一種多自由度補償的海上風機整體吊裝裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種多自由度補償的海上風機整體吊裝裝置，包括船體、吊架平臺，所述吊架平臺上方安裝有吊架，還包括上部吊點運動補償系統、起吊載荷動態匹配系統、下部風機定位對中系統、起吊系統，所述上部吊點運動補償系統安裝在所述船體的吊架上，包括可伸縮吊臂、水平補償液壓缸、垂向補償液壓缸和相關連接件，所述起吊載荷動態匹配系統包括主承載鋼纜、主承載彈簧、主承載液壓缸和滑輪，所述下部風機定位系統包括下平衡梁、彈簧緩沖器、定位牽索、定位絞車及滑輪，所述起吊系統包括上平衡梁、吊鉤、起吊索、吊索撐桿、滑輪和起吊絞車。本發明能控制整個風機的姿態，使風機產生六個自由度的補償運動來抗衡船舶的搖擺和升沉，從而提高風機在風浪中的穩定性，并實現風機和基礎的準確定位與對中。
【專利說明】
一種多自由度補償的海上風機整體吊裝裝置
技術領域
[0001]本發明涉及海洋工程技術領域，特別涉及一種多自由度補償的海上風機整體吊裝
目.0
【背景技術】
[0002]風能作為一種清潔的可再生能源，特別是海上風能，在世界能源結構中發揮重要作用，在可再生資源中占據主導地位，其開發和利用越來越被人們重視。目前用于海上風機安裝的船舶主要有兩大類，一類是自升式風機安裝船或平臺，另一類是浮式安裝船。自升式安裝船或平臺受風浪影響較浮式安裝船小，但其受水域、水深的限制;浮式安裝船則不受水深的影響，但受風浪的影響較自升式安裝船大。隨著風電場的發展，風機安裝逐漸向深水域發展，由于自升式安裝船或平臺受水深限制，并且在淤泥質海床，粧腳較難保持平衡，此時，大型浮式安裝船就顯示出優勢了，其不受水域、水深限制，在不同風機位置間的轉移速度快，操縱性好，機動性強。但由于風浪因素限制了浮式安裝船的使用范圍，其安裝作業必須在小風浪條件下才能進行。因此如何降低風浪對浮式安裝船的影響，提高安裝作業中風機的穩定性和可控性成了目前需要迫切解決的問題。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種多自由度補償的海上風機整體吊裝裝置，提高風機吊裝中的穩定性和可控性，實現風機與風機基礎的準確定位與對中。
[0004]本發明要解決的問題是現有浮式風機安裝船在風浪的作用下，容易產生橫搖、縱搖與升沉等運動，從而使吊裝中的風機上下、左右、前后搖晃不定，難以控制，這給風機的定位對中工作帶來極大的難度，常常出現風機與基礎的抨擊現象，輕者損壞設備，重者出現事故。本發明通過上部吊點運動補償系統和下部風機定位對中系統來聯合控制整個風機的姿態，使風機產生六個自由度的補償運動來抗衡船舶的搖擺和升沉，從而提高風機在風浪中的穩定性，并實現風機和風機基礎的定位與對中。
[0005 ]本發明采用的技術方案是:
一種多自由度補償的海上風機整體吊裝裝置，包括船體，靠近船體艏部位置升高安裝有吊架平臺，所述吊架平臺上方安裝有吊架，還包括上部吊點運動補償系統、起吊載荷動態匹配系統、下部風機定位對中系統、起吊系統，
所述上部吊點運動補償系統活動安裝在所述船體的吊架上段朝向船尾的一側，包括一端通過萬向鉸鏈活動連接吊架的可伸縮吊臂、驅動可伸縮吊臂自由端繞萬向鉸鏈上下左右擺動的液壓驅動裝置，通過控制所述可伸縮吊臂的上下、左右轉動及前后伸縮運動來實現上部吊點的前后、左右、上下運動補償；
所述起吊載荷動態匹配系統一端連接可伸縮吊臂中部，另一端繞過設置在吊架頂端的滑輪機構后固定在吊架平臺上，用以動態地平衡可伸縮吊臂自由端的受力；
所述下部風機定位系統包括用于夾固風機立柱底部的下平衡梁、固定在船體上且通過定位牽索連接下平衡梁底部四角的四臺定位絞車；
所述起吊系統包括通過鎖扣裝置夾固風機立柱的上平衡梁和固定在吊架平臺上的起吊絞車，纏在起吊絞車上的起吊索自由端繞過設置在可伸縮吊臂上的滑輪機構后連接上平衡梁兩端，所述上平衡梁的底部通過鋼纜連接下平衡梁。
[0006]進一步地，所述上部吊點運動補償系統包括兩個可伸縮吊臂，兩個可伸縮吊臂分別通過球鉸鏈左右對稱地安裝在所述船體的吊架的左右立柱上，通過控制所述可伸縮吊臂的伸縮運動來實現吊點沿船舶縱向方向的運動補償，所述液壓驅動裝置包括兩個水平補償液壓缸和兩個垂向補償液壓缸，所述水平補償液壓缸和所述可伸縮吊臂布置在同一水平面上，兩個水平補償液壓缸的一端分別通過球鉸鏈與吊架的上橫梁中部相連接，另一端分別與兩個可伸縮吊臂內側面鉸接，通過控制水平補償液壓缸的伸縮運動來帶動可伸縮吊臂做水平方向的轉動，實現吊點沿船舶橫向方向的運動補償，所述垂向補償液壓缸安裝在所述可伸縮吊臂的正下方，兩個垂向補償液壓缸的一端分別通過球鉸鏈與船體吊架的左右立柱相連，另一端分別與兩個可伸縮吊臂下側面鉸接，通過所述垂向補償液壓缸的伸縮運動來驅動可伸縮吊臂垂直方向轉動，以此實現吊點垂直方向的運動補償。
[0007]所述起吊載荷動態匹配系統包括兩根主承載鋼纜、兩根主承載彈簧、兩個主承載液壓缸和兩個滑輪，所述主承載鋼纜一端與所述可伸縮吊臂的中上部連接，另一端繞過吊架的左右立柱頂部的滑輪后，通過所述主承載彈簧和所述主承載液壓缸相連，所述主承載液壓缸再通過球鉸鏈與吊架平臺相連，通過主承載液壓缸的伸縮來控制所述主承載彈簧的拉伸量，從而實現所述主承載鋼纜的拉力與起吊載荷的動態匹配，當所述垂向補償液壓缸往上頂使所述可伸縮吊臂向上轉動時，所述起吊載荷動態匹配系統能檢測到所述垂向補償液壓缸的壓應力，馬上增加所述主承載鋼纜的拉力，協助所述垂向補償液壓缸使所述可伸縮吊臂迅速向上轉動；當所述垂向補償液壓缸往下拉使所述可伸縮吊臂向下轉動時，所述起吊載荷動態匹配系統檢測到所述垂向補償液壓缸的拉應力，馬上減少所述主承載鋼纜的拉力以配合所述垂向補償液壓缸，使所述可伸縮吊臂迅速向下轉動，因此以上兩種情況都大大增加了所述垂向補償液壓缸的響應速度。
[0008]進一步地，所述下平衡梁中部通過夾緊裝置鎖死風機立柱底部，兩端則依次通過四個所述彈簧緩沖器、兩對呈八字布置的所述定位牽索繞過滑輪后連接到四臺所述定位絞車上，通過四臺定位絞車控制各定位牽索的收放來實現風機和基礎的定位與對中。
[0009]進一步地，所述上平衡梁中部通過鎖扣裝置扶穩風機立柱，所述上平衡梁兩端下部通過四根鋼纜和所述下平衡梁相連，所述上平衡梁兩端上部通過吊環分別與兩個吊鉤相連，每個所述吊鉤由所述起吊索經可伸縮吊臂上的若干滑輪連接到所述起吊絞車。
[0010]進一步地，還包括兩個中間設置有轉動關節的V型吊索撐桿，所述吊索撐桿兩端通過設有鉸軸的轉動關節活動連接在可伸縮吊臂兩端的內側面，所述吊索撐桿的每個轉動關節上都安裝有滑輪供所述起吊索依次通過，所述吊索撐桿在垂直面上隨可伸縮吊臂的伸縮而開合，使可伸縮吊臂的伸縮運動與起吊系統解耦，在起吊系統不動作的情況下，可伸縮吊臂的水平伸縮運動并不會影響到風機垂直方向的高度變化。
[0011]進一步地，所述船體采用雙體船型結構，利于增加船舶的耐波性和穩性，所述吊架平臺橫跨地升高安裝在雙體船型結構靠近船體艏部位置。
[0012]本發明相對于現有技術而言具有以下優點: (I)本發明在吊架上部設置有吊點運動補償系統，通過控制所述可伸縮吊臂的上下、左右轉動及前后伸縮運動來實現上部吊點的前后、左右、上下運動補償，從而大大降低風浪因素對吊點的擾動，使上部吊點保持相對穩定狀態。
[0013](2)本發明在風機立柱底部設置有風機定位系統，通過控制四根所述定位牽索的收放來帶動風機底部產生水平面的移動和繞垂直軸的轉動，從而增加了風機底部的可控性，大大減少了傳統吊裝船上風機的“單擺運動”，并以此來實現風機底部和風機基礎的準確定位與對中。
[0014](3)本發明通過設置上部吊點運動補償系統和下部風機定位系統，使風機上下部位置都能得到控制，并在兩個系統的聯合作用下，可使風機產生六個自由度的運動，從而大大增加了風機的可控性和靈活性。
[0015](4)本發明在吊架上設置有起吊載荷動態匹配系統，通過實時控制所述主承載液壓缸的伸縮來實現所述主承載鋼纜的拉力與起吊載荷的動態匹配，并能智能地識別所述垂向補償液壓缸的動作，通過調整自身的拉力來配合垂向補償液壓缸的步調，大大增加了所述垂向補償液壓缸的響應速度，使風機在垂直方向的升沉補償響應迅速，從而使風機和基礎的垂向抨擊這一最關鍵的問題得到最大的限制。
[0016](5)本發明通過設置V型吊索撐桿機構，使可伸縮吊臂的伸縮運動與起吊系統解耦，在起吊系統不動作的情況下，可伸縮吊臂的水平伸縮運動并不會影響到風機垂直方向的高度變化。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明實施例的主視示意圖。
[0018]圖2為本發明實施例的左視不意圖。
[0019]圖3為本發明實施例的俯視不意圖。
[0020]圖4為本發明實施例的軸測示意圖。
[0021]圖5為本發明實施例吊架單邊內側部件安裝示意圖。
[0022]圖6為本發明實施例上部吊點運動補償系統主要部件結構示意圖。
[0023]圖7為本發明實施例下部風機定位對中系統水平布置示意圖。
[0024]圖中所示為:1_吊架;2-可伸縮吊臂;3-水平補償液壓缸;4-垂向補償液壓缸;5-主承載鋼纜;6-主承載彈簧;7-主承載液壓缸;8-滑輪;9-下平衡梁；10-彈簧緩沖器；11-定位牽索；12-定位絞車；13-風機；14-上平衡梁；15-吊鉤；16-起吊索；17-吊索撐桿；18-起吊絞車；19-球鉸鏈;20-立柱;21-上橫梁;22-吊架平臺；23-鋼纜;24-船體。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體實施例對本發明的發明目的作進一步詳細描述，實施例不能在此一一贅述，但本發明的實施方式并不因此限定于以下實施例。
[0026]如圖1至圖4所示，一種多自由度補償的海上風機整體吊裝裝置，包括船體24，靠近船體24艏部位置升高安裝有吊架平臺22，所述吊架平臺22上方安裝有吊架I，所述船體24采用雙體船型結構，所述吊架平臺22橫跨地升高安裝在雙體船型結構靠近船體艏部位置，還包括上部吊點運動補償系統、起吊載荷動態匹配系統、下部風機定位對中系統、起吊系統， 所述上部吊點運動補償系統活動安裝在所述船體的吊架I上段朝向船尾的一側，包括一端通過萬向鉸鏈活動連接吊架I的可伸縮吊臂2、驅動可伸縮吊臂2自由端繞萬向鉸鏈上下左右擺動的液壓驅動裝置；
所述起吊載荷動態匹配系統一端連接可伸縮吊臂2中部，另一端繞過設置在吊架I頂端的滑輪機構后固定在吊架平臺22上，用以動態地平衡可伸縮吊臂2自由端的受力；
所述下部風機定位系統包括用于夾固風機立柱底部的下平衡梁9、固定在在船體24上且通過定位牽索11連接下平衡梁9底部四角的四臺定位絞車12;
所述起吊系統包括通過鎖扣裝置夾固風機立柱的上平衡梁14和固定在吊架平臺22上的起吊絞車18，纏在起吊絞車18上的起吊索16自由端繞過設置在可伸縮吊臂2上的滑輪機構后連接上平衡梁14兩端，所述上平衡梁14的底部通過鋼纜23連接下平衡梁9。
[0027]具體地，如圖4至圖6所示，所述上部吊點運動補償系統包括兩個可伸縮吊臂2，兩個可伸縮吊臂2分別通過球鉸鏈19左右對稱地安裝在所述船體的吊架I的左右立柱20上，通過控制所述可伸縮吊臂2的伸縮運動來實現吊點沿船舶縱向方向的運動補償，所述液壓驅動裝置包括兩個水平補償液壓缸3和兩個垂向補償液壓缸4，所述水平補償液壓缸3和所述可伸縮吊臂2布置在同一水平面上，兩個水平補償液壓缸3的一端分別通過球鉸鏈19與吊架I的上橫梁21中部相連接，另一端分別與兩個可伸縮吊臂2內側面鉸接，通過控制水平補償液壓缸的伸縮運動來帶動可伸縮吊臂做水平方向的轉動，實現吊點沿船舶橫向方向的運動補償，所述垂向補償液壓缸4安裝在所述可伸縮吊臂2的正下方，兩個垂向補償液壓缸4的一端分別通過球鉸鏈與船體吊架I的左右立柱20相連，另一端分別與兩個可伸縮吊臂2下側面鉸接，通過所述垂向補償液壓缸的伸縮運動來驅動可伸縮吊臂垂直方向轉動，以此實現吊點垂直方向的運動補償。總體說來，所述吊點運動補償系統通過控制所述可伸縮吊臂2的上下、左右轉動及前后伸縮運動來實現上部吊點的前后、左右、上下運動補償，從而降低風浪因素對吊點的擾動，使上部吊點始終保持相對穩定狀態。
[0028]具體地，如圖5所示，所述起吊載荷動態匹配系統包括兩根主承載鋼纜5、兩根主承載彈簧6、兩個主承載液壓缸7和兩個滑輪8，所述主承載鋼纜5—端與所述可伸縮吊臂2的中上部連接，另一端繞過吊架I的左右立柱20頂部的滑輪8后，通過所述主承載彈簧6和所述主承載液壓缸7相連，所述主承載液壓缸7再通過球鉸鏈19與吊架平臺22相連，通過實時控制所述主承載液壓缸7的伸縮來實現所述主承載鋼纜5的拉力與起吊載荷的動態匹配，從而最大限度降低所述垂向補償液壓缸4的受力，因此大大提高了垂向補償液壓缸4的響應速度，使風機在垂直方向的升沉補償響應迅速，從而使風機和基礎的垂向抨擊這一關鍵問題得到最大的限制。
[0029]本實施例中，通過實時檢測垂向補償液壓缸4的受力作為主承載液壓缸7的反饋控制信號。其工作原理是:當垂向補償液壓缸4受壓時，主承載液壓缸7往回縮并拉伸主承載彈簧6，使主承載鋼纜5增加拉力，以此來分擔垂向補償液壓缸4的承載力，使其所受壓力變小；當垂向補償液壓缸4受拉時，主承載液壓缸7往前伸長，減少主承載彈簧6的拉伸量，并使主承載鋼纜5的拉力變小，以此來釋放垂向補償液壓缸4的拉力，使其所受拉力變小。換種說法就是，當所述垂向補償液壓缸4往上頂使所述可伸縮吊臂2向上轉動時，所述起吊載荷動態匹配系統能檢測到所述垂向補償液壓缸4的壓應力，馬上協助所述垂向補償液壓缸4 一起往上拉，使所述可伸縮吊臂2向上轉動；當所述垂向補償液壓缸4往下拉使所述可伸縮吊臂2向下轉動時，所述起吊載荷動態匹配系統檢測到所述垂向補償液壓缸4的拉應力，馬上減少自身的拉力以配合所述垂向補償液壓缸4，使所述可伸縮吊臂2迅速向下轉動，因此兩種情況都大大增加了所述垂向補償液壓缸4的響應速度。
[0030]具體地，如圖7所示，所述下平衡梁9中部通過夾緊裝置鎖死風機立柱底部，兩端則依次通過四個所述彈簧緩沖器10、兩對呈八字布置的所述定位牽索11繞過滑輪8后連接到四臺所述定位絞車12上，通過控制四根所述定位牽索11的收放來帶動風機底部產生水平面的移動和繞垂直軸的轉動，從而增加了風機底部的可控性，大大減少了傳統吊裝船上風機的“單擺運動”，并以此來實現風機底部和風機基礎的準確定位與對中。
[0031]本實施例中，通過收緊其中兩根對角線上的所述定位牽索11，可使風機繞垂直軸做某個方向的轉動，而收緊另外兩根對角線上的所述定位牽索11，則可產生相反方向的轉動;需要平移時，則通過收緊相鄰兩根所述定位牽索11來實現。
[0032]總之，本實施例通過設置上部吊點運動補償系統和下部風機定位系統，使風機13上下部位置都能得到控制，并在兩個系統的聯合作用下，可使風機13產生六個自由度的運動，從而大大增加了風機的可控性和靈活性。
[0033]具體地，如圖4、圖5所示，所述上平衡梁14中部通過鎖扣裝置扶穩風機立柱，所述上平衡梁14兩端下部通過四根鋼纜23和所述下平衡梁9相連，所述上平衡梁14兩端上部通過吊環分別與兩個吊鉤15相連，每個所述吊鉤15由所述起吊索16經可伸縮吊臂2上的若干滑輪8連接到所述起吊絞車18。
[0034]另外，還包括兩個中間設置有轉動關節的V型吊索撐桿17，所述吊索撐桿17兩端通過設有鉸軸的轉動關節活動連接在可伸縮吊臂2兩端的內側面，所述吊索撐桿17的每個轉動關節上都安裝有滑輪8供所述起吊索16依次通過，所述吊索撐桿17在垂直面上隨可伸縮吊臂的伸縮而開合，使可伸縮吊臂2的伸縮運動與起吊系統解耦，在起吊系統不動作的情況下，可伸縮吊臂2的水平伸縮運動并不會影響到風機垂直方向的高度變化。
[0035]本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種多自由度補償的海上風機整體吊裝裝置，包括船體(24)，靠近船體(24)艏部位置升高安裝有吊架平臺(22)，所述吊架平臺(22)上方安裝有吊架(I)，其特征在于:還包括上部吊點運動補償系統、起吊載荷動態匹配系統、下部風機定位對中系統、起吊系統， 所述上部吊點運動補償系統活動安裝在所述船體的吊架(I)上段朝向船尾的一側，包括一端通過萬向鉸鏈活動連接吊架(I)的可伸縮吊臂(2)、驅動可伸縮吊臂(2)自由端繞萬向鉸鏈上下左右擺動的液壓驅動裝置； 所述起吊載荷動態匹配系統一端連接可伸縮吊臂(2)中部，另一端繞過設置在吊架(I)頂端的滑輪機構后固定在吊架平臺(22)上，用以動態地平衡可伸縮吊臂(2)自由端的受力； 所述下部風機定位系統包括用于夾固風機立柱底部的下平衡梁(9)、固定在船體(24)上且通過定位牽索(11)連接下平衡梁(9)底部四角的四臺定位絞車(12); 所述起吊系統包括通過鎖扣裝置夾固風機立柱的上平衡梁(14)和固定在吊架平臺(22)上的起吊絞車(18)，纏在起吊絞車(18)上的起吊索(16)自由端繞過設置在可伸縮吊臂(2)上的滑輪機構后連接上平衡梁(14)兩端，所述上平衡梁(14)的底部通過鋼纜(23)連接下平衡梁(9)。2.根據權利要求1所述的一種多自由度補償的海上風機整體吊裝裝置，其特征在于:所述上部吊點運動補償系統包括兩個可伸縮吊臂(2)，兩個可伸縮吊臂(2)分別通過球鉸鏈(19)左右對稱地安裝在所述船體的吊架(I)的左右立柱(20)上，所述液壓驅動裝置包括兩個水平補償液壓缸(3)和兩個垂向補償液壓缸(4)，所述水平補償液壓缸(3)和所述可伸縮吊臂(2)布置在同一水平面上，兩個水平補償液壓缸(3)的一端分別通過球鉸鏈(19)與吊架(I)的上橫梁(21)中部相連接，另一端分別與兩個可伸縮吊臂(2)內側面鉸接，所述垂向補償液壓缸(4)安裝在所述可伸縮吊臂(2)的正下方，兩個垂向補償液壓缸(4)的一端分別通過球鉸鏈與船體吊架(I)的左右立柱(20)相連，另一端分別與兩個可伸縮吊臂(2)下側面鉸接。3.根據權利要求2所述的一種多自由度補償的海上風機整體吊裝裝置，其特征在于:所述起吊載荷動態匹配系統包括兩根主承載鋼纜(5)、兩根主承載彈簧(6)、兩個主承載液壓缸(7)和兩個滑輪(8)，所述主承載鋼纜(5) —端與所述可伸縮吊臂(2)的中上部連接，另一端繞過吊架(I)的左右立柱(20)頂部的滑輪(8)后，通過所述主承載彈簧(6)和所述主承載液壓缸(7)相連，所述主承載液壓缸(7)再通過球鉸鏈與吊架平臺(22)相連。4.根據權利要求1所述的一種多自由度補償的海上風機整體吊裝裝置，其特征在于:所述下平衡梁(9)中部通過夾緊裝置鎖死風機立柱底部，兩端則依次通過四個彈簧緩沖器(10)、兩對呈八字布置的所述定位牽索(11)繞過滑輪(8)后連接到四臺所述定位絞車(12)上。5.根據權利要求4所述的一種多自由度補償的海上風機整體吊裝裝置，其特征在于:所述上平衡梁(14)中部通過鎖扣裝置扶穩風機立柱，所述上平衡梁(14)兩端下部通過四根鋼纜(23)和所述下平衡梁(9)相連，所述上平衡梁(14)兩端上部通過吊環分別與兩個吊鉤(15)相連，每個所述吊鉤(15)由所述起吊索(16)經可伸縮吊臂(2)上的若干滑輪(8)連接到所述起吊絞車(18)。6.根據權利要求5所述的一種多自由度補償的海上風機整體吊裝裝置，其特征在于:還包括兩個中間設置有轉動關節的V型吊索撐桿(17)，所述吊索撐桿(17)兩端通過設有鉸軸的轉動關節活動連接在可伸縮吊臂(2)兩端的內側面，所述吊索撐桿(17)的每個轉動關節上都安裝有滑輪(8)供所述起吊索(16)依次通過。7.根據權利要求1至6中任一項所述的一種多自由度補償的海上風機整體吊裝裝置，其特征在于:所述船體(24)采用雙體船型結構，所述吊架平臺(22)橫跨地升高安裝在雙體船型結構靠近船體艏部位置。
【文檔編號】B66C23/53GK106044585SQ201610576282
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月19日
【發明人】陳遠明, 胡金鵬, 梁富琳, 陳超核
【申請人】華南理工大學