CN104444807B - 一种垂直式风力机吊装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直式风力机吊装方法，只使用了普通吊车、卷扬机等常规设备及一些辅助构件即可完成一种大型和巨型垂直轴风力机的安装，摆脱了对巨型吊车的依赖及其对安装高度的限制，可大幅降低安装成本。

Description

一种垂直式风力机吊装方法

技术领域

本发明涉及可再生能源利用技术领域内的风能利用装置领域，尤其涉及一种垂直式风力机吊装方法。

背景技术

目前国内外各种兆瓦级风力机的安装，必须依靠昂贵的巨型移动吊装设备。而这类设备的吊装能力，包括最大吊装重量及最大吊装高度等，也成为制约现有风力机继续做大功率的一个不利因素。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种使大型和巨型风力机的安装摆脱对巨型移动吊装设备的依赖，降低安装成本的垂直式风力机吊装方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种垂直式风力机吊装方法，包括如下步骤：

1)在地面安装风力机塔身的最上段及塔顶的组件；塔顶均匀安装三组以上用于吊装风轮的风轮吊装定滑轮组，风轮吊装定滑轮组上穿绕好风轮吊装缆索，风轮吊装缆索一端设有风轮吊装吊钩；

2)在地面设置用于辅助安装塔身最上段及塔顶组件的塔身吊装辅助支架；

3)在地面设置不少于三台塔身吊装卷扬机，吊装卷扬机上缠绕塔身吊装缆索，塔身吊装缆索穿过塔身吊装辅助支架上端的滑轮组，端部设置吊钩与塔身最上段及塔顶连接，打开塔身吊装卷扬机，将塔身最上段及塔顶提至安装塔身下段的位置，与移入其下的塔身下段连接；

4)将组合好的塔身再提升，安装其下面的组件和传动轴；

5)撤去吊装塔身所用的塔身吊装辅助支架、塔身吊装卷扬机及塔身吊装缆索，在塔身周围安装中柱体，在地面围绕塔身安装桨叶辅助安装支架，通过桨叶辅助安装支架将桨叶安装到桨臂上；

6)在地面设置不少于三台风轮吊装卷扬机，风轮吊装缆索缠绕在风轮吊装卷扬机上，风轮吊装吊钩与中柱体连接，打开风轮吊装卷扬机，将中柱体吊装到塔顶并固定在塔顶。

还设有吊装稳定系统，所述吊装稳定系统包括设置在地面的不少于三台的控制卷扬机和缠绕在控制卷扬机上的控制缆索，在吊装第3步中，控制缆索与塔顶连接，用于控制塔身提升过程中的稳定性和垂直度。

在吊装第6步中，控制缆索与中柱体连接，用于控制中柱体提升过程中的稳定性和垂直度。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果，整个安装过程中只使用了普通吊车、卷扬机等常规设备及一些辅助构件，摆脱了对巨型吊车的依赖及其对安装高度的限制，可大幅降低安装成本。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的垂直式风力机吊装方法的吊装结构示意图；

图2为图1的起吊塔身最上段及塔顶组件的结构示意图；

图3为图1的中柱体安装结构示意图；

图4为图1的桨叶分段安装结构示意图；

图5为图1的中柱体及桨叶提升结构示意图；

图6为图1安装好的风力机的结构示意图；

图7为图1的风力机的应用实例；

上述图中的标记均为：202、桨臂与桨叶铰链机构，203、维稳滚轮，300、塔身，407、桨臂座，408、偏航臂座，410、桨叶增强缆索，801、风轮吊装定滑轮组，802、风轮吊装缆索，803、风轮吊装吊钩，804、风轮吊装卷扬机，805、塔身吊装卷扬机，806、塔身吊装辅助支架，807、控制卷扬机，808、控制缆索，809、桨叶辅助安装支架，810、桨叶临时固定装置，811、塔身吊装吊钩，812、塔身吊装缆索。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，“自举式”安装法一般包含两层内容，一是指由上而下地安装，即先安装设备或建筑的最上层部分，然后依次安装其下的各部分；二是指设备或建筑本身也可能作为安装设施的一部分加以利用，参与到安装过程中来。本发明采用了筒形框架式中柱体等结构，为采用此安装法创造了条件。图1-5为“自举式”安装法用于本发明的安装流程示意图。

首先在地面安装风力机塔身的最上段及塔顶的相关组件，包括主轴承座及轮毂组件、偏航导轨轮、偏航轮、偏航导臂等部分偏航组件、风向锁定组件等，其中一些需作临时固定。塔顶均匀安装三组以上用于吊装风轮的风轮吊装定滑轮组801，其上穿绕好风轮吊装缆索802和风轮吊装吊钩803。在吊装塔身的过程中，这些吊钩都固定于地面，与其配套的风轮吊装卷扬机804随着塔身的升高逐步释放缆索。在地面设置用于辅助安装塔身最上段及塔顶组件的塔身吊装辅助支架806，在地面设置不少于三台塔身吊装卷扬机805，吊装卷扬机上缠绕塔身吊装缆索812，塔身吊装缆索812穿过塔身吊装辅助支架806上端的滑轮组，端部设置吊钩与塔身最上段及塔顶连接，打开塔身吊装卷扬机805，将塔身最上段及塔顶组件提至安装塔身下段的位置，与移入其下的塔身下段连接。用不少于三台控制卷扬机807通过控制缆索808控制塔身提升过程中的稳定性和垂直度。如图2所示。将组合好的塔身再提升，安装其下面的塔身和传动轴，维稳轮203安装于某段塔身上。直至将塔身的最下段及相关设备全部安装到位，如图2所示，控制缆索808用于协助吊装。之后，用刹车系统刹定主轴。

撤去吊装塔身所用的塔身吊装辅助支架806、塔身吊装卷扬机805及塔身吊装缆索812，在地面围绕塔身安装中柱体、桨臂和桨叶辅助安装支架809，在中柱体下端安装维稳轨道。将控制缆索808均匀固定于中柱体上。用风轮吊装卷扬机804通过塔顶的滑轮组801将中柱体及桨臂提升，如图3所示。

利用桨叶辅助安装构件安装桨叶上半部分。将偏航臂与安装好的桨叶联接，偏航臂内的变距组件都应安装调整到位。偏航臂的另一端临时固定于中柱体上不影响吊装的位置，如图4所示。如果是折叠桨叶，则应在该阶段完成上段折叠桨叶及其伸缩桨臂的安装、调试，并使桨叶处于折叠状态。

继续提升风轮安装好的部分，安装桨叶下端剩余分段，紧固桨叶内所有的加强缆索410。用控制缆索808协助吊装。如果是折叠桨叶，应在该阶段完成下段折叠桨叶及其伸缩桨臂、下桨叶托的安装调试，并使桨叶处于折叠状态。

撤去安装桨叶所用的辅助构件，将吊钩吊住中柱体下端，在控制缆索808的协助下，将风轮稳步吊至塔顶，如图5所示。再将横担梁固定于中柱体中部预定位置，用斜拉杆加固并保持中柱体的垂直度，风轮即通过轮毂与主轴连为一体。将偏航导臂、偏航臂、控制电缆、维稳轮轨等全部安装就位。使用被动式偏航系统的风力机，还需在地面围绕塔身装配好风向标、调向环形大齿轮等部件并与所有导向轮一起吊装到位，调整风向标等组件，使偏航导轨轮的“定向径”能与风向始终保持一致。确认风力机所有系统和组件都安装调试无误后，撤除所有吊装设备。展开折叠桨叶，松开刹车，风力机即处于起动状态，如图6所示。

整个安装过程中只使用了普通吊车、卷扬机等常规设备及一些辅助构件，摆脱了对巨型吊车的依赖及其对安装高度的限制，可大幅降低安装成本。

具有风轮高度调节系统的风力机，是在其塔架升降段降到最低位置时吊装其风轮的，相比不具风轮高度调节系统的风力机，吊装起来更易掌控。

海上风电机组的桩基一般都选在水深不超过50米的海域，可将两艘大型驳船改装成带有若干升降桩腿的双体活动吊装平台，安装时用桩腿顶起平台，即可避开海浪的干扰。风轮吊装时桨叶处于折叠状态，也降低了海风的影响，这些都有利于降低安装巨型海上风电机组的难度、风险和成本。

除了以上这些设计创意之外，本发明还有一些设计如刹车系统、塔架、防雨雪防沙尘结构、降风阻措施等等，都可从成熟技术中选用。

应用举例：

如图7所示，为一项风能全消纳的综合利用方案。

利用本发明的风力机，将风能转化为动能直接驱动多级空气压缩机，将空气压入配套的气包并排除水、油等杂质。多台风力机的气包通过压缩空气管道相联，将压缩空气汇入压缩空气储气罐。用压缩空气驱动透平或气动马达，即可带动发电机发电。由于在风力机和发电机之间插入了成本较低的压缩空气蓄能系统，可有效平顺风能的波动变化，大大提高输出电能的质量。只要加大压缩空气的储量，就可提高系统的平顺能力和输出电能的稳定性，且风电成本也大幅度降低，无疑将提高电网接收风电的积极性，改善风电的消纳困境。

将空气压缩机在压缩空气的过程中产生大量的热能用于海水淡化，既能为压缩空气降温，又可获得大量低成本的淡化水。参见图7，由水冷装置吸收多级空压机产生的热能并导入热交换装置，经过预处理的海水在热交换装置中被加热，海水的温度可通过控制海水的流量来掌握。被加热的海水通过保温的热海水管道汇集到低温多效蒸馏海水淡化系统实现淡化。若海水温度不够，还可用电加热装置加温。透平或气动马达排出的冷空气可引入该系统最后一效帮助水蒸汽冷凝，也可引入建筑物内调节室温。

当电网减少或停止接纳风电时，即可利用风电淡化更多的海水，也可启动本方案中的电解水制氢系统消纳多余的风电，以避免弃风弃电。参见图7，该系统含有多台独立的电解水制氢模块，这些模块开启的数量依据电网接收风电的多寡进行调整。预处理后的淡化海水经电解水管道输入开启的电解水模块，产生的氢气和氧气分别由各自的管道汇集并经压缩后存入压缩氢气和压缩氧气的储罐备用。在电解和压缩过程中产生的热量同样可以用来加热用于淡化的海水。由于依照本方案产生的风电成本低廉，故制得的氢气和氧气尽管纯度和质量很高，但成本并不高，具有较强的市场竞争力。

氢能源作为最清洁环保的可再生能源，具有广阔的市场前景，可用于驱动各类氢能源设备，如氢燃料电池、燃氢发电机等等。

低成本、高纯度的氧气除了可用于传统的耗氧领域外，还可用于垃圾焚烧发电系统。根据我国目前的国情，将垃圾焚烧发电是目前最有效的垃圾处理方式，但若燃烧过程中温度不够，会产生有害物质二噁英，引起当地居民的恐慌和抵制。利用氧气强烈的助燃功能，可大幅提高焚烧温度，破坏二噁英产生的条件。既改善了焚烧效果，保护了环境，又有利于消除居民的恐慌抵触情绪。

本方案成功实现了风能的低成本利用、转化、存储和全消纳，且方案中不存在当前无法解决的技术瓶颈。方案的规模可大可小，既适用于沿海缺能、缺水和垃圾围城地区，也适用于内地苦咸水高氟水之类的水源不合格地区，更适用于为数众多因缺乏淡水和能源而无法开发的海岛。该方案还可集中实施在一艘风能船上，使其成为海上浮动的能源淡水纯氧供应和垃圾处理基地，再配合安装上各种生活和生产设施，即可成为海洋开发大业中的得力装备。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种垂直式风力机吊装方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在地面安装风力机塔身(300)的最上段及塔顶的组件；塔顶均匀安装三组以上用于吊装风轮的风轮吊装定滑轮组(801)，风轮吊装定滑轮组(801)上穿绕好风轮吊装缆索(802)，风轮吊装缆索(802)一端设有风轮吊装吊钩(803)；

2)在地面设置用于辅助安装塔身最上段及塔顶组件的塔身吊装辅助支架(806)；

3)在地面设置不少于三台塔身吊装卷扬机(805)，吊装卷扬机上缠绕塔身吊装缆索(812)，塔身吊装缆索(812)穿过塔身吊装辅助支架(806)上端的滑轮组，端部设置吊钩与塔身最上段及塔顶连接，打开塔身吊装卷扬机(805)，将塔身最上段及塔顶提至安装塔身下段的位置，与移入其下的塔身下段连接；

4)将组合好的塔身再提升，安装其下面的组件和传动轴；

5)撤去吊装塔身所用的塔身吊装辅助支架(806)、塔身吊装卷扬机(805)及塔身吊装缆索(812)，在塔身周围安装中柱体，在地面围绕塔身安装桨叶辅助安装支架(809)，通过桨叶辅助安装支架(809)将桨叶安装到桨臂上；

6)在地面设置不少于三台风轮吊装卷扬机(804)，风轮吊装缆索(802)缠绕在风轮吊装卷扬机(804)上，风轮吊装吊钩(803)与中柱体连接，打开风轮吊装卷扬机(804)，将中柱体吊装到塔顶并固定在塔顶。

2.如权利要求1所述的垂直式风力机吊装方法，其特征在于，还设有吊装稳定系统，所述吊装稳定系统包括设置在地面的不少于三台的控制卷扬机(807)和缠绕在控制卷扬机(807)上的控制缆索(808)，在吊装第3步中，控制缆索(808)与塔顶连接，用于控制塔身提升过程中的稳定性和垂直度。

3.如权利要求2所述的垂直式风力机吊装方法，其特征在于，在吊装第6步中，控制缆索(808)与中柱体连接，用于控制中柱体提升过程中的稳定性和垂直度。