CN105439005B - 起重机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种起重机,该起重机包括:安装台及安装于安装台上的起重臂;第一抱箍,第一抱箍围成第一夹持腔;第二抱箍,第二抱箍围成第二夹持腔;安装台与第一抱箍或第二抱箍固定连接;伸缩机构,连接在第一抱箍和第二抱箍之间。本发明提供的起重机不需要对塔筒结构作变动即可沿塔筒高效爬升或下降,且起重机在塔筒上的攀爬操作易于实施,操作难度小,有利于提高风电机组的组装效率以及降低风电机组的组装成本。
Description
技术领域
本发明涉及吊装设备技术领域,更具体地,涉及一种起重机。
背景技术
风能是当前清洁能源领域中技术最为成熟,最具大规模开发条件的新型可再生能源。近十年来全球风力发电领域突飞猛进,从之前1.5MW风电机组到目前2MW风电机组的普及,10MW风电机组也已经开始装机。
风电机组的主体结构包括塔筒、机舱和叶片,塔筒具有多节,每节塔筒高度从10米到30多米不等,机舱和叶片安装在塔筒的上面。目前,风电机组的吊装主要使用大型起重机或者吊装船来完成,吊装顺序依次为塔筒、机舱和叶片,基于起重机吊装高度的制约,为确保吊装作业的顺利完成,起重机自身的最大吊装高度必须大于被吊风电机组机舱的高度。
例如目前的2MW风电机组,机舱高度达到80米,重量达到80吨,需要专用的600吨以上的全路面起重机才能完成安装,导致风机的组装成本高昂。而功率更大的风电机组机舱高度通常高达100多米,机舱的重量达到300吨以上,这意味着对吊装设备的要求更高,如果通过设计更高级别吨位的起重机来满足大功率风电机组的组装,则成本更加高昂,技术难度也很大;另外,考虑到风机一般位于野外等交通不便的地方,将更大吨位的起重机运输到风机现场,难度很大,不仅费时费力,而且进一步增加了装机成本。
当前,为解决大功率风电机组的吊装难题,可以采用如下两种方式:
一种是在塔筒旁边建立类似于塔式起重机的吊装设备,其搭建高度能够随着风电机组塔筒的升高而升高,以便最终完成风电机组的组装。该种吊装方式虽然技术难度小,但是,考虑到风机现场偏远、交通不便,用于形成临时吊装设备的组件在运输过程中费时费力,建立吊装设备的过程也费时费力,而且在一节塔筒吊装完毕后,还需等待吊装设备加高后再进行下一节塔筒的吊装,导致风电机组的组装周期长、组装效率较低、经济代价较大。
另一种是在安装有起重臂的底座上悬伸出两根底梁,底梁上设置有多个钢丝绳卷扬机构和液压缸,钢丝绳卷扬机构的钢丝绳上设置有挂钩,每节塔筒的上端需设置专门的挂环,液压缸的活塞杆用于夹持塔筒。当需要对已安装好的下方塔筒加节时,将钢丝绳的挂钩挂设在下方塔筒上端的挂环上,然后收缩钢丝绳,使具有起重臂的底座整体上移到下方塔筒的顶部,然后将液压缸的活塞杆伸出夹持住下方塔筒,完成起重臂的一次爬升,然后操作起重臂将上方塔筒吊装至下方塔筒的顶部。当需要再次爬升起重臂时,需要解除钢丝绳挂钩与下方塔筒挂环的连接关系,然后将钢丝绳挂钩挂设在上方塔筒的顶部挂环上,并重复上述的爬升操作。该种吊装方式只需要起重臂的长度大于塔筒节的最大长度即可,虽然可以降低吊装设备的规模和成本,但是需对塔筒增加额外的挂环,不但影响塔筒外观的整体性,而且挂环容易发生晃动并撞击塔筒。另外,因钢丝绳是柔性的,每节塔筒的长度又较长,各钢丝绳的钩挂过程需要额外的工具协助操作,且空中挂设操作难度大,导致起重臂的爬升操作难度大、效率低,并会影响风电机组的组装效率。
发明内容
本发明的旨在提供一种成本低,爬升操作难度小,并有利于提高风电机组组装效率的起重机。
本发明提供的起重机,包括:安装台及安装于安装台上的起重臂;第一抱箍,第一抱箍围成第一夹持腔;第二抱箍,第二抱箍围成第二夹持腔;安装台与第一抱箍或第二抱箍固定连接;伸缩机构,连接在第一抱箍和第二抱箍之间。
进一步地,第一抱箍内安装有第一摩擦块,和/或,第二抱箍内安装有第二摩擦块;所述伸缩机构为起升油缸。
进一步地,第一抱箍的内周安装有多个第一抱紧油缸;第一摩擦块为多个,多个第一摩擦块分别安装在各第一抱紧油缸的活塞杆上;和/或,第二抱箍的内周安装有多个第二抱紧油缸;第二摩擦块为多个,多个第二摩擦块分别安装在各第二抱紧油缸的活塞杆上。
进一步地,第一摩擦块与第一抱紧油缸的活塞杆铰接;和/或,第二摩擦块与第二抱紧油缸的活塞杆铰接。
进一步地,第一摩擦块为橡胶块,和/或,第二摩擦块为橡胶块。
进一步地,第一抱箍沿纵向间隔设置至少两个,至少两个第一抱箍通过第一连接架刚性连接在一起;和/或,第二抱箍沿纵向间隔设置至少两个,至少两个第二抱箍通过第二连接架刚性连接在一起。
进一步地,第一抱箍沿纵向间隔设置两个,两个第一抱箍之间的纵向中心距离L1和该起重机重心与第一抱箍中心的水平距离d1满足如下函数关系:L1≤2×μ1×d1,其中μ1为摩擦系数。
进一步地,第二抱箍沿纵向间隔设置两个,两个第二抱箍之间的纵向中心距离L2和该起重机重心与第二抱箍中心的水平距离d2满足如下函数关系:L2≤2×μ2×d2,其中μ2为摩擦系数。
进一步地,第一抱箍和所述第二抱箍均包括固定箍体和活动箍体,活动箍体的第一端与固定箍体的第一端通过销轴铰接,活动箍体的第二端与固定箍体的第二端之间连接有抱箍开合油缸。
进一步地,第一抱箍呈多边形或者圆形;和/或,第二抱箍呈多边形或者圆形;和/或,活动箍体的第二端与固定箍体的第二端均设有可相对中的销孔,该起重机还包括用于插入该销孔中的锁止销轴。
本发明提供的起重机包括围成第一夹持腔的第一抱箍;围成第二夹持腔的第二抱箍;与第一抱箍或第二抱箍固定连接的安装台,安装台上安装有起重臂;在第一抱箍和第二抱箍之间连接有伸缩机构,当该起重机用于风电机组吊装时,通过控制第一抱箍、第二抱箍交替夹持抱紧塔筒的同时控制伸缩机构的伸缩,使得起重机整体可沿塔筒轴向移动,并可在第一抱箍和/或第二抱箍作用下锁止在塔筒合适高度以对风电设备各组件进行吊装。相对于现有技术使用大型起重机或者海上吊装设备安装风电机组的方式来说,本发明提供的起重机只需将起重臂的长度满足最长单节塔筒的吊装高度即可完成整套风电机组的吊装,大幅降低了风电机组吊装设备的规模和成本。本发明提供的起重机不需要对塔筒结构作变动即可沿塔筒高效爬升或下降,且起重机在塔筒上的攀爬操作易于实施,操作难度小,有利于提高风电机组组装效率。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1示出了本发明第一实施例提供的起重机夹持在风电机组塔筒上的结构;
图2示出了本发明第一实施例提供的起重机中第一抱箍的一种实施方式的结构;
图3示出了本发明第一实施例提供的起重机中第一抱箍的另一种实施方式的结构,且第一抱箍夹紧在塔筒上;
图4示出了本发明第一实施例提供的起重机中第一抱箍的另一种实施方式的结构,且第一抱箍从塔筒上松开;
图5示出了本发明第二实施例提供的起重机中第一抱箍、第二抱箍和起升油缸的结构;
图6示出了图5所示第一抱箍锁止在塔筒上的受力简图;
图7示出了本发明第二实施例提供的起重机吊装机舱时的结构;以及,
图8示出了本发明第二实施例提供的起重机吊装风叶时的结构。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参见图1,示出了本发明第一实施例提供的起重机的结构,在本实施例中,该起重机以用于吊装风电机组为例进行说明。如图所示,该起重机至少包括:安装台3、起重臂31、第一抱箍1、第二抱箍2和伸缩机构。
其中,起重臂31安装在安装台3上,本实施例中安装台3与第一抱箍1固定连接,在其他实施例中,安装台3可以与第二抱箍2固定连接。优选地,安装台3上设置有转台,起重臂31与转台铰接,转台可实现360°回转。在起重臂31与转台之间设置有变幅油缸,变幅油缸用于控制起重臂31的变幅动作。第一抱箍1围成有第一夹持腔,第一抱箍1在抱紧塔筒8时可以将塔筒8夹持在第一夹持腔内。第二抱箍2围成有第二夹持腔,第二抱箍2在抱紧塔筒8时可以将塔筒8夹持在第二夹持腔内。伸缩机构连接在第一抱箍1和第二抱箍2之间,本实施例中伸缩机构优选地以起升油缸4为例进行说明,起升油缸4可以设置多个,各起升油缸4的两端分别与第一抱箍1和第二抱箍2连接。
下面详细说明本实施例的起重机用于风电机组吊装时的工作原理:
当需要安装第一节塔筒81时,可以将起重机以合适方式固定于地面或吊装船上,然后通过起重臂31将第一节塔筒81吊装在合适位置。
在第一节塔筒81安装完毕后(可以参见图1),可以将第一抱箍1和第二抱箍2套在第一节塔筒81外,图1中第一抱箍1位于第二抱箍2的上方,首先控制第二抱箍2抱紧第一节塔筒81,松开第一抱箍1,然后控制起升油缸4无杆腔进压力油,起升油缸4活塞杆伸出,并带动第一抱箍1及安装台3、起重臂31整体上移。第一抱箍1上移到位后(上移距离例如为起升油缸4的最大行程长度),控制第一抱箍1抱紧第一节塔筒81后松开第二抱箍2,然后控制起升油缸4有杆腔进压力油,起升油缸4的活塞杆收缩,并带动第二抱箍2整体上移,完成起重机的一次爬升动作。
之后,重复第二抱箍2、第一抱箍1交替夹持抱紧第一节塔筒81动作的同时控制起升油缸4的伸缩,使得起重机整体可沿第一节塔筒81向上轴向移动,当起重机爬升至预定位置(例如第一节塔筒81上端)时,在第一抱箍1和/或第二抱箍2抱紧第一节塔筒81产生的摩擦力作用下,起重机可以锁止在第一节塔筒81上端不会下滑,然后可以吊装第二节塔筒82,以实现将第二节塔筒82安装于第一节塔筒81的顶部,然后重复上述的爬升动作,依次完成所有塔筒节的吊装后,起重机锁止在顶部塔筒节83上,完成对机舱91(结合参考图7)、叶片92(结合参考图8)等风电设备组件的吊装。完成整台风电机组的吊装作业后,起重机可以沿塔筒爬下,继续第二台风电机组的安装。
相对于现有技术使用大型起重机或者海上吊装设备安装风电机组的方式来说,本实施例提供的起重机结构简单轻便,无需包含过大体积或重量的组件(不便于运输),只需其起重臂31的长度满足最长单节塔筒的吊装高度即可完成整台风电机组的吊装,大幅降低了风电机组吊装设备的尺寸、规模和成本。另外,因不需要对塔筒结构本身作变动起重机即可沿塔筒高效爬升或下降,且起重机在塔筒上的攀爬操作易于实施,操作难度小,有利于提高风电机组的组装效率以及降低风电机组的组装成本。
为进一步保证起重机作业时设备的安全性需要,防止起重机意外下滑,提高安全系数,优选地,第一抱箍1内安装有用于增加抱箍与塔筒8之间摩擦力的第一摩擦块。同理,也可以在第二抱箍2内安装有用于增加抱箍与塔筒8之间摩擦力的第二摩擦块。
第一抱箍1和第二抱箍2的结构可以有多种实施方式,只要能够达到方便地抱紧塔筒8和从塔筒8上松开的功能即可。图2中示出了第一抱箍1的一种实施方式,如图所示,第一抱箍1呈圆形,包括固定箍体101和活动箍体102,活动箍体102可相对固定箍体101打开。活动箍体102和固定箍体101合拢时可以抱紧塔筒8,活动箍体102从固定箍体101打开时,箍体整体可以从塔筒8上松开。更具体地,活动箍体102的第一端通过销轴71与固定箍体101的第一端铰接,活动箍体102的第二端与固定箍体101的第二端之间设置抱箍开合油缸7,抱箍开合油缸7用于驱动活动箍体102相对于固定箍体101的开合动作。当起重机攀爬到预定位置需进行吊装作业时,在抱箍开合油缸7的作用下,活动箍体102与固定箍体101合拢使第一抱箍1抱紧在塔筒8上,此时,还可以通过人工或机器操作的方式将锁止销轴72插入活动箍体102的第二端和固定箍体101的第二端相对中的销孔中,使活动箍体102和固定箍体101通过锁止销轴72稳定地固定在一起,这样可以改善抱箍开合油缸7的受力情况,防止因抱箍开合油缸7出现故障而减小第一抱箍1对塔筒8的抱紧力。需要说明的是,本领域的技术人员可以理解,因塔筒8的直径会发生变化,用于安装锁止销轴72的销孔应为多个,通过将锁止销轴72安装在不同的销孔中,使第一抱箍1可以适应塔筒8的直径变化。第二抱箍2的结构可以和第一抱箍1的结构相同,在此不再赘述。另外,本领域的技术人员可以理解,基于作业安全性的考虑,设置有起重臂31的安装台3和固定箍体101固定在一起,起升油缸4的两端分别与第一抱箍1、第二抱箍2的固定箍体连接。
参见图3和图4,本实施例中还示出了第一抱箍1的另一种实施方式,第一抱箍1呈多边形,包括固定箍体101、活动箍体102、驱动活动箍体102开合动作的抱箍开合油缸7、多个第一抱紧油缸6;多个第一抱紧油缸6沿周向均匀地安装在第一抱箍1的内周,用于和塔筒8外壁抵压接触的多个第一摩擦块分别安装在各第一抱紧油缸6的活塞杆上。在使用过程中,可以使各第一抱紧油缸6同步伸出,进而使各第一摩擦块与塔筒8的外壁抵压接触并达到预紧压力,以完成抱紧塔筒8的动作,又可以通过各第一抱紧油缸6的同步收缩从塔筒8上松开,这样,在起重机爬升塔筒8的过程中,活动箍体102可以始终保持在合拢状态并由锁止销轴72固定,抱箍开合油缸7可以不工作,使得第一抱箍1抱紧塔筒8或从塔筒8松开的操作更加简单可靠。优选地,第二抱箍2的结构可以与第一抱箍1的结构相同,即在第二抱箍2的内周安装有多个第二抱紧油缸,多个第二摩擦块分别安装在各第二抱紧油缸的活塞杆上,通过第二抱紧油缸的伸缩完成第二抱箍2抱紧塔筒8或从塔筒8松开的操作。
优选地,第一摩擦块与第一抱紧油缸6的活塞杆铰接,第二摩擦块与第二抱紧油缸的活塞杆铰接,可以理解,铰接的轴线与塔筒8的轴线垂直,以使摩擦块总能与锥形塔筒的表面相贴合。优选地,第一摩擦块和第二摩擦块可以由橡胶块制成。
另外需要说明的是,虽然本实施例中伸缩机构采用的是起升油缸4,但是在实际应用中,伸缩机构还可以采用其他实施方式,伸缩机构只要能够在第一抱箍1和第二抱箍2交替抱紧塔筒时做相应的伸缩动作,达到使起重机沿塔筒逐步爬升或者逐步下降的效果即可。伸缩机构的其他实施方式在此不再赘述。
参见图5,示出了本发明第二实施例提供的起重机中第一抱箍1、第二抱箍2和起升油缸4的结构。如图所示,第一抱箍1沿纵向间隔设置两个,安装台3可以(图中未示出)与上方的第一抱箍1固定连接。各第一抱箍1的结构可以采用上述第一实施例中的结构,例如可以包括固定箍体101、活动箍体102,抱箍开合油缸7以及第一抱紧油缸6、第一摩擦块。两个第一抱箍1通过第一连接架12刚性连接在一起,例如,上下两个第一抱箍1的固定箍体101分别固定于第一连接架12的上下端,第一连接架12可以是套筒结构或者套笼结构或者箱型结构。本实施例通过纵向间隔设置两个第一抱箍1、各第一抱箍1通过第一连接架12刚性连接在一起的技术方案,各第一抱箍1可以在起重机爬升及吊装过程中的同步抱紧、松开,以提供大的摩擦力,提高安全系数。另外,在起重机爬升至塔筒8的预定位置以吊装风机组件时,可以将第二抱箍2从塔筒8上松开,仅用两个第一抱箍1抱紧塔筒8就可以提供足够的抱紧力,保证起重机的吊装作业顺利进行。而且在起重机吊装作业时松开第二抱箍2,可以有效避免因第一抱箍1、第二抱箍2同时抱紧塔筒8时,致使起升油缸4自身受到来自第一抱箍1和第二抱箍2的非常大的扭矩和弯矩影响的问题,能够有效提升起升油缸4的使用寿命。
结合图6所示,优选地,两个第一抱箍1之间的纵向中心距离L1和该起重机重心与第一抱箍1中心的水平距离d1满足如下函数关系:L1≤2×μ1×d1,其中μ1为摩擦系数。这样,在仅由第一抱箍1抱紧塔筒8时,起重机自身重量通过两个第一抱箍1产生的摩擦力可以实现自锁,保证起重机不会下滑,且能降低第一抱箍1对塔筒8本身产生的破坏。下面将结合图6进行详细说明,图6中的G为起重机的重心,d1为起重机重心G与塔筒中心的水平距离(d1也相当于起重机重心G与第一抱箍1中心的水平距离),L1为上下两个第一抱箍1的纵向中心距离,Fa为塔筒8给上方第一抱箍1的支反力,Fb为塔筒8给下方第一抱箍1的支反力,f为各第一抱箍1与塔筒8产生的摩擦力。对起重机进行受力分析计算,可以得出以下方程组:Fa=Fb=G d1/L1,f=μ1×Fa,第一抱箍1与塔筒8产生的摩擦力2f>G的话,起重机可实现自锁,利用上述方程组可得知L1≤2×μ1×d1时,可以产生足够的摩擦力,实现起重机的自锁。另外需要说明的是,从方程组中还可以看出,因L1的大小决定了Fa、Fb的大小,而Fa、Fb的大小会对塔筒8的本体产生破坏,因此,可以将两个第一抱箍1之间的距离L1选择在上述范围内的一个合适区间内的合适的长度,既可以产生足够的摩擦力实现起重机自身的自锁,又可降低支反力,降低各第一抱箍1抱紧塔筒8时对塔筒8造成的破坏。
需要说明的是,在其他实施例中,第一抱箍1还可以沿纵向间隔设置两个以上,多个第一抱箍1通过第一连接架12刚性连接在一起,在第一抱箍1抱紧塔筒8时提供更大的摩擦力,提供更高的安全系数。
可以理解,第二抱箍2也可以沿纵向间隔设置至少两个,且至少两个第二抱箍2通过第二连接架刚性连接在一起,各第二抱箍2的内周可以均设置有第二抱紧油缸。第二抱箍2之间的连接结构可以与上述的第一抱箍1之间的连接结构相同,各第二抱箍2的结构可以与第一抱箍1的结构相同,在此不再赘述。优选地,当第二抱箍2沿纵向间隔设置两个时,两个第二抱箍之间的纵向中心距离L2和该起重机重心与第二抱箍中心的水平距离d2满足如下函数关系:L2≤2×μ2×d2,其中μ2为摩擦系数,通过将两个第二抱箍之间的距离L2选择在一个合适的长度,在起重机爬升过程中,当仅由第二抱箍2抱紧塔筒8时,既可以产生足够的摩擦力实现起重机自身的自锁,避免起重机下滑,又可降低支反力,降低各第二抱箍2抱紧塔筒8时对塔筒8造成的破坏。
需要说明的是,本发明上述各实施例中,第二抱箍2均位于第一抱箍1的下方,但在其他实施例中,可以根据需要将第二抱箍2设置在第一抱箍1的上方。另外,当第一抱箍1沿纵向设置至少两个时,第二抱箍2还可以位于多个第一抱箍1的中部,以降低高度便于运输。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种起重机,其特征在于,包括:
安装台(3)及安装于所述安装台上的起重臂(31);
第一抱箍(1),所述第一抱箍(1)围成第一夹持腔;
第二抱箍(2),所述第二抱箍(2)围成第二夹持腔;
所述安装台(3)与所述第一抱箍(1)或所述第二抱箍(2)固定连接;
伸缩机构,连接在所述第一抱箍(1)和所述第二抱箍(2)之间;
所述第一抱箍(1)沿纵向间隔设置至少两个,所述至少两个第一抱箍(1)通过第一连接架(12)刚性连接在一起;
和/或,
所述第二抱箍(2)沿纵向间隔设置至少两个,所述至少两个第二抱箍(2)通过第二连接架刚性连接在一起。
2.根据权利要求1所述的起重机,其特征在于,
所述第一抱箍(1)内安装有第一摩擦块,和/或,所述第二抱箍(2)内安装有第二摩擦块;
所述伸缩机构为起升油缸(4)。
3.根据权利要求2所述的起重机,其特征在于,
所述第一抱箍(1)的内周安装有多个第一抱紧油缸(6);所述第一摩擦块为多个,多个所述第一摩擦块分别安装在各所述第一抱紧油缸(6)的活塞杆上;
和/或,
所述第二抱箍(2)的内周安装有多个第二抱紧油缸;所述第二摩擦块为多个,多个所述第二摩擦块分别安装在各所述第二抱紧油缸的活塞杆上。
4.根据权利要求3所述的起重机,其特征在于,所述第一摩擦块与所述第一抱紧油缸(6)的活塞杆铰接;和/或,所述第二摩擦块与所述第二抱紧油缸的活塞杆铰接。
5.根据权利要求4所述的起重机,其特征在于,所述第一摩擦块为橡胶块,和/或,所述第二摩擦块为橡胶块。
6.根据权利要求1所述的起重机,其特征在于,
所述第一抱箍(1)沿纵向间隔设置两个,所述两个第一抱箍(1)之间的纵向中心距离L1和该起重机重心与所述第一抱箍(1)中心的水平距离d1满足如下函数关系:L1≤2×μ1×d1,其中μ1为摩擦系数。
7.根据权利要求1所述的起重机,其特征在于,
所述第二抱箍(2)沿纵向间隔设置两个,所述两个第二抱箍(2)之间的纵向中心距离L2和该起重机重心与所述第二抱箍(2)中心的水平距离d2满足如下函数关系:L2≤2×μ2×d2,其中μ2为摩擦系数。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的起重机,其特征在于,所述第一抱箍(1)和所述第二抱箍(2)均包括固定箍体(101)和活动箍体(102),所述活动箍体(102)的第一端与所述固定箍体(101)的第一端通过销轴(71)铰接,所述活动箍体(102)的第二端与所述固定箍体(101)的第二端之间连接有抱箍开合油缸(7)。
9.根据权利要求8所述的起重机,其特征在于,所述第一抱箍(1)呈多边形或者圆形;和/或,所述第二抱箍(2)呈多边形或者圆形;和/或,所述活动箍体(102)的第二端与所述固定箍体(101)的第二端均设有可相对中的销孔,所述起重机还包括用于插入该销孔中的锁止销轴(72)。
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