一种海上风电深水一步式安装装置的制作方法

本实用新型属于海上风电基础技术领域，具体是涉及一种海上风电深水一步式安装装置，此装置可辅助筒型基础整机在深水海域平稳沉放，提升了筒型基础深水安装的稳定性及安全性，扩大了筒型基础整机浮运及一步式安装的应用范围。

背景技术：

与陆上风电场建设相比，海上风电场建设中要面临更为复杂和恶劣的海上环境，海上施工难度大、作业窗口期少，从而大幅度的增加了海上风电开发的成本及工期。海上风电开发中基础结构主要分为固定式支撑结构及漂浮式支撑结构，目前风电开发主要集中在0-50m水深海域，主要采用固定式支撑结构。固定式支撑结构的安装一般采用分步安装，先进行基础的海上施工，再进行塔筒、机头、扇叶的安装，此方法增加了海上作业时间及作业难度。海上风电支撑结构陆上预制、整机浮运、一步式安装是海上风电的一个发展趋势，目前多个国家都在进行此项技术的研究。

随着海上风电开发朝着较深海域的发展，一步式安装技术必须要适应较深海域风、浪、流等恶劣的施工条件，通过技术创新解决筒型基础整机一步式深水沉放过程中面临的失稳甚至倾覆等问题，控制沉放速度及姿态，确保海上整机安装过程的安全性及各项指标满足风机要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，针对海上风电基础及整机一体化深水安装过程中所存在的稳定性控制问题，提供一种海上风电深水一步式安装装置，此装置可辅助筒型基础整机在深水海域平稳沉放，提升了筒型基础深水安装的稳定性及安全性，扩大了筒型基础整机浮运及一步式安装的应用范围。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种海上风电深水一步式安装装置，包括安装船、辅助沉放架、支撑桁架、扶正导向架、塔筒、扇叶、机头、拉索和筒型基础，所述安装船的船体后部设置有矩形凸台，矩形凸台上设有U型凹槽，所述矩形凸台的四个顶角处分别一体安装有竖向的支撑桁架；所述辅助沉放架由U型底架和竖向的导向管构成，矩形凸台上的每个支撑桁架外侧均设有通孔，所述通孔内穿设有与所述支撑桁架活动连接的导向管，所述导向管的底端位于矩形凸台下方且与所述U型底架固接；所述U型底架与矩形凸台之间通过所述U型凹槽和所述拉索安装所述筒型基础，所述塔筒安装于筒型基础中部，塔筒与筒型基础之间设有用于加固的斜撑，所述机头安装于塔筒顶端，机头的轴与扇叶连接；所述扶正导向架的一端与所述支撑桁架连接，另一端通过抱箍与塔筒连接，用于在调试、运输及安装过程中对塔筒起到辅助支撑及约束的功能。

进一步的，所述拉索包括竖向拉索和横向拉索，所述横向拉索将辅助沉放架与筒型基础柔性连接；竖向拉索将筒型基础与安装船柔性连接。

进一步的，运输过程中，所述筒型基础和安装船的底部齐平，以减小运输过程中筒型基础受力，并防止筒型基础底部筒裙发生破坏。

进一步的，所述筒型基础的底部敞开，内部为分舱或不分舱的腔体结构。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案所带来的有益效果是：

1.本实用新型实现了筒型基础及风机整机在深水区域的可控、平稳的沉放安装，此装置通过辅助沉放架同步沉放、拉索柔性连接等措施，通过沉放过程中筒型基础与船体的连接及相互作用，提高了筒型基础整机沉放过程中的稳定性，也即增强了筒型基础沉放过程中抵抗风浪流环境荷载的能力，大幅度提升了筒型基础和风机整机在深水安装的稳定性及安全性，扩大了筒型基础整机浮运及一步式安装的应用范围。

2.本实用新型解决了海上风电筒型基础整机在较深海域恶劣风浪流环境荷载下一步式沉放姿态控制问题，安装装置整体结构形式简单、施工便捷，节约人力物力。

附图说明

图1是本实用新型装置整体的立体结构示意图；

图2是本实用新型装置中扶正导向架与筒型基础的连接状态示意图；

图3是本实用新型装置整体的侧视结构示意图；

图4是本实用新型装置中导扶正导向架与筒型基础的俯视结构示意图；

图5是本实用新型装置的深水沉放安装时的过程示意图；

图中：1、安装船；2-1、U型底架；2-2导向管；3、支撑桁架；4、扶正导向架；5、抱箍；6、塔筒；7、扇叶；8、机头；9-1、横向拉索；9-2竖向拉索；10、筒型基础；11、斜撑。

具体实施方式

为了能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及效果，兹例举一下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1至图4所示，一种海上风电深水一步式安装装置，包括安装船1、辅助沉放架、支撑桁架3、扶正导向架4、抱箍5、塔筒6、扇叶7、机头8、拉索、筒型基础10和斜撑11，安装船1的船体后部设置有矩形凸台，矩形凸台上设有U型凹槽，主要用于与筒型基础进行对接，使得筒型基础底部与船体底部齐平，从而减小运输过程中筒型基础受力及减小阻力，并保护筒型基础底部筒裙，防止其筒裙在浮运过程中发生破坏。

矩形凸台的四个顶角处分别一体焊接有竖向的支撑桁架3；支撑桁架3由钢管连接而成，与安装船形成一个固定的整体，对辅助沉放架沉放过程起到支撑及导向作用。辅助沉放架由U型底架2-1和竖向的导向管2-2构成，矩形凸台上的每个支撑桁架3外侧均设有通孔，通孔内穿设有与支撑桁架3活动连接的导向管2-2，导向管2-2可以上下滑动并承受较大的水平荷载，主要用于深水区域与筒型基础整体沉放，并起到筒型基础与船体的连接作用，本实施例中设有四个通孔和四个导向管2-2，而具体实施过程中根据需要矩形凸台上亦可相对应的设置多个通孔和导向管2-2。

导向管2-2的底端位于矩形凸台下方且与U型底架2-1焊接；U型底架2-1与矩形凸台之间通过U型凹槽和拉索连接固定筒型基础10，拉索包括横向拉索9-1和竖向拉索9-2，横向拉索9-1将辅助沉放架的U型底架2-1与筒型基础10柔性连接；竖向拉索9-2将筒型基础10与安装船1柔性连接。拉索可根据筒型基础下沉深度、速度、环境情况等进行张紧和松开作业，起到筒型基础和辅助沉放架的柔性连接作用。

塔筒6安装于筒型基础10中部，筒型基础10的底部敞开，内部为可分舱或不分舱的腔体结构。塔筒6与筒型基础10之间设有用于加固的斜撑11，机头8安装于塔筒6顶端，机头8的轴与扇叶7连接；扶正导向架4的一端与支撑桁架3连接，另一端通过抱箍5与塔筒6连接，用于在调试、运输及安装过程中对塔筒6起到辅助支撑及约束的功能。

本实施例中导向管2-2、U型底架2-1均由钢管制成。

上述海上风电深水一步式安装装置的安装施工方法的具体操作步骤如下：

第一步，整机安装。筒型基础10在陆上预制完成，且其自身具有一定的自浮稳性，通过湿拖将筒型基础10在码头边临时就位，继而进行上部塔筒6、机头8、扇叶7的安装和调试。

第二步，筒型基础与安装船的对接。筒型基础及风机整机安装调试完毕后，通过往筒型基础10内打气，使筒型基础10和上部塔筒6、机头8、扇叶7整体浮起，与安装船1的U型槽对接，调节扶正导向架4和抱箍5，抱紧塔筒6。继续往筒型基础10内打气，使得筒型基础10顶部与安装船顶紧，同时用横向拉索9-1将辅助沉放架与筒型基础10柔性连接。用竖向拉索9-2将筒型基础与安装船柔性连接。

第三步，调整。通过筒型基础10内舱压及辅助沉放架、横向拉索9-1、竖向拉索9-2调整筒型基础水平度及其与安装船的连接性能。

第四步，运输。安装船1与筒型基础10、塔筒6、机头8、扇叶7整体浮运，浮运过程中筒型基础10与安装船1及辅助沉放架紧密连接，通过船体与自身的浮稳性来抵抗浮运过程中的环境荷载。

第五步，深水沉放安装，如图5所示。安装船1与筒型基础10、上部塔筒6、机头8、扇叶7整体浮运至指定安装地点后，抱箍5松开，筒型基础10首先通过排出筒内气体，使得筒型基础10与风机整体的重力大于所受浮力，竖向拉索9-2拉紧承担筒型基础与塔筒、机头、扇叶整体结构重力和浮力差；在筒型基础10底部入泥之前，整个下沉过程中随时调节筒型基础10舱内气压，保证筒型基础10与风机整体的重力大于所受浮力，两者之差维持基本不变；缓慢松开竖向拉索，当筒型基础10顶部与辅助沉放架的U型底架2-1顶部齐平后，横向拉索张紧并锁死；通过控制导向管2-2，下放辅助沉放架，竖向拉索9-2同步放松，辅助沉放架和筒型基础10整体下沉，当筒型基础10底部离海床面0.5～1m左右，辅助沉放架和竖向拉索9-2停止往下沉放。松开横向拉索9-1，继续放松竖向拉索9-2，依靠结构自重和浮力之差使筒型基础10入泥；缓慢的排出筒型基础10舱内气体和放松竖向拉索9-2，直至筒型基础10内部气压与外压一致；松开竖向拉索9-2，安装船1移开，收回辅助沉放架；对筒型基础10舱内抽取气体或水，抽真空下压，直至筒型基础10顶盖入泥，完成沉放安装；安装船1返航。

本实用新型并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本实用新型的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本实用新型的保护范围之内。