CN111472377A - 一种利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用沉垫‑浮箱的海上风电整体安装装置，包括筒型基础，筒型基础周围环绕设置有辅助浮箱，辅助浮箱卡扣在筒型基础的顶盖外缘，辅助浮箱上设置有筒体索扣，筒型基础上均设置有浮箱索扣，筒型基础的下方设置有沉垫，沉垫上固定设置有至少两个卷扬机，卷扬机通过贯穿筒体索扣和浮箱索扣的缆绳与辅助浮箱和筒型基础连接，筒型基础的上方固定设置有过渡段，过渡段的上方固定设置有塔筒。本发明控制下沉过程中筒型基础各方向受力点下拉力均衡、可控、可调，维持了整机在下沉过程中的稳定性。

Description

一种利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装装置及方法

技术领域

本发明涉及海上风电技术领域，更具体地，涉及一种覆膜海上风电基础结构预制方法。

背景技术

海上风电具有湍流度低、风资源优良、不占用耕地、靠近我国沿海发达地区等优势，近年来发展较快。近期，我国东部海域已相继建成或正在建设一批海上风电场，装机容量持续上升，因此，快速高效的建设、建造、施工方法是助力未来海上风电进入高速发展阶段的关键因素。

复合筒型基础结构是近几年来发展及运用较快的海上风电基础结构形式。相比于传统桩基结构，筒型基础通过负压下沉方式进行基础施工，基础结构抗倾覆能力强，且具备整机“一步式”安装功能。所谓“一步式”安装，是指基础结构、塔筒、机头可在岸边预制安装，随后，整体拖航至安装地点整体下沉。

目前，筒型基础及其“一步式”安装技术刚处于起步阶段。由于“一步式”安装要求基础、塔筒、机头整机拖航、下沉，重心较高，下沉过程中的下沉速度、倾斜角及姿态控制要求很高，倾斜角一般不可超过0.5％。相当于浅海环境而言，深海环境的风浪更大，海流速度更快。

因此，现有技术中亟需一种能够以“一步式”安装方式在深海环境中提升筒型基础结构的技术方案。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种安全、快速、高效、经济的利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装装置及方法。

为实现上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：

一种利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装装置，包括筒型基础，所述筒型基础周围环绕设置有辅助浮箱，所述辅助浮箱卡扣在所述筒型基础的顶盖外缘，所述辅助浮箱上设置有筒体索扣，所述筒型基础上均设置有浮箱索扣，所述筒型基础上设置有排气阀和排水阀，所述排气阀连接有抽气泵，所述排水阀连接有抽水泵，所述筒型基础的下方设置有沉垫，所述沉垫内部设置气囊、充气设备、排气设备、充水设备和排水设备，所述沉垫上固定设置有至少两个卷扬机，所述卷扬机通过贯穿所述筒体索扣和所述浮箱索扣的缆绳与所述辅助浮箱和所述筒型基础连接，所述筒型基础的上方固定设置有过渡段，所述过渡段的上方固定设置有塔筒。

所述辅助浮箱与所述筒型基础之间垫设有至少两个防撞垫块。

所述防撞垫块共有六个，等间距设置在所述筒型基础的顶盖外缘。

所述过渡段通过法兰盘与所述塔筒固定连接。

所述浮箱索扣设置在所述辅助浮箱的内壁和外壁上，筒体索扣设置在所述筒型基础的顶盖外缘上。

所述辅助浮箱为水平截面形状为C型或U型的内部中空的钢结构。

所述沉垫为水平截面形状为C型或U型的内部中空的钢筋混凝土结构。

所述过渡段为钢筋笼。

所述沉垫上固定设置有六个卷扬机。

本发明还提供了另一种如下的技术方案。

一种利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装方法，包括以下步骤：

(一)在筒型基础上方自下而上依次组装好过渡段、法兰盘和塔筒，将缆绳的一端固定在卷扬机上，将沉垫下沉到海床上，所述缆绳随着海水的浮力上浮；并将辅助浮箱、防撞垫块和筒型基础拖航到指定下沉地点；

(二)将所述缆绳套在所述筒型基础的顶盖外缘上的筒体索扣上，并将所述缆绳的一端穿过辅助浮箱的内壁和外壁的浮箱索扣，然后连接到所述卷扬机上；

(三)启动所述卷扬机，所述卷扬机通过所述缆绳下拉所述辅助浮箱，并带动所述防撞垫块、所述筒型基础以及带动过渡段、带动法兰盘和带动塔筒整体下沉，下沉过程中通过所述筒型基础上的阀门连接的抽气泵抽气，来调节所述筒型基础内部气压量与气压分布；

(四)所述筒型基础下沉到指定泥面后，打开所述筒体索扣和所述浮箱索扣，将所述缆绳解下，并通过所述卷扬机将所述辅助浮箱逐渐上浮至水面；同时，所述筒型基础上的阀门连接的抽水泵抽水，使所述筒型基础内形成负压，从而在泥面以下继续下沉；直至所述筒型基础下沉到泥面以下的目标深度、并且所述辅助浮箱上升至水面后，通过拖船将所述辅助浮箱拖离；

(五)通过充气设备向所述沉垫内充入气体，并通过排气设备排出所述沉垫内的水体，使所述沉垫上浮；

(六)拖航船将所述沉垫拖离。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1.沉垫具有充排气、充排水装置，以沉垫的重力提供下沉过程中的抗拔力，再采用卷扬机控制下拉过程，并且根据现场实际需要来充气、放气、充水或排水，控制下沉过程中筒型基础各方向受力点下拉力均衡、可控、可调，避免降低下沉过程受力不均出现的倾角过大风险，极大维持了整机在下沉过程中的稳定性；

2.浮箱配合缆绳可对筒型基础提供下沉摇摆时的回复力，当整机下沉发生倾角过大时，缆绳张紧扶正整机结构，从而进一步提升了沉放过程中的稳定性；

3.缆绳、缆绳可在索扣上灵活扣紧或拆卸，操作过程十分简便；

4.沉垫可充气排水上浮，放气冲水下沉，具备可重复利用功能，提升了装置的利用效率；

5.沉垫、浮箱和缆绳等部件的设计制造简单，成本低，易于制作。

附图说明

图1是利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装装置的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1的侧视图。

图4是图3中A处局部放大图。

图5是利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装方法的步骤(一)的示意图。

图6是利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装方法的步骤(二)的示意图。

图7是利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装方法的步骤(三)的示意图。

图8是利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装方法的步骤(四)的示意图。

图9是利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装方法的步骤(五)的示意图。

图10是利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装方法的步骤(六)的示意图。

附图标记：1-沉垫，2-卷扬机，3-浮箱，41-筒体索扣，42-浮箱索扣，5-防撞垫块，6-缆绳，7-筒型基础，8-过渡段，9-法兰盘，10-塔筒，11-海床。

具体实施方式

如图1-4所示的利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装装置，包括筒型基础7，筒型基础7周围环绕设置有辅助浮箱3，辅助浮箱3卡扣在筒型基础7的顶盖外缘，辅助浮箱3内径略小于筒型基础7外径，外径大于筒型基础7外径，辅助浮箱3内侧设有楞，能够卡住筒型基础7；辅助浮箱3与筒型基础7之间垫设有至少两个防撞垫块5，用于增加筒型基础7在沉放过程中的稳定性。本实施例中，防撞垫块5共有六个，等间距设置在筒型基础7的顶盖外缘，在本发明的其他实施例中，防撞垫块5可以是八个、十个或者更多。辅助浮箱3上设置有筒体索扣41，筒型基础7上均设置有浮箱索扣42，本实施例中，浮箱索扣42设置在辅助浮箱3的内壁和外壁上，筒体索扣41设置在筒型基础7的顶盖外缘上。筒型基础7上设置有排气阀和排水阀，排气阀连接有抽气泵，排水阀连接有抽水泵，筒型基础7的下方设置有沉垫1，沉垫1内部设置气囊、充气设备、排气设备、充水设备和排水设备，沉垫1上固定设置有至少两个卷扬机2，本实施例中，沉垫1上固定设置六个卷扬机，均匀布置在沉垫1上。筒体索扣41和浮箱索扣42也分别有六组，每组筒体索扣41和浮箱索扣42与每个卷扬机2相对应，卷扬机2通过贯穿筒体索扣41和浮箱索扣42的缆绳6与辅助浮箱3和筒型基础7连接，每个卷扬机2外壳均设置有防水保护壳。筒型基础7的上方固定设置有过渡段8，过渡段8为钢筋笼。过渡段8的上方固定设置有塔筒10，过渡段8通过法兰盘9与塔筒10固定连接，塔筒10上用于安装风机。辅助浮箱3为水平截面形状为C型或U型的内部中空的钢结构。本实施例中，辅助浮箱3的水平截面形状为C型，沉垫1为水平截面形状为C型或U型的内部中空的钢筋混凝土结构。本实施例中，沉垫1的水平截面形状为C型，外径尺寸100m，高度5m。在本实施例中，辅助浮箱3内径25m，外径35m；筒型基础7直径30m、高度10m，过渡段8高度30m。

如图4-10所示，利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装方法，包括以下步骤：

(一)在筒型基础7上方自下而上依次组装好过渡段8、法兰盘9和塔筒10，将缆绳6的一端固定在卷扬机2上，将沉垫1下沉到海床11上，缆绳6随着海水的浮力上浮；并将辅助浮箱3、防撞垫块5和筒型基础7拖航到指定下沉地点；

(二)将缆绳6套在筒型基础7的顶盖外缘上的筒体索扣41上，并将缆绳6的一端穿过辅助浮箱3的内壁和外壁的浮箱索扣42，然后连接到卷扬机2上；

(三)启动卷扬机2，卷扬机2通过缆绳6下拉辅助浮箱3，并带动防撞垫块5、筒型基础7以及带动过渡段8、带动法兰盘9和带动塔筒10整体下沉，下沉过程中通过筒型基础7上的阀门连接的抽气泵抽气，来调节筒型基础7内部气压量与气压分布，从而使下沉过程安全、稳定，当筒型基础7发生倾斜时，缆绳6会张紧，从而将整机结构拉回；

(四)筒型基础7下沉到指定泥面后，打开筒体索扣41和浮箱索扣42，将缆绳6解下，并通过卷扬机2将辅助浮箱3逐渐上浮至水面；同时，筒型基础7上的阀门连接的抽水泵抽水，使筒型基础7内形成负压，从而在泥面以下继续下沉；直至筒型基础7下沉到泥面以下的目标深度、并且辅助浮箱3上升至水面后，通过拖船将辅助浮箱3拖离；

(五)通过充气设备向沉垫1内充入气体，并通过排气设备排出沉垫1内的水体，使沉垫1上浮；

(六)拖航船将沉垫1拖离。

沉垫1内的充气设备采用电子充气泵，排气设备采用电子抽气泵，根据现场需要向沉垫1内泵送气体或将气体抽出，沉垫1内的充水设备采用给水泵，排水设备采用抽水泵，根据沉垫1下沉或上浮过程中的需要，可以即时给沉淀内供水和排水。塔筒10上安装风机，风机可随塔筒10和筒型基础7等部件一同下沉。

上述六个步骤完成后，即可在下一个安装位置重复上述方法，进行下一个风机的安装。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装装置，包括筒型基础(7)，其特征是，所述筒型基础(7)周围环绕设置有辅助浮箱(3)，所述辅助浮箱(3)卡扣在所述筒型基础(7)的顶盖外缘，所述辅助浮箱(3)上设置有筒体索扣(41)，所述筒型基础(7)上均设置有浮箱索扣(42)，所述筒型基础(7)上设置有排气阀和排水阀，所述排气阀连接有抽气泵，所述排水阀连接有抽水泵，所述筒型基础(7)的下方设置有沉垫(1)，所述沉垫(1)内部设置气囊、充气设备、排气设备、充水设备和排水设备，所述沉垫(1)上固定设置有至少两个卷扬机(2)，所述卷扬机(2)通过贯穿所述筒体索扣(41)和所述浮箱索扣(42)的缆绳(6)与所述辅助浮箱(3)和所述筒型基础(7)连接，所述筒型基础(7)的上方固定设置有过渡段(8)，所述过渡段(8)的上方固定设置有塔筒(10)。

2.根据权利要求1所述的，利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装装置，其特征是，所述辅助浮箱(3)与所述筒型基础(7)之间垫设有至少两个防撞垫块(5)。

3.根据权利要求1所述的，利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装装置，其特征是，所述防撞垫块(5)共有六个，等间距设置在所述筒型基础(7)的顶盖外缘。

4.根据权利要求1所述的，利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装装置，其特征是，所述过渡段(8)通过法兰盘(9)与所述塔筒(10)固定连接。

5.根据权利要求1所述的，利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装装置，其特征是，所述浮箱索扣(42)设置在所述辅助浮箱(3)的内壁和外壁上，筒体索扣(41)设置在所述筒型基础(7)的顶盖外缘上。

6.根据权利要求1所述的，利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装装置，其特征是，所述辅助浮箱(3)为水平截面形状为C型或U型的内部中空的钢结构。

7.根据权利要求1所述的，利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装装置，其特征是，所述沉垫(1)为水平截面形状为C型或U型的内部中空的钢筋混凝土结构。

8.根据权利要求1所述的，利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装装置，其特征是，所述过渡段(8)为钢筋笼。

9.根据权利要求1所述的，利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装装置，其特征是，所述沉垫(1)上固定设置有六个卷扬机。

10.一种利用沉垫-浮箱的海上风电整体安装方法，其特征是，包括以下步骤：

(一)在筒型基础(7)上方自下而上依次组装好过渡段(8)、法兰盘(9)和塔筒(10)，将缆绳(6)的一端固定在卷扬机(2)上，将沉垫(1)下沉到海床(11)上，所述缆绳(6)随着海水的浮力上浮；并将辅助浮箱(3)、防撞垫块(5)和筒型基础(7)拖航到指定下沉地点；

(二)将所述缆绳(6)套在所述筒型基础(7)的顶盖外缘上的筒体索扣(41)上，并将所述缆绳(6)的一端穿过辅助浮箱(3)的内壁和外壁的浮箱索扣(42)，然后连接到所述卷扬机(2)上；

(三)启动所述卷扬机(2)，所述卷扬机(2)通过所述缆绳(6)下拉所述辅助浮箱(3)，并带动所述防撞垫块(5)、所述筒型基础(7)以及带动过渡段(8)、带动法兰盘(9)和带动塔筒(10)整体下沉，下沉过程中通过所述筒型基础(7)上的阀门连接的抽气泵抽气，来调节所述筒型基础(7)内部气压量与气压分布；

(四)所述筒型基础(7)下沉到指定泥面后，打开所述筒体索扣(41)和所述浮箱索扣(42)，将所述缆绳(6)解下，并通过所述卷扬机(2)将所述辅助浮箱(3)逐渐上浮至水面；同时，所述筒型基础(7)上的阀门连接的抽水泵抽水，使所述筒型基础(7)内形成负压，从而在泥面以下继续下沉；直至所述筒型基础(7)下沉到泥面以下的目标深度、并且所述辅助浮箱(3)上升至水面后，通过拖船将所述辅助浮箱(3)拖离；

(五)通过充气设备向所述沉垫(1)内充入气体，并通过排气设备排出所述沉垫(1)内的水体，使所述沉垫(1)上浮；

(六)拖航船将所述沉垫(1)拖离。

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