安装风力发动机、风力发动机底座及机组的方法 【技术领域】
本发明涉及一种如权利要求1中所述的在安装位置安装风力发动机、风力发动机底座及风力发动机机组的方法。
背景技术
众所周知，风力发动机的安装仍然是较具挑战性的工作，因为它将先进的物流规划同前沿技术措施融于一身。
这部分归因于以下事实：具备商业吸引力的风力发动机的外形尺寸已经增大，此外，安装风力发动机的焦点已逐渐从传统的安装地点转移到更偏远和更不易到达的地区，譬如高山区和海上的风力发动机场。
有一种关于安装海上风力发动机的方法已经在WO99/43956中公开，这种方法运送底座和完整的风力发动机到安装地点，并将它们整体地安装。该方法对于某些用途可能具有优势，但对处理大型风力发动机却缺乏适应性。
【发明内容】
本发明涉及一种将风力发动机安装在安装位置的方法，所述方法包括下列步骤：
提供底座(33A，33B)，所述底座包括底座主体和预装配好的上部连接装置；
通过给底座结构传入振动将至少一部分底座振入地下；
将所述风力发动机的至少一部分装配在所述底座的上部连接装置上。
按照本发明，底座可以被振入土中，由此避免了因锤击底座而造成的结构削弱。此外，底座的上部部件譬如凸缘可以预装配在所述底座结构上，由此在将塔架连接在底座上时可以减少现场作业。
按照本发明的一个具体实施例，可以发现即使不用施加冲击锤打，也可以将底座完全振入预期位置。因此，在此意义上来说，本发明众多优点中两个重要地优点得以显现，即底座可以被设定得能承受一般的应力和应变即可，而不需要承受诸如冲击锤打这样的应力和应变。
此外，由于可以避免冲击锤打，底座自身的定位也得到了显著的改善。冲击锤打工艺本身不仅相对昂贵，而且(避免冲击锤打后)，不同工艺装备之间的协调也变得更容易。
本发明的另一优势特征是，已被振入最终位置的风力发动机底座，可以借助于振动装置重新被拆卸。
这一特征非常重要，因为允许风力发动机装配于某一地区的先决条件就是该机的退役计划，也即在结构的使用寿命完结时将整个建筑拆走。
此外，本发明尤其适用于海上风力发动机，其底座必须准确定位且相对于垂直方向具有相对较小的倾斜度。按照本发明，现在可以获得小于大约0.5度的倾斜度。
当将底座振入海底时，可以发现本发明的另一优势特征：可以通过所述振动装置来调节定向不准。如果应用冲击锤打方式，这种调节通常是不可能实现的。此外，应当指出，用于将底座贯入地底的贯入装置被配置相对较远于冲击锤和起重机和海底之间的接触界面。
如上所述，预装配好的上部连接装置优选构成底座结构的一部分，这样振动时基本上不会受压，并由此不致削弱主结构。
按照本发明，所述风力发动机的主要部件中的至少两个，也即底座和诸如塔身、风力发动机舱以及叶片之类的其他组件，可以分开地升起和装配。
按照本发明，可以以一种节省成本且便利的方法运输和装配大型风力发动机尤其是海上风力发动机。
按照本发明，诸如海上风力发动机的安装将成为一种工业化过程。
按照本发明的一个优选具体实施例，可以将正被形成的振动传入所述底座的底座主体。
按照本发明的另一优选具体实施例，可以将所述振动通过底座的侧壁传入底座。
按照本发明，可以将振动直接传入底座，而不是通过上部连接装置将振动传入底座。这样，当振动传入底座结构时，底座和上部连接装置之间的连接譬如焊接就基本上不会受影响。
按照本发明的另一优选具体实施例，所述预装配好的连接装置可以包含至少一个凸缘，所述风力发动机的至少一部分与它相连。
按照本发明的另一优选具体实施例，可以通过所述底座侧壁的接触部将振动传入底座结构，从而实现所述振动。
如果将大部分的振动直接传入底座的主体部分，就可以避免对上部连接装置譬如凸缘的实质损害或削弱。这样，当底座被正确定位时，风力发动机元件的进一步安装都能很快进行。
按照本发明的另一优选具体实施例，可以通过至少一个振动装置来实现振动，所述振动装置通过夹紧装置与所述底座的至少一部分固定。
按照本发明的另一优选具体实施例，所述夹紧装置可以包括液压夹紧装置。所述振动通过与底座装配的振动装置来形成。
如果振动器被固定装配在底座上，该振动器可以和底座一起被升起。典型地，当振动器被起重机升起时，底座应该悬挂于振动器中。
按照本发明的另一优选具体实施例，所述底座和振动装置可以通过诸如起重机之类的提升装置被升降和放置。
当通过提升装置将底座升起并放置在指定安装位置时，如果所述底座悬挂于振动装置中，该振动装置可以作为起重机与底座之间的连接件，就像起重机钩子。这样，振动器可以在被放置(譬如在水中)之前预装配于底座结构上，并与底座一起升起。由此在安装位置的复杂连接工序可以减到最少，甚至不需要。
按照本发明的另一优选具体实施例，所述底座在被提升装置升起时悬挂于所述振动装置中。
按照本发明的另一优选具体实施例，所述底座包括至少一个单柱(mono pile)。底座结构可以包含钢结构、混凝土结构。像单柱这样的底座在本领域也可以称之为沉箱。
应当指出，底座可以包括三脚架结构，而且单独的部件可以分别振入地下。
按照本发明的另一优选具体实施例，所述风力发动机的至少一部分包括风力发动机塔身，所述塔身具有至少一个适用于连接至所述至少一个底座的凸缘。
按照本发明的另一优选具体实施例，所述风力发动机塔身优选为基本上是一个整体的塔身。
按照本发明，风力发动机的塔身优选预制成一个整体，以避免安装地点的不必要工作，此外还能避免风力发动机安装好后的维护工作过多。
按照本发明的另一优选具体实施例，所述风力发动机优选是一种海上风力发动机。
按照本发明的另一优选具体实施例，所述风力发动机可以通过诸如驳船之类的漂浮装置运输至安装地点。
按照本发明的另一优选具体实施例，所述风力发动机的两个叶片可以预装配在发动机舱的轮轴上，从而便于堆放预装配好的发动机舱以及剩余的叶片。
按照本发明，可以在驳船上堆放两个或更多的发动机舱，以简化风力发动机部件在驳船或其他适当的漂浮运输工具上的包装。此外，(当处理三叶片结构时)此种有利的两叶片预装配使得剩余叶片的竖直安装方便化。
此外，本发明涉及一种风力发动机底座，所述底座包括至少一个上部连接装置(12)以及至少一个可用于连接振动装置(90)的夹持部分(13)，其中所述夹持部分(13)包括所述底座侧壁的至少一部分。按照本发明的另一优选具体实施例，所述至少一个上部连接装置包括至少一个上部凸缘。
按照本发明，凸缘是实际的连接装置，风力发动机在安装位置可以牢靠地连接至此。
按照本发明的另一优选具体实施例，所述底座是预先制造好的。
按照本发明，预先制造好的完整底座可以被定位并被固定于地下，并在随后安装风力发动机塔身时不用对其进行任何结构调整，这样在交通不便的地点，底座的安装工作也能变得更容易、更节省成本。
此外，本发明还涉及风力发动机的组件，所述组件包括：
至少一个风力发动机底座(33a，33b)；
至少一个风力发动机塔身(34a，34b)；
至少一个振动装置(92，102)；
至少一个适于在海上运输所述至少一个风力发动机底座的海运船只(21)；
至少一个提升装置(22)，该装置包括可将所述至少一个风力发动机底座和所述振动装置(92，102)定位到安装位置的装置。
按照本发明的另一优选具体实施例，所述提升装置包括可将所述振动装置(92，102)升起、定位并连接至所述至少一个风力发动机底座(33a，33b)的装置。
按照本发明的另一优选具体实施例，所述底座可以是如权利要求18-24中任一项所述的底座。
应当指出，在本发明的众多优点中，本发明大大简化了安装地点譬如海上的现场作业，而海上作业比在岸上要复杂一些。
按照本发明的一优选具体实施例，安装地点可以包括在海上，在海上本发明的优点将得以充分显示。
【附图说明】
现在将参照附图具体公开本发明，其中：
图1a和1b显示了一种海上风力发动机底座；
图2显示了起重机与风力发动机构件运输驳船的组合；
图3-8显示了按照本发明的一个具体实施例风力发动机的安装步骤；以及
图9和10显示了适用于将风力发动机底座振入地下的振动器。
【具体实施方式】
图1a和1b显示了按照本发明的一个优选具体实施例的海上风力发动机底座。
图1a显示的海上风力发动机底座可以在岸上预先制造好，所述底座包括底座主体11和一个上部连接结构，这里由凸缘12构成。
如图所示的单柱的壁的部分13可以用作振动器可夹紧的夹持部分，具体参看图10a。
包括上部凸缘在内的图示结构可以作为一个完整的底座被放置于所需安装位置，并随后用作譬如风力发动机塔身的底座来工作，这样在放置底座与连接塔身至底座的中间就不再需要花费更多时间进行预处理工作。
按照图1b所示的具体实施例，底座主体111已经同四个凸出部分113的形式的附加振动接收接口预先装配在一起，振动装置或者其他合适的连接装置可以被装配至该凸出部分。图10a和10b显示了这样的装置。
根据图示的具体实施例，在底座的顶部焊接十字形结构113，114，这样底座的上部会最小程度地削弱，并获得一个有利的振动接口。所形成的凸出部分113可以以一种简单的方式被振动装置夹住，并将振动传导至底座结构。
按照本发明，在底座被置入地下之前，风力发动机塔身与底座之间的连接工作就可以完全或几乎完全完成。
按照本发明，连接装置优选地包括一预装配好的连接，这样当底座被置入地下时，连接装置相对而言几乎不会受到机械应力的影响。
按照本发明的又一优选具体实施例，凸缘12可以被用作振动接口。换言之，可以用螺栓将振动器固紧于凸缘12，这样(用于塔身的)连接装置就可以用作振动接口。
按照本发明的更优选具体实施例，风力发动机底座包括风力发动机“贯入式底座”，也即这种底座适于制为一个整体，然后以恰当的方式置入土中(地下)，在那里风力发动机的结构将被锚定。
按照本发明的最优选具体实施例，底座包括海上风力发动机“贯入式底座”。
按照本发明的一个具体实施例，典型的安装程序包括下列步骤，下面将参照附图3-8对这些步骤进行描述。
底座
典型地：需要4小时
首先，必须将起重机，典型的如自升式起重机(jack-up crane)，预先布置在安装地点。运输设备，例如驳船或自推进的漂浮设备可以相应于起重机被布置。
接着，把振动器连接至在起重机的挂钩上，并将其提升至底座的上部，在那里整个装置与底座主体锁合。图9给出了更详尽的细节。
其后，整个装置，也即振动器与底座被起重机升起并被正确放置在海床上。然后，通过振动将底座驱入地下。
取决于具体应用和安装地点的地底性质，相对较大型风力发动机的底座的重量大约为2-300吨。
用于此目的的振动器的重量大约为40-50吨。
当底座被永久性地正确放置后，将振动器从底座上移走。
船只卸货系统
典型地：需要1.5小时
塔身
典型地：需要2.25小时
将塔身从驳船保持其竖直状态提升并定位至底座，并将塔身完全固定于底座。
具有轮轴和两个叶片的发动机舱
典型地：需要2.75小时
提升具有轮轴和两个叶片的风力发动机的工作包括安装和提升发动机舱的轭。
第三个叶片
典型地：需要2.25小时
货船驶向下一安装点
典型地：需要4小时
应当指出，取决于安装地点的自然状况、天气、距离等，这一工序尤其可能变化很大。此外，应当指出的是，其他更多非传统的运输塔身尤其是底座的方法也可以归入本发明的范围之内。
起重船驶向下一安装点
典型地：需要3.5小时
这一步骤也取决于具体应用和相关设备而变化很大。
当安排上述的工作步骤时，这些步骤不必要依次执行，而是可以平行执行。整个安装过程大约可在18小时内完成，这同传统的安装方式相比有了显著的改善。
应当指出，取决于具体应用和目标的不同，上述处理步骤当然也会有变化。尤其应当指出的是，安装底座和再将塔身安装至底座上的步骤可以在前期工序完成之后或多或少地立即执行，而无需以消耗时间的预备工序为前提，例如水泥粘结或其他粘合工序所需的长时间硬化。
这样，可以在装船之前，也即是在岸上预先准备好安装塔身至底座的工序，而且，在被运抵下一安装点之前，提升装置譬如自升式举重机也可以完全完成安装。很明显，这一特征使得提升装置和其它漂浮设备能够更有效率地使用。
图2显示了按照本发明一个优选具体实施例的完整的海上风力发动机机组的建立。显然，其它建立也可以归入本发明的范围之内。
所图所示的配置包括驳船21或其他海上运输设备，这里适用于装运两个风力发动机的组件。显然，风力发动机的数量必须恰当。
驳船21需要同自升式起重机22协调工作，该起重机22适用于卸下风力发动机的组件，在此为底座、塔身和发动机舱。
当将风力发动机的构件提升至安装位置并将其结构振入地下时，应确保起重机固定至海底。
图3a-图8显示了安装两个海上风力发动机的优选次序。
图3a显示图2中驳船21的侧视图。图示的驳船装载了两个竖直定向的风力发动机塔身34A，34B。图3b显示相同部件的俯视图。
此外，驳船21装载了同样为竖直定向的底座33A，33B，两个单独的叶片36A，36B，以及两个发动机舱32A，32B，该发动机舱32A，32B都预装配有两叶片35A，35B。
图4显示，借助拖船42驳船21已经就位于适当的卸货点。
优选地，驳船应该固定起重机或者其本身就配有譬如自升式结构，这样从驳船提升风力发动机构件时，就能确保货船在海上基本不会倾斜。
此外，自升式起重机通过拖拉或自身推动到达安装地点。
将所述自升式起重机固定布置在安装地点，以便预备一个或两个风力发动机的卸货和安装工作。
如图5中所示，通过起重机将第一底座33B从驳船21上吊起并降入海中。优选地，振动器已被预先装配至底座33B上，并与底座33B一同吊起。当底座33B被正确放置在海床上后，启动振动器并将底座逐渐振入地下。
按照本发明的另一具体实施例，可以先将底座从驳船上吊起并牢固定位于正确的预期位置，再将振动器吊起并安装在底座的上部。
如图6中所示，在将底座适当振入地下后，起重机可以吊起风力发动机塔身34B并将塔身34B置于底座33B之上。现在，可以通过譬如螺栓固紧的方式把塔身固定连接在底座上。
如图7中所示，现在可以从驳船上将发动机舱32B吊起并放置在已装好的底座和塔身的顶端。该发动机舱32B在被吊起时，在其轮轴上已带有三个叶片中的两个。
关于叶片安装的细节已经在同一申请人于同一申请日提交的相关申请中公开，其标题是“处理和安装风力发动机叶片的方法，系统及相关夹紧装置(Methods of handling wind turbine blades and mounting saidblades on a wind turbine，system and gripping unit for handlinga wind turbine blade)”，该申请在此引入作为参考。
图8显示了最后的主要安装步骤，即将最后一个叶片吊起并安装在装好的发动机舱32B的轮轴上。
US5,653,556公开了一种将底座振入土中的方法。该方法可以有利地将风力发动机底座插入地下，在此引入作为参考。
按照本发明的不同具体实施例，振动装置和底座的配合与起重机的挂起操作相关。
按照本发明的另一具体实施例，可以将振动装置预先装配在底座上，也即在驳船或其他合适的海上运输设备装货前装配在底座上。这样，可以避免在相对较高的位置进行相当复杂的连接处理，也可以在底座被最终正确放置后，也即在相对较低的位置卸下振动器。
图9a显示了依据上述US5,653,556的原理制得的夹具，它适用于夹住底座，例如底座33B就是借助这样的夹具夹住，并随后振入土中。
按照本发明的一优选具体实施例，风力发动机的底座譬如单柱包括有凸缘，其上可以布置和固紧风力发动机的塔身。此外，该底座包括可用于接振动器的夹具的一段或一部分。
优选地，夹住振动器时不加载于底座的凸缘，由此在将底座插入地下时可以减小削弱底座结构的危险。
图示的振动器90包括一个环形配件91，它适用于钩住譬如上述起重机22的吊钩或接头。
所述环形配件91携带有液压振动装置92并且还包括连接装置93。所述连接装置93包括譬如四个液压缸对94A，94B，用于夹住底座33B的侧壁。
应当注意，当将振动传入底座结构时，振动器90主要夹住底座但不加载于底座33B的凸缘。这样，底座可以被置入地下，并在最终的定位后几乎可以立刻接收风力发动机塔身。以此方式，譬如海上风力发动机的安装比起传统的安装方式有了显著的改善，传统的安装方式需要很多工作和时间，例如将凸缘或其他类似物连接在底座的上部时。
图9b是图9a所示振动器的俯视图。
图10a和10b显示了本发明的又一优选具体实施例。
大体上，该实施例与图9a所示的实施例相对应并具有重要的修正。所示底座的顶部与图1b所示的实施例相对应。
按照该图示实施例，振动器102包括适用于夹住一些外凸部分113的夹紧系统，然后将振动传入底座结构中，这里的外凸部分是四个凸出部分113。
再次地，把底座贯入地下譬如海底时，不需要使用冲击锤打。