專利名稱：海上風力渦輪機安裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過使用特定框架在較高高度對風力渦輪機部件尤其是葉片進行安全和受控的海上安裝的方法。本發(fā)明還涉及使該安裝方法成為可能而所需的框架和操作工具的特定設(shè)計方面。本發(fā)明涉及包括底部固定風力渦輪機和浮動風力渦輪機在內(nèi)的任何類型的海上風力渦輪機的安裝方法。
背景技術(shù)：
大多數(shù)情況下，通過以單獨部件來安裝組件，進行海上風力渦輪機的安裝。這些部件通常由起重機提升并且包括——豎直塔架或若干塔架部分——容納發(fā)電機和齒輪箱的機艙——可保持葉片的輪轂，其連接至發(fā)電機或齒輪箱的軸——葉片，通常為3個風力渦輪機安裝在陸地上和海上的相對近海區(qū)。如國際專利公開W00248547和 W003093584所描述的那樣，為了提供穩(wěn)定的工作平臺以進行風力渦輪機的海上安裝，經(jīng)常使用頂升(jack-up)駁船或頂升船，其還被稱作平臺或頂升。這些頂升設(shè)有可降低至海床的豎腿。然后，可將平臺沿腿頂升出水面。在一些區(qū)域中，頂升或傳送至另一位置僅在某些循環(huán)周期如潮汐流中是可能的。對于安裝周期，重要的是處于這些循環(huán)周期中，從而要求高水平的安裝效率。頂升通常配備有起重機，以將風力渦輪機部件安裝在基礎(chǔ)上，該基礎(chǔ)安裝在海床上?；A(chǔ)部分地延伸至水平面之上。如國際專利公開W00248547和W02004070119所公開的那樣，一般的安裝順序是將
塔架或塔架部分提升到基礎(chǔ)上。還提出了其它可選方法，在專利GBM07114和US7112010中公開了單獨地安裝機艙，接著安裝輪彀，且所有葉片已固定至該輪轂。在該情況下，具有葉片的輪彀以水平狀態(tài)位于平臺甲板上，并且需要在豎直面中進行安裝，因此需要使輪彀和葉片的組件旋轉(zhuǎn)。在另一專利申請US2007/266538中，為了使海上提升最少化，將機艙、輪彀和3個葉片中的兩個在陸地上組裝成被稱作“兔耳(burmy ear) ”的構(gòu)型并運送到現(xiàn)場。將包括機艙以及輪彀和指向上的兩個葉片在內(nèi)的該組件提升到位，最后提升第三葉片，其通過螺栓連接至輪彀中。在由本申請人提交的另一專利申請W02009041812中，公開了一種方法，其中對呈兔耳構(gòu)型的兩個葉片進行提升，在整個渦輪機安裝在塔架的頂部之前，通過起重機上將第三葉片組裝至輪彀和兔耳組件。雖然這種方法是有利的，但是陸地組裝的兔耳需要相當大的甲板空間，并且通過起重機進行第三葉片的安裝需要相當多的處理操作以對葉片進行定位和倒置。由于存在加載于腿上的可變波浪以及存在頂升系統(tǒng)的柔性，處于頂升狀況的平臺在水平面中略微移動。與起重機的柔性和當?shù)仫L況相結(jié)合的該移動，與地面固定的基礎(chǔ)或已安裝在地面固定的基礎(chǔ)上的其它部件相比，可能導(dǎo)致被提升部件的相當大的水平移動。 經(jīng)驗已經(jīng)表明，由于運動和風，最后葉片(常常為第三葉片)的安裝可能是困難的，并且易損葉片對已安裝部件的潛在碰撞可能對葉片產(chǎn)生慘重的損壞。如專利申請GBM07114和 US7112010中描述的安裝避免了不牢固的易損葉片的安裝，但是，因而需要使具有輪彀和葉片的組件旋轉(zhuǎn)，由于組件的大尺寸和葉片的易損性，這種安裝是復(fù)雜的，尤其是在有風的環(huán)境條件下。還存在另一方案，如國際專利申請W00248M7中所公開的那樣，例如通過頂升或浮吊船，在一個提升中完成包括塔架、機艙、輪彀和葉片的組件的安裝，浮吊船通常允許每次運送和提升一個渦輪機。但是，該方案需要大型和昂貴的提升設(shè)備，涉及用于將完整渦輪機運送到安裝點的復(fù)雜物流，在浮動作業(yè)的情況下可能僅在受限氣候窗內(nèi)進行，以及在目前可獲得的安裝設(shè)備的情況下對于在短時間內(nèi)安裝大量的渦輪機而言可能并非是經(jīng)濟上可行的。用于尤其在海上安裝風力渦輪機的已知方法，表明存在改進的空間，還要考慮到未來需要安裝的風力渦輪機的數(shù)目、尺寸和功率上的預(yù)期增加。海上風力渦輪機的安裝方法通過本發(fā)明得到了優(yōu)化，產(chǎn)生了較短的安裝周期。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供在安裝位置安裝風力渦輪機的方法，所述方法包括以下步驟——通過葉片操作工具，將兩個轉(zhuǎn)子葉片同時地或順序地安裝至包括輪彀和機艙的預(yù)組件；——通過安裝起重機將包括機艙、輪彀和兩個葉片的組件提升至框架頂部，第三轉(zhuǎn)子葉片在框架中被保持于豎直狀態(tài)且凸緣指向上；——朝向置于所述框架上的所述組件的輪彀操縱所述第三轉(zhuǎn)子葉片，允許所述第三轉(zhuǎn)子葉片安裝至包括輪彀、機艙和兩個葉片的組件；——將包括機艙、輪彀和3個葉片的完整風力渦輪機組件提升至預(yù)安裝的風力渦輪機基礎(chǔ)塔架頂部。本發(fā)明的目的還在于提供葉片保持框架，其具有處于豎直狀態(tài)的葉片，在安裝船上的運送期間，該框架適合于將多個葉片保持于該狀態(tài)。本發(fā)明還提供了一種操作工具，其將豎直存放的轉(zhuǎn)子葉片(凸緣指向下)以所需自由度進行保持和操作，以允許轉(zhuǎn)子葉片安裝至包括機艙和輪彀的組件；并且本發(fā)明還提供了一種操作工具，其將豎直的轉(zhuǎn)子葉片(凸緣指向上)以所需自由度進行保持和操作，以允許轉(zhuǎn)子葉片安裝至包括機艙、輪彀和若干葉片的組件。本發(fā)明還涉及具有甲板布局的安裝船，其中不具有葉片的預(yù)組裝的機艙和輪彀大致置于船的中心線，具有豎直設(shè)置的葉片(凸緣指向下)的葉片保持框架位于船的兩側(cè)，從而不具有葉片的預(yù)組裝的機艙和輪彀位于框架之間的中間處。根據(jù)本發(fā)明，所提出的方法和系統(tǒng)改進了風力渦輪機部件的海上安裝的持續(xù)時間，以及產(chǎn)生風力渦輪機部件在海上安裝期間更安全和更受控的安裝。此外，與已知安裝方
5法相比，所提出的解決方案具有數(shù)目減少的操作活動和提升，具有更少的起重機移動以及在平臺甲板上同時組裝海上風力渦輪機的部件，因此所提出的解決方案提供了具有成本效益和省時的海上風力渦輪機安裝方法，并且對于陸地及海上物流而言具有高度靈活性。用于對葉片和操作工具進行保持的框架適于保持和操作用于多個風力渦輪機的葉片，因此允許風力渦輪機的安裝船在一個航程中運輸用于多個風力渦輪機的部件，無需用于每個渦輪機安裝順序的附加葉片操作或定位。對用于使葉片(凸緣指向上)保持豎直的框架進行配備以當將第三葉片安裝在包括機艙、輪彀和兩個葉片的組件中時，允許工作人員接近葉片的所有相關(guān)區(qū)域，以監(jiān)視和控制葉片及其操作工具。附圖簡要說明下面參照附圖并結(jié)合示例性實施方式進一步描述本發(fā)明，其中

圖1示出不具有葉片的預(yù)組裝的機艙和輪彀的正視圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的安裝船的甲板布局，具有類似功能的可替代布局是可能的；圖3示出將凸緣指向下的裝載在葉片保持框架中的一個葉片從陸地提升至甲板；圖4示出將凸緣指向上的裝載在葉片保持框架中的一個葉片從陸地提升至甲板；圖5至圖7示出通過使用葉片操作工具的、根據(jù)本發(fā)明的、將兩個轉(zhuǎn)子葉片安裝至包括輪彀和機艙的預(yù)組件的不同步驟；圖8至圖10示出根據(jù)本發(fā)明的、對包括機艙、輪彀和兩個葉片的組件進行的提升；圖11至圖13示出朝向置于第三葉片保持框架上的組件的輪彀操縱第三轉(zhuǎn)子葉片，允許通過使用葉片操作工具將第三轉(zhuǎn)子葉片安裝至包括輪彀、機艙和兩個葉片的組件；圖14示出將包括機艙、輪彀和3個葉片的完整風力渦輪機組件提升至預(yù)安裝的風力渦輪機基礎(chǔ)塔架頂部；圖15示出替代的轉(zhuǎn)盤形葉片保持框架，其可使新的葉片旋轉(zhuǎn)到葉片操作工具可達到的范圍內(nèi)的操作位置；圖16示出圖15的操作工具的俯視圖；以及圖17示出通過使用與圖15和圖16所示的相似的轉(zhuǎn)盤型葉片框架將第三轉(zhuǎn)子葉片安裝至包括輪彀、機艙和兩個葉片的組件。必須注意，可保持在或者轉(zhuǎn)盤型或者不同類型的葉片保持框架中的葉片總數(shù)目可以不同于附圖所示的數(shù)目3，這取決于每個安裝操作的具體物流的和安裝需求。
具體實施例方式如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明，甲板布局與通過當前的海上風力渦輪機的安裝方法所得知的通常布置不同。如圖1所示的不具有葉片的預(yù)組裝的機艙和輪彀被預(yù)先組裝，且輪彀已經(jīng)旋轉(zhuǎn)到兔耳狀態(tài)。在兩個單獨的剛性框架10中豎立設(shè)置且凸緣指向朝下的兩個葉片9置于船1的兩側(cè)，且機艙6立于兩框架中間的預(yù)定位置處。最后葉片15在第三剛性框架12中豎立設(shè)置且凸緣指向上，第三剛性框架12對于在不同高度上的工作人員是可觸及的。船是具有4個腿2的頂升船。當凸緣指向上的葉片9是待首先以兔耳構(gòu)型安裝在輪彀上的葉片時，它們的位置是根據(jù)本發(fā)明的安裝的關(guān)鍵方面，包括葉片操作工具11的、具有凸緣指向下的豎直葉片9 的兩個葉片保持框架10需要在風力渦輪機安裝船1的兩側(cè)對齊。凸緣指向上的葉片15是根據(jù)本發(fā)明在之后階段中安裝的附加葉片。安裝在船1的甲板上的起重機3用于將部件放置在頂升船1上的預(yù)定位置。圖3 示出將裝載在葉片保持框架10中的凸緣指向上的一個葉片9從陸地16提升到頂升船1的甲板，圖4示出將裝載在葉片保持框架12中的凸緣指向上的一個葉片15從陸地提升到頂升船1的甲板。框架10、12在陸地上預(yù)裝載有一組葉片9、15。優(yōu)選地，框架10和12是相同的框架，或者使用用于將葉片從制造商運送到陸上組裝地點或碼頭區(qū)的相同框架。圖5至圖7示出根據(jù)本發(fā)明的將兩個轉(zhuǎn)子葉片9安裝至包括輪彀7和機艙6的預(yù)組件的不同步驟。一旦船1到達安裝地點，就將它頂升。在安裝船1被頂升之后，將具有兔耳構(gòu)型的兩個上葉片9組裝至輪彀7。通過操作工具11 (未示出)使兩個葉片從豎直運送狀態(tài)旋轉(zhuǎn)60度，以進入兔耳構(gòu)型，凸緣指向輪彀。葉片保持框架10具有內(nèi)部或外部操作工具11，操作工具11能夠使葉片旋轉(zhuǎn)60度以及對葉片位置進行操縱，使得葉片法蘭與輪彀7 的上部孔對準。對于兩個葉片，葉片操作工具可以同時進行操作，并且能夠?qū)⑷~片9插入輪彀7中，葉片9安裝在輪彀7中，形成兔耳構(gòu)型。如圖8至圖10所示，當將葉片9安裝至輪彀時，葉片操作工具11釋放葉片9并給予葉片9無障礙通道，以使其被豎直地提升。如前所述，葉片9在甲板上的位置是關(guān)鍵方面，實際上由于機艙組件6、7位于平臺中心線處或平臺中心線附近的預(yù)定縱向位置且與容納凸緣指向下的葉片9的兩個框架10 對準，因此可以為兩個葉片9同時進行上述操作?？商娲?，可以將預(yù)組裝的兔耳(機艙、輪彀和兩個葉片)從碼頭區(qū)裝載到平臺甲板。但是，這樣在甲板空間方面不太高效，并且可能對航行產(chǎn)生影響，因為葉片突出于船邊之外。此外，兔耳組件上的運送載荷可能對部件的完整產(chǎn)生負面影響。根據(jù)本發(fā)明的安裝方法的另一優(yōu)點在于，由于在將兩個第一葉片9安裝在輪彀7 上期間無需主起重機3，因此可以在安裝豎直塔架5期間安排此操作。因此，一旦船1被頂升，則開始豎直塔架5的安裝。在主起重機3完成豎直塔架5的安裝之后，主起重機3可以升起組裝后的兔耳(圖 10)并將其置于容納第三葉片15的第三框架12頂部(圖11)。圖11至13示出了朝向置于第三葉片保持框架12上的組件的輪彀7的操縱第三轉(zhuǎn)子葉片15，允許第三轉(zhuǎn)子葉片15安裝至包括輪彀、機艙和兩個葉片的組件。在第三框架12頂部裝有支撐件、引導(dǎo)件和緩沖件14，從而兔耳組件由框架12支撐，并且抑制所有移動。第三葉片保持框架12具有內(nèi)部或外部葉片操作工具13，該內(nèi)部或外部葉片操作工具13能夠?qū)⑷~片置于具有所需自由度的兔耳組件中。凸緣指向上的第三葉片15可以通過操作工具13插入輪彀7中，以完成渦輪機的組裝(圖12)。以上順序描述了用于安裝一個渦輪機的方法和安裝工具。例如通過對多個葉片進行保持的框架10和12，可以類似地操作和存儲用于多個渦輪機的部件?？商娲?，如圖15 至圖17所示，借助使用轉(zhuǎn)盤(carrousel)形框架，通過使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動以使得其將新的葉片轉(zhuǎn)動到所需位置，可以將葉片置于操作位置。轉(zhuǎn)盤的中央部件和旋轉(zhuǎn)部件可以永久地安裝在船的甲板上，同時將葉片9、15和框架10、12提升到這些旋轉(zhuǎn)部件上?？商娲?，可以將包括旋轉(zhuǎn)部件和葉片在內(nèi)的整個轉(zhuǎn)盤17、18提升到甲板上?？梢耘鋫湓撧D(zhuǎn)盤，以用于任何數(shù)目的葉片。在框架12的頂部和其它所需高度處，存在維護(save)工作平臺(未示出)，使得工作人員靠近最后葉片的插入處以控制和監(jiān)視葉片的正確操作。在最后葉片15安裝在輪彀7中之后，可以以受控方式釋放葉片15。如圖13所示，將整個渦輪組件提升離開支撐件14，并且由于框架(部分地)呈U 形，因此第三葉片15可以水平地以及豎直地離開框架12。通過工作人員以及例如工作平臺上的拖繩(tugger line)，可以在框架中的不同高度監(jiān)視和控制第三葉片15的移動，以防止組件與框架12直接接觸。圖14示出將包括最后安裝的葉片在內(nèi)的整個渦輪機提升到預(yù)安裝的風力渦輪機基礎(chǔ)塔架5上。所提出的安裝方法確保，當在安裝期間所有部件全部都固定至框架10、12和平臺甲板8或者相對于框架10、12和平臺甲板8固定時，可以安全和受控地安裝葉片，并且工作人員能夠靠近安裝操作以監(jiān)視和控制移動，因此不存在任何非受控的相對位移以及不存在任何顯著的非受控的碰撞的風險。附圖僅示出在輪彀上僅安裝有3個葉片的情況，但是應(yīng)理解，這不應(yīng)限制本發(fā)明的范圍，并且本發(fā)明可用于任何其它數(shù)目的葉片。如根據(jù)上述公開將對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的，不脫離本發(fā)明的精神和范圍，在實施本發(fā)明時許多變化和修改都是可能。因此，根據(jù)所附權(quán)利要求限定的內(nèi)容來解釋本發(fā)明的范圍。
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權(quán)利要求
1.在安裝位置安裝風力渦輪機的方法，所述方法包括以下步驟——將兩個轉(zhuǎn)子葉片安裝至包括輪彀和機艙的預(yù)組件；——通過安裝起重機將包括機艙、輪彀和兩個葉片的組件提升至框架頂部，第三轉(zhuǎn)子葉片在所述框架中保持豎直狀態(tài)且凸緣指向上；——朝向置于所述框架上的所述組件的輪彀操縱所述第三轉(zhuǎn)子葉片，允許所述第三轉(zhuǎn)子葉片安裝至包括輪彀、機艙和兩個葉片的組件；——將包括機艙、輪彀和3個葉片的完整風力渦輪機組件提升至預(yù)安裝的風力渦輪機基礎(chǔ)塔架頂部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，將所述兩個轉(zhuǎn)子葉片連接至所述輪彀，以在安裝船的甲板上形成包括輪彀、機艙和兩個葉片的組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，將安裝在所述輪彀上以形成包括輪彀、機艙和兩個葉片的組件的所述兩個轉(zhuǎn)子葉片以凸緣指向下且每個葉片位于單獨框架中的方式進行運送。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的方法，其中，使用于保持葉片的框架和操作工具適合于保持和操作用于多個風力渦輪機的葉片。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，將待安裝的所述第三葉片以凸緣指向上且位于單獨框架中的方式進行運送。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，通過轉(zhuǎn)盤形框架運送和操作葉片，所述轉(zhuǎn)盤形框架將葉片轉(zhuǎn)動到葉片操作位置以準備用于由葉片操作工具進行操縱以及安裝至所述輪彀。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，將至少一個附加葉片以與安裝所述第三葉片相同的方式安裝至包括輪彀、機艙和3個葉片的組件上。
8.葉片保持框架，其用于將葉片保持于豎直狀態(tài)，其特征在于，所述葉片保持框架適合于在安裝船上的運送期間將多個葉片保持于該狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的葉片保持框架，其中，所述葉片的凸緣指向下。
10.根據(jù)權(quán)利要求8和9所述的葉片保持框架，其中，將裝有葉片的框架提升到所述安裝船上之前，在陸地上將每個葉片裝載到至少一個框架中。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的葉片保持框架，其中，所述葉片的凸緣指向上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的葉片保持框架，其中，框架能夠保持由包括機艙、輪彀和多個葉片的組件所形成的負載，以支持和抑制相對于框架的全部所需自由度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的葉片保持框架，其中，裝載在一個框架中的葉片能夠由操作工具朝向包括機艙、輪彀和多個葉片的組件的輪彀進行操作，以允許葉片安裝至該組件。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至13所述的葉片保持框架，在所述葉片保持框架處或在所述葉片保持框架附近設(shè)有用于工作人員接近的路徑。
15.操作工具，其用于以所需自由度對凸緣指向下的豎直轉(zhuǎn)子葉片進行保持和操縱，以允許轉(zhuǎn)子葉片安裝至包括機艙和輪彀的組件。
16.操作工具，其用于以所需自由度對凸緣指向上的豎直轉(zhuǎn)子葉片進行保持和操縱，以允許轉(zhuǎn)子葉片安裝至包括機艙和若干葉片的組件。
17.根據(jù)權(quán)利要求15至16所述的操作工具，其中，所述操作工具是葉片保持框架的一部分。
18.具有甲板布局的安裝船，其特征在于，至少一個不具有葉片的預(yù)組裝的機艙和輪彀置于船的中心線處或中心線處附近，具有豎立設(shè)置且凸緣指向下的葉片的葉片保持框架置于船的兩側(cè)，所述至少一個不具有葉片的預(yù)組裝的機艙和輪彀位于框架之間的中間處。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的具有甲板布局的安裝船，其中，所述至少一個不具有葉片的預(yù)組裝的機艙和輪彀置于甲板上的任何位置，并且被定向在具有豎立設(shè)置且凸緣指向下的葉片的葉片保持框架之間的中間處。
20.根據(jù)權(quán)利要求18和/或19所述的安裝船，其中，用于多個風力渦輪機的部件在一個航程中被運送，無需用于每個渦輪機安裝順序的附加葉片操作。
全文摘要
本發(fā)明涉及在安裝位置安裝風力渦輪機的方法，所述方法包括以下步驟將兩個轉(zhuǎn)子葉片安裝至包括輪彀和機艙的預(yù)組件；通過安裝起重機，將包括機艙、輪彀和兩個葉片的組件提升至框架頂部，第三轉(zhuǎn)子葉片在該框架中保持豎直狀態(tài)且凸緣指向上；朝向置于所述框架上的組件的輪彀操縱第三轉(zhuǎn)子葉片，允許第三轉(zhuǎn)子葉片安裝至包括輪彀、機艙和兩個葉片的組件；將包括機艙、輪彀和3個葉片的完整風力渦輪機組件提升至預(yù)安裝的風力渦輪機基礎(chǔ)塔架頂部。
文檔編號F03D1/00GK102459869SQ201080027437
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月1日
發(fā)明者克尼利斯·皮埃特·阿特蒂瑞恩烏斯·萬努德, 哈勒韋津·杰卡瑪·布恩斯道派爾 申請人:Sbm斯希丹有限公司