一种分阶段举升方法
【专利摘要】本发明提供一种分阶段举升方法，包括：a）将自举升装置设置在塔筒底端；（b）将至少一条吊臂可拆卸地固定在所述自举升装置上；（c）启动所述风电自举升装置，所述风电自举升装置带动所述吊臂爬升至预定位置，将固定在所述风电自举升装置上的所述吊臂固定在所述塔筒上；以及（d）以所述吊臂为支撑物将起吊物吊起。
【专利说明】一种分阶段举升方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种分阶段举升方法，具体地说，涉及一种用于在风电机组塔筒上的吊装方法。
【背景技术】
[0002]风能作为一种清洁的可再生能源越来越受到重视。利用风力发电装置可以将风能转换为电能，风力发电既不需要燃料，也不会产生辐射或空气污染。风力发电所需装置主要包括风轮、发电机组和钢制的塔筒。风力带动风轮旋转，将风的动能转换为机械能，发电机组将风轮得到的机械能转换为电能，塔筒是支撑风轮和发电机组的构架，为了获得较大和较均匀的风力，塔筒高度设置为80?100米或超过200米。塔筒的高度为维护人员在设备维护过程中带来极大的不便。例如，需要将几吨或是几十吨的重物提升到指定高度，而现有技术中采用的起重吊装设备具有一定的局限性。
[0003]本申请的 申请人:于2013年11月18日申请了一件关于风电自举升装置的发明(申请号:201310581505.7)，现将该专利申请的说明书并入本文。图1是示意图，示出了风电自举升装置的结构。如图1所示，该风电自举升装置1000包括多个磁力攀爬车100和可变径桁架200，磁力攀爬车100包括车架110、驱动单元120、传动单元130以及永磁吸盘140。其中传动单元130包括传动齿轮131和传动链132。可变径桁架200包括交叉臂210和磁滑车220，其中交叉臂210包括第一支臂211和第二支臂212，磁滑车220包括永磁吸盘221和滑轮222。驱动磁力攀爬车100带动可变径桁架200在塔筒壁上实现竖直向上运动，随着塔筒壁直径的减小，交叉臂210外侧端部连接所成角度逐渐减小，内侧端部所成圆的直径逐渐减小，可变径桁架200开始逐渐收缩。磁力攀爬车100带动可变径桁架200爬升至塔筒顶部后，驱动磁力攀爬车100带动可变径桁架200在塔筒壁上实现竖直向下运动，随着塔筒壁直径的增大，交叉臂210外侧端部连接所成角度逐渐增大，内侧端部所成圆的直径逐渐增大，可变径桁架200开始逐渐打开。该风电自举升装置能够沿着钢铁材质的塔筒壁自动爬升，该风电自举升装置的负载能力强，能够将维修人员、装备和零件送达到塔筒的任意高度，而且能够满足塔筒高度和直径的变化。
[0004]风电自举升装置可以负载一定质量的重物在塔筒壁上爬升，但是相对于总重几吨甚至几十吨的设备，超出风电自举升装置的负载量，则需要风电自举升装置多次在塔筒上往返。对风电自举升装置会造成一定的磨损，减少使用寿命。而采用大型吊车也存在一定的弊端，大型吊车的起吊高度都具有上限值，而相对于塔筒的高度，吊车的起吊高度不一定满足塔筒高度的要求。随着重物的重量和提升高度的增加，吊车的吊装精度也相应的降低。千吨级以上的履带吊不仅造价昂贵，而且数量稀少。而要把几十吨乃至上百吨的重物提升至200米以上的高度，吊车自身的晃动就可能达到I米，所以很难保持较高的吊装精度。另夕卜，风力发电装置构建在空旷的野外，这些地方交通不便，不利于设备的运输。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种分阶段举升方法，该吊装方法能够利用风电机组塔筒自身作为支撑，采用风电自举升装置将吊臂提升到指定高度，由吊臂提升起吊物，该方法突破了吊车起吊高度的限制，并且避免了吊车晃动对吊装精度的影响。
[0006]为实现上述目的，本发明提供一种分阶段举升方法，该吊装方法包括:(a)将自举升装置设置在塔筒底端；(b)将至少一条吊臂可拆卸地固定在所述自举升装置上；(C)启动所述风电自举升装置，所述风电自举升装置带动所述吊臂爬升至预定位置，将固定在所述风电自举升装置上的所述吊臂固定在所述塔筒上；以及(d)以所述吊臂为支撑物将起吊物吊起。
[0007]优选地，所述吊臂上设置滑轮，所述滑轮以可移动的方式与所述吊臂连接，其中，所述以所述吊臂为支撑物将起吊物吊起包括:将吊绳套在所述滑轮上，吊绳的一端与起吊物联接，通过对另一端施加力来将起吊物吊起。
[0008]优选地，所述风电自举升装置包括磁力攀爬车和可变径桁架。
[0009]优选地，所述吊臂在所述风电自举升装置上对称固定。
[0010]优选地，在所述塔壁的预定高度处设置用于固定吊臂的固定装置，将所述吊臂通过该固定装置固定在所述塔筒上。
[0011]优选地，所述吊装绳长度大于两倍的塔筒高度。
[0012]另外，优选地，所述风电自举升装置的交叉臂间设置连接单元。
[0013]根据上面的描述以及实践可知，其一，采用塔筒自身作为支撑，塔筒自身的高度即是起吊最大高度，可以避免大型吊车的起吊高度限制，而且，不涉及吊车的百米吊臂的运输、组装、配重等问题，从而减轻了运输压力，简化了安装步骤；其二，将吊臂固定在塔筒，起吊物可直接吊至吊臂附近，沿着吊臂延伸方向移动，避免了吊车的晃动对精度的影响；其三，塔筒上可以同时固定多条吊臂，每条吊臂可以同时吊装起吊物，以减少单个吊臂的承重量；或是将吊臂固定在不同塔筒高度上，以向各个不同高度吊装起吊物。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]通过下面结合附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
[0015]图la、lb、lc是本发明的一个实施例所述的分阶段举升方法中不同阶段的装置状态的侧视图；
[0016]图2a、2b、2c分别是图la、lb、lc所示的分阶段举升方法中不同阶段的装置状态的俯视图；
[0017]图3是图la、lb、lc所示的分阶段举升方法中的风电自举升装置的示意图；
[0018]图4是图3所示的风电自举升装置的磁力攀爬车示意图；
[0019]图5是图4所示的磁力攀爬车的车架示意图；
[0020]图6是图4所示的磁力攀爬车的传动机构和行走机构示意图；
[0021]图7是图4所示的磁力攀爬车的磁力吸盘示意图；
[0022]图8是图3所示的风电自举升装置的磁力导向车示意图。
【具体实施方式】[0023]下面将参考附图来描述本发明所述的分阶段举升方法的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
[0024]图la、lb、lc示出了本发明的一个实施例所述的分阶段举升方法不同阶段的设备状态的侧视图；图2&、213、2(3是图la、lb、Ic所述的分阶段举升方法的各个阶段的设备的俯视图；图3是图la、lb、lc所述的分阶段举升方法中的风电自举升装置的示意图。
[0025]首先，如图1a所示，将风电自举升装置1000安装到塔筒300的底部或者靠近塔筒底部的位置。优选地，风电自举升装置1000包括多个磁力攀爬车100和一个连接磁力攀爬车100的可变径桁架200。将可变径桁架200套装在塔筒壁的外侧，将磁力爬壁车100安装在可变径桁架200上，从而磁力导向车220通过磁力吸附在塔壁上，且优选多个磁力爬壁车100对称安装。磁力爬升车100上安装有磁铁(后面详细描述)，从而通过磁力吸附到铁制(或其他等同材料制成的)塔筒300壁上，并具有驱动装置，从而能够沿塔筒300壁移动，并带动可变径桁架200 —起沿塔筒300壁移动。可变径桁架200 (后面详细描述)的直径可变，在沿着塔筒300壁移动的过程中，其直径与塔筒300直径一致并随塔筒300直径的变化而变化。
[0026]在本发明的一个实施例中，风电自举升装置1000包括两个磁力攀爬车100和一个可变径桁架200。
[0027]接着，如图1b所示，将至少一条吊臂400可拆卸地固定在风电自举升装置1000的磁力攀爬车100上，本实施例采用螺栓连接。这样，既有利于吊臂400与风电自举升装置1000的固定，又有利于吊臂400的安装和拆卸。
[0028]在一个实施例中，所述吊臂400包括杆(411、412、413)、导轨414、车420、滑轮组430以及卷扬机440。吊臂400的主体由杆(411、412、413)及导轨414焊接而成，车420包括车架和车轮421，本实施例中车420有4个车轮421，每根导轨414上均有两个车轮421，这样车420就可以在导轨414上滑动，改变在吊臂400上的位置，增强起吊重物时的适应性。本实施例中，所述滑轮组430包括定滑轮(431、432)、动滑轮433以及挂钩434，绳435穿过滑轮组，绳端与卷扬机440相连接。
[0029]然后，驱动磁力爬壁车100带动可变径桁架200在塔筒壁上实现竖直向上运动，随着塔筒壁直径的减小，交叉臂210外侧端部铰接处窄臂和寛臂所成角度逐渐减小，内侧端部所成圆的直径逐渐减小，可变径桁架200开始逐渐收缩。
[0030]可变径桁架200上优选设置有磁力导向车220，如图3所示。磁力导向车220上的磁力吸盘221提供的吸附力，可以实现可变径桁架200始终贴紧塔筒。当运动到指定位置后，停止驱动磁力爬壁车100。风电自举升装置1000即停在所需高度的塔筒处，如图1c所
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[0031]在本发明的另一实施例中，所述塔壁的预定高度处设置有用于固定吊臂400的固定装置，当吊臂400被抬升到该预定高度时，通过该该固定装置吊臂400被固定在塔筒300上。吊臂400沿塔筒300的侧向延伸，以吊臂400为支撑物，起吊物被吊起。
[0032]驱动吊臂400上的卷扬机440，卷扬机440带动绳435，绳435在滑轮组的定滑轮(431、432)上滑动，并带动动滑轮433上升，挂在吊钩434上的重物随之上升，当重物运动到指定闻度后，关闭卷扬机440的开关。
[0033]吊臂400固定在塔筒300上后，塔筒300自身作为吊臂400的支撑，塔筒300的高度即是起吊物可以吊起最大高度。优选地，吊臂400在风电自举升装置1000上对称固定。避免吊臂400在风电自举升装置1000上质量分布不对称，对风电自举升装置1000在塔筒300竖直方向的爬升产生影响。
[0034]如图1a所示，当风电自举升装置1000位于塔筒300的底端或靠近塔筒底端时，可变径桁架200的交叉臂的外侧端部连接所成角度最大，可变径桁架200的交叉臂的内侧端部所成圆的直径最大，可变径桁架200处于打开状态。驱动磁力攀爬车100带动可变径桁架200在塔筒壁上实现竖直向上运动，随着塔筒壁直径的减小，交叉臂210外侧端部连接所成角度逐渐减小，内侧端部所成圆的直径逐渐减小，可变径桁架200开始逐渐收缩。
[0035]如图1b所示，将吊臂400安装到风电自举升装置1000上。启动风电自举升装置1000，风电自举升装置1000带动与之固定的吊臂400爬升到塔筒300的预定位置，如图1c所示。例如，沿着塔筒300的竖直方向爬升至塔筒300顶端，将风电自举升装置1000停留在塔筒300上，吊臂400相对于地面的高度即固定。当吊臂400使用结束后，即可控制风电自举升装置1000带动吊臂沿着塔筒向下运动，将吊臂400带回至地面。
[0036]如上所述，本发明的风电自举升装置1000包括磁力爬壁车100和可变径桁架200。
[0037]图4是磁力攀爬车示意图；图5是图4所述的磁力攀爬车的车架示意图。
[0038]在一个实施例中，如图所示,磁力爬壁车100包括车架110、电动机120、传动装置130、行走机构140以及磁力吸盘150。其中车架110包括多根竖直杆111和连接所述多根竖直杆的多根水平杆112。其中减速装置130包括传动链轮131和传动链132。行走机构140包括链轮141、履带142以及多个磁力吸盘150。
[0039]车架110包括多根竖直杆、多根水平杆、多个固定板和支撑架。在本发明的一个实施例中，车架110包括两根竖直杆111和四根连接竖直杆111的水平杆112，在第一根水平杆112与第二根水平杆122之间设有固定板114，在第三根水平杆112与第四根水平杆112之间设有固定板114、115，固定板114、115的侧壁上均设有多个通孔，第三根水平杆112与第四根水平杆112之间设有支撑架113，支撑架上设有多个通孔。
[0040]电动机120固定在车架110上，通常固定在支撑架113上，电动机120带动传动装置130，该传动装置能够降低电动机120的输出转速，以增大电动机120的输出力矩，并将输出力矩传送到行走机构140。在本发明的一个实施例中，传动装置130包括两组相互耦合的传动链。第一级传动链包括作为主动链轮的链轮131和作为从动链轮的链轮133，传动链132将这两链轮131和132耦接，第二级链传动包括作为主动链轮的链轮134和作为从动链轮的外链轮136，传动链135将这两链轮134和136耦接。从动链轮133的直径大于主动链轮131的直径，从动外链轮136的直径大于主动链轮134的直径。第二级主动链轮134直径小于第一级从动链轮133的直径。在一个实施例中，链轮131、133、134、136中的每一个都是成对设置。两个相对的链轮131通过键连接固定在电动机120的输出轴121上，能够随着电动机120的输出轴121的转动而转动，两个相对的链轮133及两个相对的链轮134均通过键连接固定在轴137上，轴137的两端均通过轴承139支撑，轴承139位于法兰138内侧，法兰138通过螺栓连接固定在车架110的固定板115上。[0041]图6是磁力攀爬车的传动机构和行走机构示意图。
[0042]如图6所示，行走机构包括主动链轮141和从动链轮149以及履带142。在本发明的一个实施例中，主动链轮141包括成对设置的两个链轮141，从动链轮149也包括成对设置的两个链轮149。两个链轮141之间设有连接轴，从动装置130的外链轮136设置在链轮141的外侧，链轮141与外链轮136共轴并均通过键连接与轴143固定，轴143的两端均通过轴承144支撑，轴承144位于法兰145内侧，法兰145通过螺栓连接固定在车架110的固定板114上。这样，当电动机120带动外链轮136转动时，外链轮136则带动链轮141转动。
[0043]在一个实施例中，所述行走机构的链轮141和149等大，位于同一侧的两个链轮141和149之间设有履带142，链轮141中心处设有通孔，两个相对的链轮141通过键连接固定在轴143上，轴143的两端均通过轴承144支撑，轴承144位于法兰145内侧，法兰145通过螺栓连接固定在车架110的固定板114上。
[0044]图7是磁力攀爬车的磁力吸盘示意图。
[0045]如图7所示，磁力吸盘150包括托架151，多个磁块152和多个弹性块(153、154、155)。优选地，托架151由导磁材料制作；磁块152为永磁铁。托架151的两端通过连接片146与履带142连接。在本实施例中，每节履带142连接一个磁力吸盘150,每节履带142均设有连接片146，连接片146上设有通孔，托架151底板两端的通孔与履带142的连接片146上通孔重合，通过螺栓连接固定。在托架151上设有支撑槽，沿着支撑槽的边沿设有弹性块153或弹性条155，可以保护易碎的磁块152，避免碰撞到支撑槽的侧壁。在支撑槽内分布着多个磁块152，相邻的磁块152之间设有高于磁块的弹性块153和弹性块154，其高度差为I?2_。
[0046]优选地，相邻的磁块152的磁极相反。首先，多块磁块152同时使用有助于增大单个磁块152的吸附力；其次，采用绝缘的弹性块置于两个相邻的磁极相反的磁块152之间，异名磁极之间具有较高的磁感线密度，可以提高磁块152的吸附力；最后，磁块152与导磁的托架151之间可以形成磁靴，以增大磁块152的吸附力。优选地，磁块152的形状为立方体，相对于其他形状的磁块，立方体磁块152的单位质量磁铁的吸附力最强。优选地，弹性块153和弹性块154的高度均大于磁块152的高度，其高度差为I?2mm，既不影响磁块152与塔筒壁之间的吸附力，又可以避免磁块152直接吸附在塔筒壁上，以消除磁块152与塔筒壁之间的摩擦带来的影响。优选地，托架151内靠近两端的弹性块153具有弧形表面。托架151内两端的弹性块153与塔筒的圆形表面紧紧贴合在一起，在磁力吸盘150移动过程中，更加适应塔筒的圆柱形表面。在本实施例中，在托架151内放置三块磁块152，相邻的磁块152的磁极相反。磁块152的形状为立方体，其各边边长均为40mm。三个相邻的磁块152之间设有弹性块153和橡胶块154，其高度略高于磁块152高度，其高度差为I?2mm。而且，靠近托架151端部的橡胶块153的顶面以及与其邻近的磁块152的顶面呈圆弧形，使得磁力吸盘150与塔筒壁紧紧贴合在一起。
[0047]下面介绍可变径桁架200。由图la、2b和Ic可以看到可变径桁架200在塔筒底部和塔筒顶部所处的不同状态。
[0048]可变径桁架200包括多个交叉臂210，各个交叉臂210的端部相互铰接在一起以形成环形。每个交叉臂210包括宽臂211和窄臂212，宽臂211的宽度大于窄臂的宽度，在一个实施例中宽臂211的中央部具有缝隙，使得窄臂212从该缝隙穿过，宽臂211的中心与窄臂212的中心对齐，并且宽臂211与窄臂212在各自的中心处相互铰接，从而使得宽臂211与窄臂212能够绕着穿过宽臂211与窄臂212中心的轴独立地转动。本文所述的“铰接”，是指两个臂在联接在一起后能够各自独立地绕着联接处的轴转动。优选地，宽臂211包括多个平行的平板以及将多个平板连接起来的连接轴；窄臂212包括多个平行的平板以及将多个平板连接起来的连接轴。其中，一个交叉臂210的宽臂211的两端分别与相邻的交叉臂210的窄臂212的端部铰接，使得交叉臂210的宽臂211和邻的交叉臂210的窄臂212能够绕着穿过铰接处的轴线独立地转动；而该交叉臂210的窄臂212的两端分别与相邻的交叉臂210的宽臂211铰接，使得交叉臂210的窄臂212和相邻的交叉臂210的宽臂211能够绕着穿过铰接处的轴线独立地转动。而宽臂211和窄臂212的两端的铰接处以及中心交叉点的铰接处均各自处于不同直径的三个同心圆上，即各个宽臂211和窄臂212的中心交叉点的铰接处位于同一个圆上，各个宽臂211和窄臂212的外侧端部的铰接处位于同一个圆上，且各个宽臂211和窄臂212的内侧端部的铰接处位于同一个圆上。从而由多个交叉臂210构成的环形桁架200的直径可变化，如图la、lb和Ic所示。
[0049]在一个实施例中，交叉臂210的内侧铰接点处安装有磁力导向车220。图8是图3所述的风电自举升装置的磁力导向车示意图。
[0050]如图所示，磁力导向车220包括前后两个车架221、4个车轮222、多个磁块223和弹性块224。前面的两个车轮之间设有轴225，后面的两个车轮之间亦设有轴225，轴225穿过车架上的通孔，由一根销轴226连接前后两个车架。在一个实施例中，磁力导向车220通过销轴226被固定在交叉臂210的内侧铰接点处。另外，在车架221下方设有方形槽，在方形槽内间隔分布着磁块223与弹性块224。沿着方形槽的边沿设有弹性块224，可以保护易碎的磁块223。在车架221上设有包括两个平行的弧形板，弧形板上设有轴孔，销轴226从车架221的弧形板的通孔通过，轴孔壁与轴孔垂直的方向上设有通孔，销钉从此通孔穿过起到将销轴226在车架上定位的作用。在本发明的实施例中，方形槽内设有四块磁块223，磁块223之间或磁块223与托架221之间设有弹性块224，相邻的磁块223的磁极相反。磁力爬壁车100的磁力吸盘143的优选实施例同样适合可变径桁架200的磁力导向车220方形槽内的磁块223，在此不再复述。
[0051]可变径桁架200与磁力爬壁车100固定。优选地，可变径桁架200与磁力爬壁车100的连接为铰接。在本发明的实施例中，在可变径桁架200上对称安装两个磁力爬壁车100。为了避免磁力爬壁车100的结构影响可变径桁架200的伸缩运动，可以对连接磁力爬壁车100的交叉臂210进行变形处理，宽臂211和窄臂212上的各个连接杆的相对位置保持不变。
[0052]下面说明风电自举升装置1000的使用方法。将可变径桁架200套装在塔筒壁的外侧，塔壁由铁制成。将磁力爬壁车100安装在可变径桁架200上，从而磁力导向车220通过磁力吸附在塔壁上，且保证两个磁力爬壁车100对称安装。驱动磁力爬壁车100带动可变径桁架200在塔筒壁上实现竖直向上运动，随着塔筒壁直径的减小，交叉臂210外侧端部铰接处窄臂和寛臂所成角度逐渐减小，内侧端部所成圆的直径逐渐减小，可变径桁架200开始逐渐收缩。磁力导向车220上的磁力吸盘221提供的吸附力，可以实现可变径桁架200始终贴紧塔筒。当需要返回地面时，磁力爬壁车100带动可变径桁架200爬升至塔筒顶部后，驱动磁力爬壁车100带动可变径桁架200在塔筒壁上实现竖直向下运动，随着塔筒壁直径的增大，交叉臂210外侧端部铰接处窄臂和寛臂所成角度逐渐增大，内侧端部所成圆的直径逐渐增大，可变径桁架200开始逐渐伸展。
[0053]根据上面的描述以及实践可知，其一，采用塔筒自身作为支撑，塔筒自身的高度即是起吊最大高度，可以避免大型吊车的起吊高度限制，而且，不涉及吊车的百米吊臂的运输、组装、配重等问题，从而减轻了运输压力，简化了安装步骤；其二，将吊臂固定在塔筒，起吊物可直接吊至吊臂附近，沿着吊臂延伸方向移动，避免了吊车的晃动对精度的影响；其三，塔筒上可以同时固定多条吊臂，每条吊臂可以同时吊装起吊物，以减少单个吊臂的承重量；或是将吊臂固定在不同塔筒高度上，以向各个不同高度吊装起吊物。
[0054]在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进和变形，都落在本发明的保护范围内，本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好地解释本发明的目的，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种吊装方法，包括: (a)将自举升装置设置在塔筒底端； (b)将至少一条吊臂可拆卸地固定在所述自举升装置上； (c )启动所述风电自举升装置，所述风电自举升装置带动所述吊臂爬升至预定位置，将固定在所述风电自举升装置上的所述吊臂固定在所述塔筒上；以及 Cd)以所述吊臂为支撑物将起吊物吊起。
2.如权利要求1所述的吊装方法，其中，所述吊臂上设置滑轮，所述滑轮以可移动的方式与所述吊臂连接； 其中，所述以所述吊臂为支撑物将起吊物吊起包括: 将吊绳套在所述滑轮上，吊绳的一端与起吊物联接，通过对另一端施加力来将起吊物吊起。
3.如权利要求1所述的吊装方法，其中，所述风电自举升装置包括磁力攀爬车和可变径桁架。
4.如权利要求1所述的吊装方法，其中将固定在所述风电自举升装置上的所述吊臂固定在所述塔筒上包括: 在所述塔壁的预定高度处设置用于固定吊臂的固定装置，将所述吊臂通过该固定装置固定在所述塔筒上。
5.如权利要求1所述的吊装方法，其中，所述将至少一条吊臂可拆卸地固定在所述自举升装置上包括: 将多条吊臂在所述风电自举升装置上对称固定。
6.如权利要求1所述的吊装方法，其中，所述吊装绳长度大于两倍的塔筒高度。
【文档编号】B66C23/16GK103644084SQ201310719409
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】史国权, 曹国华, 吕琼莹, 孟宪宇, 刘昆 申请人:长春理工大学