立地转动。而宽臂211和窄臂212的两端的铰接处以及中心交叉点的铰接处均各自处于不同直径的三个同心圆上，即各个宽臂211和窄臂212的中心交叉点的铰接处位于同一个圆上，各个宽臂211和窄臂212的外侧端部的铰接处位于同一个圆上，且各个宽臂211和窄臂212的内侧端部的铰接处位于同一个圆上。从而由多个交叉臂210构成的环形桁架200的直径可变化，如图8所示。

如图6所示，交叉臂210的内侧铰接点处安装有磁力导向车220。图7示出了根据本发明一个实施例的磁力导向车220的结构示意图。磁力导向车220包括前后两个车架221、4个车轮222、多个磁块223和弹性块224。前面的两个车轮之间设有轴225，后面的两个车轮之间亦设有轴225，轴225穿过车架上的通孔，由一根销轴226连接前后两个车架。在一个实施例中，磁力导向车220通过销轴226被固定在交叉臂210的内侧铰接点处。另外，在车架221下方设有方形槽，在方形槽内间隔分布着磁块223与弹性块224。沿着方形槽的边沿设有弹性块224，可以保护易碎的磁块223。在车架221上设有包括两个平行的弧形板，弧形板上设有轴孔，销轴226从车架221的弧形板的通孔通过，轴孔壁与轴孔垂直的方向上设有通孔，销钉从此通孔穿过起到将销轴226在车架上定位的作用。在本发明的实施例中，方形槽内设有四块磁块223，磁块223之间或磁块223与托架221之间设有弹性块224，相邻的磁块223的磁极相反。磁力爬壁车100的磁力吸盘143的优选实施例同样适合可变径桁架200的磁力导向车220方形槽内的磁块223，在此不再复述。

可变径桁架200与磁力爬壁车100固定。优选地，可变径桁架200与磁力爬壁车100的连接为铰接。在本发明的实施例中，在可变径桁架200上对称安装两个磁力爬壁车100。为了避免磁力爬壁车100的结构影响可变径桁架200的伸缩运动，可以对连接磁力爬壁车100的交叉臂210进行变形处理，宽臂211和窄臂212上的各个连接杆的相对位置保持不变。

下面说明风电自举升系统1000的使用方法。图8是图1所述的风电自举升系统的直径缩小状态的示意图。将可变径桁架200套装在塔筒壁的外侧，塔壁由铁制成。将磁力爬壁车100安装在可变径桁架200上，从而磁力导向车220通过磁力吸附在塔壁上，且保证两个磁力爬壁车100对称安装。驱动磁力爬壁车100带动可变径桁架200在塔筒壁上实现竖直向上运动，随着塔筒壁直径的减小，交叉臂210外侧端部铰接处窄臂和寛臂所成角度逐渐减小，内侧端部所成圆的直径逐渐减小，可变径桁架200开始逐渐收缩。磁力导向车220上的磁力吸盘221提供的吸附力，可以实现可变径桁架200始终贴紧塔筒。当需要返回地面时，磁力爬壁车100带动可变径桁架200爬升至塔筒顶部后，驱动磁力爬壁车100带动可变径桁架200在塔筒壁上实现竖直向下运动，随着塔筒壁直径的增大，交叉臂210外侧端部铰接处窄臂和寛臂所成角度逐渐增大，内侧端部所成圆的直径逐渐增大，可变径桁架200开始逐渐伸展。

根据上面的描述以及实践可知，其一，风电自举升系统的磁力爬壁车依靠磁力吸盘的磁块对塔筒的吸附力以及弹性块与塔筒壁的摩擦力，与风电自举升系统及负载的重力平衡，可以实现风电自举升系统在塔筒竖直方向的运动；其二，可变径桁架的直径可以随着塔筒的外径的改变而改变，采用可变径桁架将多个磁力爬壁车固定为一体，增大了风电自举升系统的负载能力，避免磁力爬壁车两端距离塔筒壁的距离不一致而导致的吸附力下降，而且，可以校正磁力爬壁车的爬升方向。

在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进和变形，都落在本发明的保护范围内，本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好地解释本发明的目的，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种风电自举升系统，包括：

多个磁力爬壁车，每个磁力爬壁车能够通过磁力吸附在由钢铁材料制成的塔的塔壁上并能够在塔壁上移动，其中，所述磁力爬壁车包括车架、以及安装在车架上的电动机、行走机构以及磁力吸盘；所述行走机构为履带式，包括链轮、与链轮啮合的履带，所述电动机驱动所述链轮转动，以带动履带滚动，从而驱动磁力爬壁车沿塔壁爬行；所述磁力吸盘包括托架和在所述托架上的磁块；以及

可变径桁架，包括多个相互耦接的交叉臂从而形成环形，每个交叉臂包括两个臂，这两个臂相互交叉并在其中心处相互铰接；在每个交叉臂的一侧，交叉臂中的两个臂的两个端部分别与该侧的相邻的交叉臂的两个臂的两个端部铰接，在每个交叉臂的另一侧，交叉臂的两个臂的另外两端分别与该侧的相邻的交叉臂的两个臂的两个端部铰接；

所述多个磁力爬壁车固定在所述可变径桁架上，使得所述多个磁力爬壁车能够带动所述可变径桁架沿着塔壁上下移动，并且，随着塔的直径的变化，所述可变径桁架的直径也相应地改变。

2.如权利要求1所述的风电自举升系统，各交叉臂的两个臂的各个交叉点处于一个圆上，各个臂在可变径桁架内侧的各个铰接点处于另一圆上，各个臂在可变径桁架外侧的各个铰接点处于另一圆上，这三圆同心。

3.如权利要求1所述的风电自举升系统，在各个臂的在可变径桁架内侧的各个铰接点处固定有磁力导向车，所述磁力导向车具有车轮，能够沿着塔壁滚动，还具有磁块，对钢铁的塔壁具有吸附力。

4.如权利要求1所述的风电自举升系统，其中，所述托架由导磁材料制作，所述磁块为永磁铁。

5.如权利要求1所述的风电自举升系统，其中，所述磁块包括多个磁块，相邻的所述磁块的磁极相反。

6.如权利要求5所述的风电自举升系统，其中，各所述磁块之间以及磁块和所述托架之间安装有弹性块，所述弹性块的高度大于磁块的高度。

7.如权利要求1所述的风电自举升系统，其中，所述托架内靠近两端的弹性块具有弧形表面。

8.如权利要求1所述的风电自举升系统，其中，所述可变径桁架与所述磁力爬壁车的连接为铰接。

9.如权利要求1所述的风电自举升系统，其中，每个所述交叉臂中的每个臂包括多个平行的弧形板以及将多个弧形板连接起来的连接杆。