一种海上风电多筒基础背负式安装船及其一步式施工方法与流程

本发明属于海洋船舶技术领域，具体的说，是涉及一种海上风电多筒基础安装船及其施工方法。

背景技术：

海上风电是全球风电发展的最前沿，其在节约成本、科技创新方面也面临着最大的机遇。风电基础是海上风电场建设中最重要的环节之一，伴随着风电单机容量的增大与海床条件的多样化，风电开发逐渐向深水转移，风电基础形式也越来越多样化。目前较为普遍的基础有单桩基础、重力式基础、三脚架式基础、导管架式基础、筒型基础和浮式平台等形式等。其中宽浅式筒型基础是近年来快速发展的一种新型结构，它与其他基础结构组合之后又形成了一些新的基础结构，例如门架式三(四)筒基础、三角架式三(四)筒基础、导管架式三(四)筒基础等。

这种多筒风电基础在海上风电推广中主要有两种安装方式即分体式和整体式。其中分体式安装需要将风电整机的各个部件分别运输到风电场，并进行基础和风电整机的现场安装；而整体式安装是将风机、塔筒、叶片等部件进行陆上安装调试后，连接到多筒基础上整体的运输到位进行施工。对比两种安装方式来看，传统的风电基础多采用分体式安装，但是这种安装需要的施工工期长、易受海上施工环境的影响；而一般的整体式安装需要的起重及运输设备较大，安装成本较高。

技术实现要素：

本发明要解决的是多筒基础风电整机运输和安装/拆除的技术问题，提供了一种海上风电多筒基础背负式安装船及其一步式施工方法，使多筒基础的上部风机及支架坐落于船体且多筒基础浮于水面，充分利用多筒基础的浮力，可实现一步式安装、拖航、定位、调平、沉放等功能，能够明显提高装机效率、降低安装成本、受海况影响小；一方面克服了传统分体式安装工期长、工作复杂、难度大的缺点，一方面减少了以往整体式安装所需的起吊及运输设备的投入，实现了快速、经济、便捷的海上风电机组一体化施工过程。

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：

一种海上风电多筒基础背负式安装船，包括船体，所述船体配备设置有全回转吊机、防撞装置、锁固抱紧装置、微调扶正装置、抛锚定位装置、控制驾驶室；

所述全回转吊机底部固定安装于所述船体前部；所述防撞装置包覆在所述船体周围；所述抛锚定位装置设置在所述船体的船头和船尾；

所述锁固抱紧装置对应于多筒基础的连接支撑结构分布并沿其长度方向设置在船体的甲板上，由可拆卸底座、拉压千斤顶、环形抱箍组合构成；所述可拆卸底座使用高强螺栓固定于所述船体的甲板，一组可分别调节位移的所述拉压千斤顶安装在所述可拆卸底座上部，所述环形抱箍安装在所述拉压千斤顶顶部，用于将多筒基础的连接支撑结构抱箍固定，从而将多筒基础与所述船体连接；

所述微调扶正装置由监测元件、真空泵和空压机组成；所述监测元件安装于多筒基础中各个筒形基础的顶盖上部，真空泵和空压机安装于船体并与各个筒形基础相连接；所述监测元件用于将监测到的不同筒型基础的沉降值并反馈给所述控制驾驶室内的控制柜，所述真空泵和所述空压机用于通过控制柜控制以抽水或注气的方式调整筒内抽负压或加压，配合所述全回转吊机对多筒基础进行调平；

所述控制驾驶室位于所述船体的甲板上，包括驾驶装置和控制柜，所述控制柜与所述驾驶装置、所述锁固抱紧装置、所述微调扶正装置、所述抛锚定位装置连接并传输信号。

优选地，所述船体整体呈长方形，所述船体宽度满足可使多筒基础移进和移出的要求。

优选地，所述全回转吊机包括起吊塔架、起重机和控制室，所述起重机安装在所述起吊塔架下部，所述起吊塔架、所述起重机均由所述控制室控制操作。

优选地，所述环形抱箍由上部箍板和下部箍板对称拼合而成，上部箍板和下部箍板的一端通过销轴等部件铰接相连，另一端通过锁固部件锁紧连接；上部箍板和下部箍板内部配合多筒基础的连接支撑结构外形设置有内衬垫。

优选地，所述全回转吊机和所述锁固抱紧装置均沿船体的中轴线对称设置。

一种海上风电多筒基础背负式安装船的一步式施工方法，按照如下步骤进行：

(1)利用吊机或滑道将多筒基础和风机整体移入水中，之后使用安装船的全回转吊机起吊多筒基础和风机整体，使多筒基础的连接支撑结构坐落于所述锁固抱紧装置上；

(2)使用所述全回转吊机和所述微调扶正装置对多筒基础进行微调；

(3)调整所述锁固抱紧装置，使其对多筒基础的连接支撑结构进行固定；

(4)在多筒基础的各个筒型基础内压入气体，当满足所述船体的吃水线后，利用所述船体与多筒基础两者的浮力作为支持力，将多筒基础和风机整体运输至设计安装地点；

(5)到达设计安装地点后，放下所述抛锚定位装置将所述船体固定，向多筒基础的各个筒型基础内补气，并利用所述全回转吊机将多筒基础和风机整体移出所述船体，并移至指定的设计安装位置；

(6)对多筒基础的各个筒型基础内抽水，使多筒基础和风机整体下沉直至多筒基础下沉到海床之下并达到指定高程；下沉过程中可利用所述微调扶正装置对多筒基础和风机整体进行调平，保证多个筒型基础均匀下沉；

(7)当多筒基础和风机整体下沉、调平、调试正常之后，所述全回转吊机脱钩，安装船返航。

本发明的有益效果是：

本发明的海上风电多筒基础背负式安装船及其一步式施工方法，实现了利用多个筒型基础的浮力进行自浮拖航运输和一步式安装；利用锁固抱紧装置将多筒基础与船体连接，并传递筒基的浮力作用，运输安全性更高、结构整体重心更低；全回转吊机提供了多筒基础的装船及下沉的吊装作业，同时在运输过程中进行调平、定位和承载；微调扶正装置与锁固抱紧装置实现了对多筒基础的三向约束，保证了结构的稳定性；最终控制驾驶室对以上环节综合调控实现海上风电多筒式基础在陆上建造调试、海上整体运输、定点平衡定位、一步式安装下沉的一体化作业；不仅缩短了分体式安装的较长工期，也避免了传统整体式的大型运输设备，降低施工难度，简化施工过程。

附图说明

图1是本发明所提供的海上风电多筒基础背负式安装船的俯视图；

图2是本发明所提供的海上风电多筒基础背负式安装船的主视图；

图3是锁固抱紧装置的结构示意图，包括打开和闭合两种状态。

图中：1、船体；2、全回转吊机；3、防撞装置；4、锁固抱紧装置；41、上部箍板；42、下部箍板；43、内衬垫；5、微调扶正装置；6、抛锚定位装置；7、控制驾驶室。

具体实施方式

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：

如图1和图2所示，本实施例公开了一种海上风电多筒基础背负式安装船，并以门架式三筒基础为例进行说明，其中包括船体1、全回转吊机2、防撞装置3、锁固抱紧装置4、微调扶正装置5、抛锚定位装置6、控制驾驶室7。

船体1整体呈长方形，船体1宽度应小于三筒基础中两筒间的最小距离，便于风机移进、移出安装船。

全回转吊机2包括起吊塔架、起重机和控制室，主要用于风机的起吊与安装，全回转吊机2可在360度内任意转动，因此全回转吊机2以底部固定的形式安装于船体1前部，其工作的回转半径满足安装要求即可；起重机安装在起吊塔架底部上，并可随起吊塔架移动，增大了全回转吊机2的运动范围且方便基础的安装，起吊塔架、起重机均由控制室控制操作。

防撞装置3包覆在整个船体1周围，可采用橡胶垫等柔性材料进行防护，避免在多筒基础装卸时与船体1发生碰撞破坏。

结合图3所示，锁固抱紧装置4对应于多筒基础的门架式支撑横梁分布并沿其长度方向设置，由可拆卸底座41、拉压千斤顶42、环形抱箍43组合构成。可拆卸底座41使用高强螺栓固定于船体1的甲板，可拆卸底座41上部安装多个间隔设置的可分别进行调节的拉压千斤顶42，通过控制驾驶室7内的控制柜分别调节每个拉压千斤顶42的不同位移来微调上部环形抱箍43的倾斜角度，以适应多筒基础的门架式支撑结构。拉压千斤顶42顶部设置环形抱箍43，环形抱箍43由上部箍板和下部箍板对称拼合而成，上部箍板和下部箍板的一端通过销轴等部件铰接相连，另一端通过锁固部件锁紧连接；上部箍板和下部箍板内部配合多筒基础的门架式支撑横梁外形设置有内衬垫，以使锁固抱紧装置4与该门架式支撑横梁贴紧并将其抱箍牢固。可拆卸底座41、拉压千斤顶42、环形抱箍43将三个筒型基础之间的门架式支撑横梁固定在船体1上，从而使多筒基础与船体1连接为一体，形成船背多筒基础的形式。根据工程需要调整可拆卸底座41和拉压千斤顶42的位置及出力，可适用于各种不同形式的多筒基础连接形式。锁固抱紧装置4一方面将多筒基础和风机整体与船体1进行固定，避免拖运过程中的结构晃动；另一方面将多筒基础的筒基浮力传递到船体1上，减小了船体1所受的重力，降低了运输及安装成本。

全回转吊机2和锁固抱紧装置4均以沿船体1中轴线对称为佳，这样能够保证船体1的整体平衡性。

微调扶正装置5由监测元件、真空泵和空压机组成。监测元件安装于多筒基础中各个筒形基础的顶盖上部，真空泵和空压机分别安装于多筒基础旁的船体1甲板上并通过抽气管与各筒形基础相连通。监测元件将监测到的不同筒型基础的沉降值反馈给控制驾驶室7内的控制柜，由监测人员分析后通过控制柜控制各个筒形基础的真空泵抽水或空压机注气的方式调整筒内抽负压或加压，配合全回转吊机2对整体结构进行调平，保证多筒基础和风机整体在下沉安装过程中的同步性，避免结构出现倾斜。

抛锚定位装置6采用首尾抛锚法，在船体1的船头和船尾的顶角处分别设置两个主锚，用于船体1在海上的抛锚定位。

控制驾驶室7位于船体1的甲板上，一般设置在船体1前端，控制驾驶室7设置有驾驶装置和控制柜，控制柜与驾驶装置、锁固抱紧装置4、微调扶正装置5、抛锚定位装置6等连接并传输信号，这样控制驾驶室7一方面控制船体1的航行，一方面控制多筒基础和风机整体的吊装、下沉、调平等作业。

利用上述海上风电多筒基础背负式安装船的一步式施工方法，按照如下步骤进行：

第一步，装船：利用吊机或滑道将多筒基础和风机整体移入水中，之后使用安装船的全回转吊机2起吊多筒基础和风机整体，使多筒基础的门架式支撑横梁坐落在船体1的锁固抱紧装置4处。

第二步，微调：使用全回转吊机2和微调扶正装置5对多筒基础和风机整体进行微调，避免因多筒基础和风机整体带来的结构振动或船体1晃动。

第三步，固定：调整锁固抱紧装置4，使其对多筒基础的门架式支撑横梁进行固定，保证多筒基础和风机整体与船体1运动保持一致。

第四步，运输：在多筒基础的各个筒型基础内压入气体，当满足船体1的吃水线后，利用船体1与多筒基础整体的浮力作为支持力，将多筒基础和风机整体运输至设计安装地点。

第五步，下沉：当到达设计安装地点后，放下抛锚定位装置6将船体1固定，向多筒基础的各个筒型基础内补气，并利用全回转吊机2将多筒基础和风机整体移出船体1，并移至指定的设计安装位置。

之后对多筒基础的各个筒型基础内抽水，使多筒基础下沉直至下沉到海床之下并达到指定高程。下沉过程中可利用微调扶正装置5对多筒基础进行调平，保证多个筒型基础均匀下沉。

第六步，返航：当多筒基础和风机整体下沉、调平、调试正常之后，全回转吊机2自动脱钩，安装船返航。

本发明也适用于海上风电多筒基础及风机的回收工作。

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。