CN208948712U - 基于风电机组塔筒本体的自爬式起重机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于风电机组塔筒本体的自爬式起重机，起重机安装在起重机立柱上，起重机立柱通过三个抱箍连接风机塔筒，起重机立柱两侧具有T型轨道，顶端抱箍、中段抱箍通过其上的滑动轨道与起重机立柱的T型轨道连接，顶端抱箍和中段抱箍可以在起重机立柱的T型轨道上沿轴向上下滑动，底段抱箍与起重机立柱通过销轴铰接，顶端抱箍下侧安装抱箍提升绞车，提升绞车通过绳系连接中段抱箍，顶端抱箍固定抱紧风机塔筒后用此抱箍提升绞车提升中段抱箍，实现中段抱箍位置的升高；起重机立柱上安装起升液压缸，起升液压缸一端铰接在顶端抱箍上，中端铰接在起重机立柱上，当中段抱箍抱紧起重机立柱后，由起升液压缸收缩来提拉起自爬式起重机，使其自爬升。

Description

基于风电机组塔筒本体的自爬式起重机

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电机组的吊装设备，尤其是一种基于风力发电机组塔筒本体的自爬式起重机。

背景技术

1.吊装120米及以上风机，配套的机舱和轮毂重量往往在110吨以上。国内风电安装的专用起重设备目前开发较晚，数量不多；即使一些厂家开发出了专门用于风电吊装的起重机，但吊高也是局限于120m高度以内；因此行业内专用吊装工具的问题亟待解决。

2.对于风机塔筒高度超过120m的吊装案例，目前一般考虑的是使用石化行业、建筑行业等的工程机械通用型起重机。常见的140m高度2MW级风电机组使用的起重机，此类吊装涉及到可胜任工作的起重机为800-1200吨大级别履带吊。此类起重机不仅制造成本和租金已经相当昂贵，而且国内可用资源非常稀缺，有些设备往往需要跨省区调用，且要提前半年预定。

3.风电行业将来几个发展方向，均给吊装作业设备提出了挑战。第一个发展方向是：风机高度更高；更高的高度下会对应更好的风况、更大的风速，可以拓展适合风电开发的区域；当前风机高度主要集中在120m-140m之间；国际来看已经达到164m甚至向更高发展。因此，完成超高高度的风电吊装、安装作业对起重设备提出要求。第二个发展方向是：风电机组一改以前集中发展的主线，当前趋向于“分散式”发展，即数量极少的风力发电机组，根据实际需要分散于各地区；以前集中式发展的模式，大型起重机一旦进场便可以集中作业，均摊了起重机的进场费用；针对“分布式”风力发电，考虑到一个机位附近可能只有一到两台风机，进场费用无法均摊，大大增加了吊装进场均摊成本。对于单根分散式风电机组来说，大型吊机的进场和运输费用往往达到200-300万左右，高昂租金极大制约行业发展。第三个发展方向是：项目向山区、边远地区等不影响当地民用用地的地区发展。山区开发本身即给大型起重机的运输提出挑战。大型起重机往往需要50-60台转运车辆，沿途需要修筑专门道路，避开居民区等。以上三点，均是当前通用型大型起重机无法避开的问题。

4.大型履带式风电起重机，因为吊臂超长(150m)以上，且需要增加辅臂或超起吊臂；其安装和拆卸周期较长，大大延长了风电场建设周期。同时，履带式起重机对风场路面的平整度和承压能力均有一定要求，占地面积较大，增加风场场地建设成本。

5.相关工业设计案例在国内尚无先例；国际来看，当前专利中设计的自爬式起重设备近似案例确实存在，但其根据厂家专门风机专门定制，对风机塔筒要求太高，不具有设备上的通用性。且在外观，主体结构，固定方式，塔筒接口，攀爬策略等方面与当前专利申请的设计完全不同。

综上，传统的通用型履带式大型起重机，因其在可用数量少、运输便捷性低、制造成本高、吊装安装拆卸周期长、对场地要求高，等方面存在弊端，根据风电发展趋势，有必要设计一种专门用于风电机组安装的简便吊装专用设备。

发明内容

本实用新型是要提供一种基于风电机组塔筒本体的自爬式起重机，与传统的“起重机—风电机组”相对分离的吊装方式不同，该自爬式起重机中起重机主体即安装于风电机组的塔筒，依靠塔筒的高度进行自体爬升，完成整个吊装作业；与传统的安装风电机组(塔筒，机舱，轮毂，叶片等)需要专门大型起重设备不同，该自爬式起重机只需在常规300吨级起重机辅助下完成起重机对塔筒的依附和设备的直立操作，其余吊装作业，均可由吊机自身完成。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种基于风电机组塔筒本体的自爬式起重机，包括顶端抱箍、起重机立柱、中段抱箍、底段抱箍、风机塔筒、抱箍提升绞车、起升液压缸、起重机，所述起重机安装在起重机立柱上，所述起重机立柱通过顶端抱箍、中段抱箍、底段抱箍连接风机塔筒，将起重机承载的吊重--力和弯矩通过顶端抱箍、中段抱箍、底段抱箍传递到风机塔筒上；所述起重机立柱两侧具有T型轨道，所述顶端抱箍、中段抱箍通过其上的滑动轨道与起重机立柱的T型轨道连接，顶端抱箍和中段抱箍可以在起重机立柱的T型轨道上沿轴向上下滑动，所述底段抱箍与起重机立柱通过销轴铰接，所述顶端抱箍下侧安装抱箍提升绞车，提升绞车通过绳系连接中段抱箍，顶端抱箍固定抱紧风机塔筒后用此抱箍提升绞车提升中段抱箍，实现中段抱箍位置的升高；所述起重机立柱上安装起升液压缸，起升液压缸一端铰接在顶端抱箍上，中端铰接在起重机立柱上，当中段抱箍抱紧起重机立柱后，由起升液压缸收缩来提拉起自爬式起重机，实现起重机的自爬升。

进一步，所述起重机包括主钩、主起吊臂、回转平台、主提升机构、变幅液压缸、变幅液压缸支撑架，所述主起吊臂通过销轴与回转平台铰接，变幅液压缸一端通过销轴与主起吊臂连接，另一端连接集成于回转平台上的支撑架；所述主钩通过钢丝绳顷主起吊臂顶端的轮系与主起吊臂背部的主提升机构的绞车连接；所述回转平台连接马达减速机驱动系统。

进一步，所述顶端抱箍、中段抱箍、底段抱箍均由左半弧抱箍和右半弧抱箍组成，左半弧抱箍为自由端，通过两个销轴和右半弧抱箍相连接，右半弧抱箍通过箱型钢结构连接滑动轨道，左半弧抱箍和右半弧抱箍之间通过抱箍开合液压缸连接，左半弧抱箍通过抱箍开合液压缸来控制和右半弧抱箍围绕一根销轴旋转；所述左半弧抱箍和右半弧抱箍上均装有顶紧液压缸和导向轮，顶紧液压缸在左半弧抱箍和右半弧抱箍上对称布置；当顶端抱箍和中段抱箍上下滑动时，所述顶端抱箍、中段抱箍中的导向轮顶在风机塔筒的外壁，防止抱箍左右晃动，使抱箍沿风机塔筒的轴线上下滑动。

进一步，所述左半弧抱箍上装有两个顶紧液压缸和四个导向轮，右半弧抱箍上装有两个顶紧液压缸和三个导向轮。

进一步，所述风机塔筒的外壁上焊接有起重机挂点，起重机挂点沿风机塔筒圆周方向分布，与抱箍上安装的顶紧液压缸相对应，起重机挂点沿风机塔筒轴向均布，其间距和起升抱箍的起升液压缸行程相同。

进一步，所述起重机挂点的形状为方形，中间设有方孔，方孔与顶紧液压缸的缸头弧板相适配。

进一步，所述顶端抱箍上装有中转定滑轮，中段抱箍上装有中转动滑轮，抱箍提升绞车中的绳系经中段抱箍上的中转动滑轮、顶端抱箍上的中转定滑轮，再回到中段抱箍上的中转动滑轮后在顶端抱箍上的死绳结点固定，形成完整的提拉轮系。

进一步，所述起重机立柱内部装有动力单元，所述动力单元为电动驱动或全液压驱动装置。

进一步，所述起重机立柱为圆筒形、椭圆形，方形、格构式中的一种。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供了一种全新的适用于风电机组吊装的解决方案和配套机械设备；尤其适用于高度超过140m的超高风电塔筒，更适用于山地、居民区、工业厂区，等对场地限制条件较多，传统大型风电吊装起重机无法或者不易接近地区。

设备依靠塔筒自身高度可实现吊点高度上的提升，用提拉和举升设备的组合解决了风电机组机舱，轮毂，叶片，塔筒吊装困难、吊装需要大型起重设备、大型设备制造成本成本高、数量少、档期不可控，租金极其昂贵、进场运输不方便的问题。

传统起重机高度必须超过风电塔筒高度，一般吊臂超过150米长，起重机总重在800吨以上。本设计全部钢结构只需150吨，吊臂仅有35m左右，仅钢结构一项即节省钢材65％以上。

设备结构紧凑、重量轻，占地面积小，运输方便，自动化和专业化程度高，完成一次吊装作业总体项目使用成本远小于完成相同作业任务所用的传统风电起重机；在经济性、施工周期和可操作性方面均大大超过现有解决方案。

抱箍集成液压缸自由伸缩，属于可调的柔性化设计，适合当前市面上任何高度的任何塔筒直径的风机吊装，设备具有广泛的通用性。

附图说明

图1为本实用新型的基于风电机组塔筒本体的自爬式起重机结构示意图；

图2为顶端抱箍、中段抱箍与起重机立柱和风机塔筒连接关系示意图；

图3为抱箍结构俯视图；

图4为抱箍打开结构俯视图；

图5为风机塔筒的外壁上焊接有起重机挂点示意图；

图6为抱箍中的顶紧液压缸与起重机挂点连接关系示意图；

图7为顶紧液压缸嵌入起重机挂点状态示意图；

图8为顶紧液压缸退出起重机挂点状态示意图；

图9为本实用新型的基于风电机组塔筒本体的自爬式起重机工作过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1至图8所示，本实用新型的基于风电机组塔筒本体的自爬式起重机，包括顶端抱箍 7、起重机立柱8、中段抱箍9、底段抱箍10、风机塔筒11、抱箍提升绞车12、起升液压缸 13、起重机31。

起重机31包括主钩1、主起吊臂2、回转平台3、主提升机构4、变幅液压缸5、变幅液压缸支撑架6。主钩1通过钢丝绳与主起吊臂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动力来源于位于主起吊臂2背部的主提升机构4，绞车。主起吊臂2为桁架式钢结构，结构紧凑，起吊能力强，稳定性好，重量轻。回转平台 3通过马达-减速机-齿轮机构驱动系统回转，扩大设备吊装的工作范围。主起吊臂2通过销轴与回转平台3铰接，围绕销轴旋转。主起吊臂2的俯仰调节变幅依靠变幅液压缸5实现。变幅液压缸5通过销轴连接的方式一端连接主臂架2一端连接集成于回转平台3上的支撑架 6。支撑架6有一定高度，是为了减少液压缸5长度；吊臂吊最重设备机舱等时，液压缸收缩至近于垂直状态平衡状态，是为了降低变幅液压缸的荷载；此时液压缸只需较小荷载即可实现吊臂的变幅。

主传力结构为起重机立柱8，起重机立柱8通过顶端抱箍7、中段抱箍9、底段抱箍10连接风机塔筒11，将起重机系统承载的吊重--力和弯矩通过顶端抱箍7、中段抱箍9、底段抱箍10传递到风机塔筒11上。起重机立柱8相对于风机塔筒11主体无旋转；回转平台3以上机构臂架，主钩，变幅等相对于起重机立柱8作360度自由回转。起重机立柱8两侧具有 T型轨道32，顶端抱箍7和中段抱箍9通过其上的滑动轨道22与起重机立柱8的T型轨道 32配合连接，顶端抱箍7和中段抱箍9可以在起重机立柱8的T型轨道31上沿轴向滑动，底段抱箍10和起重机立柱8通过销轴铰接。动力单元如液压泵组、电机变频器等集成在起重机立柱8内部，充分利用了立柱内部空腔空间，系统占空间最小化，系统外观更简洁。顶端抱箍7下侧安装抱箍提升绞车12，提升绞车12通过绳系连接中段抱箍9，顶端抱箍7固定抱紧风机塔筒11后用此抱箍提升绞车12提升中段抱箍9，实现中段抱箍9位置的升高；起重机立柱8上安装起升液压缸13，起升液压缸13一端铰接在顶端抱箍7上，中端29铰接在起重机立柱8上，中段抱箍9抱紧后用起升液压缸13收缩，提拉起整个起重设备，实现整体高度上的提高，即实现起重机的自爬升参照后文详细介绍。

起重机落位后，三层抱箍抱紧，即可进行吊装。可对风电机组所有结构件、设备塔筒、机舱、发电机、轮毂、叶片等进行安装，拆卸，更换等作业。

三个抱箍之间的提拉机构，主要为抱箍提升绞车12和起升液压缸13配合下的提拉组合机构。首先是抱箍提升绞车12的提拉机构，用于顶端抱箍7固定时，对中段抱箍9进行提拉。其中，顶端抱箍7上装有中转定滑轮27，中段抱箍9上装有中转动滑轮26，绳系抱箍提升绞车12出，过中段抱箍上的中转动滑轮26回顶端抱箍27上的中转定滑轮27，再回中段抱箍上的中转动滑轮26，出滑轮后在顶端抱箍7上的死绳结点28固定，形成完整的提拉轮系。其次是起升液压缸13的顶升机构，用于顶端抱箍7固定，对起重机立柱8和顶部抱箍7进行提拉顶升，从而对整个起重机高度起到提升。

如图3，4所示，每层抱箍为圆环状箱型钢结构，其内径略大于风机塔筒11的外径，该结构包括顶紧液压缸19、导向轮20、抱箍开合液压缸21、滑动轨道22、左半弧抱箍23、右半弧抱箍24。每层抱箍分为左右两个半弧抱箍，左半弧抱箍23为自由端，通过两个销轴和右半弧抱箍24相连，右半弧抱箍24通过箱型钢结构和滑动轨道22连接在一起。左半弧抱 23与右半弧抱箍24之间通过抱箍开合液压缸21连接，左半弧抱箍23通过抱箍开合液压缸 21来控制和右半弧抱箍24围绕一根销轴30旋转。抱箍开合液压缸21推拉到位后，左半弧抱箍23和右半弧抱箍24的销孔完全重合，打销固定形成完整抱箍。箍在塔筒外壁。

左半弧抱箍23和右半弧抱箍24上均装有顶紧液压缸19和导向轮20，其中，左半弧抱箍23上装有两个顶紧液压缸19和四个导向轮20，右半弧抱箍24上装有两个顶紧液压缸19和三个导向轮20。左半弧抱箍23和右半弧抱箍24开合通过抱箍开合液压缸21驱动。抱箍开合液压缸21驱动左半弧抱箍23到位后，抱箍形成完整框架。内部集成顶紧液压缸19推出，顶紧液压缸19的缸头连接的弧板嵌入塔筒壁外侧支撑挂点18，实现顶紧。导向轮20在抱箍上下运动时候提供导向和支撑。

当顶端抱箍7和中段抱箍9上下滑动时，即抱箍沿起重机立柱8两侧T型轨道32上下滑动，抱箍内部的导向轮20顶在风机塔筒11的外壁，防止抱箍左右晃动，确保抱箍沿风机塔筒11正确方向。完成上述作业需要对风机塔筒结构进行微调。即，风机塔筒11的筒壁外侧需要焊接辅助挂点，用来和抱箍对接。支撑住抱箍，防止起重机掉落。基本结构如下图：

起重机挂点18沿塔筒轴向均布，其间距和起升抱箍的起升液压缸13行程相同。起重机挂点18沿风机塔筒11圆周方向分布，其个数根据实际需要取决于抱箍上安装的顶紧液压缸 19的个数本实用新型中为4个。起重机挂点18为有一定厚度的钢板，焊接于风机塔筒11的外壁；形状为方形，中间有方孔，便于抱箍的顶紧液压缸19的推入和顶紧。抱箍内部集成顶紧液压缸19推入起重机挂点18，在竖直方向上可以形成克服重力的支撑，在水平方向上则可顶紧塔筒，完全抱紧塔筒。如果单纯靠顶紧油缸的摩擦力来支撑整个系统的受力，顶紧油缸会做的非常大；因此，这里采取焊接一定数量的起重机挂点的方式；虽然多了一些钢结构，但顶紧油缸可以做得非常小。

当需要固定时，抱箍内顶紧液压缸19向前推进，前方顶块嵌入到起重机挂点18上，再向前推进，前方顶块顶到风机塔筒11外壁上，实现完全顶紧。顶紧液压缸19对称布置，实现抱箍固定时的受力均衡。当抱箍需要上下移动时，顶紧液压缸19退出起重机挂点18，抱箍和起重机挂点脱离，在提升机构绞车和液压缸和导向轮20导向作用下可上下移动。

如图7所示，顶紧液压缸19嵌入起重机挂点18状态，此时抱箍抱紧，可以进行吊装，提升作业。

如图8所示，顶紧液压缸19退出状态，抱箍和起重机挂点18分离，此时抱箍可上下移动。

如图9所示，本实用新型的基于风电机组塔筒本体的自爬式起重机，其工作原理的核心动作之一为攀爬，主要基于一整套抱箍抱紧、绞车提拉和液压缸举升、抱箍滑移机构。典型工作原理图如下：

步骤一，首先，在普通常用300吨左右吊机的协助下将底段的风机塔筒11吊装到位，底段的风机塔筒11通过螺栓连接方式和地基相连(见图9中的A)。

步骤—，在常用小吊机的协助下将自爬式吊机整体吊装到风机塔筒11上依附状态；顶端抱箍7、中段抱箍9、底段抱箍10箍紧风机塔筒11，起升液压缸13为伸长状态，一端固定铰接于顶端抱箍7，中端固定铰接于起重机立柱8；准备进行自爬和吊装作业(见图9中的B即为初始状态)。

步骤三，中间抱箍9松开，在抱箍起升绞车12作用下提升到上一层，中间抱箍9抱紧固定。抱箍起升绞车12固定于顶端抱箍7其绳系通过滑轮机构和中段抱箍9相连，抱箍起升绞车12转动便可提拉中段抱箍9沿起重机立柱8的T型轨道32上下滑动(见图9中的C)。

步骤四，底段抱箍10松开，起升液压缸13收缩，升液压缸13上端连接顶端抱箍7中段连接起重机立柱8；起升液压缸13收缩则会以顶端抱箍7为锚固点对起重机立柱8形成提拉，起重机整体结构向上举升(见图9中的D)。

步骤五，顶端抱箍7松开，起升液压缸13顶起顶端抱箍7，形成顶端抱箍7高度上的举升(见图9中的E)。

步骤六，中段抱箍9松开，在抱箍起升绞车12作用下提升到上一层，固定。抱箍起升绞车12固定于顶端抱箍7上的绳系通过滑轮机构与中段抱箍9相连，抱箍起升绞车12转动可提拉中段抱箍9沿起重机立柱8的T型轨道32上下滑动。此时可以吊装下一段新增塔筒段14，实现塔筒高度的提升(见图9中的F)。

步骤七，不断重复上述操作，直至吊装完成最后的末段塔筒15(见图9中的G～K)。

步骤八，抱箍携带起重机攀爬至预定位置，固定后起重机吊装机舱16、轮毂和叶片17，完成整个风电机组的完全安装(见图9中的L)。

步骤九，沿原过程的逆向，自爬式吊机爬回起始位置。拆解后，转场，进行下一机组吊装作业。

Claims (9)

1.一种基于风电机组塔筒本体的自爬式起重机，包括顶端抱箍、起重机立柱、中段抱箍、底段抱箍、风机塔筒、抱箍提升绞车、起升液压缸、起重机，其特征在于：所述起重机安装在起重机立柱上，所述起重机立柱通过顶端抱箍、中段抱箍、底段抱箍连接风机塔筒，将起重机承载的吊重--力和弯矩通过顶端抱箍、中段抱箍、底段抱箍传递到风机塔筒上；所述起重机立柱两侧具有T型轨道，所述顶端抱箍、中段抱箍通过其上的滑动轨道与起重机立柱的T型轨道连接，顶端抱箍和中段抱箍可以在起重机立柱的T型轨道上沿轴向上下滑动，所述底段抱箍与起重机立柱通过销轴铰接，所述顶端抱箍下侧安装抱箍提升绞车，提升绞车通过绳系连接中段抱箍，顶端抱箍固定抱紧风机塔筒后用此抱箍提升绞车提升中段抱箍，实现中段抱箍位置的升高；所述起重机立柱上安装起升液压缸，起升液压缸一端铰接在顶端抱箍上，中端铰接在起重机立柱上，当中段抱箍抱紧起重机立柱后，由起升液压缸收缩来提拉起自爬式起重机，实现起重机的自爬升。

2.根据权利要求1所述的基于风电机组塔筒本体的自爬式起重机，其特征在于：所述起重机包括主钩、主起吊臂、回转平台、主提升机构、变幅液压缸、变幅液压缸支撑架，所述主起吊臂通过销轴与回转平台铰接，变幅液压缸一端通过销轴与主起吊臂连接，另一端连接集成于回转平台上的支撑架；所述主钩通过钢丝绳经主起吊臂顶端的轮系与主起吊臂背部的主提升机构的绞车连接；所述回转平台连接马达减速机驱动系统。

3.根据权利要求1所述的基于风电机组塔筒本体的自爬式起重机，其特征在于：所述顶端抱箍、中段抱箍、底段抱箍均由左半弧抱箍和右半弧抱箍组成，左半弧抱箍为自由端，通过两个销轴和右半弧抱箍相连接，右半弧抱箍通过箱型钢结构连接滑动轨道，左半弧抱箍与右半弧抱箍之间通过抱箍开合液压缸连接，左半弧抱箍通过抱箍开合液压缸来控制和右半弧抱箍围绕一根销轴旋转；所述左半弧抱箍和右半弧抱箍上均装有顶紧液压缸和导向轮，顶紧液压缸在左半弧抱箍和右半弧抱箍上对称布置；当顶端抱箍和中段抱箍上下滑动时，所述顶端抱箍、中段抱箍中的导向轮顶在风机塔筒的外壁，防止抱箍左右晃动，使抱箍沿风机塔筒的轴线上下滑动。

4.根据权利要求3所述的基于风电机组塔筒本体的自爬式起重机，其特征在于：所述左半弧抱箍上装有两个顶紧液压缸和四个导向轮，右半弧抱箍上装有两个顶紧液压缸和三个导向轮。

5.根据权利要求1所述的基于风电机组塔筒本体的自爬式起重机，其特征在于：所述风机塔筒的外壁上焊接有起重机挂点，起重机挂点沿风机塔筒圆周方向分布，与抱箍上安装的顶紧液压缸相对应，起重机挂点沿风机塔筒轴向均布，其间距和起升抱箍的起升液压缸行程相同。

6.根据权利要求1所述的基于风电机组塔筒本体的自爬式起重机，其特征在于：所述起重机挂点的形状为方形，中间设有方孔，方孔与顶紧液压缸的缸头弧板相适配。

7.根据权利要求1所述的基于风电机组塔筒本体的自爬式起重机，其特征在于：所述顶端抱箍上装有中转定滑轮，中段抱箍上装有中转动滑轮，抱箍提升绞车中的绳系经中段抱箍上的中转动滑轮、顶端抱箍上的中转定滑轮，再回到中段抱箍上的中转动滑轮后在顶端抱箍上的死绳结点固定，形成完整的提拉轮系。

8.根据权利要求1所述的基于风电机组塔筒本体的自爬式起重机，其特征在于：所述起重机立柱内部装有动力单元，所述动力单元为电动驱动或全液压驱动装置。

9.根据权利要求1所述的基于风电机组塔筒本体的自爬式起重机，其特征在于：所述起重机立柱为圆筒形、椭圆形，方形、格构式中的一种。