CN104988894B - 海上风电安装船轴套式全连续桩腿升降装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海洋工程装备的安装技术领域，特指一种近海大型风电自升式安装船桩腿升降装置及方法。本发明提出了全新的桩腿升降方法，利用升降滑块上的左、右轴套抱紧桩腿上的均布短轴，驱动桩腿升降。各轴套单元交替动作，交替环节有同步随动和行程重叠，实现桩腿连续无停顿可靠升降。根据该原理设计了相关机械装置，明确了各轴套单元的动作控制。本发明综合了液压销孔式和齿轮齿条式桩腿升降方法的优点，可实现桩腿全连续升降，冲击小，结构紧凑，可操作性强，应用范围广，避开液压销孔式升降法运动不连续及拔销困难、齿轮齿条式升降法结构复杂及桩腿齿条腐蚀的困境，为海工安装开辟新途径。
Description
所属领域
本发明涉及海洋工程装备的安装技术领域，特指一种近海大型风电自升式安装船桩腿升降装置及方法。
技术背景
近海大型风电自升式安装船既能自主航行，实现运输功能，又能像自升式平台一样升降，为海上作业提供稳定工作平台，完成多种作业任务，因此自升式安装船在海上风电安装中占有很大比例。自升式安装船工作原理是通过升降系统将桩腿伸入海底，当桩腿到达海底时，能将船体升离水面一定距离以承载船体重量，为海洋作业提供一个稳定的工作平台。工作完毕后，安装船将桩腿完全升起，实现航行。
现在广泛应用的桩腿升降系统主要有液压销孔式和齿轮齿条式。液压销孔式升降系统运动不连续，拔销困难，对船体有冲击，因而工作效率不高；实现定比传动困难；经常需要维护。齿轮齿条式升降系统传动机构体积庞大，结构复杂，桩腿齿条长期浸泡在海水中极易腐蚀；为缓冲桩腿站立时齿条受的冲击力，需在桩腿上下加上缓冲装置或采取其他措施补偿冲击力；平台升起后采用刹车进行固定，升降机构一直处于受力状态。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上不足，提供一种全连续，冲击小，效率高，运动平稳，结构紧凑，无需缓冲装置，可操作性强，应用范围广的海上风电安装船轴套式全连续桩腿升降装置及方法。
一种海上风电安装船轴套式全连续桩腿升降装置，包括环梁、桩腿、短轴和四个轴套单元，每个轴套单元由一个左轴套、右轴套、升降滑块和两个油缸及活塞杆组成，四个轴套单元对称分布在环梁四周的限位槽中，且每个轴套单元由各自的升降滑块提供动力在规定区域上下升降，油缸通过螺钉连接固定在升降滑块上，且油缸借助活塞杆向左、右轴套提供动力，左、右轴套在升降滑块的滑动槽中同步水平滑动以实现对短轴的分离和合拢，短轴与桩腿通过焊接进行固定，桩腿在左、右轴套合拢时随升降滑块上下升降。
短轴等距均匀分布在桩腿的四周，且通过焊接进行固定，桩腿的升降是通过左、右轴套合拢抱紧短轴由升降滑块提供动力来实现。
一种海上风电安装船轴套式全连续桩腿升降方法，包括以下步骤：
(1)由控制系统发出桩腿提升命令，系统锁紧装置释放桩腿；
(2)轴套单元(A、B、C、D)进入①～②行程阶段：轴套单元(A、C)处于工作行程的初期阶段，升降滑块提供动力把由左、右轴套合拢抱紧的短轴及通过焊接固定的桩腿一起提升；轴套单元(B、D)处于分离阶段，升降滑块与桩腿同步提升，油缸通过活塞杆提供拉力使左、右轴套逐步分离；
(3)轴套单元(A、B、C、D)进入②～③行程阶段：轴套单元(A、C)处于工作行程的中期阶段，升降滑块继续提供动力提升桩腿；轴套单元(B、D)处于空回行程阶段，升降滑块迅速下降到下一个目标短轴的水平线上；
(4)轴套单元(A、B、C、D)进入③～④行程阶段：轴套单元(A、C)处于工作行程的后期阶段，升降滑块继续提供动力提升桩腿；轴套单元(B、D)处于合拢阶段，升降滑块改变运动速度与方向，与目标短轴在同一水平线上同步上升，且油缸通过活塞杆提供推力使左、右轴套逐步向目标短轴合拢；
(5)轴套单元(A、B、C、D)进入④～⑤行程阶段：轴套单元(A、C)处于分离阶段，升降滑块与桩腿同步提升，油缸通过活塞杆提供拉力使左、右轴套逐步分离；轴套单元(B、D)处于工作行程的初期阶段，升降滑块提供动力把由左、右轴套合拢抱紧的短轴及通过焊接固定的桩腿一起提升；
(6)轴套单元(A、B、C、D)进入⑤～⑥行程阶段：轴套单元(A、C)处于空回行程阶段，升降滑块迅速下降到下一个目标短轴的水平线上；轴套单元(B、D)处于工作行程的中期阶段，升降滑块继续提供动力提升桩腿；
(7)轴套单元(A、B、C、D)进入⑥～①行程阶段：轴套单元(A、C)处于合拢阶段，升降滑块改变运动速度与方向，与目标短轴在同一水平线上同步上升，且油缸通过活塞杆提供推力使左、右轴套逐步向目标短轴合拢；轴套单元(B、D)处于工作行程的后期阶段，升降滑块继续提供动力提升桩腿；
(8)重复以上6个行程阶段，直至控制系统发出桩腿停止提升命令，在工作行程阶段的一组轴套单元停止提升，另一组轴套单元继续运行至①节点处停止，系统锁紧装置启动。桩腿的下降方法与提升方法原理相同，只是在升降滑块的运动方向上相反。
各轴套单元交替工作，交替环节有同步随动和行程重叠,实现了桩腿连续平稳无停顿可靠升降，减少了停顿带来的对船体的冲击，提高了传动效率。
两对称轴套单元为一组，共分两组交替工作，也可同时由3个轴套单元进行工作，剩余的轴套单元依次替换一个工作的轴套单元。
本发明通过四个轴套单元的交替动作，交替环节有同步随动和行程重叠，实现了桩腿全连续平稳可靠升降，减少了因停顿对船体的冲击，提高了桩腿升降的工作效率。
附图说明
图1海上风电安装船轴套式全连续桩腿升降装置的总体布局图；
图2轴套单元三视图；
图3升降滑块与左、右轴套的行程动作示意图；
附图中标号说明：
1、环梁；2、升降滑块；3、轴套；4、桩腿；5、短轴；A、轴套单元；B、轴套单元；C、轴套单元；D、轴套单元；a、左轴套；b、右轴套；c、升降滑块；d、油缸；e、活塞杆。
具体实施方式
结合图1、图2和图3示出本发明的一种海上风电安装船轴套式全连续桩腿升降装置的具体实施方式，包括环梁1、桩腿4、短轴5和四个轴套单元A、B、C、D，每个轴套单元A、B、C、D由一个左轴套a、右轴套b、升降滑块c和油缸d及活塞杆e组成，四个轴套单元A、B、C、D对称分布在环梁1四周的限位槽中，且每个轴套单元A、B、C、D由各自的升降滑块c提供动力在规定区域上下升降，油缸d通过螺钉连接固定在升降滑块c上，且油缸d借助活塞杆e向左、右轴套a、b提供动力，左、右轴套a、b在升降滑块c的滑动槽中同步水平滑动以实现对短轴5的分离和合拢，短轴5与桩腿4通过焊接进行固定，桩腿4在左、右轴套a、b合拢时随升降滑块c上下升降；短轴5等距均匀分布在桩腿4的四周，且通过焊接进行固定，桩腿4的升降是通过左、右轴套a、b合拢抱紧短轴5由升降滑块c提供动力来实现。
一种海上风电安装船轴套式全连续桩腿升降方法，包括以下步骤：
(1)由控制系统发出桩腿4提升命令，系统锁紧装置释放桩腿4；
(2)轴套单元A、B、C、D进入①～②行程阶段：轴套单元A、C处于工作行程的初期阶段，升降滑块c提供动力把由左、右轴套a、b合拢抱紧的短轴5及通过焊接固定的桩腿4一起提升；轴套单元B、D处于分离阶段，升降滑块c与桩腿4同步提升，油缸d通过活塞杆e提供拉力使左、右轴套a、b逐步分离；
(3)轴套单元A、B、C、D进入②～③行程阶段：轴套单元A、C处于工作行程的中期阶段，升降滑块c继续提供动力提升桩腿4；轴套单元B、D处于空回行程阶段，升降滑块c迅速下降到下一个目标短轴5的水平线上；
(4)轴套单元A、B、C、D进入③～④行程阶段：轴套单元A、C处于工作行程的后期阶段，升降滑块c继续提供动力提升桩腿4；轴套单元B、D处于合拢阶段，升降滑块c改变运动速度与方向，与目标短轴5在同一水平线上同步上升，且油缸d通过活塞杆e提供推力使左、右轴套a、b逐步向目标短轴5合拢；
(5)轴套单元A、B、C、D进入④～⑤行程阶段：轴套单元A、C处于分离阶段，升降滑块c与桩腿4同步提升，油缸d通过活塞杆e提供拉力使左、右轴套a、b逐步分离；轴套单元B、D处于工作行程的初期阶段，升降滑块c提供动力把由左、右轴套a、b合拢抱紧的短轴5及通过焊接固定的桩腿4一起提升；
(6)轴套单元A、B、C、D进入⑤～⑥行程阶段：轴套单元A、C处于空回行程阶段，升降滑块c迅速下降到下一个目标短轴5的水平线上；轴套单元B、D处于工作行程的中期阶段，升降滑块c继续提供动力提升桩腿4；
(7)轴套单元A、B、C、D进入⑥～①行程阶段：轴套单元A、C处于合拢阶段，升降滑块c改变运动速度与方向，与目标短轴5在同一水平线上同步上升，且油缸d通过活塞杆e提供推力使左、右轴套a、b逐步向目标短轴5合拢；轴套单元B、D处于工作行程的后期阶段，升降滑块c继续提供动力提升桩腿4；
(8)重复以上6个行程阶段，直至控制系统发出桩腿4停止提升命令，在工作行程阶段的轴套单元A、C/B、D停止提升，其余轴套单元B、D/A、C继续运行至①节点处停止，系统锁紧装置启动。
桩腿4的下降方法与提升方法原理相同，只是在升降滑块c的运动方向上相反；各轴套单元A、B、C、D交替工作，交替环节有同步随动和行程重叠,实现了桩腿4连续平稳无停顿可靠升降，减少了停顿带来的对船体的冲击，提高了传动效率；两对称轴套单元A、C/B、D为一组，共分两组交替工作，也可同时由3个轴套单元A、B、C进行工作，剩余的轴套单元D依次替换一个工作的轴套单元A/B/C。
本发明通过四个轴套单元的交替动作，交替环节有同步随动和行程重叠，实现了桩腿全连续平稳可靠升降，减少了因停顿对船体的冲击，提高了桩腿升降的工作效率。
Claims (6)
1.一种海上风电安装船轴套式全连续桩腿升降装置，包括环梁(1)、桩腿(4)、短轴(5)和四个轴套单元A、B、C、D，每个轴套单元A、B、C、D由一个左轴套、右轴套、升降滑块和两个油缸及活塞杆组成，四个轴套单元A、B、C、D对称分布在环梁(1)四周的限位槽中，且每个轴套单元A、B、C、D由各自的升降滑块提供动力，在规定区域上下升降，油缸通过螺钉连接固定在升降滑块上，且油缸借助活塞杆向左、右轴套提供动力，左、右轴套在升降滑块的滑动槽中同步水平滑动以实现对短轴(5)的分离和合拢，短轴(5)与桩腿(4)通过焊接进行固定，桩腿(4)在左、右轴套合拢时随升降滑块上下升降。
2.根据权利要求1所述海上风电安装船轴套式全连续桩腿升降装置，其特征在于：短轴(5)等距均匀分布在桩腿(4)的四周，且通过焊接进行固定，桩腿(4)的升降是通过左、右轴套合拢抱紧短轴(5)，由升降滑块提供动力来实现。
3.根据权利要求1所述海上风电安装船轴套式全连续桩腿的升降方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)由控制系统发出桩腿(4)提升命令，系统锁紧装置释放桩腿(4)；
(2)轴套单元A、B、C、D进入①～②行程阶段：轴套单元A和轴套单元C处于工作行程的初期阶段，升降滑块提供动力把由左、右轴套合拢抱紧的短轴(5)及通过焊接固定的桩腿(4)一起提升；轴套单元B和轴套单元D处于分离阶段，升降滑块与桩腿(4)同步提升，油缸通过活塞杆提供拉力使左、右轴套逐步分离；
(3)轴套单元A、B、C、D进入②～③行程阶段：轴套单元A和轴套单元C处于工作行程的中期阶段，升降滑块继续提供动力提升桩腿(4)；轴套单元B和轴套单元D处于空回行程阶段，升降滑块迅速下降到下一个目标短轴(5)的水平线上；
(4)轴套单元A、B、C、D进入③～④行程阶段：轴套单元A和轴套单元C处于工作行程的后期阶段，升降滑块继续提供动力提升桩腿(4)；轴套单元B和轴套单元D处于合拢阶段，升降滑块改变运动速度与方向，与目标短轴(5)在同一水平线上同步上升，且油缸通过活塞杆提供推力使左、右轴套逐步向目标短轴(5)合拢；
(5)轴套单元A、B、C、D进入④～⑤行程阶段：轴套单元A和轴套单元C处于分离阶段，升降滑块与桩腿(4)同步提升，油缸通过活塞杆提供拉力使左、右轴套逐步分离；轴套单元B和轴套单元D处于工作行程的初期阶段，升降滑块提供动力把由左、右轴套合拢抱紧的短轴(5)及通过焊接固定的桩腿(4)一起提升；
(6)轴套单元A、B、C、D进入⑤～⑥行程阶段：轴套单元A和轴套单元C处于空回行程阶段，升降滑块迅速下降到下一个目标短轴(5)的水平线上；轴套单元B和轴套单元D处于工作行程的中期阶段，升降滑块继续提供动力提升桩腿(4)；
(7)轴套单元A、B、C、D进入⑥～①行程阶段：轴套单元A和轴套单元C处于合拢阶段，升降滑块改变运动速度与方向，与目标短轴(5)在同一水平线上同步上升，且油缸通过活塞杆提供推力使左、右轴套逐步向目标短轴(5)合拢；轴套单元B和轴套单元D处于工作行程的后期阶段，升降滑块继续提供动力提升桩腿(4)；
(8)重复以上6个行程阶段，直至控制系统发出桩腿(4)停止提升命令，在工作行程阶段的轴套单元A和轴套单元C或轴套单元B和轴套单元D中任意一组停止提升，两组中剩余的一组轴套单元继续运行至①节点处停止，系统锁紧装置启动锁紧。
4.根据权利要求3所述一种海上风电安装船轴套式全连续桩腿的升降方法，其特征在于：桩腿(4)下降方法与提升方法原理相同，只是在升降滑块的运动方向上相反。
5.根据权利要求3所述一种海上风电安装船轴套式全连续桩腿的升降方法，其特征在于：各轴套单元A、B、C、D交替工作，交替环节有同步随动和行程重叠,实现了桩腿(4)连续平稳无停顿可靠升降，减少了停顿带来的对船体的冲击，提高了传动效率。
6.根据权利要求3所述一种海上风电安装船轴套式全连续桩腿的升降方法，其特征在于：两对称的轴套单元A和轴套单元C或两对称的轴套单元B和轴套单元D为一组，共分两组交替工作；也可同时由3个轴套单元A、B、C进行工作，剩余的轴套单元(D)依次替换一个工作的轴套单元A/B/C。
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