專利名稱：基于六維智能機械腿的海上風力發電機組的安裝裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種海上風力發電機組整體安裝工程技術，具體是一種基于六維智能機械腿的海上風力發電機組的安裝裝置。
背景技術：
海上大功率風力發電裝置包括風力發電機和海上基礎平臺兩大部分。海上風力發電機組由大型起重船整體起吊并運至海中風機基礎平臺上，然后將風機塔架的下端和海上基礎平臺平穩地定位和對接，最后將兩部分緊固以完成設置。但是在接近基礎平臺的過程中，由于風機自重達數百噸，在海浪的顛簸和海風的作用下，風機塔筒與基礎平臺連接時不僅會造成法蘭螺栓孔難以迅速找正和對齊，還會影響風機塔筒定位孔的定位，這就影響到風機在基礎平臺上的快速固定安裝，可能還會引起風機和基礎平臺之間的劇烈沖擊和碰 撞，從而損壞造價昂貴的風機，影響到整個風電場的建設。經過對現有技術的檢索發現，一種海上風力發電機組整體安裝自動定位對中裝置(中國申請號200920157232. 2)存在以下不足1.該自動精定位對中裝置切向和徑向定位以及垂直緩沖通過3個不同的機構來實現的，導致機構繁雜，大大提高了生產成本。2.風機塔筒與基礎平臺對中時，在海浪的顛簸和海風的作用下，法蘭螺栓孔對中時發生扭轉，而該專利的切向定位裝置不能實現大角度的扭轉，且存在工作死角。3.上部吊架機構尺寸較大，需要提前套在風機底部，起重船吊起風機塔筒時需要同時吊起上部吊架機構，對運輸帶來困難。
發明內容
本發明針對現有技術中存在的上述不足，提供了一種基于六維智能機械腿的海上風力發電機組的安裝裝置。本發明是通過以下技術方案實現的。一種基于六維智能機械腿的海上風力發電機組的安裝裝置，包括塔基平臺、精定位緩沖系統、固定機構及風機機構，其中，所述精定位緩沖系統通過固定機構連接在塔基平臺上，所述風機機構通過固定機構與精定位緩沖系統相連接；所述精定位緩沖系統包括六個并聯的六維智能機械腿，所述任一六維智能機械腿均包括三個液壓缸，所述任一六維智能機械腿的上端均通過固定機構與風機系統鉸接，所述任一六維智能機械腿的下端均通過固定機構與塔基平臺相連接。所述三個液壓缸包括第一液壓缸、第二液壓缸和第三液壓缸，其中，第一液壓缸采用SPU組合形式，第二液壓缸和第三液壓缸采用SPS組合形式；所述S為球鉸；所述P為移動副，即液壓缸的拉伸運動；所述U為虎克鉸。所述任一六維智能機械腿設有上端平板和下端平板；所述下端平板上設有圓柱銷，其中，所述三個液壓缸上端與上端平板的連接為虎克鉸連接，所述第一個液壓缸下端與下端平板固定連接，下端平板與圓柱銷鉸接，所述第二個液壓缸和第三個液壓缸下端分別與下端平板球鉸連接。所述固定機構包括6個小圓柱、固定祐1架及定位圓柱,所述定位圓柱固定安裝在塔基平臺上并設置在固定機構的中心處，所述6個小圓柱均布在與定位圓柱同心的圓上，所述六維智能機械腿下端平板上的圓柱銷通過小圓柱與塔基平臺相連接，所述六維智能機械腿頂部的固定平板通過固定桁架與風機系統相連接。所述風機機構包括風機塔筒、風機扇葉和平衡梁，所述風機扇葉轉動安裝在風機塔筒的頂部，所述平衡梁夾緊在風機塔筒上風機扇葉的下方，所述風機塔筒通過固定機構的固定祐1架與六維智能機械腿相連接。所述平衡梁垂直方向焊接有六個斜截面，所述六個并聯的六維智能機械腿分別與平衡梁的六個斜截面螺栓連接。所述風機塔筒底端設有底部法蘭，所述底部法蘭底面上設有有定位孔，所述定位孔與固定機構中心處的定位圓柱相適配，所述底部法蘭上有六個螺栓孔，其中，兩個相隔·180°的法蘭螺栓孔上裝有傳感器，所述定位孔中心處設有定位孔視頻傳感器燈筒，所述定位圓柱頂部中心處設有定位孔視頻傳感器攝像頭，所述塔基平臺的法蘭螺栓孔上安裝有法蘭螺栓孔視頻傳感器攝像頭，相對應的法蘭螺栓孔視頻傳感器燈筒安裝在相對應的風機塔筒的法蘭螺栓孔上。所述基于六維智能機械腿的海上風力發電機組的安裝裝置還包括起重船機構，所述風機機構與起重船機構相連接。所述起重船機構包括起重船、平移系統及升降系統，其中，升降系統與平移系統轉動連接，平移系統固定在起重船上，所述升降系統與風機機構相連接。本發明的六維智能機械腿采用SPU、SPS和SPS三條支鏈實現六維運動，能夠智能控制機械腿的輸入；本發明的精定位緩沖系統采用六個并聯的六維智能機械腿來實現風機塔筒安裝時的迅速定位和安裝；六個并聯的六維智能機械腿具有高剛度、高速度、承載能力強、誤差小、精度高、動力性能好、控制容易等一系列優點。六個并聯的六維智能機械腿可以實現風機塔筒正偏差和負偏差的矯正，通過傳感器的反饋作用能夠實現自動定位。每個六維智能機械腿工作時可以提供較大的扭矩，并且能夠精確控制風機的運動，使風機塔筒法蘭上的螺栓孔筒塔基平臺上的螺栓孔迅速找正。在矯正角度偏差時，六個并聯的六維智能機械腿同時工作時沒有工作的死角。六個并聯的六維智能機械腿在風機塔筒下降時能夠起到緩沖的作用，減小風機塔筒同塔基平臺的碰撞沖擊；本發明采用兩個視頻傳感器，分別安裝在塔基平臺的定位柱中心和塔基平臺上的法蘭螺紋孔上。六個六維并聯機械腿通過這個兩個視頻傳感器可以自動控制風機發電機組的安裝對中。
圖I為本發明整體示意圖；圖2為本發明精定位緩沖系統的結構示意圖；圖3為本發明第一六維智能機械腿的結構示意圖；圖4為本發明定位系統的結構示意圖；圖中1為塔基平臺、2為小圓柱、3為精定位緩沖系統、4為固定桁架、5為風機塔筒、6為風機扇葉、7為平衡梁、8為升降系統、9為鋼絲繩、10為平移系統、11為鋼絲繩盤輪、12為起重船、13為定位圓柱、14為第一六維智能機械腿、15為第二六維智能機械腿、16為第三六維智能機械腿、17為底部法蘭、18為第四六維智能機械腿、19為第五六維智能機械腿、20為第六六維智能機械腿、21為上端平板、22為下端平板、23為第一液壓缸、24為第二液壓缸、25為第三液壓缸、26為法蘭螺栓孔視頻傳感器攝像頭、27為法蘭螺栓孔視頻傳感器燈筒、28為定位孔視頻傳感器燈筒、29為定位孔、30為定位孔視頻傳感器攝像頭、31為圓柱銷。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。本實施例包括塔基平臺I、精定位緩沖系統3、固定機構及風機機構，其中，精定位緩沖系統3通過固定機構連接在塔基平臺I上，風機機構通過固定機構與精定位緩沖系 統3相連接；精定位緩沖系統3包括六個并聯的六維智能機械腿，任一六維智能機械腿均包括三個液壓缸，任一六維智能機械腿的上端均通過固定機構與風機系統鉸接，任一六維智能機械腿的下端均通過固定機構與塔基平臺相連接。三個液壓缸包括第一液壓缸、第二液壓缸和第三液壓缸，其中，第一液壓缸采用SPU組合形式，第二液壓缸和第三液壓缸采用SPS組合形式；S為球鉸；P為移動副，即液壓缸的拉伸運動；u為虎克鉸；任一六維智能機械腿設有上端平板21和下端平板22 ;下端平板22上設有圓柱銷31，其中，三個液壓缸上端與上端平板21的連接為虎克鉸連接，第一個液壓缸下端與下端平板22固定連接，下端平板22與圓柱銷31鉸接，第二個液壓缸和第三個液壓缸下端分別與下端平板22球鉸連接。固定機構包括6個小圓柱2、固定祐1架4及定位圓柱13,定位圓柱13固定安裝在塔基平臺I上并設置在固定機構的中心處，6個小圓柱2均布在與定位圓柱13同心的圓上，六維智能機械腿下端平板上的圓柱銷31通過小圓柱2與塔基平臺I相連接，六維智能機械腿頂部的固定平板通過固定桁架4與風機系統相連接。風機機構包括風機塔筒5、風機扇葉6和平衡梁7，風機扇葉6轉動安裝在風機塔筒5的頂部，平衡梁7夾緊在風機塔筒5上風機扇葉6的下方，風機塔筒5通過固定機構的固定桁架4與六維智能機械腿相連接。平衡梁7垂直方向焊接有六個斜截面，六個并聯的六維智能機械腿分別與平衡梁7的六個斜截面螺栓連接。風機塔筒5底端設有底部法蘭17，底部法蘭17底面上設有有定位孔29，定位孔29與固定機構中心處的定位圓柱13相適配，底部法蘭17上有六個螺栓孔，其中，兩個相隔180°的法蘭螺栓孔上裝有傳感器，定位孔29中心處設有定位孔視頻傳感器燈筒28，定位圓柱13頂部中心處設有定位孔視頻傳感器攝像頭30，塔基平臺I的法蘭螺栓孔上安裝有法蘭螺栓孔視頻傳感器攝像頭26，相對應的法蘭螺栓孔視頻傳感器燈筒27安裝在相對應的風機塔筒5的法蘭螺栓孔上。基于六維智能機械腿的海上風力發電機組的安裝裝置還包括起重船機構，風機機構與起重船機構相連接。
起重船機構包括起重船12、平移系統10及升降系統8，其中，升降系統8與平移系統10轉動連接，平移系統10固定在起重船12上，升降系統8與風機機構通過鋼絲繩9相連接。具體為如圖I所示，起重船漂浮在海面上，起重船的平移系統10與起重船12固定連接，起重船的升降系統8與平移系統10轉動連接，鋼絲繩盤輪9與起重船12上的支架銷釘連接，鋼絲繩9纏繞在鋼絲繩盤輪11上，通過起重船升降系統8上方的轉輪固結到平衡梁7上。風機上的風機扇葉6與風機塔筒7轉動連接，平衡梁7與風機塔筒5固定連接。精定位緩沖系統5的每個六維智能機械腿上端鉸接平板與固定桁架4固定連接，下端與圓柱銷31鉸接，圓柱銷31與小圓柱固定連接。小圓柱與定位圓柱13同心。如圖I、圖2所示，精定位緩沖系統3包括第一六維智能機械腿14、第二六維智能機械腿15、第三六維智能機械腿16、第四六維智能機械腿18、第五六維智能機械腿19和第六六維智能機械腿20。風機塔筒5最底端為風機塔筒底部法蘭17。如圖3、圖2所示，六維智能機械腿包括SPS、SPS和SPU三條液壓缸支鏈。固定平板22與小圓柱2鉸接，鉸接平板21與固定桁架4固定連接。第一液壓缸23與鉸接平板21虎克鉸連接，與固定平板22固定連接；第二液壓缸24與鉸接平板21虎克鉸連接，與固定平板22球鉸連接；第三液壓缸25與鉸接平板21虎克鉸連接，與固定平板22球鉸連接。固定平板22與圓柱銷31鉸接如圖4所示，法蘭螺栓孔視頻傳感器攝像頭26安裝在塔基平臺的法蘭螺栓孔上，相對應的法蘭螺栓孔視頻傳感器燈筒27安裝在相對應的風機塔筒的法蘭螺栓孔上。定位孔視頻傳感器燈筒28安裝在風機塔筒的定位孔29中，定位孔視頻傳感器攝像頭30安裝在塔基平臺I上的定位圓柱13上。
本實施例的工作原理如下起重船12通過鋼絲繩9連接在固定在風機塔筒5的平衡梁上7上，起重船12通過平移系統10、起重船升降系統8和鋼絲繩9控制風機塔筒5的前后、左右、升降運動。起重船12把風機塔筒5運載到塔基平臺I上方合適的位置，則將六個并聯的六維智能機械腿的固定桁架4固定在風機塔筒5上，每個六維智能機械腿的下端固定平板22鉸接在小圓柱上2。每個六維智能機械腿的上端鉸接平板21固定在固定桁架4上。每個六維智能機械腿的第一液壓缸23、第二液壓缸24和第三液壓缸25的輸入控制智能機械腿的運動，在安裝過程中，通過法蘭螺栓孔視頻傳感器攝像頭26和法蘭螺栓孔視頻傳感器燈筒27及-定位孔視頻傳感器燈筒28和定位孔視頻傳感器攝像頭30的反饋來控制每個六維智能機械腿的輸入，從而使風機塔筒5在第一六維智能機械腿14、第二六維智能機械腿15、第三六維智能機械腿16、第四六維智能機械腿18、第五六維智能機械腿19和第六六維智能機械腿20帶動下實現風機塔筒5的小幅度的上升下降、左右和前后的偏移，以及小角度的扭轉，從而實現風機塔筒5的定位孔30位置的找正和風機塔筒7下部法蘭螺栓孔的對正，同時實現風機塔筒下降時的緩沖。本實施例的安裝過程包括以下三個步驟第一步，風機裝載和運輸將風機在碼頭前沿陸上組裝完畢，然后大型起重船將風機吊到塔基平臺上方，起重船的升降系統控制風機的前后運動，而起重船的平移系統控制風機的左右運動。升降系統和平移系統控制風機的位置，起重船將風機運載到塔基平臺上方位置。第二步，精定位緩沖系統的安裝風機在起重船的作用下，運送到塔基平臺上方，然后其他起重機將六個六維只能機械腿運輸到塔基平臺上。先將固定桁架固定在風機塔筒上，然后將每個六維智能機械腿上端鉸接平板固定在固定桁架上，下端圓柱銷與小圓柱固定連接。完成精定位緩沖系統同風機塔筒和塔基平臺的連接。第三步，風機安裝大型起重船的升降系統、平移系統控制風機的前后、左右和升降運動。同時塔基平臺的定位柱和一個螺栓孔安裝有視頻傳感器，而視頻傳感器的等同安裝在風機塔筒底部定位孔中心和法蘭一個螺紋孔上，精定位緩沖系統通過傳感器的虧反作用控制六個并聯六維智能機械腿的輸入來自動控制風機的定位。同時減小了風機下降時，風機底部同塔基平臺的碰撞沖擊。以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。
權利要求
1.一種基于六維智能機械腿的海上風力發電機組的安裝裝置，其特征在于，包括塔基平臺、精定位緩沖系統、固定機構及風機機構，其中，所述精定位緩沖系統通過固定機構連接在塔基平臺上，所述風機機構通過固定機構與精定位緩沖系統相連接； 所述精定位緩沖系統包括六個并聯的六維智能機械腿，所述任一六維智能機械腿均包括三個液壓缸，所述任一六維智能機械腿的上端均通過固定機構與風機系統鉸接，所述任一六維智能機械腿的下端均通過固定機構與塔基平臺相連接。
2.根據權利要求I所述的基于六維智能機械腿的海上風力發電機組的安裝裝置，其特征在于，所述三個液壓缸包括第一液壓缸、第二液壓缸和第三液壓缸，其中，第一液壓缸米用SPU組合形式，第二液壓缸和第三液壓缸采用SPS組合形式；所述S為球鉸；所述P為移動副；所述U為虎克鉸。
3.根據權利要求2所述的基于六維智能機械腿的海上風力發電機組的安裝裝置，其特征在于，所述任一六維智能機械腿設有上端平板和下端平板；所述下端平板上設有圓柱銷，其中，所述三個液壓缸上端與上端平板的連接為虎克鉸連接，所述第一個液壓缸下端與下端平板固定連接，下端平板與圓柱銷鉸接，所述第二個液壓缸和第三個液壓缸下端分別與下端平板球鉸連接。
4.根據權利要求I所述的基于六維智能機械腿的海上風力發電機組的安裝裝置，其特征在于，所述固定機構包括6個小圓柱、固定祐1架及定位圓柱,所述定位圓柱固定安裝在塔基平臺上并設置在固定機構的中心處，所述6個小圓柱均布在與定位圓柱同心的圓上，所述六維智能機械腿下端平板上的圓柱銷通過小圓柱與塔基平臺相連接，所述六維智能機械腿頂部的固定平板通過固定桁架與風機系統相連接。
5.根據權利要求I所述的基于六維智能機械腿的海上風力發電機組的安裝裝置，其特征在于，所述風機機構包括風機塔筒、風機扇葉和平衡梁，所述風機扇葉轉動安裝在風機塔筒的頂部，所述平衡梁夾緊在風機塔筒上風機扇葉的下方，所述風機塔筒通過固定機構的固定祐1架與六維智能機械腿相連接。
6.根據權利要求5所述的基于六維智能機械腿的海上風力發電機組的安裝裝置，其特征在于，所述平衡梁垂直方向焊接有六個斜截面，所述六個并聯的六維智能機械腿分別與平衡梁的六個斜截面螺栓連接。
7.根據權利要求5所述的基于六維智能機械腿的海上風力發電機組的安裝裝置，其特征在于，所述風機塔筒底端設有底部法蘭，所述底部法蘭底面上設有有定位孔，所述定位孔與固定機構中心處的定位圓柱相適配，所述底部法蘭上有六個螺栓孔，其中，兩個相隔180°的法蘭螺栓孔上裝有傳感器，所述定位孔中心處設有定位孔視頻傳感器燈筒，所述定位圓柱頂部中心處設有定位孔視頻傳感器攝像頭，所述塔基平臺的法蘭螺栓孔上安裝有法蘭螺栓孔視頻傳感器攝像頭，相對應的法蘭螺栓孔視頻傳感器燈筒安裝在相對應的風機塔筒的法蘭螺栓孔上。
8.根據權利要求I至7中任一項所述的基于六維智能機械腿的海上風力發電機組的安裝裝置，其特征在于，還包括起重船機構，所述風機機構與起重船機構相連接。
9.根據權利要求8所述的基于六維智能機械腿的海上風力發電機組的安裝裝置，其特征在于，所述起重船機構包括起重船、平移系統及升降系統，其中，升降系統與平移系統轉動連接，平移系統固定在起重船上，所述升降系統通過鋼絲繩與風機機構的平衡梁相連接。
全文摘要
本發明公開了一種基于六維智能機械腿的海上風力發電機組的安裝裝置，包括大型起重船、精定位緩沖系統、固定機構和塔基平臺。起重船漂浮在海面上，起重船升降系統與起重船的平移系統轉動連接，起重船通過鋼絲繩來控制風機位置。精定位緩沖系統的每個六維智能機械腿上端鉸接平板與固定桁架固定連接，固定平板下端與圓柱銷鉸接，圓柱銷與小圓柱固定連接。小圓柱與定位圓柱1同心。本發明采用六個并聯的六維智能機械腿來實現風機塔筒的定位，并且采用視頻傳感器來控制風機塔筒的位置，從而實現了在起重船配合下，風機塔筒的快速、準確安裝，避免了安裝過程中的碰撞，大大節省了時間和安裝成本。
文檔編號F03D11/04GK102777335SQ20121025650
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月23日 優先權日2012年7月23日
發明者王志波, 鄭茂琦, 馬春翔, 高峰 申請人:上海交通大學