CN116201693B - 一种自航自升式风机安装船及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自航自升式风机安装船，包括安装船主体、桩腿、桩腿升降室、塔架、竖向运动吊梁、横向运动吊梁、叶片对接装置、叶片提升装置、起重机。桩腿及桩腿升降室用于抬升安装船主体，提供稳定的吊装基础。起重机将塔筒、机舱以及轮毂等部件在安装船尾部U形安装区进行吊装。塔架、竖向运动吊梁、横向运动吊梁、叶片对接装置以及叶片提升装置协同完成叶片的起吊和对接工作。本发明通过自主设计叶片对接装置，重新设计自航自升式风机安装船主体结构以及合理安排吊装设备位置，可提高叶片起吊和对接过程中的稳定性，提高风机整体安装效率和安全性，降低施工成本。

Description

一种自航自升式风机安装船及安装方法

技术领域

本发明涉及海上风力发电机的安装设备领域，具体地说是一种自航自升式风机安装船及安装方法。

背景技术

随着我国对新能源产业的大力支持，对风电的投资和建设达到了前所未有的水平，由此带来风机安装设备领域的巨大发展前景。在风机安装领域，主要的安装方式包括整体式安装方法和分步式安装方法。由于风机的大型化发展趋势，风机的整体式安装方法将变得愈加困难，因此分步式安装方法在实际工程施工中普遍应用。但无论哪一种风机安装方法，都面临没有风机安装专用施工船的困难处境。目前，风机安装主要还是使用通用的海上安装施工船，没有针对风机安装进行专业化改装。因此，急需针对叶片尺寸大和受风面积大的结构特点以及海上施工面临的不稳定问题和高风速问题进行专业风机安装船的研发工作。

本发明利用自航自升式安装船在吊装过程中的稳定性优势以及新型叶片安装结构的吊装优势，为海上风机安装提供了一种采用新型叶片安装结构和安装方式的自航自升式风机安装船。通过设置在安装船船尾处的U形安装区，可实现在不移动船体的情况下，依次完成塔筒、机舱、轮毂以及叶片的流程化安装。自航自升式风机安装船可为风机安装提供稳定的基础，新型叶片安装结构可提高叶片提升过程中的稳定性并进行叶片与轮毂的精确对接，减小叶片与轮毂碰撞的概率以及人员受伤的可能性，大大提升叶片安装效率，节省风机安装建设成本，推动海上风力发电场的快速建设。

发明内容

本发明的目的是提供一种自航自升式风机安装船及安装方法，以提高风机安装效率和安全性，并降低风机安装成本。

为了达到上述目的，本发明提供了一种自航自升式风机安装船。自航自升式风机安装船能够方便风机构件的运输并提供稳定的安装基础。安装船上的新型叶片安装结构以及吊装设备布置方式，可提高风机安装效率，尤其是提高叶片安装的安全性和效率。本发明提供的一种自航自升式风机安装船包含安装船主体，桩腿、桩腿升降室、塔架、竖向运动吊梁、横向运动吊梁、叶片对接装置、叶片提升装置和起重机。

所述安装船主体的尾部为U形安装区；所述桩腿升降室位于船尾和船首两端；所述桩腿为圆柱形构造，纵向上设置有一排插销孔，桩腿安装在桩腿升降室的中心位置，并通过插销孔与桩腿进行连接；驾驶安装船使风机塔基位于U形安装区内，桩腿通过桩腿升降室放下，抬起安装船主体，进行风机安装工作。

所述起重机通过旋转底座与船首右侧的桩腿升降室顶部连接；圆形通孔与圆柱形桩腿同心，为桩腿升降提供空间；吊臂长度可到达安装船主体尾部的U形安装区，用于将安装船所携带的塔筒、机舱以及轮毂依次吊装对接；在吊装过程中，竖向运动吊梁以及横向运动吊梁位于安装船甲板附近，以防止阻碍起重机的吊装工作。

所述四部塔架中有两部安装于船尾桩腿升降室顶部且靠近船体外侧的角点位置，由此来节省甲板空间；另外两部则安装于船首与船尾中间位置。塔架底部中央安装有一部卷扬机，通过塔架吊索将卷扬机和塔架吊钩相连。塔架吊钩和吊环相连，用于提升竖向运动吊梁。塔架主体侧面有两条滑轨，给竖向运动吊梁侧面的滚轮提供导向作用，提高稳定性。

所述竖向运动吊梁侧面安装有滚轮，位于塔架的滑轨内部；底部安装有两条工字型滑轨一，为横向运动吊梁顶部的滑轮一提供导向作用。所述横向运动吊梁，其顶部安装有滑轮一与驱动电机一，通过驱动电机一驱动滑轮一在竖向运动吊梁的工字型滑轨一内运动，从而实现横向运动吊梁在船舶横向上的运动。

所述叶片提升装置包括外部叶片提升装置框架、上部滑轮三和驱动电机三、内部柔性布带和吊索，通过柔性布带以及吊索来对叶片进行提升并为叶片提供一定程度的位移和旋转角度，保证一定的自由度。叶片提升装置通过其顶部驱动电机三驱动滑轮三在上述横向运动吊梁底部的工字型滑轨二内运动，并将柔性布带安装于叶片重心处，从而带动叶片在纵向上的运动。

所述叶片对接装置主要由静平台、动平台以及六根运动臂组成；静平台主要呈圆环形，上部安装有滑轮二与驱动电机二，滑轮二位于横向运动吊梁底部的工字型滑轨二内；下部为静平台开合机构，侧面为两个静平台开闭液压杆，其两端分别连接静平台开合机构和静平台顶部一端；通过静平台开闭液压杆的伸缩，带动静平台开合机构以铰链为旋转中心，在连接端口处进行开合；动平台亦主要呈圆环形，其内部安装有三部叶片夹持液压机构，用于夹紧叶根凸缘，其下部为动平台开合机构，侧面为动平台开闭液压杆；六根运动臂为液压杆，当静平台固定时，运动臂进行伸缩，可以调节动平台位置与姿态，从而进行叶根螺栓与轮毂螺栓孔的对接作业。

所述叶片的根部设有环形叶根凸缘，在叶片提升和对接过程中被叶片夹持液压机构抱紧，提高叶片抬升和对接稳定性。

所述的一种自航自升式风机安装船的安装方法，包括以下步骤：

步骤a，驾驶安装船主体使船体尾部U形安装区位于风机塔基位置，桩腿通过桩腿升降室开始下落，将安装船主体抬升到水面一定位置，开始进行风机安装工作；

步骤b，塔架中的卷扬机放松塔架吊索，将竖向运动吊梁降落到船体甲板附近；起重机依次将塔筒、机舱以及轮毂在U形安装区内进行吊装；安装完成后，吊臂离开船体尾部；

步骤c,在竖向运动吊梁以及横向运动吊梁的运动下，将叶片对接装置和叶片提升装置靠近船体甲板上的叶片，叶片对接装置和叶片提升装置分别在滑轮二和滑轮三的带动下移动到叶片根部和叶片重心处；动平台开合机构和静平台开合机构分别在动平台开闭液压杆和静平台开闭液压杆的伸长下闭合；动平台内部的叶片夹持液压机构夹紧叶根凸缘，完成叶片吊装准备工作；

步骤d，塔架中的卷扬机收紧塔架吊索，将竖向运动吊梁和横向运动吊梁提升，并使叶片和轮毂处于同一水平高度；横向运动吊梁在其顶部滑轮一和驱动电机一的作用下进行横向移动，使叶片与轮毂在船舶纵向上进行粗对准；叶片提升装置和叶片对接装置分别在驱动电机三和驱动电机二的作用下，一同驱动叶片到达轮毂附近；此时，轮毂凸缘位于叶片对接装置的静平台和动平台之间；

步骤e，叶片对接装置的六根运动臂进行伸缩来调节动平台的位置和姿态，带动叶根往轮毂方向运动，使叶根螺栓精准穿过轮毂螺栓孔，完成叶片对接工作；

步骤f，叶片对接装置的静平台开闭液压杆与动平台开闭液压杆收缩使静平台开合机构与动平台开合机构打开，完成叶片对接装置脱离工作；叶片提升装置在顶部滑轮三的带动下往叶尖方向运动，完成叶片提升装置脱离工作；重复以上过程，完成剩余叶片的吊装与对接工作。

与相关技术相比，本发明有益效果如下：

(1)所述的安装船主体尾部呈U性，当起重机位于船体前部时可降低对吊臂长度的要求，实现塔筒、机舱、轮毂以及叶片在U形安装区的流程化安装。

(2)所述的塔架、竖向运动吊梁、横向运动吊梁、叶片提升装置以及叶片对接装置可实现叶片在3个方向的移动，并提高叶片吊装过程中的稳定性。

(3)所述叶片对接装置可在叶片与轮毂对接时调整叶根的位置和姿态，使叶根螺栓稳定安全地穿入轮毂螺栓孔，改变传统的利用人力来调整叶片对接姿态的方式，大大提高对接安全性和对接效率，并能够在更恶劣的海洋气候条件下进行叶片的安装工作。

附图说明

图1为本发明一种自航自升式风机安装船的三维示意图；

图2为本发明叶根与轮毂对接过程的三维示意图；

图3为本发明桩腿和桩腿升降室的三维示意图；

图4为本发明塔架的三维示意图；

图5为本发明竖向运动吊梁的三维示意图；

图6为本发明横向运动吊梁的三维示意图；

图7为本发明横向运动吊梁顶部滑轮一与驱动电机一的放大示意图；

图8为本发明叶片提升装置的三维示意图；

图9为本发明叶片对接装置闭合时的三维示意图；

图10为本发明叶片对接装置打开时的三维示意图；

图11为本发明叶片的三维示意图；

图12为本发明轮毂的三维示意图；

图13为本发明起重机的三维示意图；

图中标记如下：

1-安装船主体，2-桩腿，3-桩腿升降室，4-塔架，5-竖向运动吊梁，6-横向运动吊梁，7-叶片对接装置，8-叶片提升装置，9-叶片，10-轮毂，11-塔筒，12-机舱，13-起重机，201-插销孔，401-塔架主体，402-卷扬机，403-塔架吊索，404-滑轨，405-塔架吊钩，501-竖向运动吊梁主体，502-滚轮，503-工字型滑轨一，504-吊环，601-横向运动吊梁主体，602-工字型滑轨二，603-滑轮一，604-驱动电机一，701-静平台，702-动平台，703-静平台开闭液压杆，704-动平台开闭液压杆，705-静平台开合机构，706-动平台开合机构，707-运动臂，708-叶片夹持液压机构，709-连接端口，710-铰链，711-滑轮二，712-驱动电机二，801-叶片提升装置框架，802-柔性布带，803-吊索，804-滑轮三，805-驱动电机三，901-叶片主体，902-叶根凸缘，903-叶根螺栓，1001-轮毂主体，1002-轮毂凸缘，1003-轮毂螺栓孔，1301-旋转底座，1302-通孔，1303-吊臂。

具体实施方式

为使本发明的目的，技术方案以及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1-2所示，一种自航自升式风机安装船，包括安装船主体1、桩腿2、桩腿升降室3、塔架4、竖向运动吊梁5、横向运动吊梁6、叶片对接装置7、叶片提升装置8、叶片9、轮毂10、塔筒11、机舱12、起重机13；安装船主体1尾部呈U型，桩腿2位于桩腿升降室3的中央，四个桩腿2及桩腿升降室3分布在安装船主体1的船首和船尾，两部塔架4位于安装船主体1的中间两侧，另外两部塔架4安装于尾部桩腿升降室3顶部且靠近船体外侧的角点位置，四部塔架4底部的卷扬机402通过收放塔架吊索403使两部竖向运动吊梁5上升下降，横向运动吊梁6则通过其顶部驱动电机一604和滑轮一603实现横向运动，叶片提升装置8在叶片9重心处通过柔性布带802以及吊索803提升叶片9，叶片对接装置7则通过叶片夹持液压机构708与叶根凸缘902进行连接，叶片提升装置8和叶片对接装置7带动叶片9在纵向上靠近轮毂10；六根运动臂707带动动平台702运动，使叶根螺栓903穿入轮毂螺栓孔1003以完成对接；起重机13用于依次将塔筒11，机舱12和轮毂10进行吊装。

如图3所示，桩腿2为圆柱形构造，纵向上设置有一排插销孔201；桩腿2安装在桩腿升降室3的中心位置，并通过插销孔201与桩腿2进行连接。

如图4-7所示，塔架4底部中央安装有一部卷扬机402，通过塔架吊索 403将卷扬机402和塔架吊钩405相连，塔架吊钩405和吊环504相连，用于提升竖向运动吊梁5，塔架主体401侧面有两条滑轨404，给竖向运动吊梁5侧面的滚轮502提供导向作用，提高稳定性；竖向运动吊梁5侧面安装有滚轮502，位于塔架4滑轨404内部；底部安装有两条工字型滑轨一503，为横向运动吊梁6顶部的滑轮一603提供导向作用。

如图8所示，叶片提升装置8外部为叶片提升装置框架801；内部设有柔性布带802和吊索803，用于提升叶片9；顶部安装有滑轮三804和驱动电机三805，滑轮三804位于横向运动吊梁6底部的工字型滑轨二602内，带动叶片提升装置8和叶片9在船舶纵向上进行运动。

如图9-12所示，所述叶片对接装置7主要由静平台701、动平台702以及六根运动臂707组成；静平台701主要呈圆环形，上部安装有滑轮二711与驱动电机二712，滑轮二711位于横向运动吊梁6底部的工字型滑轨二602内，下部为静平台开合机构705，侧面为两个静平台开闭液压杆703，其两端分别连接静平台开合机构705和静平台701顶部一端，通过静平台开闭液压杆703的伸缩，带动静平台开合机构705以铰链710为旋转中心，在连接端口709处进行开合；动平台702亦主要呈圆环形，其内部安装有三部叶片夹持液压机构708，用于夹紧叶根凸缘902，其下部为动平台开合机构706，侧面为动平台开闭液压杆704；六根运动臂707为液压杆，当静平台701固定时，运动臂707进行伸缩，可以调节动平台702位置与姿态，从而进行叶根螺栓903与轮毂螺栓孔1003的对接作业。

如图13，起重机13包含旋转底座1301以及吊臂1303，用于将安装船所携带的塔筒11、机舱12以及轮毂10依次吊装对接，通孔1302则用于为桩腿2提供通过空间。

一种自航自升式风机安装船的安装方法如图1-13所示，包括以下步骤：

步骤a，驾驶安装船主体1使船体尾部U形安装区位于风机塔基位置，桩腿2通过桩腿升降室3开始下落，将安装船主体1抬升到水面一定位置，开始进行风机安装工作；

步骤b，塔架4中的卷扬机402放松塔架吊索403，将竖向运动吊梁5降落到船体甲板附近；起重机13依次将塔筒11、机舱12以及轮毂10在U形安装区内进行吊装；安装完成后，吊臂1303离开船体尾部；

步骤c,在竖向运动吊梁5以及横向运动吊梁6的运动下，将叶片对接装置7和叶片提升装置8靠近船体甲板上的叶片9，叶片对接装置7和叶片提升装置8分别在滑轮二711和滑轮三804的带动下移动到叶片根部和叶片重心处；动平台开合机构706和静平台开合机构705分别在动平台开闭液压杆704和静平台开闭液压杆703的伸长下闭合；动平台702内部的叶片夹持液压机构708夹紧叶根凸缘902，完成叶片9吊装准备工作；

步骤d，塔架4中的卷扬机402收紧塔架吊索403，将竖向运动吊梁5和横向运动吊梁6提升，并使叶片9和轮毂10处于同一水平高度；横向运动吊梁6在顶部滑轮一603和驱动电机一604的作用下进行横向移动，使叶片9与轮毂10在船舶纵向上进行粗对准；叶片提升装置8和叶片对接装置7分别在驱动电机三805和驱动电机二712的作用下，一同驱动叶片9到达轮毂10附近；此时，轮毂凸缘1002位于叶片对接装置7的静平台701和动平台702之间；

步骤e，叶片对接装置7的六根运动臂707进行伸缩来调节动平台702的位置和姿态，带动叶根往轮毂10方向运动，使叶根螺栓903精准穿过轮毂螺栓孔1003，完成叶片9对接工作；

步骤f，叶片对接装置7的静平台开闭液压杆703与动平台开闭液压杆704收缩使静平台开合机构705与动平台开合机构706打开，完成叶片对接装置7脱离工作；叶片提升装置8在顶部滑轮三804的带动下往叶尖方向运动，完成叶片提升装置8脱离工作；重复以上过程，完成剩余叶片9的吊装与对接工作。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，上述说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种自航自升式风机安装船，其特征在于：

包含安装船主体（1），用于抬升安装船的桩腿（2）和桩腿升降室（3），用于吊装塔筒（11）、机舱（12）和轮毂（10）的起重机（13），用于提升和进行叶片（9）对接的塔架（4）、竖向运动吊梁（5）、横向运动吊梁（6）、叶片对接装置（7）和叶片提升装置（8）；所述安装船主体（1）的尾部为U形安装区；所述桩腿升降室（3）位于船尾和船首两端；所述桩腿（2）为圆柱形构造，纵向上设置有一排插销孔（201），桩腿（2）安装在桩腿升降室（3）的中心位置，并通过插销孔（201）与桩腿（2）进行连接；驾驶安装船使风机塔基位于U形安装区内，桩腿（2）通过桩腿升降室（3）放下，抬起安装船主体（1），进行风机安装工作所述起重机（13）通过旋转底座（1301）与船首右侧的桩腿升降室（3）顶部连接；圆形通孔（1302）与圆柱形桩腿（2）同心，为桩腿（2）升降提供空间；吊臂（1303）长度可到达安装船主体(1)尾部的U形安装区，用于将安装船所携带的塔筒（11）、机舱（12）以及轮毂（10）依次吊装对接；在吊装过程中，竖向运动吊梁（5）以及横向运动吊梁（6）位于安装船甲板附近，以防止阻碍起重机（13）的吊装工作；四部所述塔架（4）中有两部安装于船尾桩腿升降室（3）顶部且靠近船体外侧的角点位置，由此来节省甲板空间；另外两部则安装于船首与船尾中间位置；塔架（4）底部中央安装有一部卷扬机（402），通过塔架吊索（403）将卷扬机（402）和塔架吊钩（405）相连；塔架吊钩（405）和吊环（504）相连，用于提升竖向运动吊梁（5）；塔架主体（401）侧面有两条滑轨（404），给竖向运动吊梁（5）侧面的滚轮（502）提供导向作用，提高稳定性；所述竖向运动吊梁（5）侧面安装有滚轮（502），位于塔架（4）的滑轨（404）内部；底部安装有两条工字型滑轨一（503），为横向运动吊梁（6）顶部的滑轮一（603）提供导向作用；所述横向运动吊梁（6），其顶部安装有滑轮一（603）与驱动电机一（604），通过驱动电机一（604）驱动滑轮一（603）在竖向运动吊梁（5）的工字型滑轨一（503）内运动，从而实现横向运动吊梁（6）在船舶横向上的运动；所述叶片提升装置（8）包括外部叶片提升装置框架（801）、上部滑轮三（804）和驱动电机三（805）、内部柔性布带（802）和吊索（803），通过柔性布带（802）以及吊索（803）来对叶片（9）进行提升并为叶片（9）提供一定程度的位移和旋转角度，保证一定的自由度；叶片提升装置（8）通过其顶部驱动电机三（805）驱动滑轮三（804）在上述横向运动吊梁（6）底部的工字型滑轨二（602）内运动，将柔性布带（802）安装于叶片（9）重心处，从而带动叶片（9）在纵向上的运动；所述叶片对接装置（7）主要由静平台（701）、动平台（702）以及六根运动臂（707）组成；静平台（701）主要呈圆环形，上部安装有滑轮二（711）与驱动电机二（712），滑轮二（711）位于横向运动吊梁（6）底部的工字型滑轨二（602）内；下部为静平台开合机构（705），侧面为两个静平台开闭液压杆（703），其两端分别连接静平台开合机构（705）和静平台（701）顶部一端；通过静平台开闭液压杆（703）的伸缩，带动静平台开合机构（705）以铰链（710）为旋转中心，在连接端口（709）处进行开合；动平台（702）亦主要呈圆环形，其内部安装有三部叶片夹持液压机构（708），用于夹紧叶根凸缘（902），其下部为动平台开合机构（706），侧面为动平台开闭液压杆（704）；六根运动臂（707）为液压杆，当静平台（701）固定时，运动臂（707）进行伸缩，可调节动平台（702）位置与姿态，从而进行叶根螺栓（903）与轮毂螺栓孔（1003）的对接作业。

2.如权利要求1所述的一种自航自升式风机安装船，其特征在于：

所述叶片（9）的根部设有环形叶根凸缘（902），在叶片（9）提升和对接过程中被叶片夹持液压机构（708）抱紧，提高叶片（9）抬升和对接稳定性。

3.一种海上风机安装方法，采用权利要求1-2任意一项所述的一种自航自升式风机安装船，包括以下步骤：

步骤a，驾驶安装船主体（1）使船体尾部U形安装区位于风机塔基位置，桩腿（2）通过桩腿升降室（3）开始下落，将安装船主体（1）抬升到水面一定位置，开始进行风机安装工作；

步骤b，塔架（4）中的卷扬机（402）放松塔架吊索（403），将竖向运动吊梁（5）降落到船体甲板附近；起重机（13）依次将塔筒（11）、机舱（12）以及轮毂（10）在U形安装区内进行吊装；安装完成后，吊臂（1303）离开船体尾部；

步骤c,在竖向运动吊梁（5）以及横向运动吊梁（6）的运动下，将叶片对接装置（7）和叶片提升装置（8）靠近船体甲板上的叶片（9），叶片对接装置（7）和叶片提升装置（8）分别在滑轮二（711）和滑轮三（804）的带动下移动到叶片根部和叶片重心处；动平台开合机构（706）和静平台开合机构（705）分别在动平台开闭液压杆（704）和静平台开闭液压杆（703）的伸长下闭合；动平台（702）内部的叶片夹持液压机构（708）夹紧叶根凸缘（902），完成叶片（9）吊装准备工作；

步骤d，塔架（4）中的卷扬机（402）收紧塔架吊索（403），将竖向运动吊梁（5）和横向运动吊梁（6）提升，并使叶片（9）和轮毂（10）处于同一水平高度，横向运动吊梁（6）在其顶部滑轮一（603）和驱动电机一（604）的作用下进行横向移动，使叶片（9）与轮毂（10）在船舶纵向上进行粗对准；叶片提升装置（8）和叶片对接装置（7）分别在驱动电机三（805）和驱动电机二（712）的作用下，一同驱动叶片（9）到达轮毂(10)附近；此时，轮毂凸缘（1002）位于叶片对接装置（7）的静平台（701）和动平台（702）之间；

步骤e，叶片对接装置（7）的六根运动臂（707）进行伸缩来调节动平台（702）的位置和姿态，带动叶根往轮毂（10）方向运动，使叶根螺栓（903）精准穿过轮毂螺栓孔（1003），完成叶片（9）对接工作；

步骤f，叶片对接装置（7）的静平台开闭液压杆（703）与动平台开闭液压杆（704）收缩使静平台开合机构（705）与动平台开合机构（706）打开，完成叶片对接装置（7）脱离工作；叶片提升装置（8）在顶部滑轮三（804）的带动下往叶尖方向运动，完成叶片提升装置（8）脱离工作；重复以上过程，完成剩余叶片（9）的吊装与对接工作。

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