液压斜推式海上风机安装系统

摘要

本发明涉及一种液压斜推式海上风机安装系统，包括风机安装船，甲板尾部竖直安装尾部支柱，尾部支柱上设置尾部轨道；旋转装置，包括齿轮升降装置、旋转臂和机械手，齿轮升降装置沿尾部轨道上下滑动，旋转臂的一端与齿轮升降装置铰接；液压系统，包括液压动力装置和液压底座、以及与液压底座铰接的液压杆，液压杆顶端与旋转臂铰接，液压动力装置驱动液压杆伸缩，推动旋转臂旋转；风机排列升降装置，风机整体水平排列于风机排列升降装置上，机械手抱举风机的塔筒。本发明的机械手抱举风机塔筒后，液压系统向上推动旋转臂绕尾部横梁旋转，同时尾部横梁可沿尾部轨道上下移动，旋转臂两端协同作业，可以有效的缩短完成一台海上风机的安装时间。

权利要求

1.一种液压斜推式海上风机安装系统，其特征在于，包括：

风机安装船，所述风机安装船的甲板尾部竖直安装尾部支柱，尾部支柱上沿轴向设置尾部轨道；

旋转装置，包括齿轮升降装置、旋转臂和机械手，所述齿轮升降装置能够沿所述尾部轨道上下滑动，所述旋转臂的一端与所述齿轮升降装置铰接，所述机械手安装于所述旋转臂上；

液压系统，包括安装于甲板上的液压动力装置和液压底座、以及与所述液压底座铰接的液压杆，所述液压杆顶端与所述旋转臂的另一端铰接，所述液压动力装置驱动所述液压杆沿轴向伸缩，推动所述旋转臂旋转；

风机排列升降装置，安装于所述风机安装船的甲板上，对应于所述旋转臂的下方，等待安装的风机整体水平排列于所述风机排列升降装置上，所述机械手用于抱举所述风机的塔筒。

2.根据权利要求1所述的液压斜推式海上风机安装系统，其特征在于，所述尾部支柱有两根，对称设置于甲板的左舷和右舷；所述齿轮升降装置有两个，分别在两个尾部支柱上移动，两个齿轮升降装置之间通过尾部横梁连接。

3.根据权利要求2所述的液压斜推式海上风机安装系统，其特征在于，所述齿轮升降装置包括固定架和安装于所述固定架两侧的齿轮，所述固定架内安装有用于驱动所述齿轮转动的电机；所述固定架与所述尾部横梁固定连接。

4.根据权利要求2或3所述的液压斜推式海上风机安装系统，其特征在于，所述旋转臂、液压底座、液压杆的数量均为两个，分别关于船体中纵剖面对称布置；所述旋转臂的一端与所述尾部横梁铰接、另一端与所述液压杆铰接；所述机械手设置于两个旋转臂之间。

5.根据权利要求4所述的液压斜推式海上风机安装系统，其特征在于，所述机械手包括相互铰接的上机械手和下机械手，所述上机械手和下机械手均为圆弧形；两个旋转臂上的机械手关于船体中纵剖面对称设置；两个对称设置的机械手为一组，合拢状态为一个完整的圆形。

6.根据权利要求5所述的液压斜推式海上风机安装系统，其特征在于，所述机械手有五组，沿所述旋转臂均布排列，位于端部的两组机械手分别对应风机塔筒5m和50m高度段。

7.根据权利要求1所述的液压斜推式海上风机安装系统，其特征在于，所述液压杆包括从外到内依次套装的一级液压杆、二级液压杆和三级液压杆，所述一级液压杆的底端与所述液压底座铰接，所述三级液压杆的顶端通过连杆与所述旋转臂铰接。

8.根据权利要求1所述的液压斜推式海上风机安装系统，其特征在于，所述风机排列升降装置包括竖直安装于所述风机安装船甲板上的船中支柱，所述船中支柱沿轴向设置第一轨道，所述第一轨道上设置若干与所述第一轨道适配的风机升降器，所述风机升降器包括滑块和悬臂梁，所述滑块一侧设置第二齿轮，所述滑块内设电机驱动所述第二齿轮沿所述第一轨道上下移动；所述悬臂梁垂直于所述船中支柱，所述悬臂梁的端部安装固定夹。

9.根据权利要求8所述的液压斜推式海上风机安装系统，其特征在于，所述风机排列升降装置两个为一组，对称布置于所述风机安装船的左舷和右舷；所述风机安装船沿船长方向安装若干组所述风机排列升降装置。

10.根据权利要求8所述的液压斜推式海上风机安装系统，其特征在于，所述船中支柱的顶端和底端均安装有旋转收纳装置，所述旋转收纳装置与所述船中支柱同轴设置并能够绕中心轴旋转，所述旋转收纳装置沿周向均匀设置若干第二轨道，所述第二轨道的数量与所述风机升降器的数量相等，所述第二轨道与第一轨道的结构相同且能够与第一轨道对接。

说明书

液压斜推式海上风机安装系统

技术领域

[0001] 本发明涉及海上风机安装技术领域，具体涉及一种液压斜推式海上风机安装系统。

背景技术

[0002] 随着全球海上风电开发建设的持续升温，亚太地区对于海上风机安装船的需求也在与日俱增。

[0003] 目前海上风机安装方式主要有分体吊装和整体吊装两种。分体吊装方案中先安装海上基础，再吊装风机塔筒，最后完成机舱和叶片安装。分体吊装海上作业时间长，安装对天气条件极其敏感，但对风电安装船的起吊能力要求不高。整体吊装方式是将塔架、机舱和叶片在陆地上组装好，利用船舶运输到安装现场，采用“一体式”的整体起吊安装到基础上，可减少海上的高空作业，因而海上安装的时间不长，但对海上安装船的起吊能力和机组运输能力提出了很高的要求，一次出海可安装的风机数量在1-2台，数量不多，且风机的竖直安放运输导致船舶重心较高。

[0004] 由上可见，传统的分段吊装和整体吊装安装方式效率低，作业时间长，对天气条件极其敏感，增加了工期的不确定性。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种液压斜推式海上风机安装系统，它能提高海上风机安装效率、降低安装风险和成本。

[0006] 本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

[0007] 一种液压斜推式海上风机安装系统，包括：

[0008] 风机安装船，所述风机安装船的甲板尾部竖直安装尾部支柱，尾部支柱上沿轴向设置尾部轨道；

[0009] 旋转装置，包括齿轮升降装置、旋转臂和机械手，所述齿轮升降装置能够沿所述尾部轨道上下滑动，所述旋转臂的一端与所述齿轮升降装置铰接，所述机械手安装于所述旋转臂上；

[0010] 液压系统，包括安装于甲板上的液压动力装置和液压底座、以及与所述液压底座铰接的液压杆，所述液压杆顶端与所述旋转臂的另一端铰接，所述液压动力装置驱动所述液压杆沿轴向伸缩，推动所述旋转臂旋转；

[0011] 风机排列升降装置，安装于所述风机安装船的甲板上，等待安装的风机整体水平排列于所述风机排列升降装置上，所述机械手用于抱举所述风机的塔筒。

[0012] 上述方案中，所述尾部支柱有两根，对称设置于甲板的左舷和右舷；所述齿轮升降装置有两个，分别在两个尾部支柱上移动，两个齿轮升降装置之间通过尾部横梁连接。

[0013] 上述方案中，所述齿轮升降装置包括固定架和安装于所述固定架两侧的齿轮，所述固定架内安装有用于驱动所述齿轮转动的电机；所述固定架与所述尾部横梁固定连接。

[0014] 上述方案中，所述旋转臂、液压底座、液压杆的数量均为两个，分别关于船体中纵剖面对称布置；所述旋转臂的一端与所述尾部横梁铰接、另一端与所述液压杆铰接；所述机械手设置于两个旋转臂之间。

[0015] 上述方案中，所述机械手包括相互铰接的上机械手和下机械手，所述上机械手和下机械手均为圆弧形；两个旋转臂上的机械手关于船体中纵剖面对称设置；两个对称设置的机械手为一组，合拢状态为一个完整的圆形。

[0016] 上述方案中，所述机械手有五组，沿所述旋转臂均布排列，位于端部的两组机械手分别对应风机塔筒5m和50m高度段。

[0017] 上述方案中，所述液压杆包括从外到内依次套装的一级液压杆、二级液压杆和三级液压杆，所述一级液压杆的底端与所述液压底座铰接，所述三级液压杆的顶端通过连杆与所述旋转臂铰接。

[0018] 上述方案中，所述风机排列升降装置包括竖直安装于所述风机安装船甲板上的船中支柱，所述船中支柱沿轴向设置第一轨道，所述第一轨道上设置若干与所述第一轨道适配的风机升降器，所述风机升降器包括滑块和悬臂梁，所述滑块一侧设置第二齿轮，所述滑块内设电机驱动所述第二齿轮沿所述第一轨道上下移动；所述悬臂梁垂直于所述船中支柱，所述悬臂梁的端部安装固定夹。

[0019] 上述方案中，所述风机排列升降装置两个为一组，对称布置于所述风机安装船的左舷和右舷；所述风机安装船沿船长方向安装若干组所述风机排列升降装置。

[0020] 上述方案中，所述船中支柱的顶端和底端均安装有旋转收纳装置，所述旋转收纳装置与所述船中支柱同轴设置并能够绕中心轴旋转，所述旋转收纳装置沿周向均匀设置若干第二轨道，所述第二轨道的数量与所述升降机的数量相等，所述第二轨道与第一轨道的结构相同且能够与第一轨道对接。

[0021] 本发明的有益效果在于：

[0022] 1.优化安装步骤，提高安装效率。

[0023] 本发明的液压斜推式海上风机安装系统主要包括风机安装船、旋转装置、液压系统和风机排列升降装置，机械手抱举风机塔筒后，液压系统向上推动旋转臂绕尾部横梁旋转，同时尾部横梁可沿尾部轨道上下移动，旋转臂两端协同作业，最终完成风机的竖立和安装对接。这种安装方式可以有效的缩短完成一台海上风机的安装时间：传统分段吊装完成一台海上风机的安装大约需要12小时；而采用液压斜推式整体安装的方法，假设平均每小时斜推进程s＝10m，风机重心从安装前到安装后的位移为L＝47m，定位对接需要2h，则整个安装过程可在7小时内完成。

[0024] 2.多组机械手抱举风机，提高安装稳定性。

[0025] 海上风机安装受海况影响较大，高空作业的安装稳定性直接影响到风机的使用寿命。利用五组机械手将风机塔筒5m至50m高度段抱住，为防止机械手作用力使风机塔筒表面变形和油漆脱落，在每个机械手内部预垫橡胶材料，同时可以提高摩擦力。风机整体重心位于45m高处，机械手的抱举范围能涵盖风机重心，五组机械手同时作用，使风机安装过程中的固定更加牢固；风机从水平状态到竖直状态，比原安装方式风机一直处于竖直状态下的受风面积减小，重心降低，提高了安装过程中的稳定性。

[0026] 3.智能安装控制，对接更加高效精确。

[0027] 机械手抱举风机后，通过智能控制系统，使液压臂和尾部横梁协同作业，使风机整体重心在斜推安装过程中沿着安装前后重心位置的连线移动，即以重心变化做功最小的方式协同作业，完成风机的斜推安装，智能化的控制能节省斜推时间和安装时的能耗、提高安装的精确程度。

[0028] 4.风机升降器，实现了风机的垂向分层排布。

[0029] 一台海上风机由四组风机升降器实现其运输中的固定，风机升降器可沿船中支柱上升下降，四组风机升降器的运用可以实现整体海上风机在船舶上的垂向分层排布，大大节约了空间。

附图说明

[0030] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

[0031] 图1是本发明液压斜推式海上风机安装系统的整体结构示意图；

[0032] 图2是图1所示的液压斜推式海上风机安装系统的尾部支柱结构示意图；

[0033] 图3是图1所示的液压斜推式海上风机安装系统的旋转装置结构示意图；

[0034] 图4是图3所示的旋转装置的齿轮升降装置的结构示意图；

[0035] 图5是图3所示的旋转装置的机械手结构示意图；

[0036] 图6是图1所示的液压斜推式海上风机安装系统的液压系统的结构示意图；

[0037] 图7是图1所示的液压斜推式海上风机安装系统的风机排列升降装置结构示意图；

[0038] 图8是图7所示的风机排列升降装置的风机升降器结构示意图；

[0039] 图9是图1所示的液压斜推式海上风机安装系统的风机垂向分层排布侧视图；

[0040] 图10是图1所示的液压斜推式海上风机安装系统的作业状态主视图。

[0041] 图中：10、风机安装船；20、尾部支柱；21、尾部轨道；30、旋转装置；31、齿轮升降装置；311、固定架；312、第一齿轮；32、旋转臂；33、机械手；331、上机械手；332、下机械手；34、尾部横梁；35、连杆；40、液压系统；41、液压动力装置；42、液压底座；43、液压杆；431、一级液压杆；432、二级液压杆；433、三级液压杆；50、风机排列升降装置；51、船中支柱；511、第一轨道；52、风机升降器；521、第二齿轮；522、滑块；523、悬臂梁；524、推进器；525、固定夹；53、旋转收纳装置；531、第二轨道；54、套筒；60、风机整体。

具体实施方式

[0042] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

[0043] 如图1所示，为本发明一较佳实施例的液压斜推式海上风机安装系统，包括：风机安装船10，风机安装船10的甲板尾部竖直安装尾部支柱20，尾部支柱20上沿轴向设置尾部轨道21；

[0044] 旋转装置30，包括齿轮升降装置31、旋转臂32和机械手33，齿轮升降装置31能够沿尾部轨道21上下滑动，旋转臂32的一端与齿轮升降装置31铰接，机械手33安装于旋转臂32上，旋转臂32能够随齿轮升降装置31同步沿尾部轨道21上下滑动；

[0045] 液压系统40，为风机整体60的斜推安装提供动力，包括安装于甲板上的液压动力装置41和液压底座42、以及与液压底座42铰接的液压杆43，液压杆43顶端与旋转臂32的另一端铰接，液压动力装置41驱动液压杆43沿其轴向伸缩，从而推动旋转臂32旋转；

[0046] 风机排列升降装置50，安装于风机安装船10的甲板上，等待安装的风机整体60水平排列于风机排列升降装置50上，机械手33用于抱举风机塔筒。

[0047] 进一步优化，本实施例中，尾部支柱20有两根，对称设置于甲板的左舷和右舷；齿轮升降装置31对应有两个，分别在两个尾部支柱20上移动，两个齿轮升降装置31之间通过尾部横梁34连接，使两个齿轮升降装置31上下移动时始终保持在同一水平线上。

[0048] 进一步优化，本实施例中，齿轮升降装置31包括固定架311和安装于固定架311两侧的第一齿轮312；尾部支柱20表面设置凹槽，尾部轨道21为设置于该凹槽相对两侧面上的齿条轨道，两个齿条轨道分别与固定架311两侧的第一齿轮312啮合；固定架311内安装有用于驱动第一齿轮312转动的电机；固定架311与尾部横梁34固定连接，两个固定架311分别固定在尾部横梁34的两端。优选地，一个齿轮升降装置31包括六个第一齿轮312，固定架311两侧各三个，六个第一齿轮312内嵌于固定架311的两侧，通过电机驱动齿轮的转动最终带动整个旋转装置30的升降。

[0049] 进一步优化，本实施例中，旋转臂32、液压底座42、液压杆43的数量均为两个，分别关于船体中纵剖面对称布置；旋转臂32的一端与尾部横梁34铰接、另一端与相应的液压杆43铰接；机械手33设置于两个旋转臂32之间。优选地，旋转臂32的一端套装于尾部横梁34外周，利用轴承实现绕尾部横梁34的转动，轴承安装于旋转臂32的端部和尾部横梁34之间。

[0050] 进一步优化，本实施例中，机械手33安装于旋转臂32的内侧，包括相互铰接的上机械手331和下机械手332，上机械手331和下机械手332的形状大致为1/4圆弧形，内径比风机塔筒外径略大，机械手33的内表面铺设橡胶材料，以保护塔筒表面和增大接触摩擦力。两个旋转臂32上的机械手33关于船体中纵剖面对称设置；两个对称设置的机械手33为一组，合拢状态为一个完整的圆形。当机械手33需要抱举风机塔筒时，旋转装置30水平，下机械手332旋转打开然后闭合，环抱风机塔筒；当风机整体60与风机基座对接完成后需要分离时，旋转装置30竖直，上机械手331旋转打开从而松开风机塔筒。

[0051] 进一步优化，本实施例中，机械手33有五组，沿旋转臂32均布排列，位于端部的两组机械手33分别对应抱举风机塔筒5m和50m高度段。风机整体60重心位于45m高处，风机重心位于五组机械手33的抱举范围内，五组机械手33同时作用，使风机安装过程中的固定更加牢固。

[0052] 进一步优化，本实施例中，液压杆43包括从外到内依次套装的一级液压杆431、二级液压杆432和三级液压杆433。一级液压杆431的底部通过轴承与液压底座42铰接，保证液压杆43可以沿船长平面内旋转。三级液压杆433的顶端通过连杆35与旋转臂32连接，连杆35的一端与旋转臂32固定连接，连杆35的另一端套装于三级液压杆433的外周，利用轴承实现绕三级液压杆433转动。液压动力装置41为三个液压杆的伸缩提供动力，先推动二级液压杆432向上运动，二级液压杆432到达最大行程时，再推动三级液压杆433向上运动。由于海上风机整体60安装过程中的液压行程比较长，设置三个液压杆能够减小单个液压杆的长度，能保证液压杆43在推举过程中各级液压杆的受力均满足结构强度要求。

[0053] 进一步优化，本实施例中，风机排列升降装置50包括竖直安装于风机安装船10甲板上的船中支柱51和套装于船中支柱51外周的套筒54。船中支柱51沿轴向设置第一轨道511，第一轨道511上设置四个与其适配的风机升降器52。风机升降器52包括滑块522和悬臂梁523，滑块522一端卡置于套筒54内，滑块522一侧安装第二齿轮521，滑块522内设电机驱动第二齿轮521沿第一轨道511上下移动；悬臂梁523垂直于船中支柱51，悬臂梁523的端部安装固定夹525，用于对风机整体60进行托举。固定夹525为圆弧形，固定夹525的内表面安装有防滑垫。悬臂梁523上安装有推进器524，推进器524能够推动固定夹525沿水平方向移动，以调节固定夹525对风机塔筒的夹紧力，防止运输时晃动移位。

[0054] 进一步优化，本实施例中，风机排列升降装置50两个为一组，对称布置于风机安装船10的左舷和右舷；风机安装船10沿船长方向安装四组风机排列升降装置50，形成风机排列升降系统。

[0055] 进一步优化，本实施例中，为了达到四台风机的安放和安装过程畅通无阻，船中支柱51的顶端和底端均安装有旋转收纳装置53，用于停放闲置的风机升降器52。旋转收纳装置53与船中支柱51同轴设置并能够绕中心轴旋转，旋转收纳装置53沿周向均匀设置四条第二轨道531，第二轨道531的数量与风机升降器52的数量相等，第二轨道531与第一轨道511的结构相同且能够与第一轨道511对接。风机整体60上船前，四个风机升降器52互相成90度夹角停放于底部旋转收纳装置53的四个第二轨道531上。风机整体60上船后，四个风机升降器52依次旋转至工作位置，然后上升至与风机整体60同等高度将四个风机整体60托举至适当的位置。当风机整体60完成海上安装过程后，四个风机升降器52依次上升至顶部旋转收纳装置53的第二轨道531上，并旋转90度，每次旋转90度后，第二轨道531与第一轨道511对接契合，以便下一个风机升降器52爬升至第二轨道531。当四台风机整体60完成海上安装过程后，四个风机升降器52全部成90度夹角停放在顶部的旋转收纳装置53上。船中支柱51底端的旋转收纳装置53位于风机安装船10的甲板下方，甲板与船中支柱51连接处设有甲板开口。当运输车装载着风机整体60登船后，甲板开口打开，风机升降器52升起至与风机整体60同一水平高度，固定夹525抱举风机整体60并稳固托住风机整体60，此时风机整体60全部重量放在风机排列升降装置50上，运输车此时可经由跳板梯退离船体，风机排列升降装置50随后将风机整体60上升至指定位置。

[0056] 采用本发明的液压斜推式海上风机安装系统进行海上风机安装的过程如下：

[0057] 四台风机整体60到达指定安装海域时在风机排列升降装置50的支撑下的排列状态如图8所示；旋转臂32上的下机械手332打开，水平放置的风机由四组风机升降器52同时作用升至机械手33内部，下机械手332闭合，机械手33内部垫的橡胶层对风机塔筒起到保护与缓冲作用；液压动力装置41为液压杆43提供动力使液压系统40缓慢推动旋转臂32绕尾部横梁34转动，同时尾部横梁34上的齿轮升降装置31驱动尾部横梁34向下运动，并带动旋转臂32及风机整体60缓慢向下移动，使风机塔筒底部靠近海上预装完成的基座，液压系统40继续斜推，最终使风机由水平状态变为竖直状态，如图9所示；风机安装船10利用动力定位系统将风机塔筒底部与基座定位在同一竖直线上，齿轮升降装置31带动旋转臂32及风机整体60继续缓慢下降，最终完成塔筒与基座的精确对接；然后上机械手331打开，风机安装船10向前行驶，旋转臂32与风机分离，液压系统40带动旋转臂32回收至水平状态，完成一台海上风机的整机液压斜推式安装。然后采用相同的方法完成另外三个风机整体60的安装。

[0058] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

[0059] 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。