适用于深水的海上风电筒型基础运输安装一体化船舶及安装方法与流程

1.本发明涉及海上风电施工设备技术领域，具体涉及一种适用于深水的海上风电筒型基础运输安装一体化船舶及安装方法。


背景技术：

2.我国海上风电开发规划逐渐由近海浅水走向远海深水，目前国内具备的海上风电施工船舶尚不具备在深水施工的成熟条件，对于40m以上的海域，目前国内施工装备方面基本是一片空白。
3.随着水深与海上风电机组单机容量的增大，采用单桩及导管架基础需要增大基础的尺寸和材料用量，且在深水区域沉桩与导管架安装具有极大的难度，筒型基础无需打桩避免了繁琐的施工流程，大大缩减了海上作业周期，因而筒型基础在深水海域具有较高的应用价值，但深水区海况条件复杂，天气恶劣，筒型基础的施工也面临巨大挑战，如何使筒型基础的海上运输安全性更高、使筒型基础深水下沉安装的风险更低、操作性更简单，缩短海上施工时间、提高施工可靠性成为海上风电行业亟需解决的难点。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种适用于深水的海上风电筒型基础运输安装一体化船舶及安装方法。
5.为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：
6.一方面，本发明提供一种适用于深水的海上风电筒型基础运输安装一体化船舶，包括：
7.主船体；
8.起吊设备，固定于所述主船体艏部，其用于辅助起吊筒型基础；
9.下沉安装部，固定于所述主船体艉部，其上开设有供筒型基础上下升降穿梭的入水口；
10.支撑滑动组件，固定于所述主船体上，其用于承载筒型基础并控制其往返于安装工位和下沉工位两者之间，所述安装工位对应设于所述主船体的上方，所述下沉工位对应设于所述入水口的上方；以及
11.定位升降组件，固定于所述下沉安装部上，其用于船舶机位点的定位并控制筒型基础在该定位点向下穿过所述入水口以可控速度下沉至指定位置。
12.优选的是，所述支撑滑动组件包括固定于主船体平台上两根平行的有道滑轨、分别与两根有道滑轨滑动连接的承重梁、分别设于两根所述承重梁上的滑轮和有轨履带，所述承重梁于外力作用下可带动所述有轨履带抵达或离开所述下沉工位。
13.进一步优选的是，两根所述有轨履带之间的间距小于所述筒型基础底部外径。
14.优选的是，所述定位升降组件包括竖直设于所述入水口内且可沿高度方向上下移
动的若干定位桩、连接各所述定位桩与所述筒型基础的连接结构、以及控制所述连接结构沿所述定位桩高度方向上下移动的控制结构，各所述定位桩之间形成供所述筒型基础下沉的操作空间。
15.进一步优选的是，所述定位桩底部采用尖锥式设计。
16.进一步优选的是，所述连接结构包括固定于所述筒型基础外壁上的筒裙抱箍、固定于所述筒裙抱箍上且与定位桩对应布置的若干弧形连杆、套设于所述定位桩上且与所述弧形连杆端部固接的滑动环。
17.更进一步优选的是，所述控制结构包括间隔布置于所述定位桩四周并与所述定位桩上的环向齿啮合的若干有齿滚轮、对应布置于所述有齿滚轮外侧且与之啮合的弧形压板、连接相邻所述弧形压板并与之形成闭环结构的强阻尼弹簧、填充于所述弧形压板与所述滑动环之间的液压油，可通过液压系统控制油压，从而使所述弧形压板压紧所述有齿滚轮，控制所述有齿滚轮在定位桩上的滚动速度进而控制所述筒型基础下沉速度。
18.优选的是，所述下沉安装部呈u形结构，其开口端与所述主船体艉部固定连接并与之合围形成所述入水口，所述入水口尺寸大于所述筒型基础外径。
19.优选的是，所述主船体底部固定有可充水和排水的压载船舱，所述主船体与所述下沉安装部之间通过斜拉支撑架固定连接。
20.另一方面，本发明提供一种一体化船舶在深水海上安装筒型基础的方法，所述安装方法包括如下步骤：
21.s1、整个海上运输过程中，筒型基础的筒裙两侧放置于有轨履带上，此时有轨履带尾部位于下沉安装部尾部，筒型基础通过缆绳固定于主船体平台上，此时定位桩上升收起，压载舱内充气排水；
22.s2、到达指定机位点后，下放定位桩使其插入泥中，通过有轨履带和滑轮将筒型基础传送至下沉安装部的入水口处，此时压载舱内充水保持船体稳定，然后下降滑动环使筒裙抱箍箍住筒型基础，起吊设备吊住筒裙基础的筒裙并使缆绳拉紧，之后承重梁带着有轨履带整体滑动离开下沉安装部，使得筒型基础底部悬空；
23.s3、控制滑动环均速带动筒型基础下降，筒型基础入水后，摘掉起吊设备的吊钩，通过电机控制滑动环下降速度从而使筒型基础稳定下沉；
24.s4、筒型基础安装完毕后，升起滑动环与筒裙抱箍，拔起定位桩，压载舱排水，一体化船舶即可返航。
25.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
26.本发明解决了深水筒型基础运输安装施工难、传统施工方法需要大量施工装备、风险高等弊端。深水筒型基础规避了深水打桩工序，运用筒型基础运输安装一体化船舶进行筒型基础的运输下沉安装全过程，无需大型驳船、重型浮吊等，取消了运输安装的连接工序，缩短了筒型基础深水作业工期，提高了筒型基础深水下沉的稳定性和安全性，提供了一种专用于深水筒型基础运输安装的方法，对我国30～60m水深海域的风电场建设具有推动意义。
附图说明
27.图1是本发明一体化船舶运输筒型基础时的结构示意图；
28.图2是本发明一体化船舶下沉安装筒型基础时的结构示意图；
29.图3是本发明的支撑滑动组件的详细结构示意图；
30.图4是本发明的定位桩与滑动环连接剖视立面结构示意图；
31.图5是本发明的定位桩与滑动环连接剖面俯视结构示意图。
32.附图标记：1、主船体；2、压载舱；3、下沉安装部；31、入水口；4、斜拉支撑架；5、起吊设备；6、吊机基座；7、筒型基础；8、支撑滑动组件；81、承重梁；82、滑轮；83、有轨履带；84、有道滑轨；9、定位升降组件；91、定位桩；92、连接结构；921、筒裙抱箍；922、弧形连杆；923、滑动环；93、控制结构；931、环向齿；932、有齿滚轮；933、弧形压板；934、强阻尼弹簧；935、液压油。
具体实施方式
33.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
34.针对我国深水海域筒型基础应用施工过程中的一系列问题，本发明提出了一种适用于深水的海上风电筒型基础运输安装一体化船舶，能自主完成筒型基础在深水域的运输与下沉安装工作，无需多种船舶转运及其它大型设备协助，极大降低了施工成本，运输安装一体化也缩短了作业周期，使筒型基础在深水海域具有更好的应用前景，相比于同一场地使用单桩基础或导管架基础可减少施工成本20％以上，对我国30-60m深水海上风电场开发建设具有推动意义。
35.如图1-3所示，本发明提供一种适用于深水的海上风电筒型基础7运输安装一体化船舶，该一体化船舶包括：
36.主船体1；
37.起吊设备5，固定于所述主船体1艏部，其用于辅助起吊筒型基础7；
38.下沉安装部3，固定于所述主船体1艉部，其上开设有供筒型基础7上下升降穿梭的入水口31；
39.支撑滑动组件8，固定于所述主船体1上，其用于承载筒型基础7并控制其往返于安装工位和下沉工位两者之间，所述安装工位对应设于所述主船体1的上方，所述下沉工位对应设于所述入水口31的上方；以及
40.定位升降组件9，固定于所述下沉安装部3上，其用于船舶机位点的定位并控制筒型基础7在该定位点向下穿过所述入水口31以可控速度下沉至指定位置。
41.其中，主船体1为前部弧形的平板结构，船体长80-100m。主船体1下部的压载舱2外表面为弧形曲面，以减小水流阻力；压载舱2内设置为多个隔仓，根据压载需求，可实现单个或多个隔仓内排气充水。起吊设备5采用一台360
°
全旋转吊机，吊机用于附属件、工装的吊装及筒型基础7的局部承重，吊机通过吊机基座6安装在主船体1平台上。
42.其中，所述支撑滑动组件8包括固定于主船体1平台上两根平行的有道滑轨84、分别与两根有道滑轨84滑动连接的承重梁81、分别设于两根所述承重梁81上的滑轮82和有轨
履带83，所述承重梁81于外力作用下可带动所述有轨履带83抵达或离开所述下沉工位，机筒型基础7放置于履带上可实现前后位置滑动，通过有轨滑动承重梁81、滑轮82和有轨履带83可实现筒型基础7在不同施工步骤时所需要位置的移动。每个滑动环与弧形连杆分别刚性连接，四个弧形连杆与筒裙抱箍也是刚性连接，滑动环、弧形连杆与筒裙抱箍为不可拆卸结构，抱箍抱住基础筒裙并通过卡环限制筒型基础的上下滑动。上述有道滑轨、承重梁81、滑轮82和有轨履带83之间的连接方式采用常规选择即可，本发明不做进一步阐述。
43.进一步地，两根所述有轨履带83之间的间距小于所述筒型基础7底部外径。具体的，两根所述有轨履带83之间的间距为38m，满足40m直径以上筒型基础7承重要求。
44.其中，所述定位升降组件9包括竖直设于所述入水口31内且可沿高度方向上下移动的若干定位桩91、连接各所述定位桩91与所述筒型基础7的连接结构92、以及控制所述连接结构92沿所述定位桩91高度方向上下移动的控制结构93，各所述定位桩91之间形成供所述筒型基础7下沉的操作空间。进一步地，入水口31的四个角点有4根定位桩91，所述定位桩91底部采用尖锥式设计，定位桩91长度为50～70m，航行时定位桩91升起，如图1；下沉安装时定位桩91下降入泥，如图2。在具体的实施过程中，可通过电机系统控制定位桩入泥与拔出，电机系统采用本领域的常规选择即可。
45.进一步地，所述连接结构92包括固定于所述筒型基础7外壁上的筒裙抱箍921、固定于所述筒裙抱箍921上且与定位桩91对应布置的若干弧形连杆922、套设于所述定位桩91上且与所述弧形连杆922端部固接的滑动环923。
46.更进一步地，所述控制结构93包括间隔布置于所述定位桩91四周并与所述定位桩91上的环向齿931啮合的若干有齿滚轮932、对应布置于所述有齿滚轮932外侧且与之啮合的弧形压板933、连接相邻所述弧形压板933并与之形成闭环结构的强阻尼弹簧934、填充于所述弧形压板933与所述滑动环923之间的液压油935，可通过液压系统控制油压，从而使所述弧形压板933压紧所述有齿滚轮932，控制所述有齿滚轮932在定位桩91上的滚动速度进而控制所述筒型基础7下沉速度。液压系统采用本领域的常规选择即可。
47.所述控制结构93包括形成于所述定位桩91外壁上的环向齿931、设于所述滑动环923内部且与所述环向齿931相适配的有齿滚轮932、以及控制所述有齿滚轮932滚动的电机(图中未示出)，所述电机系统能够通过控制有齿滚轮932的滚动速度进而控制所述筒型基础7下沉速度，依靠齿轮间摩擦承受筒型基础7重量。上述有齿滚轮932和电机之间的连接方式以及电机的空间布置方式均采用常规选择即可，本发明不做进一步阐述。
48.其中，所述下沉安装部3呈u形结构，其开口端与所述主船体1艉部固定连接并与之合围形成所述入水口31，所述入水口31尺寸大于所述筒型基础7外径。具体的，所述入水口31的开口尺寸为45m
×
45m。
49.其中，所述主船体1底部固定有可充水和排水的压载船舱；所述主船体1与所述下沉安装部3之间通过斜拉支撑架4固定连接，加强主船体1与下沉安装部3的整体刚度。
50.基于上述结构，本发明提供一种一体化船舶在深水海上安装筒型基础7的方法，所述安装方法包括如下步骤：
51.s1、整个海上运输过程中，筒型基础7的筒裙两侧放置于有轨履带83上，此时有轨履带83尾部位于下沉安装部3尾部，筒型基础7通过缆绳固定于主船体1平台上，此时定位桩91上升收起，压载舱2内充气排水；
52.s2、到达指定机位点后，下放定位桩91使其插入泥中10～20m，通过有轨履带83和滑轮82将筒型基础7传送至下沉安装部3的入水口31处，此时压载舱2内充水保持船体稳定(充水量根据基础重量确定)，然后下降滑动环923使筒裙抱箍921箍住筒型基础7(通过卡环将筒型基础7与筒裙抱箍921固定)，起吊设备5吊住筒裙基础的筒裙并使缆绳拉紧，之后承重梁81带着有轨履带83整体滑动离开下沉安装部3，使得筒型基础7底部悬空；
53.s3、控制滑动环923均速带动筒型基础7下降，筒型基础7入水后，摘掉起吊设备5的吊钩，通过电机控制滑动环923下降速度从而使筒型基础7稳定下沉；
54.s4、筒型基础7安装完毕后，升起滑动环923与筒裙抱箍921，拔起定位桩91，压载舱2排水，一体化船舶即可返航。
55.船舶采用非自航无动力型式，筒型基础7下沉工序中其重量主要由滑动环923内的有齿滚轮932与定位桩91的啮合力承担，吊机提供起吊辅助作用，筒型基础7没水后吊机吊钩即脱离基础。
56.以上所述仅仅是本发明的优选实施方案，但是本发明并不局限于上述的具体实施方案。在本领域的普通技术人员在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干修改、补充或改用类似的方法替代，这些也应视作本发明的保护范围。