CN102107720B - 海上风机整体式设置系统 - Google Patents

Abstract

一种海洋工程技术领域的海上风机整体式设置系统，包括：安装船、龙门架、精确定位系统、起降系统和紧固装置，龙门架位于安装船的艏艉并与精确定位系统相连接，精确定位系统设置于龙门架横梁上并与起降系统相连接，起降系统和紧固装置分别设置于精确定位系统的定位梁上。本发明使风机可以在陆上吊装完毕之后，由风电安装船整体运输到海上风电场并完成设置。海上设置过程中无需使用大型吊装设备及除拖船外的其他船舶。本发明将精确定位系统和起降系统设置在龙门塔架上，同时配备用于运输状态的紧固装置，设置状态时桩腿打入海底，这三点确保了风机整体运输设置过程中的稳定性和可靠性。

Description

海上风机整体式设置系统

技术领域

本发明涉及的是一种海洋工程技术领域的装置，具体是一种海上风机整体式设置系统。

背景技术

海上风机设置系统是一种在恶劣海洋环境中把风力发电机设置就位的一种系统。近年来，海上风电场的发展方兴未艾。海上风能作为风能的一种新形式，具有湍流强度小、主导风向稳定、节约土地资源、风能平稳、无噪音及景观污染等优势。但海洋环境中风浪流冰等复杂条件也给发展海上风电带来了很多困难，其中设置环节的高成本成为阻碍海上风电场大规模发展的最大障碍。

目前世界上最普遍采用的海上风机设置方法是分体式吊装法，即通过驳船将风机部件运输到现场，再由起重船或自升式平台上的起重机将风机组装完毕。吊装法虽然原理简单，但实际操作制约因素很多，如需要在海上进行装配调试，多船协同配合工作，对海况、天气条件要求严格。因此设置过程复杂，施工周期长，不确定因素多，成本高。尽管相继出现了几艘专门应用于海上风电的安装船舶，但无法从根本上弥补分体式吊装方法的不足。整体设置的概念经过多年的研究已经在一些示范风电场得以实施，如英国的Beatrice风电场和我国的东海大桥风电项目均采用了浮吊的方式整体设置风机。但整体吊装对起重能力，即吊高、吊重等能力的要求非常高，且需要人工辅助精确定位，使用现有大型起重设备大规模整体设置风机并不经济。此外采用浮吊方式还存在船体之间相对运动等问题，对海况、天气条件的要求更高，给风机的精确定位设置带来了很大的困难。

经过对现有技术的检索发现，2009年7月2日公开于加拿大知识产权局的专利CA2710058A1给出了一种设置海上风机的方法。首先将基座在海上设置好，将风机整体以竖直状态从岸上转移到驳船上并固定于驳船上的中转位置。驳船的艏部设置有悬臂梁，悬臂梁上设置风机设置装置。将驳船拖航至设置现场后，先通过拖船推动及锚链系泊等方法定位驳船，使设置装置和风机基座相对应，再将风机在驳船上从中转位置移动到设置位置。最后通过加载压载水的方式增加驳船吃水，使风机塔筒和基座完成对接设置。对接位置设有缓冲减震装置。

但是该现有技术的局限性一方面是在风机整体运输及设置过程中未在风机重心高以上位置设置紧固装置，另一方面该技术不能实现驳船到达现场后风机塔筒基座之间的精确定位，在浮态下驳船的运动会影响精确定位。以上两方面会导致运输设置中对天气海况的要求非常高，严重影响可用于施工的时间。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种海上风机整体式设置系统，使风机可以在陆上吊装完毕之后，由风电安装船(自航或拖航)整体运输到海上风电场并完成设置。海上设置过程中无需使用大型吊装设备及除拖船外的其他船舶。本发明将精确定位系统和起降系统设置在龙门塔架上，同时配备用于运输状态的紧固装置，设置状态时桩腿打入海底，这三点确保了风机整体运输设置过程中的稳定性和可靠性。本方法可以加快风机的设置速度以及增加不同海况下的有效作业时间，提高效率，降低成本。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：安装船、龙门架、精确定位系统、起降系统和紧固装置，其中：龙门架位于安装船的艏艉并与精确定位系统相连接，精确定位系统设置于龙门架横梁上并与起降系统相连接，起降系统和紧固装置分别设置于精确定位系统的定位梁上。

所述的安装船上设有：桩腿、外延甲板、U型开槽和甲板支座，其中：桩腿设置于船身两侧，外延甲板设置于安装船的艏部和艉部，两侧外延甲板均设有U型开槽，甲板支座设置于运输状态下塔筒的下侧并与甲板相连接。

所述的外延甲板的整体结构高于水线。

所述的龙门架上设有一对龙门架轨道，该龙门架轨道分别活动设置于艏艉U型开槽两侧的外延甲板上，龙门架沿轨道在船长方向移动，龙门架轨道的支腿采用变截面箱形梁结构，横梁采用单梁箱型结构。

所述的精确定位系统包括：滑道、滑条、滑条油缸、圆柱推块、长方体推块、定位梁、L字形压块、板架及推杆，其中：滑道设置于龙门架横梁上表面并与滑条相连接，滑条设置于滑道上且下端部分内嵌于滑道内，滑条由液压油缸推动沿滑道运动，滑条油缸设置于滑条两端，圆柱推块焊接于艏艉侧，即风机一侧的滑条正中。长方体推块活动设置于位于舯侧的滑条内，长方体推块与焊接在板架下侧的推杆相连接，滑条分别与与圆柱推块、长方体推块、定位梁、L字形压块、板架和滑条油缸相连接，两根定位梁设置于滑条上方并与滑条相接触，定位梁与L字形压块和板架相连接，L字形压块焊接在位于舯侧的滑条上并压住定位梁的舯端，板架焊接在两个定位梁之间并覆盖滑条上方，推杆焊接在板架下方且与长方体推块相接触。

所述的滑道为内凹型；

所述的定位梁为箱型梁，布置方向与滑条垂直，该定位梁的舯端为圆弧形且定位梁的艏艉端伸出龙门架横梁用于起降风机；

所述的L字形压块内侧为圆弧形，以实现与定位梁舯端相对转动。

所述的起降系统包括：电动机、绞车、转向滑轮、定位梁开孔、滑轮组和滑轮组座，其中：电动机设置在定位梁上并与绞车相连接，转向滑轮设置于定位梁艏艉端内侧，定位梁开孔位置于转向滑轮下侧，钢丝绳设置于电动机和滑轮组座之间，滑轮组设置在钢丝绳上，滑轮组座焊接在风机塔筒上，绞车设置于定位梁艏艉端外侧并通过转向滑轮、钢丝绳、滑轮组和吊钩实现风机的起吊。

当处于运输状态时，即从码头到风电场的过程中，龙门架固定于甲板，风机塔筒底部由甲板支撑，定位梁内侧的紧固装置在高于风机重心的位置横向夹住塔筒。当处于设置状态时，即安装船通过推进系统(螺旋桨与艏侧推)与锚泊配合的方式已使安装船船首(或船尾)的开槽位置处于风机基座上方后，打下桩腿使安装船变为自升状态，然后开始进入精确定位状态以完成风机塔架与风机基座的对接。

当安装船完成固定后，通过定位梁上的起降装置起升风机，使塔筒脱离甲板支撑，此时风机的全部载荷均由该起降装置承载。绞车布置在定位梁上，在梁舯侧(靠近船中线面一侧)边缘布置定滑轮以使钢丝绳转为垂向方向，通过吊钩勾住焊接在塔筒侧面的锁扣。为了不影响运输状态紧固装置的布置，钢丝绳转为垂向后穿过定位梁边缘的起升孔向下延伸。需采用高倍率滑轮组以降低电动机工作功率。

龙门架部分使用龙门起重机大车运行机构，通过电动机驱动大车沿船长方向行走，满足该方向的精确定位需求。当大车运行到指定位置后，即塔筒底部中心与基座中心在船宽方向上位于一条直线时，通过制动器使大车固定。

为了使塔筒和基座中心重合，还需使塔筒沿船宽方向移动一定距离。通过油缸同步推动两根滑条，焊接在风机艏侧滑条上的圆柱推块和放置在位于舯侧的滑条矩形槽内的长方体推块分别推动加强板架及焊接于板架的推杆，进而推动定位梁和风机一并沿船宽方向移动。滑条上的垫片与定位梁之间虽有一定的摩擦力，但不作为带动定位梁运动的动力。

由于塔筒与基座采用螺栓连接方式固定，必须保证两者的螺栓孔完全对应，因此精确定位装置需具备一定角度的旋转能力。由于螺栓的数量众多，因此只需实现小角度旋转即可。在实现旋转功能时，两根滑条中靠近风机的艏艉侧滑条固定不动，只有远离风机的位于舯侧的滑条做前后运动。这样由风机、定位梁、板架构成的整体均围绕圆柱推块做小角度旋转运动。旋转过程中板架会与滑条产生一定角度，这时舯滑条矩形槽内的长方体滑块不仅随滑条沿其运动方向运动，还会沿着矩形槽做与滑条运动方向垂直的水平运动。带孔的长方体滑块在推动孔内推杆移动的同时也与其发生相对转动。通过以上设置，保证了板架在滑条没有转动的情况下实现小角度转动。此时滑条垫片与定位梁之间的摩擦力起到阻力作用，应使用润滑油等措施减小摩擦力。该垫片在使用一段时间后应予与更换。此外，为保证在旋转过程中定位梁与滑条间的压强不变，须使两者接触面积保持不变，垫片的形状应设计为弧形，弧度由旋转半径确定。

通过船长、船宽、旋转(X，Y，XY)三个方向的调节，可使风机塔筒与基座完全处于一条垂线，在方向调节的过程中还须缓慢降低塔筒的高度，直至塔筒与基座的螺栓孔完全对应，以完成螺栓连接。螺栓连接完毕之后，卸掉吊钩，卸去起降系统的对风机的提升力。则整个风机的设置过程结束，设置系统复位。

与现有技术相比，本发明具有明显的优势：本发明的载体为专门设计的海上风电安装船，可以快速自航或拖航至作业海域并提供稳定的设置平台，大大降低以往多条船舶协同配合的成本。本发明采用整体设置的概念，可以保证风机在陆地调试完毕后再运往海上，降低了海上调试的成本。由于风机的运输和设置均通过一条船进行，本发明避免了以往其他方法两船相对运动的问题，降低了对海况及天气条件的要求，也就是增加了可作业时间。船首和船尾各布置一套设置系统，减少了船舶消耗于往返路途的时间。通过采用安装船粗定位和风机精确定位的两阶段设置方案，最大限度地简化了设置步骤，加快了设置速度，降低了设置时的不确定性，省去了传统方法对起重船、大型起重机械的需求。受安装船桩腿长度的限制，本发明适用于近海35米水深以内的水域，非常适合我国沿海的实际条件。本设置系统除用于海上风机设置外，今后还可用于其他海洋结构物的设置施工。

附图说明

图1为本发明主体结构俯视图。

图2为本发明主体结构主视图。

图3为本发明主体结构侧视图。

图4为本发明运输状态整船侧视图。

图5为本发明设置状态整船侧视图。

图6为本发明整船俯视图。

图7为精确定位系统的沿船宽方向示意图。

图8为精确定位系统转动示意图。

图9为精确定位系统立体示意图。

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6所示，本实施例包括：安装船1、龙门架2、精确定位系统3、起降系统4和紧固装置5，风机6，其中：龙门架2位于安装船1的艏艉并与精确定位系统3相连接，精确定位系统3设置于龙门架2横梁上并与起降系统4相连接，起降系统4和紧固装置5分别设置于精确定位系统3的定位梁上。

所述的安装船1包括：桩腿11、外延甲板12、U型开槽13和甲板支座14，其中：桩腿11设置于船身两侧，外延甲板12设置于安装船1的艏部和艉部，两侧外延甲板12均设有U型开槽，甲板支座14设置于运输状态下塔筒的下侧并与外延甲板12相连接。

所述的龙门架2上设有龙门架轨道21，该龙门架轨道21分别活动设置于所述U型开槽两侧的外延甲板12上，龙门架沿轨道21在船长方向移动，龙门架轨道21的支腿采用变截面箱形梁结构，横梁采用单梁箱型结构。

如图7-图9所示，所述的精确定位系统3包括：滑道31、滑条32、滑条油缸33、圆柱推块34、长方体推块35、定位梁36、L字形压块37、板架38及推杆39，其中：滑道31设置于龙门架横梁上表面并与滑条32相连接，滑条32设置于滑道31上且下端部分内嵌于滑道内，滑条32由液压油缸33推动沿滑道31运动，滑条油缸33设置于滑条32两端，圆柱推块34焊接于艏艉侧，长方体推块35活动设置于位于舯侧的滑条31正中的矩形槽内，长方体推块35与焊接在板架38下侧的推杆39相连接，滑条31分别与圆柱推块34、长方体推块35、定位梁36、L字形压块37、板架38和滑条油缸33相连接，两根定位梁36设置于滑条31上方并与滑条32相接触，定位梁36与L字形压块37和板架38相连接，L字形压块37焊接在位于舯侧的滑条31上并压住定位梁36的舯端，板架38焊接在两个定位梁36之间并覆盖滑条31上方，推杆39焊接在板架38下方且与长方体推块35相接触。

所述的起降系统4包括：电动机41、绞车42、转向滑轮43、定位梁开孔44、滑轮组45、滑轮组座46和钢丝绳，其中：电动机41设置在定位梁36上并与绞车42相连接，转向滑轮43设置于定位梁艏艉端内侧，定位梁开孔44位置于转向滑轮43下侧，钢丝绳设置于电动机和滑轮组座之间，滑轮组45设置在钢丝绳上，滑轮组座46焊接在风机塔筒上，绞车42设置于定位梁艏艉端外侧并通过转向滑轮43、钢丝绳、滑轮组45和吊钩实现风机的起吊。

所述的紧固装置5上设有紧固油缸51，用于紧固运输过程中的风机，防止其侧倾。

如图4至8所示，本实施例通过以下方式进行工作：

1)在码头将风机整体从陆地吊装到安装船上，艏艉各装有一台风机。风机塔筒底部由甲板支座支撑，上端高于风机重心的位置由紧固装置固定。此时安装船处于漂浮状态。(见图4)

2)到达风电场之后，安装船利用推进系统与锚泊的配合完成粗定位，使风机基座处于安装船甲板外延U型开槽内(见图5，6)

3)打下桩腿，固定安装船，提供稳定设置环境。

4)通过位于定位梁上的起降系统将风机吊起，使塔筒底部不再受甲板支座支撑。

5)龙门架向艏(艉)外延甲板方向移动，完成船长方向的精确定位。

6)同时移动两根滑条，带动定位梁及风机移动，完成船宽方向的精确定位(见图7)

7)保持艏艉侧滑条不动，移动位于舯侧的滑条，带动定位梁及风机小角度旋转，从而使塔筒和基座的螺栓孔对齐。(见图8)

8)降低风机，并沿船长船宽方向微调风机，在完全对正的情况下使塔筒和基座完成对接。

9)设置螺栓。

10)起降系统吊钩脱离风机，完成设置过程。设置系统复位。

11)风电安装船驶离设置好的风机，开始下一个风机设置或回港。

Claims (8)

1.一种海上风机整体式设置系统，包括：安装船、龙门架、精确定位系统、起降系统和紧固装置，其特征在于：龙门架位于安装船的艏艉并与精确定位系统相连接，精确定位系统设置于龙门架横梁上并与起降系统相连接，起降系统和紧固装置分别设置于精确定位系统的定位梁上；

所述的精确定位系统包括：滑道、滑条、滑条油缸、圆柱推块、长方体推块、定位梁、L字形压块、板架及推杆，其中：滑道设置于龙门架横梁上表面并与滑条相连接，滑条设置于滑道上且下端部分内嵌于滑道内，滑条由滑条油缸推动沿滑道运动，滑条油缸设置于滑条两端，圆柱推块焊接于艏艉侧，长方体推块活动设置于位于舯侧的滑条内，长方体推块与焊接在板架下侧的推杆相连接，滑条分别与圆柱推块、长方体推块、定位梁、L字形压块、板架和滑条油缸相连接，两根定位梁设置于滑条上方并与滑条相接触，定位梁与L字形压块和板架相连接，L字形压块焊接在位于舯侧的滑条上并压住定位梁的舯端，板架焊接在两个定位梁之间并覆盖滑条上方，推杆焊接在板架下方且与长方体推块相接触；

所述的起降系统包括：电动机、绞车、转向滑轮、定位梁开孔、滑轮组、钢丝绳和滑轮组座，其中：电动机设置在定位梁上并与绞车相连接，转向滑轮设置于定位梁艏艉端内侧，定位梁开孔位置于转向滑轮下侧，钢丝绳设置于电动机和滑轮组座之间，滑轮组设置在钢丝绳上，滑轮组座焊接在风机塔筒上，绞车设置于定位梁艏艉端外侧并通过转向滑轮、钢丝绳、滑轮组和吊钩实现风机的起吊。

2.根据权利要求1所述的海上风机整体式设置系统，其特征是，所述的安装船上设有：桩腿、外延甲板、U型开槽和甲板支座，其中：桩腿设置于船身两侧，外延甲板设置于安装船的艏部和艉部，甲板支座设置于运输状态下塔筒的下侧并与外延甲板相连接。

3.根据权利要求2所述的海上风机整体式设置系统，其特征是，所述的外延甲板的整体结构高于水线。

4.根据权利要求2所述的海上风机整体式设置系统，其特征是，所述的龙门架上设有一对龙门架轨道，该龙门架轨道分别活动设置于外延甲板上。

5.根据权利要求2所述的海上风机整体式设置系统，其特征是，所述的外延甲板上设有U型开槽。

6.根据权利要求1所述的海上风机整体式设置系统，其特征是，所述的滑道为内凹型。

7.根据权利要求1所述的海上风机整体式设置系统，其特征是，所述的定位梁为箱型梁，布置方向与滑条垂直，该定位梁的舯端为圆弧形且定位梁的艏艉端伸出龙门架横梁用于起降风机。

8.根据权利要求1所述的海上风机整体式设置系统，其特征是，所述的L字形压块内侧为圆弧形，以实现与定位梁舯端相对转动。

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