CN111252205A - 一种浅水自安装平台及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浅水自安装平台及安装方法，可以用于潮流能、风能项目的设备载体，或者作为海上风电系统的升压站平台，浅水自安装平台包括柱体和辅助浮体，所述柱体包括下部分圆盘和安装于下部分圆盘上的上部分圆柱，本平台可以实现自安装，采取自安装的方法为辅助浮体竖向安装法，即平台在辅助浮体的扶稳下，竖向自安装，这个安装过程不需要浮吊以及专用驳船，仅需要用于运输的半潜船，就可以实现运输‑安装的一体化解决。

Description

一种浅水自安装平台及安装方法

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体领域为海洋发电设备。

背景技术

在许多海上新能源项目中，诸如潮流能或者风能，其建造完成后的安装，是一个重要的环节。而在众多项目中，安装过程往往需要打桩船、大型浮吊等专用船舶，这类船舶租金高昂，使得整个项目的总包费用升高，并且浮吊安装是一个危险性较大的工序，尤其是有些新能源载体本身自重巨大，借助浮吊等特殊设备安装时危险系数更高。

所以为了节省安装成本，降低危险性，本发明设计了一种适用于浅水的新的海上自安装平台。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浅水自安装平台及安装方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种浅水自安装平台，包括柱体和辅助浮体，所述柱体包括下部分圆盘和安装于下部分圆盘上的上部分圆柱；

所述辅助浮体放置于下部分圆盘上，且中心设有圆柱形镂空，所述辅助浮体的上表面与下表面的中心线与柱体的纵向轴线相同，且所述辅助浮体的一侧设有与圆柱形镂空相连通的缺口，所述上部分圆柱置于圆柱形镂空中，且缺口的根部与上部分圆柱相连接处设置有卡口。

优选的，所述上部分圆柱与下部分圆盘的轴线相同，且所述上部分圆柱的高度与直径比大于3：1，所述下部分圆盘的高度与直径比小于1：2，所述上部分圆柱的内侧安装有加强构件，所述圆柱形镂空直径的长度和所述缺口的宽度均大于所述上部分圆柱直径的长度。

优选的，所述上部分圆柱沿水深方向自上而下分为若干第一舱室，且第一舱室的数量不小于2，所述下部分圆盘设置有4个横向分布的扇形第二舱室。

优选的，最下方的所述第一舱室为软舱，其他所述第一舱室为硬舱，最下方的所述第一舱室的顶部设有贯穿其他第一舱室的第一水管，并且最下方的所述第一舱室的舱底处设有用于让海水进入舱内的第一通海口。

优选的，所述第二舱室的内部填充有作为压载的填充物，并且第二舱室上还设有用于向舱内注入填充物的接口，所述第二舱室的底部设有用于让海水注入的第二通海口，每个所述第二舱室上还设有用于通气和排水的第二水管，且第二水管上还设有用于控制气体和水排出的开关阀门。

优选的，还包括吸力桩，所述吸力桩安装于下部分圆盘的底面，所述柱体通过吸力桩固定到海床上，所述吸力桩的数量为3且以品字形的排列方式安装于下部分圆盘的底面，所述吸力桩的长度与直径的比小于3:1且吸力桩的直径不大于上部分圆柱的直径。

优选的，所述吸力桩的底部为开口结构，且其顶部通过焊接的方式与下部分圆盘相连接，所述吸力桩上设有用于将吸力桩内部的液体排出的第三水管，所述第三水管延伸至柱体的顶部，所述第三水管上设有用于控制吸力桩内部压力的开关阀门和压力表。

优选的，所述上部分圆柱与缺口之间填充有用于保护上部分圆柱不受伤害的橡胶防撞块。

优选的，所述辅助浮体内最少设有4个第三舱室，每个所述第三舱室上均设有控制海水进出的第三通海口以及用于向第三舱室排放气从而达到控制第三舱室水量的第四水管。

一种浅水自安装平台的安装方法，包括以下步骤：

步骤1.将辅助浮体安放于柱体的下部分圆盘上，然后将辅助浮体和柱体置于半潜船上，运送至指定位置；

步骤2.所述半潜船下潜，当半潜船下潜至水面与柱体下部分圆盘底面齐平时，向辅助浮体内灌注海水，向辅助浮体内灌注海水的步骤分多步进行，每一次半潜船吃水增加一定的量时，半潜船停止下沉，向辅助浮体内灌少许水；

步骤3.重复步骤2，直至辅助浮体内灌入足够海水，使所述浅水自安装平台受到的浮力大于其受到的重力，从而使所述浅水自安装平台浮力大于重力，受到向上的合力，而辅助浮体浮力小于重力，受到向下的合力，并且保证浅水自安装平台整体不过早失去稳性并且能浮起，之后半潜船下潜至浅水自安装平台完全起浮；

步骤4.将所述浅水自安装平台拖离半潜船，并且定位；

步骤5.向柱体的下部分圆盘内灌注海水，使所述浅水自安装平台在辅助浮体的扶稳下逐步下沉至海床；

步骤6.向柱体的下部分圆盘内灌注铁矿砂或混凝土,直至安装完成后，将辅助浮体撤离。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种浅水自安装平台及安装方法，本平台可以实现自安装，采取自安装的方法为辅助浮体竖向安装法，即平台在辅助浮体的扶稳下，竖向自安装，这个安装过程不需要浮吊以及专用驳船，仅需要用于运输的半潜船，就可以实现运输-安装的一体化解决；其次，如果浅水自安装平台是作为潮流能项目的载体，可以将潮流能发电机预安装在平台上，则可以实现完全意义上的自安装。浅水自安装平台是作为风能项目的载体，可以预先将风电塔桶预安装在平台上进行自安装，待自安装完成后再吊装风机叶片与发电机，但这是仅需起吊能力较小的浮吊，整个安装过程能够节省安装费用并降低危险系数。

附图说明

图1为本发明的安装在海床时的结构示意图；

图2为本发明的结构主视示意图；

图3为本发明的辅助浮体侧视图；

图4为本发明的辅助浮体主视图；

图5为本发明的上部分圆柱的结构示意图；

图6为本发明的下部分圆盘的结构示意图；

图7为本发明的吸力桩的结构示意图；

图8为本发明使用时的安装示意图。

图中：101-海水、102-海床、103-吸力桩、104-柱体、105-上部分圆柱、106-下部分圆盘、108-辅助浮体、109-圆柱形镂空、110-缺口、111-卡口、112-橡胶防撞块、113-第三通海口、114-第四水管、115-软舱、116-第一通海口、117-第一水管、118-硬舱、119-第二通海口、120-第二水管、121-接口、123-第三水管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，本实施例提供一种技术方案：一种浅水自安装平台，以及作为海上风电系统的升压站平台，包括柱体104和辅助浮体108，所述柱体104包括下部分圆盘106和安装于下部分圆盘106上的上部分圆柱105；

所述辅助浮体108放置于下部分圆盘106上，且中心设有圆柱形镂空109，所述辅助浮体108的上表面与下表面的中心线与柱体104的纵向轴线相同，且所述辅助浮体108的一侧设有与圆柱形镂空109相连通的缺口110，所述上部分圆柱105设于圆柱形镂空109中，且缺口110的根部与上部分圆柱105相连接处设置有卡口111。

具体而言，平台布置在海水101中，其底部与海床102接触，这要求平台安装位置的海床102是天然平整的，或者经过整平工程。平台还通过吸力桩103将其固定在海床102上，这要求海床102的材质为黏土或者级配较小的砂，如果海床102是级配较大的砂，或者是碎石，则可能在安装时损坏吸力桩103，这种情况可以取消吸力桩103，让平台借助重力定位在海床102上。根据上述方法，平台可以不依靠系泊系统来维护，固定在指定的海床102位置。一般而言，平台可以被布置在海上作为潮流能发电机的载体，也可以作为风电场升压站的载体，或者作为海上风电的载体。

请参阅图2，浅水自安装平台的主体结构包括柱体104，柱体104分为上部分圆柱105和下部分圆盘106两块，并且上部分圆柱105和下部分圆盘106拥有相同的轴线。在柱体104的下部分圆盘106的底面，设有三个圆柱型吸力桩103，根据上一段的陈述，吸力桩103在某些工况下可以取消。除此之外，浅水自安装平台还配套有辅助浮体108，多个浅水自安装平台可共用一个辅助浮体108。

请参阅图4，辅助浮体108为扁箱型，其上下面中心的连线与柱体104的纵向轴线相同，且辅助浮体108中心镂空，镂空形状为圆柱形，圆柱形镂空109的轴线与柱体104的纵向轴线相同，并设有一个缺口110与中心相连。辅助浮体108中间圆柱形镂空109的直径是柱体104上部分圆柱105直径的1.2倍，缺口110的宽度也是柱体104上部分圆柱105直径的1.2倍。在缺口110的根部与圆柱形镂空109相连接的部分设置有一个卡口111，当柱体104的上部分圆柱105在圆柱形镂空109内时，需要安装卡口111，其他时间则不需要安装。所述上部分圆柱105与缺口110之间填充有用于保护上部分圆柱105不受伤害的橡胶防撞块112，以防止上部分圆柱105直接与辅助浮体108相撞。

请参阅图3，所述辅助浮体108内最少设有4个第三舱室，每个所述第三舱室上均设有控制海水进出的第三通海口113以及用于向第三舱室排放气从而达到控制第三舱室水量的第四水管114。通过打开第三通海口113向舱室内注入海水，舱内气体可以通过第四水管114排出，或者通过第四水管114向舱内注入压缩空气，舱内海水通过第三通海口113排出，通过上述方法可以达到调平与调重辅助浮体108的目的。

请参阅图5，所述上部分圆柱105与下部分圆盘106的轴线相同，且所述上部分圆柱105的高度与直径比大于3：1，所述下部分圆盘106的高度与直径比小于1：2，所述上部分圆柱105的内侧安装有加强构件。

具体而言，所述上部分圆柱105沿水深方向自上而下分为若干第一舱室，且第一舱室的数量不小于2，所述下部分圆盘106在水平面设置有4个扇形第二舱室，最下方的所述第一舱室为软舱115，其他所述第一舱室为硬舱118，硬舱118为密闭的舱室，外面会受到水压，故而结构较强，成为硬舱118，软舱115与外界联通，舱内外水的压力一致，故而结构较弱，成为软舱115，最下方的所述第一舱室的顶部设有贯穿其他第一舱室的第一水管117，并且最下方的所述第一舱室的舱底处设有用于让海水进入舱内的第一通海口116，当平台安装时，第一通海口116，让海水进入软舱115，而舱内的空气通过第一水管117排出，这样软舱115内注满海水，使得舱内外的海水压力能够平衡。

请参阅图6，所述第二舱室的内部填充有作为压载的填充物，并且第二舱室上还设有用于向舱内注入填充物的接口121，所述第二舱室的底部设有用于让海水注入的第二通海口119，每个所述第二舱室上还设有用于通气和排水的第二水管120，且第二水管120上还设有用于控制气体和水排出的开关阀门柱体104的下部分圆盘106具有小于1:2的高度/直径比，在超浅吃水区域高度/直径比要小于1:4，加强构件在圆柱型内侧。下部分圆盘106可沿水平方向分为4个舱室，也就是说每个舱室为1/4个圆盘。在每个舱室底部设置有第二通海口

119，在舱室顶部设置有第二水管120，第二水管120穿过其他第一舱室直至顶层，每个舱室还设有多个较大的专用接口121，用于向舱室内注入铁矿砂或者混凝土，专用接口121的设置数目依据实际情况而定，原则为保证铁矿砂或者混凝土能够完全将舱室填充满。当平台安装时，打开第二通海口119，让海水进入舱室，而舱内的空气通过第二水管120排出，当平台安装到位时，通过专用接口121向每个舱内注入铁矿砂或者混凝土，此时舱内的海水通过第二水管120排出。

请参考图7，还包括吸力桩103，所述吸力桩103安装于下部分圆盘106的底面，所述柱体104通过吸力桩103固定到海床102上，所述吸力桩103的数量为3且以品字形的排列方式安装于下部分圆盘106的底面，所述吸力桩103的长度与直径的比小于3:1且吸力桩103的直径不大于上部分圆柱105的直径。

所述吸力桩103的底部为开口结构，且其顶部通过焊接的方式与下部分圆盘106相连接，所述吸力桩103上设有用于将吸力桩103内部的液体排出的第三水管123，所述第三水管123延伸至柱体104的顶部，所述第三水管123上设有用于控制吸力桩103内部压力的开关阀门和压力表。

具体而言，吸力桩103具有小于3:1的长/直径比，并且直径不大于柱体104的上部分圆柱105的直径，吸力桩103直接焊接在柱体104的下部分圆盘106的底面，把该底面作为吸力桩103的顶面。平台共有3个吸力桩103，以品字状布置在柱体104的下部分圆盘106底面上，吸力桩103的布置尽可能的靠近柱体104的下部分圆盘106的边缘，以获得更大的抗扭力矩。吸力桩103拥有开口结构，顶部设置有第三水管123，第三水管123穿过其他舱室直至顶层，用于平台安装时将吸力桩103内的海水排出，或者在日常维护中，通过排水泵经第三水管123抽出海水，以增大吸力桩103的吸力，为了知道吸力桩103顶面内表面的压力，在第三水管123的端口需设置压力表。

请参阅图8，一种浅水自安装平台的安装方法，本平台的特点在于可以实现自安装，图中所示为潮汐能发电设备的安装，自安装是在辅助浮体108的扶稳下实现竖向自安装，具体过程如下：(a)将辅助浮体108安放于柱体104的下部分圆盘106上，然后整体置于半潜船上，运送至指定位置；(b)半潜船下潜，注意当半潜船下潜至水面与下部分圆盘106底面齐平时，分多步进行灌水，每一步半潜船吃水增加一点，然后半潜船停止下沉，向辅助浮体108内灌少许水，通过这个步骤，直至辅助浮体内灌入足够海水，然后半潜船下潜至设备完全起浮；(c)将设备拖离半潜船，并且定位；(d)向柱体104的下部分圆盘106灌注海水，浅水自安装平台在辅助浮体108的扶稳下逐步下沉至海床；(e)向柱体104的下部分圆盘106灌注铁矿砂或混凝土,安装完成，辅助浮体108撤离。

为了实现上述自安装过程，将柱体104上部分圆柱105沿水深方向分为两到三个舱，其中最深处的舱室外部水压较大，通过第一水管117与海水相连通，从而保持舱室内外压力相同，因此可以设置为软舱115，其他舱则可以设置为硬舱118；将柱体104下部分圆盘106沿水平方向分为四个舱，每个舱都能注水、充气以及填充铁矿砂/混凝土等填充物；将辅助浮体108分为四到六个舱，每个舱都能注水和充气排水，实现辅助浮体108的调平。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

本平可以实现自安装，采取自安装的方法为辅助浮体竖向安装法，即平台在辅助浮体的扶稳下，竖向自安装，这个安装过程不需要浮吊以及专用驳船，仅需要用于运输的半潜船，就可以实现运输-安装的一体化解决；其次，如果浅水自安装平台是作为潮流能项目的载体，可以将潮流能发电机预安装在平台上，则可以实现完全意义上的自安装。如果浅水自安装平台是作为风能项目的载体，可以预先将风电塔桶预安装在平台上进行自安装，待自安装完成后再吊装风机叶片与发电机，但这是仅需起吊能力较小的浮吊，整个安装过程还是能够节省安装费用并降低危险系数。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种浅水自安装平台，其特征在于：包括柱体和辅助浮体，所述柱体包括下部分圆盘和安装于下部分圆盘上的上部分圆柱；

所述辅助浮体放置于下部分圆盘上，且中心设有圆柱形镂空，所述辅助浮体的上表面与下表面的中心线与柱体的纵向轴线相同，且所述辅助浮体的一侧设有与圆柱形镂空相连通的缺口，所述上部分圆柱置于圆柱形镂空中，且缺口的根部与上部分圆柱相连接处设置有卡口。

2.根据权利要求1所述的一种浅水自安装平台，其特征在于：所述上部分圆柱与下部分圆盘的轴线相同，且所述上部分圆柱的高度与直径比大于3：1，所述下部分圆盘的高度与直径比小于1：2，所述上部分圆柱的内侧安装有加强构件，所述圆柱形镂空直径的长度和所述缺口的宽度均大于所述上部分圆柱直径的长度。

3.根据权利要求1所述的一种浅水自安装平台，其特征在于：所述上部分圆柱沿水深方向自上而下分为若干第一舱室，且第一舱室的数量不小于2，所述下部分圆盘设置有4个横向分布的扇形第二舱室。

4.根据权利要求3所述的一种浅水自安装平台，其特征在于：最下方的所述第一舱室为软舱，其他所述第一舱室为硬舱，最下方的所述第一舱室的顶部设有贯穿其他第一舱室的第一水管，并且最下方的所述第一舱室的舱底处设有用于让海水进入舱内的第一通海口。

5.根据权利要求3所述的一种浅水自安装平台，其特征在于：所述第二舱室的内部填充有作为压载的填充物，并且第二舱室上还设有用于向舱内注入填充物的接口，所述第二舱室的底部设有用于让海水注入的第二通海口，每个所述第二舱室上还设有用于通气和排水的第二水管，且第二水管上还设有用于控制气体和水排出的开关阀门。

6.根据权利要求1所述的一种浅水自安装平台，其特征在于：还包括吸力桩，所述吸力桩安装于下部分圆盘的底面，所述柱体通过吸力桩固定到海床上，所述吸力桩的数量为3且以品字形的排列方式安装于下部分圆盘的底面，所述吸力桩的长度与直径的比小于3:1且吸力桩的直径不大于上部分圆柱的直径。

7.根据权利要求6所述的一种浅水自安装平台，其特征在于：所述吸力桩的底部为开口结构，且其顶部通过焊接的方式与下部分圆盘相连接，所述吸力桩上设有用于将吸力桩内部的液体排出的第三水管，所述第三水管延伸至柱体的顶部，所述第三水管上设有用于控制吸力桩内部压力的开关阀门和压力表。

8.根据权利要求1所述的一种浅水自安装平台，其特征在于：所述上部分圆柱与缺口之间填充有用于保护上部分圆柱不受伤害的橡胶防撞块。

9.根据权利要求1所述的一种浅水自安装平台，其特征在于：所述辅助浮体内最少设有4个第三舱室，每个所述第三舱室上均设有控制海水进出的第三通海口以及用于向第三舱室排放气从而达到控制第三舱室水量的第四水管。

10.一种基于权利要求1-9任意一条权利要求所述的浅水自安装平台的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.将辅助浮体安放于柱体的下部分圆盘上，然后将辅助浮体和柱体置于半潜船上，运送至指定位置；

步骤2.所述半潜船下潜，当半潜船下潜至水面与柱体下部分圆盘底面齐平时，向辅助浮体内灌注海水，向辅助浮体内灌注海水的步骤分多步进行，每一次半潜船吃水增加一定的量时，半潜船停止下沉，向辅助浮体内灌少许水；

步骤3.重复步骤2，直至辅助浮体内灌入足够海水，使所述浅水自安装平台受到的浮力大于其受到的重力，从而使所述浅水自安装平台浮力大于重力，受到向上的合力，而辅助浮体浮力小于重力，受到向下的合力，并且保证浅水自安装平台整体不过早失去稳性并且能浮起，之后半潜船下潜至浅水自安装平台完全起浮；

步骤4.将所述浅水自安装平台拖离半潜船，并且定位；

步骤5.向柱体的下部分圆盘内灌注海水，使所述浅水自安装平台在辅助浮体的扶稳下逐步下沉至海床；

步骤6.向柱体的下部分圆盘内灌注铁矿砂或混凝土,直至安装完成后，将辅助浮体撤离。

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