CN103332269B - 背负式海上风电整机运输安装船 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海上浮动式结构物的运输和安装装备。背负式海上风电整机运输安装船，包括船体，在船首和船尾均设有U型的下层凹槽、U型的上层凹槽，下层凹槽的尺寸根据筒型基础的筒体直径确定，上层船体凹槽的尺寸根据筒型基础过渡段的最大直径确定，下层凹槽宽、上层凹槽窄。本发明利用筒型基础的浮力实现基础与运输船大面积的接触，载货主要部分在水中，重心低，运输的安全性更好；通过上宽下窄的凹槽实现对基础结构的三向约束，保证了风机基础在浮运状态下与船体的同步；通过设置门式桁架柔性扶正、橡胶靠垫等柔性约束、船艏方向的液压顶升等系统，提高了整机运输的安全性，实现了海上风电整机在陆上整体建造并调试、海上运输安装一体化作业。

Description

背负式海上风电整机运输安装船

技术领域

本发明属于海洋船舶领域，具体地，涉及一种海上浮动式结构物的运输和安装装备。

背景技术

筒型基础结构是近年来快速发展的一种新型基础结构，为底部开口的半封闭筒型结构型式，筒型基础可以漂浮于水面上。

随着筒型基础在海上风电的应用技术逐步取得完善，工程实际应用也将取得突破性进展，将筒型基础作为基础的海上风力发电机组可实现陆上建造并调试、海上运输及安装，能最大限度的在陆上完成作业，缩短海上安装时间，提高安装效率。

筒型基础作为海上风机基础的推广应用，形成了一种集风机基础(筒型基础)、塔筒、机舱、叶片于一体的新型海上风电整机。此新型海上风电整机能够实现陆上建造和调试，而海上风电整机的运输和安装难度大，需要采用一种专用的海上风电整机运输安装船。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种背负式海上风电整机运输安装船，解决海上风电整机的运输、安装问题，同时也可以解决风电整机的迁移、拆除问题，还可以解决海上风电机组部件的运输、安装、拆除问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种背负式海上风电整机运输安装船，包括船体，其特征在于：在船首和船尾均设有U型的下层凹槽、U型的上层凹槽，下层凹槽的尺寸根据筒型基础的筒体直径确定，上层船体凹槽的尺寸根据筒型基础过渡段的最大直径确定，下层凹槽宽、上层凹槽窄。

优选的，船体分上下两层，下层凹槽在下层船体形成，上层凹槽在上层船体形成。

优选的，所述安装船的甲板顶面沿上层凹槽周向布置多套起重机构；起重机构由卷扬机、钢丝绳、定滑轮组、动滑轮组、锁紧机构组成；起重机构的钢丝绳穿过上层甲板直达下层凹槽，多套起重机构由一套控制系统实现同步控制，以确保在作业过程中起重机构联动。

优选的，所述安装船的下层凹槽的顶面和侧面均设有橡胶垫。

优选的，所述安装船的下层凹槽的顶面和侧面均设有枕木、气囊靠垫。

优选的，在所述安装船的甲板上设置门式桁架，门式桁架跨越上层凹槽，门式桁架上端的平台上设有抱紧器，抱紧器采用液压油缸操作。

优选的，在U型凹槽下部船艏方向，左右设置带橡胶靠垫的水平液压顶升系统；水平液压顶升系统由控制系统、基座、液压千斤顶、旋转顶板、橡胶靠垫组成；液压千斤顶的安装方向指向筒型基础的圆心；液压顶升系统的旋转顶板可以在水平方向一定角度的转动，以确保靠垫在筒型基础运动中始终贴合筒体，从船艏方向向船艉方向施加水平力。

优选的，所述安装船设有多点系泊定位系统，用于海上整机安装时的移船和定位。

利用上述背负式海上风机运输船实施背负式运输与安装的方法，其特征在于，具体操作步骤为：

第一步，利用筒型基础的自浮能力，拖至船体的凹槽中，利用船上的起重机构，提升筒型基础与船体连接。在筒型基础内注入压缩空气，基础浮力进一步增加，形成筒型基础顶靠船体的背负式连接，起重机构锁定，锁紧靠垫、液压顶升机构等约束机构，完成筒型基础与船体的同步；

第二步，利用陆上设备及门式吊机，吊装海上风电整机上部结构，形成海上风电整机；

第三步，采用背负式运输方式，运至风电场指定位置；

第四步，打开筒型基础的放气阀，逐步减少基础浮力，使得基础与船体底部脱离；同时，利用船上的起重机构，采用同步技术，结合筒型基础的下沉技术，将海上风电整机沉放至海床、并调平；

第五步，船上起重机构自动脱钩，船舶返航。

优选的，风机运输安装船可以实现一次运输、安装、回收2个或者2个以上带筒型基础的海上风机整机。

相对于现有技术，本发明的优越性在于：本发明的背负式海上风电整机运输技术，利用筒型基础的浮力实现基础与运输船大面积的接触，承担运输荷载；载货主要部分在水中，重心低，运输的安全性更好；通过在船体艏艉或侧边开有适合容纳筒型基础的上宽下窄的凹槽，实现对基础结构的三向约束，保证了风机基础在浮运状态下与船体的同步；通过设置门式桁架柔性扶正、橡胶靠垫等柔性约束、船艏方向的液压顶升等系统，分别对基础、塔筒、风机施加全方位的柔性防护，大大提高了整机运输的安全性，从而有效地解决了海上风电整机的整体运输和安装问题；进而实现海上风电整机在陆上整体建造并调试、海上运输安装一体化作业。

附图说明

图1为背负式运输安装船主视示意图；

图2为背负式运输安装船侧视示意图；

图3为背负式运输安装船平面示意图；

图4为背负式运输安装船的凹槽固定方式示意图；

图5为背负式运输原理示意图。

图中，1、船体，2、下层凹槽，3、上层凹槽，4、门式桁架，5、海上风电整机下部结构，6、海上风电整机上部结构，7、起重机构，8、橡胶垫，9、水平液压顶升机构。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，背负式海上风电整机运输安装船，包括船体1，船体1分上下两层，在船首和船尾均设有U型的下层凹槽2、U型的上层凹槽3，下层凹槽2在下层船体形成，上层凹槽3在上层船体形成，下层凹槽3的尺寸根据筒型基础的筒体直径确定，上层船体凹槽的尺寸根据筒型基础过渡段的最大直径确定，下层凹槽2宽、上层凹槽3窄，可以对漂浮于水面的筒型基础形成三个方向的约束。

海上风电整机包括海上风电整机下部结构5、海上风电整机上部结构6，海上风电整机下部结构5为筒型基础；海上风电整机上部结构6包括塔筒、机舱、叶片。

所述安装船的甲板顶面沿上层凹槽周向布置多套起重机构7，起重机构7由卷扬机、钢丝绳、定滑轮组、动滑轮组、锁紧机构组成，属于现有技术。起重机构7的钢丝绳穿过上层甲板直达下层凹槽2，多套起重机构7由一套控制系统实现同步控制，以确保在作业过程中起重机构7联动，为筒型基础5提供20000KN以上的起吊力，可以与筒型基础5的浮力协同作用，实现平稳上浮、沉放。同时，在运输过程中，其锁紧机构可以锁紧钢丝绳，保证船体1与筒型基础5的连接；用来在运输过程中进一步约束风机基础，在沉放过程中辅助整机下沉。筒型基础5抵达指定位置后，采用起重机构7将筒型基础5与船体连接，从而基础与船体成为一体，其钢丝绳锁紧后，在运输过程中为筒型基础5施加垂直方向的额外的约束，增加安全因素利于运输。

起重机构7可以为已经安装完成的整机或筒型基础的回收提供起吊力，使得本发明风机安装运输船同时具备回收风电整机的功能。

所述安装船的下层凹槽2的顶面和侧面均设有橡胶垫8，也可采用枕木、气囊靠垫代替橡胶垫8，用于在运输和安装过程中，保护风机基础。

在所述安装船的甲板上设置门式桁架4，门式桁架4跨越上层凹槽3，门式桁架4上端的平台上设有抱紧器，抱紧器采用液压油缸操作，用于在运输安装过程中对海上风电机舱和塔筒提供柔性防护。

在运输筒型基础5的过程中，由于海水和波浪对运动中的筒型基础5会产生向船艏方向的作用力，而导致远离船体的趋势。如图4所示，为实现在运输过程中对基础提供船艏方向的约束，基础与船体在水平方向上的同步，在U型凹槽下部船艏方向，左右设置带橡胶靠垫的水平液压顶升系统9。水平液压顶升系统9由控制系统、基座、液压千斤顶、旋转顶板、橡胶靠垫组成；水平液压顶升系统属于现有技术。液压千斤顶的安装方向指向筒型基础5的圆心。液压顶升系统9的旋转顶板可以在水平方向一定角度的转动，以确保靠垫在筒型基础5运动中始终贴合筒体，从船艏方向向船艉方向施加水平力，避免因筒型基础5向船艏方向的水平运动，导致筒型基础5与船体1之间的运动失调。

背负式运输的原理和步骤如图5所示，被运输的风机基础浮于水中，采用充气措施，使基础受到的浮力大于或等于风机整机重量；风机基础依靠浮力以背负的方式，通过缓冲橡胶垫，顶在船体结构的底部，从而形成与船体的连接，这种以面接触代替了吊运方式的点接触的运输方式，解决了荷载集中、受力结构复杂的问题。与传统的大件放置于船舶甲板的运输方式相比，本发明背负式运输风机整机在水中，对船体施加向上的力，其重心更低，稳性更好。

所述安装船设有多点系泊定位系统，用于海上整机安装时的移船和定位。

利用本发明的背负式海上风机运输船实施背负式运输与安装，具体操作步骤为：

第一步，利用筒型基础5的自浮能力，拖至船体的凹槽中，利用船上的起重机构7，提升筒型基础5与船体1连接。在筒型基础5内注入压缩空气，基础浮力进一步增加，形成筒型基础顶靠船体的背负式连接，起重机构锁定，锁紧靠垫、液压顶升机构等约束机构，完成筒型基础与船体的同步；

第二步，利用陆上设备及门式吊机4，吊装海上风电整机上部结构6，形成海上风电整机；

第三步，采用背负式运输方式，运至风电场指定位置；

第四步，打开筒型基础的放气阀，逐步减少基础浮力，使得基础与船体底部脱离。同时，利用船上的起重机构7，采用同步技术，结合筒型基础的下沉技术，将海上风电整机沉放至海床、并调平；

第五步，船上起重机构7自动脱钩，船舶返航。

本发明也适用于以筒型基础为基础结构的其它海上结构物的运输和安装。本发明的风机运输安装船，可以实现一次运输、安装、回收2个或者2个以上带筒型基础的海上风机整机。

实施例

设筒型基础5的直径为35米，过渡段最大直径为22米，筒体高度10米。此筒型基础在5米吃水下可以提供浮力F约50000KN，其自身重量产生重力G约30000KN，富余的20000KN浮力，通过船底部橡胶靠垫传递到船体1的底部，所产生的20000KN反作用力使得筒型基础和船体形成完全同步的固定连接，使得筒型基础与船体实现浮运同步。同时，由于筒型基础大部分处于水下，其整体重心大大低于被置于甲板上运输的方式，其运输稳性和安全性明显增加。

筒型基础5与海上风电整机上部结构6构成海上风电整机，轮毂高度约95米。为运输安装此海上风电整机，所采用的背负式海上风电整机运输安装船的船体部分1在两端分为上下两层，下层开有边长38米的方形（或多边形、圆形）凹槽2，上层开有直径23米的圆形（或多边形）凹槽3，所述凹槽3的上部周围安装有桁架式吊机4。船体1上设有多个起重机构7，用于运输时筒型基础5与船体1之间的固接和辅助海上风电整机的沉放。筒型基础5与船体之间设有橡胶垫8用于防撞保护。凹槽的船艏方向设置水平液压顶升9用于提供船艏方向的约束。

具体操作步骤为：

第一步，利用筒型基础5的自浮能力，拖至船体的凹槽中，利用船上的起重机构7，提升筒型基础5与船体1连接。在筒型基础5内注入压缩空气，基础浮力进一步增加，形成筒型基础顶靠船体的背负式连接，起重机构锁定，锁紧靠垫、液压顶升机构等约束机构。完成筒型基础与船体的同步。

第二步，利用陆上设备及门式桁架4上的吊机，吊装海上风电整机上部结构6，形成海上风电整机。

第三步，采用背负式运输方式，运至风电场指定位置。

第四步，打开筒型基础的放气阀，逐步减少基础浮力，使得基础与船体底部脱离。同时，利用船上的起重机构7，采用同步技术，结合筒型基础的下沉技术，将海上风电整机沉放至海床、并调平。

第五步，船上起重机构7自动脱钩，船舶返航。

Claims (10)

1.一种背负式海上风电整机运输安装船，包括船体，其特征在于：在船艏和船艉均设有U型的下层凹槽、U型的上层凹槽，下层凹槽的尺寸根据筒型基础的筒体直径确定，上层凹槽的尺寸根据筒型基础过渡段的最大直径确定，下层凹槽宽、上层凹槽窄。

2.根据权利要求1所述的背负式海上风电整机运输安装船，其特征在于：船体分上下两层，下层凹槽在下层船体形成，上层凹槽在上层船体形成。

3.根据权利要求2所述的背负式海上风电整机运输安装船，其特征在于：所述安装船的甲板顶面沿上层凹槽周向布置多套起重机构；起重机构由卷扬机、钢丝绳、定滑轮组、动滑轮组、锁紧机构组成；起重机构的钢丝绳穿过上层甲板直达下层凹槽，多套起重机构由一套控制系统实现同步控制，以确保在作业过程中起重机构联动。

4.根据权利要求3所述的背负式海上风电整机运输安装船，其特征在于：所述安装船的下层凹槽的顶面和侧面均设有橡胶垫。

5.根据权利要求4所述的背负式海上风电整机运输安装船，其特征在于：所述安装船的下层凹槽的顶面和侧面均设有枕木、气囊靠垫。

6.根据权利要求5所述的背负式海上风电整机运输安装船，其特征在于：在所述安装船的甲板上设置门式桁架，门式桁架跨越上层凹槽，门式桁架上端的平台上设有抱紧器，抱紧器采用液压油缸操作。

7.根据权利要求6所述的背负式海上风电整机运输安装船，其特征在于：在U型的下层凹槽下部船艏方向左右设置带橡胶靠垫的水平液压顶升系统；水平液压顶升系统由控制系统、基座、液压千斤顶、旋转顶板、橡胶靠垫组成；液压千斤顶的安装方向指向筒型基础的圆心；液压顶升系统的旋转顶板可以在水平方向一定角度的转动，以确保靠垫在筒型基础运动中始终贴合筒体，从船艏方向向船艉方向施加水平力；所述安装船设有多点系泊定位系统，用于海上整机安装时的移船和定位。

8.利用权利要求1-7之一所述的背负式海上风电整机运输安装船实施背负式运输与安装的方法，其特征在于，具体操作步骤为：

第一步，利用筒型基础的自浮能力，将筒型基础拖至船体的凹槽中，利用船上的起重机构，提升筒型基础与船体连接；

在筒型基础内注入压缩空气，筒型基础浮力进一步增加，形成筒型基础顶靠船体的背负式连接，起重机构锁定，锁紧靠垫、液压顶升机构，完成筒型基础与船体的同步；

第二步，利用陆上设备及门式吊机，吊装海上风电整机上部结构，形成海上风电整机；

第三步，采用背负式运输方式，运至风电场指定位置；

第四步，打开筒型基础的放气阀，逐步减少筒型基础浮力，使得筒型基础与船体底部脱离；同时，利用船上的起重机构，采用同步技术，结合筒型基础的下沉技术，将海上风电整机沉放至海床、并调平；

第五步，船上起重机构自动脱钩，船舶返航。

9.根据权利要求8所述的利用背负式海上风电整机运输安装船实施背负式运输与安装的方法，其特征在于，海上风电整机运输安装船可以实现一次运输、安装、回收2个以上带筒型基础的海上风机整机。

10.一种背负式运输方法，采用权利要求1-7之一所述的背负式海上风电整机运输安装船，其特征在于：被运输的筒型基础浮于水中，采用充气措施，使筒型基础受到的浮力大于或等于风机整机重量；筒型基础依靠浮力以背负的方式，通过缓冲橡胶垫，顶在船体结构的底部，从而形成与船体的连接。