风电安装船桩腿升降装置及方法

本发明属于船舶，具体涉及一种风电安装船桩腿升降装置及方法。

背景技术：

1、相较于陆地，在海上施工风电产业难度很高。而风电安装船作为海上建造风电产业的核心，起着至关重要的作用。近年来，我国海上风电建设进入了快车道，快速建造了一批风电安装船。例如：坐底式风电安装船、自升式风电安装船和自航自升式风电安装船。其中自升式风电安装船和自航自升式风电安装船通过桩腿下降到海底对船舶进行固定， 而桩腿的提升下降依靠提升装置来实现，所以提升装置在风电安装船的固定方面有着重要的作用。

2、传统的桩腿升降锁紧装置在使用过程中均是通过控制齿轮与桩腿齿条进行啮合，由于海洋平台作业时升降次数较少，因此在海洋平台正常作业期间，海洋中会存在海洋生物与杂质，依附在锁紧装置的齿轮与齿条之间，对桩腿升降过程造成卡顿，严重影响桩腿升降效率，如果提升装置出现故障，维修比较困难，作业环境也比较危险，针对上述问题，本发明将提出一种风电安装船快速提升装置用于解决上述问题。

技术实现思路

1、为了解决风电安装船桩腿提升阶段出现卡顿、速度缓慢的问题，本发明提供了一种风电安装船桩腿升降装置及方法，能够有效改善桩腿的升降速度，降低故障发生率。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种风电安装船桩腿升降装置，包括桩腿与安装箱，所述安装箱的顶部和底部设置有相对应的通孔，所述桩腿置于所述安装箱的通孔内并贯穿所述安装箱；同时，所述桩腿侧壁的轴向上设置有两条关于轴线相对称的第一齿条；所述安装箱内设有竖直分布的第一安装平台、第二安装平台以及第三安装平台，所述第一安装平台上设置有保持桩腿静止的固定装置，所述固定装置具有两个，分别位于所述桩腿设有第一齿条的两侧；每一个固定装置均包括第一电动机、第三齿条以及固定离合机构，第一电动机的动力输出端通过固定离合机构与第三齿条连接；固定离合机构在第一电动机的动力输出下，带动第三齿条朝向/背离第一齿条运动，促使第三齿条在第一、第二极限位置之间往返；当第三齿条处于第一极限位置时，第三齿条与第一齿条处于分离状态；当第三齿条处于第二极限位置时，第三齿条与第一齿条相咬合；所述第二安装平台、第三安装平台上设置有操控桩腿向下移动的下压装置，所述下压装置具有两个，分别位于所述桩腿设有第一齿条的两侧；所述下压装置包括第二电机、第三电机以及下压机构；下压机构包括下压传动机构以及第四齿条；第三电机的动力输出端与第二电机连接，第二电机的动力输出端通过下压传动机构与第四齿条连接；在第三电机的动力作动下，第二电机的动力输出端与下压传动机构连接/分离；在第二电机的动力作动下，下压传动机构先带动第四齿条与第一齿条啮合，继而下压桩腿直至目标位置。

4、所述安装箱的底部设有控制桩腿升降的调节装置，所述调节装置包括与所述桩腿能够进行连接或脱离的收缩构件以及与收缩构件进行连接的第一卷扬机；收缩构件包括收缩控制机构以及第二齿条；第二齿条在收缩控制机构的作动下，能够与第一齿条啮合/分离；当第二齿条与第一齿条啮合时，在第一卷扬机的动力作动下，控制桩腿升降。

5、进一步的，所述收缩控制机构包括两块弧形板状的第一电磁铁、第二电磁铁，所述第一电磁铁与所述第二电磁铁呈环状将所述桩腿包围，所述第一电磁铁与第二电磁铁相对一侧的中间部位均设置有第二齿条，所述第二齿条与所述桩腿上的第一齿条相对应，所述第一电磁铁、第二电磁铁上与所述第二齿条相背离一侧分别设有第一发电机、第二发电机，所述第一发电机与第二发电机分别与卷扬机进行连接。

6、进一步的，所述第一电磁铁与第二电磁铁的边缘处分别设置有第一安装座与第二安装座，所述第一安装座与所述第二安装座之间设置有第一弹簧，所述第一弹簧的一端与第一安装座固定连接，另一端与所述第二安装座固定连接。

7、进一步的，所述固定离合机构包括与第一电动机输出轴啮合连接的第一螺纹杆以及与第一螺纹杆螺纹连接的第二螺纹杆，所述第二螺纹杆远离与所述第一螺纹杆连接的一端设有能够与所述第一齿条进行啮合的第三齿条。

8、进一步的，所述第二电动机以输出轴朝向下方的方式布置在所述第二安装平台上，所述第二电动机设有输出轴的端面上设有滚轮，所述第二电动机通过所述滚轮与所述第二安装平台滑动连接；所述第三电动机以输出轴朝向第二电动机方式安装于所述第二电安装平台上，所述第二电动机与所述第三电动机相对的侧面上设有第三螺纹杆，所述第三电机的输出轴与所述第三螺纹杆螺纹连接，所述第三电动机通过转动驱动所述第二电动机在所述第二安装平台上进行滑动；所述下压机构设置于位于所述第二安装平台下方的第三安装平台上，所述第二安装平台上设有长条形通孔，所述第二电动机的输出轴通过所述长条形通孔与所述下压机构活动连接。

9、进一步的，所述下压机构包括压板、设置于所述压板上方的螺杆以及与压板固定连接的旋转控制器，所述压板下方通过第二弹簧安装在所述第三安装平台上，所述螺杆一端与所述压板固定连接，另一端通过第三弹簧与第二安装平台下表面固定连接；所述第二电动机的输出轴上设有第四螺纹杆，所述螺杆通过第二电动机在水平方向上的滑动可与所述第四螺纹杆螺纹连接或相分离；所述旋转控制器包括控制部与旋转部，所述控制部通过连杆与所述压板固定连接，所述旋转部上设有能与所述第一齿条相啮合的第四齿条。

10、进一步的，所述第二电动机与所述安装箱侧壁相对的侧面上还设有第二弹簧，所述第二弹簧与所述安装箱的侧壁固定连接。

11、进一步的，所述安装箱内还设置有第四安装平台，所述第四安装平台上设有稳固装置，所述稳固装置包括第四电动机，所述第四电动机的输出轴通过啮合方式连接有第五螺纹杆，所述第五螺纹杆螺纹连接有第六螺纹杆，所述第六螺纹杆端部设有与所述桩腿相配合的弧形板。

12、进一步的，所述安装箱内还设置有第五安装平台，所述第五安装平台上设置有第二卷扬机，所述第二卷扬机与设于所述桩腿顶端的滑轮滑动连接。

13、一种风电安装船桩腿升降方法，基于上述的风电安装船桩腿升降装置而实现，包括桩腿提升过程以及桩腿下降过程，桩腿下降过程包括如下步骤：

14、步骤一、解除桩腿与安装箱之间的固定：

15、启动第一电动机，带动固定离合机构，促使第三齿条与第一齿条分离，直至第三齿条处于第一极限位置；

16、步骤二、控制桩腿下降：

17、步骤2.1、分别向第一电磁铁与第二电磁铁通电，使第一电磁铁与第二电磁铁产生磁力；且第一电磁铁与第二电磁铁通过所产生的磁力而相互吸引，使得第一电磁铁与第二电磁铁形成一个闭合的圆环，以致第二齿条与桩腿上的第一齿条啮合连接；

18、步骤2.2、启动第一卷扬机，第一卷扬机通过释放钢索，以控制桩腿下降，直至桩腿下降至目标位置；

19、步骤三、下压桩腿：

20、步骤3.1、启动第三动电机，带动第二电动机在第二安装平台上滑动，直至第二电动机的动力输出轴与下压机构的动力输入端装配成功；

21、步骤3.2、启动下压机构上的旋转控制器，以带动第四齿条旋转，直至第四齿条与第一齿条相啮合；

22、步骤3.3、启动第二电动机，通过带动下压机构下行来下压桩腿，直至下压机构下行至极限位置；

23、步骤3.4、反向启动下压机构上的旋转控制器，以带动第四齿条反向旋转，促使第四齿条与第一齿条分离，直至第四齿条返回初始位置；

24、步骤3.5、启动第三电动机，将第二电动机推动，使第二电动机上的第四螺纹杆与螺杆相分离，此时，压板在第二弹簧以及第三弹簧的弹力作用下返回至初始位置；

25、重复步骤3.1-3.5，直至桩腿到达指定深度；

26、步骤四、将桩腿与安装箱固定：

27、反向启动第一电动机，带动固定离合机构，促使第三齿条与第一齿条啮合，直至第三齿条处于第二极限位置，实现桩腿与安装箱固定。

28、与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

29、1.本发明中，桩腿以贯穿安装箱的方式设置安装，利用桩腿结构自身重力以及设置在安装箱内部的收缩构件与第二卷扬机的调节装置，达到桩腿整体上升或者下降的目的。而且在桩腿下降途中，通过改变第二卷扬机的释放速度，配合桩腿自身重量，迅速提升桩腿下降速度；在桩腿上升途中，通过改变第二卷扬机对钢索的缠绕收缩，使桩腿进行提升，桩腿提升过程速度依旧通过控制卷扬机的收缩速度来实现。通过这种方式可以做到快速调节桩腿升降。

30、2.本发明中，安装于安装箱内部第一安装平台、第三安装平台以及第四安装平台上设有小段齿条用于桩腿左右两方向的固定，通过齿条与桩腿齿条的直接接触替换了传统提升装置齿轮与桩腿齿条的接触，通过这种方式可以避免在齿条转动过程中，齿轮与桩腿齿条产生卡顿，进而影响工作效率。

31、3.本发明中，位于第三安装平台与桩腿直接相连的部分设有弧形电磁铁，桩腿前后两侧各存在一个，对升降阶段桩腿的前后方向进行限位；位于第一安装平台且与桩腿直接相连的部分设有弧形电磁铁，弧形电磁铁位于桩腿左右两端，对升降阶段桩腿的左右方向进行限位。通过这种方式可以做到精准控制调节桩腿升降过程。

32、4.本发明中，所有安装平台全部位于安装箱内部，与外界连接的区域尺寸有限，因此会减少齿条与桩腿齿条接触位置与外界的接触，避免外界杂质影响提升装置工作效率；同时位于第二安装平台的下压装置与压板通过弹簧连接；同时位于第二安装平台上的第二电动机外侧与安装箱外壳之间通过弹簧装置连接。通过这种方式对桩腿升降过程起到防护的作用。