CN117897353A - 用于竖立风力涡轮机的爬升吊车和用爬升吊车竖立风力涡轮机的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种爬升吊车，该爬升吊车至少包括振动阻尼装置(31)，该振动阻尼装置构造成在爬升吊车(20)联接到塔架(12)时至少抑制风力涡轮机(10)的竖立塔架(12)的第一振动频率。此外，还提供了一种利用爬升吊车竖立风力涡轮机的方法。

Description

用于竖立风力涡轮机的爬升吊车和用爬升吊车竖立风力涡轮 机的方法

技术领域

本发明涉及一种用于竖立风力涡轮机的爬升吊车。此外，本发明涉及一种竖立风力涡轮机的方法。特别地，本发明涉及一种利用爬升吊车竖立风力涡轮机的方法。

背景技术

根据现有技术，风力涡轮机包括固定到基座的塔架、放置在塔架的顶部上的机舱、联接到机舱的转子和联接到转子的多个叶片。大型风力塔架通常包括多个塔架区段，它们堆叠从而形成塔架。

每个风力涡轮机以其自身的振荡对主要由风引起的处于特定频率的外部激励作出反应，所述频率被命名为固有频率。在风力涡轮机的竖立期间。特别地，在当转子-机舱组件尚未安装在塔架上时风力涡轮机的塔架的竖立期间，存在由于涡流引起的振动而引起塔架振荡的高风险。尽管这是发生危险振荡的最可能时刻，但这不是唯一的时刻，振荡也可在机舱已被竖立而没有传动系时发生，或者也可在机舱已被竖立而没有叶片时发生。这种涡流引起的振动在垂直于风向的塔架横截面上产生交替的压力差，这可能导致塔架损坏或降低其疲劳寿命。

为了避免这个问题，最常用的技术方案是基于沿着外塔架区段结构使用螺旋箍条和/或基于使用质量阻尼器装置。箍条和质量阻尼器装置两者通常是在每个塔架上安装和拆卸的临时设备，因为一旦风能设施被完全竖立，机舱、转子和/或叶片的质量就足以避免或最小化涡流引起的振动。

EP2851490A1公开了一种用于在风力涡轮机塔架的运输期间减少涡流引起的振动同时在操作状态下保持这种涡轮机的功率输出的方法。塔架配备有箍条套件，箍条套件包括多个可拆卸的箍条，这些箍条被定位成从处于直立位置的塔架的顶部向下朝向塔架的底部引导。箍条包括绳索，该绳索至少沿着其纵向延伸的大部分覆盖有覆盖结构，该覆盖结构被实现为显著地增加箍条的风阻。

使用螺旋箍条的缺点是需要展开螺旋箍条的空间，并且这不总是可能的。此外，由于螺旋箍条必须被组装和拆卸，所以用于竖立风能设施的时间和成本增加。

EP3048295A1公开了一种振动阻尼系统，其包括振动质量阻尼器和至少一临时平台，振动阻尼系统可在涡轮机塔架的最终塔架区段内固定到该临时平台。通过增大或减小质量阻尼器的摆长，振动阻尼器的固有频率可以适应于不带机舱的塔架的第一频率，或者适应于带机舱的风能设施的第一频率。这种解决方案的缺点在于，由于在竖立风力涡轮机时必须在塔架上组装和拆卸振动阻尼器，所以用于竖立风能设施的时间和成本增加。

因此，本发明的目的是提供一种克服上述缺点的竖立风力涡轮机的方法和爬升吊车。

发明内容

本发明的目的通过独立权利要求来实现。从属权利要求描述了本发明的有利发展和修改。

根据本发明，提供了一种用于竖立风力涡轮机的爬升吊车。爬升吊车可至少包括振动阻尼装置，该振动阻尼装置构造成当爬升吊车联接到塔架时至少抑制竖立塔架的第一振动频率。

第一固有频率也称为第一固有弯曲频率，并且可取决于竖立部分的重量和刚度，并且还取决于风力涡轮机所竖立的地点特定的风力载荷及其气象条件。

根据本发明的爬升吊车的重要优点在于，由于在整个安装过程期间，阻尼装置集成在连接到塔架的爬升吊车中，因此避免了使用通常固定到塔架的用于抑制振荡的额外装置，如例如螺旋箍条。这意味着安装被优化。由于不需要安装和拆卸螺旋箍条，所以时间和成本降低，并且不需要展开螺旋箍条的空间，当风力涡轮机要在山坡的森林中竖立时，该空间是特别令人感兴趣的。

此外，避免了振动阻尼装置与爬升吊车的任何干涉，并且消除了移除例如螺旋箍条所需的复杂性和空间。此外，阻尼装置可以集成在所有不同的爬升吊车设计中。

在一示例中，振动阻尼装置可包括调谐质量阻尼器，该调谐质量阻尼器包括质量件和至少一弹簧和/或缓冲器元件，质量件通过该弹簧和/或缓冲器元件固定到爬升吊车的框架。

在另一示例中，振动阻尼装置可包括摆锤调谐质量阻尼器，该摆锤调谐质量阻尼器包括摆锤，该摆锤的端部固定到爬升吊车的框架。

在另一示例中，振动阻尼装置可包括固定到爬升吊车的框架的粘性阻尼摆锤。

在一示例中，爬升吊车可包括多个振动阻尼装置，其中每个振动阻尼装置被构造成被激活或去激活，以用于使多个振动阻尼装置的固有合成频率(固有结果频率，naturalresultant frequency)至少与所竖立的塔架的第一振动频率相适应。

在另一示例中，爬升吊车还可包括多个振动阻尼装置，这些振动阻尼装置中的每一个被构造成被激活或去激活，以用于使多个振动阻尼装置的固有合成频率至少与风力塔架的已被竖立的部分的第一振动频率相适应。这样，获得了模块化的阻尼装置，其可以容易地适应于风力涡轮机的已经竖立的每个部分的第一频率。

在一示例中，该系统可包括将振动阻尼装置保持在非工作状态的锁定装置。该锁定装置允许设计模块化振动阻尼装置，该模块化振动阻尼装置通过该锁定装置能够容易地控制每个振动阻尼装置的状态。

在另一示例中，锁定装置可以包括机电锁定装置，因为其允许简单且优化的解决方案。

在一示例中，锁定装置可以被远程操作以用于激活或去激活相应的振动阻尼装置。因此，振动装置的合成固有频率可以在爬升吊车的任何位置处、而不必是操作者可接近的位置被适配。

在一示例中，每个振动阻尼装置可以通过远程致动(激活)相应的锁定装置而被远程操作。

在一示例中，相应的振动阻尼装置是可互换的。因此，其可以容易地移除并且通过具有另一固有频率的另一振动阻尼装置互换，从而允许容易地适应任何风力涡轮机。

根据本发明，还提供了一种利用爬升吊车竖立风力涡轮机的方法。该方法可以包括以下步骤：

●至少将振动阻尼装置连接到爬升吊车；以及

●将所述爬升吊车联接到所述塔架，使得当所述爬升吊车爬升时，所述振动阻尼装置可随着所述爬升吊车沿所述塔架移位，所述振动阻尼装置被构造成当相对于所述塔架振荡时至少抑制所竖立的塔架的第一振动频率。

在一示例中，每个振动阻尼装置可包括质量件，所述质量件通过弹簧、缓冲器和/或绳索固定到爬升吊车20，使得所述质量件可相对于塔架振荡。

在一示例中，多个振动阻尼装置可联接到爬升吊车。爬升吊车可竖立相应的塔架部段，直到形成整个塔架。在每个时刻，通过激活或去激活相应的振动阻尼装置，多个振动阻尼装置的固有合成频率可以被调节到塔架的每个竖立部分的第一振动频率。

在一示例中，可以通过作用于锁定装置而使每个振动阻尼装置激活或去激活，所述锁定装置将振动阻尼装置保持在非工作状态，从而避免所述阻尼装置相对于塔架的竖立部分的自由振荡的任何可能性。

在一示例中，相应的质量阻尼装置的激活和/或去激活通过远程控制来实现。

与所描述的爬升吊车相关的优点也可以适用于该方法，并且反之亦然。

根据本发明的爬升吊车的有利构造和实施例由从属于权利要求1的权利要求以及以下描述得出。此外，根据本发明的方法的有利构造和实施例由从属于权利要求10的权利要求得出。通常可以组合竖立风力涡轮机的方法以及爬升吊车的有利特征。

附图说明

现在参考附图仅通过示例的方式描述本发明的实施例，在附图中：

图1示出了按照根据本发明的方法的示例竖立的风力涡轮机的示例。

图2和图3示出了根据本发明的竖立风力涡轮机的方法的示例的不同步骤。

图4示出了根据本发明的爬升吊车的示例的细节。

图5示出了根据本发明的爬升吊车的另一示例的细节。

图6示出了包括在图4或图5所示的爬升吊车中的振动阻尼装置的示意性细节。

附图中的图示是呈示意形式的。注意，在不同的图中，相似或相同的元件可以设置有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的方法已经被竖立的风力涡轮机10的示例。风力涡轮机10可以包括：竖立在直立位置的塔架12；塔架12的底部连接到其上的基座11，所述基座11固定到地面；安装在塔架12的顶部上的机舱13；图中未显示的机舱13内的传动系；安装在机舱13的前端上的转子14；以及连接到转子14的多个叶片15。

直立位置是指塔架在组装现场的位置，所述位置是基本竖直的。

在图1所示的示例中，塔架12可包括多个塔架区段12a-12e。多个塔架区段12a-12e堆叠从而形成塔架12。每个塔架区段12a-12e的长度可以不同。此外，每个塔架区段12a-12e可具有截头圆锥形状。

在图中未示出的另一示例中，塔架12可包括具有类似长度的多个塔架区段12a-12e。

在本发明的一方面，提供了用于竖立风力涡轮机10的爬升吊车20。爬升吊车20可至少包括振动阻尼装置31，该振动阻尼装置构造成在风力涡轮机10的竖立期间当爬升吊车20联接到塔架12时至少抑制竖立的塔架12的第一振动频率。术语“竖立”可理解为“组装”、“安装”、“提升”或类似术语。

第一固有频率也称为第一固有弯曲频率，其与风力涡轮机10特别相关。第一振动频率可以取决于竖立部分或风力涡轮机的重量和刚度，并且还取决于风力涡轮机10竖立的地点所特定的风力载荷及其气象条件。

振动阻尼装置31可一次地附接至爬升吊车20，并且然后与爬升吊车20一起移动，直到风力涡轮机10被完全竖立并且爬升吊车20下降到地面上。

爬升吊车20可以是现有技术中已知的任何爬升吊车。爬升吊车20可包括框架或本体23、联接到框架23的提升臂21、提升线缆22、固定到提升线缆22上的钩25以及爬升系统24，爬升吊车20通过该爬升系统固定到塔架12上并沿塔架爬升。当提升风力塔架10的一部分时，爬升系统24将爬升吊车20固定到塔架12上，所述爬升系统24构造成一旦已经安装了相应的塔架部段，就使爬升吊车20沿塔架12移位。

爬升吊车20可构造成提升和堆叠每个塔架区段12a-12e以形成塔架12，所述爬升吊车20沿已经被竖立的塔架区段12a-12e爬升，并且一旦另一塔架区段已经定位在上一次竖立的塔架区段上方就进行安装。一旦已经竖立了完整的塔架12，则定位在竖立的塔架12的端部处的爬升吊车20可将机舱13提升并安装在塔架12的顶部上，并且之后提升并安装转子14和多个叶片15。

如之前已经解释的，竖立的风力涡轮机10的第一固有频率随着风力涡轮机10的更多部分被竖立或组装而改变。例如，第一竖立塔架区段12a的第一固有频率小于完全竖立塔架12的第一固有频率，并且此外，当安装机舱13时，整体的第一固有频率也改变。特别地，如果机舱13在没有传动系的情况下被安装或者如果机舱在传动系位于内部的情况下被安装，则整体的第一固有频率也改变。

在一示例中，爬升吊车20可包括多个振动阻尼装置31，每个振动阻尼装置都固定在爬升吊车20的框架23上。每个阻尼装置31可被构造成被激活或去激活，以使多个振动阻尼装置的固有合成频率适应于竖立塔架12的第一振动频率。

在图5所示的另一示例中，爬升吊车20可包括多个振动阻尼装置31，每个振动阻尼装置均固定到爬升吊车20的框架23上。每个阻尼装置31可被构造成被激活或去激活，以使多个振动阻尼装置31的固有合成频率适应于风力涡轮机10的已经被竖立的部分的第一振动频率。也就是说，当第一塔架部段12a被竖立且爬升吊车20被联接到第一塔架部段12a时，阻尼装置31被单独地激活或去激活，以便获得能够抑制第一塔架部段12a的第一振动频率的固有合成频率。一旦第二塔架部段12b被竖立，阻尼装置31再次被单独地激活或去激活，以获得固有合成频率，该固有合成频率能够抑制塔架12的已经竖立部分(也就是说，第一塔架部段12a和第二塔架部段12b)的第一振动频率。之后，爬升吊车20爬升直至定位在第二塔架部段12b的端部处，爬升吊车20爬升直至定位在第二塔架部段12b的端部处以便竖立第三部段12c。一旦第三部段12c被竖立，阻尼装置31再次被单独地激活或去激活，依此类推，直到整个塔架12被竖立，如图2(a)和2(b)中所示。一旦塔架12已经竖立，则爬升吊车20可定位在塔架12的顶部上并竖立机舱13，如图3(a)中所示，再次调节多个阻尼装置31以适应塔架12和机舱13的第一振动频率，依此类推，直到整个风力涡轮机10被竖立。

多个振动阻尼装置31可以用作模块化振动阻尼装置。在一示例中，多个振动阻尼装置可联接到框架23、相对于塔架12对称分布。

在图6所示的示例中，每个阻尼装置31可以包括调谐质量阻尼器。所述调谐质量阻尼器可包括质量件32和至少一个弹簧33和/或一个缓冲器元件34，质量件32通过该至少一个弹簧33和/或一个缓冲器元件34固定到爬升吊车20的框架23。

在另一示例中，每个振动阻尼装置可以包括摆锤调谐质量阻尼器。所述摆锤调谐质量阻尼器可以包括摆锤，该摆锤的端部固定到所述爬升吊车的框架。

在另一示例中，振动阻尼装置31可包括粘性阻尼摆锤，该粘性阻尼摆锤的每个端部固定到爬升吊车20的框架23。

在另一示例中，多个振动阻尼装置31可包括在先前的示例中公开的振动阻尼装置的任何组合。

在一示例中，爬升吊车20还可包括锁定装置，该锁定装置构造成将固定至爬升吊车12的框架23的相应振动阻尼装置31保持在非工作状态，锁定装置35在图6中示意性地绘示出。在非工作状态，振动阻尼装置31可保持被固定至框架23，从而避免所述振动阻尼装置31相对于所述框架23并因此相对于塔架12的竖立部分自由振荡的任何可能性，而当振动阻尼装置31处于工作状态时，相应的振动阻尼装置31可相对于风力涡轮机10的竖立部分的运动以一相移振荡，并且振动阻尼装置31通过框架23联接至该风力涡轮机的竖立部分。在工作状态，所述阻尼装置31的固有频率可适于风力涡轮机10的竖立部分的第一振动频率，使得实现竖立部分的较低振动幅度。当风力涡轮机1的竖立部分的第一振动频率随着风力涡轮机10的更多部分的安装而改变时，在风力涡轮机10的竖立期间，多个振动阻尼装置31可使固有合成频率适应于所述第一振动频率，从而激活或去激活相应的振动阻尼装置31。

在一示例中，每个锁定装置可以是本领域已知的机电锁定装置。

在一示例中，锁定装置可以远程连接或断开，特别是当爬升吊车20处于操作者不可接近的位置中时。

振动阻尼装置31可以通过任何已知的联接或固定装置固定到框架23，使得振动阻尼装置31不限制吊车20的操作或爬升。

在一示例中，相应的振动阻尼装置可以是可互换的，也就是说，振动阻尼装置可以联接到爬升吊车20上，使得振动阻尼装置可以容易地被移除并通过具有另一固有频率的另一振动阻尼装置互换。

在本发明的另一方面，提供了一种利用爬升吊车20来竖立风力涡轮机10的方法。该方法可以包括以下步骤：

●至少将振动阻尼装置31联接到爬升吊车20上；以及

●将爬升吊车20联接到塔架12上，使得振动阻尼装置31可在爬升吊车20爬升时随爬升吊车(20)沿塔架12移位，振动阻尼装置31构造成在相对于塔架12振荡时至少抑制竖立的塔架12的第一振动频率。

在一示例中，并且如之前已经解释的，在一示例中，每个振动阻尼装置31可包括通过弹簧、缓冲器和/或绳索固定到爬升吊车20的质量件，使得质量件可相对于塔架12振荡。质量件也可以是通过绳索固定到爬升吊车20的摆锤。

在一示例中，多个振动阻尼装置31可联接到爬升吊车20。爬升吊车12可竖立相应的塔架部段12a-12e，直到形成整个塔架12。爬升吊车20可爬升到上一个被竖立的塔架区段，以便每次竖立下一个塔架区段。在每个时刻，尤其是在竖立下一个塔架区段时，通过激活或去激活相应的振动阻尼装置31，多个振动阻尼装置31的固有合成频率可被调节至塔架12的每个竖立部分的第一振动频率。

在一示例中，可以通过作用于锁定装置而使每个振动阻尼装置31激活或去激活，所述锁定装置将振动阻尼装置31保持在非工作状态，从而避免所述阻尼装置31相对于塔架12的竖立部分的自由振荡的任何可能性。一旦锁定装置被去激活，相应的振动阻尼装置31以及特别是相应的振动阻尼装置31的质量件就相对于塔架12自由振荡。当锁定装置被激活时，锁定装置可保持质量件固定到爬升吊车20并因此固定到塔架12。

在一示例中，相应的质量阻尼装置的激活和/或去激活通过远程控制来实现。

一旦整个塔架12被竖立，机舱13可在没有传动系的情况下被竖立在塔架12的顶部上，多个振动阻尼装置31的固有合成频率可被调节至由塔架12和机舱13形成的套件(集合，set)的第一振动频率。一旦机舱13被竖立，传动系就可被竖立并容纳在机舱13内，多个振动阻尼装置31的固有合成频率可被调节到由塔架12、机舱13和传动系形成的套件的第一振动频率。

一旦机舱13和传动系安装到塔架12的顶部上，爬升吊车20可提升转子14和叶片15。在这种情况下，多个振动阻尼装置31的固有合成频率可适于被竖立的部分。一旦安装了风力涡轮机10，则可将爬升吊车20下降到地面上。

在一示例中，相应的质量阻尼装置31的激活和/或去激活通过远程控制器来实现。

尽管已经参照优选实施例详细描述了本发明，但是应当理解，本发明不受所公开的示例的限制，并且本领域技术人员可以对其进行许多附加的修改和变化，而不脱离本发明的范围。

与所描述的爬升吊车相关的优点和特征也可以适用于竖立风力涡轮机的方法，并且反之亦然。

Claims (15)

1.一种用于竖立风力涡轮机(10)的爬升吊车，所述风力涡轮机(10)包括塔架(12)、所述塔架(12)固定到其上的基座(11)以及布置在所述塔架(12)的顶部处的机舱(13)，其特征在于，所述爬升吊车至少包括振动阻尼装置(31)，所述振动阻尼装置构造成当所述爬升吊车(20)联接到所述塔架(12)时至少抑制被竖立的塔架(12)的第一振动频率。

2.根据前述权利要求所述的爬升吊车，其中，所述振动阻尼装置(31)包括调谐质量阻尼器，所述调谐质量阻尼器包括质量件(32)和至少一弹簧(33)和/或缓冲器元件(34)，所述质量件通过所述弹簧和/或缓冲器元件固定到所述爬升吊车(20)的框架(23)。

3.根据权利要求1所述的爬升吊车，其中，所述振动阻尼装置(31)包括摆锤调谐质量阻尼器，所述摆锤调谐质量阻尼器包括摆锤，所述摆锤的端部固定到所述爬升吊车(20)的框架(23)。

4.根据权利要求1所述的爬升吊车，其中，所述振动阻尼装置(31)包括粘性阻尼摆锤，所述粘性阻尼摆锤的端部固定到所述爬升吊车(20)的框架(23)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的爬升吊车，所述爬升吊车包括多个振动阻尼装置(31)，所述多个振动阻尼装置(31)中的每一个均构造成被激活或去激活，以用于使所述多个振动阻尼装置(31)的固有合成频率至少与所述被竖立的塔架(12)的第一振动频率相适应。

6.根据前述权利要求所述的爬升吊车，其中，所述多个振动阻尼装置(31)构造成被激活或去激活，以用于使其固有合成频率与部分安装的风力涡轮机(10)的第一振动频率相适应。

7.根据前述权利要求中任一项所述的爬升吊车，所述爬升吊车包括锁定装置(35)，所述锁定装置构造成将固定至所述框架(23)的相应振动阻尼装置(31)保持在非工作状态。

8.根据前述权利要求所述的爬升吊车，其中，所述锁定装置是远程操作的锁定装置。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的爬升吊车，其中，相应的振动阻尼装置(31)是可互换的。

10.一种利用爬升吊车(20)竖立风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机(10)至少包括塔架(12)和布置在所述塔架(12)的顶部处的机舱(13)，所述方法包括以下步骤：

●至少将振动阻尼装置(31)联接到爬升吊车(20)；以及

●将所述爬升吊车(20)联接到所述塔架(12)，使得在所述爬升吊车(20)爬升时，所述振动阻尼装置(31)随所述爬升吊车(20)沿所述塔架(12)移位，所述振动阻尼装置(31)构造成在相对于所述塔架(12)振荡时至少抑制被竖立的塔架(12)的第一振动频率。

11.根据前述权利要求所述的竖立风力涡轮机的方法，其中，每个振动阻尼装置(31)包括质量件，所述质量件通过弹簧、缓冲器和/或绳索固定至所述爬升吊车，使得所述质量件能够相对于所述塔架(12)振荡。

12.根据权利要求10或11中任一项所述的竖立风力涡轮机的方法，其中，多个振动阻尼装置(31)联接到所述爬升吊车(20)，所述爬升吊车(12)竖立相应的塔架部段(12a-12e)直到形成整个塔架(12)，并且通过激活或去激活相应的振动阻尼装置(31)来将所述多个振动阻尼装置(31)的固有合成频率调节到所述塔架(12)的每个被竖立部分的第一振动频率。

13.根据前述权利要求所述的竖立风力涡轮机的方法，还包括在竖立的塔架(12)的顶部上竖立不具有传动系的机舱(13)的步骤，以及在所述机舱(13)内竖立所述传动系的步骤，通过激活或去激活相应的振动阻尼装置(31)，所述多个振动阻尼装置(31)的固有合成频率被分别调节到由所述塔架(12)和所述机舱(13)形成的套件的第一振动频率以及由所述塔架(12)、所述机舱(13)和所述传动系形成的套件的第一振动频率。

14.根据权利要求12或13所述的竖立风力涡轮机的方法，其中，通过作用于锁定装置来激活或去激活每个振动阻尼装置(31)，所述锁定装置将所述振动阻尼装置(31)保持在非工作状态，从而避免所述阻尼装置(31)相对于所述塔架(12)的竖立部分自由振荡的任何可能性。

15.一种根据相应的质量阻尼装置(31)的激活或去激活来竖立风力涡轮机的方法，所述激活或去激活通过远程控制来实现。