CN106592555B - 一种具有高强度桩腿的海上风电平台 - Google Patents
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Abstract
一种具有高强度桩腿的海上风电平台，包括船体、升降系统、吊装机构和固桩室；船体上设置有甲板；固桩室设于甲板的两侧上，升降系统设于固桩室的内部；升降系统包括升降装置、固定环梁、桩腿和桩靴，桩腿套插于固定环梁内，升降装置设于固定环梁上，桩靴设置于桩腿的下端，桩腿被套设于固桩室的内部，吊装机构安装于固桩室的顶端。本发明通过提出一种具有高强度桩腿的海上风电平台，该平台具有升降速度快、承载能力强的快速升降桩腿，且集海上风电设备运输、打桩、安装、调试和维护作业等多功能于一体，具有建造成本低、可靠性高、承载能力大、维护成本低和作业条件适应性强等优点，其设计及建造工艺均处于国内领先水平。
Description
技术领域
本发明涉及海洋工程技术的技术领域，尤其涉及一种具有高强度桩腿的海上风电平台。
背景技术
为实现节能减排的目标，我国正在大力发展清洁能源，海上风力发电就是其中重要的能源之一。与陆地相比，海上风力发电具有环境影响小，风况优于陆地、风湍流强度小、风切变小、各种干扰限制少及海上风电场不占用土地等优点。海上风电无疑是今后风电发展的趋势。海上风电将是“十三五”风电发展的核心，未来两年内将有44个海上风电项目投产，共计1052万千瓦装机容量。可以预见，即使是保守估计，未来五年我国海上风电场建设和运维市场将达数百亿级规模。
目前国内外海上风电场建设中，专用的风电安装平台或船舶较少，多采用在海上油气钻采领域使用的自升式平台或起重船来完成，同时需要生活供给船进行配合，整个过程动用船只多，定位困难，效率低；海工装备制造已基本转移到亚洲，但由于海洋工程高技术壁垒，国内企业基本没有设计能力，主要承接低端制造为主。除此之外，高端海工装备及其配套设备基本由国外垄断，其价值要远高于船体的价值，而目前看来我国在海工配套装备方面仍然涉足很少。海上风电场施工难点之一是风电机组的安装，不仅需满足吊高、吊重要求，还需保证安装时少受风浪流环境条件的影响，以保证作业时间和效率。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足之处，提出一种具有高强度桩腿的海上风电平台，该平台具有升降速度快、承载能力强的快速升降桩腿，且集海上风电设备运输、打桩、安装、调试和维护作业等多功能于一体，具有建造成本低、可靠性高、承载能力大、维护成本低和作业条件适应性强等优点，其设计及建造工艺均处于国内领先水平。
为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
一种具有高强度桩腿的海上风电平台，包括船体、升降系统、吊装机构和固桩室；
所述船体上设置有甲板；
所述固桩室设于所述甲板的两侧上，所述升降系统设于所述固桩室的内部；
所述升降系统包括升降装置、固定环梁、桩腿和桩靴，所述桩腿套插于所述固定环梁内，所述升降装置设于所述固定环梁上，所述桩靴设置于所述桩腿的下端，所述桩腿被套设于所述固桩室的内部，所述吊装机构安装于所述固桩室的顶端；
所述桩腿包括平台隔板、围板和导向板，所述围板和导向板拼装组合成所述桩腿的壳体，所述平台隔板设置于所述桩腿的内部；
所述升降装置包括升降滑座、升降油缸和插销机构，所述升降油缸的缸体端固定于所述固定环梁，所述升降油缸的活塞端与所述升降滑座的一端连接，所述升降滑座活动卡接在所述导向板上，并且所述升降油缸带动所述升降滑座沿所述导向板纵向运动，所述插销机构设置于所述升降滑座的中部。
更优的，所述平台隔板的侧边为八边形，所述平台隔板包括多个围板定位水平边沿和多个导向板定位斜切边沿，所述围板定位水平边沿和导向板定位斜切边沿间隔分布于所述平台隔板的侧边；
所述围板的一侧和所述围板定位水平边沿连接，所述导向板的一侧和导向板定位斜边沿连接，所述导向板包括多个销孔，所述销孔间隔均匀地纵向设置于所述导向板上。
更优的，所述平台隔板还包括管路容纳通孔、平台板主肋和多个平台板次肋，所述管路容纳通孔设置于平台隔板的中部，所述平台板主肋设置于管路容纳通孔的边缘；
多个所述平台板次肋呈散射状从管路容纳通孔向平台隔板的侧边延伸，且所述平台板次肋的一端和所述平台板主肋连接。
更优的，所述围板包括围板固定肋，所述围板固定肋纵向地设置于所述围板的一侧；
对应地，所述平台隔板还包括围板安装凹槽，所述围板安装凹槽设置于所述围板定位水平边沿，所述围板固定肋卡接与所述围板安装凹槽。
更优的，所述围板固定肋为条形肋，对应地所述围板安装凹槽为条形槽；
或者，所述围板固定肋为T型肋，对应地所述围板安装凹槽为T型槽。
更优的，所述桩腿还包括防护层，所述防护层包括隔水层、防腐抗冻层和润滑鞥，所述围板的一侧和所述导向板的一侧从里向外依次设置隔水层、防腐抗冻层和润滑层。
更优的，所述升降系统还包括锁销装置，所述锁销装置设置于所述固定环梁的与所述导向板对应的一侧，所述锁销装置包括锁销轴，所述锁销轴与所述销孔相适配。
更优的，所述固定环梁的与所述导向板对应的一侧设置有锁销装置安装孔，所述锁销装置套接在所述锁销装置安装孔上；
所述锁销装置还包括锁销油缸和锁销套，所述锁销油缸安装于所述锁销套的内部，所述锁销轴与所述锁销油缸的活塞连接，所述锁销套的外部套有锁销缓冲垫，所述锁销缓冲垫包括若干层钢片和若干层橡胶片，所述钢片和所述橡胶片间隔分布。
更优的，所述升降滑座包括导向构件，所述导向构件设置于所述升降滑座的朝向所述导向板的一侧，所述升降滑座通过所述导向构件活动卡接在所述导向板上。
更优的，所述桩腿设置的数量为四个，对应地，所述桩靴设置的数量为四个。
本发明通过提出一种具有高强度桩腿的海上风电平台，该平台具有升降速度快、承载能力强的快速升降桩腿，且集海上风电设备运输、打桩、安装、调试和维护作业等多功能于一体，具有建造成本低、可靠性高、承载能力大、维护成本低和作业条件适应性强等优点，其设计及建造工艺均处于国内领先水平。
附图说明
图1为本发明实施例的海上风电平台的整体结构侧视图；
图2为本发明实施例的海上风电平台的整体结构俯视图；
图3为本发明实施例的升降装置结构示意图；
图4为本发明实施例的升降滑座结构放大图；
图5为本发明实施例的八边形桩腿结构示意图；
图6为本发明实施例的桩腿内部结构示意图；
图7为本发明实施例的平台隔板结构示意图；
图8为本发明实施例的桩腿水平剖面结构示意图；
图9为本发明实施例的围板结构示意图；
图10为本发明实施例的防护层结构示意图；
其中：1为船体；2为升降系统；21为升降装置；211为升降滑座；2111为导向构件；212为升降油缸；213为插销机构；22为固定环梁；23为桩腿；231为平台隔板；2311为围板定位水平边沿；2312为导向板定位斜切边沿；2313为管路容纳通孔；2314为平台板主肋；2315为平台板次肋；2316为围板安装凹槽；232为围板；2321为围板固定肋；233为导向板；2331为销孔；234为防护层；2341为隔水层；2342为防腐抗冻层；2343为润滑层；24为桩靴；25为锁销装置；3为吊装机构；4为甲板；5为固桩室。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例方式来进一步说明本发明的技术方案。
一种具有高强度桩腿的海上风电平台，包括船体1、升降系统2、吊装机构3和固桩室5；所述船体1上设置有甲板4；所述固桩室5设于所述甲板4的两侧上，所述升降系统2设于所述固桩室5的内部；所述升降系统2包括升降装置21、固定环梁22、桩腿23和桩靴24，所述桩腿23套插于所述固定环梁22内，所述升降装置21设于所述固定环梁22上，所述桩靴24设置于所述桩腿23的下端，所述桩腿23被套设于所述固桩室5的内部，所述吊装机构3安装于所述固桩室5的顶端；所述桩腿23包括平台隔板231、围板232和导向板233，所述围板232和导向板233拼装组合成所述桩腿23的壳体，所述平台隔板231设置于所述桩腿23的内部；所述升降装置21包括升降滑座211、升降油缸212和插销机构213，所述升降油缸212的缸体端固定于所述固定环梁22，所述升降油缸212的活塞端与所述升降滑座211的一端连接，所述升降滑座211活动卡接在所述导向板233上，并且所述升降油缸212带动所述升降滑座211沿所述导向板233纵向运动，所述插销机构213设置于所述升降滑座211的中部。
如图1～3所示，本发明通过设置有所述升降系统2，当所述船体1把风电组件及设备等零件放在所述甲板4上进行运输，当运输到适当的作业位置时，所述船体1浮在海面上，此时通过设定的所述升降系统2控制所述升降装置21，所述桩腿23会向下延伸直到海底面，所述桩靴24与海底表面接触，使得整个船体1稳固定位于海上；当所述桩靴24稳定于海底上时，通过所述升降系统2所述桩腿23向上延伸，把整体船体1举身起来，便于把风电设备进行安装和维护，可快速避开不良海况条件，所述升降系统2固定于所述固桩室5稳定牢靠。设置所述甲板4，所述甲板4为方形设置，所述甲板4有足够的组装空间和运输空间，能搭载便携式或模块式海上施工设备，提高安装平台的工作效率，该平台的整体结构尺寸需满足一次性3台6MW风机的运输、吊装工作；设置吊装机构3，所述吊装机构3用于风机模块的吊装，操作机动、灵活，工作稳定，承重负荷能力强；此平台不但可以满足目前国内主力的3-4MW风机的安装和维护，也可以满足目前世界主流的5-6MW的海上风机的安装维护，为未来国内风机的升级换代预留了安装维护能力的空间。通过采用该海上风电安装平台的整体布局，有助于实现大型重量大的风电设备运输、打桩、安装和维护作业等功能，此平台受环境影响小，安全可靠，适应性强，工作效率高，市场前景可观。
所述用于海上平台的快速升降系统2用于带动平台的所述桩腿23上下运动，以实现下桩、固桩、升平台、固定平台、降平台、起桩和收桩等一系列作业过程。所述升降装置21的所述升降滑座211上设有所述插销机构213，所述插销机构213设有与所述销孔2331相适配的插销轴，从而将所述插销轴插入所述桩腿23的所述销孔2331，然后所述升降油缸212带动所述升降滑座211沿所述导向板233纵向运动，即可带动所述桩腿23纵向运动。可设置多个所述升降油缸212，如图所示，所述升降装置21设置3个所述升降油缸212，可提高所述升降装置21的举升能力，而且可平衡载荷，提高所述升降油缸212的运行可靠性。
更进一步的说明，所述平台隔板231的侧边为八边形，所述平台隔板231包括多个围板定位水平边沿2311和多个导向板定位斜切边沿2312，所述围板定位水平边沿2311和导向板定位斜切边沿2312间隔分布于所述平台隔板231的侧边；所述围板232的一侧和所述围板定位水平边沿2311连接，所述导向板233的一侧和导向板定位斜边沿2312连接，所述导向板233包括多个销孔2331，所述销孔2331间隔均匀地纵向设置于所述导向板233上。
如图5～7所示，所述平台隔板231的侧边为八边形，在平台隔板231的侧边设有四个围板定位水平边沿2311和四个导向板定位斜切边沿2312，两个围板定位水平边沿2311之间设置一个导向板定位斜切边沿2312，即四个围板定位水平边沿2311两两相对，四个导向板233定位斜切边沿2312两两相对。可设有多个平台隔板231，所述围板232的一侧和多个平台隔板231的围板定位水平边沿2311连接，所述导向板233的一侧和多个平台隔板231的导向板定位斜切边沿2312连接，所述平台隔板231起到一个支撑联结作用，以便于组装桩腿主体；而且工作人员可在平台隔板231上活动，以实现工作人员到桩腿主体的内部进行作业和维修。带有销孔2331的导向板233设置于平台隔板231的四个斜切角上，从而在桩腿升降过程中避免了应力集中，受力更为均匀，桩腿升降可靠精准。
更进一步的说明，所述平台隔板231还包括管路容纳通孔2313、平台板主肋2314和多个平台板次肋2315，所述管路容纳通孔2313设置于平台隔板231的中部，所述平台板主肋2314设置于管路容纳通孔2313的边缘；多个所述平台板次肋2315呈散射状从管路容纳通孔2313向平台隔板231的侧边延伸，且所述平台板次肋2315的一端和所述平台板主肋2314连接。
如图7和8所示，所述平台隔板231的中部设有管路容纳通孔2313，所述管路容纳通孔2313为在桩腿内部设置管路提供空间和便于工作人员深入桩腿内部进行作业和维修。并且，管路容纳通孔2313的边缘周向设置所述平台板主肋2314，以加强管路容纳通孔2313的边缘的强度，减少管路容纳通孔2313的碰撞磨损等；并且平台板主肋2314朝上突出，可起到挡板作用，阻挡工作人员作业时工具从管路容纳通孔2313掉落至桩腿23体的底部。多个所述平台板次肋2315呈散射状设置于平台隔板231，增加平台隔板231的整体强度，并有效地避免平台隔板231的中部应力集中的问题，使平台隔板231各处的强度均匀。
更进一步的说明，所述围板232包括围板固定肋2321，所述围板固定肋2321纵向地设置于所述围板232的一侧；对应地，所述平台隔板231还包括围板安装凹槽2316，所述围板安装凹槽2316设置于所述围板定位水平边沿2311，所述围板固定肋2321卡接与所述围板安装凹槽2316。
如图8所示，可设置多个围板固定肋2321，并纵向地间隔均匀分布于所述围板232的一侧，所述围板固定肋2321起到增强围板232强度的作用。对应地，可设置多个围板安装凹槽2316，所述围板固定肋2321卡接于围板安装凹槽2316，从而增大围板232和平台隔板231之间的接触面积，便于焊接，使围板232更为牢固地安装于平台隔板231，避免围板232应力集中于一处，受力更为均匀。
更进一步的说明，所述围板固定肋2321为条形肋，对应地所述围板安装凹槽2316为条形槽；或者，所述围板固定肋2321为T型肋，对应地所述围板安装凹槽2316为T型槽。
所述围板固定肋2321为条形肋，对应地所述围板安装凹槽2316为条形槽，既起到增强围板232强度的作用，又便于拼装焊接。或者，所述围板固定肋2321为T型肋，对应地所述围板安装凹槽2316为T型槽，T型结构可增大围板232和平台隔板231之间的接触面积，大大地提高围板232的强度。
更进一步的说明，所述桩腿23还包括防护层234，所述防护层234包括隔水层2341、防腐抗冻层2342和润滑鞥2343，所述围板232的一侧和所述导向板233的一侧从里向外依次设置隔水层2341、防腐抗冻层2342和润滑层2343。
如图10所示，所述隔水层2341设置于最内层，具有隔水作用，从而防止海水渗入桩腿主体的内部，所述隔水层2341的厚度为0.4mm～1.5mm，优选为0.8mm；所述防腐抗冻层2342起到防腐抗冻作用，防止海水对围板232和导向板233的腐蚀，以及低温环境对围板232和导向板233的影响，所述防腐抗冻层2342的厚度为3.5mm～6mm，优选为4.5mm；所述润滑层2343设置于最外层，起到润滑作用，可有效减少海洋生物的附着，润滑层2343的厚度为0.4mm～2mm，优选为1.6mm；防护层234设置此厚度范围组合，既保证对桩腿主体的保护作用，又尽量减少了防护层234对桩腿主体的负荷，节省投入成本。所述隔水层2341、防腐抗冻层2342和润滑层2343可为涂油层或胶体层，重量较轻，减少负荷。
更进一步的说明，所述升降系统2还包括锁销装置25，所述锁销装置25设置于所述固定环梁22的与所述导向板233对应的一侧，所述锁销装置25包括锁销轴，所述锁销轴与所述销孔2331相适配。
如图3所示，所述锁销装置25设置于所述固定环梁22的与所述导向板233对应的一侧，用于锁紧所述桩腿23和对所述桩腿23实现径向约束固紧作用。固定平台时所述锁销装置25的锁销轴和所述升降装置21的插销轴均插入对应的所述销孔2331，而其他作业过程开始时，所述锁销装置25的锁销轴插入所述销孔2331和收回所述升降装置21的插销轴，以便于调节所述升降油缸212伸缩。所述锁销装置25承载能力强，可单独承载海上平台的最大载荷，保证载荷的均匀分布。所述插销机构213和所述锁销装置25的材料均为合金钢，强度大，低温韧性强，有效抵抗海上复杂多变的环境。
更进一步的说明，所述固定环梁22的与所述导向板233对应的一侧设置有锁销装置安装孔，所述锁销装置25套接在所述锁销装置安装孔上；所述锁销装置25还包括锁销油缸和锁销套，所述锁销油缸安装于所述锁销套的内部，所述锁销轴与所述锁销油缸的活塞连接，所述锁销套的外部套有锁销缓冲垫，所述锁销缓冲垫包括若干层钢片和若干层橡胶片，所述钢片和所述橡胶片间隔分布。
所述锁销装置25还包括所述锁销油缸和所述锁销套，所述锁销装置25的所述锁销轴由所述锁销油缸带动在所述锁销套内滑动，所述锁销轴为阶梯销，起到对所述桩腿23实现径向约束固紧作用。所述锁销套的外部设有锁销缓冲垫,所述锁销缓冲垫包括间隔分布的若干层钢片和若干层橡胶片，对所述锁销装置25起到减振缓冲作用，减轻海浪冲击所导致的所述锁销装置25与所述固定环梁22之间的撞击变形，所述锁销缓冲垫在橡胶片之间设置钢片，大大增强了缓冲垫的抗压能力，满足重荷载的承载需求。
更进一步的说明，所述升降滑座211包括导向构件2111，所述导向构件2111设置于所述升降滑座211的朝向所述导向板233的一侧，所述升降滑座211通过所述导向构件2111活动卡接在所述导向板233上。
所述导向构件2111设置于所述升降滑座211的朝向所述导向板233的一侧，所述升降滑座211通过所述导向构件2111活动卡接在所述导向板233上，从而限定所述升降滑座211仅可沿所述导向板233纵向运动，防止所述升降滑座211的横向运动所产生的与所述导向板233间的撞击，降低海浪冲击对所述升降滑座211滑动稳定性的影响。
更进一步的说明，所述桩腿23设置的数量为四个，对应地，所述桩靴24设置的数量为四个。通过设置四个八角型的所述桩腿23在所述船体1的四端上，四个所述桩腿23以稳定整个所述船体1在海面上，提高所述桩腿23的负荷载能力，能固定或举升所述船体1，所述桩腿23为液压插销式桩腿23，用以保证作业稳定和安装精度；所述桩靴24设置于所述桩腿23的下端，所述桩靴24增大了所述桩腿23的支撑面积，起到增大所述船体1的受力面积，从而减少由长期作业所述船体1的重量对于所述桩腿23的磨损，延长所述桩腿23的使用寿命，设置所的桩腿23、桩靴24满足了中国沿海风电场的所有工况。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种具高强度桩腿的海上风电平台，包括船体、升降系统、吊装机构和固桩室；
所述船体上设置有甲板；
所述固桩室设于所述甲板的两侧上，所述升降系统设于所述固桩室的内部；
所述升降系统包括升降装置、固定环梁、桩腿和桩靴，所述桩腿套插于所述固定环梁内，所述升降装置设于所述固定环梁上，所述桩靴设置于所述桩腿的下端，所述桩腿被套设于所述固桩室的内部，所述吊装机构安装于所述固桩室的顶端；
其特征在于：所述桩腿包括平台隔板、围板和导向板，所述围板和导向板拼装组合成所述桩腿的壳体，所述平台隔板设置于所述桩腿的内部；
所述升降装置包括升降滑座、升降油缸和插销机构，所述升降油缸的缸体端固定于所述固定环梁，所述升降油缸的活塞端与所述升降滑座的一端连接，所述升降滑座活动卡接在所述导向板上，并且所述升降油缸带动所述升降滑座沿所述导向板纵向运动，所述插销机构设置于所述升降滑座的中部；
所述围板包括围板固定肋，所述围板固定肋纵向地设置于所述围板的一侧；
对应地，所述平台隔板还包括围板安装凹槽，所述围板安装凹槽设置于所述围板定位水平边沿，所述围板固定肋卡接与所述围板安装凹槽；
所述桩腿还包括防护层，所述防护层包括隔水层、防腐抗冻层和润滑鞥，所述围板的一侧和所述导向板的一侧从里向外依次设置隔水层、防腐抗冻层和润滑层。
2.根据权利要求1所述的一种具有高强度桩腿的海上风电平台，其特征在于：所述平台隔板的侧边为八边形，所述平台隔板包括多个围板定位水平边沿和多个导向板定位斜切边沿，所述围板定位水平边沿和导向板定位斜切边沿间隔分布于所述平台隔板的侧边；
所述围板的一侧和所述围板定位水平边沿连接，所述导向板的一侧和导向板定位斜边沿连接，所述导向板包括多个销孔，所述销孔间隔均匀地纵向设置于所述导向板上。
3.根据权利要求2所述的一种具有高强度桩腿的海上风电平台，其特征在于：所述平台隔板还包括管路容纳通孔、平台板主肋和多个平台板次肋，所述管路容纳通孔设置于平台隔板的中部，所述平台板主肋设置于管路容纳通孔的边缘；
多个所述平台板次肋呈散射状从管路容纳通孔向平台隔板的侧边延伸，且所述平台板次肋的一端和所述平台板主肋连接。
4.根据权利要求1所述的一种具有高强度桩腿的海上风电平台，其特征在于：所述围板固定肋为条形肋，对应地所述围板安装凹槽为条形槽；
或者，所述围板固定肋为T型肋，对应地所述围板安装凹槽为T型槽。
5.根据权利要求1或2所述的一种具有高强度桩腿的海上风电平台，其特征在于：所述升降系统还包括锁销装置，所述锁销装置设置于所述固定环梁的与所述导向板对应的一侧，所述锁销装置包括锁销轴，所述锁销轴与所述销孔相适配。
6.根据权利要求5所述的一种具有高强度桩腿的海上风电平台，其特征在于：所述固定环梁的与所述导向板对应的一侧设置有锁销装置安装孔，所述锁销装置套接在所述锁销装置安装孔上；
所述锁销装置还包括锁销油缸和锁销套，所述锁销油缸安装于所述锁销套的内部，所述锁销轴与所述锁销油缸的活塞连接，所述锁销套的外部套有锁销缓冲垫，所述锁销缓冲垫包括若干层钢片和若干层橡胶片，所述钢片和所述橡胶片间隔分布。
7.根据权利要求1所述的一种具有高强度桩腿的海上风电平台，其特征在于：所述升降滑座包括导向构件，所述导向构件设置于所述升降滑座的朝向所述导向板的一侧，所述升降滑座通过所述导向构件活动卡接在所述导向板上。
8.根据权利要求1所述的一种具有高强度桩腿的海上风电平台，其特征在于：所述桩腿设置的数量为四个，对应地，所述桩靴设置的数量为四个。
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2016
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