CN115163417A - 一种桁架式大型风电机组、自顶升安装装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明书属于风电技术领域，具体涉及一种桁架式大型风电机组、自顶升安装装置与方法。一种桁架式大型风电机组，该机组包括塔筒组件、支撑桁架；塔筒组件通过转接装置安装在支撑桁架的上方，支撑桁架的下部固定于地面基础上；支撑桁架由若干高度不一、结构相同的节段组成。自顶升安装装置，包括顶升系统和临时支撑系统；临时支撑系统包括支撑网架、斜拉索；顶升系统设置在支撑网架的下方；斜拉索布置于塔架四周，通过滑动抱紧装置与圆形塔筒连接。本发明与现有超高风塔装配技术相比，单个构件尺寸相对较小，便于运输；所有安装装置和配套设施均可循环利用，减少投资成本；采用自顶升的安装方式，无需大型吊装设备，操作方便，安装效率高。

Description

一种桁架式大型风电机组、自顶升安装装置与方法

技术领域

本发明书属于风电技术领域，具体涉及一种桁架式大型风电机组、自顶升安装装置与方法。

背景技术

风电机组主要由塔架、风轮、机舱以及控制系统等部件构成。目前，风电机组的安装主要采用地面组合、整体吊装的方法进行。此施工方法优点是减少高空作业，成本低，速度快。随着风电机组逐渐大型化的趋势，传统整体圆锥形塔筒风机由于结构庞大，采用吊装的安装方式，需要使用大型的吊装机械，同时，在吊装高度上也存在局限性，由此造成运输及安装等困难，限制了风机的发展。

发明内容

为了解决现有大型风电机组采用吊装方式存在的问题，本发明提供一种桁架式大型风电机组，将风机支撑体系分为圆形塔筒和支撑桁架两部分，将支撑桁架划分为多个节段，在组装好上部圆形塔筒机组的基础上，通过底部及周向支撑装置和液压顶升系统，不断将各个节段整合到原有桁架支撑中，最终将风机提升至预定高度。此种安装方式可避免使用大型吊装机械带来的不变，可有效解决在传统安装过程中运输困难、组装复杂等问题，降低安装费用。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是提供一种桁架式大型风电机组，该机组包括塔筒组件、支撑桁架；所述塔筒组件通过转接装置安装在支撑桁架的上方，所述支撑桁架的下部固定于地面基础上；其中，所述支撑桁架由若干高度不一、结构相同的节段组成。

进一步优选地，所述的塔筒组件包括圆形塔筒、轮毂、机舱、叶片；所述的转接装置一端通过连接法兰与所述圆形塔筒的下端连接；另一端与支撑桁架的上部采用螺栓或焊接方式连接。

本发明进一步提供了一种用于桁架式大型风电机组的自顶升安装装置，包括顶升系统和临时支撑系统；所述临时支撑系统位于支撑桁架的下方；所述临时支撑系统包括支撑网架、斜拉索；所述顶升系统设置在支撑网架的下方；所述斜拉索布置于塔架四周，通过滑动抱紧装置与圆形塔筒连接。

进一步优选地，所述的支撑网架包括四根受压柱，四根受压柱呈矩形布置，每根受压柱在竖直方向上设有竖向多排插销孔，横梁垫块通过螺栓固定在受压柱上；横梁位于横梁垫块上；在横梁上设有支撑梁。

进一步优选地，所述的支撑梁通过滑动支撑座滑动连接在所述横梁上。

进一步优选地，所述的顶升系统包括多级液压油缸，所述多级液压油缸安放在支撑网架的横梁下方。

进一步地，所述液压油缸的底部设有若干刚性垫片，用以补充液压油缸的行程。

进一步优选地，所述的斜拉索由四组拉索组成，每组两根，其中一根固定于支撑桁架上，另一根通过滑动抱紧装置与圆形塔筒连接；该两根拉索的另一端穿过方向转换装置与拉索卷扬机连接。

进一步优选地，所述的滑动抱紧装置包括齿条，所述齿条为螺旋环形结构，齿条的一端设有自锁扣；在所述齿条的外侧面设有连接所述斜拉索的转接环。

本发明还提供所述桁架式大型风电机组的自顶升安装方法，包括：

（1）根据设计规划打好地基基础，预先架设临时支撑系统、顶升系统以及状态监测装置；

（2）组装支撑桁架的各个节段；

（3）将支撑桁架最上一节段安装在支撑网架上，并在该节段的上部安装转接装置；

（4）采用小型吊装机械装备，将塔筒组件固定在转接装置上，形成整体；在圆形塔筒上套装滑动抱紧装置，将每组斜拉索中的一根与滑动抱紧装置中的转接环相连接，另一根布置在支撑桁架最上一节段的顶端，每组拉索的下端端部与地面固定装置相连；

（5）启动多级液压油缸开始顶升，将上部结构整体提高，顶升高度与支撑桁架的下一节段的高度相一致；

（6）将支撑桁架的下一节段送进至支撑网架的下方，利用螺栓等装置将该节段与上一节段相连接，使其成为整体，并使其能暂时固定在地面基础上；

（7）回缩多级油缸，降低横梁及支撑梁高度，使位置保持在支撑桁架节段的下端，将该节段的下部与支撑梁采用螺栓和连接部件固定；

（8）重复步骤（5）-（7）的操作，直至支撑桁架的所有节段完成安装；

（9）固定支撑桁架下端部，使其与地基基础保持为整体。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）与现有超高风塔装配技术相比，本发明可避免超大型的吊装机械装备进场，单个构件尺寸相对较小，便于运输；

（2）安装过程简单，部分构件可提前组装，减小现场组成工作量。所有装置装置和配套设施均可循环利用，减少投资成本；

（3）采用自顶升的安装方式，操作方便，安装效率高。

附图说明

图1是本发明实施例中桁架式大型风电机组的结构示意图；

图2是本发明实施例中转接装置的结构示意图；

图3是本发明实施例中支撑桁架节段结构示意图；

图4为本发明实施例中自顶升安装装置结构示意图；

图5是本发明实施例中支撑网架结构示意图

图6是本发明实施例中滑动抱紧装置的结构示意图；

图7本发明实施例中滑动抱紧装置的局部结构示意图；

图8是本发明实施例中自顶升安装过程示意图（一）；

图9是本发明实施例中自顶升安装过程示意图（二）；

图10是本发明实施例中自顶升安装过程示意图（三）。

图中：1、轮毂；2、机舱；3、叶片；4、圆形塔筒；5、转接装置；6、支撑桁架；7、滑动抱紧装置；8、支撑网架； 9、多级液压油缸；10、斜拉索；11、索力计；12、方向转换滑轮；13、拉索卷扬机；14、状态监测装置；15、刚性垫块；

701、自扣锁；702、连接带；703、齿条；704：卡槽；705、转接环；

801、受压柱；802、横梁；803、支撑梁；804、滑动支撑座；805、横梁垫块；806、固定螺栓；807螺栓孔。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。

实施例1 本实施例提供一种桁架式大型风电机组，该机组的结构如图1所示，包括：轮毂1、机舱2、叶片3、圆形塔筒4、转接装置5、支撑桁架6。圆形塔筒4通过转接装置5固定在支撑桁架6上，支撑桁架6底部通过混凝土桩固定在地面基础上。支撑桁架6的高度增加了圆形塔筒4的底面高度，在保持风机轮毂1高度的同时，可以减小圆形塔筒4的长度，节约钢材消耗量。

转接装置5的结构如图2所示，其上部通过连接法兰与圆形塔筒4的底部连接，其下部采用螺栓或焊接的方式与支撑桁架6连接。

如图1和图3所示，支撑桁架6由多个不同高度及尺寸、相同结构的阶段组成而成，从上往下各节段高度和尺寸大小逐渐增加。每一节段由若干根圆形塔柱、横杆、横隔，以及工字梁或H型斜杆构件拼接组装而成，通过螺栓焊接相互连接为整体。

支撑桁架6采用此种结构形式，当实际塔架需求高度变化时，可较为灵活地调整支撑桁架各节段的设计高度与数量。

实施例2 本实施例提供一种适用于上述桁架式大型风电机组的自顶升安装装置，该安装装置主要包括临时支撑系统和顶升系统。

如图4至图5所示，临时支撑系统主要由支撑网架8和斜拉索10构成。支撑网架8主要为四周安放竖立的受压柱801，每个受压柱均由四根竖向H型或工字钢柱组成，利用螺栓，将内部工字钢斜杆和横杆与四根钢柱保持固定。在每个受压柱801的型钢翼缘竖直方向上设有多排螺栓孔807。在钢横梁802端部设有横梁垫块805，并保持固定，横梁垫块805随横梁802升降而上下移动，当移动到所需高度处时，使用固定螺栓806穿过横梁垫块805的螺栓孔及受压柱801上的螺栓孔807，将横梁垫块805临时固定在受压柱801上的相应高度位置。横梁802上设有任意多个支撑梁803，形成网状支撑面，以支撑上部结构的重量。此外，支撑梁803的两端通过滑动支撑座804与横梁802连接，通过滑动支撑座804可以调整各支撑梁803的位置，以适应支撑桁架6不同节段的尺寸大小。在每根横梁802的下方，设置任意多个多级液压油缸9，以提供向上的顶升力。为防止多级液压油缸9的行程不足，在多级液压油缸9的底部安放一些刚性垫块15，其有混凝土或者钢材等材质组成。刚性垫块15的平面大小超过多级液压油缸9底部尺寸，以防止多级液压油缸9在中途脱落掉至地面。此外，每个单独的刚性垫块15的高度可不一致，可根据实时需要选择合适的刚性垫块15个数和高度大小。所有多级液压油缸和刚性垫片构成了顶升系统。

如图1、图6所示，在圆形塔筒4的外部，外套一个滑动抱紧装置7，通过调整其松紧程度，以改变在塔筒中的竖向位置。该滑动抱紧装置7由一根齿条组成，齿条703呈螺旋环状，在齿条703上沿每沿固定距离设置一卡槽704，在齿条703的外端设有两个自锁扣701，在两个自扣锁701中设有连接带702，以便在调整齿条703松紧程度时意外脱落。如图7所示，自扣锁701内有多个突出卡扣，以便与齿条703上的卡槽相结合，保持固定位置，原理类似于腰带。自扣锁701的上下方通过螺栓固定，确保其能始终保持与齿条701固紧状态。在卡槽704上还设有转接环705，使得斜拉索10能与其相互固定，此外向内有空隙，防止齿条703在空中甩动。

如图9所示，斜拉索10除布置在圆形塔筒4的外壁外周，在支撑桁架6的顶端四周也布置有四根，一共形成四组，分散在塔架整体的四周。在斜拉索10的下端通过方向转换滑轮12，将斜向的移动转为水平方向的移动，在每组斜拉索10的末端设置拉索卷扬机13，以控制斜拉索10的拉伸或者缩进量，调整斜拉索10的拉力。在每根斜拉索10的下方部位，安放一个索力计11，以实时监测每根斜拉索的拉力值大小，防止其超过应力极限，避免断裂情形的发生。

在机组安装过程中，与常规的整体吊装不同。本发明首先在支撑网架8上，通过螺栓或者其他连接方式固定住支撑桁架6最上一节段的部分。在此之后，将转换装置5通过螺栓或焊接方式安装在支撑桁架6的顶端。将圆形塔筒4各节段通过运输车装载至现场后，并整装好上部的轮毂1以及叶片3等构件，采用中小型吊车在施工现场进行拼装，此后组装好后的上部整机组装至转换装置5，并与支撑桁架6相互固定，形成一整体。

如图8至图10所示，在上部塔筒组件及支撑桁架6最上端一节段安装在支撑网架8的基础上，剩余顶升安装过程，按照以下步骤进行：

（1）在现场或者工厂组装好支撑桁架6的每一节段；

（2）根据安装进程，控制多级液压油缸9将上部结构进行顶升，顶升高度应与待安装的支撑桁架下一节段的高度相一致；

（3）将支撑桁架6的下一节段送进至支撑网架8的下方，并通过高强螺栓将已安装的支撑桁架的最上一节段的下端与待安装的下一节段的上端进行连接，使其成为整体，并能使整体暂时固定在地面基础上；

（4）回缩多级液压油缸9，并降低横梁802高度，放置在已安装好的下一节段的下端，通过螺栓或者其他连接装置将其进行固定，以方便进行下一次顶升；

（5）在顶升过程中，状态监测装置14内包括激光位移监测装置、风速仪等观测设备，以实时监测外部环境风速情况，以及塔架在外部环境激励下的位移偏移量和加速度变化大小，并将反馈值后台控制程序中，通过拉索卷扬机13调整拉索10伸缩量及出力大小，利用斜拉索10以提供侧向刚度，防止塔架在安装过程中的倒塌和损毁，保证塔身始终处于垂直状态；

（6）重复上述步骤（2）至步骤（5）的过程，直至所有的支撑桁架节段安装完成；

（7）固定支撑桁架6最后一节段的下端部，使其与地面基础能保持为整体，在此之后检查所有构件的安装位置是否正确，确保所有螺栓和构件在正常使用状态；

（8）拆除临时支撑系统的构件与顶升系统，如支撑网架8、斜拉索10、多级液压油缸9、刚性垫片15、状态监测装置14等。

需要说明的是，在顶升安装过程中，可以根据需要决定是否需要在多级液压油缸的下方垫刚性垫片15及刚性垫片的数量，若多级液压油缸的行程足够满足整个塔架的安装高度需要，则无需使用刚性垫片。

根据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易理解和使用本发明的一种桁架式风力机机组自顶升提升安装方法，并能产生本发明所记载的积极效果。

Claims (10)

1.一种桁架式大型风电机组，该机组包括塔筒组件、支撑桁架；所述塔筒组件通过转接装置安装在支撑桁架的上方，所述支撑桁架的下部固定于地面基础上；其特征在于：所述支撑桁架由若干高度不一、结构形式相同的节段组成。

2.根据权利要求1所述的桁架式大型风电机组，其特征在于：所述的塔筒组件包括圆形塔筒、轮毂、机舱、叶片；所述的转接装置一端通过连接法兰与所述圆形塔筒的下端连接；另一端与支撑桁架的上部采用螺栓或焊接方式连接。

3.一种用于如权利要求1或2所述的桁架式大型风电机组的自顶升安装装置，其特征在于：包括顶升系统和临时支撑系统；所述临时支撑系统包括支撑网架、斜拉索；所述顶升系统设置在支撑网架的下方；所述斜拉索布置于塔架四周，通过滑动抱紧装置与圆形塔筒连接。

4.根据权利要求3所述的用于桁架式大型风电机组的自顶升安装装置，其特征在于：所述的支撑网架包括四根受压柱，四根受压柱呈矩形布置，每根受压柱在竖直方向上设有多排插销孔，横梁垫块通过螺栓固定在受压柱上；横梁位于横梁垫块上；在横梁上设有支撑梁。

5.根据权利要求4所述的用于桁架式大型风电机组的自顶升安装装置，其特征在于：所述的支撑梁通过滑动支撑座滑动连接在所述横梁上。

6.根据权利要求3所述的用于桁架式大型风电机组的自顶升安装装置，其特征在于：所述的顶升系统包括多级液压油缸，所述多级液压油缸安放在支撑网架的横梁下方。

7.根据权利要求3所述的用于桁架式大型风电机组的自顶升安装装置，其特征在于：所述的顶升系统还包括若干刚性垫片，所述刚性垫片垫在液压油缸的下方，用以补充液压油缸的行程。

8.根据权利要求3所述的用于桁架式大型风电机组的自顶升安装装置，其特征在于：所述的斜拉索由四组拉索组成，每组有两根，其中一根固定于支撑桁架上，另一根与滑动抱紧装置连接；滑动抱紧装置套在圆形塔筒的外部；该两根拉索的另一端穿过方向转换装置与拉索卷扬机连接。

9.根据权利要求3所述的用于桁架式大型风电机组的自顶升安装装置，其特征在于：所述的滑动抱紧装置包括齿条，所述齿条为螺旋环形结构，齿条的一端设有自锁扣；在所述齿条的外侧面设有连接所述斜拉索的转接环。

10.一种用于如权利要求1或2所述的桁架式大型风电机组的自顶升安装方法，采用如权利要求3-8任一项所述的自顶升安装装置，其特征在于，包括以下步骤：

（1）根据设计规划打好地基基础，预先架设临时支撑系统、顶升系统以及状态监测装置；

（2）组装支撑桁架的各个节段；

（3）将支撑桁架最上一节段安装在支撑网架上，并在该节段的上部安装转接装置；

（4）采用中小型吊装机械装备，将塔筒、轮毂、机舱、叶片等组件固定在转接装置上，形成整体；在圆形塔筒上套装滑动抱紧装置，将每组斜拉索中的一根与滑动抱紧装置中的转接环相连接，另一根布置在支撑桁架最上一节段的顶端，每组斜拉索的下端端部与地面固定装置相连；

（5）启动多级液压油缸开始顶升，将上部结构整体提高，顶升高度与支撑桁架的下一节段的高度相一致；

（6）将支撑桁架的下一节段送进至支撑网架的下方，利用螺栓等装置将该节段与上一节段相连接，使其成为整体，并使其能暂时固定在地面基础上；

（7）回缩液压油缸，降低横梁及支撑梁高度，使位置保持在支撑桁架的下一节段的下端，将该节段的下部与支撑梁采用螺栓和连接部件固定；

（8）重复步骤（5）-（7）的操作，直至支撑桁架的所有节段完成安装；

（9）固定支撑桁架下端部，使其与地面基础连接为整体。

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