CN113353202A - 一种海上换流站的浮托式安装结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海上换流站的浮托式安装结构及方法，所述海上换流站的浮托式安装结构包括浮托船舶，所述浮托船舶两侧设有抗摇浮体，所述抗摇浮体由浮箱和固定框架组成，所述浮箱内设置排水、注水系统以在装载上部组块时注水下层，运输期间排水以提供足够的抗摇力矩；所述浮箱的靠船一侧与浮托船舶的船舷相连接，所述浮箱的上部设置固定框架，所述固定框架的上端与浮托船舶的甲板相连接；所述浮托船舶上设有轨道，所述轨道沿着浮托船舶的船艏和船艉方向布置。本发明所提供的海上换流站的浮托式安装结构在运输期间抗摇浮体能够提供一定的抗摇力矩，使浮托船舶的横向稳定性能大幅提高，横摇幅度大幅减小，保证了运输期间上部结构和电气设备的安全。

Description

一种海上换流站的浮托式安装结构及方法

技术领域

本发明涉及一种海上换流站的浮托式安装结构及方法，适用于海上风力发电技术领域。

背景技术

风力发电是一种新型的清洁能源，利用海洋风能、发展海上风力发电是风电的发展趋势。近年来，我国海上风电得到快速发展，到2018年底，我国海上风电总装机规模已达到360万千瓦，并有数百万千瓦的海上风电项目在建。

随着我国海上风电的规模化发展，海上风电电能输出越来越重要，其投资占比也越来越大。海上风电电能输出一般有交流、直流两种方案的输出，交流需出时需要建设海上升压站，直流输出时需要建设海上换流站。海上换流站平面尺寸一般超过60 m、重量超过1万吨，已超过目前世界上绝大多数起重船的吊装能力，传统的吊装方式安装已无法实现。根据海上油气行业的经验，对于大型海上平台，一般可采用浮托式安装方法。

传统的海上平台的浮托式安装方法，其安装工艺为：在陆上完成整个上部组块的建造；在轨道上滑移，将上部组块整体滑移到专用的浮托安装船上；浮托安装船将上部组块运输到现场；浮托船载着上部组块进入已安装好的导管架中央；上下连接部分对准；浮托船压载下沉，上部组块搁置到导管架上；浮托船继续下沉，与上部组块分离；浮托船驶出；上部组块与导管架连接，完成安装。

传统的海上平台的浮托式安装方法，一般用于油气平台。但对于海上换流站，由于海上换流站存在跨度大、结构刚度小、设备振动敏感等特点，传统的海上平台的浮托式安装方法，对于海上换流站可能存在结构变形过大、设备因振动破坏等风险。

因此，为保证大型海上换流站的顺利安装，需采取一些额外的措施，以实现平稳、可靠的海上安装。

发明内容

本发明的第一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种海上换流站的浮托式安装结构。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种海上换流站的浮托式安装结构，其特征在于：所述海上换流站的浮托式安装结构包括浮托船舶，所述浮托船舶两侧设有抗摇浮体，所述抗摇浮体由浮箱和固定框架组成，所述浮箱内设置排水、注水系统以在装载上部组块时注水下层，运输期间排水以提供足够的抗摇力矩；所述浮箱的靠船一侧与浮托船舶的船舷相连接，所述浮箱的上部设置固定框架，所述固定框架的上端与浮托船舶的甲板相连接；所述浮托船舶上设有轨道，所述轨道沿着浮托船舶的船艏和船艉方向布置，所述轨道与上部组块下设有的滑靴相配合以使得上部组块从陆地滑移至浮托船舶上。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：

作为本发明的优选技术方案：所述上部组块与滑靴之间设有支撑框架。

作为本发明的优选技术方案：所述上部组块两侧、沿着浮托船舶的纵向设置高位支撑框架，所述高位支撑框架包括斜撑和水平撑，两个高位支撑框架对称设置在船艏和船艉位置，所述斜撑的上端固定在上部组块的中部，所述斜撑的下端固定在船甲板上，所述水平撑的一端固定在上部组块底层甲板上，另一端固定在斜撑上。

作为本发明的优选技术方案：所述上部组块与基础导管架之间设置双排支撑柱、双排LMU，所述双排支撑柱下方设置双排LMU，所述基础导管架也采用双排桩布置以与上部组块下部的双排LMU一一对应。

作为本发明的优选技术方案：所述双排LMU包括平面位置可调式LMU，所述平面位置可调式LMU包括普通LMU和锥形连接段，所述锥形连接段的上端与双排支撑柱相连接，所述锥形连接段的上端直径与双排支撑柱的直径相同，所述锥形连接段的下端与普通LMU相连接，所述锥形连接段的下端直径与普通LMU的上端直径相同，所述锥形连接段的上端直径小于其下端直径以形成锥形连接段的中部为锥段的结构。

本发明还有一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种海上换流站的浮托式安装方法。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种海上换流站的浮托式安装方法，其特征在于：所述海上换流站的浮托式安装方法包括：

在浮托船舶双侧，设置抗摇浮体，所述抗摇浮体由浮箱和固定框架组成，所述浮箱内设置排水、注水系统以在装载上部组块时注水下层，运输期间排水以提供足够的抗摇力矩；所述浮箱的靠船一侧与浮托船舶的船舷相连接，所述浮箱的上部设置固定框架，所述固定框架的上端与浮托船舶的甲板相连接；所述浮托船舶上设有轨道，所述轨道沿着浮托船舶的船艏和船艉方向布置，所述轨道与上部组块下设有的滑靴相配合以使得上部组块从陆地滑移至浮托船舶上；抗摇浮体在上部组块装船前安装到浮托船舶上，在到达现场后、准备进入基础导管架开槽前拆除；

在上部组块两侧、沿着浮托船舶的纵向设置高位支撑框架，所述高位支撑框架包括斜撑和水平撑，两个高位支撑框架对称设置在船艏和船艉位置，所述斜撑的上端固定在上部组块的中部，所述斜撑的下端固定在船甲板上，所述水平撑的一端固定在上部组块底层甲板上，另一端固定在斜撑上。高位支撑框架在运输前安装到位，运输至现场、浮托对接前拆除；

在上部组块与基础导管架之间设置双排支撑柱、双排LMU，所述双排支撑柱下方设置双排LMU，所述基础导管架也采用双排桩布置以与上部组块下部的双排LMU一一对应；

双排LMU包括平面位置可调式LMU，所述平面位置可调式LMU包括普通LMU和锥形连接段，所述锥形连接段的上端与双排支撑柱相连接，所述锥形连接段的上端直径与双排支撑柱的直径相同，所述锥形连接段的下端与普通LMU相连接，所述锥形连接段的下端直径与普通LMU的上端直径相同，所述锥形连接段的上端直径小于其下端直径以形成锥形连接段的中部为锥段的结构；制作时，锥形连接段的上端位置与双排支撑柱的位置对准，下端位置与基础导管架桩的位置对准，其柱与桩之间的误差，可以通过锥形连接段的锥段进行调整；上部组块发运前，对已完成安装的基础导管架桩与双排支撑柱进行实地测量，然后对锥段尺寸按照现场实测尺寸调整后，再将普通LMU焊接在锥段下端，保障LMU的位置与现场基础导管架桩位置对应精度满足要求。

本发明提供一种海上换流站的浮托式安装结构及方法，具有如下有益效果：

（1）在浮托船舶运输时，双侧设置抗摇浮体。运输期间抗摇浮体能够提供一定的抗摇力矩，使浮托船舶的横向稳定性能大幅提高，横摇幅度大幅减小，保证了运输期间上部结构和电气设备的安全。

（2）在上部组块运输时，沿船纵向设置高位支撑框架。高位支撑框架加强了上部结构抗侧力刚度，提高了上部结构抗侧力水平，减小了运输期间上部结构的变形，保证了结构安全。

（3）海上换流站上部组块与基础导管架之间设置了双排LMU连接（双排支撑柱与双排LMU形成双排LMU连接）。单排LMU的侧向刚度很小，海上换流站上部组块的重量很大，导致水平刚度不足，结构变形大、振动明显。双排LMU连接的刚度较单排LMU大幅提高，结构的整体稳定性也得到大幅提高，减小了运行期间海上换流站整体结构的变形和振动，保证了结构和电气设备的安全。

（4）设置了平面位置可调式LMU。在保证上部与柱严格对准，锥形连接段的下端与基础导管架桩严格对准的基础上，锥形段可以根据基础导管架桩的实际位置调整。这样对基础导管架桩允许误差大幅放宽，对于传统的LMU对准时20 mm的精度要求，设置可调式LMU后，基础导管架桩的允许误差可放宽到150 mm，大幅简化了基础导管架桩的施工工艺和施工难度。

附图说明

图1为本发明所提供的海上换流站的浮托式安装结构的横向视图；

图2为本发明所提供的海上换流站的浮托式安装结构的纵向视图；

图3为装船阶段的纵向视图；

图4为进船阶段的纵向视图；

图5为对接阶段的横向视图；

图6为对接完成后的横向视图；

图7为平面位置可调式LMU的图示。

具体实施方式

参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。

（1）如图1~3所示，海上换流站上部组块1与浮托船舶2组成浮体系统。自在陆地3进行建造开始，上部组块1即通过支撑框架12和滑靴13坐落在轨道4上，并在建造完成后由轨道4滑移至浮托船舶2上。在浮托船舶2的双侧，设置抗摇浮体21，并由固定框架22固定在船舷两侧。抗摇浮体21采用钢制的封闭箱体结构，内部设置有加强筋板和排水、注水系统。抗摇浮体21的靠船侧与船舷连接，上部设置固定框架22与船甲板相连。在装船前，将抗摇浮体21和固定框架22安装到浮托船舶2上，并向抗摇浮体21内注水使浮托船舶2下沉；随后通过牵引滑移或平板小车将上部组块1与支撑框架12、滑靴13整体从陆地3平移至浮托船舶2上；离岸后运输期间，再由抗摇浮体21排水从而为浮托船舶2提供足够的抗摇力矩；在到达安装现场后切割浮托船舶2与固定框架22的连接部位，使抗摇浮体21与固定框架22和浮托船舶2分离。

（2）如图4所示，在上部组块1的两侧沿船纵向设置高位支撑框架14，高位支撑框架14由斜撑141和水平撑142组成，对称设置在船艏、船艉位置。斜撑141上端固定在上部组块1的中部，下端固定在浮托船舶2的甲板上。水平撑142的一端固定在上部组块1的底层甲板上，另一端固定在斜撑141上。高位支撑框架14与上部组块1在陆地上一起建造并装船、运输，浮托对接前予以切割拆除。

（3）如图5~6所示，浮托安装过程中：浮托船舶2压载下沉，使上部组块1搁置到基础导管架桩5上；浮托船舶2继续下沉，使得支撑框架12、滑靴13与上部组块1分离；随后浮托船舶2驶出基础导管架桩5的槽口，上部组块1与基础导管架桩5进行海上焊接。在上部组块1与基础导管架桩5之间均设置双排支撑柱15，双排支撑柱15下面同样设置双排LMU51，双排LMU51相应地焊接在对称的分体式导管架结构（基础导管架桩）5的顶端，基础导管架桩5也采用双排桩布置，与双排LMU 51的位置一一对应。基础导管架桩5的顶端可进一步设置缓冲沙箱，同时在上部组块1、浮托船舶2分离前，浮托船舶2的船舷两侧与基础导管架桩5之间设置横荡护舷或限位装置以提高对接安装精度，降低安装难度。

（4）如图7所示，可调式LMU6由普通LMU51和锥形连接段152组成。锥形连接段152的上端与双排支撑柱15相连，直径保持一致；锥形连接段152下端与普通LMU51连，直径保持一致。制作时，锥形连接段152的上端位置与双排支撑柱15的位置对准，下端位置与基础导管架桩5的桩顶位置对准，其柱与桩之间的误差，可以通过锥形连接段152的自身尺寸进行调整。上部组块1发运前，对已完成安装的基础导管架桩5进行实地测量，然后对锥形连接段152尺寸按照现场实测尺寸调整后，再将普通LMU51焊接在锥形连接段的下端，保障普通LMU51的位置与现场基础导管架桩5的桩顶位置对应精度满足要求。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种海上换流站的浮托式安装结构，其特征在于：所述海上换流站的浮托式安装结构包括浮托船舶，所述浮托船舶两侧设有抗摇浮体，所述抗摇浮体由浮箱和固定框架组成，所述浮箱内设置排水、注水系统以在装载上部组块时注水下层，运输期间排水以提供足够的抗摇力矩；所述浮箱的靠船一侧与浮托船舶的船舷相连接，所述浮箱的上部设置固定框架，所述固定框架的上端与浮托船舶的甲板相连接；所述浮托船舶上设有轨道，所述轨道沿着浮托船舶的船艏和船艉方向布置，所述轨道与上部组块下设有的滑靴相配合以使得上部组块从陆地滑移至浮托船舶上。

2.根据权利要求1所述的海上换流站的浮托式安装结构，其特征在于：所述上部组块与滑靴之间设有支撑框架。

3.根据权利要求1所述的海上换流站的浮托式安装结构，其特征在于：所述上部组块两侧、沿着浮托船舶的纵向设置高位支撑框架，所述高位支撑框架包括斜撑和水平撑，两个高位支撑框架对称设置在船艏和船艉位置，所述斜撑的上端固定在上部组块的中部，所述斜撑的下端固定在船甲板上，所述水平撑的一端固定在上部组块底层甲板上，另一端固定在斜撑上。

4.根据权利要求1所述的海上换流站的浮托式安装结构，其特征在于：所述上部组块与基础导管架之间设置双排支撑柱、双排LMU，所述双排支撑柱下方设置双排LMU，所述基础导管架也采用双排桩布置以与上部组块下部的双排LMU一一对应。

5.根据权利要求4所述的海上换流站的浮托式安装结构，其特征在于：所述双排LMU包括平面位置可调式LMU，所述平面位置可调式LMU包括普通LMU和锥形连接段，所述锥形连接段的上端与双排支撑柱相连接，所述锥形连接段的上端直径与双排支撑柱的直径相同，所述锥形连接段的下端与普通LMU相连接，所述锥形连接段的下端直径与普通LMU的上端直径相同，所述锥形连接段的上端直径小于其下端直径以形成锥形连接段的中部为锥段的结构。

6.一种海上换流站的浮托式安装方法，其特征在于：所述海上换流站的浮托式安装方法包括：

在浮托船舶双侧，设置抗摇浮体，所述抗摇浮体由浮箱和固定框架组成，所述浮箱内设置排水、注水系统以在装载上部组块时注水下层，运输期间排水以提供足够的抗摇力矩；所述浮箱的靠船一侧与浮托船舶的船舷相连接，所述浮箱的上部设置固定框架，所述固定框架的上端与浮托船舶的甲板相连接；所述浮托船舶上设有轨道，所述轨道沿着浮托船舶的船艏和船艉方向布置，所述轨道与上部组块下设有的滑靴相配合以使得上部组块从陆地滑移至浮托船舶上；抗摇浮体在上部组块装船前安装到浮托船舶上，在到达现场后、准备进入基础导管架开槽前拆除；

在上部组块两侧、沿着浮托船舶的纵向设置高位支撑框架，所述高位支撑框架包括斜撑和水平撑，两个高位支撑框架对称设置在船艏和船艉位置，所述斜撑的上端固定在上部组块的中部，所述斜撑的下端固定在船甲板上，所述水平撑的一端固定在上部组块底层甲板上，另一端固定在斜撑上，高位支撑框架在运输前安装到位，运输至现场、浮托对接前拆除；

在上部组块与基础导管架之间设置双排支撑柱、双排LMU，所述双排支撑柱下方设置双排LMU，所述基础导管架也采用双排桩布置以与上部组块下部的双排LMU一一对应；

双排LMU包括平面位置可调式LMU，所述平面位置可调式LMU包括普通LMU和锥形连接段，所述锥形连接段的上端与双排支撑柱相连接，所述锥形连接段的上端直径与双排支撑柱的直径相同，所述锥形连接段的下端与普通LMU相连接，所述锥形连接段的下端直径与普通LMU的上端直径相同，所述锥形连接段的上端直径小于其下端直径以形成锥形连接段的中部为锥段的结构；制作时，锥形连接段的上端位置与双排支撑柱的位置对准，下端位置与基础导管架桩的位置对准，其柱与桩之间的误差，可以通过锥形连接段的锥段进行调整；上部组块发运前，对已完成安装的基础导管架桩与双排支撑柱进行实地测量，然后对锥段尺寸按照现场实测尺寸调整后，再将普通LMU焊接在锥段下端，保障LMU的位置与现场基础导管架桩位置对应精度满足要求。

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