CN106662076A - 利用爬升起重机的高风力涡轮机塔架的架设 - Google Patents

Abstract

风力涡轮机塔架，包括前倾旋转塔架，其中塔架在下轴承和上轴承上旋转。上轴承由包围第一旋转塔架的下部的第二固定下塔架保持就位。构造风力涡轮机塔架的方法，包括分段地建造塔架；包含能实现爬升起重机的附接、支撑和移动的塔架段元件。还包括与地面绞盘车连接的提升缆索。将爬升起重机定位在塔架上使爬升起重机能够到达塔架的前方，并将塔架段提升以将塔架建造到全高度，然后提升风力涡轮机的机舱和转子。

Description

利用爬升起重机的高风力涡轮机塔架的架设

相关申请

本申请是2015年5月28日提交的，题为“Tall Wind Turbine Tower Erectionwith Climbing Crane”的No.14/724,040号申请，以及2014年12月23日提交的，同样题为“Tall Wind Turbine Tower Erection with Climbing Crane”的No.14/580,471号申请的后续申请。本后续申请要求享有以上两个非临时申请的权益和优先权。这些申请以参考的方式被全部并入本文。本申请还要求2014年7月11日提交的，题为“Modular Wing-ShapedTower Self-Erection for Increased Wind Turbine Hub Height”的No.62/023744号临时申请的权益和优先权。该No.62/023744号临时申请以参考的方式被全部并入本文。

发明背景

1.技术领域：

本发明涉及使用顺风方向上尺寸大于侧风方向的旋转塔架的发电风力涡轮机。所述塔架可以是模块化的，从而有利于运输和建造。它还可以使用固定的下塔架保持在下塔架顶部的旋转轴承，该旋转轴承支撑被定位在固定下塔架内且在下塔架上方延伸的旋转塔架的旋转。本发明的爬升起重机和建造方法也可以配合非旋转的高塔架一起使用。

2.现有技术

发电风力涡轮机的方案在现有技术中是已知的。大部分都要求建造通常是圆锥形设计的固定的悬臂式塔架，该塔架必须承受来自各个方向的风力负载。其他的塔架包括多支撑腿结构。转子和机舱通常在固定塔架的顶部上进行偏航。在早期技术中已知有限类的旋转塔架。

背景技术

本发明的塔架方案寻求通过在靠近地表的大气边界层区域中实现随高度而增大的风速来提高年发电量(AEP)。在地表附近，摩擦力以及热流与湍流混合效应会导致风速的快速变化。这些效应随高度的增加而减弱。

风速通常被假定采用幂次定律和陆上地点的风切变指数α＝1/7竖直地测量。这种简化的计算得出在轮毂高度从常见的80m增加到150m时，风速大约增加了10％的结论。在风流中的风速和风能之间是三次方关系的情况下，10％的速度增加使风力涡轮机输出在额定功率以内增加了大约1/3多，从而允许涡轮机在低10％的风速下达到额定功率。这种效应将产生更多的总能量，且将随时间的推移更均匀地传递能量，这两点对于风力发电设施而言都是有经济价值的。

在商用风力涡轮机发展的早期，塔架高度依今天的标准来看很低，相对小的转子被用于指定的涡轮机额定功率，这使得转子盘负载通常在400-500瓦/米2的范围内，容量因数(被达到的额定功率的平均值)在20％-30％的范围内。现在所使用的更高的塔架和更大的转子使得转子盘负载在200-300瓦/米2的范围内，容量因数通常超过40％。

高容量因数能更好地利用输电线路，使发电设施更长时间地并网，从电网的角度来看成为一种统计上更加可靠的能源。

通过接触距地面更高位置处的更强劲、更稳定、更可靠的风，引入更高的塔架还将强化这种长期趋势。尤其是在低风速的地点，额外的能量收益量很大，依据具体的地理条件通常能增加1/3至2/3。

开发空中有利风力的关键问题是传统塔架的重量和费用随高度的增加而按比例快速增加，塔架成本的增加能抵消所述的额外收益。美国专利7,891,939 B1和8,061,964B2(它们以参考的方式被并入本文)的翼形旋转塔架降低了额外高度的成本负担。这是通过使其主强度与推力平面对齐的塔架旋转被实现的，因此通过在该平面内提供大尺寸减少材料的消耗，同时也降低了承载其他方向的负载的需求。

与150m或更高的特高塔架相关的另一个困难是能够大到足以将涡轮机和转子提升到这种塔架上的起重机非常少，它们非常昂贵，并且它们大到无法到达所有所需的风力现场。为了降低高塔架的成本，旋转翼形塔架通过爬升起重机组件在架设期间成为起重机，所述爬升起重机组件利用局部完工的旋转塔架将自己建造到完全高度、在塔架完成后提升涡轮机舱和转子到顶部。这解决了主要的成本问题，否则高塔架不太可能具备广泛使用的市场意义。

本发明的目标是以成本有效的方式建造高达甚至超过150m(500ft)的风力涡轮机塔架，同时还减轻物流、运输和安装的制约。所描述的发明是基于一种已获专利授权的、轻重量的、可旋转的翼形高塔架，它可以由固定下塔架支撑。本发明公开了一种具有平衡吊杆的爬升起重机，它允许局部完工的旋转塔架成为用于完成自身建造以及用于在塔架完工后将风力涡轮机机舱和转子提升到顶部的起重机结构。使用这种爬升起重机来架设塔架的方法也被公开。本发明的某些方面也适用于非旋转高塔架。

附图说明

被并入说明书且构成说明书一部分的附图展示了本发明的优选实施例。这些附图与之前所给出的本发明的概述以及下面所给出的优选实施例的详述一起阐述了本发明的原理。

图1展示了固定下塔架以及前倾旋转塔架的一部分在下轴承和上轴承上向上倾斜就位的侧视图。

图2展示了被定位在下轴承和上轴承上的旋转塔架以及使爬升起重机朝它在塔架后缘的初始位置向上倾斜的侧视图。

图3展示了被定位在旋转塔架后缘上的爬升起重机，爬升起重机利用它的平衡吊杆将另一个旋转塔架部段提升到已完工的旋转塔架部分的顶部就位。

图4展示了在塔架顶部附近使用爬升起重机，同时平衡吊杆正在提升涡轮机机舱。

图5展示了正在将涡轮机转子提升到轮毂的爬升起重机。

图6展示了完工的塔架和涡轮机，同时拆除了爬升起重机。

图7是展示了头(前)缘和尾(后)缘的旋转塔架段的剖视图。

具体实施方式

将明白的是，在本申请中并没有公开本发明的全部实施例，在阅读了本文后，本发明的其他实施例将对本领域技术人员变得显而易见。所述的其他实施例在本发明的保护范围内被声明。

参见图7，旋转翼形塔架100被定向与风向一致(由矢量箭头975所示)，相比必须承受涡轮机和来自任意方向的直接风力负载的传统圆形塔架，这允许使用较少的材料承载指定的弯矩，并降低气动阻力。翼形部分由提供主负载路径的结构前缘110和尾缘120以及在前缘和后缘之间的连接板135构成。连接板被机械地紧固137,138到前缘110和后缘120。翼形塔架的内部136是空的。前后缘之间的间距逐渐缩小以适应塔架上的推力弯矩。半圆形的前缘和尾缘被分开而不是形成一个圆形，前-后方向上的强度随质心距大约直线地增大，而刚度增大得更快，接近二次方的增长。这种在截面形状上的基础改进相比传统的圆形塔架结构允许数量一定的材料在气流中达到更高的位置。前缘和尾缘不必须是圆，将根据空气动力和结构优化进行调整—只要提高效率的基本机制保持有效。

如在本文中被更详细地描述那样，塔架能够被改良以包含允许爬升起重机附接和移动的部件。本发明的塔架和起重机能够配合迎风式或顺风式风力涡轮机一起使用，所以参照起重机功能定义塔架边缘是合适的。在本文中，前是指面向待提升部件的塔架侧，而后是指背朝待提升部件的塔架侧。应该理解的是，在上轴承上方的后缘处在比前缘小的竖直角度，从而有利于爬升起重机的操作。

塔架结构的渐缩形状符合主推力力矩分布，从而降低了对渐缩材料厚度的要求，并且通过圆锥形塔基(固定下塔架)有效地给地基传递负载。渐缩的塔架宽度允许在主结构边缘上相对一致的应力，所以有效率地加载了它们的材料，所述侧板只需要承担适当数量的剪切负载和弯曲负载。材料的特性和形状能够根据旋转塔架进行选择，从而与风向保持相对稳定的定向。

只有圆锥形固定下塔架(典型地钢的或钢筋混凝土的)需要将来自所有方向的负载向下传递到地基。在固定下塔架顶部的大型轴承在塔架段之间主要传递水平作用力和重量，而不是全部的局部弯矩，从而提供有利地改变了塔架材料和结构类型的天然位置，从而减少上塔架重量和成本。在其他实施例中，缆索能够固定上轴承的位置，如本文中所引用的美国专利中所公开的那样。

在极端风力条件下，塔架可以被允许自变桨，从而使前缘变成后缘。选择前缘部分的厚度、形状和局部曲率半径的能力增强了前缘的屈曲稳定性，同时使其重量和成本最小化，即，使结构效率最大化。调整前缘的形状的能力对它的重量有很大的影响，因为它的屈曲稳定性可能是高风速自变桨被动抗毁性的设计目的。

所有的部件都可以是模块化的，并在已有的风力涡轮机汽运和提升规定下被运输。固定部分能利用常规起重机被安装，并支撑翼形部分向上倾斜。翼形塔架的前倾顶部被用于提升上塔架段，从而有效地获得非常高的塔架高度，以及在塔架被架设到全高度后用于提升机舱和转子。建造过程的描述在下面参考图1至6被给出。

图1展示了固定下塔架50的被暴露的内部侧视图。还展示了旋转塔架的前缘110和后缘120。旋转塔架被画出被安装在下轴承370上，从它的中点330(中塔轴环)开始向上倾斜穿过在固定下塔架上的临时槽(未画出)。中点是前缘和后缘的间距最大的位置，也是塔架最坚固的位置。固定塔架的高度由矢量箭头15画出。中点的高度可以与固定下塔架的高度相同，其中轴承负载被传入塔架上的最坚固位置。还被画出的是地面绞盘车11，绞盘车可以使旋转塔架向上倾斜，但这也可以利用一种用于建造下塔架或对自架设塔架爬升起重机的后续提升定位负载的起重机来完成。

图2展示了旋转塔架100被完整地安装到下轴承和上轴承220上。与旋转塔架相关的下轴承和上轴承的功能与操作在7,891,939号和8,061,964号专利中被更完整地描述。图2还画出了正朝着与塔架的初始接合被倾斜的爬升起重机7，该爬升起重机将从该位置被移动到开始其爬升的工作高度。在爬升起重机被定位之前，附接模块5可以在旋转塔架上就位(如图所示)，或者可以在单次操作中与爬升起重机一起被移动就位。

图3展示了爬升起重机的操作，框架8被画出定位在前倾旋转塔架100的后缘上。下文描述在爬升起重机的附接中所使用的部件的操作。还画出的是平衡的爬升起重机吊杆13。上塔架段9被画出悬吊在提升索10上，提升索通过在每个端部处的滑轮15跨过枢转吊杆13，且由地面绞盘车11控制。塔架段从地面12被提起，并被吊装到前倾旋转塔架上就位。该过程被按顺序进行，直到塔架达到它的全高度。将明白的是，本发明公开了被建造为高达500英尺甚至更高高度的塔架。(参见图6中的矢量箭头14)这比大部分现有起重机的提升能力还要高。这通过模块化塔架构造、由框架8和平衡吊杆13构成的爬升起重机7的定位与移动、配合可移动的地面绞盘车11的操作的组合来实现。

图4展示了处于其全高度的塔架100。爬升起重机(如图3中数字7所示)被上升到它的最大高度。机舱350被画出正通过提升索10被吊装到前倾旋转塔架的顶部上就位。提升索偏离绞盘车11的角度2a是塔架后缘与垂线的角度a的两倍。如下面所描述那样，机舱被提升到非常靠近塔架前缘。

图5展示了涡轮机转子351到塔架顶部的吊装。还被画出的是爬升起重机框架8的附接模块5和起重机吊杆13，以及提升索10和绞盘车11。

图6展示了已完成的塔架和涡轮机。塔架100包括固定下塔架50、下轴承(未画出)、中塔轴环330和上轴承220、后缘120、前缘110、转子351、以及机舱350。塔架高度由矢量箭头14表示。将明白的是，旋转塔架的下部(即上轴承以下)在外部可见的固定下塔架内旋转。

参见图1，利用向上倾斜的步骤，塔架高处天然地提供坚固的定位部件与塔架的架设很好地融合。因为向上倾斜的负载被施加在前缘到后缘间距最大的位置，所以在结构边缘上所需要的材料量大幅减少，可行的向上倾斜程度相比常规塔架也明显增大。这结合爬升起重机提高了大塔架高度的经济性和可行性。由场地和运输物流的经济性决定向上倾斜、逐步建造的塔架的数量。

圆形塔架的阻力是相同侧风尺寸的空气动力流线形塔架所产生阻力的五倍多。圆柱体产生很大的阻力，因为流体流动的大规模中断。大直径圆形塔架在极端风力条件下的阻力系数(Cd)接近0.7，在大范围的操作雷诺数内能够超过1.0。对形式上与翼形塔架相似的椭圆形塔架的研究表明，这种塔架截面能获得＜0.14的Cd，因此在极端风力条件期间使塔架的直接气动阻力负载下降大约5倍。通过更接近机翼的形状，进一步降低阻力是可能的，但是可能受到成本的限制。

旋转塔架能够被建造以允许前缘向来风方向倾斜，如图6中所示。这增大了塔架前缘和涡轮机叶片的旋转平面之间的距离，使碰撞塔架所造成的涡轮机叶片损坏的可能性最小化，因此在设计期间允许更大的叶片弯曲。

前倾还减小了必须由塔架及其地基承担的转子推力所产生的力矩的分布，塔架旋转轴线的上风向的质量提供一个力矩，该力矩抵消了一部分通常由塔架的前-后机械强度承担的推力引起的弯矩。

本发明的塔架方案具有能将机舱和转子吊装到远超目前极限的轮毂高度的旋转塔架。最新的NREL报告(Cotrell,J.、Stehly.T.、Johnson,J.、Roberts,J.O.、Parker,Z.、Scott.G.以及Heimiller,D.等人，题为“Analysis of Transportation and LogisticsChallenges Affecting the Deployment of Larger Wind Turbines:Summary ofResults”，NREL/TP-5000-61 063，2014年1月)指出，机舱吊装是高度超过140m的塔架的最大的挑战之一。3.0MW基准涡轮机的机舱重量是67公吨，它必须被提升到全轮毂高度。这需要1250至1600吨的履带式起重机来组装这种风力涡轮发电机(WTG)。

在图1至5中被示意性展示的向上倾斜、逐步建造、吊装的方案具有三个值得注意的方面。

1.支撑翼形塔架倾斜和建造的固定的结构基础塔架。

2.采用高强度前缘和后缘与轻重量侧板的组合的向上倾斜翼形塔架。向上倾斜量与逐步建造的数量将由场所条件、经济条件和高度要求确定。

3.类似于高起重机吊杆的翼形塔架的前倾，这有助于在翼形塔架的建造完成后将机舱和转子提升就位。

可行性

固定的下塔架采用现有混合塔架方案中的分段式钢或混凝土结构来构造。与现有技术不同的是使一个或多个段相对于旋转塔架的下部向上倾斜。注意到，根据最优的塔架和架设总成本选择向上倾斜部分的尺寸，所述总成本是从零到全高度的所有花费，如同在指定场所的最佳收益成本一样。可以在固定部分内逐步建造旋转塔架的下部。对下旋转塔架采用逐步修建的方式确保实现通过爬升起重机进行的上塔架建造的起点。在部分恶劣地形场所，如果可行的话或者有需要的话，这可能是最佳选择，很可能是唯一选择。

采用塔架的前倾允许相对简单且较小尺寸的爬升起重机分多个步骤沿塔架向上移动，从而随着它的前进安装后续的上塔架段。上塔架的渐缩式设计的特点在于承担主要负载的前缘件/后缘件(如图7中所示)能够具有相似的形状和厚度，这有助于使爬升起重机在不同的高度位置与塔架匹配，还有助于使爬升起重机随高度的提升重量要求比常规塔架设计更加接近恒定。将明白的是，后缘被制造为带有允许爬升起重机附接和移动的元件(未画出)。这些元件能够永久地固定到后缘。能预见到，所述段的长度被选择以有利于爬升起重机设计以及运输物流。在效果上，塔架随作业进度自身成为更高的起重机的吊杆。可能没有任何其他的办法能实现高度上的突破，因为要求特定形式的起重机到达塔架顶部的上方以提升机舱和转子。超高起重机的成本上升得非常快，且并不是在所有地点都可用。用于建造这种塔架的成本由涡轮机决定；不含大型起重机的移动或拆卸费用。

爬升起重机在图3-5中被展示。它包括爬升起重机框架、附接模块、以及平衡枢转吊杆。框架是一种平行于塔架后缘的斜度被定位和移动的梁结构。爬升起重机包括用于将框架附接到塔架后缘的附接模块。框架在其末梢处具有枢转吊杆，所述枢转吊杆提供用于提升负载的前方到达范围。

被爬升起重机附接模块所接合的后缘元件是被用在过山车上的俘获轨道、被插入了机械嵌齿的孔，互补的齿轮和轨道、或围绕塔架延伸并固定起重机防止掉落的利用轮子沿着塔架边缘滚动的带、或者针对钢制后缘的磁性保持器。

能以多种方式实现爬升起重机的高度调节，例如通过一个或多个在附接模块内的液压提升器。液压提升器能够包括与后缘上互补的装配部件(比如轨道)相接的部件(诸如偏心抓板)。液压提升器将爬升起重机提升到后缘上的下一个更高的位置，而多个冗余的偏心抓板或等同物通过要求主动地激活对意外掉落的防护措施能提供安全的固定，类似于个人的安全带攀爬装备。

在另一个实施例中，爬升起重机利用了像嵌齿轨道上的嵌齿，而附接模块采用与附着在塔架后缘上的嵌齿图案相接口的嵌齿轮。在另一个实施例中，爬升起重机的附接部包括与被永久地附接到塔架后缘的带齿轨道相接口的齿轮。

将明白的是，后缘的其他装配部件可以被定位在工程上的强点。例如，在塔架段的连接处可以存在装配部件。将明白的是，由于塔架段的层叠，在这些连接处存在大量的材料增强结构，所以它们是承载在部件提升期间所产生的高负载的有利位置。

嵌齿和带齿轨道系统是永久性后缘元件的示例。所述部件可以包括一个或多个导轨。类似的轨道能给爬升起重机框架或附接模块上的一个或多个额外的失效保险部件提供抓持表面。

之前所述的嵌齿轮、齿轮、以及液压提升器是爬升起重机附接模块抬升装置的例子。其他的例子是抓紧并在后续的升高(降低)的位置松开的类似于刹车系统制动钳的夹板，或者是将爬升起重机提升或降低到新高度的绞盘与缆绳或链条。很多能够实现相同功能的其他机构是已知的，并且像那些调节爬升起重机高度同时将它固定到旋转塔架后缘的方法一样在本文中被声明。

附接模块的其他部件是被定形成贴合塔架后缘表面的接触板。所述板有助于将起重机负载传入塔架，并且也能限制负载所导致的塔架边缘形状的变形。如果需要的话，它们的形状是可调整的，从而适应塔架后缘形状的变化。

爬升起重机还包括平衡枢转吊杆，所述平衡枢转吊杆包括在爬升起重机框架的上顶点处的梁结构，所述梁结构枢转从而控制吊钩的前方到达范围。所述梁可以通过在其上方的主梁与缆索装置进行增强或者被建造得更轻，从而增大承担梁弯曲负载的几何结构。

结合前倾旋转塔架使用的爬升起重机是一种非常新颖且有用的发展。但是，存在非常重要的结构限制。重要的是，在架设期间爬升起重机无法在局部完工的塔架上施加负载，在涡轮机机舱和转子的提升期间起重机无法在已经完工的塔架上施加负载，那样做会给塔架增加大量的成本和重量引起的损失，因为塔架是在没有爬升起重机的情况下进行设计的。在塔架的正常操作中(没有爬升起重机)，塔架将风力涡轮机转子引起的负载传递到地面。所以，旋转塔架的前缘和后缘被构造以沿着竖直方向传递大量的结构负载。爬升起重机负载的竖直分量小于塔架工作负载和极端风力负载，所以将不要求进一步强化。

对于由爬升起重机垂直地施加给塔架后缘的弯矩引起的作用力不是这样。在前倾式旋转塔架的正常运行中(甚至是在极端风力条件下)，塔架边缘上的局部负载小于由提升操作的悬挂力矩所产生的负载。所以，净负载必须被保持靠近塔架，并在实践中与塔架的长度轴线对齐。例如，如果待提升的负载是50吨，前方到达范围是爬升起重机附接模块间距的三倍，那么爬升起重机将必须在两个主要的附接点处朝向和背离塔架后缘施加150吨。这可能超出未改良的旋转塔架的能力，将带来额外的费用和重量引起的损失。

基于此，意味着爬升起重机不像传统起重机那样将负载传入塔架附接模块—将竖直负载传入塔架后缘是可以接受的，但是垂直于塔架后缘的负载必须被大量地消除。这种需求通过引入平衡枢转吊杆得到满足，平衡枢转吊杆由于自身的特性不能将大力矩传递给爬升起重机框架，也不能传递给用于将负载传递给旋转塔架后缘的附接模块。

应当注意的是，枢转吊杆不必被完美地平衡以实现它的目标，因为在未改良的情况下某些垂直负载能朝着或背离塔架后缘进行传递。基于工程上的一些原因，有利的是将吊杆偏压向一侧或另一侧，例如以将负载更均匀地分散到附接模块，或者如果缆索和绞盘为了相同目的而被使用的话沿一个方向给吊杆预加载一个角度控制。吊杆的定义中所用到的平衡一词意味着足够接近枢轴每侧的力矩相等的情形，塔架不需要被增强来应对爬升起重机所施加的负载。对于1:1的缆索系统而言，在吊杆长上的5％、10％、或20％的差与本发明是相容的。注意到，如果采用2：1缆索起重装置，则多门缆索起重装置的技术将允许在枢轴的一侧上使用一半长度的吊杆，同时在另一侧上是1:1缆索起重装置的情况下仍然实现平衡。存在太多的多门起重装置的可能性以致于不能穷举，它们都落入本发明的保护范围内，只要它们能如之前所述那样在吊杆枢轴处产生正确受约束的力矩平衡。为了简明，后面的讨论将被限定在具有近似相等的吊杆且在每一端处的起重装置相同的缆索系统的范围内。

为了提供之前所描述的枢转吊杆的平衡，主负载提升绞盘不能设置在爬升起重机上，它必须是一种独立的地面绞盘车，所述地面绞盘车像给枢转吊杆的前臂施加提升负载一样给枢转吊杆的后臂施加相同的向下作用力。所述绞盘车必须足够大，从而在绞盘车自身不离开地面的前提下提供必要的提升缆索张力，因此它必须比待提升的最大负载要重得多，因此也能够可靠地提供抵抗朝塔架底部滑动所需的力。在规定了大型风力涡轮机部件的尺寸的情况下，1:1的提升系统需要一种与Caterpillar D9推土机尺寸相近的改良的履带式工程车(可能还带有其他附加质量)。如果被离岸地使用，从基础或漂浮平台伸出的合适的稳定外延将提供等同于绞盘车地面的功能。为了缩小地面绞盘车尺寸、提供操作弹性、提供更小的缆索负载或其他优点，可以使用两台地面车辆，两者都可以携带绞盘，或者一台可以作为固定的2:1提升缆索，而另一台携带活动绞盘。在这种情况下，将在枢转吊杆的每一端上使用双滑轮，将在主吊钩上使用2:1滑轮。在多门起重装置缆索系统的常规技术中可以有很多其他的变型，所有的这些都落入本发明公开的范围内。

枢转吊杆的平衡特性的效果是需要很少的作用力或能量就能改变它的角度，即使在负载的作用下。在零摩擦和完美平衡的理想条件下，根本不需要作用力，此时能量守恒定律规定了负载高度应当完全不受吊杆角度变化的影响。当然，在现实条件中存在需要克服的摩擦力，平衡也不是完美的，缆索振动、风或其他源可能施加瞬时负载。在爬升起重机上的电马达系统被预期提供克服这些负载所需的作用力。这能够利用在平衡吊杆上的大型齿轮以及在爬升起重机框架上的蜗杆或小齿轮驱动器来实现，与风力涡轮机偏航驱动器是如何工作的相类似。替代地，如果吊杆负载是偏置的从而使得它一直在尝试沿一个方向枢转，则能够使用绞盘和缆索。这也能够通过来自地面绞盘车的其他的独立受控缆索来实现。在已经规定了爬升起重机的塔架高度的情况下，最后一种方案看起来不像是一种优选的实施例，但是仍落入本发明的保护范围内。

同理，提升高度很大程度上独立于枢转吊杆角度，这对于将塔架段或涡轮机部件放置在塔架结构上的提升最后阶段而言是有利的。此时，枢转吊杆将处于最接近垂线的位置，从而提供最小的到达范围和最大的高度，因此枢转吊杆处于使吊杆角度与负载高度最佳脱钩最有价值的情形，从而在不必须进行多次绞盘调节以补偿高度改变的前提下，允许起重机操作员朝着或背离塔架精确地移动负载。还注意到，从爬升起重机支撑点到负载的距离比地面起重机到塔架顶部的500英尺的距离要短得多，并且由于爬升起重机和塔架一起移动而不是独立移动，所以本发明的特征也将有助于负载放置的精度和速度。

为了实现枢转吊杆角度与负载高度的彻底脱钩，绞盘车的缆索关于垂线的夹角必须是塔架后缘关于垂线的夹角的两倍。当提升缆索在后吊杆滑轮处没有偏转时，最容易看出力的平衡，如图3中所示，平衡吊杆接近到达范围的顶点，在这种情况下围绕前臂滑轮的缆索的夹角平分线平行于塔架后缘，从而产生平行于该平分线的期望有助于使从爬升起重机传入塔架后缘的负载最小化的作用力，且没有吊杆转矩。

就枢转吊杆臂的力矩平衡而言，应当明白在工程上有利的是，具有低度的偏置有助于将爬升起重机负荷最优地分散到塔架中，或者有效地帮助精确放置提升部件。这些基于工程上的考量而对理想平分做出的变型被包含在本发明的范围内。本发明还包含这样的方案，即在两次提升之间移动绞盘车以保持枢转吊杆处于到达范围顶部时的最佳角度，或者可以通过在提升期间缓慢移动绞盘车来调整位置，如果存在允许这种额外调整的特殊环境。

采用前倾旋转塔架的起重机实际操作中的一部分是提供横向提升线的调整，即，垂直于指向或背离塔架的方向，后者通过枢转吊杆角度的调整来提供。在地面附近，旋转塔架的旋转偏航能力联合它的前倾能用于提供一定程度的提升线的横向调整，以从地面上提起负载。这将不被用于大的横向移动，因为大横向移动将在爬升起重机、附接模块以及塔架后缘上施加额外的负载，小型地面起重机将被用于将负载放置在指定的提升区域内，有限的横向调整能够有助于将负载连接到吊钩，或者有助于在脱离地面接触的初次提升中限制不利的负载或运动。

在到达范围的顶点，旋转塔架的偏航对于横向调整是不起作用的，因为塔架和起重机一起移动，所以爬升起重机的横向调整机构将提供爬升起重机框架相对于塔架的边到边的位移、和/或吊杆相对于框架的小角度旋转，从而提供放置负载所需要的有限的横向调整。实现同样的吊杆末梢侧向调整的其他机构也被包含在本发明的范围内。

当爬升起重机要调整它在旋转塔架后缘上的竖直位置时，这能够在没有提升负载的情况下被完成。爬升起重机的重心不远离后缘，所以重力错位所产生的力矩将是适当的，重力矢量将与塔架后缘几乎对准。这在起重机竖直位置调整期间对附接模块和提升机构提出了最小的要求。

将在爬升起重机在指定位置就位时实施提升。优选的选择是在附接模块处于两个塔架段之间的结合处的情况，因为这种重叠产生了更厚、更刚硬、以及更坚固的区域。在所述位置，会接合安全保持部，比如被插入到塔架或轨道上的孔内的销，或者要求动力驱动松开的到轨道的机械夹持。针对缆车、滑雪吊车、以及大型起重机架设都存在很多类似的安全要求，并且这些安全要求将被用于安全且高效地移动和固定爬升起重机。这种系统的使用落入本发明的范围内。

本说明书被理解为仅是示范性的，并且其目的是为了向本领域技术人员公开实施本发明的方式。应当理解，本文中所画出以及所描述的本发明的形式将被视为目前推荐的实施例。如之前所述，在不脱离本发明的范围的前提下，能够对部件的形状、大小以及布置方式做出多种改变，或者对方法的步骤做出调整。例如，等同的元件可以替代那些在本文中被展示和被描述的元件，而本发明的某些特征可以独立于其他特征被使用，这些对于本领域技术人员而言都将是显而易见的，在从本发明的描述中得到启示后。

尽管具体实施例已经被展示和被描述，但是在不脱离本发明精神的前提下，很多改动是可能的，且本发明的保护范围仅由后附权利要求的范围限定。

Claims (15)

1.一种风力涡轮机塔架，包括第一前倾旋转塔架，其中第一前倾旋转塔架在下轴承和上轴承上旋转，上轴承由包封第一前倾旋转塔架的下部的第二固定下塔架保持在可旋转位置，其中所述固定下塔架能够具有临时狭槽，从而使第一前倾旋转塔架能被向上倾斜到其竖直方位。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机塔架，其中塔架后缘能够包括允许爬升起重机固定到塔架后缘且沿塔架后缘移动的元件，从而能够提升塔架段和风力涡轮机部件。

3.一种爬升起重机，包括：

a)基本平行于塔架后缘被可移动地定位的爬升起重机框架；

b)附接模块，所述附接模块将爬升起重机框架可移动地固定到塔架后缘，具有将爬升起重机提升到后缘上、保持爬升起重机就位、或沿塔架降低爬升起重机的机构；

c)在所述爬升起重机框架的上顶点处的平衡枢转吊杆，所述平衡枢转吊杆提供和控制所述爬升起重机用于提升负载的前方到达范围；

d)用于提升负载的地面绞盘车和缆索；以及

e)提供枢转吊杆相对于塔架的横向调整的机构。

4.根据权利要求3所述的附接模块，还包括附接模块能够包括负载传递和塔架变形限制接触板。

5.根据权利要求3所述的枢转吊杆，包括在枢转吊杆的每个端部处的至少一个旋转滑轮，其中滑轮能使来自至少一辆地面绞盘车的至少一根提升缆索跨过吊杆到达塔架前侧的提升区域，其中地面绞盘车被定位在塔架的后侧，提升缆索从地面绞盘车向上延伸并跨过枢转吊杆。

6.根据权利要求5所述的地面绞盘车和负载提升缆索系统，其中地面绞盘车被定位成使得在枢转吊杆接近到达范围的顶点的情况下，使提升缆索关于塔架后侧的垂线的角度接近翻倍，并且其中：

a)当调整枢转吊杆关于爬升起重机框架的角度时，负载的高度大致保持不变；

b)地面绞盘车被可移动地定位以保持缆索关于塔架后侧的垂线的角度翻倍。

7.根据权利要求3所述的枢转吊杆，其中枢转吊杆关于爬升起重机框架的角度能够由爬升起重机上的机构控制，所述爬升起重机上的机构不需要对提升负载高度随枢转吊杆角度的改变所产生的旋转作用力做出反应。

8.一种用于构造风力涡轮机塔架的方法，包括分段地建造所述塔架；包括能实现爬升起重机的附接、支撑和移动的塔架段元件；提升缆索与地面绞盘车连通；将所述爬升起重机定位在塔架上使爬升起重机能够到达塔架的前方，从而提升塔架段以将塔架建造到全高度；并提升风力涡轮机的机舱和转子。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括将爬升起重机提升或倾斜到塔架的倾斜后缘上的平行位置；使爬升起重机接合倾斜后缘；并固定爬升起重机，从而沿塔架上下移动。

10.根据权利要求8所述的方法，包括沿塔架移动爬升起重机以及将爬升起重机定位在塔架的连接处或其他优选位置以用于提升负载的步骤。

11.根据权利要求8所述的方法，包括通过激活爬升起重机的控制枢转吊杆关于框架的角度的机构来调整风力涡轮机的塔架爬升起重机的前方到达范围。

12.根据权利要求8所述的方法，包括通过旋转吊杆末端处的滑轮，使提升缆索向上跨过爬升起重机的平衡吊杆，来由地面绞盘车调整被提升负载的高度。

13.根据权利要求8所述的方法，还包括在相对于塔架的横向上移动爬升起重机的吊杆的末端，由此将提升吊钩横向地移动到爬升起重机的到达范围的顶点附近。

14.根据权利要求8所述的方法，其中塔架包括第一前倾旋转塔架和第二固定下塔架，所述方法包括将第二固定下塔架构造为具有临时敞开狭槽；使第一旋转塔架的一部分或全部能够向上倾斜穿过临时敞开狭槽；将向上倾斜的第一旋转塔架附接到下轴承和上轴承；和通过第二固定下塔架保持上轴承就位。

15.根据权利要求14所述的方法，包括激活偏航马达并转动旋转塔架以提供提升吊钩接近地面的横向定位的步骤。