CN111962487A - 一种海上风电升压站导管架滚装的底部工装和安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风电升压站导管架滚装的底部工装和安装方法，底部工装，包括：支墩；安装在支墩上的四个支承套管；连接固定四个支承套管底部的各个底部支承梁；设置在各个底部支承梁之间的底部连系梁；连接固定四个支承套管顶部的各个套管顶部连系梁；设置在各个套管顶部连系梁之间的顶部水平支撑；以及套管侧立面支撑；四个支承套管与海上风电升压站导管架四根立柱配合。本发明中，由于海上风电升压站导管架四根立柱下面有四个与海底钢管桩连接的桩腿安装引导管，本发明采用一个整体式的底部工装，能够将四个桩腿安装引导管插入底部工装的支承套管中，保证安装和运输的精确度、安全性和稳定性。

Description

一种海上风电升压站导管架滚装的底部工装和安装方法

技术领域

本发明涉及滚装技术领域，具体涉及一种海上风电升压站导管架滚装的底部工装和安装方法。

背景技术

海上风电升压站是海上风力发电的重要组件之一，是建造海上风电厂重要的节点设备，工艺设备复杂，上部组块和导管架总重量约4000t。这么大的荷载需要通过导管架结构传递到海底钢管桩，由海底管桩承载。导管架由四根立柱的空间桁架结构体系构成，构件截面大，重量大，在海上进行安装不方便，因此导管架选择在陆地上进行结构安装，形成整体后用大型运输船运到现场进行整体吊装。

这一安装过程需要一套完整安全的安装方法，这使得安装过程中的底部工装就成为关键的部件。底部工装需要导管架在陆地安装时作为基座，在安装过程中需要底部工装将上部组件的荷载传递给SPMT滚装车。

由于导管架的运输过程中荷载比较复杂，包括导管架自重，风荷载、组件滚装中的倾斜带来的荷载，滚装过程中加速度带来的惯性力等等。另外为便于安装和拆卸整个底部工装应采用装配式结构体系，因此设计一种构造简单，满足受力要求、满足安装施工要求的底部工装非常有必要。

发明内容

本发明提供了一种海上风电升压站导管架滚装的底部工装和安装方法。

一种海上风电升压站导管架滚装的底部工装，包括：

支墩；

安装在所述支墩上的四个支承套管；

连接固定所述四个支承套管底部的各个底部支承梁；

设置在各个底部支承梁之间的底部连系梁；

连接固定所述四个支承套管顶部的各个套管顶部连系梁；

设置在各个套管顶部连系梁之间的顶部水平支撑；

以及设置在所述支承套管、底部支承梁和套管顶部连系梁之间的套管侧立面支撑；

所述的四个支承套管与海上风电升压站导管架四根立柱配合。

本发明中，由于海上风电升压站导管架四根立柱下面有四个与海底钢管桩连接的桩腿安装引导管，本发明采用一个整体式的底部工装，能够将四个桩腿安装引导管插入底部工装的支承套管中，保证安装和运输的安全性和稳定性。四个支承套管底部设置有各个底部支承梁和底部连系梁形成稳定的底部结构，四个支承套管顶部设置有各个套管顶部连系梁和顶部水平支撑形成稳定的顶面结构，海上风电升压站导管架四根立柱可以通过桩腿安装引导管插入到四个支承套管中，采用桁架结构体系，顶部和底部都设有水平刚性层，四个侧面有立面支撑，保证四个支承套管的整体性和稳定性。

所述的支墩包括三腹板箱型截面，并在内部设置有T型截面加劲梁，一定间距设置T型截面加劲梁，支墩高度应适合SPMT滚装车的高度，柱墩的底面积应该能保证将导管架的荷载安全的传递给地面。

所述的支承套管包括四根大直径的套管，四根大直径的套管模拟海底钢管桩可以将导管架的四根桩腿安装引导管插入其中，利用引导管根部的支承法兰将荷载传递给支承套管。

所述的底部支承梁为4根，包括两根第一底部支承梁和两根第二底部支承梁。

第一底部支承梁(即底部支承梁一)：用于底部连系支承套管，并向支承套管外侧悬挑出一段，即两根第一底部支承梁平行设置，两根第一底部支承梁与所述支承套管的底部固定连接，并向支承套管外侧悬挑出一段，为SPMT滚装车的抬起导管架提供支承梁。采用工字型钢截面，与支承套管刚性连接，与SPMT滚装车接触的部位设置加劲肋，保证截面稳定性和传力安全。为了安装拆卸方便中间采用全螺栓刚性拼接节点。

第二底部支承梁(即底部支承梁二)：用于底部连系支承套管，采用工字型钢截面，与支承套管底部刚性连接。两根第二底部支承梁平行设置，两根第二底部支承梁与所述支承套管的底部固定连接，第二底部支承梁与第一底部支承梁呈垂直角度。

所述的第一底部支承梁和与所述第一底部支承梁平行的底部连系梁之间以及所述的第二底部支承梁和与所述第二底部支承梁平行的底部连系梁之间设置有多个底部水平支撑。底部水平支撑是为了保证工装结构底部的整体性和刚度，形成底部水平刚性层。采用圆钢管截面，用节点板与高强螺栓节点与底部梁相连。

所述的套管顶部连系梁：用于支承套管顶部的连系，与顶部水平支撑一起形成水平刚性层，保证结构整体性和稳定性，与支承套管底顶部采用节点板和高强螺栓的铰接连接。所述的套管顶部连系梁为四根，固定在四个支承套管顶部。

所述的顶部水平支撑：用于支承套管结构的顶部的水平支撑，在结构顶部形成水平刚性层。采用圆钢管截面，用节点板与高强螺栓节点与支承套管顶部和顶部梁相连，为了安装拆卸方便水平支撑中间采用全螺栓刚性法兰拼接节点。所述的顶部水平支撑为5根，5根顶部水平支撑固定在四根套管顶部连系梁的四个中点上，形成菱形并在中间设置一根对角线。所述的顶部水平支撑的中间法兰和螺栓连接，具体采用采用全螺栓刚性法兰拼接节点。

工字型梁全螺栓刚性拼接节点：采用拼接板件和高强螺栓进行连接，翼缘采用三块钢板拼接件，腹板三块钢板拼接件，分别拼接，保证节点强度与原截面等强。

圆钢管全螺栓刚性法兰拼接节点：采用法兰盘和加劲肋构成的刚性法兰，通过高强度螺栓进行节点连接。

在所述支承套管、底部支承梁和套管顶部连系梁之间设置有套管侧立面支撑，套管侧立面支撑：用于支承套管结构的侧向支撑，采用圆钢管截面，用节点板与高强螺栓节点与支承套管和底部、顶部梁相连。所述的套管侧立面支撑为4个，即每个支承套管、底部支承梁和套管顶部连系梁形成的侧面设置一个，每个套管侧立面支撑包括3根支撑柱，一根支撑柱两端固定在所述的底部支承梁的中点和套管顶部连系梁的中点，另外两根支撑柱一端固定在所述套管顶部连系梁的中点，另一端固定在所述支承套管和底部支承梁的连接处。

本发明中，工装结构荷载传递路径与结构体系：导管架的荷载通过能够将四个桩腿安装引导管根部的支承法兰传递给支承套管，支承套管将荷载传递给底部支承梁一、二，在陆地安装时支承套管可以将荷载直接传递给支墩，在滚装过程中由底部支承梁一承担所有荷载，并传递给SPMT滚装车。结构体系采用桁架结构体系，顶部和底部都设有水平刚性层，四个侧面有立面支撑，保证四个支承套管的整体性和稳定性。

一种海上风电升压站导管架滚装的底部工装的安装方法，包括以下步骤：

1)放置支墩，以支墩为底座拼装底部工装，四个支承套管就位，拼装底部水平刚度层，包括第一底部支承梁、第二底部支承梁、底部连系梁、底部水平支撑；

拼装顶部水平刚性层，包括套管顶部连系梁和顶部水平支撑；

拼装套管侧立面支撑，完成底部工装的拼装；

2)先将海上风电升压站导管架四根立柱的桩腿安装引导管插入到四个支承套管中，然后完成导管架的整体安装工作；

3)四台SPMT滚装车运行到位，分别支承底部工装的第一底部支承梁，然后将导管架和支墩一并抬起；

4)由SPMT滚装车将导管架滚装到船上，由船将其运至海上安装现场；

5)完成海上升压站导管架的海上吊装安装作业。

步骤4)中，滚装过程中注意滚装车运行加速度不超过0.2m/s²，整个上部组件的倾斜度不超过2°。

与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：

一、底部工装各构件之间均采用高强度螺栓连接，方便现场安装和拆卸。

二、底部工装结构整体性和稳定性好，采用桁架结构体系，顶部和底部都设有水平刚性层，四个侧面有立面支撑，保证四个支承套管的整体性和稳定性。

三、底部工装传力路径明确，充分利用了原导管架结构与海底钢管桩的连接节点，直接用支承套管代替海底钢管桩位置，使得导管架在陆地安装过程的受力和实际海上运行时受力接近，保证安装和运输过程中的安全。

四、底部水平支撑体系保证了底部支承梁一在导管架运输中受力稳定性，底部支承梁一的加劲肋体系保证了梁的截面稳定性。

五、底部工装为可拆装结构，方便循环利用，方便进行改装，可以拥有其他类似的结构的安装。

附图说明

图1为本发明中海上风电升压站导管架底部工装的示意图；

图2为本发明中另一视角的海上风电升压站导管架底部工装的示意图；

图3为本发明中支墩示意图；

图4为本发明中另一视角的支墩示意图；

图5为本发明中底部工装的结构示意图；

图6为本发明中另一视角的底部工装的结构示意图；

图7为底部工装顶面俯视图；

图8为底部工装底面俯视图；

图9为本发明中工字型梁全螺栓拼接节点的结构示意图；

图10为本发明中另一视角工字型梁全螺栓拼接节点的结构示意图；

图11为本发明中圆钢管全螺栓法兰拼接节点的结构示意图；

图12为本发明中另一视角圆钢管全螺栓法兰拼接节点的结构示意图；。

图中附图标记说明如下：

1，导管架；2，导管架与海底钢管桩连接节点；3，桩腿安装引导管；4，SPMT运输车；5，支墩；6，底部工装支架；7，支承套管；8，底部支承梁一；9，底部支承梁二；10，套管侧立面支撑；11，套管顶部连系梁；12，管顶部水平支撑；13，底部水平支撑；14，底部连系梁；15，工字型梁全螺栓拼接节点；16，圆钢管全螺栓法兰拼接节点；17，T型加劲梁，18，工装底部。

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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本发明。

如图1、图2、图5、、图6、图7、图8所示，为一种海上风电升压站导管架滚装的底部工装，包括：支墩5；安装在支墩5上的四个支承套管7(即底部工装支承套管)；连接固定四个支承套管7底部的各个底部支承梁(包括底部支承梁一8和底部支承梁二9)；设置在各个底部支承梁之间的底部连系梁14；连接固定四个支承套管7顶部的各个套管顶部连系梁11；设置在各个套管顶部连系梁11之间的顶部水平支撑12以及设置在支承套管7、底部支承梁和套管顶部连系梁11之间的套管侧立面支撑10；四个支承套管7与海上风电升压站导管架四根立柱配合。

如图3、图4所示，支墩5包括三腹板箱型截面，并在内部设置有T型截面加劲梁17，一定间距设置T型截面加劲梁17，支墩5设置在工装底部18下，支墩5高度应适合SPMT运输车4的高度，支墩5的底面积应该能保证将导管架1的荷载安全的传递给地面。

支承套管7包括四根大直径的套管，四根大直径的套管模拟海底钢管桩可以将导管架1的四根桩腿安装引导管3插入其中，并采用导管架与海底钢管桩连接节点2，利用引导管根部的支承法兰将荷载传递给支承套管7。

如图8所示，底部支承梁为4根，包括两根第一底部支承梁(即底部支承梁一8)和两根第二底部支承梁(即底部支承梁二9)。第一底部支承梁(即底部支承梁一8)：用于底部连系支承套管7，并向支承套管7外侧悬挑出一段，即两根第一底部支承梁平行设置，两根第一底部支承梁与支承套管7的底部固定连接，并向支承套管7外侧悬挑出一段，为SPMT运输车4的抬起导管架1提供支承梁。采用工字型钢截面，与支承套管7刚性连接，与SPMT滚装车接触的部位设置加劲肋，保证截面稳定性和传力安全。为了安装拆卸方便中间采用全螺栓刚性拼接节点15。第二底部支承梁(即底部支承梁二9)：用于底部连系支承套管7，采用工字型钢截面，与支承套管7底部刚性连接。两根第二底部支承梁平行设置，两根第二底部支承梁与支承套管7的底部固定连接，第二底部支承梁与第一底部支承梁呈垂直角度。第一底部支承梁和与第一底部支承梁平行的底部连系梁14之间以及第二底部支承梁和与第二底部支承梁平行的底部连系梁14之间设置有多个底部水平支撑13。底部水平支撑13是为了保证工装结构底部的整体性和刚度，形成底部水平刚性层。采用圆钢管截面，用节点板与高强螺栓节点与底部梁相连。

如图7所示，套管顶部连系梁11用于支承套管7顶部的连系，与顶部水平支撑12一起形成水平刚性层，保证结构整体性和稳定性，与支承套管7底顶部采用节点板和高强螺栓的铰接连接。套管顶部连系梁11为四根，固定在四个支承套管7顶部。顶部水平支撑12用于支承套管7结构的顶部的水平支撑，在结构顶部形成水平刚性层。采用圆钢管截面，用节点板与高强螺栓节点与支承套管顶部和顶部梁相连，为了安装拆卸方便水平支撑中间采用圆钢管全螺栓法兰拼接节点16。顶部水平支撑12为5根，5根顶部水平支撑12固定在四根套管顶部连系梁11的四个中点上，形成菱形并在中间设置一根对角线。顶部水平支撑12的中间采用法兰和螺栓连接，具体采用全螺栓刚性法兰拼接节点16。

如图9和图10所示，工字型梁全螺栓刚性拼接节点15：采用拼接板件和高强螺栓进行连接，翼缘采用三块钢板拼接件，腹板三块钢板拼接件，分别拼接，保证节点强度与原截面等强。

如图11和图12所示，圆钢管全螺栓刚性法兰拼接节点16：采用法兰盘和加劲肋构成的刚性法兰，通过高强度螺栓进行节点连接。

如图5、图6所示，在支承套管7、底部支承梁和套管顶部连系梁11之间设置套管侧立面支撑10，套管侧立面支撑10：用于支承套管7结构的侧向支撑，采用圆钢管截面，用节点板与高强螺栓节点与支承套管和底部、顶部梁相连。套管侧立面支撑10为4个，即每个支承套管7、底部支承梁和套管顶部连系梁11形成的侧面设置一个，每个套管侧立面支撑包括3根支撑柱，一根支撑柱两端固定在底部支承梁的中点和套管顶部连系梁11的中点，另外两根支撑柱一端固定在套管顶部连系梁11的中点，另一端固定在支承套管7和底部支承梁的连接处。

参考图1至12，本发明一种海上风电升压站导管架滚装的底部工装和安装方法，所述底部工装包括：底部工装支架6和支墩5。

其中底部工装支架6如图3-图6所示，包括：支承套管7；底部支承梁一8；底部支承梁二9；套管侧立面支撑10；套管顶部连系梁11；管顶部水平支撑12；底部水平支撑13；底部连系梁14；工字型梁全螺栓拼接节点15；圆钢管全螺栓法兰拼接节点16。

其中支墩5如图3、图4所示，支墩5由三块腹板箱型截面构成，一定间距设置T型截面加劲梁17。

一种海上风电升压站导管架滚装的底部工装的安装方法，具体安装方法：

1，放置底部支墩5位于升压站导管架底部连接节点下方，长度方向按前后放置；将支承套管7按照位置要求放置在支墩5上。拼装底部支承梁一8和底部支承梁二9，安装底部连系梁14，安装底部水平支撑13形成底部刚性层。安装撑顶部连系梁11，安装顶部水平支撑12，形成顶部刚性层。安装侧立面支撑10，形成底部工装受力结构整体。

2，完成升压站的导管架1的安装，桩腿安装引导管3插入支承套管7内，导管架1与海底钢管桩连接节点2放置在支承套管7顶部作为导管架1结构的支座，以底部工装为基础进行上部结构的安装。

3，四台SPMT滚装车4运行到位，支承底部工装的底部支承梁一8。将导管架1和底部工装6以及支墩5一并抬起。

4，由SPMT滚装车4将导管架1滚装到船上，由船将其运至海上安装现场。滚装过程中注意滚装车运行加速度不超过0.2m/s²，整个上部组件的倾斜度不超过2°。

5，完成海上升压站导管架的海上吊装安装作业。

Claims (9)

1.一种海上风电升压站导管架滚装的底部工装，包括：

支墩；

安装在所述支墩上的四个支承套管；

连接固定所述四个支承套管底部的各个底部支承梁；

设置在各个底部支承梁之间的底部连系梁；

连接固定所述四个支承套管顶部的各个套管顶部连系梁；

设置在各个套管顶部连系梁之间的顶部水平支撑；

以及设置在所述支承套管、底部支承梁和套管顶部连系梁之间的套管侧立面支撑；

所述的四个支承套管与海上风电升压站导管架四根立柱配合。

2.根据权利要求1所述的海上风电升压站导管架滚装的底部工装，其特征在于，所述的底部支承梁为4根，包括两根第一底部支承梁和两根第二底部支承梁。

3.根据权利要求2所述的海上风电升压站导管架滚装的底部工装，其特征在于，两根第一底部支承梁平行设置，两根第一底部支承梁与所述支承套管的底部固定连接，并向支承套管外侧悬挑出一段。

4.根据权利要求2所述的海上风电升压站导管架滚装的底部工装，其特征在于，两根第二底部支承梁平行设置，两根第二底部支承梁与所述支承套管的底部固定连接，第二底部支承梁与第一底部支承梁呈垂直角度。

5.根据权利要求1所述的海上风电升压站导管架滚装的底部工装，其特征在于，所述的第一底部支承梁和与所述第一底部支承梁平行的底部连系梁之间以及所述的第二底部支承梁和与所述第二底部支承梁平行的底部连系梁之间设置有多个底部水平支撑。

6.根据权利要求1所述的海上风电升压站导管架滚装的底部工装，其特征在于，所述的套管顶部连系梁为四根，固定在四个支承套管顶部。

7.根据权利要求1所述的海上风电升压站导管架滚装的底部工装，其特征在于，所述的顶部水平支撑为5根，5根顶部水平支撑固定在四根套管顶部连系梁的四个中点上，形成菱形并在中间设置一根对角线。

8.根据权利要求1所述的海上风电升压站导管架滚装的底部工装，其特征在于，所述的套管侧立面支撑为4个，每个套管侧立面支撑包括3根支撑柱，一根支撑柱两端固定在所述的底部支承梁的中点和套管顶部连系梁的中点，另外两根支撑柱一端固定在所述套管顶部连系梁的中点，另一端固定在所述支承套管和底部支承梁的连接处。

9.一种海上风电升压站导管架滚装的底部工装的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)放置支墩，以支墩为底座拼装底部工装，四个支承套管就位，拼装底部水平刚度层，包括第一底部支承梁、第二底部支承梁、底部连系梁、底部水平支撑；

拼装顶部水平刚性层，包括套管顶部连系梁和顶部水平支撑；

拼装套管侧立面支撑，完成底部工装的拼装；

2)先将海上风电升压站导管架四根立柱的桩腿安装引导管插入到四个支承套管中，然后完成导管架的整体安装工作；

3)四台SPMT滚装车运行到位，分别支承底部工装的第一底部支承梁，然后将导管架和支墩一并抬起；

4)由SPMT滚装车将导管架滚装到船上，由船将其运至海上安装现场；

5)完成海上升压站导管架的海上吊装安装作业。

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