CN108019321B - 海上风机整体水平预装上船系统及预装上船方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海上风机整体水平预装上船系统及预装上船方法，包括：风机；位于码头的自行式模块化运输车，包括塔筒运输车和机舱运输车，塔筒运输车包括下塔筒运输车、中塔筒运输车和上塔筒运输车；风机的下塔筒、中塔筒、上塔筒、机舱对应安装于三种运输车上；下塔筒运输车、中塔筒运输车、上塔筒运输车、机舱运输车沿同一轴线运动并实现风机各分段的对接；风机安装船；升降装置，包括竖直安装于甲板上的船中支柱，船中支柱沿轴向设置第一轨道，第一轨道上设置滑动风机升降器，风机升降器上安装固定夹。本发明利用码头自行式模块化运输车实现风机分段对接以及整体预装上船，能够降低组装难度，减少风机组装风险，提高预装上船的效率，降低能耗。

Description

海上风机整体水平预装上船系统及预装上船方法

技术领域

本发明涉及海上风机安装技术领域，具体涉及一种海上风机整体水平预装上船系统及预装上船方法。

背景技术

目前海上风机预装上船的方式主要有以下两种，一是适用于分段安装的风机安装船，其主要采用船上起吊设备将陆上的各风机零件吊装上船并按预定方式安放，吊装步骤繁琐，对吊装技术的精确度要求高；二是适用于整体安装的风机安装船，主要采用靠海码头或陆域场地内完成风力发电机整机装配，然后将风力发电机移至码头前沿，利用岸上起重机将风力发电机吊起移至风电安装船上的预装上船方式，该方式的风机组装是在高空中进行的，组装难度大，增加能耗，运输困难，效率低。

传统的风机预装上船采用的是分段吊装上船和分段垂直预装然后整体吊装上船的方式，吊装难度大，高空组装困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种海上风机整体水平预装上船系统及预装上船方法，它利用码头自行式模块化运输车(SPMT)实现风机分段对接以及整体预装上船，能够降低组装时的难度，减少风机组装风险，提高预装上船的效率，降低能耗。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种海上风机整体水平预装上船系统，包括：

风机，包括下塔筒、中塔筒、上塔筒和机舱；

位于码头的若干自行式模块化运输车，包括车架和安装于所述车架上的安装座；所述自行式模块化运输车包括塔筒运输车和机舱运输车，所述塔筒运输车包括下塔筒运输车、中塔筒运输车和上塔筒运输车；所述风机的下塔筒、中塔筒、上塔筒、机舱分别安装于所述下塔筒运输车、中塔筒运输车、上塔筒运输车、机舱运输车的安装座上；所述下塔筒运输车、中塔筒运输车、上塔筒运输车、机舱运输车沿同一轴线运动并实现所述风机各分段的对接安装；

风机安装船；

升降装置，所述升降装置包括竖直安装于所述风机安装船甲板上的船中支柱，所述船中支柱沿轴向设置第一轨道，所述第一轨道上设置若干与所述第一轨道适配的风机升降器，所述风机升降器包括滑块和悬臂梁，所述滑块内设驱动装置，驱动所述滑块沿所述第一轨道上下移动，所述悬臂梁垂直于所述船中支柱，所述悬臂梁的端部安装固定夹。

上述方案中，所述自行式模块化运输车上竖直安装有液压杆，所述液压杆的下端与所述车架连接、上端与所述安装座的底部连接。

上述方案中，所述第一轨道为齿条轨道，所述滑块一侧设置齿轮，所述齿轮与齿条轨道啮合，所述滑块内的驱动装置驱动所述齿轮沿所述第一轨道上下移动。

上述方案中，所述升降装置两个为一组、对称布置于所述风机安装船的左舷和右舷；所述风机安装船沿船长方向安装若干组所述升降装置。

上述方案中，所述固定夹为圆弧形，所述固定夹的内表面安装有防滑垫。

上述方案中，所述悬臂梁上安装有推进器，所述推进器能够推动所述固定夹沿水平方向移动。

上述方案中，所述船中支柱的顶端和底端均安装有旋转收纳装置，所述旋转收纳装置与所述船中支柱同轴设置并能够绕中心轴旋转，所述旋转收纳装置沿周向均匀设置若干第二轨道，所述第二轨道的数量与所述风机升降器的数量相等，所述第二轨道与第一轨道的结构相同且能够与第一轨道对接。

上述方案中，所述船中支柱底端的旋转收纳装置位于所述风机安装船的甲板下方，所述甲板与所述船中支柱连接处设有甲板开口。

上述方案中，所述风机安装船内设有压载水调节系统。

本发明还提出了根据上述海上风机整体水平预装上船系统进行风机预装上船的方法，包括以下步骤：

第一步，通过所述自行式模块化运输车的水平运动进行风机各分段的水平低空组装，载有中塔筒的中塔筒运输车停在原地，载有上塔筒的上塔筒运输车向右水平运动使上塔筒与中塔筒对接，载有机舱的机舱运输车向右水平运动使机舱与上塔筒对接，载有下塔筒的下塔筒运输车向左水平运动使下塔筒与中塔筒对接；

第二步，载有风机整机的自行式模块化运输车平稳低速行进，实现所述风机整机的登船过程；

第三步，运输车完全登船后行驶至指定位置，所述升降装置的风机升降器上升至与所述自行式模块化运输车同等高度，所述固定夹托举所述风机整机并上升至指定位置，完成一台风机的登船过程；

第四步，若干台风机依次如上述方法登船即完成整体登船过程。

本发明的有益效果在于：

1、组装过程简单，组装效率高。

利用自行式模块化运输车运载风机分段水平运动，使风机保持水平状态，完成风机组装，相比于传统风机塔筒分段组装的效率更高。

2、低空组装，人为调控能力强，组装更加准确。

利用自行式模块化运输车在高度不超过两米的范围内进行风机各分段的组装，人为调节的能力得到加强，可以及时发现并纠正组装中存在的问题，同时避免了高空海风对组装的影响，保证风机的完整性和可靠性。

3、自行式模块化运输车载风机预装上船，节省能耗。

利用多辆自行式模块化运输车的组合使用，运输车将运载完成组装的风机，直接于码头通过连接船艏与码头的跳板将风机运输至风机安装船预定位置，避免吊装的克服重力做工耗能。

4、船上独特的升降装置设计，风机安放的智能化程度高。

运输车载风机整体停在预定位置后，相应的甲板开口盖打开，预先停放在甲板下的四组风机升降器沿第一轨道缓慢上升，将风机依次抬升到指定安放高度，实现良好的智能化控制。

5、大大节省了时间和成本。

传统组装是采用吊装，需要克服重力做功，而本发明使用模块运输车，只用克服地面摩擦力做功，大大节省了能耗。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明自行式模块化运输车的结构示意图；

图2是本发明风机整体结构示意图；

图3是本发明风机分段在码头低空预装时自行式模块化运输车的运动过程示意图；

图4是本发明风机整体于自行式模块化运输车上的安放状态示意图；

图5是本发明风机安装船及风机升降系统的结构示意图；

图6是图5所示风机安装船上的升降装置结构示意图；

图7是图6所示升降装置的结构示意图；

图8是图7所示升降装置的船中支柱及旋转收纳装置的结构示意图；

图8是图7所示升降装置的风机升降器的结构示意图；

图9是本发明自行式模块化运输车搭载风机整体登船过程示意图。

图中：10、风机；11、下塔筒；12、中塔筒；13、上塔筒；14、机舱；15、叶片；16、轮毂；20、自行式模块化运输车；21、车架；22、安装座；23、液压杆；24、塔筒运输车；241、下塔筒运输车；242、中塔筒运输车；243、上塔筒运输车；25、机舱运输车；30、风机安装船；40、升降装置；41、船中支柱；411、第一轨道；42、套筒；43、风机升降器；431、滑块；432、悬臂梁；433、固定夹；434、推进器；435、齿轮；50、旋转收纳装置；51、第二轨道；60、跳板；61、主跳板；62、舌端板。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1-9所示，为本发明一较佳实施例的海上风机整体水平预装上船系统，包括：

风机10，包括下塔筒11、中塔筒12、上塔筒13和机舱14，以及叶片15和轮毂16；

位于码头的自行式模块化运输车20，包括车架21和安装于车架21上的安装座22，安装座22为U型凹槽结构，内表面铺设橡胶防滑垫。自行式模块化运输车20包括四辆塔筒运输车24和一辆机舱运输车25，塔筒运输车24包括两辆下塔筒运输车241、一辆中塔筒运输车242和一辆上塔筒运输车243；风机10的下塔筒11、中塔筒12、上塔筒13、机舱14分别安装于下塔筒运输车241、中塔筒运输车242、上塔筒运输车243、机舱运输车25的安装座22上；下塔筒运输车241、中塔筒运输车242、上塔筒运输车243、机舱运输车25沿同一轴线运动并实现风机10各分段的对接安装；

风机安装船30，停放于码头边，船首与码头通过跳板60连接；

升降装置40，升降装置40包括竖直安装于风机安装船30甲板上的船中支柱41和套装于船中支柱41外周的套筒42，船中支柱41沿轴向设置第一轨道411，第一轨道411上设置四个与其适配的风机升降器43，风机升降器43包括滑块431和悬臂梁432，滑块431卡置于支柱41内，滑块431内设驱动装置，驱动滑块431沿第一轨道411上下移动，悬臂梁432垂直于船中支柱41，悬臂梁432的端部安装固定夹433。套筒42用于加固保护支柱41。

进一步优化，本实施例中，自行式模块化运输车20上竖直安装有液压杆23，液压杆23沿自行式模块化运输车20前后对称分布，液压杆23的下端与车架21连接、上端与安装座22的底部连接，用于调节对接时风机10各分段的角度，保证对接时的精度和质量。

进一步优化，本实施例中，第一轨道411为齿条轨道，滑块431一侧设置齿轮435，齿轮435与齿条轨道啮合，齿轮435与滑块431内的驱动装置的旋转轴连接，驱动装置驱动四个风机升降器43沿第一轨道411上下移动，对风机10整机进行托举。

进一步优化，本实施例中，升降装置40两个为一组，对称布置于风机安装船30的左舷和右舷；风机安装船30沿船长方向安装四组升降装置40，四组升降装置40共同组成风机升降系统，实现风机在船上的排列安放。

进一步优化，本实施例中，固定夹433为圆弧形，固定夹433的内表面安装有防滑垫。

进一步优化，本实施例中，悬臂梁432上安装有推进器434，推进器434能够推动固定夹433沿水平方向移动，以调节固定夹433对风机塔筒的夹紧力，防止运输时晃动移位。

进一步优化，本实施例中，为了达到四台风机的安放和安装过程畅通无阻，船中支柱41的顶端和底端均安装有旋转收纳装置50，用于停放闲置的风机升降器43。旋转收纳装置50与船中支柱41同轴设置并能够绕中心轴旋转，旋转收纳装置50沿周向均匀设置四个第二轨道51，第二轨道51的数量与风机升降器43的数量相等，第二轨道51与第一轨道411的结构相同且能够与第一轨道411对接。风机10上船前，升降装置40的四个风机升降器43互相成90度夹角停放于底部旋转收纳装置50的四个第二轨道51上。风机10上船后，四个风机升降器43依次旋转至工作位置，然后上升至与自行式模块化运输车20同等高度将四个风机10托举至适当的位置。当风机10完成海上安装过程后，四个风机升降器43依次上升至顶部旋转收纳装置50的第二轨道51上，并旋转90度，每次旋转90度后，第二轨道51与第一轨道411对接契合，以便下一个风机升降器43爬升至第二轨道51。当四台风机10完成海上安装过程后，四个风机升降器43全部成90度夹角停放在顶部的旋转收纳装置50上。

进一步优化，本实施例中，船中支柱41底端的旋转收纳装置50位于风机安装船30的甲板下方，甲板与船中支柱41连接处设有甲板开口。当SPMT装载着风机10登船后，甲板开口打开，风机升降器43升起至与SPMT上风机10同一水平高度，固定夹433抱举风机10并稳固托住风机10，此时风机10全部重量放在升降装置40上，SPMT此时可经通过跳板60梯退离船体，升降系统随后将风机10上升至指定位置。

进一步优化，本实施例中，风机安装船30内设有压载水调节系统，用于调节风机10上船过程中船体的吃水和稳性。

进一步优化，本实施例中，跳板60包括主跳板61和通过铰链铰接于跳板60两端的舌端板62，跳板60的结构形式配合自行式模块化运输车20，所述舌端板62用于调整角度。跳板60面板上设有防滑设施，中间部分主要为花纹钢板。跳板60和船体采用眼板组连接，通过销轴传动，考虑轴的同心度，设置三对眼板组。为方便自行式模块化运输车20上下跳板60，跳板60与码头间高出部分设置弧形板连接。

本发明还提出了海上风机整体水平预装上船的方法，主要分为码头组装过程和整体运输上船安放过程，码头组装过程中采用自行式模块化运输车20实现分段风机的对接组装，预装上船时利用船上升降装置40的协调运作，实现风机10在船上的垂向分层排布安放。具体包括以下步骤：

第一步，通过自行式模块化运输车20的水平运动进行风机10各分段的水平低空组装，载有中塔筒12的中塔筒运输车242停在原地，载有上塔筒13的上塔筒运输车243向右水平运动使上塔筒13与中塔筒12对接，载有机舱14的机舱运输车25向右水平运动使机舱14与上塔筒13对接，载有下塔筒11的下塔筒运输车241向左水平运动使下塔筒11与中塔筒12对接；运动对接过程中各运输车始终保持低速直线运动，对接面高度平齐，通过调节车上液压杆23的上下运动来调节对接角度，保证对接时的精度和质量。

第二步，载有风机10整机的自行式模块化运输车20平稳低速行进，通过跳板60实现码头和船体的连接，从而实现风机10整机的登船过程；登船过程中，通过风机安装船30上的压载水调节系统调节船舶的吃水和稳性。

第三步，运输车完全登船后行驶至指定位置，甲板开口处的盖板打开，四组升降装置40的风机升降器43从甲板下方上升至与自行式模块化运输车20同等高度，固定夹433抱举风机10整机并上升至指定位置，完成一台风机10的登船过程；

第四步，四台风机10依次如上述方法登船即完成整体登船过程。

需要说明的是，分段组装及整机装载登船时风机叶片15固定，且其一叶片与塔筒平行，叶梢指向风机塔筒底端。

本发明提出的海上风机整体水平预装上船系统及预装上船方法适用于多种类型的风机预装上船过程，只要风机与船型、运输车类型配套即可。本实施例中采用的风机10为SL5000，其塔筒高70m，重366t，叶轮直径128m，叶片重24t，机舱长8m，重281t，轮毂重84t，切入风速为3m/s，平均风速为12m/s。采用的SPMT的行驶速度为1-5km/h，轴载重为30-50t之间，精度可达2mm，SPMT载重量在多车机械组装或自由组合的情况下可达50000吨以上。风机下塔筒11长度为30m，自行式模块化运输车20长10m，风机下塔筒11由两辆自行式模块化运输车20运载，下塔筒两端各留出1m长的组装段；中塔筒12和上塔筒13长均为20m，分别由一辆自行式模块化运输车20运载，两端各留出5m组装段；机舱14由机舱运输车25运载，通过五辆自行式模块化运输车20的水平运动进行风机10各分段的水平低空组装。

本发明与现有技术相比具有以下技术效果：

1、组装过程简单，组装效率高。

利用自行式模块化运输车20运载风机10分段水平运动，使风机10保持水平状态，完成风机10组装。传统风机塔筒分段组装所需时间在12小时左右，叶片与轮毂组装时间为4小时，机舱14与上塔筒13组装需要4小时，叶轮与机舱14组装需要4小时，总共需要24小时；采用运输车组装，三个塔筒分段的两次对接需6小时，轮毂和三个叶片的安对接需3小时，机舱的安放需1小时，机舱和组装好的轮毂对接需2小时，组装好的机舱和塔筒对接需3小时，总共需要15小时，相比于将风机10零部件固定吊装的技术，提高了效率37.5％。

2、低空组装，人为调控能力强，组装更加准确。

利用自行式模块化运输车20在高度不超过两米的范围内进行风机10各分段的组装，人为调节的能力得到加强，可以及时发现并纠正组装中存在的问题，同时避免了高空海风对组装的影响，保证风机10的完整性和可靠性。

3、自行式模块化运输车20载风机10预装上船，节省能耗。

利用多辆自行式模块化运输车20的组合使用，运输车将运载完成组装的风机10，直接于码头通过连接船艏与码头的跳板60将风机10运输至风机安装船30预定位置，避免吊装的克服重力做工耗能。

4、船上独特的升降装置40设计，风机10安放的智能化程度高。

运输车载风机10整体停在预定位置后，相应的甲板开口盖打开，预先停放在甲板下的四组风机升降器43沿第一轨道411缓慢上升，将风机10依次抬升到指定安放高度，实现良好的智能化控制。

5、进行风机码头预装时，大大节省了时间和成本。

传统组装：采用吊装，克服重力做功，做功量如下式：

W＝G₁h₁+G₂h₂+G₃h₃+G₄h₄

＝1040000×40+1040000×60+2810000×70+1560000×70

＝409900000W＝409900KW

式中：

G₁：中塔筒重力(N)； h₁：中塔筒起吊高度(m)；

G₂：上塔筒重力(N)； h₂：上塔筒起吊高度(m)；

G₃：机舱重力(N)； h₃：机舱起吊高度(m)；

G₄：叶轮重力(N)； h₄：叶轮起吊高度(m)。

采用本发明：使用模块运输车，克服地面摩擦力做功，做功量如下：

W'＝μGS_合＝0.5×7570000×10＝37850000W＝37850KW

式中：

μ：轮胎与地面摩擦系数； S_合：运输车行程(m)；

W：传统码头预装做公量(KW)； W'：本发明码头预装做功量(KW)。

由此可见，传统做功量约为本发明做功的13倍。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种海上风机整体水平预装上船系统，该系统包括风机，所述风机包括下塔筒、中塔筒、上塔筒和机舱；其特征在于，该系统还包括：

位于码头的若干自行式模块化运输车，包括车架和安装于所述车架上的安装座；所述自行式模块化运输车包括塔筒运输车和机舱运输车，所述塔筒运输车包括下塔筒运输车、中塔筒运输车和上塔筒运输车；所述风机的下塔筒、中塔筒、上塔筒、机舱分别安装于所述下塔筒运输车、中塔筒运输车、上塔筒运输车、机舱运输车的安装座上；所述下塔筒运输车、中塔筒运输车、上塔筒运输车、机舱运输车沿同一轴线运动并实现所述风机各分段的对接安装；

风机安装船；

升降装置，所述升降装置包括竖直安装于所述风机安装船甲板上的船中支柱，所述船中支柱沿轴向设置第一轨道，所述第一轨道上设置若干与所述第一轨道适配的风机升降器，所述风机升降器包括滑块和悬臂梁，所述滑块内设驱动装置，驱动所述滑块沿所述第一轨道上下移动，所述悬臂梁垂直于所述船中支柱，所述悬臂梁的端部安装固定夹。

2.根据权利要求1所述的海上风机整体水平预装上船系统，其特征在于，所述自行式模块化运输车上竖直安装有液压杆，所述液压杆的下端与所述车架连接、上端与所述安装座的底部连接。

3.根据权利要求1所述的海上风机整体水平预装上船系统，其特征在于，所述第一轨道为齿条轨道，所述滑块一侧设置齿轮，所述齿轮与齿条轨道啮合，所述滑块内的驱动装置驱动所述齿轮沿所述第一轨道上下移动。

4.根据权利要求1所述的海上风机整体水平预装上船系统，其特征在于，所述升降装置两个为一组、对称布置于所述风机安装船的左舷和右舷；所述风机安装船沿船长方向安装若干组所述升降装置。

5.根据权利要求1所述的海上风机整体水平预装上船系统，其特征在于，所述固定夹为圆弧形，所述固定夹的内表面安装有防滑垫。

6.根据权利要求4或5所述的海上风机整体水平预装上船系统，其特征在于，所述悬臂梁上安装有推进器，所述推进器能够推动所述固定夹沿水平方向移动。

7.根据权利要求1所述的海上风机整体水平预装上船系统，其特征在于，所述船中支柱的顶端和底端均安装有旋转收纳装置，所述旋转收纳装置与所述船中支柱同轴设置并能够绕中心轴旋转，所述旋转收纳装置沿周向均匀设置若干第二轨道，所述第二轨道的数量与所述风机升降器的数量相等，所述第二轨道与第一轨道的结构相同且能够与第一轨道对接。

8.根据权利要求7所述的海上风机整体水平预装上船系统，其特征在于，所述船中支柱底端的旋转收纳装置位于所述风机安装船的甲板下方，所述甲板与所述船中支柱连接处设有甲板开口。

9.根据权利要求1所述的海上风机整体水平预装上船系统，其特征在于，所述风机安装船内设有压载水调节系统。

10.根据权利要求1所述的海上风机整体水平预装上船系统进行风机预装上船的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，通过所述自行式模块化运输车的水平运动进行风机各分段的水平低空组装，载有中塔筒的中塔筒运输车停在原地，载有上塔筒的上塔筒运输车向右水平运动使上塔筒与中塔筒对接，载有机舱的机舱运输车向右水平运动使机舱与上塔筒对接，载有下塔筒的下塔筒运输车向左水平运动使下塔筒与中塔筒对接；

第二步，载有风机整机的自行式模块化运输车平稳低速行进，实现所述风机整机的登船过程；

第三步，运输车完全登船后行驶至指定位置，所述升降装置的风机升降器上升至与所述自行式模块化运输车同等高度，所述固定夹托举所述风机整机并上升至指定位置，完成一台风机的登船过程；

第四步，若干台风机依次如上述方法登船即完成整体登船过程。