CN112093689A - 一种适合近海区小功率风电建设和潜能开发的施工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明专利公开一种适合近海区小功率风电建设和潜能开发的施工工艺，涉及海上风电设备建设的技术领域。所述工艺是由以下步骤组成：合体初装、去程运输、定位支撑、塔机自顶升、吊装施工、降落高度、船体上浮、返程运输。本发明的工艺是利用占地少、起升高度大、自重轻、拆装方便、便于运输的无附着自升塔机与自重轻、吃水浅、适合近海区作业的小微型施工船组合为能够充分发挥各自优势的施工设备进行作业，能够实现近海区小功率风电设备的安全运输、顺利吊装、快速避风返港，进而顺利实现近海区小功率风电建设和潜能开发，具有结构简单、重量轻、成本低、经济适用、安全可靠的优点。

Description

一种适合近海区小功率风电建设和潜能开发的施工工艺
技术领域
本发明涉及海上风电设备建设的技术领域，更具体讲是一种适合近海区小功率风电建设和潜能开发的施工工艺，尤其适合距离海岸线30海里近海区、功率为3～5MW风电机组的安装。
背景技术
我国大约有一万六千公里的海岸线，海域广阔，海上风能资源丰富。由于风电能源是一种清洁无污染的能源，再伴随着我国海上风电技术的日益成熟，我国的海上风电产业也正在迅速发展。
但是目前发展较快的海上风电产业主要布置在距离海岸线30海里以外、水深大于25米的深海区，主要原因是深海区便于海上风电机组进行运输和吊装——例如在深海区安装5MW以上的机组时，需要借助自带起重机、且自重约13000吨的大型施工船或施工平台来进行运输和吊装，而大型施工船或施工平台的体量大、吃水深、造价高（约4亿元人民币），安装费用和使用费用都极其昂贵。
对于距离海岸线30海里范围内、水深25米以内的近海区，虽然近海区的海上风电开发潜力约有2亿千瓦，但是由于水深在5～25米之间、海底不平、坡度大、礁石较多，所以大型施工船或施工平台在近海区是无法正常航行运输和吊装作业，即利用大型施工船或施工平台是无法实现近海区海上风电机组的运输和吊装。同时，由于近海区海上风电机组的功率为3～5MW、塔筒高度为100～120m、起重量为150～300吨，如果借助自重5000吨的中型施工船（1’）或施工平台配合大型履带吊（2’）对近海区海上风电机组进行正常航行运输和吊装作业（参见图1），则中型施工船（1’）或施工平台的长度至少需要200米才能满足履带吊（2’）的搬起和趴落（因为履带吊的主臂和副臂的组合长度约180米），不仅船体转体困难，而且造价昂贵（大于2亿元）、操作不便、存在安全隐患，所以利用中型施工船或施工平台进行近海区海上风电机组运输和吊装也不是一种理想的施工工艺。
综上所述，如果想顺利实现近海区小功率风电建设和潜能开发，就需要设计一种适合近海区小功率风电建设和潜能开发的施工工艺。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种适合近海区小功率风电建设和潜能开发的施工工艺。本发明的工艺是利用占地少、起升高度大、自重轻、拆装方便、便于运输的无附着自升塔机与自重轻、吃水浅、适合近海区作业的小微型施工船组合为能够充分发挥各自优势的施工设备进行作业，能够实现近海区小功率风电设备的安全运输、顺利吊装、快速避风返港，进而顺利实现近海区小功率风电建设和潜能开发，具有结构简单、重量轻、成本低、经济适用、安全可靠的优点。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明的一种适合近海区小功率风电建设和潜能开发的施工工艺是由以下步骤组成：
A、合体初装：将无附着自升塔式起重机的塔基通过法兰和螺栓固定连接在小微型施工船上，然后通过套架、液压顶升系统、标准节提升装置依次向上拼接标准节搭建出部分塔身，接着将承座、机台、人字架、起重臂、平衡重、起重臂拉索、起升机构、起升绳、变幅机构及电气与安全监控装置连接为一体后固定在塔身的顶部，且控制无附着自升塔式起重机的初装高度处于运输高度范围内，再将起重臂运输支架支撑在平放状态的起重臂的中部；
B、去程运输：启动小微型施工船的动力装置工作，带着初装后的无附着自升塔式起重机一起顺利运输到施工地点；
C、定位支撑：到达施工地点后，小微型施工船向下伸出由液压缸及液压系统构成的四条支腿，夯实海底的淤泥和碎石，再将橄榄型的压头压入硬实的海底来支撑固定船体，并通过液压缸的升降来调整船体的水平度达到要求；
D、塔机自顶升：利用无附着自升塔式起重机的自顶升功能在塔身部分依次加装标准节，逐渐提高塔机的高度，直到塔机的高度满足塔机的设计和使用高度为止，完成无附着自升塔式起重机的最终组装；
E、吊装施工：利用最终组装好的无附着自升塔式起重机对正在建设的近海区小功率风电设备中的待吊部件吊装到所需的安装位置，顺利组装风电设备；
F、降落高度：吊装施工完成后或在恶劣天气下需要避风返港时，利用无附着自升塔式起重机的快速自降落功能，拆去部分标准节，快速将塔机高度降低到运输高度范围内、并利用起重臂运输支架支撑在处于平放状态的起重臂的中部；
G、船体上浮：启动小微型施工船向下伸出的液压缸及液压系统回缩带动支腿归位，小微型施工船上浮后自然浮于水面；
H、返程运输：调转船头，启动小微型施工船的动力装置工作，带着降高后的无附着自升塔式起重机一起顺利返航到出发地或避风港。
本发明中所述无附着自升塔式起重机的起升高度为110 m（起升高度大）、运输高度范围是不超过35 m（满足抗风和运输条件，便于运输）；起重臂的长度为50 m，起重臂平放运输时外伸出小微型施工船的船体前端不超过25 m（便于小微型施工船自由转弯）；塔身的横截面为6mX6m（占地少）。
本发明中所述小微型施工船的平台幅面为65 m X25m（小微型施工船占地少、需要作业空间小，便于小微型施工船自由转弯）。
本发明的工作原理如下：
本发明的工艺是利用占地少、起升高度大、自重轻、拆装方便、便于运输的无附着自升塔机与自重轻、吃水浅、适合近海区作业的小微型施工船组合为能够充分发挥各自优势的施工设备进行作业——由于无附着自升塔机具有高自立设计、大截面桁架单杆设计，具有起升高度大（110m）、占地少（塔身的横截面为6mX6m）、自重轻（塔机约600t）、拆装方便、便于运输的优点；由于无附着自升塔机能够快速自顶升到工作高度，也能够快速降落到运输高度（不超过35m），所以能够实现工作状态与运输状态的快速切换，满足的安全运输、顺利吊装、快速避风返港的多种功能需要；而小微型施工船由于具有自重轻（小微型施工船（1）约2000t）、吃水浅、占地少（平台幅面为65 m X25m）、需要作业空间小、船体转完灵活、便于操作、造价低、适合浅海区运输的优点，比中型施工船更适合作为对近海区小功率风电设备建设的施工设备。
本发明的有益技术效果如下：
利用本发明的施工工艺能够实现近海区小功率风电设备的安全运输、顺利吊装、快速避风返港，进而顺利实现近海区小功率风电建设和潜能开发，具有结构简单、重量轻、成本低、经济适用、安全可靠的优点。利用本发明的施工工艺与利用中型施工船的施工工艺相比：不仅占地少、需要作业空间小、船体转完灵活、便于操作、安全可靠，而且成本造价大大降低——每套施工设备能节约费用1~2亿元人民币：塔机价格可节省2000万元，履带吊价格可节省4000万元，起重设备可节约2000万元。
附图说明
图1是传统中型施工平台配合履带吊作为施工设备的结构示意图。
图1中序号说明：1’、中型施工平台，2’、 履带吊，3、海水，4、淤泥和碎石。
图2是本发明中的施工设备在运输状态时的示意图。
图3是本发明中的施工设备在定位支撑状态时的示意图。
图4是本发明中的施工设备在吊装工作状态时的示意图。
图2～图4中序号说明：1、小微型施工船，2、无附着自升塔式起重机，2-1、塔基，2-2、塔身，2-3、套架，2-4、液压顶升系统，2-5、标准节提升装置，2-6、承座，2-7、起重臂，2-8、塔筒，2-9、起重臂拉索，2-10、起升绳，2-11、人字架，2-12、变幅机构，2-13、起升机构，2-14、机台，2-15、平衡重，2-16、电气与安全监控装置，2-17、施工平台与支腿，2-18、起重臂运输支架，2-19、标准节，H1、起升高度，H2、运输高度，3、海水，4、淤泥和碎石。
具体实施方式说明
本发明以下结合附图作进一步描述：
如图1～图4所示，本发明的一种适合近海区小功率风电建设和潜能开发的施工工艺是由以下步骤组成：
A、合体初装：将无附着自升塔式起重机2的塔基2-1通过法兰和螺栓固定连接在小微型施工船1上，然后通过套架2-3、液压顶升系统2-4、标准节提升装置2-5依次向上拼接标准节2-19搭建出部分塔身2-2，接着将承座2-6、机台2-14、人字架2-11、起重臂2-7、平衡重2-15、起重臂拉索2-9、起升机构2-13、起升绳2-10、变幅机构2-12及电气与安全监控装置2-16连接为一体后固定在塔身2-2的顶部，且控制无附着自升塔式起重机2的初装高度处于运输高度H2范围内，再将起重臂运输支架2-18支撑在平放状态的起重臂2-7的中部；
B、去程运输：启动小微型施工船1的动力装置工作，带着初装后的无附着自升塔式起重机2一起顺利运输到施工地点；
C、定位支撑：到达施工地点后，小微型施工船1向下伸出由液压缸及液压系统构成的四条支腿2-17，夯实海底的淤泥和碎石4，再将橄榄型的压头压入硬实的海底来支撑固定船体，并通过液压缸的升降来调整船体的水平度达到要求；
D、塔机自顶升：利用无附着自升塔式起重机2的自顶升功能在塔身2-2部分依次加装标准节2-19，逐渐提高塔机的高度，直到塔机的高度满足塔机的设计和使用高度为止，完成无附着自升塔式起重机2的最终组装；
E、吊装施工：利用最终组装好的无附着自升塔式起重机2对正在建设的近海区小功率风电设备中的待吊部件（例如塔筒8）吊装到所需的安装位置，顺利组装风电设备；
F、降落高度：吊装施工完成后或在恶劣天气下需要避风返港时，利用无附着自升塔式起重机2的快速自降落功能，拆去部分标准节2-19，快速将塔机高度降低到运输高度H2范围内、并利用起重臂运输支架2-18支撑在处于平放状态的起重臂2-7的中部；
G、船体上浮：启动小微型施工船1向下伸出的液压缸及液压系统回缩带动支腿2-17归位，小微型施工船1上浮后自然浮于水面；
H、返程运输：调转船头，启动小微型施工船1的动力装置工作，带着降高后的无附着自升塔式起重机2一起顺利返航到出发地或避风港。
本发明中所述无附着自升塔式起重机2的起升高度H1为110 m（起升高度大）、运输高度H2范围是不超过35 m（满足抗风和运输条件，便于运输）；起重臂2-7的长度为50 m，起重臂平放运输时外伸出小微型施工船1的船体前端不超过25 m（便于小微型施工船1自由转弯）；塔身2-2的横截面为6mX6m（占地少）。
本发明中所述小微型施工船1的平台幅面为65 m X25m（小微型施工船1占地少、需要作业空间小，便于小微型施工船1自由转弯）。

Claims (3)

1.一种适合近海区小功率风电建设和潜能开发的施工工艺，其特征在于：所述工艺是由以下步骤组成：
A、合体初装：将无附着自升塔式起重机（2）的塔基（2-1）通过法兰和螺栓固定连接在小微型施工船（1）上，然后通过套架（2-3）、液压顶升系统（2-4）、标准节提升装置（2-5）依次向上拼接标准节（2-19）搭建出部分塔身（2-2），接着将承座（2-6）、机台（2-14）、人字架（2-11）、起重臂（2-7）、平衡重（2-15）、起重臂拉索（2-9）、起升机构（2-13）、起升绳（2-10）、变幅机构（2-12）及电气与安全监控装置（2-16）连接为一体后固定在塔身（2-2）的顶部，且控制无附着自升塔式起重机（2）的初装高度处于运输高度（H2）范围内，再将起重臂运输支架（2-18）支撑在平放状态的起重臂（2-7）的中部；
B、去程运输：启动小微型施工船（1）的动力装置工作，带着初装后的无附着自升塔式起重机（2）一起顺利运输到施工地点；
C、定位支撑：到达施工地点后，小微型施工船（1）向下伸出由液压缸及液压系统构成的四条支腿（2-17），夯实海底的淤泥和碎石（4），再将橄榄型的压头压入硬实的海底来支撑固定船体，并通过液压缸的升降来调整船体的水平度达到要求；
D、塔机自顶升：利用无附着自升塔式起重机（2）的自顶升功能在塔身（2-2）部分依次加装标准节（2-19），逐渐提高塔机的高度，直到塔机的高度满足塔机的设计和使用高度为止，完成无附着自升塔式起重机（2）的最终组装；
E、吊装施工：利用最终组装好的无附着自升塔式起重机（2）对正在建设的近海区小功率风电设备中的待吊部件吊装到所需的安装位置，顺利组装风电设备；
F、降落高度：吊装施工完成后或在恶劣天气下需要避风返港时，利用无附着自升塔式起重机（2）的快速自降落功能，拆去部分标准节（2-19），快速将塔机高度降低到运输高度（H2）范围内、并利用起重臂运输支架（2-18）支撑在处于平放状态的起重臂（2-7）的中部；
G、船体上浮：启动小微型施工船（1）向下伸出的液压缸及液压系统回缩带动支腿（2-17）归位，小微型施工船（1）上浮后自然浮于水面；
H、返程运输：调转船头，启动小微型施工船（1）的动力装置工作，带着降高后的无附着自升塔式起重机（2）一起顺利返航到出发地或避风港。
2.根据权利要求1所述的一种适合近海区小功率风电建设和潜能开发的施工工艺，其特征在于：所述无附着自升塔式起重机（2）的起升高度（H1）为110 m、运输高度（H2）范围是不超过35 m；起重臂（2-7）的长度为50 m，起重臂平放运输时外伸出小微型施工船（1）的船体前端不超过25 m；塔身（2-2）的横截面为6mX6m。
3.根据权利要求1所述的一种适合近海区小功率风电建设和潜能开发的施工工艺，其特征在于：所述小微型施工船（1）的平台幅面为65 m X25m。
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