一种海上风电多筒导管架基础施工方法及施工船与流程

1.本发明属于海上风电基础技术领域，具体的说，是涉及一种海上风电多筒导管架基础施工方法。


背景技术：

2.目前在海上风电领域，多筒导管架基础具有适应水深大，施工简便且成本较低等优势。传统的多筒导管架基础运输安装方法是将其各部件干拖至安装海域，然后利用吊机进行分步式安装，对运输船的承载能力有较高的要求，造成运输安装的成本较高，且分步式安装导致海上作业时间较长，对海上施工作业窗口期的要求较高。


技术实现要素：

3.本发明要解决的是多筒导管架基础施工难度大、成本高的技术问题，提供了一种海上风电多筒导管架基础施工方法及施工船，可以进行多筒导管架基础及其风电整机的运输安装及回收，不需要另外的施工装备，运输过程稳定性高，安装及回收操作简便，施工速度快、成本低。
4.为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
5.根据本发明的一个方面，提供了一种海上风电多筒导管架基础施工方法，将多个多筒导管架基础与施工船装配为整体结构进行运输、安装和回收；
6.所述施工船设置有中间槽，所述中间槽由所述施工船的船体中部靠近船首位置延伸至船尾；所述中间槽与海水相连通，使所述施工船呈尾部开口的u形船体；
7.所述多筒导管架基础装配在所述施工船的所述中间槽进行运输，并在运输到位后从中间槽进行安装和回收；所述多筒导管架基础与所述施工船的装配为将所述多筒导管架基础的吸力筒均通过连接件与所述施工船进行刚性连接，所述连接件的长度能够进行调节；
8.所述施工船在中间槽前部和两侧的甲板上分别设置轨道，每条轨道安装卷扬机，所述卷扬机能够在所述轨道上滑动和制动；卷扬机用于通过缆绳控制所述多筒导管架基础，所述缆绳与所述多筒导管架基础的吸力筒连接。
9.进一步地，所述连接件包括调节部分和连接部分，所述调节部分的一端与所述吸力筒连接、另一端与所述连接部分连接；所述调节部分用于调节所述连接件的长度，所述连接部分用于与所述施工船固定。
10.更进一步地，所述调节部分包括至少两根调节杆，每根调节杆包括相互套接的内层管和外层管，所述内层管和所述外层管均设置有多个调节孔，通过调节螺栓安装在不同的调节孔能够改变所述调节部分的长度；所述调节部分一端焊接于所述吸力筒，另一端焊接于连接部分；
11.更进一步地，所述连接部分包括固定在所述调节部分一端的连接板，所述连接板上安装有多个连接螺栓；所述中间槽两侧的所述施工船甲板上设置有与所述连接螺栓对应
的连接螺栓孔，通过所述连接螺栓与所述连接螺栓孔的连接实现所述连接件与所述施工船的固定。
12.进一步地，多个所述多筒导管架基础在所述中间槽中由所述隔板进行分隔。
13.进一步地，所述多筒导管架基础通过塔筒连接有风机，作为多筒导管架基础风电整体进行运输、安装和回收。
14.进一步地，其运输过程按照如下步骤进行：
15.(1)调整所述连接件长度后，将所述连接件与所述多筒导管架基础的各吸力筒焊接；
16.(2)将所述多筒导管架基础依次运输至所述施工船的尾部开口处；
17.(4)将所述卷扬机的缆绳与所述多筒导管架基础的吸力筒连接，通过所述卷扬机将所述多筒导管架基础由所述施工船的尾部开口处牵引至所述中间槽的装配位置；
18.(5)通过所述连接件将所述多筒导管架基础与所述施工船连接；连接完成后，打开所有已连接的所述多筒导管架基础各吸力筒的气阀，待所述施工船与其所连接多筒导管架基础的整体结构自浮平衡后，关闭所述气阀；
19.(6)所有要运输的所述多筒导管架基础与所述施工船连接完成后，将所述施工船与其所连接所述多筒导管架基础的整体结构进行浮运拖航，浮运拖航过程中通过对各个所述多筒导管架基础的吸力筒充气或放气，调整所述施工船与其所连接所述多筒导管架基础的整体结构的重心。
20.更进一步地，步骤(5)中所述连接件将所述多筒导管架基础与所述施工船连接的具体操作为：通过所述气阀对所述吸力筒打气，使所述多筒导管架基础抬升至所述连接件高于所述施工船甲板，停止对所述吸力筒打气；并且增加所述施工船压载使其高度降低；通过所述气阀对所述吸力筒放气，利用所述连接件将所述吸力筒与所述施工船连接；关闭所述气阀，卸掉所述施工船压载。
21.进一步地，其安装过程按照如下步骤进行：
22.(1)通过所述连接件解除待安装的所述多筒导管架基础与所述施工船的连接，对所述吸力筒打气，使所述多筒导管架基础抬升至其对应的连接件完全离开所述施工船；并且，打开所述施工船剩余连接所述多筒导管架基础的吸力筒气阀，使所述施工船与其所连接所述多筒导管架基础的整体结构自浮平衡；
23.(2)将所述卷扬机的缆绳与所述多筒导管架基础的吸力筒连接，通过所述卷扬机控制缆绳将所述多筒导管架基础旋转90
°
，旋转后所述多筒导管架基础与所述施工船不再接触；
24.(3)调整所述卷扬机和所述卷扬机与所述吸力筒的连接，通过气阀对所述吸力筒放气，并通过所述卷扬机控制缆绳下放所述多筒导管架基础，直至所述多筒导管架基础自重下沉完成；
25.(4)对所述吸力筒抽水，使所述多筒导管架基础完全入泥。
26.进一步地，其回收过程按照如下步骤进行：
27.(1)将所述卷扬机的缆绳与待回收的所述多筒导管架基础的吸力筒连接；
28.(2)对所述吸力筒打水，将所述多筒导管架基础顶出泥面；
29.(3)通过所述卷扬机控制缆绳上提所述多筒导管架基础，当所述吸力筒顶盖达到
水面时，打开所述气阀后继续通过所述卷扬机控制缆绳上提多筒导管架基础，至所述吸力筒顶盖到达所述施工船的甲板高度，关闭所述气阀，解除所述缆绳与所述吸力筒的连接；
30.(4)打开气阀对所述吸力筒打气，使所述多筒导管架基础抬升至所述连接件高于所述施工船甲板，关闭所述吸力筒的气阀，通过所述卷扬机控制缆绳将所述多筒导管架基础旋转90
°
；
31.(5)通过所述气阀对所述吸力筒放气，通过所述连接件将所述多筒导管架基础与所述施工船连接，连接完成后关闭所述气阀；连接完成后，打开与所述施工船连接的所有多筒导管架基础的吸力筒的气阀，使所述施工船与其所连接所述多筒导管架基础的整体结构自浮平衡。
32.一种施工船，所述施工船设置有中间槽，所述中间槽由所述施工船的船体中部靠近船首位置延伸至船尾；所述中间槽与海水相连通，使所述施工船呈尾部开口的u形船体；所述中间槽用于装配多筒导管架基础进行运输、安装和回收；
33.所述施工船在中间槽前部和两侧的甲板上分别设置轨道，每条轨道安装卷扬机，所述卷扬机能够在所述轨道上滑动和制动；卷扬机用于通过缆绳控制所述多筒导管架基础，所述缆绳与所述多筒导管架基础的吸力筒连接。
34.本发明的有益效果是：
35.(一)本发明的海上风电多筒导管架基础施工方法及施工船，通过施工船设置中间槽形成u形船体，使施工船中间部分与海水相连通，在浮运过程中将多筒导管架基础装配于中间槽，节省了施工船放置多筒导管架基础的空间，可以通过多筒导管架基础存气量调节施工船的重心高度，增加运输过程中的适用性及稳定性；
36.(二)本发明的海上风电多筒导管架基础施工方法及施工船，在浮运过程中多筒导管架基础的每个吸力筒与施工船之间都采用螺栓连接，确保了多筒导管架基础和施工船之间稳固的刚性连接，避免了传统干拖过程中由于钢丝绳绑扎导致的连接不牢固和结构摩擦损伤的问题。
37.(三)本发明的海上风电多筒导管架基础施工方法及施工船，在到达指定海域后多筒导管架基础依次安装或回收，由于吸力筒与中间槽两侧之间有一定的距离，根据施工要求可以将多筒导管架基础旋转一定角度后直接下放，提高了海上作业效率。
38.综上，本发明总体上实现了海上风电多筒导管架基础运输、安装及回收的成本降低和效率提高，具有较好的经济效益。
附图说明
39.图1是本发明所提供的海上风电多筒导管架基础施工方法示意图；
40.图2是本发明所提供的施工船的结构示意图；
41.图3是本发明所提供的施工方法中吸力筒与施工船连接示意图；
42.图4是本发明所提供的施工方法中连接件的结构示意图；
43.图5是本发明所提供的施工方法中三筒导管架基础调整前状态图；
44.图6是本发明所提供的施工方法中三筒导管架基础调整90
°
后状态图。
45.图中：1、吸力筒；2、导管架；3、塔筒；4、风机；5、连接螺栓；6、连接件；7、施工船；8、隔板；9、水线面；10、连接螺栓孔；11、中间槽；12、卷扬机；13、轨道。
具体实施方式
46.为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
47.如图1所示，本发明提供了一种海上风电多筒导管架基础施工方法，将多个多筒导管架基础与施工船7装配为整体结构进行运输、安装和回收，提高施工过程的精度和可控性，降低对海上施工设备的要求，简化施工操作，节省施工成本。
48.多筒导管架基础一般包括3
‑
4个吸力筒1，多个吸力筒1通过其上方筒顶加强段与导管架2连接。吸力筒1主体为钢筒，由筒壁及盖板构成；顶盖上设有气阀、抽水泵、打水泵等。导管架2由空间桁架和过渡段焊接而成，空间桁架的立柱底部连接于吸力筒1的中心，过渡段用于与塔筒连接。多筒导管架基础结构强度高，承载力强，对深水风电场具有很强的适用性。
49.多筒导管架基础的每个吸力筒1顶盖均匀布置4
‑
8个吊耳，便于对多筒导管架基础进行吊装以及位置调整。
50.本发明的施工方法还可以在多筒导管架基础上依次连接塔筒3和风机4，塔筒3与导管架顶部1过渡段连接。通过施工船7浮运多个多筒导管架基础风电整机，整机运输借助多筒导管架基础可自浮拖航的特性，与传统的干拖运输相比，不需要大型船只，同时节省了大型吊装设备，保证运输稳定性，降低运输成本。
51.如图2所示，施工船7沿其中轴线设置有中间槽11，即中间槽11与施工船7两侧船舷距离均等；中间槽11由船体中部靠近船首位置延伸至船尾，并且与海水相连通，使施工船7形成尾部开口的u形船体。其中，船体中部靠近船首位置可以是，与施工船7船首距离为船总长的1/6
‑
1/3处。
52.多筒导管架基础装配在施工船7的中间槽11进行运输，运输到位后能够直接由中间槽 11进行安装和回收。一条施工船7可以运输多个多筒导管架基础，多筒导管架基础的具体数量视施工船7的尺寸决定，一般为1
‑
4个。多个多筒导管架基础在施工船7的中间槽11 中由隔板8进行分隔，隔板8与中间槽11等高，有打开和关闭两种状态。隔板8用于将各个多筒导管架基础分离，运输时可以降低后面的多筒导管架基础受到前面多筒导管架基础拖航时产生的水流干扰，增强运输时的稳定性，并且也可以避免意外导致的多筒导管架基础之间发生碰撞，降低损失。
53.本实施例以施工船7浮运2台多筒导管架基础风电整机为例进行说明，分别是2台多筒导管架基础风电整机分别为三筒导管架基础和四筒导管架基础。
54.如图3所示，多筒导管架基础的各吸力筒1与施工船7之间均通过螺栓5与连接件6 产生刚性连接，连接件6的长度能够进行调节。
55.如图4所示，每个吸力筒1与施工船7之间的连接件6包括调节部分和连接部分，连接部分固定设置在调节部分的一端。
56.调节部分可以由两根对称连接于吸力筒1的调节杆构成，调节杆包括相互套接的内外双层管，内层管和外层管均设置有多个等间距布置的调节孔，通过调节螺栓安装在不同的调节孔内，可以调节连接件6的长度。内层管一端焊接于吸力筒1的筒壁，另一端通过调节螺栓与外层管连接；外层管一端通过调节螺栓与内层管连接，另一端与连接部分焊接。
57.连接部分可以由连接板构成，连接板上安装有多个均布的连接螺栓5。对应于连接
板，中间槽11两侧的施工船7甲板上设置有多个均布的连接螺栓孔10。通过连接螺栓5插入连接部分和施工船7甲板的连接螺栓孔10，可实现吸力筒1与施工船7的连接。由此，通过调节部分的长度伸缩可以适应不同吸力筒1数量和不同尺寸的多筒导管架基础在中间槽 11内与施工船7连接，并且实现将多筒导管架基础固定在中间槽11内部，增强基础运输过程中的稳定性。
58.根据上述连接方式可知，吸力筒1与中间槽11两侧面之间存在一定距离，可以对在中间槽11内部对多筒导管架基础进行旋转直接进行安装和回收，如图4和图5分别是三筒导管架基础调整前和调整90
°
后的状态图。
59.施工船7在中间槽11前部和两侧的甲板上分别设置有一条轨道13(共三条轨道13)，每条轨道13上安装有两台卷扬机12(共六台卷扬机12)。卷扬机12底部设置有滑块，并通过滑块与轨道13连接，卷扬机12能够通过滑块在轨道13上进行滑动，并能够通过制动装置固定位置。这样，可以根据多筒导管架基础的不同尺寸和位置，在轨道13上对卷扬机12位置进行调整，以应对多种多筒导管架基础的下放。
60.本发明的海上风电多筒导管架基础施工方法，可以进行运输过程、安装过程和回收过程：
61.(一)通过上述施工船7运输多个多筒导管架基础，按照如下步骤进行：
62.(1)关闭多筒导管架基础中各吸力筒1的气阀和抽水泵，检查各吸力筒1的气密性，确保吸力筒1密封性良好；
63.(2)按照多筒导管架基础尺寸调整连接件6长度后，将连接件6与多筒导管架基础的各吸力筒1焊接。连接件6的长度应调整为连接件6与多筒导管架基础的各吸力筒1焊接后，连接螺栓5刚好可以卡在连接螺栓孔10中。
64.(3)将自浮在码头内的多筒导管架基础依次运输至施工船7的尾部开口处，打开施工船7的中间槽11内部隔板8。
65.(4)将卷扬机12的缆绳与第一台多筒导管架基础的吸力筒1吊耳相连，通过卷扬机 12将第一台多筒导管架基础由施工船7的尾部开口处牵引至中间槽11的第一位置。
66.(5)对第一台多筒导管架基础的各吸力筒1打气，使多筒导管架基础抬升至连接件6 高于施工船7甲板，关闭气阀停止对吸力筒1打气；并且通过增加施工船7压载，降低施工船7高度。将连接螺栓5对准连接螺栓孔10，然后打开气阀对对吸力筒1放气，使螺栓 5完全进入螺栓孔10并旋紧螺栓5，关闭吸力筒1气阀。第一台多筒导管架基础连接完成后，打开吸力筒1气阀，卸掉施工船7压载，待施工船7与其所连接多筒导管架基础的整体结构自浮平衡后，关闭吸力筒1的气阀。
67.(6)关闭隔板8，将卷扬机12的缆绳与第二台多筒导管架基础的吸力筒1吊耳相连，通过卷扬机12将第二台多筒导管架基础由施工船7的尾部开口处牵引至船体中间槽11的第二位置。
68.(7)按照与步骤(5)同样的方式，将第二台多筒导管架基础与施工船7连接完成。即对第二台多筒导管架基础的各吸力筒1打气，使多筒导管架基础抬升至连接件6的高于施工船7甲板，关闭气阀停止对吸力筒1打气；并且通过增加施工船7压载，降低施工船 7高度。将连接螺栓5对准连接螺栓孔10，然后打开气阀对对吸力筒1放气，使螺栓5完全进入螺栓孔10并旋紧螺栓5，关闭吸力筒气阀。第二台多筒导管架基础连接完成后，打开吸力筒1气阀，卸
掉施工船7压载，待施工船7与其所连接多筒导管架基础的整体结构自浮平衡后，关闭吸力筒1气阀。
69.(8)以此类推，直至所有的多筒导管架基础与施工船7连接完成，相邻两个多筒导管架基础之间均采用设置在施工船7中间槽11内部的隔板8隔开。。
70.(9)将施工船7与其所连接多筒导管架基础的整体结构进行浮运拖航。
71.当航道变浅时，通过气阀向所有多筒导管架基础的各吸力筒1充气，使整体结构的重心上升，降低对航道水深的要求，增加适用性。遇到风浪较大的情况，可以打开气阀释放所有多筒导管架基础的各吸力筒1内部气体，使整体结构的重心降低，提升运输过程的稳定性。
72.(二)将施工船7与其所连接多筒导管架基础的整体结构运输至安装地点后，按照由外向内的顺序依次将多筒导管架基础进行安装，安装前打开相应隔板8，每台多筒导管架基础的安装按照如下步骤进行：
73.(1)通过松开连接螺栓5解除待安装的多筒导管架基础与施工船7的连接，对吸力筒 1打气，使待安装的多筒导管架基础抬升至其连接件6完全离开施工船7甲板；并且，打开施工船7剩余连接多筒导管架基础的吸力筒1气阀，待施工船7与其所连接多筒导管架基础的整体结构自浮平衡后，关闭剩余连接多筒导管架基础的吸力筒1气阀。
74.(2)调整卷扬机12位置，并将卷扬机12的缆绳连接于待安装的多筒导管架基础的吸力筒1吊耳，利用卷扬机12将待安装的多筒导管架基础旋转90
°
，旋转后多筒导管架基础与施工船7不再接触。
75.(3)调整卷扬机12位置，并调整卷扬机12与待安装的多筒导管架基础中吸力筒1 的吊耳连接，通过气阀释放其吸力筒1内部气体，并利用卷扬机12下放多筒导管架基础；
76.下放过程中，若多筒导管架基础出现倾斜，则暂停位置较低的吸力筒1所对应卷扬机 12下放，调整多筒导管架基础水平度满足施工允许值后，再继续下放，直至多筒导管架基础自重下沉完成。
77.(4)通过抽水泵对多筒导管架基础的吸力筒1抽水，使多筒导管架基础完全安装入泥。
78.(三)利用施工船7对多筒导管架基础进行回收，按照由内向外的顺序依次回收，回收前打开相应隔板8，每台多筒导管架基础的回收按照如下步骤进行：
79.(1)调整卷扬机12位置，并将卷扬机12的缆绳连接于待回收的多筒导管架基础的吸力筒1吊耳。
80.(2)通过打水泵对多筒导管架基础的吸力筒1内部打水，将多筒导管架基础顶出泥面；
81.(3)通过卷扬机12控制缆绳上提多筒导管架基础，当多筒导管架基础的吸力筒1顶盖达到水面时，打开吸力筒1的气阀后，继续通过卷扬机12控制缆绳上提多筒导管架基础，至其吸力筒1顶盖到达施工船7的甲板高度，关闭吸力筒1气阀，解除卷扬机12的缆绳与吸力筒1吊耳连接。
82.(4)打开气阀对吸力筒1打气，使多筒导管架基础抬升至其连接件6高于施工船7 甲板；关闭吸力筒1的气阀，并将卷扬机12的缆绳重新与吸力筒1的吊耳连接，利用卷扬机12将多筒导管架基础旋转90
°
，旋转后多筒导管架基础的连接件6能够对准连接螺栓孔10的位
置。
83.(5)打开气阀对吸力筒1放气，使连接螺栓5完全进入连接螺栓孔10并旋紧连接螺栓5，连接完成后关闭吸力筒1气阀。第一台多筒导管架基础连接完成后，打开与施工船 7连接的所有多筒导管架基础的吸力筒1气阀，待施工船7与其所连接多筒导管架基础的整体结构自浮平衡后，关闭吸力筒1气阀，关闭隔板8。
84.尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。