CN114104210A - 一种海上风电运维母船 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种海上风电运维母船，包括位于船舶内底板下方的压载舱，压载舱包括海水压载舱和重压载舱，所述重压载舱分布在远离船舶中轴线的位置，海水压载舱分布在靠近船舶中轴线的位置。可以看出本发明的有益效果在于：增加固定压载的船舶重心高度低于未增加固定压载的船舶重心高度，且减少了船舶的横向自由液面惯性矩，提高了船舶初稳性高，进而提高船舶的完整稳性与破舱稳性，且固定压载舱降低了区域破损的进水量，从而提高了船舶破舱稳性的分舱指数，增大了船舶破舱的安全性。此外，增大船舶的绕船长方向的惯性半径，使船舶的横摇周期增大，使船舶的横摇周期更加远离目的海域的波浪周期，减少船舶的摇晃程度，提高了船舶的耐波性。

Description

一种海上风电运维母船

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，具体涉及一种海上风电运维母船。

背景技术

针对我国经济发达的东部沿海地区具有资源丰富的海上风能，以及随着国家的重视和产业自身的逐步成熟，开发并利用更高效、可再生的海上风能能源成为了现阶段资源开发的首要目标。

国内海上风电行业发展迅猛，随着“抢装潮”的到来，2020-2021年将密集投产并网一批项目，预计到2021年累计并网容量将达1000-1500万千瓦，运维交通船舶将迎来更大的市场。

目前我国深远海域风电运维正处于起步阶段，尚无专门的海上风电场运维母船，随着海上风电的快速发展，项目开发将向离岸越远越深的海域发展，急需建造新型的运维装备来适应将来的运维船舶市场需求，但存在以下技术瓶颈及亟待解决的技术问题。

目前风电运维普遍租用钢质小型船舶包括交通艇、渔船等进行接送维修人员，但该种小型船只在恶劣海况情况下，会因自身船体大小及几何形状的局限性出现安全隐况，导致无法运送维修人员和靠近及登离，长此以往便会影响发电机组的可利用率，例如由于船型限制，当风场离岸距离较远且海况较为恶劣，有义波高超过1.5米时且又在急需抢修抢发电的情况下，该种小型船只无法安全顶靠登乘，影响运维的及时率、可达率，导致对风场项目的利用时数、发电效益影响较大。

在国内，福建、广东两省的深远海的风电项目场址海况尤其恶劣，常年浪高涌大，受恶劣海况影响和目前运维船抗风浪功能影响，由于现有船只不具有良好船舶稳性、破舱稳性和船舶耐波性，无法适应恶劣的海况环境，出海率明显降低，无法确保海上风场海域的日常维护、保养和巡视。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种海上风电运维母船，其具有良好的船舶稳性、破舱稳性和船舶耐波性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：一种海上风电运维母船，包括位于船舶内底板下方的压载舱，压载舱包括海水压载舱和重压载舱，所述重压载舱分布在远离船舶中轴线的位置，海水压载舱分布在靠近船舶中轴线的位置。

本发明的有益效果在于：增加固定压载的船舶重心高度低于未增加固定压载的船舶重心高度，且减少了船舶的横向自由液面惯性矩，提高了船舶初稳性高，进而提高船舶的完整稳性与破舱稳性，且固定压载舱降低了区域破损的进水量，从而提高了船舶破舱稳性的分舱指数，增大了船舶破舱的安全性。此外，将固定压载舱分布在船舶两侧的底部舱室中，增大船舶的绕船长方向的惯性半径，使船舶的横摇周期增大，使船舶的横摇周期更加远离目的海域的波浪周期，减少船舶的摇晃程度，提高了船舶的耐波性。

附图说明

图1为本发明实施例涉及的船舶内底板下压载舱的俯视分布示意图；

图2为本发明实施例涉及的增加固定压载的船舶的压载舱正视分布示意图；

图3为本发明实施例涉及的未增加固定压载的船舶的压载舱正视分布示意图；

图4为本发明实施涉及的增加固定压载的船舶和未增加固定压载的船舶重心高度示意图；

图5为本发明实施例涉及的增加固定压载的船舶的压载舱左舱的自由液面正视分布示意图；

图6为本发明实施例涉及的未增加固定压载的船舶的压载舱左舱的自由液面正视分布示意图；

图7为本发明实施例涉及的增加固定压载的船舶的压载舱惯性半径正视分布示意图；

图8为本发明实施例涉及的未增加固定压载的船舶的压载舱惯性半径正视分布示意图；

图9为本发明实施例的一种海上运维母船的结构侧视示意图；

图10为本发明实施例涉及的主动补偿登乘装置的俯视工作示意图。

标号说明：

1、重压载舱；2、海水压载舱；3、减摇水舱；41、低位海底阀箱；42、高位海底阀箱；5、主动补偿登乘装置；61、艉部舵浆；62、艏伸缩推；63、艏侧推；7、工作子船。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1-6，本发明实施例提供了一种海上风电运维母船，包括位于船舶内底板下方的压载舱，压载舱包括海水压载舱和重压载舱，所述重压载舱分布在远离船舶中轴线的位置，轻压载舱分布在靠近船舶中轴线的位置。

由上述描述可知，本发明的有益效果在于：增加固定压载的船舶重心高度低于未增加固定压载的船舶重心高度，且减少了船舶的横向自由液面惯性矩，提高了船舶初稳性高，进而提高船舶的完整稳性与破舱稳性，且固定压载舱降低了区域破损的进水量，从而提高了船舶破舱稳性的分舱指数，增大了船舶破舱的安全性。此外，将固定压载舱分布在船舶两侧的底部舱室中，增大船舶的绕船长方向的惯性半径，使船舶的横摇周期增大，使船舶的横摇周期更加远离目的海域的波浪周期，减少船舶的摇晃程度，提高了船舶的耐波性。

进一步地，所述重压载舱具体是固定压载舱。

由上述描述可知，固定压载舱显著减小自由液面惯性矩对船舶初稳性高的修正。

进一步地，所述固定压载舱具体为抗裂混凝土灌注的固定压载舱。

由上述描述可知，抗裂混凝土灌注具有取材简单，制造容易的优点，且由于固定压载舱内是填充的固体抗裂混凝土，固定压载舱破损后不会产生海水与混凝土发生交换的现象。不管是一区域底舱破损进水量还是一区域边舱破损进水量都显著降低，从而提高了船舶破舱稳性的分舱指数，增大了船舶破舱的安全性。

进一步地，还包括用于保持母船维持在定位位置的船舶动力定位系统。

由上述描述可知，船舶动力定位系统就是通过配有齐全的推力装置的自动控制系统，利用其自身的动力抵御海上风、波浪和海流的影响，自动地就为并保持在设定位置或方位上。

进一步地，所述船舶动力定位系统包括艉部舵浆、艏推和两个侧推，两个所述侧推分别位于船体两侧。

由上述描述可知，艉部舵浆可360度旋转，可提供各个方向的动力，艏推可360度旋转，可提供各个方向的动力，侧推提供侧方位的动力，共同组成完整的船舶动力定位系统。

进一步地，所述船舶动力定位系统包括两个艉部舵浆和一个艏推和两个侧推。

由上述描述可知，假设由于各种原因导致一个艉部舵浆61和一个艏推62失效，仅存在一个艉部舵浆61和两个艏侧推63的情况；或一个艉部舵浆61和一个艏侧推63失效，仅存在一个艉部舵浆61、一个艏推62和一个艏侧推63的情况也可以运行，在这种严重的故障情况下，仍可始终保持运维母船动力定位能力。

进一步地，所述艏推具体是艏伸缩推。

由上述描述可知，艏伸缩推在船舶前进时隐藏于船体内侧，避免产生阻力影响船舶前进，当船舶需要保持位置时伸出，从而对船舶进行动力定位。

进一步地，还包括低位海底阀箱和高位海底阀箱，所述轻压载舱具体是灌注海水的液体压载舱，所述低位海底阀箱、高位海底阀箱和各个轻压载舱之间水路连接。

由上述描述可知，灌注海水的液体压载舱能直接从海水中取材，具有取材简单、便捷的优点，高位海底阀箱和低位海底阀箱分别用于深水时和浅水时使用，保证在各种水域均能提取海水使用。

进一步地，还包括减摇水舱，所述减摇水舱分别通过水路与低位海底阀箱和高位海底阀箱连接。

由上述描述可知，减摇水舱进一步的降低风浪对船舶的横摇影响，减少船舶的摇晃程度。

进一步地，母船甲板上还具有主动补偿登乘装置和工作子船。

由上述描述可知，当海况较好时可将运维子船吊入海中同时进行风电运维工作，最大限度的提升海电运维效率，而主动补偿登乘装置进一步提高人员转运的安全性和舒适性，实现针对不同形式的海上风机和升压站形式均能登乘，以提高海上风电运维工作效率。

本实施例的一种海上风电运维母船，其主要用于风电运维，运送运维人员和设备对海上的风电项目进行维护。

实施例一

对本发明中部分词汇解释：

船舶稳性是船舶在使其倾斜的外力消除后能自行回到原来平衡位置的性能。根据倾斜方向，船舶有横稳性和纵稳性,后者一般不危及船舶的安全。根据所受外力性质及是否计及倾斜时的角速度和惯性，有静稳性和动稳性之分。不同类型的船还应根据使用特点考虑其稳性。如渔船在捕捞作业中施网和起网时的稳性、拖船在拖带驳船队时的拖曳稳性等。船舶稳性是保证船安全的一项重要航行性能。在船舶尺度和船体外形方面，船宽、干舷、上层建筑及船舶重心高度等对稳性的影响较大。

破舱稳性是指船舶在一舱或者相邻多舱破损浸水后，仍能保持一定浮性和稳性，使得船舶不至于沉没或者延缓沉没的时间，确保人员和货物安全的性能。

船舶耐波性是指船舶在风浪中遭受由于外力干扰所产生的各种摇荡运动及抨击上浪、失速飞车和波浪弯矩等，仍具有足够的稳性和船体结构强度，并能保持一定的航速安全航行的性能。

请参照图1，本实施例的海上母船包括位于船舶底部，内底板下方的海水压载舱2和固定压载舱1，其中，固定压载舱1作为重压载舱，其灌注有固态抗裂混凝土，且均为船舶两侧的边沿舱室，海水压载舱2作为海水压载舱，其则灌有海水，从而与固定压载舱1一起，降低船舶的重心，增加船舶的船舶稳性。

请参照图2-4，相比与未增加固定压载的船舶只采用灌入海水的海水压载舱2，增加固定压载的船舶将两侧边沿换成固定压载舱1后，

设船舶初始重量G0；

在船舶总重量G不变的情况下，则有：

未增加固定压载的船舶的海水压载舱2左满载重量G1；

未增加固定压载的船舶的海水压载舱2右满载重量G2；

增加固定压载的船舶的海水压载舱2左满载重量G1'；

增加固定压载的船舶的海水压载舱2右满载重量G2'；

增加固定压载的船舶的固定压载舱1左满载重量G3和增加固定压载的船舶的固定压载舱1右满载重量G4。

由上述条件能够计算定性比较：

未增加固定压载的船舶压载后的重心高度Z；

增加固定压载的船舶压载后的重心高度Z’；

未增加固定压载的船舶的海水压载舱2左和右满载重心高度Z1；

增加固定压载的船舶的海水压载舱2左或右满载重心高度Z2；

增加固定压载的船舶的固定压载舱1左或右满载重心高度Z3。

具体而言，设增加固定压载前后的船舶均左右平衡，设G1'+G3＝G1，G2'+G4＝G2，G1＝G2，G1'＝G2'，G3＝G4；

增加固定压载前船舱总重量为G＝G0+G1+G2＝G0+2G1；

增加固定压载后船舱总重量为G＝G0+G1'+G2'+G3+G4＝G0+2G1'+2G3；

则可以计算增加固定压载前的重心G*Z＝G0*Z0+2*G1*Z1；

和增加固定压载后的重心G*Z'＝G0*Z0+2*G1'*Z2+2*G3*Z3；

由于各规则室舱重心高度取各舱横剖面形心到基线的垂直高度，固定压载舱1的密度大于压载舱的密度，易知Z2略小于Z3，Z2<Z3<Z1，则

G*Z'-G*Z＝2*G1'*Z2+2*G3*Z3-2*G1*Z1，进一步计算得到：

2*(G1'*Z2+G3*Z3-G1*Z1)<2*[(G1'+G3)*Z3-G1*Z1]＝2*G1*(Z3-Z1)<0；

则G*Z'<G*Z,最终求得Z'<Z。即相同重量下，增加固定压载的船舶重心高度低于未增加固定压载的船舶重心高度，提高了船舶初稳性高，使船舶的完整稳性与破舱稳性符合船舶规范/法规的要求。

此外，根据船舶静力学原理，当船上的液舱没有装满，则船舶在倾斜时，舱内的液体也将流向倾斜一舷，且液面保持与水面平行，这种可以自由流动的液面成为自由液面。当液体流动后，液体的体积形状发生变化，它的重心向倾斜一侧移动，因而产生一个额外的倾斜力矩，其结果是降低船的稳性。

船舶的横向自由液面惯性矩越大，则对船舶初稳性高的修正越大，对稳性越不利。当液舱未满舱装载时或液舱在运营过程中装载量产生变化，均需进行自由液面惯性矩对对船舶初稳性高修正计算。

请参照图5-6，由于未增加固定压载的船舶的海水压载舱2未满舱装载时的液面宽度Y是固定压载的船舶的海水压载舱2未满舱装载时的液面宽度Y'的两倍，因此，未增加固定压载的船舶的海水压载舱2未满舱装载时的横向自由液面惯性矩Ix＝L*Y^3/12，是增加固定压载的船舶的海水压载舱2未满舱装载时的横向自由液面惯性矩Ix'＝L*Y'^3/12的8倍，Ix远大于Ix'，增加固定压载的船舶的自由液面惯性矩对船舶初稳性高的修正显著减小。

并且由于固定压载舱1内是填充的固体抗裂混凝土，固定压载舱1破损后不会产生海水与混凝土发生交换的现象。不管是一区域底舱破损进水量还是一区域边舱破损进水量都显著降低，从而提高了船舶破舱稳性的分舱指数，增大了船舶破舱的安全性。

请参照图7-8，我国海上风电场大部分分布在沿海和近海区域，这些区域波浪周期普遍不大，波浪周期约5秒左右。一般来说，越远离海岸线的海面波浪周期越大。而船舶的横摇周期接近波浪周期，船舶的摇晃会显著提高。

固定压载抗裂混凝土的密度是2.4t/m3，压载水海水密度是1.025t/m3，增加固定压载后的固定压载舱与海水压载舱体积相近，因此G3远大于G1'。近似假设G3＝2*G1',由于G1＝G3+G1'，易知Y2远大于Y1。根据勾股定理则得出r2远大于r1。

根据转动惯量的平行轴定理，同等重量的压载在正视图剖面上，压载重心越远离船舶重心，则压载绕着船长方向X轴惯性半径越大，船舶绕着船长方向X轴惯性半径也越大。

因此通过将固定压载设置在横截面远离船舶重心位置，增大船舶绕着船长方向X轴的转动惯量，也就是增大船舶的绕着船长方向X轴惯性半径。船舶的绕着船长方向X轴惯性半径越大，则船舶的横摇周期相应增大，使船舶的横摇周期更加远离目的海域的波浪周期，减少船舶的摇晃程度。

船舶摇晃运动对船上乘客和船员有生理上的影响，船舶运动的幅度和加速度会对船上人员有不利的影响，晕船会对船员的工作能力产生负面影响并会明显地困扰船上人员，尤其运维人员大多并非专业的水手和船员，风浪对运维人员的影响更加显著，且摇晃运动过大会影响主动补偿登乘装置5的使用，最终影响了运维检修的效率。

此外，海水压载舱2之间具有水路连接，且两个海水压载舱2分别位于船体的两侧边沿舱室，其中一个海水压载舱2具有高位海底阀箱42，另一个海水压载舱2具有低位海底阀箱41，以用于取水灌注海水压载舱2，调节船体的重心，其中高位海底阀箱42和低位海底阀箱41分别用于深水时和浅水时使用。

本实施例的船舱还设置有减摇水舱3，减摇水舱3与高位海底阀箱42和地位海底阀箱水路相连，从而获取海水，进一步的降低风浪对船舶的横摇影响，减少船舶的摇晃程度。

目前国内风电运维登乘方式为风电运维船靠近海上风机承台，风机承台侧壁安装钢爬梯，运维人员背着维修工具登上爬梯及攀爬爬梯二三十米，过程费时费力，且失足坠落安全隐患较大。而且为便于不同潮位时人员顺利从运维船舶上到风机平台，钢爬梯底端由于潮汐涨落经常浸泡于海水中，即使建造时采取了一定防腐防锈措施，也有被海水腐蚀的风险，加大登乘的安全隐患。为此，根据海况(风、浪、流)对船舶影响，采用智能控制登乘舷梯主杆变幅和栈桥变幅、回转、伸缩联动技术以实现主动波浪补偿的主动补偿登乘装置5，主动补偿登乘装置5如图9-10所示伸缩、变幅、回转联动，以进一步提高人员转运的安全性和舒适性，实现针对不同形式的海上风机和升压站形式均能登乘，以提高海上风电运维工作效率。

并且由于增加了固定压载舱1，船舶的整体重心下降，因此本实施例中船舶甲板上方增加了主动补偿登乘装置5，对船舶的船舶稳性的影响也较小，避免由于主动补偿登乘装置5影响，导致船舶的船舶稳性不符合有关规定。

且在艉部增加工作子船7，工作子船7采用A架回收释放,最大人数8人且带货1吨,在1级海况下航速大于26kn.最大使用海况达5级。当海况较好时可将工作子船吊入海中同时进行风电运维工作，最大限度的提升海电运维效率。

目前国内小型运维船缺乏动力定位能力或者动力定位能力不足，船舶无法与风电基座保持相对固定的位置，造成运维人员无法安全登乘。为此本实施例的海上风电运维母船设有船舶动力定位系统，船舶动力定位系统就是通过配有齐全的推力装置的自动控制系统，具体而言，除了船尾设有两个艉部舵浆61之外，还设置有船首还设置有一个艏伸缩推62，船首两侧各设置有两个艏侧推63，其是船舶或浮动平台利用其自身的动力抵御海上风、波浪和海流的影响，自动地就为并保持在设定位置或方位上的一种定位系统。并且假设由于各种原因导致一个艉部舵浆61和一个艏推62失效，仅存在一个艉部舵浆61和两个艏侧推63的情况；或一个艉部舵浆61和一个艏侧推63失效，仅存在一个艉部舵浆61、一个艏推62和一个艏侧推63的情况也可以运行，在这种严重的故障情况下，仍可始终保持运维母船动力定位能力。

综上所述，本发明提供的一种海上风电运维母船，通过增设固定压载舱降低船舶的重心，且减少了船舶的横向自由液面惯性矩，提升了船舶稳性和破舱稳性，且固定压载舱降低了区域破损的进水量，从而提高了船舶破舱稳性的分舱指数，增大了船舶破舱的安全性。将固定压载舱分布在船舶两侧的底部舱室中，从而增大了船舶绕着船长方向X轴惯性半径，使船舶的横摇周期增大，船舶的横摇周期更加远离目的海域的波浪周期，减少船舶的摇晃程度，提升了船舶的耐波性；设置了主动补偿登乘装置，以提高人员转运的安全性和舒适性，实现针对不同形式的海上风机和升压站形式均能登乘，提高海上风电运维工作效率，并设置有船舶动力定位系统，利用其自身的动力抵御海上风、波浪和海流的影响，自动地就为并保持在设定位置或方位，具体包括两个艉部舵浆、一个艏伸缩推和两个艏侧推，假设由于各种原因导致一个艉部舵浆和一个艏推失效，仅存在一个艉部舵浆和两个艏侧推的情况；或一个艉部舵浆和一个艏侧推失效，仅存在一个艉部舵浆、一个艏推和一个艏侧推的情况也可以运行，在这种严重的故障情况下，仍可始终保持运维母船动力定位能力。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种海上风电运维母船，其特征在于：包括位于船舶内底板下方的压载舱，所述压载舱包括海水压载舱和重压载舱，所述重压载舱分布在远离船舶中轴线的位置，所述海水压载舱分布在靠近船舶中轴线的位置。

2.根据权利要求1所述的一种海上风电运维母船，其特征在于：所述重压载舱具体是固定压载舱。

3.根据权利要求2所述的一种海上风电运维母船，其特征在于：所述固定压载舱具体为抗裂混凝土灌注的固定压载舱。

4.根据权利要求1所述的一种海上风电运维母船，其特征在于：还包括用于保持母船维持在定位位置的船舶动力定位系统。

5.根据权利要求4所述的一种海上风电运维母船，其特征在于：所述船舶动力定位系统包括艉部舵浆、艏推和两个侧推，两个所述侧推分别位于船体两侧。

6.根据权利要求5所述的一种海上风电运维母船，其特征在于：所述船舶动力定位系统包括两个艉部舵浆。

7.根据权利要求5所述的一种海上风电运维母船，其特征在于：所述艏推具体是艏伸缩推。

8.根据权利要求1所述的一种海上风电运维母船，其特征在于：还包括低位海底阀箱和高位海底阀箱，所述海水压载舱具体是灌注海水的液体压载舱，所述低位海底阀箱、高位海底阀箱和各个海水压载舱之间水路连接。

9.根据权利要求8所述的一种海上风电运维母船，其特征在于：还包括减摇水舱，所述减摇水舱分别通过水路与低位海底阀箱和高位海底阀箱连接。

10.根据权利要求1所述的一种海上风电运维母船，其特征在于：母船甲板上还具有主动补偿登乘装置和工作子船。

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