一种海上风电升降式塔筒结构

1.本发明涉及一种海上风电升降式塔筒结构，利用其升降的功能，可适用于高塔筒在岸边进行分段式整体式安装后，托运至指定海域，并自动升高塔筒，达到指定的高度，同时在塔筒退役时实现塔筒的下降，此方式将大幅减少海上风电的安装成本、现场安装风险和退役拆卸风险。


背景技术：

2.随着海上风电建设逐步走向深远海，自然环境更加恶劣，作业窗口期也更短，充分利用窗口期，提高施工效率是风机安装施工的关键，应运而生的便是采用在岸边整体式安装后，托运至指定海域进行作业的方式，但随着对电能的需要，风力发电机逐渐向多瓦特数发展，相应的塔筒高度也越来越高，这就大大增加了托运的难度。因此多兆瓦特的海上风电机组多采用安装船进行海上作业，这就导致海上风电的建筑安装工程费用较大，尤其是海上作业困难，大大增加了安装工程费用与安装时间，据统计，建筑安装工程费用约占总费用的35％，如何能有效的减少建筑安装工程费用是降低海上风电总成本的关键，作为新兴起的海上风电能源，几十年后的退役拆卸作业也是需要我们考虑的。


技术实现要素：

3.为解决上述工程上的难点与问题，本发明提出一种海上风电升降式塔筒结构，该方案能够将有效降低多兆瓦特的海上风电机组托运过程中的塔筒高度，使其在托运过程中具有更强的抗风浪能力，从而保证其在托运过程中的稳定性和安全性。当达到指定的安装海域后，将塔筒升至指定高度，大大节约了建筑安装工程费，减少了现场安装风险，当机组退役时，可降塔筒下降，托运回港口，实现退役。
4.本发明的技术方案是：
5.一种海上风电升降式塔筒结构，包括下部塔筒段、上部塔筒段、钢制升降槽塔筒段，其中上部塔筒段放置在下部塔筒段的内部，上部塔筒段的外侧成螺旋状设有卡轮装置，上部塔筒段的底部塔筒段外侧设有突起的螺纹，下部塔筒段的顶部塔筒段筒壁厚度会大于下部筒壁厚度，且顶部塔筒段筒壁内侧设有螺纹，可使上部塔筒段在升降时，其外侧的卡轮装置顺利通过，且当上部塔筒段上升至指定高度后，上部塔筒段外侧螺纹可卡入下部塔筒段内侧螺纹，实现两塔筒段的完全对接；钢制升降槽塔筒段安置在下部塔筒段的顶部，钢制升降槽塔筒段内部有螺纹状升降槽，螺纹状升降槽内有升降轮，所述的升降轮与卡轮装置相结合，通过升降轮的转动，由卡轮装置带动上部塔筒段升降。
6.进一步的，钢制升降槽塔筒段的外侧装有运输升降轮装置，用于将上升至钢制升降槽塔筒段顶部的升降轮运输至钢制升降槽塔筒段内部的螺纹升降槽底部，与所在位置的卡轮装置结合，进行循环使用。所述的升降轮一侧有卡轮槽，另一侧为发动机箱，其内部装有发动机，升降轮内设有轴承，轴承内设有斜齿轮，斜齿轮与发动机连接，并在发动机带动下旋转。
7.进一步的，所述的钢制升降槽塔筒段由两部分组合而成，其中一部分的纵向断面设有外凸的卡扣，另一部分的纵向断面与卡扣相对的位置设有凹进的卡槽，将两部分对接后，通过固定桩将两部分组合为一体。
8.进一步的，所述的运输升降轮装置整体为“[”型结构，包括上下两端的两个横向的传输洞和一个升降电梯井，传输洞内设有传输洞内传输带，电梯井内升降电梯，升降电梯通过设有的电梯升降带带动实现升降，电梯井内还设有升降电梯内传输带，用于进入电梯井内升降轮的传送。
[0009]
进一步的，包括限位装置，该限位装置设置在下部塔筒段与上部塔筒段之间，确保在升降过程中下部塔筒段和上部塔筒段不产生水平向的相对位移。限位装置为设置在下部塔筒段与上部塔筒段之间的卡件，或为设置在下部塔筒段内壁的凸起。
[0010]
进一步的，所述的海上风电升降式塔筒结构至少包括两段塔筒结构。通过上部塔筒段外侧螺纹卡入下部塔筒段内侧螺纹内侧实现上部塔筒段和下部塔筒段的完全对接。
[0011]
本发明钢制升降槽塔筒段是可对半拆除的，可应用于下一个塔筒升降的应用，节约成本，同时在下降上部塔筒段时，可将钢制升降槽塔筒段进行安装，有助于风电机组的退役工作。
[0012]
本发明的有益效果是：
[0013]
本方案提出的一种海上风电升降式塔筒结构，可在运输过程中降低塔筒高度，解决多兆瓦特的海上风电机组托运过程中塔筒高度过高的问题，当海上风电机组到达指定海域后，通过钢制升降槽塔筒段将上部塔筒升至指定高度，节约了建筑安装工程费，减少了现场安装风险；通过钢制升降槽塔筒段将下部塔筒段与上部塔筒段进行结合，下部塔筒段主要承担压力，钢制升降槽塔筒段承担了扭力，大大提高了扭转过程中的安全性；钢制升降槽塔筒段在实施作业后，可进行拆除，进而保留了升降式塔筒结构的大部分重要部件，可应用于下次的塔筒安装，极大的减少了海上风力发电机的成本；待风电机组退役时，可将钢制升降槽塔筒段进行安装，反向运行，降低上部塔筒段，有助于风电机组的退役工作，以上有益效果陈述说明本方案具有良好的工程实用前景。
附图说明
[0014]
图1为一种海上风电升降式塔筒结构剖视图；
[0015]
图2为钢制升降槽塔筒段一半立体视图；
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图3为钢制升降槽塔筒段另一半立体视图；
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图4为升降轮结构图；
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图5为卡轮装置图；
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图6为运输升降轮装置结构图。
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图中：1、下部塔筒段；2、上部塔筒段；3、钢制升降槽塔筒段；4、运输升降轮装置；5、升降轮；6、卡轮装置；7、限位装置；8、螺纹升降槽；9、下部塔筒段内侧螺纹；10、上部塔筒段外侧螺纹；11、卡扣；12、卡槽；13、固定桩；14、轴承；15、卡轮槽；16、斜齿轮；17、发动机箱；18、升降电梯；19、升降电梯内传送带；20、电梯升降带；21、传输洞；22、传输洞内传输带；23、电梯井。
具体实施方式
[0021]
为进一步了解本发明的创新点，例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
[0022]
请参阅图1～图6，该方案初始状态，外直径8m厚度30cm的上部塔筒段2固定在顶部外直径9m厚度50cm，底部外直径11m厚度40cm的渐变下部塔筒段1内部，且上部塔筒段2外侧的卡轮装置6与外直径9.2m厚度60cm高5m的钢制升降槽塔筒段3的深20cm宽60cm的螺纹升降槽8内的直径60cm厚度20cm的升降轮5连接，降低了运输途中风电机组的塔筒高度，且运输升降轮装置4内设有若干升降轮5，以备抬升上部塔筒段2过程中升降轮5的循环使用；当风电机组到达指定位置后，升降轮5开始运转，通过卡轮装置6带动上部塔筒段2螺旋上升，当有升降轮5到达运输升降轮装置4上口部时，会与卡轮装置6分离，升降轮5进入运输升降轮装置4，同时运输升降轮装置4下口部会有升降轮5安装至卡轮装置6上，循环反复，带动上部塔筒段2持续升高；升高过程中，限位装置7设置在下部塔筒段1与上部塔筒段2之间，确保在升降过程中上部塔筒段2和下部塔筒段1不产生水平向的相对位移；该限位装置7可以为设置在下部塔筒段1与上部塔筒段2之间的卡件，或为设置在下部塔筒段1内壁的凸起。具体的，该限位装置7设置在下部塔筒段1的底部渐变位置，其数量以确保在升降过程中上部塔筒段2和下部塔筒段1不产生水平向的相对位移为限。当上部塔筒段2上升至一定高度后，深20cm宽10cm的上部塔筒段外侧螺纹10会卡入深20cm宽10cm的下部塔筒段内侧螺纹9，开始两塔筒段的对接，继续抬升后，上部塔筒段外侧螺纹10会完全卡入下部塔筒段内侧螺纹9，实现下部塔筒段1和上部塔筒段2的完全对接；此时，风电机组以安装完成。
[0023]
参见附图2和附图3，所述的钢制升降槽塔筒段3由两部分组合而成，其中一部分的纵向断面设有外凸的卡扣11，另一部分的纵向断面与卡扣11相对的位置设有凹进的卡槽12，将两部分对接后，通过直径10cm的固定桩13将两部分组合为一体。所述的螺纹升降槽8在组合为一体的钢制升降槽塔筒段3内部呈连续的螺旋通道，该螺旋通道内设有升降轮5，升降轮5可在该螺旋通道内移动。
[0024]
参见附图4，所述的升降轮5一侧有卡轮槽15，另一侧为发动机箱17，其内部装有发动机，升降轮5内设有轴承14，轴承内设有斜齿轮16，斜齿轮与发动机连接，并在发动机带动下旋转。附图5示出了本发明上部塔筒段2外侧的卡轮装置6的示意图，该卡轮装置6的作用是卡入升降轮5的卡轮槽15内，并通过升降轮5带动使上部塔筒段2升降。为了实现这一目的，卡轮装置6的外表面设置为球形面，其目的是当升降轮5接近卡轮装置6时，可顺利进入升降轮5设有的卡轮槽15内。卡轮装置6的顶部可设置向内凹进的多边形凹槽，卡轮装置6的纵向剖面设置形成多边形形状，同时卡轮槽15设置为与卡轮装置6的外端面相匹配的形状结构，以使其能紧密结合。升降轮5的工作方式是，其内部发动机带动斜齿轮16转动，使升降轮5沿着轴承14转动，从而带动上部塔筒段2上升。
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参见附图6，所述的运输升降轮装置4整体为“[”型结构，主要由三部分组成，包括上下两端的两个横向传输洞和一个升降电梯井23，传输洞内设有传输洞内传输带22，电梯井23内升降电梯18，升降电梯18通过设有的电梯升降带20带动实现升降，电梯井23内还设有升降电梯内传输带19，用于进入电梯井23内升降轮5的传送。当升降轮5运行到运输升降轮装置4的上部位置时，升降轮5进入传输洞21内并由传输洞内传输带22和升降电梯内传送带19输送至升降电梯18内，然后升降电梯18通过电梯升降带20下降至电梯井23底部，升降轮5再由升降电梯内传送带19和传输洞内传输带22输送至螺纹状升降槽8底部，并与相应位
置的卡轮装置6结合，实现循环使用，同时在下降上部塔筒段2时，只需要反向操作就行。
[0026]
在风电机组安装完成后，可通过拔出钢制升降槽塔筒段3卡扣11和卡槽12之间的直径10cm固定桩13将钢制升降槽塔筒段3拆开，通过运输船上的塔吊将拆开的钢制升降槽塔筒段3卸下来应用于下一个塔筒升降。该方案能够将有效降低多兆瓦特的海上风电机组托运过程中的塔筒高度，使其在托运过程中具有更强的抗风浪能力，从而保证其在托运过程中的稳定性和安全性；当达到指定的安装海域后，将塔筒升至指定高度，大大节约了建筑安装工程费，减少了现场安装风险；对钢制升降槽塔筒段3的回收利用也大大降低了成本。当风电机组退役时，可将钢制升降槽塔筒段3进行安装，反向运行，降低上部塔筒段，有助于风电机组的退役工作。