CN115977053B - 坐底式海上风电深水辅助安装平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种坐底式海上风电深水辅助安装平台，包括沉垫，沉垫的轮廓为U型箱体，该箱体内部为压水仓，沉垫的底部设有多个无桩靴定位小桩；沉垫的上面设有助稳系统；助稳系统包括分别位于U型开口侧的两端和U型开口对侧的三个助稳装置；每个助稳装置包括多个相互平行的立柱，多个立柱上串有一个可滑动浮块，顶部设有一个上甲板，底部固定在沉垫上；每个助稳装置均配置有一个牵引系统；牵引系统包括多组滑轮牵引装置。本发明依靠牵引系统带动浮块升降带动平台整体升降，可以安全、快速、高效地实现筒型基沉放和安装工作。可实现60m水深内坐底定位，并辅助风电筒型基础结构的扶正、下沉及安装。
Description
技术领域
本发明涉及海洋工程技术领域，特别涉及一种坐底式海上风电辅助安装平台，用于辅助新型风电筒型基础的深水安装。
背景技术
近年来，近海海域资源开发不断趋于饱和，海上风电发展正逐渐迈向深远海域(30-50m)。据统计，我国东部沿海地区5～25m水深、50m高度海上风电开发潜力约为2亿千瓦，而5～50m水深、70m高度海上风电开发潜力将达到5亿千瓦。深海领域风能资源丰富，但开发难度加强，经济成本加大，在“降成本、去补贴”政策下，海上风电正面临着“30·60”、“十四五”规划目标及平价上网的机遇与挑战。
传统的海上风电基础安装过程主要包括打桩或基础沉放吊装、塔筒连接、风机机头及叶片吊装等，运输及安装施工过程极为复杂，海上作业时间长。筒型基础作为一种新型海上风电基础结构，具有环境友好、易于安装、安装噪音小及抗倾覆等优点，且配套有“一步式”安装技术，即岸边预制与组装、整机浮运与下沉，极大简化了海上风机安装的施工流程，降低了成本，目前已成功应用于水深在15m以内的近岸浅水海上风电场。但在较深海域，基础的下沉面临着更为复杂的环境条件，对下沉的姿态控制提出了更高的要求，因此需要有更为安全、快速、高效、经济的辅助安装装置，来提升筒型基础结构及其“一步式”安装方式在深海领域的适用性。
现有的海上风电安装平台更多的是承担着为风电基础提供稳定、安全、高效作业和定位的功能，主要分为插桩式和坐底式两种。插桩式平台作业程序复杂，不能迅速拔桩，桩靴必须坐落在承载力为80～100t/m2的硬质图层或者密实的砂土层上，碰上粘性提让差生粘附力吸住桩靴，拔桩力远大于压桩力，会出现只能割掉的情况，缺点明显。
现有的坐底平台均为双层船体，多增加的一层船体大大增大了安装平台的经济造价。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种依靠浮块升降的坐底式海上风电深水安装辅助平台，旨在安全、快速、高效、经济地实现筒型基础下沉施工的衔接工作与下沉工作。该装置可实现60m水深内坐底定位，并辅助风电筒型基础结构的扶正、下沉及安装，具备良好的抗倾覆能力。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种坐底式海上风电深水辅助安装平台，包括沉垫，所述沉垫的轮廓为U型，所述沉垫为一箱体，该箱体的内部为压水仓，所述沉垫的底部设有多个无桩靴定位小桩；所述沉垫的上面设有助稳系统；所述助稳系统包括分别位于U型开口一侧的两端和U型开口的相对侧的三个助稳装置；每个助稳装置包括多个相互平行的立柱、多个立柱上滑动的串有一个浮块，多个立柱的顶部设有一个上甲板，多个立柱的底部固定在所述沉垫；每个助稳系统均配置有一个牵引系统；所述牵引系统包括多组滑轮牵引装置，所述滑轮牵引装置包括卷筒装置、两组动滑轮、两组定滑轮、一个平衡轮和钢丝绳，所述浮块的周边设置有若干个上下贯通的通孔，所述两组动滑轮同轴的安装在所述通孔内，所述平衡轮设置在所述通孔内且位于两组动滑轮之间；两组定滑轮同轴的安装在所述沉垫上位于与所述通孔上下对正的位置处；所述卷筒装置设置在所述上甲板上，所述上甲板上设有钢丝绳的过孔，所述卷筒装置设有制动器；两组动滑轮分别记为第一组动滑轮和第二组动滑轮，两组定滑轮分别记为第一组定滑轮和第二组定滑轮，所述钢丝绳的一端与所述卷筒装置固定，所述钢丝绳的另一端先间隔交替的绕过第一组定滑轮和第一组动滑轮上的所有滑轮、再绕过所述平衡轮后间隔交替的绕过第二组定滑轮和第二组动滑轮上的所有滑轮，最终固定于所述卷筒装置上。
进一步讲，本发明所述的坐底式海上风电深水辅助安装平台，其中：
第一组定滑轮和第二组定滑轮上的滑轮数均为N，第一组动滑轮和第二组动滑轮均为N-1。
所述沉垫的U型的内廓空间用于容纳筒型基础。
三个助稳装置中，位于U型开口一侧两端的助稳装置均记为第一助稳装置，位于U型开口相对侧的助稳装置记为第二助稳装置，两个第一助稳装置的浮块与第二助稳装置的浮块之间的空间用于容纳UK浮运平台。
所述第一助稳装置中，浮块的形状为17m×17m×5m的长方体，立柱的数量为4个；所述第二助稳装置中，浮块的远离第一助稳装置一侧的轮廓与所述沉垫的U型开口相对侧的外轮廓形状一致，浮块的靠近第一助稳装置一侧的轮廓与两个第一助稳装置中浮块的相对边平行，立柱的数量为5-7个。
所述立柱为钢筒结构，其直径为2m，轴向长度为70m。
多个无桩靴定位小桩是由所有立柱中靠近外轮廓的立柱穿过所述沉垫后向下延长2m所形成的。
所述上甲板为钢结构，所述上甲板上还设有绞车和锚机。
所述制动器为盘式制动器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明坐底式海上风电安装平台与现有的海上风电安装平台相比，取消了桩靴，增加了下浮体即沉垫，该沉垫是具有巨大排水量的中空浮体，该沉垫承受着安装平台的大部分自重，自重减去浮力剩余的重量是压在泥面上的力。通过调节沉垫内的水量，可以调节泥面所承受的荷载，可根据土质的承载能力予以调节。沉垫(中空浮体)坐在水下泥层面上，由泥层和安装平台自身浮力承载安装平台的重量，并依靠沉垫与泥面的摩擦力以及同时插入泥中的无桩靴定位小桩保持水平方向的稳定取消了插拔困难的桩靴，大大提高工作效率的同时，还能调节泥面承载力，能适宜各种土质，特别是软粘土甚至淤泥土质条件的安装作业，对海上风电作业不同土壤适应性强。
本发明中浮块的设置代替了现有的双层坐底船的上层船体，降低了安装平台的制造费用，大大增加了经济型。本发明中采用带牵引系统的浮块-沉垫的结构形式，并结合无桩靴定位小桩进行联合操作，可保证整个安装平台坐底、安装和起浮的安全稳定。由于本发明中，安装平台的浮块采用分散式布置，可保证UK浮运平台的自由进出，沉垫采用U型，保证筒型基础的安装下放过程的便捷，待UK浮运平台拖带到指定位置即可顺利下沉，提高了整体安装效率；本发明中，带牵引制动功能的牵引系统可以精确的调控沉垫整体下沉速度和下沉深度，适合多种工作水深；此外，在安装平台坐底后，如遭遇较大风浪，可向浮块内注水，使浮块下沉至海底，减小风、浪、流等环境荷载的作用，使整个坐底平台更加安全稳定。
本发明结构简单，使用时施工方便，整体坐底和起浮转运工程都比较灵活易于操作，可多次使用，应用前景良好。
附图说明
图1是本发明坐底式海上风电深水辅助安装平台的三维示意图；
图2是图1所示坐底式海上风电深水辅助安装平台安装过程示意图；
图3是本发明中的牵引系统示意图；
图4是图3所示牵引下系统中钢丝绳缠绕示意图；
图5是安装平台与UK浮运平台和筒型基础联合作业三维示意图。
图中：
1-沉垫 2-立柱 3-浮块 4-上甲板
5-无桩靴定位小桩 6-卷筒装置 7-1-第一组动滑轮 7-2-第二组动滑轮
8-1-第一组定滑轮 8-2-第二组定滑轮 9-平衡轮 10-钢丝绳
11-制动器 12-UK浮运平台 13-筒型基础整机
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
如图1所示，本发明提出的一种坐底式海上风电深水辅助安装平台，包括沉垫1，所述沉垫1的轮廓为U型，所述沉垫1为一箱体，该箱体的内部为压水仓，所述沉垫1的U型的内廓空间用于容纳筒型基础整机13，如图5所示；所述沉垫1的底部设有多个无桩靴定位小桩5，所述沉垫1的上面设有助稳系统。
所述助稳系统包括分别位于U型开口一侧的两端和U型开口的相对侧的三个助稳装置，每个助稳装置包括多个相互平行的立柱2，多个立柱2上滑动的串有一个浮块3，多个立柱2的顶部设有一个上甲板4，多个立柱2的底部固定在所述沉垫1。
三个助稳装置中，位于U型开口一侧两端的助稳装置均记为第一助稳装置，位于U型开口相对侧的助稳装置记为第二助稳装置，两个第一助稳装置的浮块与第二助稳装置的浮块之间的空间用于容纳UK浮运平台12，如图5所示。如图1、图2和图5所示，所述第二助稳装置中，浮块的远离第一助稳装置一侧的轮廓与所述沉垫1的U型开口相对侧的外轮廓形状一致，浮块的靠近第一助稳装置一侧的轮廓与两个第一助稳装置中浮块的相对边平行，第二助稳装置中的立柱的数量比第一助稳装置中的立柱数量多。
每个助稳系统均配置有一个牵引系统；所述牵引系统包括多组滑轮牵引装置，所述滑轮牵引装置包括卷筒装置6、两组动滑轮7、两组定滑轮8、一个平衡轮9和钢丝绳10，所述浮块3的周边设置有若干个上下贯通的通孔，所述两组动滑轮7同轴的安装在所述通孔内，所述平衡轮9设置在所述通孔内且位于两组动滑轮之间；两组定滑轮8同轴的安装在所述沉垫1上位于与所述通孔上下对正的位置处；所述卷筒装置6设置在所述上甲板4上，所述上甲板4上设有钢丝绳10的过孔，如图1和图3所示，所述卷筒装置6设有制动器11，所述制动器11为盘式制动器。两组定滑轮8分别记为第一组定滑轮8-1和第二组定滑轮8-2，第一组定滑轮8-1和第二组定滑轮8-2均为N。两组动滑轮7分别记为第一组动滑轮7-1和第二组动滑轮7-2，第一组动滑轮7-1和第二组动滑轮7-2上的滑轮数均为N-1；所述钢丝绳10的一端与所述卷筒装置6固定，所述钢丝绳10的另一端先间隔交替的绕过第一组定滑轮8-1和第一组动滑轮7-1上的所有滑轮、再绕过所述平衡轮9后间隔交替的绕过第二组定滑轮8-2和第二组动滑轮7-2上的所有滑轮，最终固定于所述卷筒装置6上，如图4所示。
实施例：
如图1所示，本实施例中，U型的沉垫1为内部中空且带有压水舱的箱型结构，其外轮廓的整体长度为99m，宽度为86m；其内轮廓的长度为65m，宽度为66m，如图5所示，该内轮廓用于囊括UK浮运平台12及筒型基础；沉垫1的高度为5m；本实施例中，所述沉垫1的顶部设置3组立柱，分别为位于该坐底平台的前方、左后方和右后方，位于前方的一组立柱有7根立柱，左后方和右后方的每组均有4根立柱，立柱为钢筒结构，直径为2m，高度为70m；靠近外轮廓的立柱穿过沉垫1后向下再延长约2m，从而形成了无桩靴定位小桩5，可保证沉垫1下沉至泥面后该无桩靴定位小桩5插入海床，提高水平抗力；每组立柱2的顶部设置上甲板4，上甲板为钢结构，用于放置卷筒装置6、绞车、锚机等控制设备。每组立柱2上串有固定尺寸的浮块3，浮块3的型深为5m，该浮块用以为坐底平台在下沉和起浮过程提供浮力和稳性。位于前方的浮块3为不规则形状，外轮廓与沉垫1的前部轮廓相同；左后侧和右后侧的浮块尺寸均为17m×17m×5m的长方体，在该长方体的浮块外侧的四角处分别设置有一贯通整个浮块上下的通孔，该通孔为2m×0.8m的矩形通孔；在该矩形通孔的空间内同轴的固定有第一组动滑轮71和第二组动滑轮72，两组动滑轮同步转动用于升降浮块3，在该通孔内还设有一个平衡轮9，每个通孔正下方处的沉垫1位置上设置同轴安装的第一组定滑轮8-1和第二组定滑轮8-2，每个通孔正上方的上甲板位置上设置卷筒装置6和盘式制动器11。
安装方法：坐底式海上风电深水安装平台拖航过程浮块放置在沉垫上，盘式制动器锁死牵引系统，拖行到指定作业位置后，通过操纵牵引系统的滑轮牵引装置进行深水下沉操作。如图1至图5所示，具体过程如下：
步骤一：通过向沉垫1箱体的压水仓内均匀对称注水实现沉垫1的整体入水；
步骤二：继续均匀对称注水，浮块3开始入水，待浮块3的浮力平衡自身重力后，浮块3(通孔中的动滑轮7)与沉垫1(沉垫1上面的定滑轮8)之间的钢丝绳10开始受力张紧，待浮块3吃水达到3m时，钢丝绳10达到指定控制值；
步骤三：打开滑轮牵引装置的制动器11，通过卷筒装置6缓慢下放10m钢丝绳10，浮块3在牵引系统的带动下同步缓慢上升10m/5＝2m，此时浮块3吃水为1m，锁紧制动器11，待整个坐底平台重新稳定，浮块3吃水深度重新达到3m，根据浮力与重力的平衡原理，卷筒装置每次下放10m钢丝绳10，沉垫1就下沉2m；
根据目标海域水深，重复多次上述的步骤二和三的操作，直至整个沉垫1下沉到泥面上，无桩靴定位小桩5插入到海床，从而保证了平台坐底后的水平抗力；
步骤四：平台坐底后，根据海底土质的承载能力，适量增加沉垫1内的水量，调节泥面所承受的荷载，依靠沉垫1与泥面的摩擦力以及同时插入泥中的无桩靴定位小桩5保持水平方向的稳定；放松钢丝绳10，至浮块3吃水1m后，锁死牵引系统的制动器；
步骤五：平台坐底稳定后，将带有筒型基础整机13的UK浮运平台12拖带到坐底平台的三个浮块中间，进行一系列的对接及辅助安装操作；
步骤六：基础安装完成后，UK浮运平台12转移，坐底平台进行抬升起浮操作；即：向沉垫1的压水仓内打气排出坐底后增加的部分水量，使坐底平台与泥面之间的相互作用力为零；打开牵引系统的制动器，通过卷筒装置收10m的钢丝绳10，此时，浮块3下降2m，其吃水为3m，此时锁紧制动器11，待坐底平台整体稳定后，沉垫1上升2m，重复步骤六的操作多次，直至浮块3落到沉垫1上，再次对称均匀排除沉垫1内的压载水，直至沉垫1吃水达到指定的拖航转运的设计吃水；
至此完成了安装平台的一次下沉、安装和起浮操作。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (7)
1.一种坐底式海上风电深水辅助安装平台，其特征在于，包括沉垫（1），所述沉垫（1）的轮廓为U型，所述沉垫（1）的U型的内廓空间用于容纳筒型基础，所述沉垫（1）为一箱体，该箱体的内部为压水仓，所述沉垫（1）的底部设有多个无桩靴定位小桩（5）；所述沉垫（1）的上面设有助稳系统；
所述助稳系统包括分别位于U型开口一侧的两端和U型开口的相对侧的三个助稳装置；每个助稳装置包括多个相互平行的立柱（2）、多个立柱（2）上滑动的串有一个浮块（3），多个立柱（2）的顶部设有一个上甲板（4），多个立柱（2）的底部固定在所述沉垫（1）上；每个助稳系统均配置有一个牵引系统；三个助稳装置中，位于U型开口一侧两端的助稳装置均记为第一助稳装置，位于U型开口相对侧的助稳装置记为第二助稳装置，两个第一助稳装置的浮块与第二助稳装置的浮块之间的空间用于容纳UK浮运平台（12）；
所述牵引系统包括多组滑轮牵引装置，所述滑轮牵引装置包括卷筒装置（6）、两组动滑轮、两组定滑轮、一个平衡轮（9）和钢丝绳（10），所述浮块（3）的周边设置有若干个上下贯通的通孔，所述两组动滑轮同轴的安装在所述通孔内，所述平衡轮（9）设置在所述通孔内且位于两组动滑轮之间；两组定滑轮同轴的安装在所述沉垫（1）上位于与所述通孔上下对正的位置处；所述卷筒装置（6）设置在所述上甲板（4）上，所述上甲板（4）上设有钢丝绳（10）的过孔，所述卷筒装置（6）设有制动器（11）；
两组动滑轮分别记为第一组动滑轮（7-1）和第二组动滑轮（7-2），两组定滑轮分别记为第一组定滑轮（8-1）和第二组定滑轮（8-2），所述钢丝绳（10）的一端与所述卷筒装置（6）固定，所述钢丝绳（10）的另一端先间隔交替的绕过第一组定滑轮（8-1）和第一组动滑轮（7-1）上的所有滑轮、再绕过所述平衡轮（9）后间隔交替的绕过第二组定滑轮（8-2）和第二组动滑轮（7-2）上的所有滑轮，最终固定于所述卷筒装置（6）上。
2.根据权利要求1所述的坐底式海上风电深水辅助安装平台，其特征在于，第一组定滑轮（8-1）和第二组定滑轮（8-2）上的滑轮数均为N，第一组动滑轮（7-1）和第二组动滑轮（7-2）均为N-1。
3.根据权利要求1所述的坐底式海上风电深水辅助安装平台，其特征在于，所述第一助稳装置中，浮块的形状为17m×17m×5m的长方体，立柱的数量为4个；所述第二助稳装置中，浮块的远离第一助稳装置一侧的轮廓与所述沉垫（1）的U型开口相对侧的外轮廓形状一致，浮块的靠近第一助稳装置一侧的轮廓与两个第一助稳装置中浮块的相对边平行，立柱的数量为5-7个。
4.根据权利要求1所述的坐底式海上风电深水辅助安装平台，其特征在于，所述立柱（2）为钢筒结构，其直径为2m，轴向长度为70m。
5.根据权利要求1所述的坐底式海上风电深水辅助安装平台，其特征在于，多个无桩靴定位小桩（5）是由所有立柱中靠近外轮廓的立柱穿过所述沉垫（1）后向下延长2m所形成的。
6.根据权利要求1所述的坐底式海上风电深水辅助安装平台，其特征在于，所述上甲板（4）为钢结构，所述上甲板（4）上还设有绞车和锚机。
7.根据权利要求1所述的坐底式海上风电深水辅助安装平台，其特征在于，所述制动器为盘式制动器（11）。
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