用于风电安装船的一步式起重系统及装设其的风电安装船

摘要

本发明涉及用于风电安装船的一步式起重系统，包括：上部支架、适于固装到风电安装船甲板上的下部支架、设于上部支架上的第一平台、以及设于上部支架和下部支架之间的第二平台；限位部件，其设于第一平台上用于固定风塔；至少3对彼此对应的定滑轮组、动滑轮组和导向滑轮；动力提升装置，其被设置成通过导向滑轮与定滑轮组相关联用于提供提升动力；控制装置，其用于控制动力提升装置的运行。它还涉及装设了该起重系统的风电安装船。本发明具有结构设计合理、操控方便、工作性能稳定可靠等优点，使用其能将风电机组整体式吊装运输到作业海域，并能非常方便地将其一步式吊运至指定安装位置，从而可显著降低作业难度、节省施工费用并提高施工安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种起重系统，尤其涉及一种用于风电安装船的一步式起重系统以及装设了所述一步式起重系统的风电安装船。

背景技术

随着时代进步和科技发展，特别是人们环保意识的不断增强以及面临以煤炭、石油等为代表的传统能源日益枯竭的问题，在世界范围内加大了针对各类新能源技术的研究和开发。其中，利用风能的海洋风力发电目前已经成为作为新能源重要组成的风电的重点发展方向，风电机组的安装是通过风电安装船将相关的风电机组运输到安装场地进行吊装的。当前，在海上对于风电机组的安装采用的还是传统的分体式吊装。然而，由于海上作业的工况比较复杂，在设备安装过程中确实难以掌握其受力情况并实施有效控制，所以安装作业费时、费力且成本较高，而且也无法保证安全。值得注意的是，随着风电机组日趋大型化和离陆安装距离的不断远程化，这都将会增大在海上作业的难度，影响到操作安全性。

在公开号为CN101850833A的中国发明专利申请中公开了一种风电设备安装用摆臂式起重驳船，它包括驳体，由左右桁架立柱、桁架横梁和滑轮横梁组成的龙门臂架，并且左右桁架立柱的下端与驳体上的铰支座铰接，左右桁架立柱上部通过前、后变幅机构分别与驳体的前后甲板相连接，而且在左右桁架立柱的下部还装有两套起升机构，并且在驳体的两侧则分别装有叶轮式推进器和撬式推进器。然而，在该发明申请中也是需要将风力发电机各部件运送到处于潮间带风机的基座位置，然后再进行安装作业的。因此，即便采用上述发明申请的技术方案，同样无法克服以上列举出的这些现存弊端。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于风电安装船的一步式起重系统，从而能够有效解决现有技术中存在的上述问题。

此外，本发明的目的在于提供一种装设了上述用于风电安装船的一步式起重系统的风电安装船，以满足现实需求。

为实现上述及其他方面的发明目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种用于风电安装船的一步式起重系统，其包括：

上部支架、适于固装到风电安装船甲板上的下部支架、设于所述上部支架上的第一平台、以及设于所述上部支架和下部支架之间的第二平台，其中所述第一平台和第二平台上分别设有彼此相适配以使风电机组的风塔通过而置入所述第一平台和第二平台内的第一开口部和第二开口部；

限位部件，其设于所述第一平台上用于固定所述风塔；

至少3对彼此对应的定滑轮组、动滑轮组和导向滑轮，其中所述定滑轮组和导向滑轮环设于所述第二平台上，所述动滑轮组通过绳索挂设于对应的定滑轮组下方并且至少带有一个用于连接到风电机组上的连接部件；

动力提升装置，其被设置成通过所述导向滑轮与所述定滑轮组相关联用于提供提升动力；以及

控制装置，其用于控制所述动力提升装置的运行。

在上述的一步式起重系统中，优选地，所述一步式起重系统还包括动滑轮组同步部件，其被构造成适于将所述动滑轮组套设于其中以实现所述动滑轮组同步运动。

在上述的一步式起重系统中，优选地，所述动滑轮组带有滚轮，所述动滑轮组同步部件呈环状且其上设有适于所述动滑轮组的滚轮沿所述动滑轮组同步部件的径向进行移动的导槽。

在上述的一步式起重系统中，优选地，所述一步式起重系统还包括加强部件，其设于所述第二平台上并被构造成适于在需要时用于封闭所述第二开口部以增强所述第二平台的刚度。

在上述的一步式起重系统中，优选地，所述上部支架、下部支架、第一平台、第二平台和/或加强部件采用由管桁架结构和箱形结构所组成的混合结构制成。

在上述的一步式起重系统中，优选地，所述第一平台呈∏形和/或所述第二平台呈圆弧形。

在上述的一步式起重系统中，优选地，所述第二平台上设有用于放置所述控制装置的控制室和/或用于进行风电安装船运行控制的驾驶室。

在上述的一步式起重系统中，优选地，所述动力提升装置包括环绕所述下部支架布置的3组卷扬机，并且所述控制装置包括对应控制所述卷扬机的绝对值编码器。

在上述的一步式起重系统中，优选地，所述一步式起重系统还包括电梯装置，其被设置用于抵达所述第一平台和/或所述第二平台。

在上述的一步式起重系统中，优选地，所述一步式起重系统还包括气囊装置，其被设置用于在将所述风塔置入所述第一平台和第二平台内并通过所述限位部件进行固定之后，填充于所述第一平台和风塔之间和/或填充于所述第二平台和风塔之间，以保证在水面航运过程中的稳定性。

在上述的一步式起重系统中，优选地，所述一步式起重系统还包括安全保护装置，其用于在风电安装船出现超载、超速或发生异常时实现自动停车。

在上述的一步式起重系统中，优选地，所述安全保护装置中还设有用于进行报警提示的告警部件。

一种风电安装船，在所述风电安装船上装设有至少一个如以上任一项所述的一步式起重系统。

在上述的风电安装船中，优选地，在所述风电安装船的船艏和船艉分别装设有一个所述一步式起重系统。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种新型的用于风电安装船的起重系统，它具有结构设计合理、操控方便、工作性能稳定可靠等优点，使用其能够将风电机组整体式吊装运输到作业海域，并且可以非常方便地将风电机组一步式吊运至指定安装位置，从而能够显著降低水面作业难度、节省施工费用并且提高施工现场的安全性。此外，还可以根据实际应用需要而同时在风电安装船上装设两个或多个上述起重系统，以便在每次出海作业时能运输并安装多台风电机组来进一步地提高作业效率、降低安装成本。因此，本发明的一步式起重系统以及相应地装设了其的风电安装船完全适用于在海洋、江河等水体上进行风电机组的吊运和安装等操作。

附图说明

以下将结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。其中：

图1是本发明用于风电安装船的一步式起重系统一个实施例的主视结构示意图;

图2是图1示例的一个侧视结构示意图；

图3是沿图1中A-A方向的结构视图；以及

图4是沿图1中B-B方向的结构视图。

具体实施方式

首先，请参阅图1和图2，它们概要地显示出了本发明的一步式起重系统的一个示范性实施例的基本结构，在这些附图中也同时局部图示出了安装了该一步式起重系统的风电安装船的一部分。下面将结合图1和图2，通过对该实施例的结构及构成的详细描述来说明本发明的基本构造、特点和优点。然而，必须明确以下这些描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何的限制。

再者，在本文中所提到的上、下、前、后、船艏、船艉、横向、纵向等方位用语是相对于各附图中所示的风电安装船、一步式起重系统或其组成部分进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

此外，还需要指出的是，在本文提及到的各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在附图中的任意单个技术特征，仍然可以在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意的组合，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。

如图1所示，在上述实施例中，本发明的一步式起重系统主要包括上部支架3、下部支架4、第一平台5、第二平台6、限位部件11、定滑轮组12、动滑轮组13、导向滑轮14、动力提升装置18、控制装置19以及其他一些可选组成部分。

下部支架4被构造成适于固装到风电安装船1的甲板2上，并且为设置在它上方的其他部分提供足够大的承载力。对于下部支架4与甲板2之间的具体固装方式，完全可以采用现有技术中的任何适用方式，由于这部分内容不属于本发明的重点并且为被本领域技术人员所了解或熟知，因而在此不做详细说明。

在上述实施例中设置有两个平台，即第一平台5和第二平台6，其中前者被设在上部支架3上，而后者则被设在上部支架3和下部支架4之间。作为一种优选的情形，可以采用由管桁架结构和箱形结构组成的混合结构来制造成上述的上部支架3、下部支架4、第一平台5和/或第二平台6，这样不仅使得本一步式起重系统的整体外型美观、线条轮廓流畅，而且能够充分保障系统受力明确，有助于尽可能减小由于船体航行摇摆运动而对一步式起重系统所造成的不利影响。

在通常情况下，作为本发明中主要的承载和支撑部分的上部支架3、下部支架4上都是设置有楼梯23的，以便工作人员可以借此进行上、下走动。而更优选地是，在上述实施例中还专门设置了电梯装置26来分别工作人员抵达第一平台5或第二平台6，在图2中同时图示出了该电梯装置26运行至两个不同高度位置处的情形。在某些特殊情况下，也有可能在装设了电梯装置26之后就不再设置楼梯23。当然，在本发明中同时设置电梯装置和楼梯是被最优先考虑的。

请再参考图3和图4，它们分别是沿着图1中的A-A方向和B-B方向展示出的结构视图。如这些图所示，第一平台5和第二平台6都呈现出具有非封闭的构造，例如图3和图4中所示出的∏形和圆弧形。具体而言，在第一平台5上设置有第一开口部9，而在第二平台6上则相应地设置了第二开口部10，第一开口部9和第二开口部10的各自设置位置及其开口大小彼此相适配，以便使得风电机组7的风塔8能够通过它们而被放置进入第一平台5和第二平台6所形成的空间内部。

在第一平台5上设置有用于固定风塔8的限位部件11，其数量和布置位置可以根据实际情况而定(例如，风塔8的尺寸、施工时气候条件等)。出于进一步保证水面航运过程中稳定性的考虑，优选地还可以在第一平台5和风塔8之间、在第二平台6和风塔8之间、或者同时在以上两个位置设置气囊装置(未示出)，这样就可以在将风塔8吊置放入第一平台5和第二平台6的内部并用限位部件11加以固定之后，通过这样的气囊装置来缓冲并吸收航运途中可能出现的振动和冲击作用、减少摇晃。另外，在第一平台5采用上述∏形或者其他类似结构时，通过第一平台5的这些侧部也可以对风塔8的上部进行侧向支撑，从而更好地实现风电机组在运输过程中保持良好的稳定性。

为了能在实际应用需要时进一步增强第二平台6的刚度，优选地还可以在第二平台6上增设加强部件24，以便通过其来封闭第二开口部10而使第二平台6形成封闭结构，从而以此来优化第二平台6本身、乃至一步式起重系统的整体力学性能。例如，可以将加强部件24设置成俯仰式闭合梁的形式，在吊装风塔8进入第一平台5和第二平台6后就将该俯仰式闭合梁放下而封闭第二开口部10以加强结构刚性。

显然，上述的加强部件24可以直接采用管桁架结构来制成，也可以采用如前所述的由管桁架结构和箱形结构组成的混合结构制造而成。作为一种优选的情形，可以将加强部件24的外形构造成与第二平台6的整体外形相互补，例如借助于该加强部件24能促使第二平台6在需要时形成一个封闭圆环结构。

为吊装操作提供动力、动力传递以及动力控制的相关装置或机构也都是本发明的重要组成部分，下面将主要通过图1和图2来对这些装置或机构进行介绍。

在图1和图2中都显示出了彼此相对应的定滑轮组12、动滑轮组13和导向滑轮14，它们在本实施例中需要至少设置3对，当然在每一对中所包含的具体定滑轮、动滑轮和导向滑轮的数目可能是完全相同的，也可能是完全不同的。其中，定滑轮组12和导向滑轮14环绕第二平台6并装设于其上，而动滑轮组13则是通过绳索16挂设在与其对应的定滑轮组12的下方，动滑轮组13下挂的起升高度由风塔8的尺寸等因素来决定。在本发明中，绳索16或者其他位置处使用到的类似物可以采用钢丝绳或者其他适用部件，这些适用部件的诸如力学性能、耐磨性能等均应当能够满足使用需要。

在上述实施例中，动滑轮组13被构造成至少带有一个连接部件17，以便通过这样的连接部件17连接到风电机组7来进行吊装操作。具体而言，连接部件17可以是下挂在动滑轮组13的轴销部件，通过这类轴销部件来挂提到围绕风塔8设于其上的圈绳上，同时在风塔8上需要根据动滑轮13的布置情况来设定埋圈上的吊装工作点，然后将圈绳的两端都附挂在上述轴销部件上来实现吊装提升操作。当解开圈绳的一端时，提升动滑轮13就可以非常方便、快捷地实现风塔8上的圈绳与动滑轮组13之间的脱离，从而有助于提升现场施工效率、降低施工人员的工作量。

为了保证在本发明中的各组动滑轮组13以及每一组动滑轮组13内各动滑轮组尽可能进行同步运动，优选地还特别设置了动滑轮组同步部件22，各动滑轮组13被套设在该动滑轮组同步部件22中，从而保证这些动滑轮由于受到约束而实现同步运动，并且有利于在吊装和运输过程中实现风电机组的整机平衡。更优选地，在动滑轮组13上还设置了滚轮15，并将动滑轮组同步部件22构造成环状，同时在该动滑轮组同步部件22上设置了导槽(未示出)，这样的导槽被用来能引导上述滚轮15沿着动滑轮组同步部件22的径向进行移动而调整其位置，以便能快速、灵活地适应于塔筒8的直径变化。

在图1和图2中还示出了动力提升装置18，它被设置成通过导向滑轮14与定滑轮组12进行关联来提供提升动力。结合以上附图可以理解，在该实施例中，动力提升装置18可以包括三套卷扬机，它们是沿着风电安装船1的横向分别设置在下部支架4两侧的两套卷扬机(图1)、沿着风电安装船1的纵向设置在下部支架4后侧的一套卷扬机(图2)。此外，为了保护动力提升装置18，还可以在风电安装船1设置动力提升装置室25来加以保护，以免其遭受到雨、水或风等侵蚀和不利影响。

为了控制吊装操作，还需要设置控制装置19来操控动力提升装置18的运行。在该控制装置19中，它可以包括绝对值编码器来对应控制上述的卷扬机，在进行调平后通过PLC控制能有效保证被吊物上下水平运行，从而可以非常平稳地完成风电机组的水下安装操作。

如图4所示，优选地将控制装置19放置在设于第二平台6上的控制室20内。同时，也可以将驾驶室21设置在第二平台6上来操控风电安装船1的运行。如前所述，工作人员可以通过乘坐电梯装置26而相当方便地抵达该第二平台6，然后进入控制室20和/或驾驶室21来完成上述操作。

为了进一步提高本发明的安全操控性能，优选地还可以增设安全保护装置(未示出)，它可以在风电安装船1出现超载、超速或者发生异常时自动实现安全停车。在该安全保护装置中，还可以设置具有报警提示功能的告警部件。如前所述，可以将上述的安全保护装置设置在控制室20和/或驾驶室21中。

本发明还相应地提供了一种风电安装船，在该风电安装船上可以装设如前所述的一步式起重系统。作为一个举例性示例，可以同时在风电安装船的船艏、船艉分别装设有上述一步式起重系统，以便能够同时装运两台风电机组，从而节省运输和安装费用，减少施工用时。当然，还可以根据风电安装船的船体情况而装设更多的一种风电安装船，以便进一步发挥出本发明的技术优势和良好效果。

请再返回参考图1或图2，在应用本发明的风电安装船1时，首先通过前述的一步式起重系统来对风电机组7进行整体式吊装并使其浮置于水面27之上，然后以整体浮运的方式将该风电机组7拖运到预定的安装地点。在以上整个过程中，风电机组7完全地或部分地依靠由其重力式基础所提供的浮力浮置于水面27上。在安装时，借助于前述一步式起重系统的配合操作，通过向风电机组7的重力式基础中注入压载而使得风机整体置于水床中，从而完成安装。

以上列举了若干具体实施例来详细阐明本发明的用于风电安装船的一步式起重系统以及装设其的风电安装船，这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。