CN111472378A - 一种利用沉垫-安装船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‑安装船的海上风电整体安装装置及方法，装置包括筒形基础，筒形基础上方漂浮设置有安装船，筒形基础上设置有筒体索扣，安装船上设置有船体索扣，安装船通过贯穿筒体索扣和船体索扣的上拉缆绳与筒形基础连接，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的下拉缆绳与筒形基础连接，筒形基础上方固定设置有过渡段，过渡段上方固定设置有塔筒，安装船上连接有锚索，锚索上连接有船锚。本发明使得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-安装船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，涉及一种利用沉垫-安装船的海上风电整体安装装置及方法。

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-安装船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-安装船的海上风电整体安装装置，包括筒形基础，所述筒形基础上方漂浮设置有安装船，所述筒形基础上设置有筒体索扣，所述安装船上设置有船体索扣，所述安装船通过贯穿所述筒体索扣和所述船体索扣的上拉缆绳与所述筒形基础连接，所述筒形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的下拉缆绳与所述筒形基础连接，所述筒形基础上方固定设置有过渡段，所述过渡段上方固定设置有塔筒，所述安装船上连接有锚索，所述锚索上连接有船锚。

所述筒体索扣设置在所述筒形基础的顶盖外缘。

所述船体索扣设置在安装船的底部外侧。

所述过渡段通过法兰盘与所述塔筒固定连接。

所述过渡段为钢筋笼。

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。

所述安装船上设置有水平截面形状为C型或U型的凹槽。

所述沉垫上固定设置有四个卷扬机。

本发明还给出了如下的技术方案。

一种利用沉垫-安装船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，将下拉缆绳的一端固定在卷扬机上，将沉垫下沉到海床上，下拉缆绳和上拉缆绳随着海水的浮力上浮，通过安装船将所述筒形基础拖航到指定下沉地点，从所述安装船的锚拉点放下锚索和船锚，使所述船锚锚固在海床上，保证所述安装船的稳定；

(二)将所述下拉缆绳套在所述筒型基础顶盖外缘的筒体索扣上，并将所述下拉缆绳的端部连接到所述卷扬机上；同时，将所述上拉缆绳的一端套在所述筒型基础顶盖外缘的筒体索扣上，另一端套在所述安装船底部外侧的船体索扣上；

(三)启动所述卷扬机，所述卷扬机通过所述所述下拉缆绳下拉所述筒型基础，并带动所述筒型基础以及所述过渡段、所述法兰盘和所述塔筒一起下沉，在下沉过程中，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，当所述筒型基础发生倾斜时，张紧所述上拉缆绳来保证所述筒型基础位置的稳定；

(四)所述筒型基础下沉到指定泥面后，打开所述筒型基础顶盖外缘的筒体索扣，将所述下拉缆绳与所述上拉缆绳解下，所述下拉缆绳与所述上拉缆绳上浮；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后，将安装船驶离；

(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.设置可充排气、充排水的沉垫，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，使得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.安装船配合上拉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，上拉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.下拉缆绳、上拉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、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-安装船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是利用沉垫-安装船的海上风电整体安装方法的步骤(一)的示意图。

图4是利用沉垫-安装船的海上风电整体安装方法的步骤(二)的示意图。

图5是利用沉垫-安装船的海上风电整体安装方法的步骤(三)的示意图。

图6是利用沉垫-安装船的海上风电整体安装方法的步骤(四)的示意图。

图7是利用沉垫-安装船的海上风电整体安装方法的步骤(五)的示意图。

图8是利用沉垫-安装船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-安装船，41-筒体索扣，42-船体索扣，5-锚拉点，6-下拉缆绳，7-上拉缆绳，8-锚索，9-船锚，10-筒型基础，11-过渡段，12-法兰盘，13-塔筒，14-海床。

具体实施方式

如图1-2所示的利用沉垫-安装船的海上风电整体安装装置，包括筒形基础10，筒形基础10上方漂浮设置有安装船3，筒形基础10上设置有筒体索扣41，安装船3的底部外侧设置有船体索扣42。安装船3通过贯穿筒体索扣41和船体索扣42的上拉缆绳7与筒形基础10连接，筒形基础10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10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上固定设置有四个卷扬机，本实施例中，筒体索扣41共有四组，船体索扣42也共有四组，均以辐射状的形式分别设置在筒形基础10顶盖外缘和安装船3的底部外侧，每组筒体索扣41和船体索扣42均对应一台卷扬机2，每个卷扬机2通过贯穿筒体索扣41的下拉缆绳6与筒形基础10连接。在本发明的其他实施例中，卷扬机2的数量也可以是六个、八个或更多，所有的卷扬机2均匀地排列在沉垫1顶部。每个卷扬机2外壳均设置有防水保护壳。筒形基础10上方固定设置有过渡段11，过渡段11为钢筋笼，通过法兰盘12与塔筒13固定连接，在塔筒13上安装风机。过渡段11上方固定设置有塔筒13，安装船3上连接有锚索8，锚索8上连接有船锚9。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。安装船3上设置有水平截面形状为C型或U型的凹槽。本实施例中，安装船3的凹槽的水平截面形状为U型，U型凹槽能够卡住过渡段11。本实施例中，筒型基础10直径30m，高度10m，过渡段11高度30m。

如图3-8所示，利用上述装置利用沉垫-安装船的海上风电整体安装方法，包括以下步骤：

(一)在筒型基础10上方自下而上依次组装好过渡段1、法兰盘12和塔筒13，将下拉缆绳6的一端固定在卷扬机2上，将沉垫1下沉到海床14上，下拉缆绳6和上拉缆绳7随着海水的浮力上浮，通过安装船3将筒形基础10拖航到指定下沉地点，从安装船3的锚拉点5放下锚索8和船锚9，使船锚9锚固在海床14上，保证安装船3的稳定；

(二)将下拉缆绳6套在筒型基础10顶盖外缘的筒体索扣41上，并将下拉缆绳6的端部连接到卷扬机2上；同时，将上拉缆绳7的一端套在筒型基础10顶盖外缘的筒体索扣41上，另一端套在安装船3底部外侧的船体索扣42上；

(三)启动卷扬机2，卷扬机2通过下拉缆绳6下拉筒型基础10，下拉缆绳6张紧，并通过卷扬机2拖拽下拉缆绳6使得筒型基础10下沉，并带动筒型基础10以及过渡段11、法兰盘12和塔筒13一起下沉，在下沉过程中，通过筒型基础10上的排气阀连接的抽气泵抽气，来调节筒型基础10内部气压量与气压分布，以保证下沉过程安全、稳定；下沉过程中，上拉缆绳7松弛，当筒型基础10发生倾斜时，尤其是当筒型基础10的倾斜角过大时，上拉缆绳7会张紧，从而将整机结构拉回，以保证筒型基础10位置的稳定；锚索8安装在安装船3外部的锚拉点5上，锚索9端部为船锚9，船锚9勾住海床14，也保证了下沉过程中安装船3的稳定，并在整机下沉倾角过大，造成上拉缆绳7张紧时，为上拉缆绳7提供张紧力，以保证筒型基础10位置的稳定；

(四)筒型基础10下沉到指定泥面后，打开筒型基础10顶盖外缘的筒体索扣41，将下拉缆绳6与上拉缆绳7解下，下拉缆绳6与上拉缆绳7上浮；同时，筒型基础10上的排水阀连接的抽水泵抽水，使筒型基础10内形成负压，从而在泥面以下继续下沉；直至筒型基础10下沉到泥面以下的目标深度后，将安装船3驶离；

(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。在塔筒13上安装风机，风机可以与塔筒13和筒型基础10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 (9)

1.一种利用沉垫-安装船的海上风电整体安装装置，包括筒形基础(10)，其特征是，所述筒形基础(10)上方漂浮设置有安装船(3)，所述筒形基础(10)上设置有筒体索扣(41)，所述安装船(3)上设置有船体索扣(42)，所述安装船(3)通过贯穿所述筒体索扣(41)和所述船体索扣(42)的上拉缆绳(7)与所述筒形基础(10)连接，所述筒形基础(10)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(10)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)的下拉缆绳(6)与所述筒形基础(10)连接，所述筒形基础(10)上方固定设置有过渡段(11)，所述过渡段(11)上方固定设置有塔筒(13)，所述安装船(3)上连接有锚索(8)，所述锚索(8)上连接有船锚(9)。

2.根据权利要求1所述的利用沉垫-安装船的海上风电整体安装装置，其特征是，所述筒体索扣(41)设置在所述筒形基础(10)的顶盖外缘。

3.根据权利要求1所述的利用沉垫-安装船的海上风电整体安装装置，其特征是，所述船体索扣(42)设置在安装船(3)的底部外侧。

4.根据权利要求1所述的利用沉垫-安装船的海上风电整体安装装置，其特征是，所述过渡段(11)通过法兰盘(12)与所述塔筒(13)固定连接。

5.根据权利要求1所述的利用沉垫-安装船的海上风电整体安装装置，其特征是，所述过渡段(11)为钢筋笼。

6.根据权利要求1所述的利用沉垫-安装船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。

7.根据权利要求1所述的利用沉垫-安装船的海上风电整体安装装置，其特征是，所述安装船(3)上设置有水平截面形状为C型或U型的凹槽。

8.根据权利要求1所述的利用沉垫-安装船的海上风电整体安装装置，其特征是，所述沉垫(1)上固定设置有四个卷扬机。

9.一种利用沉垫-安装船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(10)上方自下而上依次组装好过渡段(1)、法兰盘(12)和塔筒(13)，将下拉缆绳(6)的一端固定在卷扬机(2)上，将沉垫(1)下沉到海床(14)上，下拉缆绳(6)和上拉缆绳(7)随着海水的浮力上浮，通过安装船(3)将所述筒形基础(10)拖航到指定下沉地点，从所述安装船(3)的锚拉点(5)放下锚索(8)和船锚(9)，使所述船锚(9)锚固在海床(14)上，保证所述安装船(3)的稳定；

(二)将所述下拉缆绳(6)套在所述筒型基础(10)顶盖外缘的筒体索扣(41)上，并将所述下拉缆绳(6)的端部连接到所述卷扬机(2)上；同时，将所述上拉缆绳(7)的一端套在所述筒型基础(10)顶盖外缘的筒体索扣(41)上，另一端套在所述安装船(3)底部外侧的船体索扣(42)上；

(三)启动所述卷扬机(2)，所述卷扬机(2)通过所述所述下拉缆绳(6)下拉所述筒型基础(10)，并带动所述筒型基础(10)以及所述过渡段(11)、所述法兰盘(12)和所述塔筒(13)一起下沉，在下沉过程中，通过所述筒型基础(10)上的阀门连接的抽气泵抽气，来调节所述筒型基础(10)内部气压量与气压分布，当所述筒型基础(10)发生倾斜时，张紧所述上拉缆绳(7)来保证所述筒型基础(10)位置的稳定；

(四)所述筒型基础(10)下沉到指定泥面后，打开所述筒型基础(10)顶盖外缘的筒体索扣(41)，将所述下拉缆绳(6)与所述上拉缆绳(7)解下，所述下拉缆绳(6)与所述上拉缆绳(7)上浮；同时，所述筒型基础(10)上的阀门连接的抽水泵抽水，使所述筒型基础(10)内形成负压，从而在泥面以下继续下沉；直至所述筒型基础(10)下沉到泥面以下的目标深度后，将安装船(3)驶离；

(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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