海上风电施工专用船的制作方法

本实用新型属于海上施工技术领域，具体涉及一种海上风电施工专用船。

背景技术：

目前在海上风电施工中，基础打桩和风机安装需要不同的船舶完成，因此船舶投入数量多，以及施工采用的起重船自身专用性不足，造成风电施工综合成本较高的现状，对风电市场良性发展不利。其中：打桩施工采用的常规起重船，与专业化施工的要求有差距，施工中不可避免的需要配以多种辅助设施保证打桩的设计指标，造成工艺路径复杂，辅助成本大，效率也不理想，打桩施工综合成本较高；另外风电机组安装采用的平台式起重船，能力上普遍存在“大马拉小车”情况，加上桩腿适应复杂地质能力差、机动效率低等问题，也会造成施工成本较高，在国家即将取消海上风电补贴的形势下，继续下去将会影响海上风电市场发展。因此，通过研究一种风电专用船，全面降低施工成本，对海上风电发展具有较高的实用价值。

目前海上风电施工，主要存在四方面不足：首先，打桩、安装分别由大型起重船和平台起重船完成，施工船舶数量多、作业效率低，造成施工成本较高；其次，由于风电基础单桩重量较大，目前主要采用大型全回转起重船打桩，不可避免需要投入各种形式的“稳桩平台、定位桩”等，辅助成本大，气象影响敏感，影响打桩效率，目前南方海域打桩最好效率是“两天打一个桩位”，而风电专用船在同等条件下，很容易实现“一天打多个桩位”；第三，现有风电施工采用的各种类型起重船，普遍在船体尺度和起重能力方面存在“大马拉小车”现象，经济性不好；第四，现有风机安装用的平台船，桩腿底部都有一个“外飘式桩靴”，这种桩靴在我国沿海复杂地质条件下使用弊端很多，使用中管理复杂，海况要求高。这四方面缺陷，都会增加不必要的施工成本。

随着风电大型化、深水区、台风高发区施工，如果继续沿用现有施工的方式和船舶，只能通过更大的投入，进一步加重前面的四个缺陷，加剧“高成本”现状。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种海上风电施工专用船。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种海上风电施工专用船，包括船体以及设置船体上的可升降桩腿、悬臂天车起重装置和吊机；

所述可升降桩腿竖直安装在船体上，能够受驱动竖直上下运动；

悬臂天车起重装置，包括竖向支撑架和设置在竖向支撑架顶部的悬臂天车，该悬臂天车包括悬臂和安装在悬臂上的具有吊重能力的天车，悬臂水平布置在竖向支撑架的顶部并向船体外侧伸出一定长度，在天车上设置起重滑轮组；

所述吊机设置在悬臂天车起重装置的一侧，用于与悬臂天车起重装置配合作业；

在悬臂天车起重装置的悬臂投影下的船体上开有一个“u”形缺口，缺口两侧设置有抱桩器。

在上述技术方案中，所述船体包括3个并排设置的船箱，相邻的两船箱之间具有间隙，该间隙艏艉方向贯通，从而形成纵向水流通道，并且船箱的顶部之间进行连接形成主甲板，在相邻的两船箱的底部之间设置有稳流鳍，具有稳流作用；船箱上设置横向贯通船箱的消浪孔，可以改善船体航行中的“横漂”姿态。

在上述技术方案中，可升降桩腿的数量为4个，成矩形布置在船体四角位置。

在上述技术方案中，可升降桩腿的主体结构是水平剖面为正方形的桁架结构，采用齿轮齿条驱动方式驱动可升降桩腿竖直升降运动，进而实现对整个船体进行升降。

在上述技术方案中，可升降桩腿的底部为箱体结构，在箱体下部分为向下的锥形台体，锥度≥7°，箱体底端为封闭的具有防滑功能的网格结构。

在上述技术方案中，悬臂天车起重装置的悬臂上设置有两条供天车的车轮行走的平行轨道，所述天车可移动的安装在悬臂的轨道上。

在上述技术方案中，悬臂天车起重装置顶部的天车上配置两套起重滑轮组实现大吨位起重功能，每套起重滑轮组具有一个主吊钩；还可以根据需要，在起重滑轮组上设置小吨位辅助吊钩，以配合主吊钩吊索具的拆装。

在上述技术方案中，悬臂天车起重装置的竖向支撑架的与悬臂伸出方向相反方向一侧还连接有侧部三角连接架，三角连接架的底部与船体固定连接，从而保证对悬臂天车稳定支撑。

在上述技术方案中，在悬臂天车起重装置的悬臂外端设置两个副吊，用于多桩基础打桩需要的定位梁调整作业；在轨道梁靠近回转吊机一侧设计两个用于打桩时调整液压管路的小型吊钩。

在上述技术方案中，在吊机的支撑架和悬臂天车起重装置的支撑架之间通过横梁连接，以增加稳定性。

本实用新型的优点和有益效果为：

本实用新型采用了新型的悬臂天车起重装置、新型承载方式的升降桩腿、新型的节能型船体，通过配套一台常见全回转吊机，就可以完成风电施工的“打桩、安装、更换”等需求。专用船的所有配套设备简单实用，适应复杂地质能力强，性价比较高，相对于现有风电施工采用的施工船舶而言，在同等条件下，可以明显提高施工效率，可以明显降低施工成本，可以有效减少施工配套船舶和辅助装置，具有更好的兼顾多个项目的能力。

附图说明

图1为本实用新型的海上风电施工专用船的俯视图；

图2为本实用新型的海上风电施工专用船的正视图；

图3为本实用新型的海上风电施工专用船的侧视图；

图4为本实用新型的海上风电施工专用船的船体的结构示意图。

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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

实施例一

参见附图，一种海上风电施工专用船，包括船体1以及设置船体上的可升降桩腿2、悬臂天车起重装置3和吊机4。

所述可升降桩腿2竖直安装在船体上，能够受驱动竖直上下运动，使可升降桩腿置入海底土层中，从而实现固定船体位置。具体来讲，可升降桩腿2的主体结构是水平剖面为正方形的桁架结构，正方形桁架的其中一组对角与船体上的约束部件进行竖向滑动安装，以使桁架只具有竖向(z向)移动自由度，在正方形桁架的另一组对角上沿桁架高度方向设置齿条并在船体上设置用于驱动齿条的齿轮驱动机构，进而驱动可升降桩腿竖直上下运动；所述可升降桩腿的数量优选为4个，成矩形布置在船体1的四角位置；可升降桩腿的底部为箱体2-1，该箱体高度按照入土深度确定，工作时使箱体插入海底土层中，箱体下部分为向下的锥形台体，锥度≥7°，箱体底端为封闭的具有防滑功能的网格结构。可升降桩腿的原理是，承载力是桩腿投影面的垂直承载和入土后侧壁摩擦承载复合形成的，这种承载桩腿入土深度相对于“外飘式桩靴”桩腿，在砂质地质入泥深度会大一些，在岩石地质没有悬臂风险，在泥土地质入泥深度会小一些，特别是在泥土地质提升桩腿时没有“堆载”，将会非常轻松。

所述悬臂天车起重装置3，包括竖向支撑架3-1和设置在竖向支撑架顶部的悬臂天车3-2，具体来讲，所述竖向支撑架3-1采用桁架支撑结构，所述悬臂天车3-2包括悬臂3-21和可在悬臂上行走并具有吊重能力的天车3-22，悬臂3-21水平布置在竖向支撑架3-1的顶部，悬臂3-21沿船体的长度方向布置，悬臂向船体外侧伸出一定长度，悬臂3-21上设置有两条供天车的车轮行走的平行轨道，所述天车3-22可移动的安装在悬臂的轨道上，在天车上设置起重滑轮组，配套的绞车安放在甲板上，实现起吊功能。

吊机4设置在悬臂天车起重装置的一侧，用于与悬臂天车起重装置配合作业，吊机采用全回转吊机，该吊机最大起重能力约800t。

船体运行到海上施工位置后，可升降桩腿2下降，通过4个可升降桩腿2将整个船体升起脱离海面(优选脱离海面10米)，使船体形成稳定的海上固定施工平台。

在打桩时，悬臂天车起重装置3的两个主吊钩直接从运桩船上拿桩，吊机4辅助完成“溜尾”，共同提升将桩吊起至适当的高度，待运桩船离开作业面，悬臂天车起重装置3将桩提升，吊机4下降，完成立桩，立桩完成后，悬臂天车起重装置即可吊着桩向内侧的抱桩器中心移动，进行下桩调整，此时吊机可以提起打桩锤准备打桩。

在悬臂天车起重装置3的悬臂3-21投影下的船体1上根据打桩直径需要，开有一个“u”形缺口1-1，这个缺口两侧，设置有对开式半圆结构抱桩器，保证桩的位置和垂直度能够进行精准调整。打桩前，对开式半圆结构抱桩器完全打开，确保桩顺利进入抱桩器，当桩进入抱桩器后即可完成抱桩，然后通过天车主钩下降，完成下桩，下桩完成后，天车带着吊索行走到打桩位置，确保完全让开桩的顶部空间，之后吊机可以拿锤准备打桩。

实施例二

进一步的，所述船体1可以参考专利号为的2019211082164所公布的多体式工程船船体结构，其包括3个并排设置的船箱，相邻的两船箱之间具有间隙，该间隙艏艉方向贯通，从而形成纵向水流通道，并且船箱的顶部之间进行连接形成主甲板，船体宽度要保证可以在悬臂天车起重装置起重装置旁布置一台全回转吊机，吊机可以是“柱形吊或绕桩吊”，用以兼顾配合打桩和风机安装需要，实现打桩、安装功能的集成。沿可升降桩腿前后舱壁向上延伸设计升高舱室结构；另一方面在升高结构船底位置，还需要设计一个连接结构，其长度为桩腿前后舱壁之间的距离，高度约1m，升高舱室可以保证船体结构的强度，底部支撑又可以形成横向的框架补强。三个船箱之间的距离大于≥3m，此举可以大大削减航行阻力；其次，在相邻的两船箱的底部之间设置有稳流鳍，具有稳流作用；另外，船箱上设置横向贯通船箱的消浪孔，可以改善船体航行中的“横漂”姿态，这三方面效果累加，能够产生明显的节能效果。

实施例三

进一步地，所述可升降桩腿，由于没有外飘式桩靴，整体重量相对较轻，入泥后基本不会产生土体坍塌堆载，上拔力也会大大降低，同时，这种结构可以实现从船体上方进行拆、装，这个特征对建造工艺以及日常维护都有实用价值。

进一步地，所述可升降桩腿，正方形水平剖面的大小，可以按照同等条件下计算出来的外飘桩靴面积的60％左右确定，这个比例可以获得较好的“复合承载”效果。

实施例四

进一步的说，悬臂天车起重装置3顶部的天车3-22上配置两套起重滑轮组3-23实现大吨位起重功能，两套起重滑轮组的主吊钩起重量平均分配，方向和间距与大直径单桩的吊点对应，保证起吊作业最简洁；对应两个主吊钩，可以根据需要，在起重滑轮组上设计小吨位辅助吊钩，以配合主吊钩吊索具的拆装。

进一步的，悬臂天车起重装置3的竖向支撑架3-1的高度根据打桩长度确定；悬臂3-21长度通常≤15m即可。

进一步的说，悬臂天车起重装置3的竖向支撑架3-1的与悬臂3-21伸出方向相反方向一侧还连接有侧部三角连接架5，三角连接架5的底部与船体固定连接，从而保证对悬臂天车的结构稳定。

进一步的说，在悬臂天车起重装置的悬臂外端可以设置两个副吊，用于多桩基础打桩需要的定位梁调整作业；在轨道梁靠近回转吊机一侧设计两个用于打桩时调整液压管路的小型吊钩。

进一步的说，在吊机的支撑架和悬臂天车起重装置的支撑架之间通过横梁6连接，以增加稳定性。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。