CN116902175A - 一种漂浮式海上风电设备施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种漂浮式海上风电设备施工方法，所述风电设备包括风电机组和漂浮式基础，施工方法包括单独建造风电机组；分段建造及分段拼接漂浮式基础，将漂浮式基础分为垂荡板、立柱、横撑和甲板四个部分，先拼装垂荡板，以垂荡板为总装基础，将立柱和横撑组装至垂荡板上，在组装立柱和横撑的同时单独建造甲板，待垂荡板、立柱和横撑组装完成之后，将甲板整体吊装在上方，完成整个漂浮式基础的总装；将总装后的漂浮式基础单独拖航至靠近码头的组装海域并固定在组装海域，在漂浮式基础上逐节吊装塔筒组件，将风电机组固定安装在塔筒组件的预设位置处，将固定有风电机组的漂浮式基础拖航至目标海域。本申请建造效率高、建造精度高且建造环境安全。

Description

一种漂浮式海上风电设备施工方法

技术领域

本申请涉及海上风电设备技术领域，具体而言，涉及一种漂浮式海上风电设备施工方法。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，有着非常高的利用价值。海上风电设备是在海上利用风能的关键设备。海上风电设备包括固定式风电设备和漂浮式风电设备，在水深大于50米的海域，考虑经济成本等因素，一般采用漂浮式的海上风电设备。固定式漂浮设备为固定式风电机组，安装环境相对稳定且安全。而漂浮式海上风电设备的风电机组需要为浮漂状态，由于海上环境复杂，如何高效、高精度且安全地建造漂浮式海上风电设备，对海上风电设备的高效运营来说具有重大意义。

发明内容

本申请的目的在于提供一种漂浮式海上风电设备施工方法，其解决了现有的漂浮式海上风电设备的建造效率低、建造精度低且建造环境不安全的问题。

提供了一种漂浮式海上风电设备施工方法，所述风电设备包括风电机组和漂浮式基础，施工方法包括：

单独建造风电机组；

分段建造及分段拼接漂浮式基础，将漂浮式基础分为垂荡板、立柱、横撑和甲板四个部分，所述垂荡板、立柱和甲板均为分段建造，先分段建造垂荡板，以垂荡板为总装基础，将立柱和横撑组装至垂荡板上，在组装立柱和横撑的同时单独建造甲板，待垂荡板、立柱和横撑组装完成之后，将甲板整体吊装在立柱的上方，完成漂浮式基础的总装；

将总装后的漂浮式基础单独拖航至靠近码头的组装海域并临时固定在组装海域，在漂浮式基础上逐节吊装塔筒组件，将风电机组固定安装在塔筒组件的预设位置处，将固定有风电机组的漂浮式基础拖航至目标海域。

在一种实施方案中，所述先分段建造垂荡板，以垂荡板为总装基础，将立柱和横撑组装至垂荡板上，在组装立柱和横撑的同时单独建造甲板，包括：

以垂荡板内的多个压载舱的交接线为分段线，沿分段线将每个垂荡板划分为四个垂荡板分段，将建造完成的四个垂荡板分段拼装为垂荡板；将每个立柱从上至下按照空舱区域划分为三个立柱分段，先分别建造三个立柱分段，再将三个立柱分段组装至垂荡板上；将甲板划分为三个独立区域和一个公共区域，每个独立区域为一个甲板分段，公共区域为一个甲板分段，按四个甲板分段建造甲板。

在一种实施方案中，所述在漂浮式基础上逐节吊装塔筒组件，包括：

将所述塔筒组件拆分为多节塔筒；

先吊装第一节塔筒，第一节塔筒的吊装方法为：在第一节塔筒的底部法兰上安装导向风绳，通过牵引导向风绳引导所述第一节塔筒吊装在漂浮式基础上；

按照第一节塔筒的吊装方法，将第二节塔筒、第三节塔筒和第四节及以上塔筒自下至上依次吊装在前一节塔筒上。

在一种实施方案中，所述在漂浮式基础上逐节吊装塔筒组件还包括：

在逐节吊装塔筒组件的过程中，通过同步调节漂浮式基础内的多个压载舱的压载水位，动态调整漂浮式基础的吃水深度和水平度，塔筒组件吊装完成后使漂浮式基础吃水至第一预定深度。

在一种实施方案中，所述风电机组包括机舱和叶轮，安装机舱的步骤包括：

在塔筒组件逐节吊装过程中，将机舱起吊至超过顶节塔筒的顶部，缓慢移动机舱，待机舱位于顶节塔筒的正上方时，缓慢下降机舱，直到机舱下方的所有螺栓穿入预设节塔筒的螺栓孔。

在机舱安装的过程中，通过同步调节漂浮式基础内多个压载舱的压载水位，动态调整漂浮式基础的吃水深度和水平度，机舱吊装完成后使漂浮式基础吃水至第二预定深度。

在一种实施方案中，在安装机舱之后安装叶轮，叶轮的安装步骤如下：

所述叶轮包括轮毂和三个叶片，通过将第一个叶片、第二叶片和第二叶片依次组装至轮毂上形成叶轮，并在叶轮上设置两个叶轮吊座，在第一叶片的距离叶根预设距离处设置起吊点，在第二叶片和第三叶片的叶尖上均设置风绳套；

利用第一吊带的一端连接主吊机，另一端连接叶轮吊座，同时利用第二吊带的一端连接辅吊机，第二吊带的另一端通过叶片护板固定连接起吊点，再使用两根引导绳穿过第二叶片和第三叶片的叶尖的风绳套；

同时提升第一吊带和第二吊带，并通过引导绳控制叶轮方向，在上升过程中，始终保持第二叶片和第三叶片在上，第一叶片在下，且第一叶片的上升速度慢于第二叶片和第三叶片，直至叶轮吊至竖直状态，再通过圆形吊带缓慢提升所述风电机组将风电机组固定安装在所述机舱上。

在一种实施方案中，所述起吊点位于第一叶片的轴线上，并沿轴线在距离叶根预设距离处安装预设工装。

在一种实施方案中，在叶轮吊至竖直位置后还包括拆卸与第一叶片连接的扁平吊带和叶片护板，撤离辅吊机。

在一种实施方案中，在将风电机组固定安装在所述机舱上之后，还包括动态调整漂浮式基础的水平度和将漂浮式基础的吃水深度调整至第三预定深度。

本申请中的漂浮式海上风电设备施工方法具有的有益效果：

1、结合漂浮式海上风电设备的结构特点，通过单独制造风电机组各部件、分段建造和拼装漂浮式基础，并分体拖航各个部件单体拖航建造的方式，提高了制造效率，保证了制造精度和便捷性，降低施工大型装备选型要求，提高施工安全，降低施工费用；且实现在稳定环境内进行漂浮式基础与风电机组拼接建造。

2、漂浮式基础建造完成后单独拖航至指定场地，进行风电机组拼装作业后，再一体化拖航，减少一体化拖航距离，降低风险；且吊装风电机组前，漂浮式基础位于海上为浅吃水状态，降低拖航成本，风电机组安装时，漂浮式基础为深吃水状态，间接降低风电机组吊装高度，降低履带吊吊高，降低安装成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为根据本申请实施例示出的一种漂浮式基础的结构示意图；

图2为根据本申请实施例示出的一种单独拖航漂浮式基础的示意图；

图3为根据本申请实施例示出的一种漂浮式基础单独固定在组装海域的结构示意图；

图4为根据本申请实施例示出的一种单独建造风电机组的示意图；

图5为根据本申请实施例示出的一种逐节吊装塔筒组件的结构示意图；

图6为根据本申请实施例示出的一种垂荡板分段的结构示意图；

图7为根据本申请实施例示出的一种立柱分段的结构示意图；

图8为根据本申请实施例示出的一种甲板分段的结构示意图；

图9为根据本申请实施例示出的一种横撑分段的结构示意图。

10、码头；20、组装海域；100、风电机组；110、叶轮；111、轮毂；112、叶片；200、漂浮式基础；210、垂荡板；211、第一垂荡板分段；212、第二垂荡板分段；213、第三垂荡板分段；214、第四垂荡板分段；220、立柱；221、第一立柱分段；222、第二立柱分段；223、第三立柱分段；230、横撑；240、甲板；241、第一独立区域；242、第二独立区域；243、第三独立区域；244、公共区域；300、塔筒组件。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请提供一种漂浮式海上风电设备施工方法，风电设备包括风电机组和漂浮式基础，参见图1-图5，施工方法具体包括如下步骤：

单独建造风电机组100，具体为轮毂和叶片，在各自生产车间单独制造，制造完成之后通过运输驳船运送至码头，并根据组装顺序和组装工艺，在码头的岸边场地进行风电机组拼装。

分段建造及分段拼接漂浮式基础200，参见图1，将漂浮式基础分为垂荡板210、立柱220、横撑230和甲板240四个部分。垂荡板210、立柱220和甲板240均分段制造，先分段拼装垂荡板210，以垂荡板210为总装基础，将立柱分段和横撑分段组装至垂荡板210上，在组装立柱220和横撑230的同时单独建造甲板240，待垂荡板210、立柱220和横撑230组装完成之后，将甲板240整体吊装至立柱的上方，完成漂浮式基础200的总装；

将总装后的漂浮式基础单独拖航至靠近码头10的组装海域20并临时固定在组装海域20，具体为，漂浮式基础拖航至组装海域20之后，在一个可实施例中，通过码头设备或基础自有卷扬机装置将漂浮式基础与码头的带缆固定(如图3)。接着，参见图5，在漂浮式基础200上逐节吊装塔筒组件300，在逐节吊装塔筒组件的过程中，将风电机组100固定安装在塔筒组件300的预设位置处，随后，再将固定安装有风电机组100的漂浮式基础200拖航至目标海域。通过将漂浮式基础先固定在组装海域，实现了在安全环境内(码头的岸边场地)进行塔筒组件、风电机组与漂浮式基础的固定安装。

漂浮式基础建造实施方法是一项庞大而复杂的系统工程，通常情况下建造周期较长，并且对场地空间和吊机资源需求高。在上述实施过程中，风电机组各部件单独制造、漂浮式基础分段建造和拼装以及塔筒组件分节吊装，漂浮式基础建造完成后单独拖航至指定场地，然后进行风电机组拼装作业后，再一体化拖航，即分段建造结合单体拖航，提高了建造效率同时降低了单次拖航重量，降低风险。且通过单体拖航和分节吊装塔筒组件，在塔筒组件安装过程中，安装风电机组，可以降低风电机组吊装高度，增加吊装装备可选范围，降低造价。本申请提供的漂浮式海上风电设备施工方法，提高了制造效率，保证了制造精度和便捷性，降低施工大型装备选型要求，提高施工安全，降低施工费用。

在一种实施方案中，为了进一步缩短建造周期，先拼装垂荡板，以垂荡板为总装基础，将立柱分段和横撑组装至垂荡板上，在组装立柱分段和横撑的同时单独建造甲板，包括：

同时根据建造场地吊机起重能力，将漂浮式基础的各部分均分段制作。具体参见图6-图9，以垂荡板210内多个压载舱位于垂荡板的交接线为分段线，分段线为进行分段建造时的分界线，沿分段线将每个垂荡板210划分为四个垂荡板分段(第一垂荡板分段211、第二垂荡板分段212、第三垂荡板分段213和第四垂荡板分段214)，将建造完成的四个垂荡板分段拼装为垂荡板210；将每个立柱220从上至下按照空舱区域划分为三个立柱分段(第一立柱分段221、第二立柱分段222、第三立柱分段223)，先分别建造三个立柱分段，再将三个立柱分段组装至垂荡板210上；将甲板240划分为三个独立区域(第一独立区域241、第二独立区域242和第三独立区域243)和一个公共区域244，每个独立区域为一个甲板分段，公共区域为一个甲板分段，按四个甲板分段建造甲板240；每个横撑230作为一个整体，共三个横撑230。通过将漂浮式基础的四个部分均按照分段的形式建造，可以同时建造，提高建造效率，并且分段结合漂浮式基础的结构特点，在保证漂浮式基础水密性的前提下，实现高效率高精度建造。

在一种实施方案中，在漂浮式基础上逐节吊装塔筒组件，包括：

将塔筒组件300拆分为多节塔筒；

先吊装第一节塔筒，第一节塔筒的吊装方法为：在第一节塔筒的底部法兰上安装导向风绳，通过牵引导向风绳引导第一节塔筒吊装在漂浮式基础200上；

按照第一节塔筒的吊装方法，将第二节塔筒、第三节塔筒、第四节及以上塔筒自下至上依次吊装在前一节塔筒上。

在上述实施方案中，通过将塔筒组件划分为多节安装，可以降低单次吊运重量，提高吊运安全度。

在一种实施方案中，在漂浮式基础上逐节吊装塔筒组件还包括：

在逐节吊装塔筒组件300的过程中，通过调节漂浮式基础200内多个压载舱的压载水位，动态调整漂浮式基础200的吃水深度和水平度，塔筒组件300吊装完成后使漂浮式基础200吃水至第一预定深度。通过在漂浮式基础200内预留压载舱室，及在安装过程中全程调载作业，满足风电机组浮态安装的作业条件，实现漂浮式基础相对运动状态下的风电机组安装。通过调整吃水状态，动态调整漂浮式基础+塔筒的偏心情况，稳定塔筒和风电机组吊装高度，确保吊装作业安全。

在一种实施方案中，所述风电机组包括机舱和叶轮，安装机舱的步骤包括：

在逐节吊装塔筒组件300过程中，将机舱起吊至超过塔筒组件300的顶节塔筒的顶部，缓慢移动机舱，待机舱位于塔筒组件300的第四节塔筒的正上方时，缓慢下降机舱，直到机舱下方的所有螺栓穿入塔筒组件300的第四节塔筒的螺栓孔。在机舱安装的过程中，通过同步调节漂浮式基础内多个压载舱的压载水位，动态调整漂浮式基础的吃水深度和水平度，机舱吊装完成后使漂浮式基础吃水至第二预定深度。

在一种实施方案中，在安装机舱之后安装叶轮，叶轮的安装步骤如下：

参见图4，叶轮110包括轮毂111和三个叶片112(第一叶片、第二叶片和第三叶片)。在叶轮110上设置两个叶轮吊座，在第一叶片距离叶根预设距离处设置起吊点，在一个实施例中，起吊点位于第一叶片的叶片轴线上的预设位置处，在第二叶片和第三叶片的叶尖上均设置风绳套；风绳套在运输船上提前安装。

将第一吊带(两根120T×9m的圆形吊带)的一端连接主吊机，另一端通过2个150T弓形卸扣分别与叶轮吊座连接，同时将第二吊带(一根30t×15m×300mm的扁平吊带)的一端连接辅吊机，扁平吊带的另一端通过叶片护板固定连接起吊点，再将两根引导绳穿过第二叶片和第三叶片的叶尖的风绳套。

起吊叶轮110，叶轮110与机舱对接前用干净无纤维抹布及专用清洗剂清理轮毂111与机舱齿轮箱上的安装法兰面及螺纹孔。提升圆形吊带和扁平吊带，由于叶轮吊装完成后要拆卸风绳套和引导绳，因此，拉拽吊带时切勿用力过大，以便在叶轮安装完成后可以从地面轻易地将其卸掉。在提升过程中，始终保持第二叶片和第三叶片在上，第一叶片在下，且第一叶片的上升速度慢于第二叶片和第三叶片，整个过程要保持叶片离开地面，直至叶轮吊至竖直状态，再通过圆形吊带缓慢提升叶轮将叶轮固定安装在机舱上。整个过程中，通过引导绳控制叶轮110方向，使其不因风向改变而出现晃动。

在一种实施例中，还包括在叶轮吊至竖直位置后，拆卸与第一叶片连接的扁平吊带和叶片护板，并撤离辅吊机。以及在将风电机组固定安装之后，还包括动态调整漂浮式基础的水平度和将漂浮式基础的吃水深度调整至第三预定深度，第三预定深度时漂浮式基础吃水至适拖深度。

在上述实施过程中，通过逐节塔筒组件吊装，吊装过程中动态调载漂浮式基础的压载舱室，在漂浮式基础吃水至指定深度时，再进行机舱吊装，机舱作为驱动叶轮的驱动装置，在塔筒组件吊装过程中进行安装固定，再与叶轮进行连接，同时漂浮式基础的舱室动态调载；叶轮预组装后再吊装。风电机组(机舱和叶轮)的安装过程为相对运动状态，三个叶片与轮毂在地面组拼成叶轮后，整体吊放到塔筒顶部的机舱上，减少高空作业环节，提高作业效率，并确保吊装作业安全。同时在吊装过程中，控制叶片的运动状态，实现将其安全稳定吊装至漂浮式基础上。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种漂浮式海上风电设备施工方法，其特征在于，所述风电设备包括风电机组和漂浮式基础，施工方法包括：

单独建造风电机组；

分段建造及分段拼接漂浮式基础，将漂浮式基础分为垂荡板、立柱、横撑和甲板四个部分，所述垂荡板、立柱和甲板均为分段建造，先分段建造垂荡板，以垂荡板为总装基础，将立柱和横撑组装至垂荡板上，在组装立柱和横撑的同时单独建造甲板，待垂荡板、立柱和横撑组装完成之后，将甲板整体吊装在立柱的上方，完成漂浮式基础的总装；

将总装后的漂浮式基础单独拖航至靠近码头的组装海域并临时固定在组装海域，在漂浮式基础上逐节吊装塔筒组件，将风电机组固定安装在塔筒组件的预设位置处，将固定有风电机组的漂浮式基础拖航至目标海域。

2.根据权利要求1所述的漂浮式海上风电设备施工方法，其特征在于，所述先分段建造垂荡板，以垂荡板为总装基础，将立柱和横撑组装至垂荡板上，在组装立柱和横撑的同时单独建造甲板，包括：

以垂荡板内的多个压载舱的交接线为分段线，沿分段线将每个垂荡板划分为四个垂荡板分段，将建造完成的四个垂荡板分段拼装为垂荡板；将每个立柱从上至下按照空舱区域划分为三个立柱分段，先分别建造三个立柱分段，再将三个立柱分段组装至垂荡板上；将甲板划分为三个独立区域和一个公共区域，每个独立区域为一个甲板分段，公共区域为一个甲板分段，按四个甲板分段建造甲板。

3.根据权利要求2所述的漂浮式海上风电设备施工方法，其特征在于，所述在漂浮式基础上逐节吊装塔筒组件，包括：

将所述塔筒组件拆分为多节塔筒；

先吊装第一节塔筒，第一节塔筒的吊装方法为：在第一节塔筒的底部法兰上安装导向风绳，通过牵引导向风绳引导所述第一节塔筒吊装在漂浮式基础上；

按照第一节塔筒的吊装方法，将第二节塔筒、第三节塔筒和第四节及以上塔筒自下至上依次吊装在前一节塔筒上。

4.根据权利要求1所述的漂浮式海上风电设备施工方法，其特征在于，所述在漂浮式基础上逐节吊装塔筒组件还包括：

在逐节吊装塔筒组件的过程中，通过同步调节漂浮式基础内的多个压载舱的压载水位，动态调整漂浮式基础的吃水深度和水平度，塔筒组件吊装完成后使漂浮式基础吃水至第一预定深度。

5.根据权利要求1所述的漂浮式海上风电设备施工方法，其特征在于，所述风电机组包括机舱和叶轮，安装机舱的步骤包括：

在塔筒组件逐节吊装过程中，将机舱起吊至超过顶节塔筒的顶部，缓慢移动机舱，待机舱位于顶节塔筒的正上方时，缓慢下降机舱，直到机舱下方的所有螺栓穿入预设节塔筒的螺栓孔；

在机舱安装的过程中，通过同步调节漂浮式基础内多个压载舱的压载水位，动态调整漂浮式基础的吃水深度和水平度，机舱吊装完成后使漂浮式基础吃水至第二预定深度。

6.根据权利要求5所述的漂浮式海上风电设备施工方法，其特征在于，在安装机舱之后安装叶轮，叶轮的安装步骤如下：

所述叶轮包括轮毂和三个叶片，通过将第一个叶片、第二叶片和第二叶片依次组装至轮毂上形成叶轮，在叶轮上设置两个叶轮吊座，在第一叶片的距离叶根预设距离处设置起吊点，在第二叶片和第三叶片的叶尖上均设置风绳套；

利用第一吊带的一端连接主吊机，另一端连接叶轮吊座，同时利用第二吊带的一端连接辅吊机，第二吊带的另一端通过叶片护板固定连接起吊点，再使用两根引导绳穿过第二叶片和第三叶片的叶尖的风绳套；

同时提升第一吊带和第二吊带，并通过引导绳控制叶轮方向，在上升过程中，始终保持第二叶片和第三叶片在上，第一叶片在下，且第一叶片的上升速度慢于第二叶片和第三叶片，直至叶轮吊至竖直状态，再通过圆形吊带缓慢提升所述叶轮将叶轮固定安装在所述机舱上。

7.根据权利要求6所述的漂浮式海上风电设备施工方法，其特征在于，所述起吊点位于第一叶片的轴线上，并沿轴线在距离叶根预设距离处安装预设工装。

8.根据权利要求6所述的漂浮式海上风电设备施工方法，其特征在于，在叶轮吊至竖直位置后还包括拆卸与第一叶片连接的扁平吊带和叶片护板，撤离辅吊机。

9.根据权利要求1所述的漂浮式海上风电设备施工方法，其特征在于，在将风电机组固定安装之后，还包括动态调整漂浮式基础的水平度和将漂浮式基础的吃水深度调整至第三预定深度。