CN107618632B - 用于海上风电运维船的六自由度稳定装置及风电运维船 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于海上风电运维船的六自由度稳定装置，包括安装架、六自由度稳定组件和推动组件，安装架安装于船身的外侧，六自由度稳定组件和推动组件安装于安装架上，六自由度稳定组件包括垂荡板、纵荡板和横荡板，纵荡板和横荡板固定于垂荡板上；推动组件包括推杆和驱动装置，六自由度稳定组件固定于推杆的一端，推杆的另一端与驱动装置连接，驱动装置带动推杆和六自由度稳定组件作直线往复运动。本发明还提供了一种风电运维船，运维船的船头和船尾的两侧分别设有一对上述的六自由度稳定装置，安装架垂直于运维船船身的侧板，安装架的一端固定在船身上，六自由度稳定组件的运动方向平行于船身侧板。本发明结构简单,无需对小型风电运维船进行大规模改造，不影响运维船回转操作灵活性，且方便部署。

Description

用于海上风电运维船的六自由度稳定装置及风电运维船

技术领域

本发明涉及海上风电运维船技术领域，尤其涉及一种用于海上风电运维船的六自由度稳定装置及风电运维船。

背景技术

随着在全球范围内海上风电产业的迅速发展，越来越多的大型风力发电机组将在远离陆地的海上部署。然而，受海上恶劣气候及交通、作业不便影响，海上风机的运维效率与岸上风机的运维效率相比相对较低。这也导致海上风机的运维成本相当巨大，从而在某种程度上制约了海上风电的快速发展。尤其，与岸上风电相比，受海上恶劣气候影响，海上风电场的运维时间窗非常窄，故如何大力提高海上风电的运维效率以实现对海上风力发电设备的快速专业维护便成为日后确保海上风电安全、高效生产的一个重要的环节，而风电运维船正是该环节中最为关键的核心设备。因此可以说，伴随着海上风电产业发展的突飞猛进，海上风电运维船的市场也即将会在国内外盛大开启。

海上风电运维船，根据功能不同，大致可将其可分为(1)普通运维船；(2)专业运维船；(3)运维母船；以及(4)自升式运维船。其中，运维母船和自升式运维船主要用于风力发电机组大型零部件(如齿轮箱，发电机，叶片等)的储存、吊装和更换，故这类运维船通常具有比较强大的吊装和自持能力，耐波性和抗风浪能力也非常好。但是这类运维船的使用(或租用)代价非常昂贵，甚至和海上风电安装船的费用相当。

另外，尤其在潮湿和高腐蚀性的海上气候中，海上风机大型零部件(如齿轮箱，发电机，叶片等)的可靠性远远高于风机电控系统电子元器件的可靠性，一般不需要进行频繁维修。故在海上风电的运维实践中，使用最频繁的是那些以快速运送运维人员和小尺寸零部件为主要任务的普通运维船和专业运维船。这两类运维船体型小，使用经济、方便，因不用于风力发电机组大型零部件的储存、吊装和更换，所以通常没有强大的吊装能力，于是也无须对其动力学稳定性有太严格的要求。正因如此，目前在这些小型风电运维船上除采用传统的船体压舱载荷和舭龙骨稳定设计外，并未安装代价昂贵的减摇鳍、减摇水舱、高速陀螺仪等更加先进的动力学稳定装置。

近年来国内外的海上风电运维实践表明，由于这些小型风电运维船的运动稳定性欠佳，在其进行海上运维作业时，常常会因船身不稳，造成在运维船和风机承台之间人员往返和零部件搬运困难，甚至导致零部件受损或人员伤亡的恶劣事故发生，严重影响了海上风电运维的效率和成本。于是，如何在不大量增加资金投入的前提下，最大程度地提高小型海上风电运维船作业时的动力学稳定性便成为提升海上风电运维作业安全水平和提高海上风电运维效率的迫切需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于海上风电运维船的六自由度稳定装置及风电运维船，结构简单、经济可靠、既无需对小型风电运维船进行大规模结构改造，又不会影响运维船回转操作灵活性，且能够在小型风电运维船上方便部署。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种用于海上风电运维船的六自由度稳定装置，包括安装架、六自由度稳定组件和推动组件，所述安装架安装于船身的外侧，所述六自由度稳定组件和推动组件安装于安装架上，所述六自由度稳定组件包括垂荡板、纵荡板和横荡板，所述纵荡板和横荡板固定于垂荡板上；所述推动组件包括推杆和驱动装置，所述六自由度稳定组件固定于推杆的一端，所述推杆的另一端与驱动装置连接，所述驱动装置带动推杆和六自由度稳定组件作直线往复运动。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述推杆与垂荡板固定连接，所述纵荡板和横荡板固定于垂荡板与推杆之间，所述横荡板对称于推杆分布，所述纵荡板对称于推杆分布。

所述垂荡板为圆板，所述推杆位于垂荡板的圆心，所述纵荡板和横荡板分别设有两件，且垂直于垂荡板，所述纵荡板垂直于横荡板。

所述驱动装置包括相连接的液压马达和液压缸，所述推杆的一端滑设于液压缸内，所述液压马达控制液压缸内的压力驱动推杆的滑动，所述液压缸被推杆分为出油腔和进油腔，当推杆向下运动时，上腔体为进油腔，下腔体为出油腔；当推杆向上运动时，上腔体为出油腔，下腔体为进油腔。

所述驱动装置还包括储油罐，所述储油罐的顶端通过第一油管与液压缸顶端的出油口连接，所述储油罐的底部通过第二油管与液压缸下端的进油口连接。

所述第一油管设有双向电磁阀，所述第二油管设有单向电磁阀。

所述液压马达通过第一控制管与液压缸的上腔体连接，所述液压马达通过第二控制管与液压缸的下腔体连接。

所述第二控制管与第二油管连接，所述第二油管上位于第二控制管与液压缸之间设有双向电磁阀；所述第一控制管设有双向电磁阀。

本发明还提供一种风电运维船，所述运维船的船头和船尾的两侧分别设有上述的六自由度稳定装置，所述安装架垂直于运维船船身的侧板，所述安装架的一端固定在船身上，所述六自由度稳定组件的运动方向平行于船身侧板。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述安装架与船身之间固定设有加强板。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明用于海上风电运维船的六自由度稳定装置及风电运维船，海水和置于水下的六自由度稳定组件在发生相对运动时，利用作用在垂荡板、纵荡板和横荡板上却与其运动方向相反的流体阻力来提高运维船在纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇和艏摇六个自由度方向上的运动阻尼，以达到增加运维船在此六个自由度上运动平稳性的目的。

(2)本发明用于海上风电运维船的六自由度稳定装置及风电运维船，通过控制液压马达的旋转方向来驱动推杆的推出和收回，从而实现六自由度稳定组件平稳到达预设的制动位置以及完成运维作业后的复位。

(3)本发明用于海上风电运维船的六自由度稳定装置及风电运维船，六自由度稳定装置结构简单，经济可靠，既无需对风电运维船进行大规模结构改造，又不会影响运维船回转操作的灵活性，并且能够在风电运维船上方便部署，可充分减小海上风电运维船的纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇和艏摇运动，提高海上风电运维船的稳定性和作业效率。

附图说明

图1是本发明六自由度稳定装置的结构示意图。

图2是图1的E-E剖面结构示意图。

图3是本发明的六自由度稳定装置在风电运维船上的应用实施示意图。

图号说明：

1、安装架；11、加强板；2、六自由度稳定组件；21、垂荡板；22、纵荡板；23、横荡板；24、加强筋；3、船身；4、液压马达；41、第一控制管；42、第二控制管；5、推杆；6、液压缸；61、出油口；62、进油口；63、上腔体；64、下腔体；7、储油罐；71、第一油管；72、第二油管；8、双向电磁阀；9、单向电磁阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

图1至图3示出了本发明用于海上风电运维船的六自由度稳定装置和风电运维船，六自由度稳定装置安装于运维船的艏(即：船头)和艉(即：船尾)两侧A、B、C、D四个位置，共设有4个六自由度稳定装置。六自由度稳定装置包括安装架1、六自由度稳定组件2和推动组件，安装架1安装于船身3的外侧，安装架1垂直于运维船船身3的侧板上，安装架1的一端固定在船身3上，安装架1与船身3之间设有加强板11。

本实施例中，六自由度稳定组件2和推动组件安装于安装架1上。六自由度稳定组件2包括垂荡板21、纵荡板22和横荡板23，纵荡板22和横荡板23固定于垂荡板21上。垂荡板21为圆板，纵荡板22和横荡板23垂直于垂荡板21。

本实施例中，推动组件包括推杆5和驱动装置，驱动装置包括相连接的液压马达4、储油罐7和液压缸6，推杆5的一端滑设于液压缸6内，垂荡板21固定于推杆5的另一端，推杆5垂直位于垂荡板21的圆心处。纵荡板22和横荡板23固定于垂荡板21与推杆5之间。本实施例中，纵荡板22和横荡板23的分别设有2件，纵荡板22和横荡板23分别对称于推杆5分布，纵荡板22垂直于横荡板23，纵荡板22和横荡板23与垂荡板21之间设有加强筋24，用于加强纵荡板22和横荡板23与垂荡板21的连接稳固性。控制液压马达4的旋转方向，驱动推杆5在液压缸6内的推出和收回，从而实现六自由度稳定组件2平稳到达预设制动位置以及在完成运维作业后的复位。海水和置于水下的六自由度稳定组件2在发生相对运动时，利用作用在垂荡板21、纵荡板22和横荡板23上却与其运动方向相反的流体阻力，极大地提高了运维船在纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇和艏摇六个自由度方向上的运动阻尼，以达到增加运维船在此六个自由度方向上运动平稳性的目的。

本实施例中，液压缸6被推杆5分为出油腔和进油腔。当推杆5向下运动时，上腔体63为进油腔，下腔体64为出油腔；当推杆5向上运动时，上腔体63为出油腔，下腔体64为进油腔。液压马达4控制液压缸6内的压力变化来推动推杆5在液压缸6内滑动。储油罐7用于给液压缸6和液压马达4供油。

本实施例中，储油罐7的顶端通过第一油管71与液压缸6顶端的出油口61连接，储油罐7的底部通过第二油管72与液压缸6下端的进油口62连接。第一油管71设有双向电磁阀8，第二油管72设有单向电磁阀9。

本实施例中，液压马达4通过第一控制管41与液压缸6的出油腔63连接，液压马达4通过第二控制管42与液压缸6的进油腔64连接。第二控制管42与第二油管72连接，第二油管72上位于第二控制管42与液压缸6之间设有双向电磁阀8；第一控制管41设有双向电磁阀8。

本发明的六自由度稳定装置用于海上风电运维船的工作原理为：

当运维船到达指定泊位开始作业时，首先开启单向电磁阀9，液压油从储油罐7单向流出，经过第二油管72进入进油腔64。同时，正向开启第一控制管41的双向电磁阀8，反向开启第一油管71的双向电磁阀8以及第二控制管42与液压缸6之间的双向电磁阀8。然后，通过液压马达4的控制器43控制液压马达4正向旋转，以驱动双作用液压缸6中的推杆5向下运动，从而将六自由度稳定组件2平稳放置到水下预定位置，以稳定运维船在六个自由度方向上的运动。当运维船完成运维作业需要从水中收起六自由度稳定组件2时，首先反向开启第一控制管41的双向电磁阀8，正向开启第一油管71的双向电磁阀8以及第二控制管42与液压缸6之间的双向电磁阀8。通过控制器43控制液压马达4反向旋转，以驱动双作用液压缸6中的推杆5向上运动，收回到液压缸6中，从而将六自由度稳定组件2平稳提升出水面，并停放在初始停放位置，以避免其对海上风电运维船的航行性能造成影响。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种海上风电运维船，其特征在于，所述运维船的船头和船尾的两侧分别设有稳定装置，所述稳定装置包括安装架(1)、六自由度稳定组件(2)和推动组件，所述安装架(1)垂直于运维船船身(3)的侧板，所述安装架(1)的一端固定在船身(3)上，所述六自由度稳定组件(2)的运动方向平行于船身(3)侧板，所述安装架(1)安装于船身(3)的外侧，所述六自由度稳定组件(2)和推动组件安装于安装架(1)上，所述六自由度稳定组件(2)包括垂荡板(21)、纵荡板(22)和横荡板(23)，所述纵荡板(22)和横荡板(23)固定于垂荡板(21)上；所述推动组件包括推杆(5)和驱动装置，所述六自由度稳定组件(2)固定于推杆(5)的一端，所述推杆(5)的另一端与驱动装置连接，所述驱动装置带动推杆(5)和六自由度稳定组件(2)作直线往复运动，所述垂荡板(21)为圆板，所述垂荡板(21)在截面上呈H型，所述推杆(5)位于垂荡板(21)的圆心，所述纵荡板(22)和横荡板(23)分别设有两件，且垂直于垂荡板(21)，所述纵荡板(22)垂直于横荡板(23)；

所述推杆(5)与垂荡板(21)固定连接，所述纵荡板(22)和横荡板(23)固定于垂荡板(21)与推杆(5)之间，所述横荡板(23)对称于推杆(5)分布，所述纵荡板(22)对称于推杆(5)分布；

所述驱动装置包括相连接的液压马达(4)和液压缸(6)，所述推杆(5)的一端滑设于液压缸(6)内，所述液压马达(4)控制液压缸(6)内的压力驱动推杆(5)的滑动，所述液压缸(6)被推杆(5)分为出油腔和进油腔，当推杆(5)向下运动时，上腔体(63)为进油腔，下腔体(64)为出油腔；当推杆(5)向上运动时，上腔体(63)为出油腔，下腔体(64)为进油腔；

所述驱动装置还包括储油罐(7)，所述储油罐(7)的顶端通过第一油管(71)与液压缸(6)顶端的出油口(61)连接，所述储油罐(7)的底部通过第二油管(72)与液压缸(6)下端的进油口(62)连接；

所述垂荡板(21)的初始停放位置不会对海上风电运维船的航行性能造成影响。

2.根据权利要求1所述的海上风电运维船，其特征在于，所述第一油管(71)设有双向电磁阀(8)，所述第二油管(72)设有单向电磁阀(9)。

3.根据权利要求2所述的海上风电运维船，其特征在于，所述液压马达(4)通过第一控制管(41)与液压缸(6)的上腔体(63)连接，所述液压马达(4)通过第二控制管(42)与液压缸(6)的下腔体(64)连接。

4.根据权利要求3所述的海上风电运维船，其特征在于，所述第二控制管(42)与第二油管(72)连接，所述第二油管(72)上位于第二控制管(42)与液压缸(6)之间设有双向电磁阀(8)；所述第一控制管(41)设有双向电磁阀(8)。

5.根据权利要求4所述的海上风电运维船，其特征在于，所述安装架(1)与船身(3)之间固定设有加强板(11)。

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