一种海上风电机组安装船装置及其安装方法与流程

本发明涉及海上风电机组安装技术领域，涉及到一种海上风电机组安装船装置及其安装方法。

背景技术：

风力发电是近年来世界各国普遍关注的新能源开发项目之一，发展速度非常快。海上风电场的建设项目越来越多，难度加大。

海上风电机组设备安装对风电机组安装平台的要求也越来越高。通常做法是首先用运输船将安装间运到具体地点，再应用起重船定位安装，同时，通过生活供给船配合。整个过程动用船只多且效率低，为解决这种情况下的种种困难，海上风电机组安装船应运而生。

但是现有技术的风电机组安装船大多结构复杂、造价高，而且功能单一，致使实用性差，市场推广性低。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种海上风电机组安装船装置及其安装方法，将运输船、海上作业平台、起重船以及海上供给船的各种功能集于一体，可不受风浪影响，能独立作业，且成本低，实用性强。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

本发明的一种海上风电机组安装船装置，其特征在于，包括控制系统、安装船、吊机、水下液压系统；所述的安装船包括支撑桩腿、风电机组安装底座、运输固定架；

所述的吊机用于将风电机组吊装到安装船的风电机组安装底座上；

所述的运输固定架，可沿安装船纵向滑动地安装于船身上，包括设置于安装船的左右两侧、相互平行的两个架体；所述的两个架体可沿一个垂直于安装船纵向的横向滑动轨道同时向内或向外移动。

所述的水下液压系统包括液压打桩装置和液压升降装置；液压打桩装置用于在海上风电机组安装地点的安装船支撑桩腿的定位打桩；液压升降装置用于将支撑桩腿打到桩基里，并使安装船及作业平台抬离于海平面。

优选地，所述的安装船包括呈三角形形状排列的3个支撑桩腿。

优选地，所述的横向滑动轨道包括设置于安装船船身上的多组相互配合的由小型电机驱动的自锁式滚轮和滚轮支承。

进一步地，所述的运输固定架的两个架体的顶部和中部分别安装有一个抱紧装置，每个所述的抱紧装置包括一个第一压力传感器，用于检测接合凸结构与接合凹结构的贴合状态；当位于接合凸结构底平面的第一压力传感器接收接合凹结构的压力信号，控制系统中央处理器判断接合凸结构与接合凹结构贴合状态。所述的运输固定架外侧安装有一个第二压力传感器，用于检测运输固定架向外侧移动与纵向滑动轨道边沿的接触状态。

进一步地，所述的风电机组安装底座中心设置有一个重力感应器，用于感应风电机组的放置到位情况。

进一步地，所述的风电机组安装底座设置有一个可360°旋转的回转平台。所述的回转平台通过一个回转支承构成了风电机组安装底座。

进一步地，所述的吊机底座、风电机组安装底座均设置有防倾模块；所述的防倾模块包括相互配合的防倾槽和防倾块。

本发明的一种海上风电机组安装方法，其特征在于，采用海上风电机组安装船装置进行运输和定位安装，所述的安装船包括支撑桩腿、风电机组安装底座、运输固定架；包括以下步骤：

步骤1.在陆地上用吊机将风电机组吊装到安装船上：

确保运运输固定架位于风电机组吊装初始位置a处，将发电机用吊机放置在风电机组安装底座上；底座上的重力感应器感应到风电机组常放置后，触发安装船两侧的运输固定架沿横向滑动轨道移动到风电机组安装底座位置，启动抱紧装置，锁紧风电机组。

步骤2.安装船行驶至指定的海上风电机组安装地点。

步骤3.在指定的海上安装地点对风电机组进行安装：

(1)支撑桩腿安装前，先采用水下液压打桩装置打桩，再采用液压升降装置安装支撑桩腿；液压升降装置使船身及作业平台抬离水面。

(2)作业平台稳定后，松开抱紧装置，施加动力，使运输固定架沿横向滑动轨道向外分开滑至两侧；

(3)吊机拖动塔筒及风电机组沿纵向滑动轨道滑动到风电机组卸载b处再到安装点进行固定安装，并使运输固定架做好再次吊装风电机组的准备。

与现有技术相比，本发明的有益效果和优点如下：

1.本发明的安装船装置集海上运输船、海上作业平台于一体，在码头上将风力发电机接收并放置在风电机组运输固定架上，运输安装船将其运输到安装地点，进行定位安装。在此过程中，安装船装置独立作业，不需要利用海上运输平台运输，安装时也不需要海上安装平台和专用起重船进行专门的机械吊装，提高了安装效率。

2.本发明采用重力感应器来判断风电机组放置到风电机组安装底座的位置是否妥当，当风电机组放置到风电机组安装底座上时，重力感应器根据风电机组加速度引起的晶体形变与电压之间的关系产生信号，控制系统中央处理器接收来自重力感应器的信号并向吊装机构发送指令，挪动风电机组位置直至放置妥当，控制系统中央处理器才使运输固定架的两个架体向内移动，待抱紧装置接合凸结构与接合凹结构贴合则锁死抱紧装置，从而牢固地固定风电机组。

3.本发明采用支撑桩腿来支撑船身，使船身脱离海平面，这样保证了运输安装船可以避免海浪造成的颠簸影响。并且本安装船采用了三条支撑桩腿的形式，可靠稳定，节约成本。

附图说明

图1为本发明的一种实施例安装方法的安装船操作过程示意图。其中，图1a是安装船到达指定位置，图1b是安装船打桩基并安装桩腿，图1c是抬升安装船船体。

图2为本发明海上风电机组安装方法的一种实施例的风电机组吊机吊装示意图。

图3为本发明海上风电机组安装船装置的一种实施例的风电机组运输固定架的抱紧装置结构示意图。

图4为本发明海上风电机组安装船装置的一种实施例的含有回转平台和防倾模块的风电机组安装底座结构示意图。

图5为本发明海上风电机组安装船装置的一种实施例的控制系统结构框图。

图6为本发明海上风电机组安装方法的一种实施例的流程示意图。

其中，1桩基，2支撑桩腿，3作业平台，4接合凸结构，5加固部分，6运输固定架架腿，7接合凹结构，8第一压力传感器，9吊机绳索，10塔筒，11横向滑动轨道，12风电机组安装底座，13运输固定架，14回转支承，15防倾槽，16防倾块；17回转平台，18吊机底座，19纵向滑动轨道，20吊机，21安装船，22抱紧装置，23控制系统，24重力感应器，25第二压力传感器，26风电机组，27水下液压系统，液压打桩装置和液压升降装置，28安装点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明的一种海上风电机组安装船装置，其特征在于，包括控制系统23、安装船21、吊机20、水下液压系统27；所述的安装船21包括支撑桩腿2、风电机组安装底座12、运输固定架13；

所述的吊机20用于将风电机组26吊装到安装船21的风电机组26安装底座12上；

所述的运输固定架13，可沿安装船21纵向滑动地安装于船身上，包括设置于安装船21的左右两侧、相互平行的两个架体；所述的两个架体可沿一个垂直于安装船21纵向的横向滑动轨道11同时向内或向外移动；当装载风电机组26时，两架体沿横向滑动轨道11移动至中间风电机组安装底座12位置锁定风电机组26，在运输过程中保持风电机组26稳定，避免碰撞。

所述的水下液压系统27包括液压打桩装置和液压升降装置；液压打桩装置用于在海上风电机组26安装点28的安装船21的支撑桩腿2的定位打桩；液压升降装置27用于将支撑桩腿2的定位打桩；液压升降装置27用于将支撑桩腿2打到桩基1里，并使安装船21及作业平台3抬离于海平面。抬起船体使船脱离水面，其优点是保证船身不受天气影响，保持正常工作。优选地，所述的安装船21包括呈三角形形状排列的3个支撑桩腿2。减少耗材，安装简单，稳固性强。

优选地，所述的横向滑动轨道11包括设置于安装船21船身上的多组相互配合的由小型电机驱动的自锁式滚轮和滚轮支承。使运输固定架13可沿横向滑动轨道11滑动，并自动锁定，减少了吊机20在工作过程中的工作难度。

进一步地，所述的运输固定架13的两个架体的顶部和中部分别安装有一个抱紧装置22，用于锁紧塔筒10、风电机组26。图3为本发明海上风电机组安装船装置的一种实施例的风电机组运输固定架的抱紧装置结构示意图。如图3所示，每个所述的抱紧装置22包括一个第一压力传感器8，用于检测接合凸结构4与接合凹结构7的贴合状态；所述的运输固定架13外侧安装有一个第二压力传感器25，用于检测运输固定架13向外侧移动的到位情况。

图4为本发明海上风电机组安装船装置的一种实施例的含有回转平台和防倾模块的风电机组安装底座的结构示意图。如图4所示，所述的风电机组安装底座12中心设置有一个重力感应器24，用于感应风电机组26是否放置到位。重力感应器24根据风电机组26加速度引起的晶体形变与电压之间的关系产生信号，控制系统23中央处理器采集来自重力感应器24的信号并向吊装机构发送指令，挪动风电机组26位置直至放置妥当，控制系统23中央处理器才使运输固定架13的两个架体13向内移动从而固定风电机组26。拉动船体两侧的运输固定架13向中央移动，待抱紧装置22接合凸结构4与接合凹结构7贴合则锁死抱紧装置22。卸载过程是利用安装于运输固定架13外侧的第二压力传感器25与纵向滑动轨道11边沿的接触情况进行检测，保证运输固定架分开到位。运输固定架13外侧的第二压力传感器25与纵向滑动轨道11边沿接触正常，则整个运输固定架13滑动到吊装风电机组26的初始位置a处，为下次吊机20吊进风电机组26放置到风电机组安装底座12做好准备。

进一步地，所述的风电机组安装底座12上设置有一个可360°旋转的水平回转平台17。利用该回转平台17，可保证吊机20能够在360°全方位的旋转下，实现风电机组26的精确安装。所述的回转平台17通过一个回转支承14安装在风电机组安装底座12上，该回转平台17绕回转支承14的中心转轴水平转动，水平转动角度为00-3600。吊机20通过该回转支承14与回转平台17转动连接，保证吊机20能够进行360°全方位的旋转，实现风电机组26的精确安装。其中，吊机底座18的结构形式与风电机组安装底座的部分结构类似，如图4虚线框标示处。所述的风电机组安装底座12、吊机底座18均设置有防倾模块；所述的防倾模块包括相互配合的防倾槽15和防倾块16。可保证吊机20在工作过程中保持水平运转，确保所吊塔筒10、风电机组26安装的准确度。

优选地，在回转平台17和作业平台3、吊机底座18间各有一个防倾模块，防倾槽15分别设置在作业平台3、回转平台17的上表面，防倾块16分别设置在回转平台17、吊机底座18的下表面。两者配合使用，防止发生倾覆。

图5为本发明海上风电机组安装船装置的一种实施例的控制系统结构框图。

图6为本发明海上风电机组安装方法的一种实施例的流程示意图。本发明实施例安装方法，采用海上风电机组安装船装置进行运输和定位安装，采用海上风电机组安装船装置进行运输和定位安装；所述的安装船装置包括控制系统23、安装船21、吊机20、水下液压系统27；所述的安装船21包括支撑桩腿2、风电机组安装底座12、运输固定架13；包括以下步骤：

步骤1.在陆地上用吊机20将风电机组26吊装到安装船21上：

在确保运输固定架13位于风电机组26吊装初始位置a处的情况下，将风电机组26用吊机20放置到风电机组安装底座12上；底座上的重力感应器24感应到风电机组26正常放置后，触发安装船21两侧的运输固定架13沿横向滑动轨道11移动到风电机组安装底座12位置，启动抱紧装置22，锁紧风电机组26；从而将风电机组26固定在风电机组安装底座12上。

步骤2.安装船21行驶至指定的海上风电机组26安装点28；

步骤3.在指定的海上安装点28对风电机组26进行安装：

(3-1)支撑桩腿2安装前，先采用水下液压打桩装置27打桩，再采用液压升降装置27安装支撑桩腿2；待三条支撑桩腿2稳定后，液压升降装置27使船身及作业平台3抬离水面；高于海平面2-3米。从而可保证船身不受天气影响，正常工作。

(3-2)吊机20拖动塔筒10及运输固定架13沿纵向滑动轨道19滑动到风电机组26卸载b处。

(3-3)作业平台3稳定后，松开抱紧装置22，施加动力，使运输固定架13沿横向滑动轨道11向外分开滑至两侧，再用吊机20吊装风电机组26到安装点28进行固定安装；

图3为本发明的一种实施例的风电机组运输固定架的抱紧装置结构示意图。在码头水面，用吊机20将风电机组26安装在风电机组安装底座12上，为了能够及时准确的判断风电机组26安装到风电机组安装底座12的位置准确性，采用重力感应器24来判断该过程是否放置好，重力感应器24是根据风电机组26加速度引起的晶体形变与电压之间的关系，来判断风电机组26是否放置到位。若未放置到位，则继续用吊机20挪动风电机组26，直到放置到位。若放置到位，控制系统23中央处理器发出指令，拉动船体两边的运输固定架13的架体向中央靠近。在做好上述工作后，分别设置于运输固定架13顶部和中部的两个抱紧装置上的两个第一压力传感器8均感应到接合凸结构4与接合凹结构7完全贴合后，控制系统23中央处理器发出指令启动抱紧装置22，使接合凹结构7产生磁性锁紧接合凸结构4。其中，加固部分5起到了加固锁紧风电机组26塔筒10的作用，使其稳定。然后，将安装船21行驶至风电机组26指定安装点对风电机组26进行安装。

图1为本发明的一种实施例安装方法的安装船操作过程示意图。其中，图1a是安装船到达指定位置，图1b是安装船打桩基并安装桩腿，图1c是抬升安装船船体。

如图1a、1b、1c所示，当安装船21装载风电机组26到达指定位置后，启动水下液压打桩装置27，找准位置，打出桩基1，然后启动液压升降装置27将支撑桩腿2缓慢的压到桩基1里，确定三条支撑桩腿2稳定后，船体向外压载排水使作业平台3向上抬升，高于海平面2-3米，以便于对风电机组安装底座12的安装。

图2为本发明的一种实施例安装方法的安装船21到达指定位置后，吊机20吊装风电机组26的操作示意图。如图2所示，当作业平台3稳定后，拉长吊机绳索9锁紧风电机组26塔筒10并挪动风电机组26，使得安装在风电机组安装底座12上的风电机组26连同固定风电机组26的运输固定架13沿纵向滑动轨道19滑动至b位置。待移动到指定位置b后，中央控制台控制系统23中央处理器发出指令松开抱紧装置22，此时，给接合凹结构7进行消磁，并通过运输固定架13架腿6底座滚轮上电机提供动力，促使运输固定架13向两侧滑动。依靠回转支承14使风电机组26进行水平面00-3600水平面角度调整，实现风电机组安装底座12与安装位置精确对准。再用吊机20将风电机组26吊至安装点28进行精确安装。