CN112983748B - 一种整体安装式海上电气平台及其制造安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种整体安装式海上电气平台及其制造安装方法，包括浮箱平台、电气模块、桩腿、桶型基础、升降装置和锁定装置，浮箱平台用于整体浮运电气模块；电气模块位于浮箱平台中部，电气模块设置有若干根主柱，主柱利用螺栓与浮箱平台顶部连接；桩腿数量为四根，分布于浮箱平台四角；桩腿底部与桶型基础焊接；桩腿外侧面焊接固定齿条，升降装置和锁定装置设置在浮箱平台上；升降装置通过转动齿轮与齿条的配合控制桩腿或浮箱平台上升与下降；锁定装置用于锁定桩腿与浮箱平台，使得电气模块、浮箱平台、桩腿和桶型基础形成一个整体结构。本发明结构型式合理、运输安装便捷，能有效克服海上施工窗口期短、施工效率低、施工成本高的难题。

Description

一种整体安装式海上电气平台及其制造安装方法

技术领域

本发明涉及海上风电工程领域，尤其涉及一种整体安装式海上电气平台及其制造安装方法，适用于海上风电场输变电技术领域。

背景技术

风能是一种可再生清洁能源，我国拥有海岸线长达1.8万km，近海风能资源蕴藏量丰富，具有发展海上风电的天然优势。海上风电开发中，为了保障电能有效输送，通常在海上风电场中设置海上升压站、换流站等电气平台，将海上风电机组所发电能进行升压或电流转换，再通过海底电缆送至陆上变电站，然后接入电网。作为海上风电场电能汇集中心，海上电气平台是海上风电场输变电的关键设施，同时也是整个海上风电场开发成败的关键。传统海上电气平台通常由上部组块和下部基础组成，其常用结构型式为导管架平台，该类型平台主要由三个部分组成：上部结构、导管架和桩。常用的施工流程为：钢结构加工与制作→电气设备安装→导管架基础沉放→沉桩就位→导管架与桩焊接或灌浆连接→上部组块安装等。

目前，传统导管架式海上电气平台的安装存在以下制约因素：1)上部组块和下部基础需要分两步安装，施工周期长；2)海上施工过程中海况条件要求严格，施工窗口期短；3)导管架基础多采用四根以上桩基础，打桩施工成本高；4)海上吊装施工资源紧缺等。为了提高海上电气平台施工效率、降低施工风险及成本，需要提出一种经济合理、施工便利、安全可靠的海上电气平台结构方案。

发明内容

为了解决上述工程技术问题，本发明提供了一种整体安装式海上电气平台及其制造安装方法，结构型式合理、运输安装便捷，能有效克服海上施工窗口期短、施工效率低、施工成本高的难题。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种整体安装式海上电气平台，其特征在于：包括浮箱平台、电气模块、桩腿、桶型基础、升降装置和锁定装置，浮箱平台用于整体浮运电气模块；电气模块位于浮箱平台中部，电气模块设置有若干根主柱，主柱利用螺栓与浮箱平台顶部连接；桩腿数量为四根，分布于浮箱平台四角；桩腿底部与桶型基础焊接；桩腿外侧面焊接固定齿条，升降装置和锁定装置设置在浮箱平台上；升降装置通过转动齿轮与齿条的配合控制桩腿或浮箱平台上升与下降；锁定装置用于锁定桩腿与浮箱平台，使得电气模块、浮箱平台、桩腿和桶型基础形成一个整体结构。该整体安装式海上电气平台可浮运，所述浮箱平台在海中产生大于所述整体结构自重的浮力，可实现整体湿拖航运输，无需专门载重运输船舶，由拖轮牵引至指定海域位置，通过升降装置控制桩腿下降，将桶型基础插入至泥面以下设计深度，再次通过升降装置抬升浮箱平台至指定高程，利用锁定装置锁定桩腿完成海上电气平台整体安装。

进一步的，所述桶型基础自重下沉和抽负压下沉过程中，在浮箱平台顶部设置水平仪，对此过程实时监控，调整桶基础各舱室抽取负压情况，使浮箱平台保持水平。

进一步的，所述桶型基础通过自重下沉与吸力下沉进行就位，所述桶型基础内部设置水气管道，通过桩腿内部与浮箱平台上部的水气控制系统连接。

进一步的，所述桩腿与浮箱平台外边距离大于1倍桩腿直径，避免由于边界效应所引起的应力集中造成浮箱平台结构损伤。所述桩腿数量与所述桶型基础数量相同，桩腿与桶型基础焊接一起。

进一步的，所述升降装置由液压控制，齿轮转动速度应根据具体海况和桩腿或电气模块设备要求控制。所述升降装置包含转动齿轮，均匀分布于每根桩腿四周，同步控制桩腿或浮箱平台的升降；所述锁定装置包含液压伸缩缸和锁定齿，均匀分布于每根桩腿四周，用于锁定桩腿或浮箱平台，所述桩腿的四周外侧也分别设置相配合的齿条。

进一步的，根据设计海域潮位条件，在所述桩腿靠近顶部位置设有上限位板，控制浮箱平台抬升上限位置。

进一步的，所述锁定装置锁定后，在浮箱平台底部与桩腿焊接下限位板，增强桩腿与浮箱平台连接强度。

根据本发明的第二个方面，本发明提供了上述整体安装式海上电气平台的制造安装方法，其特征在于：在工厂预制权利要求1所述的整体安装式海上电气平台，所述浮箱平台在海中产生大于所述整体结构自重的浮力，整体湿拖航运输到达指定海域位置；

利用升降装置将桩腿下放，直至桶型基础顶部与泥面形成密闭空间，通过水气管道抽取基础空腔内部水气，使桶型基础负压下沉并调平；

利用整体安装式平台自重和升降装置进行桩腿预压，使筒型基础下部土体压缩密实，直至桩腿不再出现下沉为止；

利用升降装置抬升浮箱平台至设计高程，利用锁定装置锁定浮箱平台与桩腿，然后在浮箱平台与桩腿焊接下限位板，整体安装式海上电气平台安装完成。

进一步的，在利用整体安装式平台自重和升降装置进行桩腿预压时，采用对角桩腿预压的方式，即先由对角线方向上的桩腿所对应的升降装置抬升浮箱平台，而另外对角线方向上的桩腿所对应的升降装置脱开与齿条的配合，此时所述整体结构的整体重量由预压的两个桩腿承受；然后再由之前脱开的升降装置抬升浮箱平台而之前抬升浮箱平台的升降装置脱开，依次循环对桩腿预压。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)充分发挥一体化安装平台的优势，平台结构布置紧凑合理；(2)充分发挥可整体安装的优势，平台可一次性安装，施工周期短；(3)陆上整体组装、海上整体安装，海上施工海况适应性强；(4)可利用平台自重进行基础沉放，施工过程无需大型海上吊装和打桩等施工装备；(5)拆除方便，环境污染少。本发明结构型式合理，运输安装便捷，显著降低施工成本，十分适用于地质条件复杂或淤泥覆盖层厚的海域。

附图说明

图1是整体安装式海上电气平台正视图。

图2是整体安装式海上电气平台侧视图。

图3是整体安装式海上电气平台俯视图。

图4是整体安装式海上电气平台升降和锁定系统示意图。

图5是整体安装式海上电气平台桶型基础结构与水气管道示意图。

图6是整体安装式海上电气平台电气模块主柱与浮箱平台连接方式示意图。

图7是整体安装式海上电气平台安装就位示意图。

图8是本发明制作、运输和安装流程示意图。

具体实施方式

为进一步说明本发明内容、特点及效果，以下结合附图对本发明详细说明：

(1)如图1、图2所示，本实例中电气模块7为四层平台结构，包括顶部吊机和直升机平台，设置四根主柱70或再设置若干辅助的支撑柱。

(2)如图1～图3所示，设置四根桩腿5分布在浮箱平台2的四个角位置，距离边距均大于一倍桩腿直径。桶型基础1为底部开口圆桶状结构，直径为10m，桶高为5m，壁厚为5cm，其顶部与桩腿焊接。桩腿内设置水气管道8，用来抽取桶型基础1内的水气，控制基础负压下沉与调平。在桶型基础1内设置分舱板9，分舱板9焊接在桶型基础1内部，分割桶型基础1内的空间由其分割为若干个舱室，至少部分的舱室具有其单独的水气管道8，通过调节不同舱室内负压起到精细调平作用。

(3)如图3、图4所示，设置四套升降和锁定系统3，每套升降和锁定系统3包含升降装置31和锁定装置32，升降和锁定系统3安装浮箱平台2上，控制浮箱平台2或桩腿5的升降和锁定。每组升降装置31包含八个由电机驱动的转动齿轮，均匀分布于每根桩腿5四周，同步控制浮箱平台2或桩腿5的升降。每组锁定装置32包含八个液压伸缩缸和锁定齿，均匀分布于每根桩腿5四周，用于锁定浮箱平台2或桩腿5，所述桩腿前后左右四侧分别焊接相应的齿条4，齿条4可以和锁定齿以及转动齿轮啮合配合。

在桩腿的顶部设置上限位板6，限定浮箱平台2的上升高度，浮箱平台2的顶板11对应四根主柱70的位置设置导向锥板10。

(4)图1～图6中，桶型基础1、浮箱平台2、升降和锁定系统3、齿条4、桩腿5、上限位板6、电气模块7、水气管道8、分舱板9、导向锥板10、浮箱顶板11均可以在陆上预制完成。浮箱平台2的四角设置有安装孔，并通过安装孔而套入在四根桩腿5外，将电气模块7吊装到浮箱顶板11上，利用导向锥板10与主柱70的导向和定位配合，确定电气模块7的位置，然后进行主柱70与浮箱平台2顶板的螺栓固定，电气模块的其它支撑柱与浮箱平台2顶板焊接固定，将电气模块7固定在浮箱平台2上，组成整体式安装平台，由锁定装置32将浮箱平台2和桩腿5锁定，拖船或拖轮等牵引至指定海域位置。

(5)整体安装式平台利用浮箱平台整体浮运到达指定海域位置后，利用升降装置31将桩腿5下放，直至桶型基础1顶部与泥面形成密闭空间，通过水气管道8抽取基础空腔内部水气，使桶型基础1负压下沉并调平。

(6)利用整体安装式平台自重和升降装置31进行桩腿5预压。采用对角桩腿5预压的方式，即先由对角线方向上的两组升降装置31抬升浮箱平台2，而另外对角线方向上的两组升降装置31松开，此时平台整体重量由预压的两个桩腿5承受；然后再将另外两组升降装置31抬升浮箱平台2，原先的升降装置31松开；依次循环对桩腿5预压，使筒型基础下部土体压缩密实，直至桩腿不再出现下沉为止。

(7)如图7所示，利用四组升降装置31抬升浮箱平台2至设计高程，利用锁定装置32锁定浮箱平台2与桩腿5，然后在浮箱平台与桩腿焊接下限位板12。

(8)至此，整体安装式海上电气平台安装完成，进行电气模块7内部电气设备调试，海缆连接等工作。

本发明制作、运输和安装流程汇总如图8所示。

以上实施例仅为本发明的一种较优技术方案，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的原理和本质情况下可以对实施例中的技术方案或参数进行修改或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种整体安装式海上电气平台的制造安装方法，其特征在于：所述整体安装式海上电气平台包括浮箱平台、电气模块、桩腿、桶型基础、升降装置和锁定装置，浮箱平台用于整体浮运电气模块；电气模块位于浮箱平台中部，电气模块设置有若干根主柱，主柱利用螺栓与浮箱平台顶部连接；桩腿数量为四根，分布于浮箱平台四角；桩腿底部与桶型基础焊接；桩腿外侧面焊接固定齿条，升降装置和锁定装置设置在浮箱平台上；升降装置通过转动齿轮与齿条的配合控制桩腿或浮箱平台上升与下降；锁定装置用于锁定桩腿与浮箱平台，使得电气模块、浮箱平台、桩腿和桶型基础形成一个整体结构；

在工厂预制所述整体安装式海上电气平台，所述浮箱平台在海中产生大于所述整体结构自重的浮力，整体湿拖航运输到达指定海域位置；

利用升降装置将桩腿下放，直至桶型基础顶部与泥面形成密闭空间，通过水气管道抽取基础空腔内部水气，使桶型基础负压下沉并调平；

利用整体安装式海上电气平台自重和升降装置进行桩腿预压，使筒型基础下部土体压缩密实，直至桩腿不再出现下沉为止；

利用升降装置抬升浮箱平台至设计高程，利用锁定装置锁定浮箱平台与桩腿，然后在浮箱平台与桩腿焊接下限位板，整体安装式海上电气平台安装完成；

在利用整体安装式平台自重和升降装置进行桩腿预压时，采用对角桩腿预压的方式，即先由对角线方向上的桩腿所对应的升降装置抬升浮箱平台，而另外对角线方向上的桩腿所对应的升降装置脱开与齿条的配合，此时所述整体结构的整体重量由预压的两个桩腿承受；然后再由之前脱开的升降装置抬升浮箱平台而之前抬升浮箱平台的升降装置脱开，依次循环对桩腿预压。

2.根据权利要求1所述的制造安装方法，其特征在于：所述浮箱平台在海中产生大于所述整体结构自重的浮力，可实现整体湿拖航运输，无需专门载重运输船舶。

3.根据权利要求1所述的制造安装方法，其特征在于：所述桩腿数量与所述桶型基础数量相同，桩腿与桶型基础焊接一起。

4.根据权利要求1所述的制造安装方法，其特征在于：所述升降装置包含转动齿轮，均匀分布于每根桩腿四周，同步控制桩腿或浮箱平台的升降；所述锁定装置包含液压伸缩缸和锁定齿，均匀分布于每根桩腿四周，用于锁定桩腿或浮箱平台，所述桩腿的四周外侧也分别设置相配合的齿条。

5.根据权利要求1所述的制造安装方法，其特征在于：所述桶型基础通过自重下沉与吸力下沉进行就位，所述桶型基础内部设置水气管道，通过桩腿内部与浮箱平台上部的水气控制系统连接。

6.根据权利要求1所述的制造安装方法，其特征在于：所述桩腿上部设置上限位板，控制浮箱平台上升的极限位置；所述浮箱平台就位后，在桩腿与平台底部焊接下限位板，增强桩腿与浮箱平台连接强度。

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