CN108821138B - 用于海上风电机组关键零部件的吊装设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于海上风电机组关键零部件的吊装设备，对接平台固定连接在机舱顶部，对接平台一端上部铰接翻转支架，翻转支架与对接平台之间装有翻身动力装置，翻转支架上面通过起重机对接平台连接主起重机；所述起升绞车安装在塔筒外侧平台上；所述绳系中的钢丝绳依次通过起升绞车、对接平台上的滑轮、翻转支架上的滑轮、变幅绞车，动力单元连接翻身动力装置和变幅绞车。该吊装设备与传统的“起重机一风电机组”相对分离的吊装方式不同，该吊装设备主体即安装于风电机组的机舱顶部(内部)，依靠塔筒和机舱的高度通过翻身方式实现自身高度的提升，该吊装设备只需使用专用工具在普通拖船和绞车的配合下即可完成海上风电机组关键大型零部件的吊装作业。

Description

用于海上风电机组关键零部件的吊装设备
技术领域
本发明涉及一种海上风电机组吊装设备，尤其是一种用于海上风电机组关键零部件的吊装设备。
背景技术
目前，海上风电项目已经全面展开，因为起步较晚，我国在这方面相关配套技术尚不成熟。主要体现在以下几个方面：风机零部件运行过程中损坏率较高，关键零部件在服役的20年内需要频繁更换；专业的风电安装设备储备缺乏；大型化的风电安装设备门槛较高，造价昂贵，进一步制约海电吊装发展。
吊装大功率海上风机一般采用专门风电安装船，国内仅有的风电安装船多为海上自升式jackup船或者大型补给服务船改造而来。行业来看国内发展尚不充分，储备量少，可随时调用的资源非常稀缺。一旦风机运行过程中出现关键部件损坏造成风机停机，对这些零部件的更换会是非常急迫的事情；此时由于资源的稀缺，专业船只无法第一时间到场，风机无法按时维修，造成重大经济损失。即便能在第一时间调配到临时风电安装船，相关船只的单项目出海作业租金往往也会超过200万元，代价巨大。
专门用于海上风电机组关键零部件更换的小型专业设备及完整的解决流程，在我国尚无先例。当前设计为风电机组的吊装齿轮箱和发电机；吊臂延长，可以吊装远端的风机叶片、水冷设备等。因此，虽然主要吊装齿轮箱(40吨)和发电机(12吨)，但因为吊装原理上的通用性当前设计题目为“海上风电机组关键零部件吊装”来涵盖其他风电机组内部关键设备。
综上，传统的风电安装船，己不能满足当前风电的经济性、实用性、灵活性的发展要求。因此，需要一种基于常用拖船和专用吊装设备用于海上风电机组零部件安装、更换，在对专用工具进行设计，对过程工艺进行优化后，得到一套全新的、完整的吊装设备。
发明内容
本发明是要提供一种用于海上风电机组关键部件的吊装设备，该设备主体为带翻转平台的钢结构起重机，与传统的“起重机一风电机组”相对分离的吊装方式不同，该吊装设备主体即安装于风电机组的机舱顶部(内部)，依靠塔筒和机舱的高度通过翻身方式实现自身高度的提升；为避免海洋波浪对吊装稳定性影响，主提升绞车位于塔筒外侧绞车平台上；整个系统独立于海洋环境，稳定吊装；与传统的安装拆卸关键零部件必须借助专用风电安装船的吊装工艺不同，该吊装设备只需使用专用工具(设备)在普通拖船和绞车的配合下即可完成海上风电机组关键大型零部件的吊装作业。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于海上风电机组关键零部件的吊装设备，包括起升绞车、主起重机、翻转支架、对接平台、绳系、动力单元，所述对接平台固定连接在机舱顶部，对接平台一端上部铰接翻转支架，翻转支架与对接平台之间装有翻身动力装置，翻转支架上面通过起重机对接平台连接主起重机；所述起升绞车安装在塔筒外侧平台上；所述绳系中的钢丝绳依次通过起升绞车、对接平台上的滑轮、翻转支架上的滑轮、主起重机上的滑轮连接主起重机上的变幅绞车，所述动力单元连接翻身动力装置和变幅绞车。
进一步，所述起重机包括主吊钩、主起吊臂、将军柱、变幅绞车、变幅机构及轮系、回转机构，所述主起吊臂通过回转机构安装在将军柱上，且主起吊臂与回转机构之间铰接，主起吊臂可绕铰交点转动，所述将军柱固定连接在起重机对接平台上，所述回转机构上还安装有变幅机构及轮系、变幅绞车，且变幅机构及轮系位于主起吊臂后面，变幅绞车位于变幅机构及轮系后面；所述将军柱上端装有军柱顶端变相滑轮，下部内装有将军柱内变相滑轮；所述主起吊臂上端部装有顶端变幅滑轮、臂架顶端变相滑轮、起重滑轮，变幅机构及轮系上装有底部变幅滑轮，变相滑轮；所述变幅绞车的钢丝绳依次经过变幅机构及轮系中的变相滑轮、主起吊臂顶端变幅滑轮、变幅机构及轮系中的底部变幅滑轮以及滑轮组多重盘绕后固定在变幅机构及轮系中；所述主吊钩通过钢丝绳经主起吊臂上的起重滑轮、臂架顶端变相滑轮、将军柱顶端变相滑轮、将军柱内变相滑轮、翻转支架上的对侧中转滑轮、对接平台上的中转滑轮连接起升绞车。
进一步，所述将军柱为底径大于顶径的锥筒结构。
进一步，所述回转机构包括回转马达、回转平台、将军柱上的齿轮，所述回转马达通过回转马达上的齿轮驱动连接将军柱上的齿轮，将军柱上的齿轮连接回转平台的齿轮，实现回转平台相对于将军柱的转动。
进一步，所述起重机对接平台与将军柱连接为一体，所述回转平台与主起吊臂的主臂架通过销轴连接在一起。
进一步，当主起重机处于倒置需翻转起始状态时，所述翻转支架前端铰孔与对接平台前端铰座通过第一销轴相连接；当翻转支架在翻身动力装置驱动下绕第一销轴旋转一定角度后，翻转支架前端铰孔脱离第一销轴时，所述翻转支架下端铰孔与对接平台中间的铰座通过第二销轴相连接，所述翻转支架在翻身动力装置驱动下绕第二销轴旋转，将主起重机由倒置状态翻身成竖直工作状态。
进一步，所述起升绞车为液压绞车或电绞车。
进一步，所述翻身动力装置为液压油缸、电推缸、绞车中的一种。
进一步，所述对接平台与机舱之间的连接方式为销轴铰接、螺栓连接、铆接中的一种。
进一步，所述动力单元为液压站的液压动力源或电动动力源。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种全新的适用于海洋环境大功率风电机组关键零部件安装、更换的解决技术方案；实现了不借助大型专业风电安装船，只用普通拖船即可更换机组关键零部件；整体机构自动化程度高，结构精简，安装方便。该设备在无任何辅助大吊机吊装的前提下可实现吊点高度上的提升，用少量工具和设备的组合解决了国内海洋风电机组风电机组关键零部件(大件)吊装困难、吊装需要专用风电安装船、风电安装船成本高、数量少、档期不可控，租金极其昂贵的问题。
传统起重机高度必须超过风电塔筒高度，起重机仅臂架钢结构一项用量即在300吨左右。本设备总体钢结构只需15吨，节省钢材造价90％以上。
本设备结构紧凑、运输方便，自动化程度高，总体项目使用成本和风机宕机时间远小于完成相同作业任务所用的专业风电安装船；在经济性和可操作性方面均大大超过现有解决方案。
附图说明
图1为本发明的用于海上风电机组关键部件的吊装设备的结构示意图；
图2为图1中上部结构局部放大图；
图3为为绳系和起重轮系连接示意图。
图4为主起重机倒置翻转示意图；
图5为主起重机结构示意图；
图6为将军柱与起重机对接平台连接结构示意图；
图7翻转支架结构示意图；
其中：(a)翻转支架处于翻转起始状态，(b)翻转支架处于翻转过程中间状态，(c)翻转支架处于翻转结束状态。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图4所示，本发明的用于海上风电机组关键零部件的吊装设备，包括起升绞车4、主起重机1、翻转支架2、对接平台3、绳系5、翻身动力装置9，对接平台3固定连接在机舱6顶部，对接平台3一端上部铰接翻转支架2，翻转支架2与对接平台3之间装有翻身动力装置9，翻转支架2上面通过起重机对接平台8连接主起重机1；起升绞车4安装在塔筒外侧平台上；绳系5中的钢丝绳依次通过起升绞车4、对接平台3上的滑轮、翻转支架2上的滑轮、主起重机1上的滑轮连接主起重机1上的变幅绞车1-5，动力单元7连接翻身动力装置9和变幅绞车1-5。
主起重机的主吊钩通过钢丝绳与主起吊臂顶端的轮系相连，为降低钢丝绳单绳起重拉力，此处做成多倍率动滑轮轮系。主吊钩主动力来源于位于塔筒平台的起升绞车。
起升绞车4为液压绞车或电绞车。翻身动力装置9为液压油缸、电推缸、绞车中的一种。对接平台3与机舱6之间的连接方式为销轴铰接、螺栓连接、铆接中的一种。动力单元7为液压站的液压动力源或电动动力源。
吊装设备集成到集装箱，在拖船运输下靠近海上风电塔筒。在风电机组现有或临时安装的小型起重支架(一种简单的钢结构支架)辅助下将对接平台和翻身支架吊装到机舱指定位置，对接平台上安装轮系，穿绳，在固定于拖船上的绞车牵拉下，将起升绞车拖拽至塔筒上的安装平台，后将主起升绞车固定于平台。翻身支架悬出机舱外部，准备和起重机主体对接。主起重绞车通过对接平台上的轮系和起重机钢丝绳连接，主起重绞车开始工作，将起重机提升到机舱高度，主起重机在上升过程中全程倒置；主起重机和翻身支架对接。翻身文架在动力驱动下翻身135度左右，将倒置的起重机翻正。起重机翻正后，固定，即可进行吊装。
可对风电设备关键大型部件(齿轮箱、发电机、风冷设备、叶片等)进行安装，拆卸，更换等作业。
如图5所示，主起重机包括主吊钩1-1、主起吊臂1-2、将军柱1-3、变幅绞车1-5、变幅机构及轮系1-4、回转机构1-6。主起吊臂1-2通过回转机构1-6安装在将军柱1-3上，且主起吊臂1-2与回转机构1-6之间铰接，主起吊臂1-2可绕铰交点转动，将军柱1-3固定连接在起重机对接平台8上，回转机构1-6上还安装有变幅机构及轮系1-4、变幅绞车1-5，且变幅机构及轮系1-4位于主起吊臂1-2后面，变幅绞车1-5位于变幅机构及轮系1-4后面；将军柱1-3上端装有军柱顶端变相滑轮26，下部内装有将军柱内变相滑轮29；主起吊臂1-2上端部装有顶端变幅滑轮21、臂架顶端变相滑轮27、起重滑轮28，变幅机构及轮系1-4上装有底部变幅滑轮22，变相滑轮23；变幅绞车1-5的钢丝绳依次经过变幅机构及轮系中的变相滑轮23、主起吊臂顶端变幅滑轮21、变幅机构及轮系中的底部变幅滑轮22以及滑轮组多重盘绕后固定在变幅机构及轮系1-5中；主吊钩1-1通过钢丝绳经主起吊臂1-2上的起重滑轮28、臂架顶端变相滑轮27、将军柱顶端变相滑轮26、将军柱内变相滑轮29、翻转支架上的对侧中转滑轮24、对接平台上的中转滑轮25连接起升绞车4。
主起吊臂1-2为A字架式箱梁，结构紧凑，起吊能力强，稳定性好。将军柱为主支撑结构，将系统承载的力和弯矩传递到对接平台上。设备有回转机构，通过马达齿轮机构驱动系统回转，扩大设备工作范围。主起吊臂的俯仰调节(变幅)依靠变幅绞车和轮系实现。设备上部动力为液压泵站，液压泵站通过通用接口连接到变幅绞车上，提供变幅动力；液压泵站通过通用接口接到翻身油缸上，提供设备翻身动力。
对接平台，为起重机钢结构底盘，其上端与起重机的将军柱连接(焊接成一体或法兰螺栓连接)，下端通过销轴与风电机组的机舱内部钢结构连接。如图6所示，将军柱为起重机主承力件，简装锥体结构。其做成锥体结构是因为：底部大直径，具有更好的抗弯截面系数，抗弯能力更强；上端锥筒，与其连接的主起吊臂尺寸可以做得更小，主起吊臂活动范围更大。
如图7(a),(b)，(c)所示，当主起重机处于倒置需翻转起始状态时，翻转支架2前端铰孔与对接平台3前端铰座通过第一销轴18相连接；当翻转支架2在翻身动力装置9驱动下绕第一销轴18旋转一定角度后，翻转支架2前端铰孔脱离第一销轴18时，翻转支架2下端铰孔与对接平台3中间的铰座通过第二销轴19相连接，翻转支架2在翻身动力装置9驱动下绕第二销轴19旋转，将主起重机1由倒置状态翻身成竖直工作状态。
翻身支架为将起重设备(起重机主体)由倒置状态翻身成竖直工作状态的油缸驱动下的旋转机构。翻身支架与起重机主结构通过销轴相连，起始状态为图7(a)所示；翻身支架在油缸作用下先围绕第一销轴旋转，旋转到指定位置后与第二销轴连接，翻身支架与第一销轴自动脱开，继续旋转，翻身支架围绕第二销轴转动；油缸继续作用，将起重系统旋转到位。完成起重机由倒置状态到竖直直立状态的大角度翻转。
回转机构1-6包括回转马达、回转平台、将军柱上的齿轮，所述回转马达通过回转马达上的齿轮驱动连接将军柱上的齿轮，将军柱上的齿轮连接回转平台的齿轮，实现回转平台相对于将军柱的转动。
如图6所示，主起重机对接平台8和将军柱1-3连接为一体，回转平台与主起吊臂通过销轴连接在一起，通过马达驱动，实现主起吊臂相对于对接平台也即相对于机舱的相对转动。
变幅工作：变幅绞车1-5收放绳完成主起吊臂1-2俯仰角度的变化，实现变幅。其穿绳顺序为：变幅绞车1-5出绳-变相滑轮23-顶端变幅滑轮21-底部变幅滑轮22-滑轮组多重绕绳一死绳固定。
起重轮系：其中动力源来源于底部位于塔筒外侧平台的起升绞车4，起升绞车4出绳-中转滑轮25对侧中转滑轮24将军柱内变相滑轮29-将军柱顶端变相滑轮26-臂架顶端变相滑轮27-起重滑轮28-主吊钩1-1。因为绳系穿过将军柱1-3内部的回转中轴线，起升轮系通过合理穿绳，即完成了绳系从风机塔筒底部的绞车动力源到机舱顶部起重机臂架主吊钩上的穿绳，又能保证在吊机回转过程中，钢丝绳绳系和结构不冲突(回转过程中，只需扭转将军柱内钢丝绳，上段和下端钢丝绳均无扭转)。

Claims (9)

1.一种用于海上风电机组关键零部件的吊装设备，包括起升绞车、主起重机、翻转支架、对接平台、动力单元，其特征在于：所述对接平台固定连接在机舱顶部，对接平台一端上部铰接翻转支架，翻转支架与对接平台之间装有翻身动力装置，翻转支架上面通过起重机对接平台连接主起重机；所述起升绞车安装在塔筒外侧平台上；所述起升绞车的钢丝绳依次通过对接平台上的滑轮、翻转支架上的滑轮和主起重机上的滑轮连接于主起重机上的变幅绞车上，所述动力单元连接翻身动力装置和变幅绞车；
所述起重机包括主吊钩、主起吊臂、将军柱、变幅绞车、变幅机构及轮系、回转机构，所述主起吊臂通过回转机构安装在将军柱上，且主起吊臂与回转机构之间铰接，主起吊臂可绕铰交点转动，所述将军柱固定连接在起重机对接平台上，所述回转机构上还安装有变幅机构及轮系、变幅绞车，且变幅机构及轮系位于主起吊臂后面，变幅绞车位于变幅机构及轮系后面；所述将军柱上端装有军柱顶端变相滑轮，下部内装有将军柱内变相滑轮；所述主起吊臂上端部装有顶端变幅滑轮、臂架顶端变相滑轮、起重滑轮，变幅机构及轮系上装有底部变幅滑轮，变相滑轮；所述变幅绞车的钢丝绳依次经过变幅机构及轮系中的变相滑轮、主起吊臂顶端变幅滑轮、变幅机构及轮系中的底部变幅滑轮以及滑轮组多重盘绕后固定在变幅机构及轮系中；所述主吊钩通过钢丝绳经主起吊臂上的起重滑轮、臂架顶端变相滑轮、将军柱顶端变相滑轮、将军柱内变相滑轮、翻转支架上的对侧中转滑轮、对接平台上的中转滑轮连接起升绞车；所述主起吊臂为A字架式箱梁。
2.根据权利要求1所述的用于海上风电机组关键零部件的吊装设备，其特征在于：所述将军柱为底径大于顶径的锥筒结构。
3.根据权利要求1所述的用于海上风电机组关键零部件的吊装设备，其特征在于：所述回转机构包括回转马达、回转平台、将军柱上的齿轮，所述回转马达通过回转马达上的齿轮驱动连接将军柱上的齿轮，将军柱上的齿轮连接回转平台的齿轮，实现回转平台相对于将军柱的转动。
4.根据权利要求3所述的用于海上风电机组关键零部件的吊装设备，其特征在于：所述起重机对接平台与将军柱连接为一体，所述回转平台与主起吊臂的主臂架通过销轴连接在一起。
5.根据权利要求1所述的用于海上风电机组关键零部件的吊装设备，其特征在于：当主起重机处于倒置需翻转起始状态时，所述翻转支架前端铰孔与对接平台前端铰座通过第一销轴相连接；当翻转支架在翻身动力装置驱动下绕第一销轴旋转一定角度后，翻转支架前端铰孔脱离第一销轴时，所述翻转支架下端铰孔与对接平台中间的铰座通过第二销轴相连接，所述翻转支架在翻身动力装置驱动下绕第二销轴旋转，将主起重机由倒置状态翻身成竖直工作状态。
6.根据权利要求1所述的用于海上风电机组关键零部件的吊装设备，其特征在于：所述起升绞车为液压绞车或电绞车。
7.根据权利要求1所述的用于海上风电机组关键零部件的吊装设备，其特征在于：所述翻身动力装置为液压油缸、电推缸、绞车中的一种。
8.根据权利要求1所述的用于海上风电机组关键零部件的吊装设备，其特征在于：所述对接平台与机舱之间的连接方式为销轴铰接、螺栓连接、铆接中的一种。
9.根据权利要求1所述的用于海上风电机组关键零部件的吊装设备，其特征在于：所述动力单元为液压站的液压动力源或电动动力源。
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