在风力涡轮机塔架中安装线缆和其它部件的制作方法

1.本发明涉及一种用于在风力涡轮机塔架区段中安装一根或多根电力线缆的方法。本发明进一步涉及使用这样的方法生产的风力涡轮机塔架区段和包括这样的风力涡轮机塔架区段的风力涡轮机塔架。


背景技术：

2.安装风力涡轮发电机的过程的重要且复杂的部分是提供所有必要的线缆和线缆连接，这些线缆和线缆连接对于例如将所产生的电力输送到电网、对运转部件供电以及在风力涡轮发电机的不同功能部件之间的通信而言是必需的。
3.典型地，所有线缆是在已经架设了整个风力涡轮机塔架之后自下而上地安装的。然而，随着风力涡轮发电机持续变得更高并且电力生产持续增加，延伸穿过塔架的线缆的长度和重量也增加。因此，这些电力线缆的安装变得越来越困难和昂贵。这尤其是海上风力涡轮发电机的问题，这些海上风力涡轮发电机难以接近并且可能具有可能例如升高到海平面以上80m至150m的高度的风力涡轮机塔架。
4.为了解决这些问题中的一些问题，已知的是，在将单独的塔架区段运输到它们的实际部署位置之前，将塔架线缆安装在这些单独的塔架区段中。在将所有区段彼此叠置以便组装完整的风力涡轮机塔架之后，在开始风力涡轮发电机的运转之前将这些单独的区段中的线缆彼此连接。
5.本发明的目的是进一步促进在风力涡轮机塔架中安装电力线缆。


技术实现要素：

6.根据本发明的一个方面，提供了一种用于将一根或多根电力线缆安装在风力涡轮机塔架区段中的新方法。该方法包括：
7.以基本上水平的取向提供风力涡轮机塔架区段，
8.将拉链线安装在风力涡轮机塔架区段内，使之位于该风力涡轮机塔架区段的第一端部与第二端部之间，
9.在接近风力涡轮机塔架区段的第一端部的位置处将电力线缆的第二端部联接到拉链线，
10.沿着拉链线将电力线缆的第二端部牵拉穿过风力涡轮机塔架区段，
11.使电力线缆的第二端部与拉链线脱离联接，
12.在邻近风力涡轮机塔架区段的第一端部的位置处将电力线缆的第一端部锚定到风力涡轮机塔架区段，
13.在邻近风力涡轮机塔架区段的第二端部的位置处将电力线缆的第二端部锚定到风力涡轮机塔架区段，以及
14.从风力涡轮机塔架区段移除拉链线。
15.通过将拉链线临时安装在塔架区段内，使得能更容易地将线缆牵拉穿过塔架区段
并将其安装在预期位置处。然后可以再使用该拉链线本身来在同一以及其它风力涡轮机塔架的其它塔架区段中安装线缆。应注意，在此描述的方法的步骤可以按以上列出的顺序执行，但可替代的顺序可以是恰当的，尤其是对于最后三个步骤来说。例如，线缆的一部分(包括第一端部)可以在完整线缆已经与拉链线脱离联接之前连接到风力涡轮机塔架区段。电力线缆的第二端部可以在拉链线仍然安装在风力涡轮机塔架区段中的同时联接到拉链线，并且拉链线的移除可以在线缆连接到风力涡轮机塔架区段之前开始。在此，牵拉线缆穿过塔架区段意味着在塔架区段内沿着塔架区段的长度方向的至少一部分牵拉电力线缆的至少端部。
16.因为该方法是在风力涡轮机塔架区段处于基本上水平的取向的情况下执行的，所以拉链线的安装和线缆到塔架区段的连接更容易。由于塔架区段将典型地具有至少几米的直径，所以安装线缆的工程师可以走路穿过塔架区段，例如安装拉链线、使线缆脱离联接，以及将线缆连接到塔架区段。整个线缆的重量可以例如使用如下所述的滑轮系统在拉链线上的多个支撑点上进行划分。根据本发明的安装方法比在竖直取向的塔架或塔架区段中的传统的线缆安装更安全，在传统的线缆安装中，线缆的全部重量将典型地悬挂在一个点上，这导致在线缆掉落的不幸事件中对设备和人员造成相当大的损坏的风险。除此之外，根据本发明的线缆安装方法可以在良好装备的建筑设施处在陆地上执行，然后将塔架区段运输到部署风力涡轮机的最终、可能是离岸的位置。
17.在将电力线缆的第二端部牵拉穿过风力涡轮机塔架区段之后，电力线缆可以在电力线缆的第一端部与第二端部之间的一个或多个位置处固定到风力涡轮机塔架区段的内部。这将有助于确保在风力涡轮机塔架区段的运输和部署过程中这些线缆保持在位，并且防止对这些线缆和这些风力涡轮机塔架区段的其它部分的损坏。将电力线缆的第一端部或第二端部锚定到风力涡轮机塔架区段的步骤可以包括将相应的端部固定地连接到设置在塔架区段中的线缆端部连接器。额外的线缆连接器可以被设置在风力涡轮机塔架区段中，用于连接第一端部与第二端部之间的任何线缆部分。
18.为了进一步促进电力线缆的安装，根据本发明的方法可以进一步包括安装线缆引导件的步骤，这些线缆引导件用于在电力线缆被牵拉穿过风力涡轮机塔架区段时引导这些电力线缆。此类线缆引导件可以安装在风力涡轮机塔架区段内部以及风力涡轮机塔架区段外部，邻近风力涡轮机塔架区段的第一端部。这种引导件在线缆必须改变方向或需要与风力涡轮机塔架区段的其它部件安全地分离的位置处尤其有用。当电力线缆被完全安装或至少已经进入其最终位置时，线缆引导件可被从风力涡轮机塔架区段移除。
19.在具体实施方式中，电力线缆的第二端部在接近塔架区段的外壁的内表面的径向位置处被锚定，并且电力线缆的第一端部在接近风力涡轮机塔架区段的中心的径向位置处被锚定。对于这个实施方式来说，线缆引导件可以被配置成将电力线缆从更中心的径向位置朝向接近塔架区段的外壁的内表面的较下部且径向上更向外的位置进行引导。这个线缆引导件可以包括被配置成使电力线缆更靠近拉链线的上升区段以及被配置成将电力线缆朝向接近塔架区段的外壁的内表面的较下部且径向上更向外的位置进行引领的下降区段。在一个实施方式中，电力线缆在经过线缆引导件的上升区段时从被拉链线(例如经由滑轮)支撑的状态释放。
20.为了避免不得不单独地将每根单独的线缆牵拉穿过风力涡轮机塔架，根据本发明
的方法可以进一步包括创建电力线缆束的步骤，并且这些电力线缆的第二端部到拉链线的联接可以通过将电力线缆束的第二端部联接到拉链线来实现。可以使用简单的线缆扎带或者利用为此目的设计的专用线缆束支撑件来完成捆扎。线缆束到拉链线的联接可以通过将线缆扎带或线缆束支撑件联接到拉链线来实现。当线缆已经被牵拉到其最终位置时，线缆扎带或线缆束支撑件可被移除以将每根电力线缆单独地锚定到风力涡轮机塔架区段，或者线缆束可整体地连接到风力涡轮机区段。例如，线缆束支撑件可以包括专用接合特征，该专用接合特征被配置成使得线缆束支撑件与风力涡轮机塔架区段之间能够容易且牢固地连接。
21.代替或除了使用线缆引导件来促进将线缆牵拉穿过塔架区段，根据本发明的方法可以包括在将电力线缆的第二端部牵拉穿过风力涡轮机塔架区段时，在电力线缆的第一端部与第二端部之间的一个或多个位置处将电力线缆联接到拉链线。这种联接可例如经由滑轮系统建立，其中，一个或多个滑轮的行进表面被配置成在拉链线上滚动。这将允许电力线缆被牵拉穿过塔架区段，而不接触并且可能损坏除了例如线缆引导件之外的任何其它元件，并且还将比在风力涡轮机塔架区段的内表面上拖到线缆需要少得多的努力。应注意，“在将电力线缆的第二端部牵拉穿过风力涡轮机塔架区段时”不一定意味着线缆在联接到拉链线的状态下朝向塔架区段的底端移动。牵拉线缆穿过塔架区段的过程典型地是逐步的过程。在已经将线缆移动一段距离之后，可以暂停移动，并且在恢复移动之前实现与拉链线的额外联接。
22.一个或多个电力线缆可包括例如dc电力生产线缆、内部电源线缆和通信线缆。
23.根据本发明的另一方面，提供了一种用于将一个或多个风力涡轮机部件运输穿过风力涡轮机塔架区段的至少一部分的方法。该方法包括以基本上水平的取向提供风力涡轮机塔架区段，以及将拉链线安装在风力涡轮机塔架区段内，使之位于该风力涡轮机塔架区段的第一端部与第二端部之间。该方法进一步包括在接近风力涡轮机塔架区段的第一端部的位置处将一个或多个风力涡轮机部件联接到拉链线，将一个或多个风力涡轮机部件沿着拉链线牵拉穿过风力涡轮机塔架区段的至少一部分，使一个或多个风力涡轮机部件与拉链线脱离联接，以及从风力涡轮机塔架区段移除拉链线。可以以这种方式穿过风力涡轮机塔架部分的至少一部分运输的风力涡轮机部件(除了电力线缆之外)可以包括待固定到塔架壁或照明器件的功能性风力涡轮机部件、电力电子装置、机柜、平台部件、支架或其它构件。所有这些部件最终可以是运行的风力涡轮机的一部分或者仅是在风力涡轮机构造过程的准备和安装阶段过程中在风力涡轮机塔架区段内需要的。
24.根据本发明的又一方面，提供了一种风力涡轮机塔架区段，该风力涡轮机塔架区段已经使用如上所述的方法来生产。此外，包括至少一个这样的风力涡轮机塔架区段的风力涡轮机塔架被认为形成了本发明的一部分。
附图说明
25.现在将参考附图通过示例的方式来描述本发明的实施方式，在附图中：
26.图1示意性地示出了可以按照根据本发明的方法来构建的风力涡轮机。
27.图2示意性地示出了风力涡轮机塔架区段的截面以及拉链线的安装。
28.图3示意性地示出了在风力涡轮机塔架区段的顶端处锚定拉链线。
29.图4示意性地示出了在风力涡轮机塔架区段的底端处锚定拉链线。
30.图5示意性地示出了用于安装在风力涡轮机塔架区段内的四根电力线缆的准备。
31.图6示意性地示出了将拉绳插入到风力涡轮机塔架区段中。
32.图7示意性地示出了被牵拉穿过风力涡轮机塔架区段的电力线缆。
33.图8示意性地示出了在牵拉电力线缆穿过风力涡轮机塔架区段时使电力线缆转向的可能方式。
34.图9示意性地示出了将电力线缆连接到风力涡轮机塔架区段内的第一方式。
具体实施方式
35.图1示意性地示出了可以按照根据本发明的方法构建的风力涡轮机10的示例。在此示出的风力涡轮机10是离岸风力涡轮机10，但是本发明同样适用于海上风力涡轮机的构造。风力涡轮机10包括三个转子叶片13，这三个转子叶片连接到转子毂12并且被配置成当风吹得足够强时从右方旋转。转子毂12可旋转地安装到放置在风力涡轮机塔架14的顶部上的机舱11。风力涡轮机10通常将被装备成使机舱11偏航，以便根据当前的局部风向来移动转子叶片13。在机舱11中，发电机联接到转子毂，用于将旋转的转子叶片13的动能转换为电力。
36.风力涡轮机10的风力涡轮机塔架14由安装在所谓的过渡件105的顶部上的多个风力涡轮机塔架区段100-102制成。典型地，风力涡轮机塔架14具有其中需要安装线缆的两个至四个塔架区段100-102。过渡件105由水下塔架基础支撑。过渡件105包括平台110和门109，以允许安装维护工人容易地接近塔架14。在运转的风力涡轮机10中，许多电力线缆延伸穿过塔架14。最大的电力线缆用于将所产生的电力输送到电网。其它线缆例如用于为运转部件供电以及用于在风力涡轮发电机的不同功能部件之间进行通信。
37.通常，此类线缆是在已经架设了整个风力涡轮机塔架14并且将机舱11安装在塔架14的顶部上之后自下而上地安装的。可替代地，在将单独的塔架区段100-102运输到安装风力涡轮发电机10的位置之前，这些线缆中的一些或全部已经被安装在这些塔架区段100-102中。这带来以下优点：可以在塔架区段100-102处于水平位置的情况下在陆地上进行线缆安装。在将塔架区段100-102彼此叠置地安装之后，接着根据需要连接随后的区段的线缆。参见图2至图12，详细描述了一种用于将线缆安装到风力涡轮机塔架区段100-102中并且针对风力涡轮机塔架区段100进行举例说明的新的且改进的方法。要注意的是，通过附图示出并且在下面描述的安装方法仅是根据本发明的方法安装线缆的一种可能的方式。
38.图2示意性地示出了风力涡轮机塔架区段100的截面以及拉链线20的安装。在这个示例中，拉链线20是来自放置于构建在风力涡轮机塔架区段100的顶端120处的安装平台30上的卷轴21的钢丝或高强度聚合物线缆。应注意，贯穿本说明书，词语顶端和底端将用于区分塔架区段100和其它物体的两个端部。因为电力线缆优选地是在塔架区段100处于基本上水平的取向的情况下安装的，所以词语顶端和底端指的是这两个端部在塔架区段100处于其最终竖直取向以形成风力涡轮机塔架14的一部分之后的相对位置。
39.拉链线20由安装工程师(在箭头的方向上)从卷轴21牵拉出来并且穿过风力涡轮机塔架区段100。可选地，支撑托架22被设置在风力涡轮机塔架区段100内的多个位置处以用于支撑拉链线20，使得在牵拉电力线缆的过程中由拉链线20承载的电力线缆的负载沿着
涡轮机塔架区段100的长度被分布到塔架壁。优选的是，支撑托架22是允许滑轮经过支撑托架22而不必与拉链线断开连接的类型。当电力线缆60的安装完成时，这样的支撑托架22可以被移除并且重新用于将电力线缆60安装在其它风力涡轮机塔架区段100中。
40.图3示意性地示出了将拉链线20锚定在风力涡轮机塔架区段100的顶端120处的示例。为此目的，可以将临时拉链线支撑框架23安装到风力涡轮机塔架区段的顶端120。拉链线20的一端牢固地附接到支撑框架23的一部分。在该图中还示出了安装平台30和稍后将更详细地描述的多个线缆支撑引导件31。在安装平台30的前方配置有卷轴51，该卷轴具有待安装在风力涡轮机塔架100中的电力线缆。
41.图4示意性地示出了将拉链线20的另一端锚定在风力涡轮机塔架区段100的底端130处的示例。在该底端130处，拉链线20附接到将拉链线20保持在张力下的大配重41。
42.图5示意性地示出了用于安装在风力涡轮机塔架区段100内的四根电力线缆60的准备。每根线缆60均设置在位于安装平台30的顶端120的前方的一个卷轴51上。在该示例性方法中安装的电力线缆60可以是例如dc电源线缆60，在运转的风力涡轮机10中，dc电源线缆60可以从机舱11中的ac/dc转换器一直向下延伸到塔架14的底部。因为此类线缆60可能是大且重的，所以可以在接近风力涡轮机塔架区段100的顶端120的位置使用绞车55来移动线缆端部。线缆引导件31(在图3中更好地可见)可以设置在安装平台30上，以在使线缆60从卷轴51朝向塔架区段100滚动的同时支撑线缆60。优选地，这种线缆引导件31包括用于促进线缆移动的辊。
43.图6示意性地示出了将拉绳67插入到风力涡轮机塔架区段130中。拉绳67可以设置在绞车65上，该绞车由诸如伸缩臂叉车66的工作车辆承载和供电。当展开拉绳67时，安装工程师可以在箭头的方向上牵拉拉绳67穿过风力涡轮机塔架区段100。然后，在塔架区段100的顶端120处，将拉绳连接到需要安装的一个或多个电力线缆60。
44.图7示意性地示出了被牵拉穿过风力涡轮机塔架区段100的电力线缆60。在这个示例中，四根电力线缆60被捆扎并且一起从风力涡轮机塔架区段100的顶端120牵拉到底端130(在箭头的方向上)。为了能够牵拉线缆60穿过塔架区段100，线缆60不仅连接到拉绳67，线缆60还联接到拉链线20。如图所示，这可以使用吊索25来完成，该吊索附接到滑轮系统24，而该滑轮系统被配置成沿着拉链线20行进。线缆60到拉链线20的联接优选地在接近拉链线20的顶端的位置处完成。当线缆60被牵拉穿过塔架区段100时，新的吊索25和滑轮系统24被联接到线缆60。电力线缆60到拉链线20的联接可以以例如1于2m的规则间隔完成。
45.应注意，相同的拉链线20还可用于将除了电力线缆60之外的风力涡轮机部件运输穿过风力涡轮机塔架区段100的至少一部分。上述滑轮系统24也可以用于这种运输。可以例如像这样被运输的其它风力涡轮机部件可以包括功能风力涡轮机部件、电力电子装置、机柜、平台零件、支架、梯子或待固定到塔架壁或照明的其它构件。所有这些部件最终可以是运行的风力涡轮机的一部分或者仅在风力涡轮机构造过程的准备和安装阶段期间才在风力涡轮机塔架区段100内需要。
46.在图7中还示出了线缆引导件80，该线缆引导件用于在牵拉线缆穿过塔架区段100时使线缆60转向。例如，当必须在塔架区段100内的障碍物周围引导线缆60时，这可能是有用的。图8更详细地示出了线缆转向过程。线缆引导件80用于将线缆60从穿过塔架区段100的中心部分的轨迹朝向邻近塔架区段100的内壁的轨迹转向。当被牵拉穿过塔架区段100的
这一部分时，线缆优选地由这个线缆引导件80的上表面支撑并在其上移动。辊81被设置成用于减少线缆引导表面与线缆60之间的摩擦。在线缆引导件80的顶端处，稍微向上升高的区段82使线缆60稍微接近拉链线20。因此，线缆引导件80起到吊索25的支撑作用，并且吊索25将松动。此时，吊索25或线缆60可容易地与滑轮系统24脱离联接。线缆引导件80从向上升高的区段82的顶部向下弯曲，从而将线缆60引向塔架区段壁。由于从这开始，线缆60不再由拉链线20直接支撑，所以针对线缆朝向其最终目的地的行程的剩余部分设置了额外的辊84(见图9)来支撑和引导线缆60。
47.图9示意性地示出了将电力线缆60连接到风力涡轮机塔架区段100内的第一方式。线缆引导辊84的高度可通过杆85的致动来调节。当线缆60被牵拉穿过塔架区段100时，辊84处于较高的位置。当线缆60已经到达其最终位置时，杆85被牵拉，并且辊84移动到较低的位置。结果，先前由辊84支撑的线缆60也下降并落入一系列连接器91中。然后连接器91闭合以将线缆60固定到塔架区段壁。用于辊84的这个高度调节系统带来这样的优点，即，当线缆60处于其最终位置并且准备好固定到塔架区段壁时，线缆60不必被牵拉穿过连接器91，而是在连接器上移动并且仅与连接器91接触。
48.当同时牵拉多根线缆60穿过风力涡轮机塔架区段100时，可能优选的是在将这些线缆牵拉穿过塔架区段之前将它们在结构上捆扎在一起。捆扎例如可以使用简单的线缆扎带或利用针对该任务设计的特殊线缆束支撑件来完成。线缆捆扎确保了线缆束中的所有线缆60在被牵拉穿过塔架区段时都保持平行且结合在一起。线缆束与拉链线20的联接可在两个线缆束支撑件之间的位置利用如图7所示的相同的吊索25和滑轮系统24来实现。可替代地，线缆扎带或线缆束支撑件直接联接到滑轮系统24。
49.线缆60优选地在处于塔架区段100的顶端入口处时以例如大约0.5-3m、优选0.75-2m的规则距离被捆扎。如图7和图8所示，如果要使线缆60在塔架区段的第二下游部分中处于不同的相对取向，则可就在线缆到达那些图中所示的线缆引导件80之前解开线缆束。可替代地，线缆轧带或线缆支撑件可根本就不附接到线缆束的第一部分，使得所使用的所有线缆轧带或线缆支撑件将保持在该束线引导件80的上游。
50.当已经安装了线缆60时，可以从风力涡轮机塔架区段100移除拉链线20、支撑托架22以及拉链线支撑框架23。而且，可以移除线缆引导件80、84、安装平台30和风力涡轮机塔架区段100内的任何脚手架或其它工具，这些脚手架或其它工具仅是安装线缆60所需的而不是运输或部署塔架区段100所需的。由此移除的拉链线20和所有其它工具然后可以重新用于在其它塔架区段101和102中安装线缆。