风机整体安装旋转抱举机构的制作方法

专利名称：风机整体安装旋转抱举机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及海洋工程设备技术领域，尤其涉及一种海上风力发电机组整体安装旋 转抱举机构。
背景技术：
风能属于清洁能源。风力发电就是把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为 电能的一种发电方式。由于陆地上的风力发电场已基本开发完毕，而海上的风力资源又非 常丰富，因此，越来越多的风力发电场建设在海上。在海上进行风力发电场的建设，安装风 机(即风力发电机组)是至关重要的步骤。安装风机是指将风机安装于预先在海中设置的 风机基础上的安装基座(通常是连接法兰)上。一般需借助海上风机安装作业专用的风机 安装平台进行安装。一般说来，主要有以下两种风机安装方式分体式安装和整体式安装。分体式安装是先用载运船将风机各部件散件运输到预定海域的风力发电场，然后 利用风机安装平台依次吊装风机的塔筒、机舱、轮毂和叶片等部件，由此将风机安装在风机 安装基座上。然而，分体式安装的安装过程比较复杂，海上作业时间长。因海上风浪较大，海况 复杂，需要风机安装平台长时间地处于良好的稳定状态，因此技术难度较大，施工窗口期 短，施工成本较高。整体式安装是在距离风力发电场较近的码头等陆地上组装风机，然后将整台风机 运输到预定海域的风力发电场，利用风机安装平台将风机一次性整机安装在风机安装基座 上。与分体式安装相比，由于是用成熟的技术和装备在陆地上完成比较复杂的部件组 装工序，在海上仅进行风机的塔筒与安装基座的连接，所以安装过程比较简单，海上作业时 间短。因此，相对来说整体式安装技术难度较小，施工成本较低。虽然作业时间短，但与分体式安装方式一样，也要进行风机的塔筒中心与风机安 装基座中心的对中，以及风机塔筒连接法兰螺栓孔和风机安装基座连接法兰螺栓孔的对 中。不同点在于，整体式安装风机时，机舱、轮毂和叶片已安装完毕，且这些部件都处于风机 的上方，是头重脚轻的状态，且机舱、轮毂和叶片体积大，又占据了最佳的吊装位置，所以不 便于用起重机从上方吊装整台风机。现有技术，是在大型风机安装平台上设置两台起重机，两台起重机从机舱上方左 右两侧分别吊着悬空的平衡梁的两端，风机的塔筒从平衡梁的中间穿过；在光滑的塔筒的 下方焊接或通过其它方式固定有用于吊起整个风机的起重用法兰，并将专用起重工装固定 在起重用法兰上，用吊索连接平衡梁的吊耳和专用起重工装。当起重机从机舱的上方提升 平衡梁时，起重机通过平衡梁、吊索和专用起重工装能将整个风机吊起。当进行风机塔筒中 心与风机安装基座中心对中时，需要通过设置在风机安装平台上的锚机拉动锚链，使风机 安装平台前后左右水平移动；当进行两连接法兰螺栓孔对中时，需要用两艘拖轮通过拉索拉动设置在专用起重工装上的拉钩，使风机塔筒转动所需要的角度。这种整机安装方式，需要锚机和其它工程船舶作极其精准的配合，安装施工成本 很高，且安装结束时，需要拆除悬空的平衡梁和固定在起重用法兰上的专用起重工装。这样 安装施工不仅费时费力，还因在塔筒上焊接起重法兰，塔筒容易产生脆裂，焊缝容易腐蚀， 影响塔筒的机械性能。另外，由于起重法兰不能重复使用，从而产生浪费，且容易破坏和污 染环境。随着风机的不断大型化以及离岸化，起重能力和起重高度的限制以及海况的复杂 化，使得传统的吊装形式没有了用武之地。因此，如何避开塔筒上方的机舱、轮毂和叶片，从 风机的下方抱举塔筒，且在抱举着塔筒的状态下，能方便地实现风机塔筒中心与风机安装 基座中心的对中、以及风机塔筒连接法兰的螺栓孔和风机安装基座上的连接法兰螺栓孔的 对中；不设置固定在塔筒上的专用起重法兰和工装，在安装施工结束时，只要打开门式框架 上的护持装置和风机整体安装旋转抱举机构，抱举架就能脱离风机，风机运输安装平台就 能很方便地驶离风机，就成为本领域技术人员目前急需解决的关键技术问题。

发明内容
本发明的目的是提供一种风机整体安装旋转抱举机构，使其在将该旋转抱举机构 安装在风机运输安装平台上的门式框架上时，能避开塔筒上方的机舱、轮毂和叶片，从风机 的下方抱举塔筒，且在抱举着塔筒的状态下，方便地实现风机塔筒中心与风机安装基座中 心的对中、和风机塔筒连接法兰的螺栓孔和风机基础上的安装基座的连接法兰螺栓孔的对 中，不需要安装风机专用的起重法兰和工装，在安装施工结束时，只要打开门式框架上的护 持装置和风机整体安装旋转抱举机构，抱举架就能脱离风机，风机运输安装平台就能很方 便地驶离风机。为解决上述技术问题，本发明所提供的风机整体安装旋转抱举机构，包括设置在 门式框架的两立柱之间、中间具有中央圆环、且能沿门式框架的两立柱上下移动的承重梁； 设置于中央圆环下端的多个吊杆；由多个吊杆悬挂于中央圆环下端的吊篮；设置在吊篮 上、沿吊篮的周向分布的多个抱紧装置；设置在吊篮和与承重梁一体的连接架之间的、用于 驱动吊篮旋转的扭转装置。风机整体安装旋转抱举机构还包括平动装置，平动装置包括设置在吊篮和连接架 之间的横向微调装置和纵向微调装置。中央圆环由承重梁的中间部和能向敞开侧开合的两个对开的开合体、自动插销、 两个铰链和两个开合体控制装置构成，两个开合体的一端均通过铰链铰接在承重梁上，开 合体控制装置设置在承重梁和开合体之间，在两个开合体闭合的状态下，自动插销能将两 个开合体的另一端连接在一起。吊杆由上部万向铰接环节、下部万向铰接环节及伸缩扭转环节构成，吊杆的上部 万向铰接环节由上连接座、中间连接件、上部杆以及两个在俯视图中轴线正交的销轴构成； 下部万向铰接环节由下连接座、中间连接件、下部杆以及两个在俯视图中轴线正交的销轴 构成；伸缩扭转环节设置在上部杆和下部杆之间，由内连接件、外连接件、推力轴承和弹性 元件构成；上连接座与中央圆环连接、下连接座与吊篮连接，上连接座的分布圆直径与下连 接座的分布圆直径相同且相位相同，上部万向铰接环节的沿上连接座的分布圆径向延伸的销轴设置在上连接座和中间连接件之间，沿上连接座的分布圆切线方向延伸的销轴设置在 中间连接件和上部杆之间，下部万向铰接环节的沿下连接座的分布圆径向延伸的销轴设置 在下连接座和中间连接件之间，沿下连接座的分布圆切线方向延伸的销轴设置在中间连接 件和下部杆之间。吊篮由吊篮本体、能向敞开侧开合的两个对开的吊篮开合体、吊篮自动插销、两个 铰链和两个吊篮开合体控制装置构成，两个吊篮开合体的一端均通过铰链铰接在吊篮本体 上，吊篮开合体控制装置设置在吊篮本体和吊篮开合体之间，在两个吊篮开合体闭合的状 态下，吊篮自动插销能将两个吊篮开合体的另一端连接在一起。中央圆环和吊篮具有相同的开合机构，用于中央圆环的开合体开合的铰链与用于 吊篮的吊篮开合体开合的铰链在同一条铅垂线上。抱紧装置由撑杆、压板和压板控制装置构成，撑杆的作用力方向在压板与风机塔 筒的摩擦面的摩擦角范围之内。本发明所提供的风机整体安装旋转抱举机构，由于避开了塔筒上方的机舱、轮毂 和叶片，从风机的下方抱举塔筒，且在抱举着塔筒的状态下，方便地实现了风机塔筒中心与 风机安装基座中心的对中、和风机塔筒连接法兰的螺栓孔和风机基础上的安装基座的连接 法兰螺栓孔的对中，由于不需要安装风机专用的起重法兰和工装，所以在安装施工结束时， 只要松开抱紧装置，打开门式框架上的护持装置和风机整体安装旋转抱举机构，抱举架就 能脱离风机，风机运输安装平台就能很方便地驶离风机。


图1是风机运输安装一体化的运输安装平台的立体图。图2是未抱举风机时的抱举架的立体图。图3是抱举架底部的局部放大立体图。图4是从敞开侧看风机整体安装旋转抱举机构的立体图。图5是从闭合侧看风机整体安装旋转抱举机构的立体图。图6是从敞开侧看风机整体安装旋转抱举机构的、中央圆环和吊篮向敞开侧敞开 状态的立体图。图7是吊杆的结构示意图，(a)是吊篮没有旋转且用通过中央圆环中心(吊篮中 心)的平面剖切吊杆的剖视图，(b)是吊篮旋转且用与吊杆的分布圆相切的平面剖切吊杆 的剖视图，(c)是吊篮旋转且用通过吊篮中心的平面剖切吊杆的剖视图。图8是吊杆的上部万向铰接环节的局部放大立体图。图9是吊杆的下部万向铰接环节的局部放大立体图。图10是吊杆中部的伸缩扭转环节的放大结构示意图。图11是表示在吊篮仅旋转时吊篮上的下连接座在分布圆上变化情况的示意图。图12是表示在吊篮既平动又旋转时吊篮上的下连接座在分布圆上的变化情况的 示意图。图13是表示抱紧装置的工作状态的结构示意图。
具体实施例方式图1是风机运输安装一体化的运输安装平台1的立体图，图2是未抱举风机时的 抱举架28的立体图，图3是抱举架28底座部18的局部放大立体图。如图1所示，在风机 运输安装平台1的大致四角，设有4个桩腿32，在前方设置有驾驶室3，在驾驶室3后方的 甲板上，设有用于固定风机2的固定台座4和固定架5 (在设计成仅用于安装风机时，不设 置固定台座和固定架)。在风机运输安装平台1中部的后方(船艏侧称为前方，船艉侧称为 后方，下同)，设有升降回转台21，在运输安装平台1的纵向后端部，设有U形开口。在运输 风机安装平台1的甲板11上方两侧，铺设有纵向轨道12，在两纵向轨道12的上方设有纵向 移动台车13。在纵向移动台车13的下方设有承重滚轮和防倾覆滚轮，防倾覆滚轮仅在纵向 移动台车13有脱离轨道12的趋势时，从下方压靠在纵向轨道12的下轨道上，用于防止纵 向移动台车13倾覆。在纵向移动台车13上设有纵向移动驱动装置(未图示)，纵向移动驱 动装置由两组交替工作的油缸和插销构成。在油缸上的插销插入轨道上的销孔与平台1固 定后，油缸伸缩，能使纵向移动台车13在纵向轨道12上纵向移动。在不驱动纵向移动台车 13时，该纵向移动驱动装置起到纵向制动装置的作用，将纵向移动台车13固定在两纵向轨 道12的某个位置。在纵向移动台车13上还设有手动制动装置(未图示)。手动制动装置 用于在纵向制动装置失灵而需要进行制动时，将纵向移动台车13固定在两纵向轨道12的 某个位置。如图1 图3所示，在纵向移动台车13的上方设有两横向滑轨14，门式框架16的 两立柱17的底座部18坐落在横向滑轨14上，且在滑轨14的下方设有用于防止倾覆的挡 块。用于驱动门式框架16横向移动的横向驱动装置15是双活塞杆油缸，油缸的缸体固定 在门式框架16的两立柱17的底座部18的下方，两活塞杆的端部与纵向移动台车13铰接， 通过驱动液压缸，能使门式框架16在纵向移动台车13的滑轨14上横向滑动，且油缸还起 到横向制动器的作用，将门式框架16固定在横向滑轨14的某个位置。另外，上述纵向轨道12也可以是纵向滑轨，在采用滑轨的形式时，相应地上述承 重滚轮和防倾覆滚轮是承重滑块和防倾覆挡块。如图1和图2所示，上横梁19和下横梁22将两立柱17连接成一个刚性的整体， 构成门式框架16。在门式框架16的一个立柱17上设有动力系统和动力辅助系统(未图 示)，动力系统驱动液压泵，构成液压泵站(未图示)。通过分别驱动纵向驱动装置和横向 驱动装置15能使整个门式框架16在甲板11上沿纵向和横向水平移动。上述纵向移动台 车13、横向滑轨14、承重滚轮、防倾覆滚轮、立柱17的底座部18、以及纵向驱动装置和横向 驱动装置15构成门式框架16的水平移动装置26。如图1和图2所示，在上横梁19的中央设有护持装置20。护持装置20制成能向 后方打开的门形结构。该结构既可以是对开的，也可以是单开的。在前后方向上，护持装置 20能打开的一侧称为敞开侧，不能打开的一侧称为闭合侧。护持装置20的中央设有多个均 布的能沿径向移动的顶杆(未图示)，顶杆的端部设有能摆动且能转动、类似于转椅的支承 轮一样的推压辊(未图示)。在固定或抱举风机2的状态下，风机2的塔筒31从该护持装 置20的中心穿过，推压辊抵在风机2的塔筒31上，保护风机2使其不至于倾倒，且允许塔 筒31在护持装置20中上下移动和转动。由于上横梁19中央的护持装置20和后述的本发明的风机整体安装旋转抱举机构6只能向一侧打开，为了能调转抱举架28的方向抱举第2台风机进行安装，设置升降回转台 21。在第1台风机安装作业结束后，抱举架28退回到升降回转台21上并由固定装置(未 图示)进行固定，升降回转台21升起，旋转180°，抱举架28随之旋转180°，然后升降回 转台21下降，纵向轨道12对接，松开固定装置，抱举架28可以行进到第2台风机处。在抱 举起第2台风机2后，后退到升降回转台21上并由固定装置进行固定，升降回转台21再次 升起，旋转180°，抱举架28随之旋转180°，然后升降回转台21下降，纵向轨道12对接， 松开固定装置，此时抱举架28可以进行第2台风机2的安装作业。图4是从敞开侧看风机整体安装旋转抱举机构6的立体图，图5是从闭合侧看风 机整体安装旋转抱举机构6的立体图，图6是从敞开侧看风机整体安装旋转抱举机构的、中 央圆环68和吊篮70向敞开侧敞开状态的立体图。如图1、图4和图5所示，在门式框架16下方的两立柱17之间安装有本发明的风 机整体安装旋转抱举机构6 (以下有时简称为旋转抱举机构)，其承重梁61的两端设有导向 装置62。在门式框架16两立柱17的底座部18和承重梁61的导向装置62之间，设有提升 油缸(提升装置)5，通过驱动提升油缸5，导向装置62 (承重梁61)能沿两立柱17上下移 动。由旋转抱举机构6、提升油缸5、门式框架16、水平移动装置26和手动制动装置构成抱 举架28。承重梁61的中间为圆环状(也可以是其它形状)。如图1、图4和图5所示，中央 圆环68的敞开侧是能开合的门形结构。两个对开的开合体63的一端均通过铰链65铰接 在承重梁61上。当拔出自动插销66时，一端通过铰链77与承重梁61铰接、另一端通过铰 链78与开合体63铰接的油缸(开合体控制装置)67，能使开合体63绕铰链65旋转，使中 央圆环68向敞开侧敞开。在开合体633闭合的状态下，自动插销66能将两个开合体63的 另一端连接在一起，两个开合体63与承重梁61的中间部形成一个完整的圆环——中央圆 环68。中央圆环68的竖直方向的轴线是中央圆环68的中心0。上述承重梁61、开合体63、 油缸67及铰链65、77、78构成中央圆环68的开合机构，而铰链65到铰链78之间的摆臂的 长度、以及铰链65到铰链78之间的摆臂相对铰链65到油缸67轴线的垂线的初始角度和 终止角度是该开合机构的重要参数。如图4和图5所示，在承重梁61中部的中央圆环68的下方，沿周向均勻分布固定 着多个吊杆69，吊杆69的下端，固定在圆形的吊篮70上。吊篮70同样制成能开合的门形 结构，敞开侧由两个吊篮开合体71构成，闭合侧为吊篮本体72。两个对开的吊篮开合体71 的一端均通过铰链73铰接在吊篮本体72上。当拔出吊篮自动插销75时，一端通过铰链57 与吊篮本体72铰接、另一端通过铰链58与吊篮开合体71铰接的油缸(吊篮开合体控制装 置)76，能使吊篮开合体71绕铰链73旋转，使吊篮70向敞开侧敞开。在吊篮开合体71闭 合的状态下，吊篮自动插销75能将两个吊篮开合体71的另一端连接在一起，两个吊篮开合 体71与吊篮本体72形成一个完整的圆环——吊篮70。吊篮70的竖直方向的轴线是吊篮 70的中心0'。上述吊篮本体72、吊篮开合体71、油缸76及铰链73、57、58构成吊篮70的 开合机构，而铰链73到铰链58之间的摆臂的长度、以及铰链73到铰链58之间的摆臂相对 铰链73到油缸76轴线的垂线的初始角度和终止角度是该开合机构的重要参数。如图4所示，左侧的铰链65和铰链73的轴线在同一条铅垂线上，同样，右侧的铰 链65和铰链73的轴线也在同一条铅垂线上。而且，左右两侧用于中央圆环68开合的油缸
8(开合体控制装置)67和用于吊篮70开合的油缸(吊篮开合体控制装置)76完全相同，且 铰链65到铰链78之间的摆臂的长度与铰链73到铰链58之间的摆臂的长度相同，铰链65 到铰链78之间的摆臂相对铰链65到油缸67轴线的垂线的初始角度和终止角度与铰链73 到铰链58之间的摆臂相对铰链73到油缸76轴线的垂线的初始角度和终止角度相同，也就 是说，中央圆环68和吊篮70具有完全相同的开合机构，因此，当拔出两自动插销66、75，且 同时使油缸67、76收缩时，能使中央圆环68的两个开合体63和吊篮70的两个吊篮开合体 71，连同安装在开合体63和吊篮开合体71之间的吊杆69，绕左右两侧铰链65和73的共同 轴线旋转，使中央圆环68和吊篮70同步向敞开侧敞开。图6所示是中央圆环68的开合体 63和吊篮70的吊篮开合体71连同吊杆69向敞开侧敞开的状态。图7是吊杆69的结构示意图，(a)是吊篮70没有旋转且用通过中央圆环68的中 心0(吊篮中心0')的平面剖切吊杆69的剖视图，(b)是吊篮70旋转且用与吊杆69的分 布圆相切的平面剖切吊杆69的剖视图，(c)是吊篮70旋转且用通过吊篮中心0'的平面剖 切吊杆69的剖视图。图8是吊杆69的上部万向铰接环节80的局部放大立体图，图9是吊 杆69的下部万向铰接环节81的局部放大立体图，图10是吊杆69中部的伸缩扭转环节86 的放大结构示意图。如图4 图10所示，吊杆69的上端设有与承重梁61的中央圆环68连接的上部 万向铰接环节80。上部万向铰接环节80由以下部分构成与中央圆环68连接的上连接座 89 ；中间连接件85 ；连接上连接座89和中间连接件85的销轴82 ；上部杆90 ；连接中间连接 件85和上部杆90的销轴83。如图4所示，销轴82的轴线穿过中央圆环68的中心0，即沿 上连接座89的分布圆径向延伸，而销轴83的轴线在俯视图中与销轴82的轴线正交，即沿 上连接座89在中央圆环68上的分布圆切线方向延伸。吊杆69的下端设有与吊篮70连接的下部万向铰接环节81。下部万向铰接环节 81的结构与上部万向铰接环节80的结构相同。如图4、图7和图9所示，下部万向铰接环 节81由以下部分构成与吊篮70连接的下连接座91 ；中间连接件88 ；连接下连接座91和 中间连接件88的销轴87 ；下部杆92 ；连接中间连接件88和下部杆92的销轴93。如图4 所示，销轴87的轴线穿过吊篮70的中心0'，即沿下连接座91的分布圆径向延伸，而销轴 93的轴线在俯视图中与销轴87的轴线正交，即沿下连接座91在吊篮70上的分布圆切线方 向延伸。如图7和图10所示，吊杆69的中部设有伸缩扭转环节86。伸缩扭转环节86由以 下部分构成顶部具有较大的突缘、杆的端部与上部杆90螺接的内连接件95 ；外形为杯状、 杯口部与下部杆92螺接、底部具有内连接件95的杆部穿过的通孔的外连接件96 ；安装在 内连接件95的顶部内侧和外连接件96的底部内表面之间的推力轴承97和弹性元件(碟 簧，也可以是螺旋弹簧或橡胶柱等弹性元件)98。如图10所示，在吊杆69承受规定的拉力 时，上部杆90的端部与外连接件96的底部外表面之间、以及内连接件95的顶部外侧与下 部杆92的端部之间留有间隙δ。另外，内连接件95的杆部与外连接件96的底部通孔为 间隙配合。根据该结构可知，当吊杆69所承受的力大于规定拉力时，弹性元件98进一步被 压缩，间隙δ变大，吊杆69的长度增大；当吊杆69所承受的力小于规定拉力时，弹性元件 98的轴向长度回复到与其所承受的力相对应的长度，间隙δ变小，吊杆69的长度减小。另 外，由于推力轴承95的存在，即使在上部杆90和下部杆92承受很大的拉力的情况下，也能很轻松地相对扭转。以下对这种结构的中央圆环68、吊杆69和吊篮70进行运动学分析。图11是表示在吊篮70仅旋转时吊篮70上的下连接座91在分布圆上变化情况的
示意图。由于吊杆69的固定在中央圆环68上的上连接座89的分布圆直径，与固定在吊篮 70上的下连接座91的分布圆直径相同且相位相同，所以，在俯视图中，中央圆环中心0和 吊篮中心0'重合，两分布圆重合，在俯视图中同一吊杆的上下两连接座89、91也重合为一 点。为便于描述，如图11所示，假设吊杆a的上下两连接座89、91在分布圆的俯视图中位 于X轴上。如图11所示，若吊篮70绕其中心0'旋转，向逆时针方向旋转角度β，吊杆a上 端的固定在中央圆环68上的上连接座89并没有运动，下端的固定在吊篮70上的下连接座 91从位置1移动到位置1'。这实际上是下连接座91沿其分布圆的切线方向(Y轴方向) 移动了 y的距离，沿其分布圆径向(X轴方向)移动了 χ的距离。从上部万向铰接环节80和下部万向铰接环节81的各销轴82、83、87、93的设置方 向来看，因为销轴82的轴线穿过中央圆环68的中心0，即沿上连接座89的分布圆径向延 伸，销轴87的轴线穿过吊篮70的中心0'，即沿下连接座91的分布圆径向延伸，而销轴83 和销轴93的轴线与销轴82和销轴87的轴线正交，所以，下连接座91沿其分布圆切线方向 (Y轴方向)的运动，是通过上部万向铰接环节80的中间连接件85绕销轴82旋转、和下部 万向铰接环节81的中间连接件88绕销轴87旋转来实现的(如图7 (b)所示)，而下连接座 91沿其分布圆径向(X轴方向)的运动，是通过上部万向铰接环节80的上部杆90绕销轴 83旋转、和下部万向铰接环节81的下部杆92绕销轴93旋转来实现的(如图7(c)所示)。另外，从图11可知，在下连接座91绕吊篮70的中心0'向逆时针方向公转角度 β时，下连接座91也向逆时针方向自转了角度β。因为上部万向铰接环节80和下部万向 铰接环节81不能相对扭转，所以该自转是通过在吊杆69的中部设置的伸缩扭转环节86中 的推力轴承97来实现的。另外，通常情况下，风机塔筒连接法兰的螺栓孔很多(例如120个)，螺栓孔对中仅 需转动很小的角度(例如左右各1.5° )，又因为上连接座89和下连接座91的分布圆直径 很大，所以，实际上下连接座91沿Y轴方向的移动距离y远远地大于沿X轴方向移动的距 离X，而因为下连接座91沿Y轴方向的运动，是通过中间连接件85绕销轴82旋转、和中间 连接件88绕销轴87旋转来实现的，下连接座91沿X轴方向的运动，是通过上部杆90绕销 轴83旋转、和下部杆92绕销轴93旋转来实现的，所以，中间连接件85绕销轴82和中间连 接件88绕销轴87旋转的角度，远远地大于上部杆90绕销轴83和下部杆92绕销轴93旋 转的角度。也就是说，在图7(b)中所示的角度远远地大于在图7(c)中所示的角度。另外，如果下连接座91的分布圆直径和塔筒连接法兰的螺栓孔的个数已定的话， 下连接座91的移动距离χ和y就已定，如果使吊杆69的长度足够大，则可以使中间连接件 85绕销轴82和中间连接件88绕销轴87旋转的角度很小，也就是说，可以使上部杆90绕销 轴83和下部杆92绕销轴93旋转的角度更小。这样的话，实际上是将与平动距离较大的切向运动(Y轴方向)相关的销轴82、87 设置在上部万向铰接环节80的上连接座89和中间连接件85之间、以及下部万向铰接环节81的下连接座91和中间连接件88之间，将与平动距离较小的径向运动(X轴方向)相关 的销轴83、93设置在上部万向铰接环节80的中间连接件85和上部杆90之间、以及下部万 向铰接环节81的中间连接件88和下部杆92之间，将伸缩扭转环节86设置在上部杆90和 下部杆92之间。从另一角度说，就是将上部万向铰接环节80的沿上连接座89的分布圆径 向延伸的销轴82设置在与中央圆环68连接的上连接座89和中间连接件85之间，将沿上 连接座89的分布圆切线方向延伸的销轴83设置在中间连接件85和上部杆90之间，将下 部万向铰接环节81的沿下连接座91的分布圆径向延伸的销轴87设置在与吊篮70连接的 下连接座91和中间连接件88之间，将沿下连接座91的分布圆切线方向延伸的销轴93设 置在中间连接件88和下部杆92之间，将伸缩扭转环节86设置在上部杆90和下部杆92之 间。从图7(c)可以看出，如果上部杆90相对中间连接件85、以及下部杆92相对中间 连接件88偏转的角度较大的话，上连接座89和下连接座91就会承受很大的侧向弯矩，但 由于像以上那样设置上部万向铰接环节80的销轴82和销轴83，以及下部万向铰接环节81 的销轴87和销轴93，又由于下连接座91沿分布圆径向移动的距离χ很小，上部杆90相对 中间连接件85、以及下部杆92相对中间连接件88偏转的角度就很小，所以，在吊篮70旋转 时，即使吊杆69承受很大的拉力，上连接座89和下连接座91所受的侧向弯矩也会很小，不 至于损坏上连接座89和下连接座91。由于上连接座89的分布圆和下连接座91的分布圆直径相同，且同一吊杆69的上 下两连接座89、91在分布圆上的位置也相同，所以，如果吊篮70仅相对中央圆环68绕吊篮 70的中心0'(中央圆环68的中心0)旋转，其它吊杆69和吊篮70上的其它下连接座91 做与上述所分析吊杆69和下连接座91相同的动作，吊篮70能相对中央圆环68、即相对承 重梁61平稳地旋转一定角度，且不至于损坏上连接座89和下连接座91。图12是表示在吊篮70既平动又旋转时吊篮70上的下连接座91在分布圆上的变 化情况的示意图。如图12所示，假设吊篮70向X轴的反方向移动了距离L，然后再向逆时针方向旋 转了角度Y。以下对在X轴的正方向上的吊杆a和在Y轴的正方向和反方向上的吊杆b和 吊杆c的运动情况进行分析。由于吊杆a处于X轴上，而吊杆b和吊杆c处于Y轴的正方 向和反方向上，如果吊篮70向X轴的反方向移动了距离L，然后向逆时针方向旋转了角度 Y，则在中央圆环68上的上连接座89并没有运动，而在吊篮70上的下连接座91有不同的 运动轨迹。吊杆a的下连接座91从点1运动到了点1'，吊杆b的下连接座91从点2运动 到了点2'，吊杆c的下连接座91从点3运动到了点3'。从图12中可知，点1到点1'的 距离、点2到点2'的距离，和点3到点3'的距离并不相等。由于固定在中央圆环68上的 上连接座89处于同一平面上，固定在吊篮70上的下连接座91也处于同一平面上，所以此 时吊杆a、吊杆b和吊杆c的空间长度是不相等的。虽然在吊篮70既水平移动又扭转时，各 吊杆69的长度要求不一样，但因吊杆69很长，且水平移动的距离和扭转的角度都很小，所 以吊杆69的长度相差很小，因此，在吊杆69上设置了伸缩扭转环节86。如图10所示，伸 缩扭转环节86中的弹性元件98在吊杆69承受的力大于规定拉力时，弹性元件98进一步 被压缩，间隙δ变大，吊杆69的长度增大，当吊杆69所承受的力小于规定拉力时，弹性元 件98的长度回复到与其所承受的力相对应的长度，间隙δ变小，吊杆69的长度减小。这样会使各吊杆69所受的拉力趋于均勻，不至于吊杆69有的受拉有的受压，损坏吊杆69和 吊篮70。另外，如图5所示，在中央圆环68 (承重梁61)的闭合侧的下方，设有连接架50，与 承重梁61构成一体。如图4和图5所示，沿吊篮70的切线方向设置有扭转装置(扭转油 缸)51，扭转装置51的一端用球铰与吊篮70铰接，另一端与连接架50铰接，且使其大致为 水平放置。如果驱动扭转装置51，吊篮70受到切线方向的力，吊篮70能相对承重梁61 (中 央圆环68)扭转。另外，在连接架50和吊篮70之间，沿吊篮70的径向设置有横向微调油 缸52和纵向微调油缸53，两油缸的一端用球铰与吊篮70铰接，另一端与连接架50铰接，使 其大致为水平放置。该横向微调装置52和纵向微调装置53构成本发明的风机整体安装旋 转抱举机构的平动装置。如果驱动横向微调装置52或纵向微调装置53，吊篮70承受正向 的推力，吊篮70能相对承重梁61 (中央圆环68)水平移动。应当注意的是，本旋转抱举机 构6的水平移动功能仅用于风机塔筒31的水平位置微调，大距离的水平位置的调整是由门 式框架16的水平移动装置26来完成的。以下对抱紧装置7的结构形式和工作原理进行说明。图13是表示抱紧装置7的工作状态的结构示意图。如图4和图13所示，抱紧装置7由撑杆8、压板9和压板控制油缸10构成。撑杆 8的一端铰接在吊篮70上，另一端与压板9铰接，压板控制油缸10的一端与吊篮70的内侧 下端铰接，另一端与撑杆8的靠近压板9 一侧铰接。若压板控制油缸10的活塞杆伸出，则 撑杆8绕与吊篮70铰接的销轴旋转，撑杆8的另一端带动压板9离开风机塔筒31。若压板控制油缸10的活塞杆收缩，则撑杆8绕与吊篮70铰接的销轴旋转，撑杆8 的另一端带动压板9，将压板9的粘贴有大摩擦系数的摩擦材料层的压紧面压靠在塔筒31 的表面上。在这里，压板9的压紧面与塔筒31接触的面称为摩擦面。如图13所示，撑杆8 在受力时其作用力的方向为两铰接点的连线方向，也就是说撑杆8是二力杆。而且设计成 在压板9压靠在塔筒31的表面上时，撑杆8的作用力方向与压板9和塔筒31的摩擦面的 法线方向的夹角α，小于压板9的压紧面与塔筒31表面的摩擦角P ,即，如果压板9的压紧 面与塔筒31表面的摩擦系数是11，则《<&1^311// =炉。根据理论力学可知，假设撑杆8的推力为F，撑杆8推压压板9的横向分力为 Fcos α，由此在摩擦面上所产生的摩擦力(纵向)为μ Fcos α，而撑杆8推压压板9的纵向 分力为 Fsin α，若要使 μ Fcos α > Fsin α JlJtga < μ，即《 <arctan//= ρ。也就是说，如 果撑杆8的作用力方向在压板9的压紧面与塔筒31表面的摩擦角识的范围之内，则就出现 理论力学和机械原理中所称的自锁(self-lock)现象，其摩擦面上的摩擦力永远大于撑杆 8的向上的分力，而实际上多个撑杆8共同承担的向上的合力就等于风机2和塔筒31的重 力。就是说，这种结构形式，当吊篮70向上提升时，由于撑杆8的作用力方向在压板9的压 紧面与塔筒31表面的摩擦角P的范围之内，出现自锁现象，所以压板9不会沿塔筒31表面 滑动，而是抱紧装置7的撑杆8将压板9更加强有力地压靠在塔筒31上，塔筒31越重抱得 越紧。为了不损伤塔筒31的油漆面且获得较大的摩擦系数，通常压板9的、与塔筒31接 触的大摩擦系数的摩擦材料层选用稍软一些的橡胶，也可以在橡胶层外再粘贴一层皮革或 仿革织布。
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另外，由于在吊篮70上沿塔筒31的周向均勻布置多个抱紧装置7 (在图13中仅 示出了一个抱紧装置7。)，所以多个撑杆8推压压板9的径向推力全部作用在塔筒31上且 相互抵消，而撑杆8推压压板9的向上的分力，通过压板9最终以摩擦力的形式作用在塔筒 31上，与风机2和塔筒31的重力相平衡。由于抱紧装置7设置在吊篮70上，在抱紧装置7抱紧风机塔筒31时，吊篮70与 风机塔筒31成为一个刚性的整体，所以，吊篮70旋转或水平移动，则风机塔筒31也随之旋 转或水平移动。因此，通过由扭转装置51、横向微调装置52或纵向微调装置53驱动吊篮相 对承重梁61旋转或水平移动，能使风机塔筒31相对承重梁61旋转或水平移动。综上所述，本发明的风机整体安装旋转抱举机构，包括设置在门式框架16的两 立柱17之间、中间具有中央圆环68、且能沿门式框架16的两立柱17上下移动的承重梁61 ； 设置于中央圆环68下端的多个吊杆69 ；由多个吊杆69悬挂于中央圆环68下端的吊篮70 ； 设置在吊篮70上、沿吊篮70的周向分布的多个抱紧装置7 ；设置在吊篮70和与承重梁61 一体的连接架50之间的、用于驱动吊篮70旋转的扭转装置51。风机整体安装旋转抱举机构还包括平动装置，平动装置包括设置在吊篮70和连 接架50之间的横向微调装置52和纵向微调装置53。中央圆环68由承重梁61的中间部和能向敞开侧开合的两个对开的开合体63、自 动插销66、两个铰链65和两个开合体控制装置67构成，两个开合体63的一端均通过铰链 65铰接在承重梁61上，开合体控制装置67设置在承重梁和开合体63之间，在两个开合体 63闭合的状态下，自动插销66能将两个开合体63的另一端连接在一起。吊杆69由上部万向铰接环节80、下部万向铰接环节81及伸缩扭转环节86构成， 吊杆69的上部万向铰接环节80由上连接座89、中间连接件85、上部杆90以及两个在俯视 图中正交的销轴82和销轴83构成；下部万向铰接环节81由下连接座91、中间连接件88、 下部杆92以及两个在俯视图中正交的销轴87和销轴93构成；伸缩扭转环节86设置在上 部杆90和下部杆92之间，由内连接件95、外连接件96、推力轴承97和弹性元件98构成。 上连接座89与中央圆环68连接、下连接座91与吊篮70连接，上连接座89的分布圆直径 与下连接座91的分布圆直径相同且相位相同，上部万向铰接环节80的沿上连接座89的分 布圆径向延伸的销轴82设置在上连接座89和中间连接件85之间，沿上连接座89的分布 圆切线方向延伸的销轴83设置在中间连接件85和上部杆90之间，下部万向铰接环节81 的沿下连接座91的分布圆径向延伸的销轴87设置在下连接座91和中间连接件88之间， 沿下连接座91的分布圆切线方向延伸的销轴93设置在中间连接件88和下部杆92之间。为了能向敞开侧打开中央圆环68和吊篮70以及两端与中央圆环68和吊篮70连 接的吊杆69，吊篮70要采用与中央圆环68相同的结构形式。即吊篮70由吊篮本体72、能 向敞开侧开合的两个对开的吊篮开合体71、吊篮自动插销75、两个铰链73和两个吊篮开合 体控制装置76构成，两个吊篮开合体71的一端均通过铰链73铰接在吊篮本体72上，吊篮 开合体控制装置76设置在吊篮本体72和吊篮开合体71之间，在两个吊篮开合体71闭合 的状态下，吊篮自动插销75能将两个吊篮开合体71的另一端连接在一起。虽然吊篮70采用的是对开的结构形式，但也可以采用单开的结构形式，与中央圆 环68的结构形式保持一致。中央圆环68和吊篮70具有相同的开合机构，且用于中央圆环68的开合体63开合的铰链65与用于吊篮70的吊篮开合体71开合的铰链73在同一条铅垂线上。抱紧装置7由撑杆8、压板9和压板控制装置10构成，撑杆8的作用力方向在压板 9与风机塔筒31的摩擦面的摩擦角范围之内。由于风机整体安装旋转抱举机构6位于门式框架16的下方并具有以上结构，所 以，若通过驱动提升装置5使承重梁61下降、打开吊篮70、中央圆环68和护持装置20，控 制抱举架28移动到塔筒31下端的连接法兰附近，使风机塔筒31位于中央圆环68、吊篮70 和护持装置20的中心，关闭中央圆环68的开合体63和吊篮70的吊篮开合体71以及护持 装置20，插入自动插销66和吊篮自动插销75并锁闭护持装置20，再由抱紧装置7的压板 控制装置10将压板9压靠在风机塔筒31上，通过驱动提升装置5使承重梁61的导向装置 62 (中央圆环68)向上移动，多个吊杆69随之向上移动，吊篮70也随之向上移动，则安装 在吊篮70上的抱紧装置7的撑杆8进一步推压压板9，抱紧装置7能将风机塔筒31抱紧 并固定在吊篮70上。此时可以根据需要将风机2提升或下降到所需要的高度。在门式框 架16带动旋转抱举机构6移动到风机基础的安装基座上方时，通过驱动横向微调装置52 和纵向微调装置53能使风机塔筒31相对承重梁61水平移动，结合门式框架16的水平移 动装置26 (旋转抱举机构6的水平移动功能仅用于水平位置的微调。)的作用，能实现风 机塔筒31中心与风机安装基座中心的对中，通过驱动扭转装置51使风机塔筒31相对承重 梁61旋转，能实现风机塔筒31连接法兰的螺栓孔和风机基础上的安装基座的连接法兰螺 栓孔的对中，并将风机2固定在风机基础安装基座的连接法兰上。这样就避开了塔筒31上 方的机舱、轮毂和叶片，从风机2的下方抱举塔筒31，且在抱举着塔筒31的状态下，方便地 实现了风机塔筒中心与风机安装基座中心的对中、和风机塔筒连接法兰的螺栓孔和风机基 础上的安装基座的连接法兰螺栓孔的对中，由于不需要安装风机专用的起重法兰和工装， 所以在安装施工结束时，只要打开门式框架16上的护持装置20、松开抱紧装置7和承重梁 61的中央圆环68以及吊篮70，抱举架28就能脱离风机2，风机运输安装平台1就能很方便 地驶离风机2。另外，在上述实施例中，虽然承重梁61中间为圆形的中央圆环68，但也可以采用 正多边形的结构形式。另外，在上述实施例中，虽然承重梁61的中央圆环68是对开的结构形式，但也可 以采用单开的结构形式。另外，在上述实施例中，虽然吊杆69的上部万向铰接环节80和下部万向铰接环 节81采用的是两销轴82、83及87、93轴线正交但不在同一个平面内的铰接形式，但也可 以采用两轴线正交且在同一个平面内的十字轴式万向联轴器、球铰式万向联轴器的结构形 式，或仅一个轴的关节轴承(球铰)，在采用关节轴承的情况下，吊杆中部可以仅设置伸缩 环节。另外，在上述实施例中，虽然吊杆69采用的是刚性杆的结构形式，但也可以采用 柔性的吊索的结构形式，在采用吊索的情况下，吊杆的上下两端不设置万向铰接环节，吊杆 中部可以仅设置伸缩环节，也可以不设置伸缩环节。另外，在上述实施例中，虽然上部万向铰接环节80的上连接座89设置在中央圆环 68的下侧，下部万向铰接环节81的下连接座91设置在吊篮70的上侧，但也可以将上连接 座89设置在中央圆环68的上侧，将下连接座91设置在吊篮70的下侧。
另外，在上述实施例中，虽然伸缩扭转环节86中的弹性元件98采用的是碟簧，但 也可以采用螺旋弹簧、橡胶柱等其它弹性元件。另外，在上述实施例中，虽然吊篮70采用的是圆形的结构形式，但也可以采用多 边形的结构形式。另外，在上述实施例中，虽然吊篮70采用的是对开的结构形式，但也可以采用单 开的结构形式，与中央圆环68的结构形式保持一致。另外，在上述实施例中，虽然用于驱动吊篮70旋转或水平移动的扭转装置51、横 向微调装置52和纵向微调装置53采用的油缸，但也可以采用汽缸、滚珠丝杠或齿轮齿条等 结构形式。以上应用具体例子对本发明所提供的风机整体安装旋转抱举机构的原理及实施 方式进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思 想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理和总体架构的前 提下，完全可以对本发明进行一些改进和修饰，这些改进和修饰也在本发明权利要求的保 护范围之内。
1权利要求
一种风机整体安装旋转抱举机构，其特征在于包括设置在门式框架(16)的两立柱(17)之间、中间具有中央圆环(68)、且能沿所述门式框架(16)的两立柱(17)上下移动的承重梁(61)；设置于所述中央圆环(68)下端的多个吊杆(69)；由多个所述吊杆(69)悬挂于所述中央圆环(68)下端的吊篮(70)；设置在所述吊篮(70)上、沿所述吊篮(70)的周向分布的多个抱紧装置(7)；还包括设置在所述吊篮(70)和与所述承重梁(61)一体的连接架(50)之间的、用于驱动所述吊篮(70)旋转的扭转装置(51)。
2.根据权利要求1所述的风机整体安装旋转抱举机构，其特征在于还包括平动装置， 所述平动装置包括设置在所述吊篮(70)和所述连接架(50)之间的横向微调装置(52)和 纵向微调装置(53)。
3.根据权利要求1所述的风机整体安装旋转抱举机构，其特征在于所述中央圆环(68)由所述承重梁(61)的中间部和能向敞开侧开合的两个对开的开合体(63)、自动插销 (66)、两个铰链(65)和两个开合体控制装置(67)构成，两个所述开合体(63)的一端均通 过所述铰链(65)铰接在所述承重梁(61)上，所述开合体控制装置(67)设置在所述承重梁 (61)和所述开合体(63)之间，在两个所述开合体(63)闭合的状态下，所述自动插销(66) 能将两个所述开合体(63)的另一端连接在一起。
4.根据权利要求1所述的风机整体安装旋转抱举机构，其特征在于所述吊杆(69) 由上部万向铰接环节(80)、下部万向铰接环节(81)及伸缩扭转环节(86)构成，所述吊杆(69)的所述上部万向铰接环节(80)由上连接座(89)、中间连接件(85)、上部杆(90)以 及两个在俯视图中轴线正交的销轴(82、83)构成；所述下部万向铰接环节(81)由下连接 座(91)、中间连接件(88)、下部杆(92)以及两个在俯视图中轴线正交的销轴(87、93)构 成；所述伸缩扭转环节(86)设置在所述上部杆(90)和所述下部杆(92)之间，由内连接件 (95)、外连接件(96)、推力轴承(97)和弹性元件(98)构成；所述上连接座(89)与所述中 央圆环(68)连接、所述下连接座(91)与所述吊篮(70)连接，所述上连接座(89)的分布圆 直径与所述下连接座(91)的分布圆直径相同且相位相同，所述上部万向铰接环节(80)的 沿所述上连接座(89)的分布圆径向延伸的所述销轴(82)设置在所述上连接座(89)和所 述中间连接件(85)之间，沿所述上连接座(89)的分布圆切线方向延伸的所述销轴(83)设 置在所述中间连接件(85)和所述上部杆(90)之间，所述下部万向铰接环节(81)的沿所述 下连接座(91)的分布圆径向延伸的所述销轴(87)设置在所述下连接座(91)和所述中间 连接件(88)之间，沿所述下连接座(91)的分布圆切线方向延伸的所述销轴(93)设置在所 述中间连接件(88)和所述下部杆(92)之间。
5.根据权利要求1所述的风机整体安装旋转抱举机构，其特征在于所述吊篮(70)由 吊篮本体(72)、能向敞开侧开合的两个对开的吊篮开合体(71)、吊篮自动插销(75)、两个 铰链(73)和两个吊篮开合体控制装置(76)构成，两个所述吊篮开合体(71)的一端均通过 所述铰链(73)铰接在所述吊篮本体(72)上，所述吊篮开合体控制装置(76)设置在所述吊 篮本体(72)和所述吊篮开合体(71)之间，在两个所述吊篮开合体(71)闭合的状态下，所 述吊篮自动插销(75)能将两个所述吊篮开合体(71)的另一端连接在一起。
6.根据权利要求1、3或5所述的风机整体安装旋转抱举机构，其特征在于所述中央 圆环(68)和所述吊篮(70)具有参数相同的开合机构，且用于所述中央圆环(68)的开合体 (63)开合的所述铰链(65)与用于所述吊篮(70)的吊篮开合体(71)开合的所述铰链(73)在同一条铅垂线上。
7.根据权利要求1所述的风机整体安装旋转抱举机构，其特征在于所述抱紧装置(7) 由撑杆(8)、压板(9)和压板控制装置(10)构成，所述撑杆⑶的作用力方向在所述压板 (9)与风机塔筒(31)的摩擦面的摩擦角范围之内。
8.根据权利要求1或3所述的风机整体安装旋转抱举机构，其特征在于所述中央圆 环(68)是圆形或者正多边形的结构形式。
9.根据权利要求1或3所述的风机整体安装旋转抱举机构，其特征是所述中央圆环(68)是对开或者单开的结构形式。
10.根据权利要求1或4所述的风机整体安装旋转抱举机构，其特征在于所述吊杆(69)的所述上部万向铰接环节(80)和所述下部万向铰接环节(81)是两个在俯视图中销轴 轴线正交且不在同一个平面内的铰接形式，或在同一个平面内的十字轴式万向联轴器、球 铰式万向联轴器的结构形式，或者仅一个轴的关节轴承的结构形式。
11.根据权利要求10所述的风机整体安装旋转抱举机构，其特征在于在采用所述的 关节轴承结构形式时，所述吊杆中部还可以设置伸缩环节。
12.根据权利要求1或4所述的风机整体安装旋转抱举机构，其特征在于所述吊杆(69)是刚性杆的结构形式，或者是柔性吊索的结构形式。
13.根据权利要求12所述的风机整体安装旋转抱举机构，其特征在于当所述吊杆采 用所述柔性吊索时，吊杆中部还可以增设伸缩环节。
14.根据权利要求1或4所述的风机整体安装旋转抱举机构，其特征在于所述上部万 向铰接环节(80)的所述上连接座(89)设置在所述中央圆环(68)的下侧，所述下部万向铰 接环节(81)的所述下连接座(91)设置在所述吊篮(70)的上侧，或者所述上连接座(89) 设置在所述中央圆环(68)的上侧，所述下连接座(91)设置在所述吊篮(70)的下侧。
15.根据权利要求1或4所述的风机整体安装旋转抱举机构，其特征在于所述伸缩扭 转环节(86)的所述弹性元件(98)是碟簧或者螺旋弹簧或者橡胶柱。
16.根据权利要求1或5所述的风机整体安装旋转抱举机构，其特征在于所述吊篮(70)是圆形或者正多边形的结构形式。
17.根据权利要求1或5所述的风机整体安装旋转抱举机构，其特征在于所述吊篮 (70)是对开或者单开的结构形式，与中央圆环(68)的结构形式保持一致。
18.根据权利要求1或2所述的风机整体安装旋转抱举机构，其特征在于所述扭转装 置(51)、横向微调装置(52)和纵向微调装置(53)是油缸、汽缸、滚珠丝杠或者齿轮齿条。
全文摘要
本发明公开了一种风机整体安装旋转抱举机构，用于海上风机安装平台。旋转抱举机构包括设置在门式框架的两立柱之间、中间具有中央圆环、且能沿两立柱上下移动的承重梁；设置于中央圆环下端的多个吊杆；由多个吊杆悬挂于中央圆环下端的吊篮；在吊篮上沿周向分布的多个抱紧装置；设置在吊篮和连接架之间的驱动吊篮旋转或水平移动的扭转装置、横向微调装置和纵向微调装置。能在从风机下方抱举着塔筒的状态下，方便地实现塔筒中心和连接法兰螺栓孔的对中，在安装施工结束时，打开旋转抱举机构，就能脱离风机，安装平台就能驶离风机。
文档编号B66F11/00GK101973501SQ201010519989
公开日2011年2月16日 申请日期2010年10月20日 优先权日2010年10月20日
发明者任明琪, 王雷 申请人:三一电气有限责任公司