CN110944928B - 用于将部件提升到风力涡轮机的升降组件及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将部件(3)提升到风力涡轮机(5)的升降组件(1)。升降组件包括:适于布置在彼此顶部以形成细长塔架(9)的多个塔架节段(13);和升降装置(2),其包括用于支撑塔架的支撑框架(11)、用于将塔架固定到风力涡轮机的固定组件(32)、和具有基座部分(23)和可旋转地连接到基座部分的悬臂(24)的起重机(21)。升降装置(2)包括布置成可在下部位置与上部位置之间竖直移动的平台(7)。平台具有用于支撑重量超过10吨的部件的第一存储区域(19)。起重机(21)安装在平台(7)上并且配置成当平台处于上部位置时在平台与风力涡轮机之间移动部件。平台设有适于接收塔架节段的开口。起重机和第一存储区域布置在开口的相对侧,并且塔架节段中的一者是具有上部(27)的顶部节段(26),上部设有用于支撑重量超过10吨的部件的第二存储区域。本发明还涉及一种使用升降组件将风力涡轮机的旧部件更换为新部件的方法。

Description

用于将部件提升到风力涡轮机的升降组件及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种用于将部件提升到风力涡轮机的顶部的升降组件。本发明还涉及一种用于在风力涡轮机的维护期间使用升降组件将部件往返于风力涡轮机的顶部运输的方法。
背景技术
如今,风力涡轮机需要定期维护其主要部件,诸如转子叶片、齿轮箱和发电机。然而,这些部件通常又大又重,这在风力涡轮机的组装和维护期间都成为问题。例如,齿轮箱的重量可能在20至45吨之间,而发电机的重量可能在15至30吨之间。如今,最常见的解决方案是使用大型重型起重机,用长线将这些部件从地面吊起。这些起重机的一个问题是,它们对风非常敏感,并且当风速超过一定限度时不能运行,因为起重机变得很不稳定,线缆可能开始摆动。这可能导致长时间的生产中断,从而降低了风力涡轮机的盈利能力。此外,目前最常用的起重机的大尺寸和重量会导致起重机的运输和组装出现问题。如今,需要大量车辆来运输起重机的不同零部件,并且一旦运输完成,这些零部件的组装就需要很长时间才能完成。上述所有问题都会导致风力涡轮机的组装和维护变得又昂贵又费时。
US 9,266,701B2公开了一种稳定性增强的起重机,所述起重机包括起重机主体驻留在其上的伸缩式主支撑桅杆。吊杆从起重机基座向上伸出,而悬臂通常从吊杆向上伸出。起重机适于具有至少160,000磅的负载能力和至少262英尺的最大悬臂高度。本发明通过使用夹持组件解决了稳定性问题,所述夹持组件驻留在主支撑桅杆上并且被配置为附接到与起重机相邻的现有结构。该夹紧组件增强了桅杆的稳定性。与如今最常用的起重机相比,稳定性增强型起重机的尺寸和重量也减小了。然而,本发明的问题在于,它不能解决起重机线缆的不稳定性,这意味着它仍然对强风敏感。另一个缺点是,驻留在主支撑桅杆上的起重机又大又重,增加了本发明的整体尺寸和重量。
因此,需要一种用于升起和定位风力涡轮机的主要部件的升降组件,所述升降组件的尺寸更小,重量更轻并且更抗风。
发明内容
本发明的目的是至少部分地克服上述问题并促进部件往返于风力涡轮机的顶部的运输。
根据本发明的一方面,该目的通过如权利要求1所述的升降组件来实现。
升降组件包括多个塔架节段,所述多个塔架节段一起形成长度可调的细长塔架和用于升起并移动部件的升降装置。升降装置包括用于支撑塔架的支撑框架、用于将塔架固定到风力涡轮机的固定组件以及起重机。升降装置还包括布置在支撑框架上方的平台。平台被布置成可相对于支撑框架在下部位置与上部位置之间移动。平台具有用于支撑重量超过10吨的部件的第一存储区域。起重机安装在平台上并且被配置为当平台处于上部位置时在平台与风力涡轮机之间移动所述部件。平台设有适于接收塔架节段的开口。因为开口适于接收塔架节段,所以开口和塔架节段优选地具有对应形状。起重机和第一存储区域布置在开口的相对侧,并且塔架节段中的一者是顶部节段,所述顶部节段具有上部,所述上部设置有用于支撑重量超过10吨的部件的第二存储区域。
塔架的长度取决于风力涡轮机的高度。优选地,细长塔架高于60m,更优选地高于80m,并且最优选地高于100m。然而,如有必要,塔架可以超过120m。塔架节段适于布置在彼此的顶部上以形成塔架。借助于将塔架节段布置在彼此的顶部上,可以改变塔架高度,并且塔架也易于拆除,因此促进塔架的运输。塔架节段的数量可以取决于风力涡轮机的高度和塔架节段的长度而变化。优选地,塔架节段的数量大于6,更优选地大于8,并且最优选地大于10。塔架节段可以通过不同方式布置以形成长度可调的塔架。例如,塔架节段可以是单独节段,当建造塔架时,所述单独节段安装在彼此的顶部上。可选地,塔架节段彼此可滑动地连接以形成伸缩塔架。因为多个塔架节段构成塔架,所以每个塔架节段都可以被制造成低高度,使得输送塔架节段的车辆可以这样做而无需任何额外的运输措施,例如使用护送。塔架节段的长度可以变化。为了促进运输塔架节段,塔架节段的长度可以在2m至10m之间变化。然而,塔架节段的长度也可以达到24m。
使起重机安装在可相对于支撑框架在下部位置与上部位置之间移动的平台上允许起重机和部件在竖直方向上沿着风力涡轮机移动。因为平台具有用于支撑重达10吨以上的部件的第一存储区域,所以起重机可以从地面拾取部件,将其放置在存储区域中,并借助于平台将其升起到上部位置。在上部位置处,起重机可以再次拾取部件并将其移动到风力涡轮机上的所需位置。该特征的优点在于,与例如通过使用具有可能导致部件开始摆动的长线缆的大型起重机相比,将部件运输到风力涡轮机的顶部的方式更加稳定。在本发明中,将部件升起到平台上是在下部位置中完成的,而将部件提升到风力涡轮机上是在上部位置中完成的。与将部件直接从地面升起到风力涡轮机的顶部的常规方法相比,这允许升降距离最小。
当平台处于上部位置时,平台在顶部节段的相对侧上伸出。平台上的开口允许平台又稳定又轻松地连接到塔架。此外,开口允许平台在不同水平方向上从塔架伸出一定距离。这提供了用于在相对于塔架的相对位置处容纳装置和物体的多个空间,例如起重机和待运输部件。由于起重机和第一存储区域布置在开口的相对侧的事实,在将部件往返于风力涡轮机的顶部的运输期间,起重机和部件的重量将彼此平衡,因为塔架的每一侧上的重量基本上相等。当平台沿着塔架向上或向下移动时,这尤其重要,因为不平衡的平台会在用于移动平台的驱动机构上造成磨损。由于平衡的平台不会在塔架上造成太大的应力,因此这也是有益的。因此,塔架节段的磨损将会减少。
如所提及的,塔架节段中的一者是顶部节段,所述顶部节段具有上部,所述上部设置有用于支撑重量超过10吨的部件的第二存储区域。当风力涡轮机上的旧部件更换为新部件时,该功能特别有用,因为顶部节段提供了在上部位置中可进入的用于存储部件的区域。然后可以将旧部件布置在第二存储区域上,而将新部件放置在风力涡轮机上。由于第二存储区域布置在顶部节段的上部的事实,第二存储区域设置在塔架的顶部上并且由此被塔架支撑。因此,当部件位于第二存储区域上时,所述部件将不会在塔架上引起任何扭矩。因为设置有第二存储区域的上部搁置在塔架上,所以当将部件放置在第二存储区域上时,部件的重量会导致竖直穿过塔架的长度的力到达地面,此时被地面抵消。该功能的优点是,防止平台变得不平衡,因为如果将旧部件放置在平台上而新部件仍搁置在平台上,则平台可能会变得不平衡。平台不平衡可能导致驱动机构发生故障或磨损。
第一和第二存储区域被设计用于支撑重量超过10吨的部件。这意味着存储区域被设计为具有支撑重量超过10吨的部件所需的机械强度。适当地,顶部节段、其他塔架节段和平台由诸如不锈钢之类的金属制成,以便提供在更换风力发电机的部件期间允许部件在平台上运输并定位在第二存储区域上所需的机械强度。优选地,第一和第二存储区域被设计用于支撑重量超过20吨的部件,并且优选地,第一和第二存储区域被设计用于支撑重量超过30吨的部件,以允许存储区域支撑风力涡轮机的重型部件,诸如齿轮箱、发电机和涡轮叶片。
在本发明的一个实施方案中,平台被布置成相对于塔架可线性移动。
根据本发明的实施方案,顶部节段包括盖,所述盖连接到上部并具有限定第二存储区域的上表面。盖适于支撑放置在第二存储区域上的部件。所述盖可以用于支撑在将新部件从第一存储区域升起到风力涡轮机上期间已从风力涡轮机移除的旧部件。使用盖是创建用作第二存储区域的表面的简便方法。适当地,盖由金属制成,使得盖能够承受旧部件的重量而不会变形。适当地,盖为盘形的。盖的外围的形状可以取决于塔架节段的形状而变化。在一个实施方案中,塔架节段的横截面为矩形并且盖为矩形。例如,盖是金属板。在一个实施方案中,盖是具有基本上平坦上表面的矩形金属板。
根据本发明的实施方案,盖可移除地连接到上部。因为盖是单独部件,所以它可以连接到任何塔架节段。连接有盖的塔架节段将成为顶部节段。这意味着任何塔架节段都可以用作顶部节段。盖设置有一个或多个连接装置以将盖可移除地连接到塔架节段中的一者。例如,连接装置是多个伸出元件。塔架节段设置有适于与盖的连接装置配合的连接装置以便将盖连接到塔架节段。例如,塔架节段设置有适合于接收盖的伸出元件的凹部。
根据本发明的实施方案,至少两个塔架节段具有不同高度,并且盖可以可移除地连接到所述至少两个塔架节段中的每一者。因此,可以将塔架的高度调整到风力涡轮机的机舱的高度。
根据本发明的实施方案,升降装置包括用于移动平台的驱动单元和被配置为向驱动单元产生电力的发电装置,并且发电装置安装在所述平台上。例如,发电装置是柴油发电装置。通过将发电装置放置在平台上,发电装置与驱动单元之间的距离较短。因此,发电装置与驱动单元之间的电缆较短并且不会成为移动平台的障碍。因为不需要将发电装置放置在地面上,所以不需要使用长电缆将发电装置连接到驱动单元,这简化了平台的移动。
根据本发明的一个实施方案,发电装置与起重机布置在所述开口的同一侧。通过以这种方式布置发电装置,其重量以及起重机的重量有助于补偿支撑在第一存储区域上的部件的重量,这意味着平台的重量将变得更加平衡。当平台沿着塔架移动时,这尤其重要,因为不平衡的平台会在驱动单元上造成磨损。发电装置的这种布置也是优选的,因为当起重机将部件升起到风力涡轮机和将部件从风力涡轮机升起时,发电装置将不会阻碍起重机。然而,发电装置也可以与第一存储区域布置在开口的同一侧。
根据本发明的实施方案,平台具有至少4m的长度和至少2m的宽度,并且优选地,所述平台具有至少6m的长度和至少3m的宽度。平台的尺寸必须足够大到容纳起重机、发电装置以及支撑在第一和第二存储区域上的部件。适当地,平台中的开口的面积至少为4m2。例如,开口的长度和宽度为至少2m。该尺寸允许开口接收塔架节段。
根据本发明的实施方案,平台在水平面上沿两个相反方向从开口伸出至少1.5m,优选地至少2m。通过以这种方式设计平台,在开口的每一侧上为需要放置在平台上的不同物体(例如,部件和起重机)设置了足够空间。而且,通过在平台的每一侧上留出空间,提高了升降组件的平衡性,而不是例如将开口放置得更靠近一端。这是由于可以将物体放置在开口的任一侧的事实。这提高了升降组件的稳定性。
根据本发明的实施方案,起重机具有基座部分和可旋转地连接到基座部分的悬臂,并且悬臂的最大长度小于40m,并且优选地悬臂的最大长度小于30m。悬臂较短的起重机比悬臂较长的起重机便宜。悬臂长度不必超过40m,因为起重机可以沿着风力涡轮机上下移动,因此达到更近距离。由于起重机位于平台上的事实,部件必须借助于起重机移动的距离小于现有技术中的距离,因此可以使用悬臂较短的起重机。考虑到杠杆原理,悬臂长度小于40m的小型起重机进一步提高了塔架的稳定性。
根据本发明的实施方案,开口以及塔架和盖的外围为矩形。矩形塔架更容易制造,因此制造更便宜。
根据本发明的实施方案,每个塔架节段都包括齿轮齿条,并且驱动单元包括适于与塔架节段上的齿轮齿条接合的齿轮,并且驱动单元适于使齿轮旋转。这是将平台运输到上部位置的简单方法,从而减少了塔架组装时间。所使用的齿轮量可以变化,但是适当地使用三个齿轮。通过使用多个齿轮,减少了每个齿轮上的负载,这意味着与使用较少齿轮相比,它们的磨损速度更慢。
根据本发明的实施方案,起重机的重量大于10吨。小于10吨的起重机可能无法升起必要物体,例如风力涡轮机的部件和塔架的节段。
根据本发明的实施方案,起重机的重量小于40吨,并且优选地小于30吨。轻于40吨、并且优选地轻于30吨的起重机比更重的起重机更便宜,并且更容易在平台上运输到风力涡轮机的顶部。
根据本发明的实施方案,平台设置有用于支撑风力涡轮机顶盖的伸出的可延伸梁。在更换风力涡轮机的组件时需要移除风力涡轮机的顶部,并且在移除时,需要将风力涡轮机的顶部放置在某处。通过为平台提供用于支撑风力涡轮机顶盖的伸出的可伸缩梁,起重机可以轻松地将风力涡轮机顶盖放置在这些伸出的可伸缩梁上。这意味着不需要将风力涡轮机顶盖放置在例如地面上,因此消除了对长线缆的需求,这意味着升降组件对风的敏感性降低。
根据本发明的实施方案,平台设置有折叠舷梯。在风塔的维护期间,该舷梯确保人们安全地从风力涡轮机到达平台,反之亦然。
根据本发明的实施方案,第一和第二存储区域的面积至少为4m2。因此,第一和第二存储区域提供了用于支撑部件的足够空间。
通过如权利要求12所述的用于使用根据本发明的升降组件将风力涡轮机的旧部件更换为新部件的方法也实现了上述目的。
所述方法的特征在于它包括以下步骤:
a)将升降装置定位在地面上并紧邻风力涡轮机,
b)借助于起重机升起新部件并将新部件放置在平台的第一存储区域上,
c)借助于起重机通过平台的开口将塔架节段中的一者在竖直取向上移动到支撑框架,
d)将塔架节段连接到支撑框架,
e)将平台竖直移动到塔架节段的上端,
f)升起塔架节段中的另一者,借助于起重机将塔架节段在竖直取向上放置在前一塔架节段上并将塔架节段彼此机械连接,
g)重复步骤e至f以建造细长塔架,
h)升起顶部节段并借助于起重机将顶部节段在竖直取向上放置在前一塔架节段上并将塔架节段彼此机械连接,
i)借助于固定组件将顶部节段连接到风力涡轮机,
j)将平台竖直移动到塔架节段的上部,
k)将平台机械地固定到顶部节段,
l)从风力涡轮机上移走旧部件并借助于起重机将其放在第二存储区域上,
m)从平台上移走新部件并借助于起重机将其放置在风力涡轮机上,
n)借助于起重机将旧部件从第二存储起区域移动到第一存储区域,
o)移除平台与顶部节段的机械固定,
p)将平台从塔架节段竖直向下移动到前一塔架节段,
q)使塔架节段彼此断开连接,
r)借助于起重机将塔架节段移到地面,
s)重复步骤q至s直到平台已经移动到最后一个塔架节段为止,
t)将平台移动到支撑框架,
u)使最后一个塔架节段与支撑框架断开连接,以及
v)借助于起重机将最后一个塔架节段移到地面。
使用根据本发明的升降组件的这种方法极大地方便了风力涡轮机的部件的更换。与现有技术方法相比,大大减少了在风力涡轮机上提供维护的时间和相应的成本。较小且成本较低的起重机可以用于更换旧部件。此外,因为升降组件的零部件可以在普通卡车上运输,所以也促进将升降组件运输到风力涡轮机。适当地,升降装置作为单个组装单元运输,这意味着只需要一台运输车辆就能运输升降装置。因为升降装置可以被预先组装,所以不需要额外的升降组件将升降装置组装在风力涡轮机的位置处,这意味着进一步减少了运输车辆的数量。
借助于起重机升起新部件并将新部件放置在平台的第一存储区域上是在地面上执行的。由于这是在地面上完成的事实,因此无需使用长线缆。这意味着所述方法的这一部分可以在对风的敏感性较低的情况下执行。通过将部件放置在第一存储区域上,所述部件将与平台一起移动到顶部。这意味着不必借助于起重机将部件从地面运输到风力涡轮机的要放置部件的部分。因此,不需要用于运输部件的长线缆,这使得组件对风不太敏感。
步骤d-i描述了塔架的组装。首先,借助于起重机通过平台的开口将塔架节段中的一者在竖直取向上移动到支撑框架。然后将该塔架节段连接到支撑框架,并使平台竖直移动到塔架节段的上端。在完成该操作后,另一个塔架借助于起重机升起并沿竖直方向放置在前一个塔架上。然后将两个塔架节段彼此连接,并将平台再次移至新放置的塔架节段的上端。重复这些步骤以便建造塔架。优选地,最后连接的塔架节段具有不同高度,例如5m、3m或2m以便容易地调节塔架高度。这是组装塔架的简便方法,并且比组装常规的升降组件要少得多的时间。由于使用了许多节段的事实,因此可以易于运输的尺寸生产节段,这意味着需要较少的运输工具。因为用于塔架的节段数量是选用的,所以通过在组装塔架时添加更多或更少节段也可以轻松调节塔架高度。通过能够调节塔架高度,塔架可以被优化以便容易地到达风力涡轮机的部件。塔架节段优选地是格子塔架节段,这意味着由于塔架的整个表面较小的事实,降低了塔架节段的重量以及塔架的风敏性。
由于塔架节段是通过平台的开口安装的,所以平台可以轻松地沿着塔架向上移动到不同高度,并且平台也可以轻松地以稳定方式附接到塔架,从而使平台牢固。通过将第一塔架节段连接到支撑框架,并且将其他塔架节段彼此连接,这确保了塔架稳定性,并且防止塔架节段被意外断开连接。
平台的移动可以不同方式进行,例如借助于马达和布置在平台的开口中的齿轮来进行,其中齿轮可以与沿着塔架节段放置的齿轮齿条接合。马达能够旋转齿轮,使得平台沿着塔架节段向上移动。这是将平台移至塔架顶部的又简便又省时的方法。由于在已经将每个节段放置在前一节段的顶部之后移动平台的事实,可以使用平台顶部的起重机来升起所有不同的塔架部件,这意味着不需要其他升降组件。这既节省时间又减少了所需的运输车辆的数量。
在除一个节段之外的所有节段都已组装好之后,最后一个塔架节段已组装到塔架顶部上。顶部节段的组装方式与其他节段相同。在完成该操作后,塔架已完全组装好。优选地,顶部节段的高度可以不同,例如5m、3m或2m,这意味着塔架高度易于调节。适当地,可以在最后一个节段上放置盖以实现顶部节段,所述顶部节段限定第二存储区域。通过将盖放置在最后一个节段上,最后一个节段将成为顶部节段。
在塔架完成后,顶部节段借助于固定组件连接到风力涡轮机。因为固定组件将确保风力涡轮机抵消来自例如风的合力,所以这使得塔架更稳定且更抗风。通过使塔架更稳定,因为降低了塔架例如掉落或断裂的可能性,所以提高了在风力涡轮机上和附近工作的人员的安全性。适当地,不同的塔架节段也借助于固定组件在塔架组装期间连接到风力涡轮机。这提高了塔架在其组装期间的安全性和稳定性,以及提高了完全组装的塔架的稳定性。
一旦安全组件将塔架连接到风力涡轮机,平台就竖直移动到顶部节段的上部,然后机械地固定到顶部节段。此后,完成升降组件。通过将平台移至顶部节段的上部,平台将处于最高点。这意味着起重机能够轻松到达并更换需要更换的风力涡轮机部件,而无需使用长线缆。通过将平台机械连接到顶部节段,当起重机需要将不同物体移入和移出平台时所引发的物体在平台上不平衡重量不会磨损驱动单元。如果平台未机械地连接到塔架,而是仅由驱动单元举起,则由于驱动单元因重量不平衡而承受较大的力,所以驱动单元会磨损得更快。
在升降组件完成后,将旧部件从风力涡轮机中移开,并借助于起重机将其放置在第二存储区域中。因为将起重机放置在平台上并且平台已移至塔架的上部,并且塔架已被建造到所需高度,所以起重机可以轻松到达风力涡轮机上的旧部件并将其放置在第二存储区域上,而不必使用长线缆,从而使得该解决方案对风的敏感性降低。通过将旧部件放置在第二存储区域上,该部件将与平台一起被运输到地面,而不是使用长线缆将其直接运输到地面。这也使得该解决方案对风的敏感性降低。而且,通过将旧部件放置在第二存储区域上,平台的重量平衡仍保持不变。
一旦将旧部件放置在第二存储区域上,然后就将新部件从平台上移开,并借助于起重机将其放置在风力涡轮机上。同样,因为带有起重机的平台已移至塔架顶部(所述塔架已建造至所需高度),所以起重机可以轻松到达风力发电机的要放置新部件的部分。当使用如今最常用的起重机时,需要从地面收集新部件,这意味着需要较长且对风敏感的线缆。通过使用该升降组件,将新部件放置在风力涡轮机上时不再需要长线缆,从而使得其对风的敏感性降低。
一旦将新部件放置在风力涡轮机上,旧部件就可以借助于起重机从第二存储区域移动到第一存储区域。这可以再次由起重机完成,而无需使用长线缆,从而使得其对风的敏感性降低。通过将旧部件移动到第一存储区域,因为旧部件的重量是平台另一侧的物体(例如,起重机和发电装置)的配重,所以重量平衡在平台上是不变的。因此,塔架拆卸将变得更加容易,这是因为驱动单元不会像平台不平衡时那样磨损。
一旦将旧部件移至第一存储区域,就移除平台与塔架的机械固定,此后就可以开始拆卸塔架了。塔架的拆卸开始于将平台从顶部节段向下竖直移动到前一塔架节段。之后,使塔架节段彼此断开连接,然后借助于起重机将塔架节段移至地面。通过使用起重机,不需要额外的升降组件来拆卸塔架。然后重复这些步骤,直到仅剩下最后一个塔架节段为止。与其他升降组件相比,这种拆卸塔架的方法非常简单且省时。
一旦已经移除一个塔架节段以外的所有塔架节段,平台就会移至支撑框架。在完成该操作后,最后一个塔架节段可以与支撑框架断开连接并借助于起重机移至地面。通过这样做,塔架完成拆卸。因为最后一个节段的移动是由起重机完成的,所以不再需要长线缆,这使得塔架拆卸的这一部分对风的敏感性降低。通过将最后一个塔架节段移至地面,仅保留升降装置,然后所述升降装置可以作为一个单元由单个车辆轻松地从风力涡轮机的位置进行运输,这意味着减少了运输车辆的数量。
根据所述方法的实施方案,所述部件是齿轮箱、发电机和风力涡轮机机翼中的任一者。这些是风力涡轮机上需要维护的最常见部件。
根据本发明的实施方案,所述方法还包括在步骤b之前启动发电装置。这意味着在借助于起重机升起新部件并将其放置在平台的第一存储区域之前启动发电装置。通过执行该步骤,发电装置将为起重机提供升起部件和塔架节段所需的必要动力。发电装置还将为驱动单元提供动力,这将使平台上的齿轮旋转。因为所述齿轮与齿轮齿条接合,所以齿轮的旋转将使得平台能够取决于齿轮转动的方向而向上或向下移动。
根据本发明的实施方案,所述方法还包括以下步骤:在执行步骤l之前,移除风力涡轮机的顶盖并将其放置在平台上的伸出的可延伸梁上;以及在步骤o之前将顶盖升起回到风力涡轮机上。
附图说明
现在将通过对本发明的不同实施方案的描述并参考附图来更详细地解释本发明。
图1示出了用于将部件提升到风力涡轮机的升降组件。
图2以俯视图示出了升降组件和风力涡轮机。
图3示出了从上方观察到的没有细长塔架的平台。
图4示出了起重机将旧部件更换为新部件。
图5示出了从上方观察到的支撑框架。图6示出了支承在支撑框架上的平台。
图6示出了从上方观察到的支承在支撑框架上的平台。
图7以透视图示出了盖。
图8示出了将升降装置紧邻风力涡轮机定位的运输车辆。
图9以侧视图示出了借助于起重机从地面升起的新部件。
图10示出了从地面升起并移至支撑框架的塔架节段。
图11示出了从地面升起并放置在前一塔架节段上的另一塔架节段。
图12示出了当塔架完全组装并且平台处于上部位置并且起重机将旧部件放置在第二存储区域上时的升降装置的放大侧视图。
图13从与图12相同的视图中示出了升降装置和塔架,但是起重机在风力涡轮机中放置了新的部件。
图14从与图12相同的视图中示出了升降装置和塔架,但是起重机将旧部件放置在第一存储区域。
具体实施方式
图1示出了用于将部件3提升到风力涡轮机5的升降组件1。升降组件1布置成紧邻风力涡轮机5。升降组件1包括多个塔架节段13,它们一起形成高度可调的细长塔架9。升降组件1还包括升降装置2,所述升降装置包括用于支撑塔架的支撑框架11、用于将塔架9固定至风力涡轮机的固定组件32、相对于支撑框架11可线性移动地布置的平台7以及设置在平台上的起重机21。平台7布置在支撑框架11上方。平台可相对于支撑框架11竖直移动。在本发明的该实施方案中,平台还可相对于塔架9在竖直方向上线性移动。平台具有用于支撑重量超过10吨的部件的第一存储区域19。支撑框架11布置在地面上并适于支撑细长塔架9。
塔架适于沿着其纵向轴线A1延伸到与风力涡轮机5的高度基本上对应的高度。塔架9由多个较小的塔架节段13构成,所述多个较小的塔架节段布置在彼此的顶部上并彼此连接,以便实现塔架9的必要高度。塔架节段13通过例如螺栓之类的附接装置15彼此连接。塔架节段的高度可以不同,但是优选地具有促进塔架节段运输的高度。因为塔架9的高度应基本上对应于风力涡轮机5的高度,所以可能需要各种高度的塔架节段13以实现塔架9的必要高度。塔架节段13中的一者是顶部节段26。顶部节段26具有上部27,所述上部设置有第二存储区域28以支撑重量大于10吨的部件3。顶部节段26适于被布置为最上面的塔架节段13。
升降装置2包括固定组件,所述固定组件适于将塔架9固定地连接到风力涡轮机5以便防止塔架摇摆。固定组件32可以包括多个固定装置32,所述多个固定装置被配置为夹持风力涡轮机的塔架。
图2以俯视图示出了当平台处于上部位置时的升降组件1和风力涡轮机。优选地,平台7具有至少4m的长度L1和至少2m的宽度L2。在该实施方案中,平台具有大于6m的长度L1和垂直于长度L1延伸的大于3m的宽度L2。平台7包括固定装置(未示出),所述固定装置适于在上部位置将平台机械地连接到顶部节段26,因此平台7变得固定到顶部节段26。固定装置可以是用于将平台可移除地附接到顶部节段的任何合适装置,例如锁定销。
在图2中所示的实施方案中,升降装置包括折叠舷梯31,所述折叠舷梯适于布置在平台7与风力涡轮机5之间以向人员提供平台与风力涡轮机之间的安全通道。
图3以俯视图示出了不带细长塔架9的平台7的例子。平台7设置有开口17,所述开口适于接收塔架节段13,如图3中所示。开口17的尺寸和形状基本上对应于塔架节段13的横截面的尺寸和形状,使得塔架节段装配在开口中并允许塔架节段穿过开口。起重机21和第一存储区域19布置在开口17的相对侧。在该实施方案中,起重机21被布置成比第一存储区域19更远离风力涡轮机5。在其他实施方案中,起重机21可以被布置成比第一存储区域更靠近风力涡轮机并且位于开口17的另一侧。开口17围绕塔架9的外围,使得平台7从塔架9沿不同水平方向伸出。
起重机21优选地具有大于10吨且小于40吨的重量,并且最优选地小于30吨的重量。起重机21包括连接到平台7的基座部分23和可旋转地连接至基座部分23的悬臂24。悬臂24适于将部件3升起到平台7和从平台移动。悬臂的最大长度优选地小于40m,并且最优选地悬臂24的最大长度小于30m。下部位置对应于平台7相对于塔架9的位置,其中平台7支承在支撑框架11上。上部位置是在支撑框架上方一定距离处的位置,并且可以对应于平台可以相对于塔架移动的最高位置以及部件3可以从平台7移动到风力发电机5的上部的位置。起重机21被配置为当平台7处于上部位置时使部件3在平台7与风力涡轮机5之间移动,并且当平台处于下部位置时优选地在地面与平台7之间移动。
平台7被布置成借助于一个或多个驱动单元30可相对于塔架9在上部位置与下部位置之间移动。驱动单元30被设置成紧靠平台的开口17。塔架节段13设置有一个或多个驱动装置,诸如齿轮齿条(未示出),所述驱动装置适于与驱动单元30配合以便使平台相对于塔架节段移动。在该实施方案中,平台设置有四个驱动单元30,并且塔架节段设置有四个驱动装置。驱动单元30可以包括马达、齿轮箱和驱动机构(未示出),所述驱动机构包括一个或多个驱动元件,诸如齿轮,所述一个或多个驱动元件适于与设置在塔架节段13上的驱动装置接合,以便使平台7在上部位置与下部位置之间移动。优选地,马达是电动马达,并且驱动机构包括至少一个齿轮,并且驱动装置包括至少一个齿轮齿条。
在该实施方案中,驱动单元30由发电装置36供电,所述发电装置被配置为借助于电缆向驱动单元发电。发电装置36还被配置为向起重机21发电。因此,起重机21和驱动器由发电装置36供电。在该实施方案中,发电装置相对于开口17与起重机21布置在同一侧。在其他实施方案中,发电装置36可以与第一存储区域19布置在开口17的同一侧。可选地,起重机21和驱动单元30也可以联接到风力涡轮机5的电气系统并且直接从风力涡轮机接收电力,因此不需要发电装置。
在该实施方案中,顶部节段26包括盖38,所述盖覆盖顶部节段的上部27并且可移除地附接到上部27,如图2中所示。优选地,顶部节段的上部27从开口17伸出,使得当平台处于上部位置时,盖38布置在开口17上方。盖38具有限定第二存储区域28的上表面。开口17以及盖38和塔架节段13的外围具有相同形状,例如矩形。矩形形状易于制造并且矩形塔架节段13容易堆叠,这使得例如运输更加容易。盖38具有垂直于塔架9的纵向轴线A1延伸的宽度L3,并且盖38在其最宽部分的宽度优选地等于或大于开口17的宽度。第一存储区域19和第二存储区域28中的每一者的面积优选地至少为4m2。盖的每个边L3优选地长于2m以便为部件提供足够多空间。盖38优选地由钢或某种金属制成,而且也可以由诸如碳纤维之类的任何种类的高强度材料制成。
在该实施方案中,平台7设置有可延伸梁40,所述可延伸梁适于支撑风力涡轮机顶盖41,如图3中所示。可延伸梁40连接到平台7,并且包括彼此间隔一定距离布置的第一梁40a和第二梁40b,并且所述梁彼此平行地伸出到距平台7一定距离。所述梁适于临时支撑风力涡轮机顶盖41。
对起重机和平台的操纵可以无线方式完成。使用无线控制装置提高起重组件的安全性,这是因为在起重机和平台操作时人员无需位于平台上。
图4示出了当平台7处于上部位置时的升降组件的上部。顶部节段26穿过平台7的开口17。顶部节段的包括盖的上部27从平台略微伸出使得可以从平台到达第二存储区域28。第二存储区域28设置在塔架9的顶部上,由此被塔架支撑。图4示出了起重机21将风力涡轮机5中的旧部件3a更换为新部件3b。旧部件3a已经临时放置在第二存储区域28中,并且在将新部件3b放入风力涡轮机5中之前已经借助于起重机21将其从第一存储区域19升起。在该实施方案中,平台7包括加强保持架43。保持架由优选地由钢制成的多个梁构成。保持架包括驱动单元30。在该实施方案中,驱动机构(未示出)包括多个齿轮(未示出),所述齿轮从保持架向内延伸并适于接合到塔架节段上的固定齿轮齿条(未示出)。保持架43适于围绕塔架9,并借助于驱动机构将平台7支撑到塔架上。
图5从上示出了支撑框架11。支撑框架11包括主体45、垂直于主体45延伸并且适于支承在地面上并支撑主体的支撑腿46。主体包括用于将塔架固定地连接到支撑框架的连接装置(未示出)。支撑框架11还包括用于将平台7可移除地附接到主体45的装置。如图6中所示,当不使用升降装置2时,平台7适于支承在主体的上表面上。
图6示出了从上观察的升降组件和风力涡轮机。升降组件包括固定组件32,所述固定组件适于将塔架9固定地连接到风力涡轮机5以便防止塔架摇摆。在该实施方案中,固定组件32包括两个夹持部分。每个夹持部分包括两个夹持杆34、35,所述夹持杆适于相对于塔架9垂直地并围绕风力涡轮机5的外围的一部分延伸。夹持杆34、35借助于夹持机构(未示出)压靠在塔架9上,因此将塔架9固定地连接到风力涡轮机5。
图7以透视图示出了盖38。盖包括从盖伸出的多个连接杆48。连接杆适于通过接合在顶部节段的上部27的通孔(未示出)中而将盖连接到顶部节段26。
本文参考图8-14描述了一种使用升降组件将旧部件更换为新部件的方法。
图8示出了运输车辆,所述运输车辆在将升降装置2定位成紧邻风力涡轮机5时运输升降装置。适当地,在将升降装置2装载到运输车辆(例如,卡车)上之前将其预先组装,这意味着在风力涡轮机5的位置处不需要组装升降装置2。这也意味着仅需要一辆运输车辆来运输升降装置2,这减少了运输车辆的总量。运输车辆降低支撑腿46,以便将升降装置2放置在地面上,并且一旦定位了升降装置2就将运输车辆驶离。因为运输车辆将升降装置2直接放置在正确位置,所以不需要例如额外的升降组件来定位升降装置2。一旦升降装置2被定位,就启动被配置为向驱动单元30产生电力的发电装置36,例如柴油发电机。因为将发电装置36布置在平台7上,所以不需要长绳索,如果将发电装置36已经被布置在例如地面上,则将需要较长绳索。
在图9中,借助于起重机21将新部件3b从地面升起,并将其放置在平台7的第一存储区域19上。通过仅将部件3升起到地面到平台7的距离,起重机就不需要使用长线缆来完成此操作。长线缆对风很敏感,这是因为它们在升起物体时可能会开始摆动。这意味着通过将部件3升起到平台7上,而不是例如必须将其直接从地面升起到风力涡轮机5,该解决方案对风的敏感性降低,这意味着将停止生产。部件3可以例如是齿轮箱、发电机和风力涡轮机机翼中的任一者。这些部件3是风力涡轮机5的需要更换的最常见部件。
在图10中,塔架节段13中的一者从地面升起,并借助于起重机21通过平台7的开口17将所述塔架节段在竖直方向上移动到支撑框架11。通过使开口17和塔架节段13的外围具有相同形状,在建造塔架9时,塔架节段13可以轻松穿过开口17放置,并且平台7可以借助于驱动单元30轻易沿着塔架9向上移动。塔架节段13通过使用例如螺栓之类的连接装置机械地连接到支撑框架11。在这样做时,升降组件1变得更稳定。
在图11中,平台7已借助于驱动单元30竖直移动到塔架节段13的上端,如图3和6中所示。在平台7的移动期间,是使平台7的重量平衡以免磨损驱动单元30是重要的。通过将起重机21和发电装置36放置在平台7的一侧并将新部件3b放置在另一侧,这些重量彼此抵消,这意味着平台7变得平衡。
另一个塔架节段13已经借助于起重机21从地面升起并沿竖直取向放置在前一塔架节段13上,这也如图10中所示。两个塔架节段13通过使用例如螺栓之类的附接装置15彼此机械地连接,从而使得升降组件1更稳定。平台7再次借助于驱动单元30竖直地移动到新放置的塔架节段13的上端。然后借助于起重机21将新的塔架节段13从地面移开并放置在前一塔架节段上。然后重复这些步骤以便建造如图1中所示的细长塔架9。当达到塔架9的近似所需高度并且仅剩下一个塔架节段(即,顶部节段26)时,不再执行这些步骤。这是组装塔架9的简便方法,并且比组装常规的升降组件耗时少得多。由于使用了许多塔架节段13的事实,因此可以易于运输的尺寸生产塔架节段13,这意味着需要较少的运输工具。因为用于塔架9的塔架节段13的数量是选用的,所以通过添加更多或更少塔架节段13也可以轻松调节塔架9的高度。通过能够调节塔架9的高度,塔架可以被优化以便容易地到达风力涡轮机5的部件3。塔架9优选地是格子塔架,这意味着由于塔架9的整个表面较小的事实,降低了塔架节段13的重量以及塔架9的风敏性。
在图12中,塔架已组装完成。顶部节段26已经借助于起重机21升起并在竖直方向上放置在前一塔架节段13上,并且两个塔架节段彼此机械连接。同样,通过使用附接装置15来完成塔架节段13的连接,这使得升降组件1更稳定。顶部节段26的外围与其余塔架节段13具有相同尺寸和形状,但是顶部节段26的长度可以变化,这意味着塔架9的高度易于调节。其他塔架节段13的高度也可以变化,从而进一步促进塔架9的高度的调节。
顶部节段26借助于固定组件32连接到风力涡轮机5,如图11中所示。因为固定组件32将确保风力涡轮机5抵消来自例如风的合力,所以这提供升降组件1的额外稳定性并使得更抗风。通过使塔架9更稳定,因为降低了塔架9例如掉落或断裂的可能性,所以提高了在风力涡轮机5上和附近工作的人员的安全性。
平台7借助于驱动单元30竖直地移动到顶部节段26的上部27,然后机械地固定到顶部节段26。平台7与顶部节段26的固定可以通过使用固定装置来完成,并且在这样做时,驱动单元30不再必须支撑平台7。这意味着,如果平台7上的重量变得不平衡,则不会影响驱动单元30,因此不平衡不会磨损驱动单元30。此后,完成了细长塔架9。一旦平台7在顶部节段26的上部27处,起重机21将尽可能接近风力涡轮机5上需要更换的旧部件3a。在该实施方案中,顶部节段26预先设置有盖38,所述盖可移除地附接到上部27,并且具有限定第二存储区域28的表面。盖38与开口17具有相同形状,并且塔架节段13的外围在该实施方案中为矩形,并且优选地与顶部塔架节段26的外围具有相同尺寸。
适当地,一旦建造了细长塔架9,伸出的可延伸梁40就会延伸,并且风力涡轮机顶盖41从风力涡轮机5移除并且借助于起重机21放置在所述梁40上。通过移除风力涡轮机顶部41,风力涡轮机5内部的部件3将是可更换的。优选地,折叠舷梯31的一端放置在平台7上,而相对端放置在风力涡轮机5上。通过添加该折叠舷梯31,人们可以容易而安全地到达风力涡轮机5与平台7之间,这在更换旧部件3a期间可能是必需的。可以在图2中看到该设置。
图12还示出了旧部件3a借助于起重机21从风力涡轮机5移开并放置在第二存储区域28上。
在图13中,新部件3b从平台7移开并借助于起重机21放置在风力涡轮机5上。
在图14中,旧部件3a借助于起重机21从第二存储区域28移动到第一存储区域19。通过执行这些步骤,完成了对旧部件3a的更换。由于将起重机21布置在已经尽可能靠近风力涡轮机5移动的平台7上的事实,因此将部件3移动到其不同位置时的距离都非常短,这意味着移动不需要部件3可以在不需要长线缆的情况下执行。与其中所有部件都需要使用长线缆往返于地面运输的其他升降组件相比,这是一种用于更换旧部件3a的更容易且对风敏感度较小的解决方案。通过将旧部件3a放置在第二存储区域28上,平台7的重量平衡仍保持不变。在将新部件3b放置在风力涡轮机5上之后,通过将旧部件3a从第二存储区域28移动到第一存储区域19,重量平衡将再次保持不变。这是因为旧部件3a的重量将更换新部件3b作为平台7的另一侧的物体(例如,起重机21和发电装置36)的平衡物。因此,在拆卸塔架9期间,驱动单元30不会像平台7不平衡时那样磨损。
一旦旧部件3a被新部件3b更换,塔架9的拆卸就可以开始。将折叠舷梯31从风力涡轮机5移除,并将其放置在平台7上。风力涡轮机顶盖41放回到风力涡轮机5上。此后需要这样做。然后,可伸缩梁40缩回。这可以在更换顶盖41之后的任何时间进行,但是适当地,这可以在将平台7降到支撑框架11之前完成,因为如果不将梁40直接放置在梁表面上但至少略微升高,则梁更容易缩回。
移除了将平台7与顶部节段26的机械固定,这使得平台7能够借助于驱动单元30从顶部节段26向下竖直移动到前一塔架节段13。塔架节段彼此断开连接,然后借助于起重机21将塔架节段13移至地面。通过使用起重机21,不需要额外的升降组件来拆卸塔架9,这简化了拆卸。重复上述步骤,直到平台7已移至最后一个塔架节段13为止。
平台7移至支撑框架11。最后一个塔架节段13与支撑框架11断开连接,然后借助于起重机21移至地面。同样,因为起重机21非常靠近地面,所以不需要长线缆,从而使得解决方案对风的敏感性降低。通过移动最后一个塔架节段13,升降装置2被释放并且可以容易地由例如卡车之类的运输车辆升起,并且可以从风力涡轮机5的位置移除。
本发明不限于所公开的实施方案,而是可以在所附权利要求的范围内进行改变和修改。例如,在本发明的另一个实施方案中,升降组件的塔架节段可以是伸缩式的,并且平台可以固定地附接到顶部节段。此外,起重机和第一存储区域可以切换位置,使得起重机比第一存储区域更靠近风力涡轮机。升降组件还可以用于建造完整的风力涡轮机,包括建造风塔。

Claims (18)

1.一种用于将部件(3,3a-b)提升到风力涡轮机(5)的升降组件,其包括:
-多个塔架节段(13),其一起形成高度可调的细长塔架(9),和
-升降装置(2),其包括:
-支撑框架(11),其用于支撑所述塔架,
-固定组件(32),其用于将所述塔架固定到所述风力涡轮机,和
-起重机(21),其特征在于,所述升降装置(2)包括:
-平台(7),其被布置成能够相对于所述支撑框架(11)在下部位置与上部位置之间移动,并且所述平台具有用于支撑重量超过10吨的部件的第一存储区域(19),所述起重机(21)安装在所述平台上并且被配置为在所述平台处于所述上部位置时在所述平台(7)与所述风力涡轮机(5)之间移动所述部件,所述平台设置有适于接收所述塔架节段的开口(17),所述起重机和所述第一存储区域被布置在所述开口(17)的相对侧,并且所述塔架节段中的一者是顶部节段(26),所述顶部节段具有上部(27),所述上部设置有用于支撑重量超过10吨的部件的第二存储区域(28)。
2.根据权利要求1所述的升降组件,其中所述顶部节段(26)包括盖(38),所述盖连接到所述上部(27)并且具有限定所述第二存储区域(28)的上表面。
3.根据权利要求2所述的升降组件,其中所述盖(38)可移除地连接到所述上部(27)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的升降组件,其中所述升降装置(2)包括用于移动所述平台的驱动单元(30)和被配置为向所述驱动单元产生电力的发电装置(36),并且所述发电装置安装在所述平台上。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的升降组件,其中所述平台(7)具有至少4m的长度和至少2m的宽度。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的升降组件,其中所述平台(7)具有至少6m的长度和至少3m的宽度。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的升降组件,其中所述起重机(21)具有基座部分(23)和可旋转地连接至所述基座部分的悬臂(24),并且所述悬臂具有小于40m的最大长度。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的升降组件,其中所述起重机(21)具有基座部分(23)和可旋转地连接至所述基座部分的悬臂(24),并且所述悬臂具有小于30m的最大长度。
9.根据权利要求2所述的升降组件,其中所述开口(17)、以及所述塔架节段(13)和所述盖(38)的外围为矩形。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的升降组件,其中所述起重机(21)的重量超过10吨。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的升降组件,其中所述起重机(21)的重量小于40吨。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的升降组件,其中所述起重机(21)的重量小于30吨。
13.根据权利要求1-3中任一项所述的升降组件,其中所述平台(7)设置有用于支撑风力涡轮机顶盖的可延伸梁(40)。
14.根据权利要求1-3中任一项所述的升降组件,其中所述第一和第二存储区域(19,28)中的每一者的面积至少为4m2
15.一种使用如权利要求1所述的升降组件来将风力涡轮机的旧部件更换为新部件的方法,其特征在于所述方法包括:
a)将所述升降装置(2)定位在地面上并紧邻所述风力涡轮机,
b)借助于所述起重机(21)升起所述新部件并将所述新部件放置在所述平台(7)的所述第一存储区域(19)上,
c)借助于所述起重机通过所述平台的所述开口(17)将所述塔架节段(13)中的一者在竖直取向上移动到所述支撑框架(11),
d)将所述塔架节段连接到所述支撑框架,
e)将所述平台竖直移动到所述塔架节段的上端,
f)升起所述塔架节段中的另一者,借助于所述起重机将所述塔架节段在竖直取向上放置在前一塔架节段上并将所述塔架节段彼此机械连接,
g)重复步骤e至f以建造所述细长塔架(9),
h)升起所述顶部节段(26)并借助于所述起重机将所述顶部节段在竖直取向上放置在前一塔架节段上并将所述顶部节段机械连接到所述前一塔架节段(13),
i)借助于所述固定组件(32)将所述顶部节段(26)连接到所述风力涡轮机,
j)将所述平台(7)竖直移动到所述塔架节段的所述上部(27),
k)将所述平台机械地固定到所述顶部节段,
l)从所述风力涡轮机上移走所述旧部件并借助于所述起重机将其放在所述第二存储区域(28)上,
m)从所述平台上移走所述新部件并借助于所述起重机将其放置在所述风力涡轮机上,
n)借助于所述起重机将所述旧部件从所述第二存储起区域(28)移动到所述第一存储区域(19),
o)移除所述平台与所述顶部节段的所述机械固定,
p)将所述平台从所述塔架节段竖直向下移动到所述前一塔架节段,
q)使所述塔架节段彼此断开连接,
r)借助于所述起重机将所述塔架节段移到地面,
s)重复步骤p至r直到所述平台已经移动到最后一个塔架节段为止,
t)将所述平台移动到所述支撑框架,
u)使所述最后一个塔架节段与所述支撑框架断开连接,以及
v)借助于所述起重机将所述最后一个塔架节段移到地面。
16.根据权利要求15所述的方法,其中所述部件(3,3a-b)是齿轮箱、发电机和风力涡轮机机翼中的任一者。
17.根据权利要求15所述的方法,其中所述方法使用如权利要求3所述的升降组件,其中所述升降组件的升降装置(2)包括用于移动所述平台的驱动单元(30)和被配置为向所述驱动单元产生电力的发电装置(36),并且所述发电装置安装在所述平台上,并且所述方法还包括在步骤b之前启动所述发电装置(36)。
18.根据权利要求15所述的方法,其中所述方法使用如权利要求11或12所述的升降组件,其中所述升降组件的平台(7)设置有用于支撑风力涡轮机顶盖的可延伸梁(40),并且所述方法还包括以下步骤:
-在执行步骤l之前,移除所述风力涡轮机的顶盖并将其放置在所述平台上的所述可延伸梁(40)上,以及
-在步骤o之前将所述顶盖升回到所述风力涡轮机上。
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