CN101565091B - 水上风力发电机的安装设备及其施工方法 - Google Patents

水上风力发电机的安装设备及其施工方法 Download PDF

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Abstract

一种水上风力发电技术领域的水上风力发电机的安装设备及其施工方法，包括：吊装船、运输驳船、起吊机、吊环、可伸缩浮筒及充气装置、支撑腿及升降装置，其中：吊装船下方固定设有四个支撑腿，吊装船四周固定设置若干可伸缩浮筒，吊装船的上方甲板正中竖直固定设置起吊机，吊装船的上方甲板的起吊机两侧分别对称固定设有2～10个吊环，吊环与起吊机的背杆通过钢索连接。运输驳船周围安装有可伸缩浮筒，并配有充气装置。本发明可以在水深0.3～5米的范围内进行海上风力发电塔桩基及风机的安装工作，可大幅提高海上风力发电塔安装效率，降低海上风电场建设成本。

Description

水上风力发电机的安装设备及其施工方法
技术领域
本发明涉及的是一种风力发电技术领域的风力发电机及其施工方法，具体是一种用于水深小于5米处的水上风力发电机的安装设备及其施工方法。
背景技术
与陆地风电场相比，海上风电场风速高、风能资源丰富，不受占地面积、噪声污染等因素的限制，而且距离如沿海经济发达电力紧缺区的电力负荷中心更近，因此海上风力发电已成为风力发电的一个重要方向。
海上风力发电塔的结构通常包括风塔桩基、风塔塔柱和包括机舱和水上风力发电机叶片的发电机组。风塔桩基用来支撑风力发电塔柱及发电机组，可为水泥桩基础或钢管桩基础，钢管桩又可分为单钢管桩或多钢管桩基础。但无论水泥基础或钢管桩基础，其重量都非常大，如单钢管桩直径为4～5米，长40～50米，重量达300～450吨，水泥桩重量更是在千吨以上。而且现代风力涡轮发电机功率越来越高，水上风力发电机重量和水上风力发电机基础重量也是越来越大。因此，风力涡轮发电机及其桩基的海上运输及安装是海上风电场建设工作的核心内容，也是最大的困难所在。
经对现有技术的文献检索发现，有多项国内外专利涉及风力涡轮发动机的海上安装和运输，如中国发明专利申请号CN200810111711.0、CN200610016265.6、CN200610129933.6，欧洲专利EP20000125114等。但这些专利多针对水深大于5米的水域，使用现有的大型运输驳船和大型吊装船舶进行海上水上风力发电机的运输和安装，这类船舶吃水较大，不能用于浅水区风力发电塔的安装。如中国发明专利申请号CN200810111711.0(专利名称：一种风电机组海上整体安全运输的方法)介绍一种风电机组海上运输方法，特点是利用大型运输驳船海上长距离整体运输风电机组；中国发明专利申请号CN200610016265.6(专利名称：海上风力发电塔结构及其安装方法)主要提供一种底部为单筒吸力锚基础的风力发电塔结构，采用大型运输驳船整体运输、整体安装风力发电塔；欧洲专利EP20000125114(专利名称：海上水上风力发电机安装方法及船舶)主要介绍一种水上风力发电机海上安装方法，即在岸上或码头完成风力发电塔的组装，然后使用大型运输驳船将风力发电塔整体运输到风电场，从而降低风力发电塔海上装配成本。这些技术多采用整体运输风力发电塔的形式，由于重量大运输船舶吃水深，因此都无法应用于浅水区风力发电塔的安装。
又经检索发现：丹麦专利申请号DK20030000515，记载了一种“运送风电机组的驳船，搬运水上风力发电机的方法，及用于海上风电场的水上风力发电机”，该技术可整体竖直运输风力发电塔，主要特点是运输过程中对水上风力发电机几乎没有伤害风险；另有欧洲专利申请号EP20020026381，记载一种“运输海上风电机组的升降驳船”，该技术装载水上风力发电机塔架时不需起吊机，并可竖直运输水上风力发电机塔架；还有欧洲专利申请号EP20020026383，记载了一种“用于运输海上风电的驳船”，该技术装载水上风力发电机塔架时不需起吊机，可水平运输水上风力发电机塔架。
以上现有技术所涉及的新型驳船都是关注节省起吊机或对水上风力发电机避免伤害，这些驳船只有在足够深的水域才能使用，而在如水深5米以下的浅水区域均无法有效实施。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种水上风力发电机的安装设备及其施工方法，可在水深0.3～5米的范围内进行海上风力发电塔桩基及水上风力发电机的安装工作，扩大了海上风力发电塔安装范围，安装方法合理有效，可大幅提高海上风力发电塔安装效率，降低海上风电场建设成本。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及水上风力发电机的安装设备，包括：吊装船、运输驳船、起吊机、吊环、可伸缩浮筒和支撑腿，其中：吊装船下方固定设有四个支撑腿，吊装船和运输驳船的四周分别固定设置若干可伸缩浮筒，吊装船的上方甲板正中竖直固定设置起吊机，吊装船的上方甲板的起吊机两侧分别对称固定设有2～10个吊环，吊环与起吊机的背杆通过钢索连接。
所述的起吊机为桁架式全回转起吊机，该起吊机的配重为80～120吨。
所述的吊环固定在吊装船甲板上，通过钢索与起吊机的背杆连接，用于取代起吊机的超起配重。
所述的可伸缩浮筒包括：浮筒结构件、充气皮囊和充气机，其中：浮筒结构件活动设置于吊装船上，充气皮囊的一端与充气机相连，充气皮囊固定设置于浮筒结构件上。
所述的充气机用于给充气皮囊充气，当不需要可伸缩浮筒提供浮力时，把充气皮囊放气并缩回浮筒结构件，减小船体尺寸。
所述的吊装船的满载吃水深度为0.3～5米。
所述的运输驳船为长方形船体，该运输驳船的满载吃水深度为0.3～5米。
本发明所涉及的如上述水上风力发电机的安装设备的施工方法，包括以下步骤：
第一步、使用运输驳船分别将吊装船、水上风力发电机的桩基、转接头、打桩锤及其动力系统运输至风电场，当运输驳船和吊装船位于水深小于1米处的浅水航行时启动可伸缩浮筒，并用充气机向充气皮囊内充气提供浮力以减小船体吃水深度，当运输结束后，将充气皮囊内的气体放出并缩回浮筒结构件，以减小船体尺寸；
第二步、将起吊机的背杆与吊环用钢索连接，然后用起吊机将若干桩基分别吊起竖立并置于风电场位置，然后松开起吊机背杆与吊环的连接，循环本次操作直至所有桩基均安置于风电场位置；最后用起吊机吊起打桩锤并依次将所有桩基打桩至风电场位置，打桩结束后安装转接头；
第三步、使用运输驳船将风力发电机的塔柱、机舱和叶片运输至风电场，当运输驳船和吊装船位于水深小于1米处的浅水航行时启动可伸缩浮筒，并用充气机向充气皮囊内充气提供浮力以减小船体吃水深度，当运输结束后，将充气皮囊内的气体放出并缩回浮筒结构件，以减小船体尺寸；
第四步、将起吊机的背杆与吊环用钢索连接，然后用起吊机分别将水上风力发电机塔柱、机舱和叶片吊装组合，然后松开起吊机背杆与吊环的连接，施工结束。
本发明可在水深0.3米的范围内进行海上风力发电塔桩基及风机的安装工作，进一步扩大了海上风力发电塔安装范围的同时结构简单，建造容易，成本低廉。
附图说明
图1为本发明浅水风力发电机的吊装船主视图；
图2为本发明浅水风力发电机的吊装船俯视图；
图3为本发明浅水运输驳船主视图；
图4为本发明浅水运输驳船俯视图；
图5为本发明可伸缩浮筒由收缩状态变为工作状态的过程示意图；
其中：(a)浮筒为收缩状态；(b)浮筒结构件伸出；(c)用充气机为充气皮囊充气。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1、图2、图3和图4所示，为本实施例涉及的水上风力发电机的安装设备，包括：吊装船1、起吊机2、吊环3、可伸缩浮筒4、支撑腿5和运输驳船6，其中：吊装船1下方固定设有四个支撑腿5，吊装船1和运输驳船6的四周均固定设置若干可伸缩浮筒4，吊装船1的上方甲板正中竖直固定设置起吊机2，吊装船1的上方甲板的起吊机2两侧分别对称固定设有2～10个吊环3，吊环3与起吊机2的背杆7通过钢索连接。
所述的起吊机2为桁架式全回转起吊机，所带配重8为100吨。
如图5所示，所述的可伸缩浮筒3由浮筒结构件9、充气皮囊10、充气机11组成，充气后浮筒尺寸为宽4米、高2米。
所述的吊装船5的满载吃水0.3米，船体长、宽、型深分别为40×27×2米。
所述的运输驳船6的满载吃水0.3米，船体长、宽、型深分别为83×24×2米，运载能力600吨。
本实施例水上风力发电机的安装设备的施工方法的实施步骤如下：
第一步、使用运输驳船6将吊装船1拖航至水深0.5米水深的施工地点，当水深大于1米水域航行时可伸缩浮筒3为收缩状态，当水深小于1米时，浮筒结构件31伸出，同时用充气机33给充气皮囊32充气，使船体吃水深度减为0.3米；
第二步、利用运输驳船将水上风力发电机的桩基、转接头、打桩锤及其动力系统运输至0.5米水深的施工地点。船在水深大于1米水域航行时浮筒为收缩状态，当水深小于1米后，浮筒结构件伸出，同时用充气机给充气皮囊充气，使船体吃水深度减为0.3米；
第三步、吊装船和运输驳船航行至风电场指定地点后，将充气皮囊放气，缩回浮筒结构件，以减小船体尺寸；
第四步、利用吊装船上的吊机将运输驳船上的400吨重风机桩基吊起并竖立在预定的安装位置。由于桩基重量较大，需将起吊机背杆与吊环用钢索连接，以提供超起所需配重，保证起吊机的平衡；将桩基吊起后，起吊机起吊臂的跨度减小，自带100吨配重足以保证起吊机平衡，此时松开起吊机背杆与吊环的连接，起重机即可带载转动。转动指定角度后，再将起吊机背杆与吊环的连接，即可增加吊臂的跨度，将桩基竖立在预定的安装位置。
第五步、将打桩锤吊到桩基上开始打桩，打桩结束后安装转接头；
第六步、利用运输驳船将风力发电机塔柱、机舱和叶片运输至风电场。运输过程与第二步相同；
第七步、利用吊装船上的吊机分别吊装水上风力发电机塔柱、机舱和叶片。吊装工作工序与第四步相同；
第八步、吊装船和运输驳船移动到新的安装位置进行下一个风力发电塔的安装。
本实施例通过合理设计、结构优化的设备，使得其可以在水深0.3米的范围内进行海上风力发电塔桩基及风机的安装工作，可大幅提高海上风力发电塔安装效率，降低海上风电场建设成本。

Claims (7)

1.一种水上风力发电机的安装设备，包括：吊装船、运输驳船、起吊机、吊环、可伸缩浮筒和支撑腿，其特征在于：吊装船下方固定设有四个支撑腿，吊装船和运输驳船的四周分别固定设置若干可伸缩浮筒，吊装船的上方甲板正中竖直固定设置起吊机，吊装船的上方甲板的起吊机两侧分别对称固定设有2～10个吊环，吊环与起吊机的背杆通过钢索连接；
所述的可伸缩浮筒包括：浮筒结构件、充气皮囊和充气机，其中：浮筒结构件活动设置于吊装船上，充气皮囊的一端与充气机相连，充气皮囊固定设置于浮筒结构件上。
2.根据权利要求1所述的水上风力发电机的安装设备，其特征是，所述的起吊机为桁架式全回转起吊机。
3.根据权利要求1或2所述的水上风力发电机的安装设备，其特征是，所述的起吊机的配重为80～120吨。
4.根据权利要求1所述的水上风力发电机的安装设备，其特征是，所述的吊装船的满载吃水深度为0.3～5米。
5.根据权利要求1所述的水上风力发电机的安装设备，其特征是，所述的运输驳船为长方形船体。
6.根据权利要求1或5所述的水上风力发电机的安装设备，其特征是，所述的运输驳船的满载吃水深度为0.3～5米。
7.根据权利要求1所述的水上风力发电机的安装设备的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、使用运输驳船分别将吊装船、水上风力发电机的桩基、转接头、打桩锤及其动力系统运输至风电场，当运输驳船和吊装船位于水深小于1米处的浅水航行时启动可伸缩浮筒，并用充气机向充气皮囊内充气提供浮力以减小船体吃水深度，当运输结束后，将充气皮囊内的气体放出并缩回浮筒结构件，以减小船体尺寸；
第二步、将起吊机的背杆与吊环用钢索连接，然后用起吊机将若干桩基分别吊起竖立并置于风电场位置，然后松开起吊机背杆与吊环的连接，循环本次操作直至所有桩基均安置于风电场位置；最后用起吊机吊起打桩锤并依次将所有桩基打桩至风电场位置，打桩结束后安装转接头；
第三步、使用运输驳船将风力发电机的塔柱、机舱和叶片运输至风电场，当运输驳船和吊装船位于水深小于1米处的浅水航行时启动可伸缩浮筒，并用充气机向充气皮囊内充气提供浮力以减小船体吃水深度，当运输结束后，将充气皮囊内的气体放出并缩回浮筒结构件，以减小船体尺寸；
第四步、将起吊机的背杆与吊环用钢索连接，然后用起吊机分别将水上风力发电机塔柱、机舱和叶片吊装组合，然后松开起吊机背杆与吊环的连接，施工结束。
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