CN107804437A - 坐底自升式风电打桩船 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种坐底自升式风电打桩船，包括：上船体、桩腿和下浮体。桩腿安装在上船体上。下浮体通过桩腿连接到上船体。打桩船站立，下浮体座底在海床上，依靠海床对下浮体的支撑力和下浮体的浮力，使得上船体被顶离水面。打桩船可调遣或拖航，下浮体收起至上船体内。下浮体能调节吸排水量，使得下浮体获得不同的浮力，以决定压于泥面上的载荷，并平衡上船体上起重机吊重时产生的倾覆力矩。该座底自升式风电打桩船采用座底承载的方式，无需进行桩靴的插拔，大大提高作业效率。下浮体是活动的，由可调节的浮力和座底反力承担船体自重和部份倾复力矩，因坐底力可调正可适用于不同土质。不作业时下船体收入上船体内，有利迅速转移到下一个桩位，当有恶劣海况时可迅速转移。
Description
技术领域
本发明涉及海工设备领域，更具体地说，涉及风电打桩船。
背景技术
当下开发可再生能源风靡世界，其中风电市场具有举足轻重的地位。国外开发海上风电于上世纪九十年代即开始起步，丹麦Vindeby电场于1991 年即并网供电。英国计划于2030年30％电力采用海上风电。我国有1.6万公里海岸线，其岸边蕴藏有巨大的风能，据中央气象局统计，可利用达8亿千瓦，近海水深5米至25米范围的风电潜能有5亿千瓦，相当25个三峡电站。按国家十三五规划，海上风电计划为开发1000万千瓦。据知，已经批准的海上风电项目近600万千瓦，而建成的海上风电仅约150万千瓦。由此可知，开发海上风电具有诱人的宽广市场。现代海上风电打桩船，是一种全新的海洋工程船舶，主要由重型起重机、船体、桩腿和桩靴、抱桩机、升降系统以及直升机平台和人员居所等组成。它将海上作业平台和物料运输船、抱桩机以及生活供给船的各项功能完美地融为一体。
海上风电场施工难点之一是支持风电体的桩柱的安装。将直径3～8米重达500～2000吨甚至更大的桩柱用桩锤强力打击插入水下泥中，即所谓“打桩”，这时，打桩船不仅需满足桩柱的吊高(80～120米左右)、吊重(500～ 2500吨)和位置的要求，还要保证桩柱直立于海面。为此设计了如画面示出的抱桩机：它的功能是当打桩时抱住桩柱，若现歪斜时即予纠正。需要指出，因为抱桩机是安装在船体上，因此要求船体在打桩全过程不能动。当下可行之途是将打桩船自身带有的桩腿桩靴深深插入数十米深泥中，使船体在海上风浪涌袭击下保持稳定，即所谓插桩式打桩船。见图4，插桩式打桩船的主要缺点是插拔桩费时、费力、费工，影响生产率。
为保持在海上不动，它用四根直径3～5米，长约70米左右的桩腿和端部有如图示截面达100～200平米的桩靴一并插入泥中，以支持自身重量(1.5 万～2万吨)和因吊桩柱产生的各种载荷。需要指出，插拔如此大截面的桩不是件容易事。新型打桩锤打一根桩柱大约只需1天，而插拔桩腿需4～5天甚至十余天，若拔不出只好将桩腿桩靴割掉。如业内均知，这种用插桩以自稳的办法是由采油用的自升式平台派生而来，采油用自升式平台在海上的稳定普便采用插桩，因一年不过插拔1～2次，尽管困难也就算了。而对风电打桩船，每个风场即需50～100根桩，如此低效一个风场若用一艘船需1～2年始能完成打桩，严重影响海上风电的发展。
现已登场和将要登场的数十艘海上风电打桩船，无一不是采用插桩式，因需频繁插拔桩，作业后叫苦不迭，而且怕倾覆而“胆战心惊”，因为无可取代只好沿袭用它。因此，如何取消打桩船下插入泥中的桩腿和桩靴以便迅速转移到风场的下个桩位，成为摆在海工科技工作者面前一大课题和挑战，这是我们研发坐底式打桩船缘由所在。
发明内容
本发明提出一种能避免插拔桩困难的风电打桩船。
根据本发明的一实施例，提出一种坐底自升式风电打桩船，包括：上船体、桩腿和下浮体。桩腿安装在上船体上。下浮体通过桩腿连接到上船体(见图2)。
在一个实施例中，坐底自升式风电打桩船站立，桩腿伸出，下浮体坐底在海床上，依靠海床对下浮体的支撑力和下浮体的浮力，将上船体被顶离水面5-6米，令风浪涌穿过。坐底自升式风电打桩船调遣或拖航时，桩腿收缩，下浮体收起至上船体内。
在一个实施例中，下浮体能调节吸排水量，使得下浮体获得不同的浮力，用以改变坐底对海床的压力，用调水系统，平衡起重机吊重产生的倾覆力矩。
在一个实施例中，下浮体的底部安有抗滑桩，下浮体坐底在海床上时，下浮体伸出抗滑桩插入泥中以抗滑移。
在一个实施例中，下浮体坐底在海床上时，桩腿可加长穿过下浮体并插入泥中，此时，桩腿抗水平力的滑移，又承担部分因上船体起重机吊重产生的倾覆力矩，还依靠桩腿与泥层的摩擦力承受部分整船自重。
本发明的坐底自升式风电打桩船采用坐底承载的方式，无需进行桩靴的插拔，大幅提高作业效率。下浮体是活动的，由可调节的浮力和坐底反力承担船体自重，可适用于不同土质。不作业时下船体收入上船体内，有利迅速转移位置，可回避恶劣海况。下浮体可调控吸排水量，以平衡吊重产生的偏载倾覆力矩。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1揭示了根据本发明的一实施例的坐底自升式风电打桩船的结构图，图1中坐底自升式风电打桩船处于站立状态。
图2揭示了根据本发明的一实施例的坐底自升式风电打桩船的结构图，图2中坐底自升式风电打桩船处于漂浮状态。
图3揭示了根据本发明的一实施例的坐底自升式风电打桩船的结构示意图。
图4揭示了现有技术中采用的插桩式风电打桩船的结构示意图。
具体实施方式
参考图1和图2所示，本发明揭示了一种坐底自升式风电打桩船。该坐底自升式风电打桩船具有两种工作状态：站立状态和漂浮状态。图1揭示了该坐底自升式风电打桩船处于站立状态时的结构，图2揭示了该坐底自升式风电打桩船处于漂浮状态时的结构。
如图1和图2所示，该坐底自升式风电打桩船包括：上船体102、桩腿 104和下浮体106。桩腿104安装在上船体104上，桩腿104可伸缩。下浮体106通过桩腿104连接到上船体102。
参考图1所示，在坐底自升式风电打桩船站立时，桩腿104伸出，下浮体106坐底在海床上，依靠海床对下浮体106的支撑力和下浮体的浮力，使得上船体102被顶离水面5-6米，令风浪涌穿过。下浮体106能调节吸排水量，使得下浮体106获得不同的浮力，用以改变坐底对海床的压力并平衡上船体上起重机吊重产生的倾覆力矩。下浮体106的底部具有抗滑桩108。下浮体106坐底在海床上时，可以采用两种方式来抗滑移。其中一种是下浮体 106伸出抗滑桩108插入海床的泥中以抗滑移。另一种方式是桩腿104加长穿过下浮体106并插入泥中，桩腿105可抗水平力的滑移，又可承担部分因上船体起重机吊重产生的倾覆力矩，还可依靠桩腿与泥层的摩擦力承受部分整船自重。
图2揭示了该坐底自升式风电打桩船调遣或拖航时的状态，桩腿104收缩，下浮体106收起至上船体102内。下浮体收起至上船体内后，该坐底自升式风电打桩船可以方便地调遣拖航。
为解决上述难题，本发明打破传统思维格局，研发设计了坐底自升式风电打桩船。其核心理念是用坐底取代插入泥中的桩腿和桩靴。该打桩船设计了上下两个船体，它们可开可合，如图1和图2所示，上船体可浮或顶升在水面上，下船体沉入水中直坐泥面。作业时，依靠下浮体的举升力，将上船体顶离水面5～6米。通过采取一系列技术措施，令下浮体承受原由插入泥中桩腿承受的各种载荷：即自重产生的垂直力，风浪涌产生的水平力和吊载产生的力矩。
坐底并不是什么新东西。过去有水上建筑物用坐底保持稳定，但迄今为止，它无法实现自升式打桩,即坐底自升式打桩船是嶄新事物，即名称有坐底，而其构造与技术含量和用途完全不同。
本坐底自升式打桩船的特点在于：
其一是特殊设计的中空下浮体，其浮力可承担80％以上的自重。所谓坐底其实只有部分自重压在泥面上。此坐底载荷可以调节。视不同土质而定，因而可以适应插桩式打桩船无法工作的特殊土质。同时下浮体的举升力，照旧将上浮体顶离水面5～6米，令海上浪涌可以穿越。由此，保留了传统插桩式打桩船的全部优点和功能。
其次是用“调水”产生的力矩和多项新技术，解决了因吊桩柱(500～2500 吨)产生的巨大倾复力矩(拾数万吨米)对船体的平衡，此“调水”引用人工智能可自动化。
其三，下浮体良好的刚度和铰接式支腿(或其它非刚性连接)的连接，可以适应海床泥面的微斜坡和局部凹凸不平。
其四，特殊设计可视海底泥面硬度不同而改变可插入泥中某个深度的小防滑桩，可补坐底摩擦力之不足，有效防止风浪涌的袭击。
总之，坐底自升式打桩船具有如下特点：1.无插拔桩之苦，大大提高工效，几倍提高生产率；2.可适用各种海下土质的打桩，特别是插桩不敢做的重粘土地区；3.遇台风来袭，无拔桩之累，可迅速收场转移；4.特殊设计的菱状船体外形，有利充分用足起重机的幅度，增大吊重量。这些优点，是迄今为止，其它形式打桩船无可比拟。
还有另一种下浮体，也就是将上船体上升降的桩腿延长经由下浮体直接插入泥中。图3揭示了根据本发明的一实施例的坐底自升式风电打桩船的结构示意图，图3采用了上述结构的下浮体，即桩腿延长经由下浮体直接插入泥中。将上船体的桩腿延长，穿越下浮体，直接插入泥中。好似在传统的插桩式打桩船上，取消了面积极大的难于插拔的桩靴。此外，另一个与传统打桩船不同的是增加了下浮体，可以利用它巨大的浮力，承载上船体的自重。这时插入泥中这段的长度可调节，主要用作承担部份吊重产生的不平衡力矩和防止水平滑移。
坐底这种方式，不只是用于打桩船，也可用于广泛的水上建筑，如自升式平台，这时，在各腿之间，增加斜撑杆，将桩腿组成一个大桁架，大大提高支持物的刚性。
总体而言，该坐底自升式风电打桩船具备了传统插桩式打桩船在作业时的全部特性和优势，由免去了插桩式打桩船最为繁琐的插拔桩的工序，能在保持作业质量和作业环境的基础上大幅度提升作业效率。
本发明的坐底自升式风电打桩船采用坐底承载的方式，无需进行桩靴的插拔，大幅提高作业效率。下浮体是活动的，由可调节的浮力和坐底反力承担船体自重，可适用于不同土质。不作业时下船体收入上船体内，有利迅速转移位置，可回避恶劣海况。下浮体可调控吸排水量，以平衡吊重产生的偏载倾覆力矩。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (5)
1.一种坐底自升式风电打桩船，其特征在于，包括：
上船体；
可伸缩的桩腿和起重机安装在上船体上；
下浮体，下浮体通过桩腿连接到上船体。
2.如权利要求1所述的坐底自升式风电打桩船，其特征在于，
所述坐底自升式风电打桩船站立，桩腿伸出，下浮体坐底在海床上，依靠海床对下浮体的支撑力和下浮体的浮力承担全船自重，并将上船体顶离水面5-6米，令风浪涌穿过；
所述坐底自升式风电打桩船调遣或拖航时，桩腿收缩，下浮体收起至上船体内。
3.如权利要求1所述的坐底自升式风电打桩船，其特征在于，下浮体能调节吸排水量，使得下浮体获得不同的浮力，用以改变坐底对海床的压力，用调水系统，平衡起重机吊重产生的倾覆力矩。
4.如权利要求1所述的坐底自升式风电打桩船，其特征在于，所述下浮体的底部安有抗滑桩，下浮体坐底在海床上时，下浮体伸出抗滑桩插入泥中以抗滑移。
5.如权利要求1所述的坐底自升式风电打桩船，其特征在于，下浮体坐底在海床上时，桩腿可加长穿过下浮体并插入泥中，此时，桩腿抗水平力的滑移，又承担部分因上船体起重机吊重产生的倾覆力矩，还依靠桩腿与泥层的摩擦力承受部分整船自重。
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