用于组装和自提升风力涡轮机塔架的方法与流程

用于极高的大直径金属塔架的组装和原位自提升的方法。

背景技术：

1、风力涡轮机的功率和大小都在增加。支撑它们的塔架高度超过120 m，在物流、组装和与其他风力涡轮机部件的动力学耦合方面存在问题。目前用于制造这种塔架的材料是金属和混凝土。，最好的产品和在出厂成本方面最便宜的是金属；然而，其原位组装需要大型起重机，并且高于160 m的这种起重机要么是不可用的要么非常昂贵和稀缺的。此外，当前塔架的物流和运输被限制为4.5 m，因为塔架部段的直径不能超过这样的尺寸，因为它们不能在桥下或隧道中通过。

2、由于这个原因，在120 m以上的高度，塔架通常由混凝土制成，因为通过在风电场附近预制甚至原位制造，可以实现大于4.5米极限的直径，并且可以避免动力学耦合的风险。然而，这些混凝土塔仍然需要大型起重机，并且安置塔架的总成本随着高度呈指数增长。

3、在现有技术的现有研究中，强调了以下专利：

4、文献wo2011099915a1涉及一种用于组装风力涡轮机的方法。塔架结构通过借助于布置在基座处的升降装置将塔架提升来竖立。一旦塔架被提升，两个板借助于竖向焊接而联结，随后通过水平焊缝而联结。提升元件保留在塔架内部，焊接元件保留在塔架外部。

5、文献wo2020148065a1描述了一种由一系列先前制造的板形成的风力涡轮机塔架。所述塔架由至少两个区段制成，至少两个区段通过周向焊缝彼此连接，使得它们的纵向轴线基本上彼此共线地延伸。

6、文献us2021180568包括一种用于构建钢风力涡轮机塔架的方法，钢风力涡轮机塔架具有通过以下阶段形成的区段：通过切割和弯曲而制作、表面处理、以及通过借助于移动式焊接机从塔架内部执行的纵向焊接而联结。

7、keystone tower systems公司在其网站上公开了一种用于原位安置风力涡轮机塔的系统。为此，它使用螺旋焊接系统，该螺旋焊接系统产生大的塔架部段，塔架部段不需要运输并且随后使用起重机提升和组装。

8、本申请人具有描述本文公开的自提升系统的在先专利申请pctes2023070033。

9、现有技术与新组装方法之间的差异如下：

10、在提升正被原位焊接的部段的所使用的系统在组装过程期间维持它们被悬挂。

11、焊接和涂漆以及它们对应的检查既在外部也在内部进行，所有这些元件都被遮蔽而不受天气条件的影响，并且一旦组装过程完成就可移除。

12、组装线是竖向的，将环或壳段（周向塔架环）（3）添加到悬挂在空中的塔架，其中夹具将区段（形成所述壳段的弯曲板）（4）保持在竖向位置，其中导轨用于将区段运输通过分隔室的门，该门被移除以允许所述区段通过，并且具有第二焊接和涂漆层级以提高效率。

13、新方法有效地解决了与构建具有更大基座直径的更高塔架的问题相关联的运输和组装需求，并且不需要大型起重机进行组装。该解决方案包括分区段运输塔架，借助于机器人焊接过程原位联结区段，同时借助于专用的自提升系统提升塔架部段。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是确立一种在竖向位置组装的方法，将多个区段联结起来，对它们进行焊接和涂漆，以便构成壳段，该壳段被添加并固定到悬挂塔架的下部分。借助于上下运动的自提升系统和三角形结构，来添加新的壳段并组装塔架。

2、本发明的一个目的是在受到运输和组装限制的情况下原位构建塔架。所述塔架在具体地基上组装在地面上，并且在悬挂在空中时竖立。它们可以具有比当前塔架更大的直径和更大的高度。

3、本发明的另一个目的是从自提升系统内部执行整个组装过程，在两个不同的层级上，在壳段内部和外部作用的自动化过程中充分隔离机器人焊接、检查和涂漆元件，并且具有用于区段的保持和引导元件。

4、为了实现这一点，在塔架地基上安置支撑件和引导件，组装自提升系统，并且借助于保持元件将区段（弯曲板）以竖向位置运输到组装位置。这些区段沿着引导件滑动，直到它们联结在一起并在竖向位置原位焊接，从而形成壳段。整个焊接、检查和涂漆过程在密封的分隔室内部进行。在自提升系统的帮助下，壳段（先前组装的环）逐渐升高并水平地彼此联结，以便形成新的塔架部段。完成后，该部段被提升，该过程继续进行下一部段。塔架部段具有l形凸缘以完成它们的螺栓连接，从而形成塔架。

5、从所有前述内容中，得出以下优点：

6、通过这种组装方法，可以实现任何塔直径，无论是管状还是截头圆锥形，例如：对于高度为200 m的塔，直径在6 m和8 m之间。通过提供具有更大直径的塔架，克服了由于塔架固有频率的减小及其与风力涡轮机转子的旋转频率的重合而产生的动力学问题。

7、与混凝土塔的组装和竖立相关的技术相比，生产时间显著减少，因为不需要等待混凝土固化，也不需要对其施加预应力。

8、与由扇区构成的金属塔架的组装和竖立相关的技术相比，除了在组装期间消除对辅助起重机的需要之外，所使用的螺栓的数量及其拧紧时间显著减少。

1.一种用于使用自提升系统组装和自提升风力涡轮机塔架的方法，所述自提升系统具有至少三个柱（5）和三角形（6）以及具有对应锚固锚螺栓（13）的地基（12），其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的用于组装和自提升风力涡轮机塔架的方法，其特征在于，通过使圆形引导件（9）顶底重合并借助于竖向柱（16）将其升高到足以允许从下方结合不同区段（4）的高度来在两个层级上操作机器人元件（10）。

3.如权利要求1所述的用于组装和自提升风力涡轮机塔架的方法，其特征在于，在圆形引导件（9）中每一个上操作两个或更多个机器人元件（10），两个机器人元件在壳段（3）内，两个机器人元件在壳段（3）外，焊接、精加工和涂漆操作在机器人元件之间是能被分开的。

4.如权利要求1所述的用于组装和自提升风力涡轮机塔架的方法，其特征在于，利用管状塔架部段和截头圆锥形塔架部段，形成直径大于4.5 m的塔架，并使用过渡件（23）以根据塔架的结构要求提供中间直径。

5.如权利要求1所述的用于组装和自提升风力涡轮机塔架的方法，其特征在于，使形成壳段的区段（4）相对于前面的壳段旋转，使得竖向焊缝（17）不重合，并且一旦已经形成壳段（3），就将其水平焊接到紧邻的上壳段，从而形成水平焊缝（18）。

6.如权利要求1所述的用于组装和自提升风力涡轮机塔架的方法，其特征在于，一旦新的塔架部段（2）已经完成，通过外凸缘（19）将整个组件固定到对应的支撑件（15），从下壳段释放三角形结构（6），并且降低三角形结构（6）并重复上述过程。