张力腿式海上浮动式风力机整体安装辅助装置及安装方法
【专利摘要】一种张力腿式海上浮动式风力机整体安装的辅助装置及方法，该辅助装置包括辅助模块、眼板、止动销、油缸、定位绞车和钢丝绳，其中，辅助模块安装在风力机的多立柱张力腿式海上浮动式基础的外侧，眼板可拆卸地连接在多立柱张力腿式海上浮动式基础的周向立柱上，多个油缸布置于辅助模块的侧面和底面，油缸的缸体固定在辅助模块上，止动销与油缸的缸杆相铰接并且受油缸的驱动插入眼板的孔中，定位绞车固定在辅助模块的顶部，钢丝绳一端与定位绞车相连，另一端与预抛在海底的定位锚相连。本发明能够为张力腿式海上浮动式风力机的安装提供足够的稳性和浮力以及辅助定位，从而大幅节省海上作业时间，降低安装成本，适合于大规模海上浮动式风力发电场的建设。
【专利说明】张力腿式海上浮动式风力机整体安装辅助装置及安装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及海上浮动式风力机的整体安装技术，具体涉及一种张力腿式海上浮动式风力机整体安装辅助装置及安装方法，属于海洋工程【技术领域】，
【背景技术】
[0002]风能是目前发展最迅速、最具潜力的可再生能源，全球可利用的风能资源非常丰富，风能总量比地球上可开发利用的水能总量大10倍以上，其中大部分高品质的风能资源集中在海上深水区域。海上风能大国如:美国、中国、日本、挪威等的风能资源都集中在水深超过30m的非浅水区域。深水浮动式风力机作为一种替代传统固定式风机的新装备具有广阔的应用前景，已成为国外海上风能研究的热点领域。美国、欧洲和日本等对此进行了比较广泛的研究，纷纷提出了新型的浮式风机概念，目前处于不同的设计和验证阶段。
[0003]浮动式风力机主要由三部分组成，即位于顶部的风力发电机组、底部的浮式基础和用以连接二者的塔筒结构。底部的浮式基础与海洋石油平台下浮体相似，可划分为三种主要类型:单柱式平台，半潜式平台和张力腿式平台。单柱式平台通过压载使重心高度远低于浮心高度以获得稳性和优良的垂荡性能。半潜式平台通过合理布置水线面以取得较大的水线面惯性矩，从而获得稳性和较好的运动性能。张力腿式平台通过设置张力腿预张力以获得稳性和优良的运动性能。
[0004]目前，海上浮动式风力机的安装方式主要分为多体式安装、两体式安装和整体式安装。分体式是指依次安装机舱、轮毂、叶片、塔筒和浮动式基础等，其安装过程比较复杂，每次安装需要海上吊装的次数较多，需要较长的海上作业时间，因此对安装船的要求高，安装费用也较高。两体式安装是指在陆地上把顶部的风力发电机组(包括机舱、轮毂和叶片等)和塔筒安装好，再利用安装船吊运至预先安装好的海上浮动式基础上。整体式安装是利用现有技术和装备在陆地上完成海上浮动式风力机所有部件的安装，再利用安装船整体运输至预定安装海域，最后再安装系泊系统。
[0005]经对现有技术的文献检索发现，上海交通大学船建学院于2012年公布一种新型的多立柱张力腿式海上5MW浮动式风力机(Energies2012, 5，3874-3891; do1: 10.3390/en5103874),其浮动基础主体型深21.5m,中心立柱直径6m，周向立柱截面尺寸长4.8m,宽4.8m，排水体积4170m3，平台重量包括固定压载约为2375t，浮心位置位于水面下约12m处，重心位置位于水面下约9.85m处。由于该5MW海上张力腿式海上浮动式风力机浮心位于重心位置以下，在未安装张力系泊腿之前，整体稳性不足，因此安装时不宜采用整体式安装，只适合采用分体式安装或两体式安装，因而安装成本较高。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有张力腿式海上浮动式风力机安装方式的上述不足和缺陷，提供一种适用于张力腿式海上浮动式风力机整体安装的辅助装置，其既可以为张力腿式海上浮动式风力机的安装提供足够的稳性和浮力，又可以为张力腿式海上浮动式风力机的安装提供辅助定位，从而大幅节省海上作业时间，降低安装成本。本发明还提供了一种采用所述辅助装置的张力腿式海上浮动式风力机的整体安装方法。
[0007]本发明解决其技术问题的技术方案是:
[0008]一种张力腿式海上浮动式风力机整体安装的辅助装置，该张力腿式海上浮动式风力机包括具有周向立柱的多立柱张力腿式海上浮动式基础，其特征在于:所述辅助装置包括辅助模块、眼板、止动销、油缸、定位绞车和钢丝绳，所述辅助模块安装在所述多立柱张力腿式海上浮动式基础的外侧，所述眼板可拆卸地连接在所述多立柱张力腿式海上浮动式基础的周向立柱上，多个所述油缸布置于所述辅助模块的侧面和底面，该油缸的缸体固定在所述辅助模块上，所述止动销与所述油缸的缸杆相铰接，并且该止动销受该油缸的驱动插入所述眼板的孔中，所述定位绞车固定在所述辅助模块的顶部，所述钢丝绳一端与该定位绞车相连，另一端与预抛在海底的定位锚相连。
[0009]进一步地，所述的辅助模块的内部设有压载舱、动力舱、压载泵舱和液压泵站舱。
[0010]进一步地，所述的辅助装置数量共三组。
[0011]进一步地，所述的定位绞车采用电力驱动或者液压驱动。
[0012]进一步地，所述的油缸采用电力驱动或者液压驱动。
[0013]本发明另一技术方案为:
[0014]一种采用所述辅助装置的张力腿式海上浮动式风力机的整体安装方法，其包括如下具体步骤:
[0015]I)在船厂完成包括有多立柱张力腿式海上浮动式基础的张力腿式海上浮动式风力机的建造和安装；
[0016]2)将所述眼板连接在所述多立柱张力腿式海上浮动式基础的周向立柱上，利用陆上的吊机将3组已安装止动销、油缸、定位绞车和钢丝绳的辅助模块安装在所述多立柱张力腿式海上浮动式基础上；
[0017]3)驱动所述辅助模块上的油缸，使止动销插入所述多立柱张力腿式海上浮动式基础上眼板的孔中，将该辅助模块与所述多立柱张力腿式海上浮动式基础的周向立柱相连接进行临时固定；
[0018]4)将组装完毕的张力腿式海上浮动式风力机和辅助装置整体吊装至船坞里，通过所述辅助模块中的压载泵进行压载，直至水线面到达预定吃水；
[0019]5)利用拖船将组装后的张力腿式海上浮动式风力机和辅助装置整体拖航至预定安装海域；
[0020]6)将钢丝绳与预抛在海底的定位锚相连接，然后驱动定位绞车通过钢丝绳定位所述张力腿式海上浮动式风力机；
[0021]7)将系泊系统与所述张力腿式海上浮动式风力机的多立柱张力腿式海上浮动式基础连接；
[0022]8)驱动所述辅助模块上的油缸，使止动销由所述多立柱张力腿式海上浮动式基础上的眼板的孔中退出，将所述辅助装置与多立柱张力腿式海上浮动式基础相脱离；
[0023]9)由所述多立柱张力腿式海上浮动式基础的周向立柱上拆除所述眼板，将所述钢丝绳与海底的定位锚相脱离，利用拖船将所述辅助装置拖离安装海域，完成张力腿式海上浮动式风力机的整体安装。[0024]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0025]在张力腿式海上浮动式风力机安装时，所述辅助模块既能够提供足够的稳性和浮力，又能够提供辅助定位，从而大幅节省了海上作业时间，降低了安装成本，适合大规模海上浮动式风力发电场的建设。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明的主视图。
[0027]图2是本发明的侧视图。
[0028]图3是图2中的A— A剖视图。
[0029]图4本发明的俯视图。
[0030]图5本发明的立体图。
[0031]图中，I—风轮,2—机舱,3—塔筒,4一多立柱张力腿式海上浮动式基础，5—辅助模块，6—定位绞车，7—钢丝绳，8—眼板，9一止动销，10—油缸。
【具体实施方式】
[0032]以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述，本实施例以本发明的技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0033]如图1、图2、图3和图5所示，本实施例所述的辅助装置用于对张力腿式海上浮动式风力机的整体安装，该张力腿式海上浮动式风力机包括风轮1、机舱2、塔筒3和多立柱张力腿式海上浮动式基础4，其中，风轮I和机舱2通过法兰安装在塔筒3的上部，塔筒3的下部安装在多立柱张力腿式海上浮动式基础4的中央立柱上，该多立柱张力腿式海上浮动式基础4具有多个周向立柱。
[0034]所述的风轮I包含3组叶片和轮毂，其中叶片直径为126m，叶片安装在轮毂上。
[0035]所述的机舱2内布置一组5丽风力发电机组及传动系统，风轮I与该5MW风力发电机组通过传动系统相连。
[0036]所述的塔筒3为圆锥形壳体式结构，底部直径6m，顶部直径4m，塔筒3的顶部与机舱2通过法兰相连。
[0037]本实施例所述张力腿式海上浮动式风力机整体安装的辅助装置的数量共三组，所述辅助装置包括辅助模块5、眼板8、止动销9、油缸10、定位绞车6和钢丝绳7，它们之间的连接关系为:三个辅助模块5均匀地安装在多立柱张力腿式海上浮动式基础4的周围外侧；眼板8可拆卸地临时连接在所述多立柱张力腿式海上浮动式基础4的周向立柱上；多个油缸10布置于所述辅助模块5的侧面和底面，请结合参阅图4，该油缸10的缸体固定在辅助模块5上,油缸10的缸杆与所述止动销9相铰接,并且该止动销9受油缸10的驱动能够插入所述眼板8的孔中；三个定位绞车6分别固定安装在三个辅助模块5的顶部，所述钢丝绳7的一端与定位绞车6的卷筒相连，另一端与预抛在海底的定位锚相连。
[0038]所述的辅助模块5为壳状钢构件，其内部设有压载舱、动力舱、压载泵舱和液压泵站舱；该辅助模块5的尺寸为宽度4.5m,长度10m，高度20m，设计吃水6m，设计排水体积2700m3。[0039]所述的定位绞车6采用电力驱动或者液压驱动，其额定拉力750kN，额定速度0-20m/min。当张力腿式海上浮动式风力机拖航至预定安装海域后，定位绞车6通过钢丝绳7对张力腿式海上浮动式风力机进行定位。
[0040]所述的油缸10采用电力驱动或者液压驱动，其额定推力IOOkN,额定速度O-1Om/min0
[0041]所述的眼板8上设有能够插入止动销9的孔。
[0042]所述的止动销9在辅助模块5侧面共布置12组，在辅助模块5底部共布置6组；止动销9经油缸10驱动后能够插入眼板8的孔中，为辅助模块5进行临时固定。
[0043]采用所述辅助装置的张力腿式海上浮动式风力机的整体安装方法包括如下具体步骤:
[0044]I)多立柱张力腿式海上浮动式基础4在船厂建造完毕后，通过陆上吊机分别将风轮1、机舱2、塔筒3安装在该多立柱张力腿式海上浮动式基础4上。
[0045]2)将眼板8连接在所述多立柱张力腿式海上浮动式基础4的周向立柱上，将止动销9、油缸10、定位绞车6和钢丝绳7安装在辅助模块5上，组装成所述辅助装置，利用陆上的吊机将三组辅助装置分别安装在多立柱张力腿式海上浮动式基础4上。
[0046]3)驱动辅助模块5上的油缸10，使止动销9插入多立柱张力腿式海上浮动式基础4上的眼板8的孔中，将该辅助模块5与多立柱张力腿式海上浮动式基础4的周向立柱相连接进行临时固定。
[0047]4)将组装完毕的张力腿式海上浮动式风力机和辅助装置整体吊装至船坞里，通过辅助模块5中的压载泵进行压载，直至水线面MSL到达预定吃水。
[0048]5)利用拖船将组装后的张力腿式海上浮动式风力机和辅助装置整体拖航至预定安装海域。
[0049]6)将钢丝绳7与预抛在海底的定位锚相连接，然后驱动定位绞车6通过钢丝绳7定位所述张力腿式海上浮动式风力机。
[0050]7)将系泊系统与所述张力腿式海上浮动式风力机的多立柱张力腿式海上浮动式基础4连接。
[0051]8)驱动辅助模块5上的油缸10，使止动销9由多立柱张力腿式海上浮动式基础4上的眼板8的孔中退出，将所述辅助装置与多立柱张力腿式海上浮动式基础4的周向立柱相脱离。
[0052]9)由所述多立柱张力腿式海上浮动式基础的周向立柱上拆除所述眼板8，完成张力腿式海上浮动式风力机的整体安装，将所述钢丝绳7与海底的定位锚相脱离，利用拖船将所述辅助装置拖离安装海域，为下一次安装进行准备。
[0053]本实施例所提供的3组张力腿式海上5MW浮动式风力机整体安装辅助装置，能总计提供5100m3排水体积和92535m4水线面惯性矩，因而该辅助装置可以为张力腿式海上浮动式风力机的安装提供足够的稳性和浮力；三台定位绞车6可以为张力腿式海上浮动式风力机的安装提供辅助定位，从而可以大幅节省海上作业时间，降低安装成本，适合于建设大规模海上浮动式风力发电场。
【权利要求】
1.一种张力腿式海上浮动式风力机整体安装的辅助装置，该张力腿式海上浮动式风力机包括具有周向立柱的多立柱张力腿式海上浮动式基础，其特征在于:所述辅助装置包括辅助模块、眼板、止动销、油缸、定位绞车和钢丝绳，所述辅助模块安装在所述多立柱张力腿式海上浮动式基础的外侧，所述眼板可拆卸地连接在所述多立柱张力腿式海上浮动式基础的周向立柱上，多个所述油缸布置于所述辅助模块的侧面和底面，该油缸的缸体固定在所述辅助模块上，所述止动销与所述油缸的缸杆相铰接，并且该止动销受该油缸的驱动插入所述眼板的孔中，所述定位绞车固定在所述辅助模块的顶部，所述钢丝绳一端与该定位绞车相连，另一端与预抛在海底的定位锚相连。
2.根据权利要求1所述的张力腿式海上浮动式风力机整体安装的辅助装置，其特征在于:所述的辅助模块的内部设有压载舱、动力舱、压载泵舱和液压泵站舱。
3.根据权利要求1或2所述的张力腿式海上浮动式风力机整体安装的辅助模块，其特征在于:所述的辅助装置数量共三组。
4.根据权利要求3所述的张力腿式海上浮动式风力机整体安装的辅助装置，其特征在于:所述的定位绞车采用电力驱动或者液压驱动。
5.根据权利要求3所述的张力腿式海上浮动式风力机整体安装的辅助装置，其特征在于:所述的油缸采用电力驱动或者液压驱动。
6.一种采用权利要求3所述辅助装置的张力腿式海上浮动式风力机的整体安装方法，其特征在于:所述整体安装方法包括如下具体步骤: 1)在船厂完成包括有多立柱张力腿式海上浮动式基础的张力腿式海上浮动式风力机的建造和安装； 2)将所述眼板连接在所述多立柱张力腿式海上浮动式基础的周向立柱上，利用陆上的吊机将3组已安装止动销、油缸、定位绞车和钢丝绳的辅助模块安装在所述多立柱张力腿式海上浮动式基础上； 3)驱动所述辅助模块上的油缸，使止动销插入所述多立柱张力腿式海上浮动式基础上眼板的孔中，将该辅助模块与所述多立柱张力腿式海上浮动式基础的周向立柱相连接进行临时固定； 4)将组装完毕的张力腿式海上浮动式风力机和辅助装置整体吊装至船坞里，通过所述辅助模块中的压载泵进行压载，直至水线面到达预定吃水； 5)利用拖船将组装后的张力腿式海上浮动式风力机和辅助装置整体拖航至预定安装海域； 6)将钢丝绳与预抛在海底的定位锚相连接，然后驱动定位绞车通过钢丝绳定位所述张力腿式海上浮动式风力机； 7)将系泊系统与所述张力腿式海上浮动式风力机的多立柱张力腿式海上浮动式基础连接； 8)驱动所述辅助模块上的油缸，使止动销由所述多立柱张力腿式海上浮动式基础上的眼板的孔中退出，将所述辅助装置与多立柱张力腿式海上浮动式基础相脱离； 9)由所述多立柱张力腿式海上浮动式基础的周向立柱上拆除所述眼板，将所述钢丝绳与海底的定位锚相脱离，利用拖船将所述辅助装置拖离安装海域，完成张力腿式海上浮动式风力机的整体安装。
【文档编号】B63B35/44GK103925172SQ201410138023
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月8日 优先权日:2014年4月8日
【发明者】赵永生, 杨建民, 何炎平, 顾敏童 申请人:上海交通大学