CN109231026B - 用于海上风电机组关键零部件的吊装装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于海上风电机组关键零部件的吊装装置，翻转机构和对接平台吊装在塔筒上部的机舱内的机座上，主起升绞车置于塔筒的绞车固定平台上；对接平台上安装翻转机构及主起重机，主起升绞车的出绳通过机座、翻转机构上的轮系与主起重机的钢丝绳连接；翻转机构中的翻身固定齿轮固定连接在机座的前部上面上，翻身固定齿轮的中心通过回转销轴铰接翻身台架，翻身台架上面固定连接对接平台，并安装翻身驱动齿轮，翻身驱动齿轮连接减速机及马达组件，翻身驱动齿轮与翻身固定齿轮啮合连接，且翻身驱动齿轮在减速机及马达组件的马达作用下可绕回转销轴旋转，并带动翻转机构中的翻身台架及主起重机翻转。

Description

用于海上风电机组关键零部件的吊装装置

技术领域

本发明涉及一种海上风电机组的吊装设备，尤其是一种海上风电机组关键零部件的吊装装置。

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；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，在我国乃至世界范围内尚无先例。

当前设计为吊装风电机组的齿轮箱和发电机；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吨级别)和发电机(15吨级别)，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所有关键设备。

传统的风电安装船，已不能满足当前风电的经济性、实用性、灵活性的发展要求。因此提出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、完整的吊装设备及工艺过程。

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吊装的新型吊装装置，其主体为带翻转机构的钢结构起重机；该装置与传统的“起重机—风电机组”相对分离的吊装方式不同，其中吊机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；从而进行吊装。

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装置，包括主起升绞车、塔筒、起升绳系、翻转机构、对接平台、机座，所述翻转机构和对接平台吊装在塔筒上部的机舱内的机座上，主起升绞车置于塔筒的绞车固定平台上；所述对接平台上安装翻转机构，并通过翻转机构安装主起重机，主起升绞车的出绳通过机座、翻转机构上的轮系与主起重机的钢丝绳连接；所述翻转机构包括翻身固定齿轮、翻身驱动齿轮、减速机及马达组件、翻身台架，所述翻身固定齿轮固定连接在机座的前部上面上，翻身固定齿轮的中心通过回转销轴铰接翻身台架，翻身台架上面固定连接对接平台，并安装翻身驱动齿轮，翻身驱动齿轮连接减速机及马达组件，翻身驱动齿轮与翻身固定齿轮啮合连接，且翻身驱动齿轮在减速机及马达组件的马达作用下可绕回转销轴旋转，并带动翻转机构中的翻身台架及主起重机翻转。

当主起重机在减速机及马达组件和翻身驱动齿轮驱动下旋转至竖直直立位置后，所述对接平台与机座通过销固定连接，实现主起重机由倒置状态到竖直直立状态的大角度翻转。

进一步，所述主起重机与对接平台之间通过回转机构连接，所述回转机构包括回转平台、回转马达、回转齿轮，回转齿轮固定在将军柱下部，回转马达安装在回转平台上，并通过驱动齿轮连接回转齿轮。

进一步，所述对接平台和将军柱连接为一体，回转平台与主起重机的主臂架通过销轴连接在一起。

进一步，所述将军柱为底径大、顶径小的锥筒结构。

进一步，所述主起重机的主臂架结构为A字架、桁架箱型梁中的一种，其沿弦杆方向为固定长度或可伸缩长度。

进一步，所述主起升绞车为液压绞车或电绞车。

进一步，所述翻身台架的减速机及马达组件中的马达为液压马达或电机。

本发明的有效益效果是：

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。新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。本发明借助塔筒高度，总体钢结构只需15吨，节省钢材造价90％以上。

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装置结构示意图；

图2为图1中上部结构局部放大图；

图3为绳系和起重轮系连接示意图。

图4为主起重机和翻转机构结构示意图；

图5为将军柱和对接平台结构示意图；

图6为主起重机翻转状态示意图；

图7为翻身台架初始状态—等待和起重机对接示意图；

图8为翻身台架翻身到中段状态示意图；

图9为翻转平台和起重机本体对接示意图；

图10为带起重机翻身-中段示意图；

图11为带起重机翻身-最终落位阶段示意图。

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1，2，3所示，一种用于海上风电机组关键零部件的吊装装置，包括主起升绞车10、机舱14、主起重机24、塔筒40、起升绳系43、绞车固定平台60、翻转机构6、对接平台7、机座17。

翻转机构6和对接平台7吊装在塔筒40上部的机舱14内的机座17上。对接平台7上安装轮系，穿起升绳系43，并通过起升绳系43与拖船上的绞车连接，主起升绞车10置于塔筒40的绞车固定平台60上。主起重机24安装在翻转机构6上，主起升绞车10通过机座17、翻转机构6上的轮系与主起重机24的钢丝绳连接。

吊装工具起重机系统集成到集装箱，在拖船运输下靠近海上风电的塔筒40。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7和翻转机构6先吊装到机舱指定位置，对翻转机构6上安装轮系，穿绳，在固定于拖船上的绞车牵拉下，将主起升绞车10拖拽至塔筒上的绞车固定平台60，并将主起升绞车10固定于绞车固定平台60。翻转机构6悬出机舱14外部，准备和主起重机24对接。主起升绞车10通过机座17、翻转机构6的轮系和主起重机24的钢丝绳连接，主起升绞车10开始工作，将主起重机24提升到机舱14高度，主起重机24在上升过程中全程倒置；主起重机24和翻转机构6对接。翻转机构6的翻身齿轮在动力驱动下翻身180度左右，将倒置的主起重机24翻正。主起重机24翻正后与机座17固定，即可进行吊装。

本发明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4至图11所示，翻转机构6包括翻身固定齿轮51、翻身驱动齿轮21、减速机及马达组件22、翻身台架23，翻身固定齿轮51固定连接在机座17的前部上面上，翻身固定齿轮51的中心通过回转销轴20铰接翻身台架23，翻身台架23上面固定连接对接平台7，并安装翻身驱动齿轮21，翻身驱动齿轮21连接减速机及马达组件22，翻身驱动齿轮21与翻身固定齿轮51啮合连接，对接平台7上面安装主起重机24。

首先，机座17和翻转机构6吊装完毕后，与机舱14固定。机座17与机舱14主钢结构相连。翻身台架23上固定翻身驱动齿轮21及与之配套的减速机及马达组件22；翻身驱动齿轮21和翻身固定齿轮51相啮合，翻身驱动齿轮21旋转，实现翻身驱动齿轮21围绕翻身固定齿轮51旋转；从而带动翻身台架23围绕回转销轴20旋转，翻身台架23由折叠状态变为向外伸展状态，准备与主起重机24对接，对接好后翻身。

然后，在减速机及马达组件22的马达作用下围绕回转销轴20旋转，将主起重机24旋转到位。旋转到位后，对接平台7通过第一销18和第二销19分别插入机座17上的第一销孔15和第二销孔16而固定(见图11)；完成主起重机24由倒置状态到竖直直立状态的大角度翻转。

如图4，5所示，主起重机24包括主钩1、主臂架2、将军柱3、变幅机构/轮系4、回转机构5、动力单元9、变幅绞车11。

主钩1通过钢丝绳与主臂架2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。主钩1主动力来源于位于塔筒平台的主起升绞车10。主臂架2为A字架式箱梁，结构紧凑，起吊能力强，稳定性好。主支撑结构为将军柱3，将系统承载的力和弯矩传递到对接平台7上，最终传递到机舱钢结构上。设备有回转机构5，通过马达-齿轮机构驱动系统回转，扩大主臂架2的工作范围。主臂架2的俯仰调节变幅依靠变幅绞车11和轮系4实现。设备上部动力为动力单元9，动力单元9通过通用接口连接到变幅绞车11上，提供变幅动力；动力单元9通过通用接口接到翻身驱动齿轮21上，驱动翻转机构6提供设备翻身动力；动力单元9通过通用接口接到回转马达25上，驱动回转机构5提供设备回转动力。

回转机构5包括回转平台42、回转马达25、回转齿轮41，回转齿轮41固定在将军柱3下部，回转马达25安装在回转平台42上，并通过驱动齿轮连接回转齿轮41。回转马达25上的驱动齿轮驱动位于将军柱3上的回转齿轮41，实现将军柱3和回转平台42的相对转动。对接平台7和将军柱3连接为一体，回转平台42和主臂架2通过销轴连接在一起，通过马达驱动，实现主臂架2相对于对接平台7也即相对于机舱14的相对转动。

变幅机构/轮系4上装有底部变幅滑轮31，主臂架顶端变幅滑轮32，变幅绞车11的钢丝绳依次经过变幅机构/轮系中的底部变幅滑轮31、主臂架顶端变幅滑轮32后固定在底部变幅滑轮31上。变幅绞车11通过变幅机构/轮系4收放绳完成主臂架2俯仰角度的变化，实现变幅。变幅机构/轮系4中动力源来源于底部位于塔筒外侧平台的主起升绞车10，主起升绞车10的出绳依次通过中转滑轮26、将军柱内的变向滑轮28、将军柱顶端的变向滑轮29、臂架顶端变向滑轮30、起重滑轮31连接主钩1。因为绳系穿过将军柱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段，上段和下端钢丝绳均无扭转；实现了起升动力源绞车固定，执行机构却依然可以回转的功能。

如图5所示，将军柱3竖直支撑回转机构为底径大、顶径小的锥筒结构，在保证抗倾覆能力的同时，确保整体结构的轻量化以及主起重臂A字架吊装俯仰活动范围的最大化。

主起重机24与传统起重设备不同，主臂架回转时主起升动力源主起升绞车必须跟随回转；本发明其轮系和绳系合理布局，绳系穿过将军柱3内部的回转中轴线，回转只带来钢丝绳的扭动，绳系和结构并不冲突，实现了主动力源主起升绞车10位置固定的前提下主臂架的自由回转。

对接平台7为起重机钢结构底盘，其上端与主起重机的将军柱连接焊接成一体或法兰螺栓连接，下端通过四根销轴与风电机组的机舱内部钢结构连接；将军柱3为起重机主承力件，筒装锥体结构。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A字臂架尺寸可以做得更小，A字臂架收臂时更靠近将军柱，活动范围更大。

本发明不同于传统吊装“起重机和风机结构为两个独立的组成部分，吊机和风机处于分离状态，吊机高度必须超过风机；当前工艺中主起重机位于机舱内部/上部，在机舱内通过对接平台和机舱固有结构的连接实现起重机的固定，依靠塔筒和机舱高度，实现起吊点吊装高度的提升。为消除波浪对吊装的影响，其主起升绞车10固定于塔筒外侧悬挂的固定平台60上；主起升绞车10执行两种功能，既可以用主绞车将起重机本体提升到指定机舱位置，又能在起重机安装就位后吊装风电机组大型零部件；一机两用。

主起重机主体结构，主臂架结构可以是A字架，可以是桁架，也可以是箱型梁；其沿弦杆方向可以为固定长度，也可以为伸缩臂架；主起升绞车可以是液压绞车也可以是电绞车；翻身台架的翻身动力、回转马达的回转动力，可以是液压马达也可以是电机；对接平台和机舱内结构的连接方式为销轴铰接，也可以为螺栓连接，铆接等；动力源可以为液压站的液压动力源，也可以为电动动力源；翻转机构的齿轮副的主/从齿轮齿数比及模数，根据实际翻转速度和承载能力实际需要进行调整；主起升绞车出绳方式可以为双出绳一滚筒两根绳，也可以为双绞车同步，也可以为单绞车牵拉方式。

本发明的工作流程为：拖船携带设备靠近塔筒，起升小起重支架或利用风电机组内部自带起重设备，准备吊装对接平台和翻转机构，吊装对接平台和翻转机构，穿绳，主起升绞车在位于拖船上的辅助绞车作用下从拖船移到塔筒固定平台，并固定，小起重支架提拉主绞车缆绳至对接平台，穿绳，准备吊装。主起升绞车穿绳完毕，准备吊装主起重机，翻转机构围绕销轴向外旋转，准备对接主起重机；主起重机处于倒置状态，主起重机在主起升绞车牵拉下，提拉至机舱外侧，主起重机底部和翻转机构对接，翻身马达工作，驱动整个系统围绕翻身主齿轮旋转，由倒置状态，逐渐扶正--起重机完全竖直状态，固定，开始吊装作业，吊装作业完毕后，逆向复现，完成设备的拆解复原。

Claims (8)

1.一种用于海上风电机组关键零部件的吊装装置，包括主起升绞车、塔筒、起升绳系、翻转机构、对接平台、机座，其特征在于：所述翻转机构和对接平台吊装在塔筒上部的机舱内的机座上，主起升绞车置于塔筒的绞车固定平台上；所述对接平台上安装翻转机构，并通过翻转机构安装主起重机，主起升绞车的出绳通过机座、翻转机构上的轮系与主起重机的钢丝绳连接；所述翻转机构包括翻身固定齿轮、翻身驱动齿轮、减速机及马达组件、翻身台架，所述翻身固定齿轮固定连接在机座的前部上面上，翻身固定齿轮的中心通过回转销轴铰接翻身台架，翻身台架上面固定连接对接平台，并安装翻身驱动齿轮，翻身驱动齿轮连接减速机及马达组件，翻身驱动齿轮与翻身固定齿轮啮合连接，且翻身驱动齿轮在减速机及马达组件的马达作用下可绕回转销轴旋转，并带动翻转机构中的翻身台架及主起重机翻转；

主起重机包括主钩、主臂架、将军柱、变幅机构/轮系、回转机构、动力单元和变幅绞车，主钩通过钢丝绳与主臂架顶端的轮系相连，主臂架的俯仰调节变幅依靠变幅绞车和变幅机构/轮系实现，动力单元通过通用接口连接到变幅绞车上，提供变幅动力；动力单元通过通用接口接到翻身驱动齿轮上，驱动翻转结构提供设备翻身动力；动力单元通过通用接口接到回转马达上，驱动回转机构提供设备回转动力。

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装置，其特征在于：当主起重机在减速机及马达组件和翻身驱动齿轮驱动下旋转至竖直直立位置后，所述对接平台与机座通过销固定连接，实现主起重机由倒置状态到竖直直立状态的大角度翻转。

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装置，其特征在于：所述主起重机与对接平台之间通过回转机构连接，所述回转机构包括回转平台、回转马达、回转齿轮，回转齿轮固定在将军柱下部，回转马达安装在回转平台上，并通过驱动齿轮连接回转齿轮。

4.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装置，其特征在于：所述对接平台和将军柱连接为一体，回转平台与主起重机的主臂架通过销轴连接在一起。

5.根据权利要求3或4所述的用于海上风电机组关键零部件的吊装装置，其特征在于：所述将军柱为底径大、顶径小的锥筒结构。

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装置，其特征在于：所述主起重机的主臂架结构为A字架、桁架箱型梁中的一种，其沿弦杆方向为固定长度或可伸缩长度。

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装置，其特征在于：所述主起升绞车为液压绞车或电绞车。

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装置，其特征在于：所述翻身台架的减速机及马达组件中的马达为液压马达或电机。