CN117889045A - 一种风力发电设备起重结构 - Google Patents

Abstract

随着风电设备的发展，风电塔越来越高，也开始进入一些更极端的环境进行工作，在风电施工中，吊装过程中不稳的现象更加严重，本发明属于风电领域，具体涉及一种风力发电设备起重结构，包括起重设备，所述起重设备上设置有起升机构，还包括风力发电设备的塔身，塔身与地面固定连接，所述塔身与起升机构之间设置导向机构，起升机构与导向机构配合使得起升机构稳定延塔身方向起升，使得起升机构在起吊过程中可以依赖于塔身进行稳定。

Description

一种风力发电设备起重结构

本申请是针对申请号CN 2023106140349，申请日2023.05.29，专利名称：一种风力发电设备起重施工方法及结构，所提出的分案申请。

技术领域

本发明属于风电领域，属于战略新兴产业目录之6新能源产业中的6.2风能产业下6.2.5风力发电技术服务，具体为风电场设计及建设服务，具体涉及一种风力发电设备起重结构。

背景技术

起重机用于在特定范围内吊装货物，由于起重机与起升设备之间只通过钢索连接，在实际使用时，由于惯性，就会使货物产生摇摆，而在一些更极端的工况下，即风电施工中，随着风电设备的发展，风电塔越来越高，也开始进入一些更极端的环境进行工作，在风电施工中，吊装过程中不稳的现象更加严重，所以需要一些将起升设备稳定的手段以应对上述工况。

现有技术中，如CN202120389079.7、CN202011484853.9、CN201720971365 .8提出了在起重机与起升设备之间设置导向结构以实现稳定的效果，但是这些技术均应用于门式起重机中，与风电施工所用的大型起重机并不适配，且这些结构还是依赖于起重机本体实现稳定，实际稳定效果并不理想。

发明内容

为解决极端工况下，起重机起升设备不稳的问题，本发明提供一种风力发电设备起重结构。

本发明的目的是以下述方式实现的：一种风力发电设备起重结构，包括起重设备，所述起重设备上设置有起升机构，还包括风力发电设备的塔身，塔身与地面固定连接，所述塔身与起升机构之间设置导向机构，起升机构与导向机构配合使得起升机构稳定延塔身方向起升。

进一步的，所述导向机构包括与塔身固定连接的导轨，导轨延起升方向设置，导轨内滑动连接导向块，导向块固定连接连接杆一端，连接杆另一端固定连接起升机构。

进一步的，所述导轨为T型导轨。

进一步的，所述导轨顶部连接伸长段导轨一端，伸长段导轨高于塔身顶端。

进一步的，所述伸长段导轨与导轨之间铰接，伸长段导轨与导轨之间设置活动支撑杆。

进一步的，所述导向块与导轨接触的面设置滚珠组件，所述滚珠组件包括滚珠套，滚珠套内包覆滚珠，滚珠套外周设置外螺纹，导向块侧方开设安装槽，安装槽内设置与外螺纹配合的内螺纹，滚珠套与导向块通过内外螺纹固定连接，滚珠套外侧设置开口，滚珠通过开口部分向外伸出。

相对于现有技术，本发明通过在塔身与起升机构之间设置导向机构，使得起升机构依导向机构延塔身起升，使得起升机构在起吊过程中可以依赖于塔身进行稳定。

附图说明

图1是起重设备起吊第二根塔身时的结构示意图；

图2是起重设备降落第二根塔身时的结构示意图；

图3是塔身组装完成，起重设备起吊机舱时的结构示意图；

图4是图3中A处的放大图；

图5是起重设备降落机舱时的结构示意图；

图6是起重设备起吊叶轮机构时的结构示意图；

图7是叶轮机构即将起吊完成，准备组装时的结构示意图；

图8是轮毂与叶片分别起吊并组装的结构示意图；

图9是导向机构处的剖面俯视图；

图10是导向机构的主视剖视图；

图11叶轮起升机构的结构示意图；

图12是图11的部分剖视图；

图13是图12的A-A剖面图；

图14是图12的B-B剖面图；

图15是使用叶轮起升机构起吊叶轮机构之初的工况示意图；

图16是使用叶轮起升机构起吊叶轮机构之末的工况示意图；

图17是导轨与塔身之间焊接的一种实施例。

其中，起重设备1、起升机构11、绑扎带111、连接杆112、导向块113、塔筒2、机舱3、轮毂31、叶片32、导轨4、合页41、活动支撑杆42、伸长段导轨5、辅助起重设备6、绑扎降落机构7、铰接座71、链轮72、链条73、第二绑扎带731、限位块74、链轮锁死机构8、第一电推杆81、第一推杆82、链轮制动机构9、制动安装座91、钳杆92、第二电推杆93、第二推杆931、刹车块94。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如附图1-9所示，一种风力发电设备起重结构，包括起重设备1，所述起重设备1上设置有起升机构11，还包括风力发电设备的塔身，塔身与地面固定连接，所述塔身与起升机构11之间设置导向机构，使得起升机构11依导向机构延塔身起升。

通过在塔身与起升机构11之间设置导向机构，使得起升机构11依导向机构延塔身起升，使得起升机构11在起吊过程中可以依赖于塔身进行稳定。

进一步的，所述导向机构包括与塔身固定连接的导轨4，导轨4延起升方向设置，导轨4内滑动连接导向块113，导向块113固定连接连接杆112一端，连接杆112另一端固定连接起升机构11。

优选的，导轨4为竖直方向或是在竖直设置的基础上延塔身的斜度产生倾斜；必要时导轨4与塔身之间可以设置加强筋；导轨4远离塔身的一侧开口，连接杆112从该开口处伸出，如图9所示。

进一步的，所述导轨4为T型导轨4。

进一步的，所述导轨4顶部连接伸长段导轨5一端，伸长段导轨5高于塔身顶端；伸长段导轨5用于起吊机舱3、轮毂31、叶片32时，提供足够长的导向稳定能力。

进一步的，所述伸长段导轨5与导轨4之间铰接，伸长段导轨5与导轨4之间设置可拆卸的活动支撑杆42；详细的，如图4所示，伸长段导轨5向外开口处与导轨4通过合页41铰接，使得伸长段导轨5可沿向外（向远离塔身）的方向旋转，使得将机舱3、轮毂31、叶片32吊装至足够高度后，将伸长段导轨5转离，以防止后续工作产生干涉。

优选的，导轨4顶端应略低于塔身顶端（≥500mm），保证伸长段导轨5转离后不会在塔顶水平面产生干涉。

导轨4与导向块113之间可以只是普通的滑块与滑轨配合，但更优选的，如图9-10所示，所述导向块113侧方设置滚珠组件114，所述滚珠组件114包括滚珠套1142，滚珠套1142内包覆滚珠1141，滚珠套1142外周设置外螺纹，导向块侧方开设安装槽，安装槽内设置与外螺纹配合的内螺纹，滚珠套1142与导向块113通过内外螺纹固定连接，滚珠套1142外侧设置开口，滚珠1141通过开口部分向外伸出。

详细的，滚珠套1142设置开口的一侧的内腔为与滚珠1141所匹配的弧形，滚珠1141从开口处向外露出不超过半个球身，滚珠套1142与设置开口相反的一侧设置供整个滚珠1141通过的通孔，安装时先将滚珠1141从通孔处放入滚珠套1142，然后使滚珠套1142与安装槽通过内外螺纹拧紧固定连接，通过安装槽预设的厚度及滚珠套1142的厚度，将滚珠1141从开口处顶出，以伸出导向块113侧方，形成类似轴承的结构，以使得导向块113可以更顺畅的滑动于导轨4内，其中滚珠1141、滚珠套1142及安装槽之间的空隙处可以用于存油（滚动时润滑），滚珠组件114优选的在导向块113两侧分别设置，每侧上部、下部的前后端各设置一个，即共八个。

结合上述结构，这里提出一种风力发电设备起重施工方法，包括起重设备1，所述起重设备1上设置有起升机构11，起升机构11底部固定吊装固定机构，还包括风力发电设备组件，风力发电设备组件包括塔筒2、机舱3、轮毂31、叶片32，所述方法包括以下步骤：

S1、完成基础施工并安装基础环；

详细的，步骤S1中的施工方法依次为，材料运输入进场、定位放线、挖土、垫层混凝土浇筑、预埋基础环支撑钢板、放线、安装基础环地脚螺栓支撑件、安装基础环、钢筋绑扎、预埋电力电缆管、支模、基础混凝土浇筑、拆模、土方回填。

S2、通过起重设备1将塔底设备（包括但不限于变频器、塔底控制柜）吊装于基础环顶部，并进行安装调试布线等工作；

S3、使吊装固定机构与第一节塔筒2装配，第一节塔筒2上安装牵引绳，通过起重设备1将第一节塔筒2吊装至基础环上方，并通过牵引绳调整位置，通过起重设备1控制第一节塔筒2缓慢降落，使得第一节塔筒2与基础环配合（使第一节塔筒2底部法兰对接基础环法兰，与基础环法兰上的螺栓固定），之后将第一节塔筒2与基础环之间安装固定，形成塔身；

S4、在第一节塔筒2一侧固定连接沿起升方向的导轨4；在起升机构11一侧固定连接连接杆112一端，连接杆112另一端固定连接与导轨4配合的导向块113；

在上述S4中，“固定连接”可以是焊接，但是优选的，为螺栓固定，如图9所示，具体的，在塔筒2一侧预制具有螺孔的法兰安装面，且多节塔筒2之间的法兰面预对齐，预对齐是依据塔筒2本身设计时，塔筒2内的爬梯、内法兰盘等组件在设计之初就需要考虑对齐问题，故同时考虑法兰安装面的对齐问题，在导轨4上与塔筒配合固定的一面侧方预制法兰安装板，法兰安装板为长条状，并沿竖直方向设置两列螺孔，导轨4两侧分别固定一片法兰安装板，法兰安装板一侧与导轨4焊接固定或是一体成型，当导轨4与塔筒2贴合时，通过螺栓将导轨4与塔筒2之间通过法兰固定连接，这种方案成本更高，但更稳定，且完成吊装后导轨4不需拆除，可以留做未来更换叶片或机舱时继续使用。

当然，也可以是焊接，可以是导轨后侧直接与塔身之间焊接，但更优选的，如图17所示，导轨后侧阵列交叉焊接钢筋一端，钢筋另一端焊接塔身，形成八字岔焊接，这种方式在焊接完成后可以直接切割拆除。

S5、如图1所示，提升起升机构11，并调整位置，使得导向块113与导轨4配合并从导轨4顶部进入，之后降低起升机构11，使得吊装固定机构与第n节塔筒2装配，第n节塔筒2上安装牵引绳；

S6、如图2所示，提升起升机构11，直到导向块113与导轨4脱离且第n节塔筒2高于当前塔身后，通过起重设备1控制与牵引绳配合调整位置，使第n节塔筒2缓慢降落于塔身顶部，并将第n节塔筒2于塔身之间安装固定；

S7、在第n节塔筒2一侧固定连接沿起升方向的导轨4，且该导轨4于下方塔身侧方的导轨4对接；

优选的方案是，如图1所示，在第一节塔筒2一侧固定连接一根长度等于第一节塔筒2与第二节塔筒2高度之和的导轨4，再吊装第二节塔筒2，这是考虑到起升机构11与塔筒2之间因绑扎带111产生的距离，以提供足够长的导向稳定能力；第二节塔筒2安装到位后，在现有导轨4顶部固定一根长度等于第三节塔筒2高度的导轨4，再吊装第三节塔筒2，以此类推。

S8、重复S5-S7，直到组成完整塔身；

S9、提升起升机构11，并调整位置，使得导向块113与导轨4配合并从导轨4顶部进入，之后降低起升机构11，使得吊装固定机构与零件X装配；提升起升机构11，直到导向块113与导轨4脱离且零件X到达合适位置后，将零件X进行安装。

S10、多次重复S9，直到风力发电设备组装完成，其中零件X分别为机舱3、轮毂31、叶片32，或是由轮毂31及叶片32组成的叶轮机构。

优选的，如图1、2所示，可以在导轨4靠底部的位置加工出豁口43，豁口43的高度大于导向块113的高度，使得导向块113不限于从导轨4顶部进入实现配合。

即针对机舱3、轮毂31、叶片32，的起吊，可以使用和塔筒2起吊相同的逻辑，但更优选的，这里提出两种实施例，以应对不同工况：

首先，在所述S8与S9之间加入S8.1：在导轨4顶部铰接伸长段导轨5底端，伸长段导轨5可沿向外的方向旋转，伸长段导轨5与导轨4之间设置可拆卸的活动支撑杆42，以提供足够长的导向稳定能力，且使得将机舱3、轮毂31、叶片32吊装至足够高度后，将伸长段导轨5转离，以防止后续工作产生干涉。

伸长段导轨5的长度，优选为，在机舱3、轮毂31、叶片32的起吊工况中，导向块113与伸长段导轨5刚好脱离时，机舱3、轮毂31、叶片32也刚好到达安装平面（不考虑机械结构导致的安装误差）。

伸长段导轨5转离及转回可以依赖于起重设备1实现。

作为第一种实施例，在机舱3到位后，将轮毂31及叶片32先组装成完整的叶轮机构后整体起吊：

将S9、S10分解为：

S9.1、如图3-5所示，提升起升机构11，并调整位置，使得导向块113与导轨4配合并从伸长段导轨5顶部进入，之后降低起升机构11，使得吊装固定机构与机舱3装配；提升起升机构11，直到导向块113与伸长段导轨5脱离且到达合适位置后，将活动支撑杆42拆下，使伸长段导轨5向外旋转，防止伸长段导轨5产生干涉，之后调整机舱3的位置并与塔身顶部装配，装配完成后，将伸长段导轨5转回，且旋转机舱3使之不与伸长段导轨5发生干涉（具体为如图6中所示，机舱3侧方抵靠或是对应伸长段导轨5的背部），将活动支撑杆42装回使伸长段导轨5固定；

S9.2、如图6-7所示，将轮毂31与叶片32进行预组装组成叶轮机构；提升起升机构11，并调整位置，使得导向块113与导轨4配合并从伸长段导轨5顶部进入，之后降低起升机构11，使得吊装固定机构与叶轮机构装配；提升起升机构11，直到导向块113与伸长段导轨5脱离且到达合适位置后，将活动支撑杆42拆下，使伸长段导轨5向外旋转，防止干涉，之后旋转机舱3的位置使机舱3的头部对应叶轮机构的连接处，之后调整叶轮机构的位置并与机舱3装配。

在S9.2中，详细的，叶轮机构应由主起重设备1带动的起升机构11通过绑扎带111分别绑扎两根叶片32的根部，两根叶片32分别位于塔身两侧以及起升机构11两侧，再引入辅助起重设备6，通过辅助起重设备6绑扎第三根叶片32靠近尖部，主起重设备1先行提升，将叶轮机构拉起为图7中的状态，进一步提升使叶轮机构垂直。

作为第二种实施例，在机舱3到位后，将轮毂31、叶片32依次起吊、组装：

将S9、S10分解为：

S9.1、提升起升机构11，并调整位置，使得导向块113与导轨4配合并从伸长段导轨5顶部进入，之后降低起升机构11，使得吊装固定机构与机舱3装配；提升起升机构11，直到导向块113与伸长段导轨5脱离且到达合适位置后，将活动支撑杆42拆下，使伸长段导轨5向外旋转，之后调整机舱3的位置并与塔身顶部装配，装配完成后，将伸长段导轨5转回，且旋转机舱3使之不与伸长段导轨5发生干涉（具体为如图6中所示，机舱3侧方抵靠或是对应伸长段导轨5的背部），将活动支撑杆42装回使伸长段导轨5固定；

S9.2、提升起升机构11，并调整位置，使得导向块113与导轨4配合并从伸长段导轨5顶部进入，之后降低起升机构11，使得吊装固定机构与轮毂31装配；提升起升机构11，直到导向块113与伸长段导轨5脱离且到达合适位置后，调整轮毂31的位置并与机舱3装配；

S9.3、如图9所示，提升起升机构11，并调整位置，使得导向块113与导轨4配合并从伸长段导轨5顶部进入，之后降低起升机构11，使得吊装固定机构与一根叶片32装配；提升起升机构11，直到导向块113与伸长段导轨5脱离且到达合适位置后，旋转轮毂31，使轮毂31上的安装槽与叶片32上的安装部位置对应，调整叶片32的位置并与轮毂31装配；

在S9.3中，详细的，每根叶片32起吊时，应由主起重设备1起吊叶片32靠近安装部的一端，再引入辅助起重设备6，通过辅助起重设备6起吊叶片32远离安装部的一端，主起重设备1与辅助起重设备6配合同时提升，将叶片32水平升起。

S9.4、重复S9.3，直到所有叶片32安装完成。应由主起重设备1配合辅助起重设备6分别固定叶片32靠近两端的位置，主起重设备1与辅助起重设备6共同起升使得叶片32平行升起，轮毂31上空闲的安装槽转至朝向伸长段导轨5的一侧以与叶片32上的安装部位置对应，可以将叶片32水平送入。

针对该实施例，伸长段导轨5往往更大，拆装也必然更为麻烦，但是由于不用将整个叶轮机构整体起吊装配，带来的优点也在于装配轮毂31、叶片32的过程中不需要旋转机舱3，也就不会产生干涉，只需对起升机构11进行平移及高度的微调即可完成起吊工作。

针对第一种实施例，通过两台起重机的配合，完成稳定的起吊，且完成叶轮机构由水平到垂直的姿态转换，缺点在于，需要两台起重机，成本较高，而除此工况外其他工况都只需要一台起重机完成，故这里提出一种风电施工的叶轮起升机构，如图11-12所示，包括起升机构11，所述起升机构11上设置有用于固定叶轮的绑扎机构，所述起升机构11上还设置有绑扎降落机构7，绑扎降落机构连接第二绑扎机构。

通过绑扎降落机构7完成本应由副起重机完成的工作，节省使用一台起重机的成本。

进一步的，所述绑扎降落机构7包括铰接座71，铰接座71与起升机构11固定连接，铰接座71内通过转轴转动连接链轮72，链轮72啮合链条73，链条73一端固定连接第二绑扎机构，链条73另一端固定连接限位块74，所述绑扎降落机构7上还设置有链轮锁死机构8以及链轮制动机构9。

详细的，在起升机构11内设置开口的腔体，绑扎降落机构7安装于起升机构11内；转轴两端可以如图13所示，从铰接座71两端穿出并与起升机构11内侧壁通过轴承转动连接，以提高强度，转轴与铰接座71之间也可以设置轴承。

如图13所示，所述链轮锁死机构8包括第一电推杆81，第一电推杆81与铰接座71固定连接，第一电推杆81的第一推杆82穿过铰接座71并从链轮72一侧伸入，链轮72一侧设置有与第一推杆82配合的锁死孔，第一推杆82与铰接座71之间应是小间隙配合，使得由第一推杆82与铰接座71配合抵抗径向的剪力。

如图14所示，所述链轮制动机构9包括制动安装座91，制动安装座91固定连接起升机构11，制动安装座91两端分别铰接一根钳杆92的底端，两根钳杆92分别位于链轮72两侧，其中一根钳杆92顶端铰接第二电推杆93的缸身，第二电推杆93的第二推杆931铰接另一根钳杆92顶端，两根钳杆92分别向内设置刹车块94，通过第二电推杆93的第二推杆931缩回，使得两侧刹车块94抵靠链轮72进行制动，以降低链条移动的速度，防止速度过快形成安全隐患。

进一步的，绑扎机构就是指前文所述的绑扎带111，绑扎带111为两根，每根绑扎带111的一端与起升机构11固定连接，第二绑扎机构包括与链条73固定连接的连接块，连接块固定连接第二绑扎带731。

根据上述结构，将叶轮机构的吊装过程改进为：

S9.2.1、将起升机构11的两根绑扎带111分别与叶轮机构的第一叶片及第二叶片的根部绑扎固定，将第二绑扎带731与第三叶片绑扎固定；

S9.2.2、通过起重设备控制起升机构11提升，使得叶轮机构悬空，通过限位块74带动链条将第三叶片拉起，直到叶轮机构水平，通过第二电推杆93的第二推杆931缩回，使得两侧刹车块94抱死链轮72进行制动，控制第一电推杆81的第一推杆82伸出，与链轮72之间配合锁死；

S9.2.3、通过起重设备控制起升机构11提升，到一定高度后，控制第一电推杆81的第一推杆82缩回，解除对链轮72的锁死，同时控制第二电推杆93的第二推杆931相对于抱死状态略微伸出，使得两侧刹车块94抱紧链轮72，使得起升机构11带动第一叶片及第二叶片提升的同时，第三叶片相对下降，使得叶轮机构逐渐垂直。

在这个过程中，为防止链条73与轮毂31产生摩擦造成损伤，可以在轮毂3头部包覆并固定保护套。

当链轮制动机构9可以独立完成抱死工作时，就不再需要链轮锁死机构8，链轮锁死机构8更多是作为一道保险机构，且在起升之前先通过链轮制动机构9抱死，防止第一推杆82被卡死。

需要说明的是，该设备的优点在于可以减少一台起重机的使用成本，但缺点在于，吊装过程中的稳定性略差一些，那么在一些极端工况会导致起吊过程不稳的情况下，可以与前文中的导向机构配合：在塔身一侧固定连接沿起升方向的导轨；在起升机构11一侧固定连接连接杆一端，连接杆另一端固定连接与导轨配合的导向块，使导向块与导轨配合形成导轨副，在通过塔身导向的基础上起吊，二者结合，既节省了成本，又具有极强的稳定性。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种风力发电设备起重结构，包括起重设备，所述起重设备上设置有起升机构，还包括风力发电设备的塔身，塔身与地面固定连接，其特征在于：所述塔身与起升机构之间设置导向机构，起升机构与导向机构配合使得起升机构稳定延塔身方向起升。

2.如权利要求1所述的一种风力发电设备起重结构，其特征在于：所述导向机构包括与塔身固定连接的导轨，导轨延起升方向设置，导轨内滑动连接导向块，导向块固定连接连接杆一端，连接杆另一端固定连接起升机构。

3.如权利要求2所述的一种风力发电设备起重结构，其特征在于：所述导轨为T型导轨。

4.如权利要求2所述的一种风力发电设备起重结构，其特征在于：所述导轨顶部连接伸长段导轨一端，伸长段导轨高于塔身顶端。

5.如权利要求4所述的一种风力发电设备起重结构，其特征在于：所述伸长段导轨与导轨之间铰接，伸长段导轨与导轨之间设置活动支撑杆。

6.如权利要求2所述的一种风力发电设备起重结构，其特征在于：所述导向块与导轨接触的面设置滚珠组件，所述滚珠组件包括滚珠套，滚珠套内包覆滚珠，滚珠套外周设置外螺纹，导向块侧方开设安装槽，安装槽内设置与外螺纹配合的内螺纹，滚珠套与导向块通过内外螺纹固定连接，滚珠套外侧设置开口，滚珠通过开口部分向外伸出。