NO330452B1 - Anordning og fremgangsmate for installasjon av vindturbiner - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen omfatter en anordning og fremgangsmåte for installasjon av et turbinblad på en offshore vindturbin, hvor bladet lastes om bord på et installasjonsfartøy og bringes ut til et installasjonssted, idet installasjonsfartøyet posisjoneres nær et tårn til en vindturbin. Fremgangsmåten omfatter å låse bladet (7) fast til en installasjonsramme (1) montert på dekket av et installasjonsfartøy, idet installasjonsrammen er løsbart hengslet i en første ende til dekket nær en side av fartøyet og ved siden av nevnte tårn, å reise installasjonsrammen til en vertikal posisjon, feste en styremekanisme til en første ende av installasjonsrammen, frigjøre installasjonsrammen fra fartøyet, reise installasjonsrammen med bladet inntil den er nær et nav på vindturbinen, feste bladet til navet, frigjøre bladet fra installasjonsrammen, og å fjerne installasjonsrammen fra vindturbinen.

Description

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for installering av turbinblader på offshore vindturbiner.

Bakgrunn

Pa grunn av støyen og periodiske skygger som genereres av vindturbiner, har det blitt foreslått å installere turbinene i offshore vindfarmer, enten som flytende strukturer forankret i dypvannsområder, eller som strukturer montert på bunnen i gruntvannsområder like utenfor kysten.

I tilfelle av bunnmonterte turbiner, omfatter en installasjonsprosedyre å først konstruere en understøttelsesstruktur rammet ned i bunnen, og deretter å montere tårnet til en vindturbin på denne understøttelsen. På dette tårnet monteres det er turbinhus, og til sist installeres det et antall turbinblader på et nav som stikker ut fra huset. Alt arbeid utføres med kraner montert på fartøy.

I tilfelle med turbinblader, er prosessen med løfting og montering av bladene til navet en stor oppgave, etter som turbinbladene varieres i størrelse fra omtrent 50 m i lengde til mer enn 60 m for de største turbinene, og veier fra omtrent 18 tonn til mer enn 22 tonn. Med fremgangsmåten som benyttes i dag, hvor bladene mer eller mindre henger fritt fra krankroken, må installeringsoperasjonen stoppes når vindhastigheten når omtrent 8 m/s. Dette hindrer installeringsoperasjoner om vinteren i nordeuropeiske farvann. Bortsett fra dette, er installasjonen en risikabel prosess for arbeiderne som skal feste de store svingende massene av bladene til turbinakslingen med bolter og mutre. Et turbinblad blir også lett skadet hvis det skulle treffe en annen struktur, slik som tårnet eller kranbommen. Selv små bulker i bladet blir ikke tillatt ettersom de senere kan forårsake at det utvikles sprekker i bladet.

Sammenfatning av oppfinnelsen

En hensikt med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en anordning og fremgangsmåte for håndtering av vindturbinblader som gjør det mulig å installere turbinblader offshore på en mer effektiv og sikrere måte under nesten ubegrensede vindforhold.

Foreliggende oppfinnelse, slik den er definert i de vedføyde krav, prøver å oppfylle denne hensikt.

Ved å bruke det foreslåtte håndteringssystem kan blader installeres gjennom hele vintersesongen. For en typisk offshore vindfarmlokasjon, vil i tillegg installasjons-operabiliteten øke fra omtrent 60% til omtrent 98% i sommermånedene.

Systemet sikrer at bladene er beskyttet gjennom hele installasjonsprosedyren og under full kontroll.

Kortfattet beskrivelse av tegningene

Foreliggende oppfinnelse og dens fordeler vil bli bedre forstått med henvisning til den etterfølgende detaljerte beskrivelse og de vedføyde tegninger, hvor: Fig. la-f er en tegning av en komponent av den oppfinneriske anordning, nemlig installasjonsrammen, sett fra siden, foran, fra baksiden, i perspektiv og fra enden, Fig. 2a-c er en tegning av en annen komponent, støttestrukturen, sett fra toppen, siden og i perspektiv, Fig. 3 er et bilde av det generelle arrangement av den oppfinneriske anordning, Fig. 4-8 er en sekvens som viser installasjonen av et turbinblad med den oppfinneriske anordning, Fig. 9 er en illustrasjon som viser arrangementet med styrevaiere i oppfinnelsen, Fig. 10-12 er en fortsettelse av sekvensen vist i Fig. 4-8, som viser hvordan den oppfinneriske anordningen fjernes, Fig. 13-18 er en sekvens korresponderende til Fig. 4-7 som viser de innledende trinn ved installasjon av et turbinblad som leveres motsatt vei.

Detaljert beskrivelse

Turbinbladene blir normalt levert til installasjonsfartøyet i havn og lagret horisontalt i en ramme på dekk. Fartøyet inkluderer en anordning ifølge oppfinnelsen montert på dekk ved siden av rammen, dvs. at den spenner over bredden av fartøyet vinkelrett på kjølens retning. Når installasjonsfartøyet har ankommet installasjonsstedet, blir den oppfinneriske anordning benyttet til å heve bladene fra dekket til en vertikal posisjon nær inntil navet på turbinakselen klar for montering.

En anordning ifølge oppfinnelsen omfatter to ramme-lignende strukturer, Fig. 1 og 2, en montert inne i den annen. Den generelle sammensetningen er i vist i Fig. 3 montert på dekket av et installasjonsfartøy ved siden av rammen som holder turbinbladene. Dette er en utførelse av oppfinnelsen hvor operasjonen av de ramme-lignende strukturene kontrolleres av vaiere og vinsjer.

Anordningen inkluderer en struktur som har et u-formet tverrsnitt, kalt installasjonsrammen, se Fig. 1. Installasjonsrammen 1 er utstyrt med klemmer 3 som kan rotere og låse et blad 7 i rammen 1.

Videre er det en støttestruktur 2 som inkluderer et glidende skinnesystem 6 og et dreiebord 4 med et hengselsystem 5. Hengselsystemet og dreiebordet er installert ved en første ende av støttestrukturen. Støttestrukturen 2 er vist i Fig. 2. I tillegg er det trekkvinsjer, eller hydrauliske støttearmer (ikke vist på figurene), som kontrollerer posisjonen av bunnen av installasjonsrammen når den bringes inn i en vertikal posisjon.

Det generelle arrangementet er vist i Fig. 3 med installasjonsrammen 1 hvilende på støttestrukturen 2. Klemmene 3 i installasjonsrammen er åpne og klar for å motta et turbinblad. Installasjonsrammen 1 er i en første ende låst til det løsbare hengselsystemet 5 i støttestrukturen 2.

Videre kan man se trekkvinsjene 10, 12 og deres styrevaiere 11, 13 som er festet til bunnen av installasjonsrammen 2. Det er to bommer 8, 8', en på hver side av turbintårnet 14, som bærer en kasteblokk 9, 9' for styrevaierne 11, 13 for å gi dem gunstig vinkel for å kontrollere posisjonen av bunnen av installasjonsrammen 1 når denne frigjøres fra hengselsystemet 5 på dreiebordet 4.

En tredje line 16 direkte fra dekket av fartøyet sikrer full kontroll i alle retninger. For denne hensikt er det montert en tredje trekkvinsj 15 på dekket, se Fig. 9.

I stedet for et arrangement med trekkvaiere, kan kontrollen av bunnen av installasjonsrammen utføres av et system bestående av hydrauliske sylindre og teleskopiske armer festet til fartøyet.

Bak installasjonsrammen er det vist rammer med blader klar for installering.

Turbinbladet 7 posisjoneres inn i installasjonsrammen 1 med den ledende kanten nedover. Klemmer 3 griper bladet 7 og holder det i posisjon. Disse klemmene 3 har et ytre lag av et mykt materiale som ikke skader bladet, og opereres enten hydraulisk eller pneumatisk. Fig. 4 viser at bladet blir løftet mot installasjonsrammen opphengt i en kran 17, og Fig. 5 viser bladet sikret i installasjonsrammen. Kranvaieren er festet til installasjonsrammen som er klar til å reises opp.

Når bladet 7 er sikkert låst i installasjonsrammen 1, brukes kranvaieren til å reise opp rammen 1 mens den roterer rundt et hengselsystem 5 på dreiebordet 4 av støttestrukturen 2. Fig. 6 viser rammen 1 når den reises opp.

Installasjonsrammen 1 blir deretter brakt i en vertikal posisjon hvor bunnen av rammen fremdeles er sikret i hengselsystemet 5 på dreiebordet 4, se Fig. 7.

På dette trinnet blir styrevaierne 11, 13, 16 festet til installasjonsrammen 1 før rammen 1 frigjøres fra hengselsystemet 5 på dreiebordet 4. Fig. 8 viser at installasjonsrammen 1 blir løftet fra dekket inn i posisjon for installasjon av bladet 7, og Fig. 9 viser arrangementet med trekkvinsjene 10, 12, 15 og styrevaierne 11, 13, 16.

Når bladet 7 har blitt sikret til navet med et tilstrekkelig antall bolter og muttere, blir klemmene 3 i installasjonsrammen 1 åpnet enten fjernkontrollert eller via kontrollkabel mellom rammen 2 og dekket på fartøyet, se Fig. 10. Rammen 1 blir deretter trukket ned inn i hengselsystemet 5 på dreiebordet 4 av de styrende vinsjene 10, 12, 15, se Fig. 11.

Kranen 17 vil deretter legge rammen 2 ned tilbake i horisontal posisjon og klar for neste blad, se Fig. 12.

Bladene blir ofte posisjonert i rammer slik at hvert andre blad har tuppen i motsatt retning. I dette tilfelle er idéen bak systemet at bladene kan posisjoneres sikkert i installasjonsrammen uten å måtte snu bladene 180 grader, og fremdeles bringes til en vertikal posisjon med den rette retningen for installasjon.

Tuppen av bladene blir alltid posisjonert inne i installasjonsrammen, mens navenden alltid stikker utenfor rammen. I tilfelle tuppen er nærmest turbinen, blir installasjonsrammen løftet i den borteste enden og dreiet rundt hengslet på dreiebordet.

Når den er brakt inn i vertikal posisjon, blir trekklinene, eller de hydrauliske lede-armene festet til bunnen av installasjonsrammen. Dette tilfellet har blitt beskrevet ovenfor.

I det etterfølgende beskrives tilfellet hvor tuppen er i den borteste enden vekk fra vindturbinen. Bladet løftes inn i installasjonsrammen, se Fig. 13.

Når bladet er låst i rammen, blir kranvaieren festet til rammen i enden som er nærmest vindturbinen, se Fig. 14.

Installasjonsrammen blir deretter løftet i den nære enden mens den fjerne enden ledes langs dekket i et skinnesystem i støttestrukturen, se Fig. 15. Når den fjerne enden av rammen når hengselsystemet ved dreiebordet og installasjonsrammen blir brakt vertikalt, blir den fjerne neden låst inn i hengselsystemet, se Fig. 16.

Etter at det er reist opp, vil bladet være på den gale siden av installasjonsrammen som vist på Fig. 16. Dreiebordet vil derfor rotere installasjonsrammen 180 grader rundt den vertikale aksen slik at rammen og bladet er i den korrekte posisjonen for installasjon på bladet.

Fig. 17 viser at rammen roteres og Fig. 18 viser rammen rotert 180 grader.

Fra dette punktet er operasjonen identisk til det som er beskrevet ovenfor, se Fig. 8-12.

Det tredje bladet blir deretter installert enten med fremgangsmåten benyttet for det første eller det andre bladet.

Klemmen i installasjonsrammen kan justeres eller erstattes for å passe til et bestemt bladdesign, og deres longitudinale posisjon kan også justeres.

Mens den oppfinneriske anordning og fremgangsmåten beskrevet ovenfor vedrører installasjonen av vindturbinblader, kan oppfinnelsen også brukes for den motsatte prosedyre, nemlig demontering av en offshore vindenergiinstallasjon.

Claims (5)

1. Anordning for installasjon eller demontering av turbinblader på en offshore vindturbin, idet nevnte anordning er innrettet til å installeres på dekket av et installasjonsfartøy, idet nevnte fartøy omfatter en kran (17) for å operere anordningen, karakterisert ved• en installasjonsramme (1) med en første ende og en andre ende, og med et antall låseklemmer (3) for å holde et turbinblad (7) som skal installeres, • en støttestruktur (2) med en første ende og en andre ende, hvor støttestrukturen (2) inkluderer et hengselsystem (5) nær sin første ende, idet hengselsystemet (5) er innrettet til løsbart å holde en ende av installasjonsrammen (1), • en styremekanisme innrettet til å kontrollere posisjonen av en ende av installasjonsrammen (1) i forhold til den første enden av støttestrukturen (2).

2. Anordning ifølge krav 1, hvor styremekanismen omfatter: • en første bom (8) med en første kasteblokk (9), en første trekkvinsj (10) og en første styrevaier (11), • en andre bom (8') med en andre kasteblokk (9'), en andre trekkvinsj (12) og en andre styrevaier (13), • en tredje trekkvinsj (15) og en tredje styrevaier (16).

3. Anordning ifølge krav 1, hvor styremekanismen omfatter et antall hydrauliske sylindre og teleskopiske armer festet til fartøyet.

4. Anordning ifølge krav 1, hvor støttestrukturen (2) videre omfatter et dreiebord (4) som hengselsystemet (5) er montert på, og et glidesporsystem (6).

5. Fremgangsmåte for installasjon av et turbinblad på en offshore vindturbin, hvor bladet lastes om bord på et installasjonsfartøy og bringes ut til et installasjonssted, idet installasjonsfartøyet posisjoneres nær et tårn til en vindturbin, karakterisert ved å låse bladet fast til en installasjonsramme montert på dekket av et installasjonsfartøy, idet installasjonsrammen er løsbart hengslet i en første ende til dekket nær en side av fartøyet og ved siden av nevnte tårn, reise rammen til en vertikal posisjon, feste en styremekanisme til en første ende av nevnte installasjonsramme, frigjøre installasjonsrammen fra fartøyet, reise installasjonsrammen med bladet inntil den er nær et nav på vindturbinen, feste bladet til navet, frigjøre bladet fra installasjonsrammen, og å fjerne installasjonsrammen fra vindturbinen.