臂架可伸缩的海上风电安装起重机的制作方法

本实用新型涉及海上浮吊工程领域，尤其是涉及一种臂架可伸缩的海上风电安装起重机。

背景技术：

海上风电资源储备丰富，未来可发展空间巨大。从趋势上看，海上风电势必走向远海、深海，风电机组必定进一步大型化。采用大容量海上机组是海上风电场集中连片大规模开发所需，它将有效降低风电场度电成本，提高海上风电场规模开发利用的整体经济性，创造更多价值。伴随这一巨大市场而来的，还有同样巨大的挑战。需要整个海上风电行业在技术、施工、运维、管理等方面进行技术创新。

海上风电机组安装的难点在于海洋环境差、作业条件困难。目前，主要依靠安装于风电安装平台上的起重机进行。风电安装平台可在自升式桩腿的支撑下，保证起重机工作时的平稳性；同时，当更换作业对象时，桩腿升起，安装平台带着起重机实现调遣。

海上风电机组的大型化，使机组风叶加长、轮毂中心高度增加。为实现安装，必须加大起重机吊钩的起升高度，因此起重机臂架的加长成为必要的前提。但是，在安装平台调遣过程中，平台成为浮动的船舶。此时臂架必须搁置于臂架搁架上，以避免在海浪作用下，臂架损坏或平台倾覆。因主、副钩、变幅滑轮组等质量均集中在臂架头部，因此臂架搁架只能支撑在臂架头部附近，以避免臂架折断。在这种条件下，为实现臂架搁置，只能把平台加长。平台加长后，自重增加，加大了桩腿及升降系统的载荷，从而提高了整个平台的造价。因此，如何在保证吊钩起升高度的前提下，解决臂架的搁置问题，成为风电安装平台的首要问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可在不增加风电安装平台长度的基础上，提高起重机的吊钩起升高度，以满足海上风电机组日益大型化的安装需求的臂架可伸缩的海上风电安装起重机。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种臂架可伸缩的海上风电安装起重机，其特征在于，包含与臂架铰点连接的固定臂架，可在固定臂架内部进行伸缩的伸缩臂架，驱动伸缩臂架进行伸缩的驱动机构，使伸缩臂架实现伸缩运动的伸缩缠绕系统，安装于伸缩臂架头部的变幅滑轮组，可带动伸缩臂架及固定臂架绕臂架铰点运动的变幅钢丝绳。

进一步地，所述的起重机安装在风电安装平台上，风电安装平台上还设有臂架搁架，所述的伸缩臂架有两个工作位置，完全伸出或完全后退，当起重机不工作时，伸缩臂架退至固定臂架内部，起重机水平搁置在臂架搁架上。起重机不工作时，臂架长度缩短，改善了平台稳性，减少了桩腿及升降系统的载荷。

进一步地，所述的起重机的臂架的伸缩运动在臂架与水平面的夹角为38-42°时进行，当臂架在变幅钢丝绳的带动下转动到设定角度时，驱动机构驱动伸缩缠绕系统，使伸缩臂架伸出或退回固定臂架内。臂架进行伸缩运动时，变幅钢丝绳也同步运动，保证伸缩臂架外伸运动所需要的变幅钢丝绳的伸长量。在这个固定角度上，臂架伸缩的长度与变幅钢丝绳的变化量之间的几何关系是确定的。

进一步地，所述的起重机还包括转台，主钩、副钩，所述的驱动机构位于转台上，所述的主钩、副钩和变幅滑轮组安装在伸缩臂架头部；当起重机工作时，由于伸缩臂架外伸，使主钩工作起升高度及副钩工作起升高度增加；当起重机臂架没有外伸时，主、副钩均位于正常起升高度，此时主钩、副钩的起重量能够加大，使整个起重机的工作范围得以扩展。

进一步地，所述的伸缩缠绕系统包括后缩钢丝绳、前伸钢丝绳，以及两两对称设置的伸缩卷筒、人字架导向滑轮、固定臂架铰点滑轮、固定臂架下方滑轮、固定臂架双联滑轮和固定臂架头部滑轮、伸缩臂架双联水平滑轮，固定臂架铰点滑轮与臂架铰点处在同一个圆心，伸缩卷筒连接驱动机构，受驱动机构驱动；

从一个伸缩卷筒引出的后缩钢丝绳经人字架导向滑轮导向后，依次经过设置在臂架一侧的固定臂架铰点滑轮、固定臂架下方滑轮、固定臂架双联滑轮和伸缩臂架双联水平滑轮后，再依次沿臂架另一侧各滑轮返回另一侧人字架导向滑轮后进入另一个伸缩卷筒，由此转动伸缩卷筒就能够实现伸缩臂架的后缩；

从一个伸缩卷筒引出的前伸钢丝绳经人字架导向滑轮导向后，依次经过设置在臂架一侧的固定臂架铰点滑轮、固定臂架双联滑轮、固定臂架头部滑轮和伸缩臂架双联水平滑轮后，再依次沿臂架另一侧各滑轮返回另一侧人字架导向滑轮后进入另一个伸缩卷筒，由此转动伸缩卷筒就能够实现伸缩臂架的前伸。

进一步地，所述的前伸钢丝绳和后缩钢丝绳通过伸缩臂架双联水平滑轮串联在一起，保证两根钢丝绳的牵引力一致，以避免臂架伸缩出现偏斜；所述的伸缩臂架双联水平滑轮位于伸缩臂架尾部，以保证伸缩臂架往外伸出时，此组滑轮永远位于固定臂架头部滑轮的后方，使得钢丝绳只会受拉，从而保证了伸缩缠绕系统的稳定运行。

进一步地，所述的固定臂架头部设有四个锁紧插销，所述的伸缩臂架头部设有四个前插销孔、尾部设有四个后插销孔，前插销孔和后插销孔都能与锁紧插销相配合。当伸缩臂架后退至固定臂架内时，锁紧插销插入前插销孔，使伸缩臂架与固定臂架固定；当伸缩臂架完全外伸时，锁紧插销插入后插销孔，使伸缩臂架与固定臂架固定。

进一步地，所述的固定臂架的前端安装有前、后共四组水平轮：固定臂架后下方水平轮、固定臂架前下方水平轮、固定臂架前上方水平轮、固定臂架后上方水平轮，每组水平轮都沿固定臂架对称设有两个；所述的伸缩臂架上对应设有四个轨道：两个伸缩臂架上轨道和两个伸缩臂架下轨道，同时供固定臂架上的各组水平轮滚动。设置水平轮可保证伸缩臂架在水平轮的作用下沿着固定臂架走直线，以避免在海上风载、海浪等水平载荷作用下，伸缩臂架的滑动出现歪斜。

进一步地，所述的伸缩臂架尾部对称安装有两个伸缩臂架后方支撑轮，所述的固定臂架上对应的设有两个供支撑轮滑动的固定臂架轨道；固定臂架的头部还对称安装有两个固定臂架前上方支撑轮和两个固定臂架前下方支撑轮，能在伸缩臂架的四个轨道上滚动。这六个支撑轮支撑起伸缩臂架，保证伸缩臂架伸缩运动的实现。

进一步地，所述的固定臂架的后上方还对称安装有两个固定臂架后上方支撑轮，能在伸缩臂架上轨道滚动。这两个伸缩臂架后方支撑轮可保证伸缩臂架在吊装作业时，其尾部不会翘起，以提高伸缩臂架的可靠性。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型起重机在工作时，由于伸缩臂架外伸，使得使主钩工作起升高度及副钩工作起升高度增加，从而可满足海上风电机组大型化后的安装需求。当伸缩臂架没有外伸时，起重机正常工作，主、副钩均位于正常起升高度，此时主、副钩的起重量可以加大，整个起重机的工作范围得以扩展。

(2)本实用新型设置特定的角度进行伸缩运动，兼顾了臂架强度、变幅钢丝绳拉力及伸缩机构功率，能确定伸缩运动下变幅钢丝绳与伸缩臂架的几何关系。

(3)本实用新型中臂架上安装有固定臂架铰点滑轮，并与臂架铰点处在同一个圆心，伸缩缠绕系统经过固定臂架铰点滑轮进入臂架，保证了臂架变幅时，伸缩钢丝绳的长度不变，也就是驱动机构不工作，能节省能源。

(4)本实用新型驱动机构设在起重机的转台上，减小了臂架载荷，使臂架更稳定可靠。

(5)本实用新型中伸缩缠绕系统的两个钢丝绳通过伸缩臂架双联水平滑轮串联在一起，使得两根钢丝绳的牵引力一致，能避免臂架伸缩时因钢丝绳受力不同出现偏斜。

(6)本实用新型中牵引伸缩臂架运动的双联水平滑轮位于伸缩臂架的尾部，保证了伸缩臂架往外伸出时，此组滑轮永远位于固定臂架头部滑轮的后方，使得钢丝绳只会受拉，保证了伸缩缠绕系统的稳定运行。

(7)本实用新型在固定臂架和伸缩臂架上分别设有水平轮组和供水平轮组滑动的轨道，可保证伸缩臂架在水平轮的作用下沿着固定臂架走直线，以避免在海上风载、海浪等水平载荷作用下，伸缩臂架的伸缩出现歪斜。

(8)本实用新型在固定臂架的后方还安装有两个固定臂架后上方支撑轮，能够保证伸缩臂架完全后退至固定臂架内部，并进行吊装作业时，伸缩臂架的尾部不会翘起，以保证伸缩臂架的安全。

(9)本实用新型在伸缩臂架完全收回或完全外伸时，都设有锁紧插销和对应的插销孔进行锁紧，保证了固定臂架和伸缩臂架组合的稳固性。

(10)本实用新型中所有支撑轮和水平轮沿着相应轨道的滚动，可保证伸缩臂架在固定臂架内部伸缩灵活，不会卡阻。

附图说明

图1为本实用新型臂架可伸缩的海上风电安装起重机的结构主视图；

图2为本实用新型臂架可伸缩的海上风电安装起重机的结构俯视图；

图3为安装有臂架可伸缩的海上风电安装起重机风电安装平台的主视图；

图4为安装有臂架可伸缩的海上风电安装起重机风电安装平台的俯视图；

图5为本实用新型臂架可伸缩的海上风电安装起重机工作状态图；

图6为本实用新型臂架伸缩缠绕系统原理图；

图7为本实用新型臂架结构主视图；

图8为本实用新型臂架结构俯视图；

图9为本实用新型臂架中a-a截面图；

图10为本实用新型臂架中b-b截面图；

图11为本实用新型臂架中c-c截面图；

图12为本实用新型固定臂架结构主视图；

图13为本实用新型固定臂架结构俯视图；

图14为本实用新型伸缩臂架结构主视图；

图15为本实用新型伸缩臂架结构俯视图；

图中，风电安装平台1，臂架可伸缩的海上风电安装起重机2，臂架搁架3，固定臂架201，伸缩臂架202，伸缩缠绕系统203，驱动机构204，臂架铰点205，主钩206，副钩207，变幅滑轮组208，变幅钢丝绳209，人字架导向滑轮2031，伸缩卷筒2032，固定臂架铰点滑轮401，固定臂架下方滑轮402，固定臂架双联滑轮403，伸缩臂架后方支撑轮404，固定臂架后下方水平轮405，固定臂架头部滑轮406，固定臂架前下方水平轮407，固定臂架前下方支撑轮408，锁紧插销409，前插销孔4091，后插销孔4092，固定臂架前上方支撑轮410，固定臂架前上方水平轮411，固定臂架后上方水平轮412，前伸钢丝绳413，固定臂架后上方支撑轮414，伸缩臂架双联水平滑轮415，后缩钢丝绳416，伸缩臂架上轨道417，伸缩臂架下轨道418，固定臂架轨道419。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例1

一种臂架可伸缩的海上风电安装起重机，如图3、图4所示，该起重机包括风电安装平台1、安装在风电安装平台1船艏部的臂架搁架3还有安装在风电安装平台1上并可绕桩腿转动、升降的臂架可伸缩的海上风电安装起重机2。臂架可伸缩的海上风电安装起重机2的臂架能够搁置在臂架搁架3上。

1、臂架可伸缩的海上风电安装起重机总结构

如图1、图2所示，所述的臂架可伸缩的起重机2包括转台，伸缩缠绕系统203和位于起重机转台上的驱动机构204，它们通过臂架铰点205连接固定臂架201，固定臂架201内部有可在固定臂架内部进行伸缩的伸缩臂架202，还有安装在伸缩臂架202头部的主钩206、副钩207、变幅滑轮组208，变幅钢丝绳209绕过变幅滑轮组208连接驱动机构204，固定臂架201和伸缩臂架202通过变幅钢丝绳209的带动可以绕臂架铰点205转动；伸缩臂架202只有两个工作位置，完全伸出或完全后退；所述的臂架的伸缩运动只能在臂架与水平面的夹角为38-42°时才能进行，在这个角度下，伸缩臂架202伸缩的长度与变幅钢丝绳209的变化量之间的几何关系是确定的；当所述的风电安装平台1在航行时或所述的臂架可伸缩的起重机2不工作时，臂架水平搁置在位于平台头部甲板上的臂架搁架3上；此时，伸缩臂架202后退至固定臂架201内部，整个臂架的长度缩短；当起重机工作时，如图5所示，由于伸缩臂架202外伸，使主钩工作起升高度及副钩工作起升高度增加，此时主钩206、副钩207的起重量可以加大，使整个臂架可伸缩的起重机2的工作范围得以扩展。

2、起重机完成臂架伸缩的结构

如图6所示，伸缩缠绕系统203包括后缩钢丝绳416、前伸钢丝绳413，以及两两对称设置的伸缩卷筒2032、人字架导向滑轮2031、固定臂架绞点滑轮401、固定臂架下方滑轮402、固定臂架双联滑轮403和固定臂架头部滑轮406、伸缩臂架双联水平滑轮415，伸缩卷筒2032连接驱动机构204，受驱动机构驱动；

从一个伸缩卷筒2032引出的后缩钢丝绳416经人字架导向滑轮2031导向后，依次经过设置在臂架一侧的固定臂架铰点滑轮401、固定臂架下方滑轮402、固定臂架双联滑轮403和伸缩臂架双联水平滑轮415后，再依次沿臂架另一侧各滑轮返回另一侧人字架导向滑轮2031后进入另一个伸缩卷筒2032，由此转动伸缩卷筒就能够实现伸缩臂架的后缩；

从一个伸缩卷筒2032引出的前伸钢丝绳413经人字架导向滑轮2031导向后，依次经过设置在臂架一侧的固定臂架铰点滑轮401、固定臂架双联滑轮403、固定臂架头部滑轮406和伸缩臂架双联水平滑轮415后，再依次沿臂架另一侧各滑轮返回另一侧人字架导向滑轮2031后进入另一个伸缩卷筒2032由此转动伸缩卷筒就能够实现伸缩臂架的前伸；

其中，固定臂架201上的固定臂架铰点滑轮401安装位置与臂架铰点205在同一个圆心，以保证臂架变幅时，伸缩钢丝绳的长度不变；固定臂架双联水平滑轮403通过钢绳将两根钢丝绳串联在一起，保证两根钢丝绳的牵引力一致，使伸缩臂架202沿着固定臂架201滑动平稳；伸缩臂架双联水平滑轮415位于伸缩臂架202尾部，使得钢丝绳只会受拉，从而保证了伸缩缠绕系统的稳定运行。

如图7、图8所示，上述固定臂架绞点滑轮401、固定臂架下方滑轮402设置在固定臂架201尾部，固定臂架双联滑轮403设置在固定臂架201中部，伸缩臂架双联水平滑轮415设置在伸缩臂架202尾部，变幅滑轮组208设置在伸缩臂架202头部。

3、臂架插销结构

固定臂架201和伸缩臂架202上设有插销结构，用于在臂架伸缩运动结束后进行固定臂架201和伸缩臂架202的固定，具体插销结构如下：

如图12所示，固定臂架201头部设有四个锁紧插销409；如图14所示，伸缩臂架202头部设有四个前插销孔4091、底部设有四个后插销孔4092，前插销孔4091和后插销孔4092都能与锁紧插销409相配合。当伸缩臂架202后退至固定臂架201内时，锁紧插销409插入前插销孔4091，使伸缩臂架与固定臂架固定；当伸缩臂架完全外伸时，锁紧插销409插入后插销孔4092，使伸缩臂架与固定臂架固定。

4、伸缩臂架滑动和支撑的结构

本实用新型结构为了使得伸缩臂架202在固定臂架201内部直线滑动，不仅配置有支撑结构，还配置有水平控制结构，具体结构如下：

4.1、固定臂架配置

如图12和图13所示，固定臂架201的头部对称安装有两个固定臂架前上方支撑轮410和两个固定臂架前下方支撑轮408；固定臂架201的前端对称安装有前、后共四组水平轮：两个固定臂架后下方水平轮405、两个固定臂架前下方水平轮407、两个固定臂架前上方水平轮411和两个固定臂架后上方水平轮412；固定臂架201的后上方对称安装有两个固定臂架后上方支撑轮414；固定臂架201下方内部设有两个固定臂架轨道419。

4.2、伸缩臂架配置

如图14和图15所示，伸缩臂架202尾部对称安装有两个伸缩臂架后方支撑轮404，伸缩臂架202上对应设有四个轨道：两个伸缩臂架上轨道417和两个伸缩臂架下轨道418。

4.3支撑结构

支撑结构包括固定臂架支撑结构和伸缩臂架支撑结构。

固定臂架支撑结构：如图9所示，固定臂架201头部设置的两个固定臂架前上方支撑轮410和两个固定臂架前下方支撑轮408在伸缩臂架的四个轨道上滚动；如图11所示，固定臂架201的后上方设置的两个固定臂架后上方支撑轮414在伸缩臂架上轨道417滚动。

再结合图7和图8可以看出：固定臂架伸缩结构支撑起伸缩臂架，保证了伸缩臂架伸缩运动的实现。

伸缩臂架支撑机构：如图11所示，伸缩臂架202尾部设置的两个伸缩臂架后方支撑轮404在固定臂架轨道419上滚动。

再结合图7和图8可以看出：伸缩臂架支撑结构可保证伸缩臂架在吊装作业时，其尾部不会翘起，以提高伸缩臂架的可靠性。

4.4、水平控制结构

如图10所示，固定臂架201的前端设置的两个固定臂架后下方水平轮405、两个固定臂架前下方水平轮407、两个固定臂架前上方水平轮411和两个固定臂架后上方水平轮412分别在伸缩臂架的四个轨道上滚动。

再结合图7和图8可以看出：设置水平控制结构可保证伸缩臂架在水平轮的作用下沿着固定臂架走直线，以避免在海上风载、海浪等水平载荷作用下，伸缩臂架的伸缩出现歪斜。

以上实施例仅用于说明本实用新型技术方案，并非是对本实用新型的限制，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做的改变、替代、修饰、简化均为等效的变换，都不脱离本实用新型的宗旨，也应属于本实用新型的权利要求保护范围。