CN112112764A - 一种具有回转和运动补偿能力的海上风机整机安装塔架 - Google Patents

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江锋
李星群
刘建成
何力
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Abstract

本发明公开了一种具有回转和运动补偿能力的海上风机整机安装塔架，可满足多个整体风机的装载、运输和安装。该整机安装塔架包括基座、回转装置和安装架；所述安装架内底部设置基座，基座上设置回转装置；所述安装架相对船体自由转动，安装架包括支撑框架、抱桩器以及水平运动补偿系统和垂向运动补偿系统，安装架通过集成的水平运动补偿系统和垂向运动补偿系统对整体风机在安装过程中进行六自由度的运动补偿。本发明装置适用于不同类型海上风机整体运输与安装，也可应用于退役风机的拆解作业。

Description

一种具有回转和运动补偿能力的海上风机整机安装塔架
技术领域
本发明涉及一种具有回转和运动补偿能力的海上风机整机安装塔架。
背景技术
目前海上风机安装包括分体安装和整体安装两种方式。
分体安装通常利用自升式风电安装平台完成，平台桩腿抬升船体离开水面形成一个稳定的作业面来实施部件或组件的安装。平台吊装前后的插桩和拔桩作业对海况条件和海底地质要求甚高。受桩腿长度的限制，自升式风电安装方式的作业水深有限。
整体安装主要由重吊船来实现，由于船体本身不具备运输功能，安装作业时还需要运输船辅助。海上风机整体安装对传统重吊船上吊机的吊高和吊重提出很高要求，因此重吊船建造或租赁资本支出很大。整体安装时，起重船的吊点很高，波浪中吊点处运动剧烈，所以作业的窗口期较短。
海上风电技术正朝着大型化、大功率化、深远海方向发展，正在开发的海上大功率15MW风机整体重量可增加至2000吨甚至更大，风轮直径达240m，这无疑对传统风机运输和安装方式提出了很多挑战。海上风电市场迫切需要安全、经济和可靠的安装技术和设备来满足未来发展的需求。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种具有回转和运动补偿能力的海上风机整机安装塔架，该整机安装塔架包括基座、回转装置和安装架；所述安装架内底部设置基座，基座上设置回转装置；所述安装架相对船体自由转动，安装架包括支撑框架、抱桩器以及水平运动补偿系统和垂向运动补偿系统，安装架通过集成的水平运动补偿系统和垂向运动补偿系统对整体风机在安装过程中进行六自由度的运动补偿。
进一步的，安装塔架具有回转功能，用于调整风机在甲板上的安放位置。在码头装载或海上安装时，安装架将风机上载至甲板或安装于风机基座上；在运输时，安装架调整风机在甲板上的安放位置从而降低风机重量对船体总体强度的不利影响；支撑框架底部设有与甲板锁紧固定的装置。
进一步的，水平运动补偿系统由上定位夹套、下定位夹套和限位索组成；上定位夹套和下定位夹套内均固定设置卡箍，上定位夹套和下定位夹套上设置液压缸；限位索顶部连接在支撑框架的顶端横杆上，底部连接在下定位夹套上；所述上定位夹套和下定位夹套联动作业共同实现对整体风机平动和转动的运动补偿功能。
进一步的，限位索用于调整上下定位夹套的初始位置，在风机安装过程中用于维持上下定位夹套与风机同步垂向运动。从而根据风机型号、码头高度和潮汐等条件选定最佳的控制点；在风机提升和下放过程中，限位索带动上下定位夹套与风机的垂向运动保持同步，避免因定位夹套与塔筒之间相对运动产生的摩擦力而导致垂向和水平运动补偿系统的相互干扰。
进一步的，支撑框架包括垂向撑腿、横杆、结构撑杆、操作平台和悬挂支架；结构撑杆固定在横杆与横杆、横杆与操作平台，以及横杆与悬挂支架之间，从而使安装架稳固；垂向撑腿上布置的滑槽限定了定位夹套的垂向行进路线也为其水平运动补偿提供了结构支撑；操作平台提供充裕空间来布置垂向运动补偿系统；悬挂支架悬对连接垂向运动补偿系统和抱桩器的钢丝绳进起到导向作用，其布置高度的降低有利于提高风机安装船的稳性。
进一步的，所述抱桩器上设置液压装置，液压装置与控制系统连接，抱桩器通过液压装置调整卡箍压力并利用卡箍与塔筒之间摩擦力来抵抗风机的垂向载荷。抱桩器与钢丝绳连接，垂向运动补偿系统通过牵引钢丝绳对风机的垂向运动进行主动控制。
进一步的，抱桩器和上下定位夹套的卡箍采用多块式的结构设计，可以匹配不同直径的风机塔筒。
进一步的，抱桩器可以作为独立装置实现抱桩功能，也可与下定位夹套组装成一体化装置，共用一套卡箍，兼具抱桩和水平运动补偿功能。
进一步的，整机安装塔架可应用于在海上退役风机的拆解作业。
进一步的，抱桩器、上定位夹套和下定位夹套的卡箍采用多块式的结构设计，匹配不同风机塔筒的直径。
本发明与现有技术相比，有益效果如下：
安装塔架回转功能的优势：码头高效率装载风机；大幅提升甲板利用率；风机安装船可同时运输多台风机。安装塔的运动补偿功能的优势：主动垂向和水平运动补偿系统共同作用，提高安装精度，避免使用辅助工装；替代传统起重船的吊装模式，取消了吊高的限制，运动控制点在塔筒上的位置较低，可应用于不同高度的风机尤其是未来大功率风机，能适应高海况条件下的安装作业，可进一步扩大安装作业窗口期。本发明安装塔架可实现海上风机安全经济和高效的运输和安装，缩短了风电场建设周期，降低风电场开发成本。
附图说明
图1为本发明结构图。
图2为本发明携带两个海上风机示意图。
图3为本发明安装塔架回转过程示意图。
图中：1.安装架、2.基座、3.回转装置、4.支撑框架、5.垂向运动补偿系统、6.水平运动补偿系统、6-1.上定位夹套、6-2.下定位夹套、6-3.限位索、7.抱桩器、11.垂向撑腿、12.横杆、13.结构撑杆、14.悬挂支架、15.操作平台、16.滑槽、21.钢丝绳、22.卡箍、23.液压缸、31.风机。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方法，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。
如图1所示，一种具有回转和运动补偿能力的海上风机整机安装塔架，该安装塔架由安装架1、基座2、回转装置3组成，回转装置3为现有的常规装置。安装架1包括支撑框架4，垂向运动补偿系统5、水平运动补偿系统6、抱桩器7。支撑框架4由垂向撑腿11、横杆12、结构撑杆13、悬挂支架14、操作平台15组成；四根垂向撑腿11从下到上设置多根横杆12；上下横杆12之间，横杆12与操作平台15之间，以及横杆12与悬挂支架14之间采用结构撑杆13连接固定；结构撑杆13为交叉的十字型；垂向撑腿11上布置水平运动补偿系统6，操平台15上安装垂向运动补偿系统5，抱桩器7的上方设置悬挂支架14。水平运动补偿系统6包括上定位夹套6-1、下定位夹套6-2、限位索6-3；上定位定位夹套6-1和下定位夹套6-2上均安装有卡箍22、液压缸23和控制系统，实现与塔筒接触并控制接触点的水平运动。控制系统为计算机等起到控制作用的现有技术。上下定位夹套通过滑板与垂向撑腿11上的滑槽16滑动连接，滑板上设置与滑槽16匹配的滑轨。限位索6-3顶部连接在支撑框架11的顶端横杆12，底部连接在下定位夹套6-2上。抱桩器7上安装有液压装置、卡箍22和控制系统，液压装置与控制系统连接，抱桩器7与下定位夹套6-2共用一套卡箍22，启动液压装置将风机锁紧。钢丝绳21经由悬挂支架14连接垂向运动补偿系统5和抱桩器7。抱桩器7和定位夹套的卡箍采用多块式的结构设计以匹配不同直径的塔筒。抱桩器7通过配置的液压装置调整卡箍压力，从而保证卡箍与塔筒之间摩擦力足以抵抗风机的动态载荷。
如图2所示为本发明较佳实例海上风机整机安装塔架携带两个海上风机的示意图，抱桩器7通过液压装置和控制系统调整多块式的卡箍22与风机31塔筒之间压力直至摩擦力足以维持两者同步运动。钢丝绳21经由悬挂支架14连接抱桩器7和垂向运动补偿系统5，垂向运动补偿系统5属于常规设备，一般包括液压单元和控制系统等。垂向运动补偿系统5控制风机31的垂向运动。水平运动补偿系统6由上下定位夹套共同组成。上下定位夹套通过各自配置多个液压缸23主动调整卡箍22的水平位置和扭转角，上下定位夹套联动作业控制风机的水平位置、轴向方向和扭转角度。通过控制系统同时对两组夹套进行主动控制，除了补偿风机平移外还可以补偿它的转动，满足在多个自由度下安装精度。
如图3所示为本发明较佳实例海上风机整机安装塔架回转过程示意图，由于回转装置3的作用，安装架1可绕基座2自由回转，能够依次完成多个风机的码头装载或者海上安装。下面以海上风机的安装作业为例介绍具体实施步骤。
1）风机安装船达到指定区域后，回转安装架1将目标风机转移至安装区域，支撑框架4垂向撑腿11的底部与甲板机械装置锁定。
2）操纵风机安装船驶近风机基础，直至目标风机位于风机基础上方。
3）垂向运动补偿系统5下放钢丝绳21使风机逐渐靠近风机基础，同时调整限位索6-3保证上下定位夹套与风机同步下降；当风机底部与风机基础的间距降为设定值时，相应开启主动垂向运动补偿系统5和主动水平运动补偿系统6的运动补偿功能。
4）当风机底部与风机基础接触后，逐步将风机重量转移至基座，安装螺栓将风机与风机基座连接，完成风机安装作业。
重复步骤1）至4）完成剩余船载风机的安装作业。

Claims (7)

1.一种具有回转和运动补偿能力的海上风机整机安装塔架，其特征在于：该整机安装塔架包括基座、回转装置和安装架；所述安装架内底部设置基座，基座上设置回转装置；所述安装架相对船体自由转动，安装架包括支撑框架、抱桩器以及水平运动补偿系统和垂向运动补偿系统，安装架通过集成的水平运动补偿系统和垂向运动补偿系统对整体风机在安装过程中进行六自由度的运动补偿。
2.根据权利要求1所述的一种具有回转和运动补偿能力的海上风机整机安装塔架，其特征在于：所述水平运动补偿系统由上定位夹套、下定位夹套和限位索组成；上定位夹套和下定位夹套内均固定设置卡箍，上定位夹套和下定位夹套上设置液压缸；限位索顶部连接在支撑框架的顶端横杆上，底部连接在下定位夹套上；所述上定位夹套和下定位夹套联动作业共同实现对整体风机平动和转动的运动补偿功能。
3.根据权利要求2所述的一种具有回转和运动补偿能力的海上风机整机安装塔架，其特征在于：所述限位索在装载风机之前用于调整上定位夹套和下定位夹套的初始位置；在风机安装过程中用于维持上下定位夹套与风机同步垂向运动。
4.根据权利要求1所述的一种具有回转和运动补偿能力的海上风机整机安装塔架，其特征在于：所述支撑框架包括垂向撑腿、横杆、结构撑杆、操作平台和悬挂支架；结构撑杆固定在横杆与横杆、横杆与操作平台，以及横杆与悬挂支架之间，从而使安装架稳固；所述垂向撑腿上布置的滑槽具有限定上定位夹套和下定位夹套的垂向行进路线，并为其实现水平运动补偿功能提供结构支撑的作用；所述悬挂支架对连接垂向运动补偿系统和抱桩器的钢丝绳起到导向作用。
5.根据权利要求1所述的一种具有回转和运动补偿能力的海上风机整机安装塔架，其特征在于：所述抱桩器上设置液压装置，液压装置与控制系统连接，通过液压装置和控制系统调整卡箍施加压力，依托卡箍与塔筒之间摩擦力来保证抱桩器与风机两者同步运动。
6.根据权利要求1所述的一种具有回转和运动补偿能力的海上风机整机安装塔架，其特征在于：所述抱桩器作为独立装置实现抱桩功能，或者与下定位夹套组装成一体化装置，共用同一套卡箍，兼具抱桩和水平运动补偿功能。
7.根据权利要求2所述的一种具有回转和运动补偿能力的海上风机整机安装塔架，其特征在于：所述抱桩器、上定位夹套和下定位夹套的卡箍采用多块式的结构设计，匹配不同风机塔筒的直径。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115123461A (zh) * 2022-05-27 2022-09-30 大连理工大学 具有波浪补偿功能的海上风机整机运输一体船及其安装方法

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