CN115450848A - 浮式风机的海上安装系统及海上安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种浮式风机的海上安装系统及海上安装方法。海上安装系统包括安装船、多个单桩、拖运机构、多个顶升设备以及吊机。安装船位于浅海区域，并能够站立于海床上；多个单桩沿周向间隔竖立于浅海区域的海床中；多个单桩围合形成一容置空间；安装船靠近容置空间；拖运机构用于将浮式风机的半潜基础拖运至容置空间内；多个顶升设备，与多个单桩一一对应设置；各顶升设备位于海面下，并位于对应的单桩的内侧，且各顶升设备均能够升降，而使顶升设备升起支撑半潜基础；吊机，设置于安装船上，用于将浮式风机的塔筒和风轮机舱组件吊装至半潜基础上。

Description

浮式风机的海上安装系统及海上安装方法

技术领域

本发明涉及风机的海上安装技术领域，特别涉及一种浮式风机的海上安装系统及海上安装方法。

背景技术

随着可再生能源需求的增加，海上风能因其具有风资源稳定以及持续时间长等优点，受到越来越多的关注。风电的利用开发正逐渐从陆地转向海洋，并呈现加速发展的态势。然而，由于近海空间资源有限，海上风电的发展逐渐从近海向深远海发展。其中，漂浮式海上风电是未来风能利用的必然选择。

目前，海上浮式风机的浮体基础形式主要分为半潜式(Semi-Sub)、单立柱式(Spar)和张力腿式(TLP)。半潜式浮式基础凭借适用水深范围广、水线面大稳性好、安装成本低难度小等优点，在浮式风电开发中备受青睐。

浮式风机的功率大，叶片长度超过百米，使得塔筒需满足对应的高度，且风机机组整体尺寸和重量也远超固定式风机。在近海海域安装固定式风机的作业船，其起重吊机的吊重和吊高有限，不能满足浮式风机机组吊装的作业要求。而海上风机安装的对位精度要求高，作业时对作业天气、海况条件的要求非常苛刻。

常用的浮式风机安装方法包括深水码头安装、浮式起重船安装和自航自升式风电安装船。深水码头安装中，浮式风机基础在建造基地下水漂浮后拖航至深水安装码头，利用履带吊或岸吊等大型吊装设备进行风电机组及塔筒的安装，之后通过拖轮将浮式基础及风机一体化平台湿托至目标海域，进行平台定位和系泊系统回接。该方法的缺点是浮式基础及风机一体化平台的吃水非常大，符合作业条件的港口码头数量极其有限，若安装码头距离风电场较远则经济性大打折扣。因此，该方法很难被广泛应用在国内浮式风机安装中。浮式起重船安装适合风机机组功率较小的安装，在近海选择一处合适的临时安装区域，由浮式起重船将塔筒及风机机组安装到浮式风机基础上。之后由拖轮将浮式风电平台整体湿托到作业海域就位安装。但是，因浮式起重船施工稳定性较差，极其依赖天气和波浪条件，非常不利于控制工期；且大型浮式起重船的施工成本非常高，会大大增加浮式风机的建造及安装成本。自航自升式风电安装船适用于深水浮式风电安装，风电安装船兼具自升式平台和浮式船舶的优点，且需满足浮式风机作业海域的水深要求、吊机起重能力及起重高度。因自航自升式风电安装船的配置要求非常高，其建造及使用成本及其昂贵，直接影响浮式风电场的经济效益。

以上所述浮式风机的安装方法中，要么是受限于码头水深条件的限制不具有广泛推广性，要么是施工难度高不利用控制工期，或者施工成本太高影响浮式风电的经济性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不受码头限制、安装效率较高、施工成本较低的浮式风机的海上安装系统及海上安装方法，以解决现有技术中的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种浮式风机的海上安装系统，包括：

安装船，位于浅海区域，并能够站立于海床上；

多个单桩，沿周向间隔竖立于浅海区域的海床中；多个所述单桩围合形成一容置空间；所述安装船靠近所述容置空间；

拖运机构，用于将所述浮式风机的半潜基础拖运至所述容置空间内；

多个顶升设备，与多个所述单桩一一对应设置；各所述顶升设备位于海面下，并位于对应的所述单桩的内侧，且各所述顶升设备均能够升降，而使所述顶升设备升起支撑所述半潜基础；

吊机，设置于所述安装船上，用于将所述浮式风机的塔筒和风轮机舱组件吊装至所述半潜基础上。

在其中一实施方式中，所述半潜基础的立柱的外侧均设置有所述单桩。

在其中一实施方式中，所述塔筒所在的立柱的外侧设有两所述单桩。

在其中一实施方式中，所述拖运机构包括拖船和绞车；

所述拖船位于所述浅海区域内，用于将所述半潜基础拖运至靠近所述容置空间，使所述绞车与所述半潜基础分列于所述容置空间的相对两侧；

所述绞车位于所述单桩的顶部，用于将靠近所述容置空间的所述半潜基础拖拉至所述容置空间内。

在其中一实施方式中，所述顶升设备通过固定架与所述单桩连接，所述固定架套设于所述单桩上，并与所述单桩固定连接；

所述顶升设备包括伸缩杆、支撑板以及驱动件，所述伸缩杆包括与所述固定架连接的固定端和相对于所述固定端上下移动的自由端，所述自由端位于所述固定端的上方，所述支撑板固定于所述伸缩端上而随所述伸缩端上下移动，所述驱动件固定于所述固定架上并驱动所述伸缩杆的伸缩端上下移动。

在其中一实施方式中，所述浅海区域的水深为20m～50m。

在其中一实施方式中，还包括多个护舷保护结构，多个所述护舷保护结构与多个所述单桩一一对应设置；

各所述护舷保护结构设置于对应的所述单桩的内侧的上部，且所述护舷保护结构具有弹性，以用于保护位于所述容置空间的半潜基础。

在其中一实施方式中，各所述护舷保护结构包括沿竖向间隔设置的多个护舷保护段；

各所述护舷保护段的材质为橡胶。

在其中一实施方式中，所述安装船包括船体以及沿所述船体的周向间隔设置的桩腿，所述桩腿能够相对于所述船体升降，而能够插置于海床中。

在其中一实施方式中，所述海上安装系统还包括位于所述安装船上的打桩设备，以用于将所述单桩打入海床；

所述塔筒和所述风轮机舱组存放于所述安装船上。

本发明还提供一种浮式风机的海上安装方法，包括以下步骤：

将多个单桩安装于浅海区域，使多个所述单桩沿周向间隔设置，并围合形成一容置空间；

在各所述单桩的内侧均安装一顶升设备，使所述顶升设备位于海面以下；

将浮式风机的半潜基础拖运至所述容置空间内；

向所述半潜基础内注入压载水使所述半潜基础下沉，使所述半潜基础位于所述顶升设备上方并与所述顶升设备之间具有高度差；

升起所述顶升设备，使所述顶升设备的顶部贴合所述半潜基础的底部而支撑所述半潜基础；

将预组装的塔筒吊装及安装至所述半潜基础上；

将预组装的风轮机舱组件吊装及安装至所述塔筒上；

排出所述半潜基础内的压载水使所述半潜基础向上浮起并脱离所述顶升设备；

将组装后的所述半潜基础、所述塔筒及所述风轮机舱组件拖运至所述浮式风机的工作海域，并进行定位和系泊系统回接。

在其中一实施方式中，所述浅海区域的水深为20～50m。

在其中一实施方式中，所述单桩的安装步骤如下：

通过安装船将所述单桩运输至所述浅海区域，并通过位于所述安装船上的吊机和打桩设备将所述单桩插置于所述浅海区域的海床中。

在其中一实施方式中，所述半潜基础的拖运步骤包括：

通过拖船将所述半潜基础拖运至靠近所述容置空间；

通过位于所述单桩上的绞车将所述半潜基础拖拉至所述容置空间内，其中，进入所述容置空间前的所述半潜基础与所述绞车分列于所述容置空间的相对两侧。

在其中一实施方式中，所述半潜基础在下沉时，在其距离所述顶升设备0.4～0.6m时停止注入压载水。

在其中一实施方式中，所述顶升设备升起并与所述半潜基础接触后，继续向所述半潜基础内注入压载水，使所述半潜基础的重力大于其所受到的浮力而坐稳。

在其中一实施方式中，所述半潜基础排压载水的步骤中，在所述半潜基础、所述塔筒以及所述风轮机舱组件的重量之和略小于浮力时，降低所述顶升设备，使所述半潜基础漂浮。

在其中一实施方式中，所述塔筒的预组装步骤中，将位于所述安装船上的多个塔筒分段组装得到所述塔筒；

所述风轮机舱组件的预组装步骤中，将位于所述安装船上的风机叶片、轮毂和机舱组装得到所述风轮机舱组件。

在其中一实施方式中，所述塔筒吊装至所述半潜基础上后，将所述半潜基础的压载水向外排放，使所述半潜基础和所述塔筒的重量之和大于浮力；

所述风轮机舱组件吊装至所述塔筒上后，将所述半潜基础的压载水向外排放，使所述半潜基础、所述塔筒的重量和风轮机舱组件之和大于浮力。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：

本发明中的海上安装系统包括安装船、多个单桩、拖运机构、多个顶升设备以及吊机，相互配合而在浅海区域即可完成半潜基础、塔筒以及风轮机舱组件的组装，无需在港口码头进行组装，摆脱了对深水码头资源的依赖，值得广泛推广。且该海上安装系统仅包括一台自升式的安装船，所需要的大型船机设备少，大大节约了安装资源和施工费用，降低了安装成本。

同时，该海上安装系统的吊机位于安装船上，半潜基础能够坐稳于容置空间内的顶升设备上，使得在安装过程中，吊机和半潜基础处于相对稳定状态，降低了海洋环境对安装过程的影响，从而降低了安装难度，提高了安装过程的安全性及安装效率。

同时，海上安装方法中，塔筒和风轮机舱组件能够预先安装，吊装至半潜基础上时仅包括两次垂向对接，分别是塔筒与半潜基础的垂向对接以及风轮机舱组件与塔筒之间的垂向对接，缩短了时间，提高了作业效率。

附图说明

图1是本发明中海上安装系统拖运半潜基础的俯视示意图。

图2是本发明中海上安装系统拖运半潜基础的主视示意图。

图3是本发明中半潜基础位于海上安装系统的容置空间内的结构示意图。

图4是本发明中塔筒以及风轮机舱组件位于半潜基础上的主视示意图。

图5是本发明中顶升设备、绞车与单桩的部分结构的主视示意图。

图6是本发明中顶升设备与单桩的俯视示意图。

附图标记说明如下：1、海上安装系统；11、安装船；12、单桩；13、顶升设备；14、固定架；15、拖船；16、绞车；17、护舷保护块；18、吊机；

21、半潜基础；22、塔筒分段；23、风轮机舱组件；

3、海床。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

本发明提供一种浮式风机的海上安装系统，用于安装浮式风机。该海上安装系统的安装效率较高，安装难度较低，安装过程的安全性较高。

其中，浮式风机包括半潜基础、塔筒、风轮机舱组件和锚泊系统。半潜基础能够漂浮于海面，且半潜基础具有压载舱，而能够通过调节压载水调节半潜基础的吃水深度。半潜基础包括三根立柱或四根立柱，或者其他数量，具体依据实际情况而设置。

塔筒设置于半潜基础上。具体地，塔筒位于其中一立柱的上方。塔筒包括沿其轴向层叠设置的多个塔筒分段。

风轮机舱组件设置于塔筒上，其具体包括风机叶片、轮毂和机舱。

本实施例中，以三立柱半潜基础的浮式风机为例进行介绍海上安装系统。

图1示出了本申请中海上安装系统与半潜基础的俯视示意图，图2示出了本申请中海上安装系统与半潜基础的主视示意图，图3示出了半潜基础进入海上安装系统的容置空间的示意图，图4示出了塔筒、风轮机舱组件安装于位于容置空间的半潜基础上的示意图，结合图1-图4，海上安装系统1包括安装船11、多个单桩12、拖运机构、多个顶升设备13、打桩设备(图中未示出)和吊机18。本实施例中的海上安装系统1位于浅海区域，能够实现半潜基础21、塔筒以及风轮机舱组件23在浅海区域的安装，摆脱了对深水码头的依赖，从而不受码头限制，值得大力推广。该海上安装系统1在进行安装时，安装船11和半潜基础21均处于固定状态，降低了安装难度，提高了安装效率和安装过程的安全性。同时，相较于在码头安装，该海上安装系统1在浅海区域即可实现安装，缩短了海上拖航的距离，降低了倾覆风险，提高了拖航的安全性。

本申请中的浅海区域指水深20m～50m的海域。同时，浅海区域的风浪较小，地质条件良好，适合插桩。

进一步地，该浅海区域可以选择位于风电场的周边。

安装船11位于浅海区域，并能够站立于海床上。具体地，安装船11包括船体以及沿船体的周向间隔设置的桩腿。桩腿能够相对于船体升降，而能够插置于海床中。即安装船11为自升式船。

塔筒和风轮机舱组件23可以存放于船体的甲板上。单桩12也可以存放于船体的甲板上。

本实施例中，先将单桩12存放于船体上。在单桩12安装后，通过运输船运输塔筒和风轮机舱组件23。其他实施例中，可以将塔筒和风轮机舱组件23存放于船体上，单桩12通过运输船运输。

多个单桩12沿周向间隔竖立于浅海区域的海床中。多个单桩12围合形成一容置空间，用于容置半潜基础21。安装船11靠近容置空间。

本实施例中，单桩12的数量为四个。其中两个单桩12与半潜基础21的两立柱一一对应设置。另外两个单桩12成对设置，对应半潜基础21剩下的一立柱对应设置。成对设置并对应一立柱的两单桩12靠近安装船11。

即，半潜基础21位于容置空间时，成对设置的两单桩12同时位于其中一立柱的外侧，另外两个单桩12与半潜基础21的另两个立柱一一对应设置。

海上安装系统1还包括多个护舷保护结构。多个所述护舷保护结构与多个单桩12一一对应设置。

图5示出了单桩、顶升设备、固定架以及护舷保护块的俯视示意图，图6示出了单桩、顶升设备、固定架、绞车以及护舷保护块的主视示意图，结合图5和图6，各护舷保护结构设置于对应的单桩12的内侧的上部，且护舷保护结构具有弹性，起到缓冲作用，避免碰撞损坏半潜基础21的结构，以用于保护进入容置空间的半潜基础21。其中，内侧和外侧是以多个单桩12的固定状态为参照，朝向多个单桩12所围合的容置空间的为内侧，反之为外侧。

各护舷保护结构均包括多个护舷保护块17。其中，沿竖向间隔设有多个护舷保护块17，沿单桩12的周向间隔设有多个护舷保护块17。本实施例中，沿竖向间隔设有三层，每层中沿周向间隔设有三个护舷保护块17。具体地，各护舷保护块17的材质为橡胶。

拖运机构用于将浮式风机的半潜基础21拖运至容置空间内。具体地，拖运机构包括拖船15和绞车16。

其中，拖船15位于浅海区域内，用于将半潜基础21拖运至靠近容置空间，使绞车16与半潜基础21分列于容置空间的相对两侧。

本实施例中，拖船15的数量为两个，两拖船15分列于半潜基础21移动方向的两侧。

绞车16位于单桩12的顶部，用于将靠近容置空间的半潜基础21拖拉至容置空间内。具体地，绞车16位于靠近安装船11的单桩12的顶部，即拖船15将半潜基础21拖运至相对于安装船11的相对一侧。

通过拖船15与绞车16的配合，将半潜基础21拖至容置空间内。

多个顶升设备13与多个单桩12一一对应设置。各顶升设备13位于海面下，并位于对应的单桩12的内侧，且各顶升设备13均能够升降，而使顶升设备13升起支撑半潜基础21。

继续参阅图5和图6，顶升设备13通过固定架14与单桩12连接。固定架14套设于单桩12上，并与单桩12固定连接。固定架14开设有一通孔，用于套设于单桩12外周。

固定架14包括向内凸伸出单桩12的固定部，固定部呈板状，并水平延伸。

具体地，顶升设备13包括伸缩杆、支撑板以及驱动件。伸缩杆竖向延伸，具体包括固定端和相对于固定端上下移动的自由端。固定端与固定部连接固定，自由端位于固定端的上方。

本实施例中，各顶升设备13包括四个伸缩杆。四个伸缩杆以2×2的阵列布置。

支撑板固定于伸缩端上而随伸缩端上下移动。本实施例中，支撑板的数量为两个，各支撑板对应两伸缩杆。其他实施例中，可以是四个伸缩杆共同连接一支撑板，也可以是四个伸缩杆与四个支撑板一一对应。

驱动件固定于固定架14上并驱动伸缩杆的伸缩端上下移动。本实施例中，驱动件为油缸。

即进入容置空间内的半潜基础21，通过顶升设备13的缓冲以及支撑，而使半潜基础21保持相对固定状态。

吊机18设置于安装船11上，用于将浮式风机的塔筒和风轮机舱组件23吊装以及安装至半潜基础21上。本实施例中，吊机18的起重能力为2000t以上。

打桩设备位于安装船11上，用于将单桩12打入海床，具体地，打桩设备位于安装船11的甲板上。通过吊机18的吊装，通过打桩设备的打桩，而将单桩12插入海床。

本实施例中的海上安装系统1在浅海区域即可完成半潜基础21、塔筒以及风轮机舱组件23的组装，无需在港口码头进行组装，摆脱了对深水码头资源的依赖，值得广泛推广。且该海上安装系统1仅包括一台自升式的安装船11，所需要的大型船机设备少，大大节约了安装资源和施工费用，降低了安装成本。

同时，该海上安装系统1的吊机18位于安装船11上，半潜基础21能够坐稳于容置空间内的顶升设备13上，使得在安装过程中，吊机18和半潜基础21处于相对稳定状态，降低了海洋环境对安装过程的影响，从而降低了安装难度，提高了安装过程的安全性及安装效率。

该海上安装系统1能够重复利用，即安装完一台浮式风机并拖运离开后，即可进行下一浮式风机的安装，减小了多个浮式风机的安装时间，缩短了浮式风电场的施工周期。

进一步地，海上安装系统1可以选择位于风电场周边的浅海区域，相较于码头安装方法，缩短了海上拖航的距离，降低了重心较高的半潜基础21、塔筒及风轮机舱组件23在拖航过程中发生倾覆的风险，提高了拖航的安全性。

本发明还提供一种浮式风机的海上安装方法，包括以下步骤：

S1、将多个单桩12安装于浅海区域，使多个单桩12沿周向间隔设置，并围合形成一容置空间。

其中，浅海区域的水深为20～50m。同时，该浅海区域的风浪较小，地质条件良好，适合插桩。

具体地，单桩12的安装步骤如下：

通过安装船11将单桩12运输至浅海区域，并通过位于安装船11上的吊机18和打桩设备将单桩12插置于浅海区域的海床中。

其中，单桩12的数量以及插桩位置，单桩12的高度以及单桩12的打桩深度，依据浅海海域的地质案，水文环境条件、浮式风机的半潜基础21的形式、尺寸、重量及吃水等信息进行确定。

即在安装单桩12前，还包括步骤S0、浅海区域的选择，以及依据浅海区域的条件和半潜基础21的各类信息进行施工方案的设计。S2、在各单桩12的内侧均安装一顶升设备13，使顶升设备13位于海面以下。

顶升设备13的安装高度依据浅海海域的地质案，水文环境条件、浮式风机的半潜基础21的形式、尺寸、重量及吃水等数据进行确定。

S3、将浮式风机的半潜基础21拖运至容置空间内。

具体地，半潜基础21的拖运步骤包括：

S31、通过拖船15将半潜基础21拖运至靠近容置空间。

本实施例中，此时的半潜基础21和安装船11分列于容置空间的相对两侧。

半潜基础21初始位于建造基地码头，通过拖船15将该半潜基础21拖运。

S32、通过位于单桩12上的绞车16将半潜基础21拖拉至容置空间内，其中，进入容置空间前的半潜基础21与绞车16分列于容置空间的相对两侧。

其中，绞车16的安装，可在单桩12插桩完成后进行。即，单桩12完成插桩后，通过吊机18将交叉吊运至单桩12的顶部并进行安装。

S4、向半潜基础21内注入压载水使半潜基础21下沉，使半潜基础21位于顶升设备13上方并与顶升设备13之间具有高度差。

半潜基础21在下沉时，在其距离顶升设备130.4～0.6m时停止注入压载水。即，半潜基础21与顶升设备13之间的高度差为0.4～0.6m。

S5、升起顶升设备13，使顶升设备13的顶部贴合半潜基础21的底部而支撑半潜基础21。

顶升设备13升起并与半潜基础21接触后，继续向半潜基础21内注入压载水，使半潜基础21的重力大于其所受到的浮力而坐稳。

具体地，顶升设备13的驱动件接收到信号后，驱动伸缩杆升起，从而带动支撑板升起，使支撑板与半潜基础21的底部接触，托举半潜基础21，避免半潜基础21的垂荡运动撞击顶升设备13。

S6、将预组装的塔筒吊装及安装至半潜基础21上。

塔筒的预组装步骤中，将位于安装船11上的多个塔筒分段22组装得到塔筒。该预组装过程在安装船11上进行。

塔筒分段22按照轴向顺序由下至上的顺序组装。

其中，塔筒分段22可以通过运输船运输至安装船11上。塔筒的预组装可以与半潜基础21的拖运以及下沉等同时进行。

进一步地，塔筒吊装至半潜基础21上后，将半潜基础21的压载水向外排放，使半潜基础21和塔筒的重量之和大于浮力。即，塔筒安装于半潜基础21上之后，半潜基础21上增加了塔筒的重量，而使半潜基础21所承受的重力远远大于浮力，通过排放压载水，始终保持重量大于浮力而坐稳的前提下，排放一定的压载水减轻了对单桩12的载荷。

其中，在排放压载水时，半潜基础21的多个舱室中选择预设方案进行排放。该预设方案依据塔筒重量以及半潜基础21的舱室状况而设计，确保半潜基础21的压载水排放是对称排放，进而保证半潜基础21的平稳。

S7、将预组装的风轮机舱组件23吊装及安装至塔筒上。

风轮机舱组件23的预组装步骤中，将位于安装船11上的风机叶片、轮毂和机舱组装得到风轮机舱组件23。该预组装过程在安装船11上进行。

其中，风机叶片、轮毂和机舱可以通过运输船运输至安装船11上。风轮机舱组件23的预组装也可以与半潜基础21的拖运以及下沉等同时进行。

进一步地，风轮机舱组件23吊装至塔筒上后，将半潜基础21的压载水向外排放，使半潜基础21、塔筒的重量和风轮机舱组件23的重量之和大于浮力，保证半潜基础21的平稳以及减轻单桩12所承受的载荷。

同样，在排放压载水时，半潜基础21的多个舱室中选择预设方案进行排放。该预设方案依据塔筒重量以及半潜基础21的舱室状况而设计，确保半潜基础21的压载水排放是对称排放，进而保证半潜基础21的平稳。

S8、排出半潜基础21内的压载水使半潜基础21向上浮起并脱离顶升设备13。

塔筒以及风轮机舱组件23安装于半潜基础21上之后，需要拖运至目的地，因此需要使半潜基础21脱离顶升设备13。具体地，通过排放压载水的方式使半潜基础21浮起。

在半潜基础21排压载水的步骤中，在半潜基础21、塔筒以及风轮机舱组件23的重量之和略小于浮力时，降低顶升设备13，使半潜基础21漂浮。即浮力大于重力时，半潜基础21向上升起，而使半潜基础21脱离顶升设备13。

S9、将组装后的半潜基础21、塔筒及风轮机舱组件23拖运至浮式风机的工作海域，并进行定位和系泊系统回接。

脱离顶升设备13的半潜基础21可以通过湿拖的方式运输至工作海域，在到达工作海域后，进行定位，再进行系泊系统回接，即完成一浮式风机的安装。

在上一半潜基础21以及塔筒和风轮机舱组件23拖离该安装系统后，即可进行下一台浮式风机的安装。具体地，该海上安装方法能够3～5天完成一浮式风机的安装。

该海上安装方法在浅海区域作业，摆脱了浮式风机对深水码头资源的依赖，且安装过程中吊机18和半潜基础21在安装时均处于相对稳定状态，降低了安装难度，提高了安装过程的安全性及安装效率。且该海上安装方法主要依靠一艘适用于在浅海区域作业的自升式的安装船11,大大节约了安装资源，降低了安装成本。

同时，该海上安装方法中，塔筒和风轮机舱组件23能够预先安装，吊装至半潜基础21上时仅包括两次垂向对接，分别是塔筒与半潜基础21的垂向对接以及风轮机舱组件23与塔筒之间的垂向对接，缩短了时间，提高了作业效率。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：

本发明中的海上安装系统包括安装船、多个单桩、拖运机构、多个顶升设备以及吊机，相互配合而在浅海区域即可完成半潜基础、塔筒以及风轮机舱组件的组装，无需在港口码头进行组装，摆脱了对深水码头资源的依赖，值得广泛推广。且该海上安装系统仅包括一台自升式的安装船，所需要的大型船机设备少，大大节约了安装资源和施工费用，降低了安装成本。

同时，该海上安装系统的吊机位于安装船上，半潜基础能够坐稳于容置空间内的顶升设备上，使得在安装过程中，吊机和半潜基础处于相对稳定状态，降低了海洋环境对安装过程的影响，从而降低了安装难度，提高了安装过程的安全性及安装效率。

同时，海上安装方法中，塔筒和风轮机舱组件能够预先安装，吊装至半潜基础上时仅包括两次垂向对接，分别是塔筒与半潜基础的垂向对接以及风轮机舱组件与塔筒之间的垂向对接，缩短了时间，提高了作业效率。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (19)

1.一种浮式风机的海上安装系统，其特征在于，包括：

安装船，位于浅海区域，并能够站立于海床上；

多个单桩，沿周向间隔竖立于浅海区域的海床中；多个所述单桩围合形成一容置空间；所述安装船靠近所述容置空间；

拖运机构，用于将所述浮式风机的半潜基础拖运至所述容置空间内；

多个顶升设备，与多个所述单桩一一对应设置；各所述顶升设备位于海面下，并位于对应的所述单桩的内侧，且各所述顶升设备均能够升降，而使所述顶升设备升起支撑所述半潜基础；

吊机，设置于所述安装船上，用于将所述浮式风机的塔筒和风轮机舱组件吊装至所述半潜基础上。

2.根据权利要求1所述的海上安装系统，其特征在于，所述半潜基础的立柱的外侧均设置有所述单桩。

3.根据权利要求2所述的海上安装系统，其特征在于，所述塔筒所在的立柱的外侧设有两所述单桩。

4.根据权利要求1所述的海上安装系统，其特征在于，所述拖运机构包括拖船和绞车；

所述拖船位于所述浅海区域内，用于将所述半潜基础拖运至靠近所述容置空间，使所述绞车与所述半潜基础分列于所述容置空间的相对两侧；

所述绞车位于所述单桩的顶部，用于将靠近所述容置空间的所述半潜基础拖拉至所述容置空间内。

5.根据权利要求1所述的海上安装系统，其特征在于，所述顶升设备通过固定架与所述单桩连接，所述固定架套设于所述单桩上，并与所述单桩固定连接；

所述顶升设备包括伸缩杆、支撑板以及驱动件，所述伸缩杆包括与所述固定架连接的固定端和相对于所述固定端上下移动的自由端，所述自由端位于所述固定端的上方，所述支撑板固定于所述伸缩端上而随所述伸缩端上下移动，所述驱动件固定于所述固定架上并驱动所述伸缩杆的伸缩端上下移动。

6.根据权利要求1所述的海上安装系统，其特征在于，所述浅海区域的水深为20m～50m。

7.根据权利要求1所述的海上安装系统，其特征在于，还包括多个护舷保护结构，多个所述护舷保护结构与多个所述单桩一一对应设置；

各所述护舷保护结构设置于对应的所述单桩的内侧的上部，且所述护舷保护结构具有弹性，以用于保护位于所述容置空间的半潜基础。

8.根据权利要求7所述的海上安装系统，其特征在于，各所述护舷保护结构包括沿竖向间隔设置的多个护舷保护段；

各所述护舷保护段的材质为橡胶。

9.根据权利要求1所述的海上安装系统，其特征在于，所述安装船包括船体以及沿所述船体的周向间隔设置的桩腿，所述桩腿能够相对于所述船体升降，而能够插置于海床中。

10.根据权利要求1所述的海上安装系统，其特征在于，所述海上安装系统还包括位于所述安装船上的打桩设备，以用于将所述单桩打入海床；

所述塔筒和所述风轮机舱组存放于所述安装船上。

11.一种浮式风机的海上安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

将多个单桩安装于浅海区域，使多个所述单桩沿周向间隔设置，并围合形成一容置空间；

在各所述单桩的内侧均安装一顶升设备，使所述顶升设备位于海面以下；

将浮式风机的半潜基础拖运至所述容置空间内；

向所述半潜基础内注入压载水使所述半潜基础下沉，使所述半潜基础位于所述顶升设备上方并与所述顶升设备之间具有高度差；

升起所述顶升设备，使所述顶升设备的顶部贴合所述半潜基础的底部而支撑所述半潜基础；

将预组装的塔筒吊装及安装至所述半潜基础上；

将预组装的风轮机舱组件吊装及安装至所述塔筒上；

排出所述半潜基础内的压载水使所述半潜基础向上浮起并脱离所述顶升设备；

将组装后的所述半潜基础、所述塔筒及所述风轮机舱组件拖运至所述浮式风机的工作海域，并进行定位和系泊系统回接。

12.根据权利要求11所述的海上安装方法，其特征在于，所述浅海区域的水深为20～50m。

13.根据权利要求11所述的海上安装方法，其特征在于，所述单桩的安装步骤如下：

通过安装船将所述单桩运输至所述浅海区域，并通过位于所述安装船上的吊机和打桩设备将所述单桩插置于所述浅海区域的海床中。

14.根据权利要求11所述的海上安装方法，其特征在于，所述半潜基础的拖运步骤包括：

通过拖船将所述半潜基础拖运至靠近所述容置空间；

通过位于所述单桩上的绞车将所述半潜基础拖拉至所述容置空间内，其中，进入所述容置空间前的所述半潜基础与所述绞车分列于所述容置空间的相对两侧。

15.根据权利要求11所述的海上安装方法，其特征在于，所述半潜基础在下沉时，在其距离所述顶升设备0.4～0.6m时停止注入压载水。

16.根据权利要求11所述的海上安装方法，其特征在于，所述顶升设备升起并与所述半潜基础接触后，继续向所述半潜基础内注入压载水，使所述半潜基础的重力大于其所受到的浮力而坐稳。

17.根据权利要求11所述的海上安装方法，其特征在于，所述半潜基础排压载水的步骤中，在所述半潜基础、所述塔筒以及所述风轮机舱组件的重量之和略小于浮力时，降低所述顶升设备，使所述半潜基础漂浮。

18.根据权利要求11所述的海上安装方法，其特征在于，所述塔筒的预组装步骤中，将位于所述安装船上的多个塔筒分段组装得到所述塔筒；

所述风轮机舱组件的预组装步骤中，将位于所述安装船上的风机叶片、轮毂和机舱组装得到所述风轮机舱组件。

19.根据权利要求11所述的海上安装方法，其特征在于，所述塔筒吊装至所述半潜基础上后，将所述半潜基础的压载水向外排放，使所述半潜基础和所述塔筒的重量之和大于浮力；

所述风轮机舱组件吊装至所述塔筒上后，将所述半潜基础的压载水向外排放，使所述半潜基础、所述塔筒的重量和风轮机舱组件之和大于浮力。

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