一种新型海上多功能施工船的制作方法

本实用新型涉及一种新型海上多功能施工船，属于风电机组安装设备技术领域。

背景技术：

安装风机采用分体式安装或整体式安装。分体式安装就是将风机各个部件由陆地运输到海上风机机位旁，采用海上吊装设备逐件进行海上风机安装；整体式安装就是将风机各个部件在码头组装好，然后运输到海上风机机位旁，采用海上吊装设备整体进行风机安装。

目前国内外的海上风电机组安装设备有：自升式起重船、稳性桩浮吊船、普通驳船加装履带起重机、普通浮吊船以及风电机组海上运输安装船等。

其中，自升式起重船设置有液压自力式升降腿柱。工作时，腿柱插入海底之后把船的整体举升离开水面，这样可以避免风浪对吊装作业的影响。安装风机多采用分体式安装风机。

稳性桩浮吊船通常由常规船舶改建而成，尺度小于专业的起重安船，桩腿为后改建而成。在施工中船体依然依靠自身浮力漂浮在水中，桩腿仅起到稳定船体的作用，并不能承载船及船上货物的整体重量，甲板面积较小，一般只能运输两到三台风机部件。安装风机多采用分体式安装风机。

普通驳船加装履带起重机，就是将大型履带起重机放置在普通驳船上进行吊装作业。安装风机多采用分体式安装风机。

普通浮吊船是海上的起重船，可进行风机分体式安装和整体式安装。是用普通的大型浮吊将运输船上的风机部件或风机整体吊装至风机基础上安装。

风电机组海上运输安装船，如申请号2016210327476公开的风电机组海上运输安装船，集风机码头整机装船、海上整机运输、海上整机卸船和安装于一体，一艘船代替了运输船和大型起重船，可以独自在海上完成风机整体安装。

发明人在研究的过程中发现，上述海上风电机组安装设备存在以下缺陷：

1.自升式起重船：船舶的造价成本过高，收、伸支腿时间较长(每次需要1天)。

2、稳性桩浮吊船：甲板的面积相对较小，不适合远距离作业，特别是不能在深水区施工，仅能在浅水区施工。

3、普通驳船加装履带起重机进行风机安装，仅适合在浪潮较小的浅水区域较为突出，如果是滩涂地，也可以适当的作为备选方案，只是效率要相对低一些。

4、普通浮吊船进行风机安装，一般受海况影响较为严重，受浪潮影响较大，作业效率相对较低，工期也存在不确定性；风机部件一旦碰撞容易碎裂，安装时的风险较大；要求船队作业；只能使用大型浮吊船，不利于船舶的落实。

5、风电机组海上运输安装船仅适合单桩型基础风机的安装，对于其他类型的基础则无法满足安装就位。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种新型海上多功能施工船，该施工船集风机码头整机装船、海上整机运输、海上整机卸船、安装和风机拆除于一体，是一艘多功能海上风机施工船。

本实用新型的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种新型海上多功能施工船，包括：主船体和运输支架；

所述主船体由两艘驳船船体通过可调节船体间距的双船固定结构连接组成；所述运输支架包括高度可调的主塔架、可左右开合的上部横梁以及内径尺寸可调的下部支架；所述主塔架安装在主船体上，主塔架的顶端与上部横梁固定；用于支撑上部横梁，上部横梁用于固定塔筒的上部；下部支架通过托架与主船体固定，用于固定塔筒的下部。

进一步的，所述主船体上装有至少一个可拆卸的临时风机基础，用于在施工过程中，拆卸所述临时风机基础将其停靠在码头，作为风机塔筒在码头组装的基础；施工结束后，将所述临时风机基础装回主船体上。

进一步的，所述主船体上装有至少一组主塔架，所述主塔架由两个结构相同且高度可伸缩的子塔架组成，两个子塔架的底端分别与所述两艘驳船船体的两端固定；

所述子塔架由内部子塔架和外部子塔架组成，外部子塔架嵌套在内部子塔架的外围，高度低于内部子塔架的伸缩高度；内部子塔架通过设置在子塔架底部的顶升油缸控制伸缩距离，调节子塔架的高度。

进一步的，所述上部横梁为可伸缩桁架，所述可伸缩桁架由结构相同，呈镜像布置在两个子塔架顶端上的左横梁和右横梁组成，通过开合机构调节左横梁和右横梁的长度，对进入左横梁和右横梁端部的风机塔筒的上部进行夹持或释放。

进一步的，所述左横梁和右横梁分别由内横梁和外横梁组成，内横梁布置在外横梁的内部，端部固定有C型箍，内横梁通过其上的伸缩油缸控制内横梁的伸缩，从而带动C型箍的伸缩，完成对进入C型箍中的风机塔筒上部的夹持或释放，并通过C型箍上的调整油缸调整风机塔筒整体的垂直度。

进一步的，所述托架为一组可伸缩的U型箱式臂架，由臂架头、内箱体和外箱体组成，臂架头上设有多对对称的齿轮，臂架头与内箱体相连，内箱体与外箱体上安装的伸缩液压油缸相连，外箱体为长方体箱型结构，外箱体固定在液压顶升系统的顶升上支架上；通过控制外箱体上的伸缩液压油缸将内箱体推出或收回。

进一步的，所述下部支架分左右对称两部分，左右两部分通过法兰连接，形成环形整体，通过调节下部支架的内径固定塔筒的下部；

下部支架安装在托架端部的臂架头上，下部支架上的齿条板与托架臂架头上的齿轮对应啮合，形成旋转机构，通过旋转机构的转动，调整风机塔筒的安装角度。

进一步的，所述下部支架由上环梁、中环梁、下环梁、支撑柱和斜梁组成；

中环梁和上环梁通过支撑柱连接，用于固定塔筒的底段；其中，中环梁上安装有调节法兰盘，调节法兰盘为多段组合件，调节法兰盘通过高强度螺栓与塔筒底部外法兰连接，调节法兰盘可调节中环梁的内径；上环梁内测安装有多个调节块，基于塔筒底段的外径，通过调节块调节上环梁的内径，固定塔筒底段；

下环梁通过斜梁与上环梁连接，通过底梁与中环梁连接；下环梁的外径上焊接有与架臂架头上的齿轮对应的齿条板。

进一步的，所述运输支架还包括液压顶升系统，所述液压顶升系统为框架式，布置在主塔架的底部外围，基于船体间距的调整，通过液压顶升系统的可伸缩臂架带动托架上下移动满足不同型号风机基础适配的海上风机的顶升和降落。

进一步的，所述液压顶升系统包括立柱、顶升支架、垂直顶升油缸和水平油缸。

立柱固定于船体甲板上，用于支撑顶升支架；

顶升支架包括顶升上支架和顶升下支架；顶升上支架和顶升下支架通过至少一组垂直顶升油缸连接，顶升上支架和顶升下支架侧面分别安装一组水平油缸，垂直顶升油缸和水平油缸分别插入立柱上的孔支撑顶升支架。

本实用新型提供的一种新型海上多功能施工船，相较于现有技术，具有以下有益效果：

两船体之间的距离可以根据不同类型海上风机基础的大小进行调节，以适应不同类型风机基础风机的海上安装；两船体之间设置有配套的临时风机基础，可以减少在建海上风电项目前期在码头的临时基础建设，节省施工成本；主塔架的高度可以根据具体塔筒的高度进行实时调节，操作方便；上部横梁的长度时可实时调节的，可以随两船体之间的距离配合进行调整，以保证运输塔筒的安全稳定；配置的液压顶升系统为带有可伸缩臂架的框架式液压顶升装置，可以配合船体间距的调整来满足不同型号风机基础海上风机的顶升和降落；框架式液压顶升系统臂架头上安装的下部支架的上环梁和中环梁内径尺寸式可调的，可以适配不同型号风机底塔筒；旋转机构有对称多对，保证风机整体转动过程的平稳和快捷。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型实施例提供的一种新型海上多功能施工船的结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的上部横梁的结构示意图之一。

图3是本实用新型实施例提供的上部横梁的结构示意图之二。

图4是本实用新型实施例提供的下部支架的结构示意图。

图5a是本实用新型实施例提供的托架及双船固定结构的结构示意图；图5b是图5a的双船固定结构放大图示意图。

图6是本实用新型实施例提供的顶升系统的结构示意图。

图7是本实用新型实施例提供的临时基础结构示意图。

具体实施方式

首先需要指出，本实用新型的实施例仅仅公开优选的实施方式，不应该理解成对本实用新型实施的限制，本实用新型的保护范围仍以权利要求书所公开的内容为准。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种新型海上多功能施工船，包括：主船体和运输支架；

所述主船体1由两艘驳船船体通过可调节船体间距的双船固定结构17连接组成；双船固定结构17连接两艘驳船的结构形式如图5a、图5b所示，双船固定结构17由外箱171、内箱173、连接油缸172、销孔174和定位连接销175组成；两个外箱171分别焊接固定在两艘驳船船体上，内箱173的两端分别嵌套在两个外箱171内，内箱173的两端分别通过两个连接油缸172和外箱171相连，内箱和外箱上设置多个销孔174，内箱和外箱的销孔重叠后，通过定位连接销175插入重叠的销孔后将内箱和外箱固定连接。

当两艘驳船船体间距固定后，通过定位连接销175插入对应销孔174将外箱171和内箱173锁定。当需要调整两艘驳船船体间距时，打开所有定位连接销175，连接油缸伸出或收回，两驳船船体间距在连接油缸作用下变大或变小，达到预期的间距后，定位连接销175插入对应的定位孔174，将外箱171和内箱173锁死，从而将船体间距固定好。

所述运输支架包括高度可调的主塔架100、可左右开合的上部横梁300以及内径尺寸可调的下部支架400；所述主塔架100安装在主船体1上，主塔架100的顶端与上部横梁300固定；用于支撑上部横梁300，维持风机塔筒在运输中的平衡；上部横梁300用于固定塔筒的上部；下部支架400通过托架4与主船体1固定，用于固定塔筒的下部。

如图7所示，所述主船体1上装有至少一个可拆卸的临时风机基础130，用于在施工过程中，拆卸所述临时风机基础130将其停靠在码头001，作为风机塔筒在码头组装的基础；施工结束后，将所述临时风机基础130装回主船体上。

临时基础130主体可设置为船体部分结构，顶面中部安装有带法兰的风机基础。为适应不同机型的风机安装，法兰上可安装不同的过渡段法兰，以适配相应的风机塔筒。临时基础可以安装在风机施工多功能船两端中间部位。施工过程中，临时基础130停靠在码头，作为风机在码头001组装的基础；施工结束后，临时基础安装在多功能船上一起离场。

如图1所示，所述主船体上装有至少一组主塔架，优选为两组，对称安装在主船体的两侧；所述主塔架100由两个结构相同且高度可伸缩的子塔架组成，两个子塔架的底端分别与所述两艘驳船船体1的两端固定；

所述子塔架由内部子塔架12和外部子塔架13组成，外部子塔架13嵌套在内部子塔架12的外围，高度低于内部子塔架12的伸缩高度；内部子塔架12通过设置在子塔架底部的顶升油缸14控制伸缩距离，调节子塔架的高度，适应不同高度的塔筒。

如图1-3所示，所述上部横梁300为可伸缩桁架，所述可伸缩桁架由结构相同，呈镜像布置在两个子塔架顶端上的左横梁和右横梁组成，通过开合机构调节左横梁和右横梁的长度，对进入左横梁和右横梁端部的风机塔筒的上部进行夹持或释放，用于在风机整体运输过程中固定塔筒上部，使风机整体处于平衡状态。

进一步的，所述左横梁和右横梁分别由内横梁8和外横梁6组成，内横梁8布置在外横梁6的内部，端部固定有C型箍301，内横梁8通过其上的伸缩油缸7控制内横梁8的伸缩，从而带动C型箍301的伸缩，完成对进入C型箍301中的风机塔筒上部的夹持或释放，并通过C型箍301上的调整油缸302调整风机塔筒整体的垂直度。

如图1和图5所示，所述托架4为一组可伸缩的U型箱式臂架，由臂架头430、内箱体420和外箱体410组成，臂架头430上设有多对对称的齿轮431，臂架头430与内箱体420相连，内箱体420与外箱体410上安装的伸缩液压油缸相连，外箱体410为长方体箱型结构，外箱体410固定在液压顶升系统2的顶升上支架443上；通过控制外箱体410上的伸缩液压油缸将内箱体420推出或收回。

如图4-5所示，所述下部支架400分左右对称两部分，左右两部分通过法兰401连接，形成环形整体，通过调节下部支架400的内径固定塔筒的下部；

下部支架400安装在托架4端部的臂架头430上，下部支架400上的齿条板407与托架4臂架头430上的齿轮431对应啮合，形成旋转机构，通过旋转机构的转动，调整风机塔筒的安装角度。在风机安装过程中，风机整体就位出现圆周向偏差时，启动旋转机构，随着齿轮431转动从而调整风机安装角度。

所述下部支架400由上环梁402、中环梁405、下环梁403、支撑柱406和斜梁404组成；

中环梁405和上环梁402通过支撑柱406连接，用于固定塔筒的底段；其中，中环梁405上安装有调节法兰盘408，调节法兰盘为多段组合件，调节法兰盘通过高强度螺栓与塔筒底部外法兰连接，调节法兰盘可调节中环梁的内径；上环梁402内测安装有多个调节块409，基于塔筒底段的外径，通过调节块调节上环梁的内径，固定塔筒底段；

下环梁403通过斜梁404与上环梁402连接，通过底梁与中环梁405连接；下环梁403的外径上焊接有与架臂架头430上的齿轮431对应的齿条板407。

如图6所示，所述运输支架还包括液压顶升系统2，所述液压顶升系统为框架式，布置在主塔架的底部外围，基于船体间距的调整，通过液压顶升系统的可伸缩臂架带动托架4上下移动满足不同型号风机基础适配的海上风机的顶升和降落。

所述液压顶升系统2包括立柱5、顶升支架、垂直顶升油缸3和水平油缸441。

立柱5固定于船体甲板上，用于支撑顶升支架；

顶升支架包括顶升上支架443和顶升下支架442；顶升上支架443和顶升下支架442通过至少一组垂直顶升油缸3连接，顶升上支架443和顶升下支架442侧面分别安装一组水平油缸441，垂直顶升油缸3和水平油缸441分别插入立柱5上的孔支撑顶升支架。

还包括位于两艘驳船之间的导向定位机构110，其位置可以沿船体长度方向调整。用于在风机整体装船或整体安装就位时，双体驳船可快速卡住风机基础并能确保风机底塔筒中心能和基础中心重合。

为了防止船体和基础的猛烈碰撞，在双体驳船内舷侧设置缓冲装置120，以缓冲船体对基础的撞击。

下面通过一具体实例详细说明本实用新型在风机码头的作业过程。

1.布置临时基础作业过程：

施工前，先将临时基础130从主船体1上脱离并按图7中所示布置在码头001上。风机装船前已由大型履带起重机将其安装在码头的临时风机基础130上。

2.码头风机组装作业过程：

本实用新型提供的新型海上多功能施工船靠近码头时，先打开靠近风机基础端(包括临时风机基础或前期布置在码头的风机基础)的运输支架上的上部横梁和托架4，托架高度稍高于风机基础；本实施例优选采用临时风机基础130。沿船体方向的中轴线对准临时风机基础130缓慢驶入，使临时基础130插入主船体1之间。在双船固定结构17的调整下，风机进入运输支架内。船体位置调整好后，抛锚固定。通过顶升支架上下调整，使托架4略低于塔筒下法兰高度位置处；托架上的内箱体420在伸缩液压油缸作用下推出，下部支架400合拢；通过上下和左右两个方向的调整，使下部支架400和塔筒下法兰(外法兰)完全对接，通过高强螺栓连接下部支架400和塔筒下法兰。随后，根据安装风机塔筒的高度进行主塔架高度调整到位，伸缩油缸7伸出，内横梁8闭合，上部塔筒固定在内横梁8中。

风机整体在运输支架上固定好后，拆除风机塔筒下法兰(内法兰)和临时风机基础130的紧固螺栓。随后再启动液压顶升系统，将风机整体提起并脱离临时风机基础130。在提升风机的过程中，必要时可以通过船舶隔舱压水调整新型海上多功能施工船的平衡。下塔筒下法兰脱离风机基础500mm左右时，新型海上多功能施工船收锚，缓慢驶离风机基础。当风机完全离开风机基础后，液压顶升系统缓慢泄压，主塔架高度也随着同步降低将液压顶升支架落在可满足安全运输的合适高度。

在完成第一台风机的装船后，船体掉头，在新型海上多功能施工船的另一头用同样的方法完成第二台风机的整体装船。

3.风机运输及安装作业过程：

两套风机完成装船后，必要时，通过船舶隔舱压水再次调整新型海上多功能施工船的平衡，在适宜的天气情况下将风机整体运往海上风电场。

新型海上多功能施工船靠近目标风机基础15后，根据风机基础15上的安装方位和风机塔筒门的方位，调整船的行驶方向，保证风机施工多功能船卡入风机基础15后，风机安装方位基本和设计方位一致。

新型海上多功能施工船缓慢驶向风机基础15，使基础位于风机施工多功能船之间。

开启液压顶升系统，随着液压系统的顶升，主塔架高度也随着同步升高，风机被提升到一定高度(风机底塔筒下法兰面高出风机基础法兰上表面500mm～1000mm)。

调整新型海上多功能施工船上的定位导向装置，使船体缓慢靠上风机基础15，风机整体将位于基础正上方，抛锚定位。

液压顶升系统泄压下降，主塔架高度也随着同步下降，风机随顶升支架的下落而缓慢接近风机基础，在塔筒下法兰和基础法兰相距200mm左右时，液压顶升系统暂停降落。查看风机安装方位的偏差，根据偏差的方向启动托架上的旋转机构，使风机整体顺时针或逆时针缓慢转动。当风机转至准确的安装方位时，在塔筒内法兰上沿任一直径方位的两个法兰孔中插入临时导向棒，使风机和基础位置相对固定。液压顶升系统继续下降，直至风机整体落在风机基础上。

风机完全在基础上就位后，尽快用紧固螺栓将风机固定在基础上。在紧固螺栓完成规定的紧固力矩值后，开始拆除下部支架400并打开上部横梁300。

先进行下部支架400拆除。首先，采用液压力矩扳手松开托架两部分之间的紧固螺栓，再松开下部支架400和塔筒下法兰的紧固螺栓。然后，开启控制内箱体420的伸缩液压油缸，左右下部托架背向运动，松开对塔筒的夹持。

再进行上部横梁拆除。开启上部横梁300开合机构，开合机构控制伸缩油缸7收缩，打开上部横梁300，松开对塔筒的上部夹持。

最后，收锚，缓慢脱离风机基础15，驶向下一个待安装风机的基础。再用同样的方法安装另一台风机。

使用该多功能船，一艘船代替了其他方案中的多艘船；工作效率远高于其他方案；施工人员劳动强度大幅减少；避免了施工人员高空作业，消除了施工人员高空坠落的安全风险。

优点主要有：

1、该方案中的新型海上多功能施工船集海上风电场风机装船、运输、卸船、安装和拆除功能于一体，是适合我国海上风电场的专用船只，可成为海上风电建设产业链中的重要组成部分。

2、使用该双体驳船可以减少运输船的投入。码头设置两台自带的风机临时基础，且风机整体装船是双体船自行装载，所以不需要两艘运输船来保证码头组装工作持续进行。

3、采用此方案施工效率很大程度上得到了提高。对于整体安装方案来说，该方案在装船和安装过程中不需要安装和拆卸专用工装设备，施工时间相对会大大缩短。而且该方案中运输支架采用液压控制闭合，不需要施工人员在高空拆除紧固螺栓，也不需要多次进行高空吊索具挂钩和摘钩，避免了施工人员高空作业。

4、采用起重船吊装会受海上风浪和起重船移动的影响而造成风机起吊过程中有重心失衡的危险。采用此方案，风机的稳定性则一直受主塔架和上部支架的保护而避免了重心失稳。同时也不需要考虑起重臂的高度问题。

5、采用起重船进行吊装作业时，由于吊臂比较高，钢丝绳很长，绳索弹性很大，容易产生上下的晃动，造成较大的冲击。采用此方案后，即使有受波浪的影响产生晃动，液压装置在液压控制系统的调控下可以大大减缓冲击力，甚至可以消除。

6、采用起重船进行吊装作业，风机设备在就位时需要一套软着陆设备安装在基础上和吊装工装上。采用此方案，风机基础和托架上不需要安装软着陆设备，液压顶升系统可以自行调控。

7、该方案适应于所有海上风机基础。通过适配不同型号的下部支架，可进行各种规格型号风机安装；通过调整两艘驳船之间的间距可以适配不同形式的风机基础。通过调整液压顶升系统和主塔架的高度以解决潮汐和不同高度的风机基础带来的安装影响。尽量使液压装置的总工作行程不超过1米，减少作业时间。

8此安装船适用性很好，对于同样的风机，塔筒高度变高时，仅需顶升系统的顶升上支架和顶升下支架到适当高度即可。而对于其他风机安装船来说，则需要更换更大起重量的起重机，换更长的吊臂或改造塔架高度，付出的改造成本非常大，有时甚至无法改造。

本实用新型提供的一种新型海上多功能施工船，相较于现有技术，具有以下有益效果：

两船体之间的距离可以根据不同类型海上风机基础的大小进行调节，以适应不同类型风机基础风机的海上安装；两船体之间设置有配套的临时风机基础，可以减少在建海上风电项目前期在码头的临时基础建设，节省施工成本；主塔架的高度可以根据具体塔筒的高度进行实时调节，操作方便；上部横梁的长度时可实时调节的，可以随两船体之间的距离配合进行调整，以保证运输塔筒的安全稳定；配置的液压顶升系统为带有可伸缩臂架的框架式液压顶升装置，可以配合船体间距的调整来满足不同型号风机基础海上风机的顶升和降落；框架式液压顶升系统臂架头上安装的下部支架的上环梁和中环梁内径尺寸式可调的，可以适配不同型号风机底塔筒；旋转机构有对称多对，保证风机整体转动过程的平稳和快捷。

最后还应指出，任何单位和个人使用或实施本实用新型的技术方案都是对本实用新型的侵犯，任何单位和个人未经过本申请人的允许，都不能单独实施本专利。而任何单位和个人受到本实用新型的启发或经过简单调整而实施，也应认为是本专利的保护范围。