一种海上风电多筒导管架基础安装和回收方法与流程

1.本发明属于海上风电施工技术领域，具体的说，是涉及一种海上风电多筒导管架基础安装和回收方法。


背景技术：

2.目前在海上风电发电领域，多筒导管架基础作为一种新型的海上风机基础，具有重量轻，结构强度高，承载能力强，受浪流作用较小，施工简便、可回收等优势。
3.传统安装方法是将基础结构和上部风机运至安装地点后进行分步式安装，这种安装方式海上施工作业时间较长，受天气、海况等自然条件影响较大，因此施工难度较大；同时分步式安装需要吊机等大型吊装设备，对运输船的承载能力要求较高，且吊装设备的使用也增加了安装成本。另外，多筒导管架基础下放过程中的缆绳张力也是需要重点关注的问题，若不能时刻控制吊缆张力，有可能发生吊缆张力过大超出其强度而导致揽绳断裂，或者吊缆张力过小导致脱钩，造成工程事故；另外由于地质的差异性，传统的吸力筒在沉放过程中易发生沉放不到位的情况，同时也需要注意筒体的屈曲问题。
4.对多筒导管架基础进行回收时，由于多筒导管架基础整体尺寸和重量都很大，要求的吊高也较高，因此对吊缆的要求很高，导致浮吊作业难度较大，若吊缆张力的控制出现问题，易发生揽绳断裂或脱钩等安全事故。


技术实现要素：

5.本发明要解决的是海上风电多筒导管架基础在安装和回收中存在的技术问题，提供了一种海上风电多筒导管架基础安装和回收方法，不需要吊机等大型吊装设备，缩短了海上施工作业时间，减少了海上施工作业成本，保证了安装和回收过程的安全稳定性。
6.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：
7.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安装方法，通过一体式运输安装船安装多筒导管架基础；每个所述多筒导管架基础配置吊缆，所述吊缆的数量与其吸力筒的数量相同，每根所述吊缆顶部连接于卷扬机，所述卷扬机通过所述一体式运输安装船的支撑架安装在所述多筒导管架基础上方；
8.并且按照如下步骤进行；
9.(1)根据多筒导管架基础安装位置的环境条件，调节所述一体式运输安装船与多个所述多筒导管架基础所形成整体结构的吃水深度；断开待安装所述多筒导管架基础和所述一体式运输安装船之间连接；
10.(2)通过气阀对待安装的所述多筒导管架基础各吸力筒进行放气，使所述多筒导管架基础排气下沉，同时所述卷扬机控制所述吊缆长度配合所述多筒导管架基础下放；
11.(3)所述多筒导管架基础排气下沉至所述吸力筒的顶盖到达水面后，通过所述气阀对所述吸力筒进行打气，至所述吊缆张力为所述多筒导管架基础重力的10％～30％；
12.(4)关闭所述气阀，停止对所述吸力筒进行打气，所述多筒导管架基础继续下沉；
13.(5)所述多筒导管架基础下沉至即将接触泥面时，通过所述气阀对所述吸力筒进行打气，使所述吸力筒内的水排空，打气产生的气流能够将泥面表层淤泥软土冲散开；
14.(6)当所述泥面表层淤泥软土基本被冲散开，停止对所述吸力筒进行打气，并保持所述气阀打开状态，所述多筒导管架基础继续下沉至进入泥面；
15.(7)所述多筒导管架基础不再继续下沉后，先卸掉所述吊缆与所述多筒导管架基础的连接，然后通过所述气阀对所述吸力筒进行抽气，抽气完成后进行抽水，使所述多筒导管架基础进行吸力下沉。
16.(8)安装到位后继续对所述吸力筒抽水，进行地基加固。
17.进一步地，步骤(2)中，所述吊缆张力控制在其最大设计张力的20％～80％。
18.进一步地，步骤(4)中，所述吊缆控制所述多筒导管架基础下放速度为0.5
‑
1.5m/h；
19.所述吊缆张力达到其最大设计张力时，通过所述气阀对所述吸力筒打气以减小所述吊缆张力。
20.进一步地，步骤(5)中，所述即将接触泥面为所述吸力筒底端与泥面的距离为0.5
‑
1.0m。
21.进一步地，步骤(7)中，若所述吸力筒安装位置存在坚硬土层，当抽气或抽水的吸力超过最大设计吸力时，停止对所述吸力筒抽气或抽水，改为通过对所述吸力筒先打水后打气将所述吸力筒顶起至其底端离开泥面，然后再对所述吸力筒先抽气再抽水进行沉放，如此通过反复下沉所述吸力筒和顶起所述吸力筒的方式沉放到位；
22.若所述吸力筒安装位置存在孤石，对所述吸力筒先打水后打气使所述吸力筒顶起至离开泥面，然后调整所述吸力筒的安装位置，避开孤石后继续吸力下沉。
23.若所述吸力筒内部滞留有无法通过抽气排出的筒内气体，通过反向打水排除筒内气体。
24.进一步地，所述多筒导管架基础通过塔筒连接有风机，通过一体式运输安装船安装多筒导管架基础风电整体。
25.根据本发明的另一个方面，提供了一种海上风电多筒导管架基础回收方法，通过一体式运输安装船回收多筒导管架基础；每个所述多筒导管架基础配置吊缆，所述吊缆的数量与其吸力筒的数量相同，每根所述吊缆顶部连接于卷扬机，所述卷扬机通过所述一体式运输安装船的支撑架安装在所述多筒导管架基础上方；
26.并且按照如下步骤进行；
27.(1)将所述吊缆与待回收的所述多筒导管架基础连接，利用所述卷扬机控制所述吊缆长度，所述使吊缆初始张力达到所述多筒导管架基础重力的10％
‑
30％；
28.(2)对所述多筒导管架基础的吸力筒打水后，再通过气阀对所述吸力筒打气，使所述吸力筒顶升，打水和打气的比例根据所述吸力筒的设计水气比控制；
29.(3)所述吸力筒顶升至底端完全出泥面后，先通过调节所述吸力筒的水气比调节所述吊缆张力为多筒导管架基础自重的10％
‑
30％，然后利用所述卷扬机控制所述吊缆提升所述多筒导管架基础；
30.(4)所述吊缆提升所述多筒导管架基础至浮运的设计吃水深度时，停止继续提升所述吊缆，通过所述气阀对所述吸力筒打气调节其内部水气比，直至所述吊缆的张力为零，
使所述多筒导管架基础在设计吃水深度实现自浮，将所述多筒导管架基础装配于所述一体式运输安装船。
31.进一步地，步骤(3)中，所述吊缆提升的速度为0.5
‑
2m/s；
32.当所述吊缆张力达到最小设计张力时，通过所述气阀对所述吸力筒放气以增大所述吊缆张力。
33.进一步地，步骤(4)中，当所述吊缆张力达到其最大设计张力时，通过所述气阀对所述吸力筒打气以减小所述吊缆张力。
34.进一步地，所述多筒导管架基础通过塔筒连接有风机，通过一体式运输安装船回收多筒导管架基础风电整体。
35.本发明的有益效果是：
36.(一)本发明的海上风电多筒导管架基础安装和回收方法，通过卷扬机实现对吊缆的控制，在多筒导管架基础的安装过程和/或回收过程中减少了大型吊装设备的使用，节约了成本，也降低了对运输安装船的承载要求。
37.(二)本发明的海上风电多筒导管架基础安装和回收方法，在下沉过程和/或顶升过程中吸力筒内部始终存有气体，为多筒导管架基础提供一定浮力，在浪流荷载下提高了多筒导管架基础的稳定性；并且能够通过控制吸力筒内部气体调整吊缆张力：吊缆张力达到最小设计张力时，通过对吸力筒排气减小吸力筒浮力进而提高吊缆张力；当吊缆张力达到最大设计张力时，通过对吸力筒打气增加吸力筒浮力进而降低吊缆张力；由此，始终控制吊缆张力保持在安全范围内，提高安装和回收的安全性；
38.(三)本发明的海上风电多筒导管架基础安装和回收方法，在吸力筒底端即将接触泥面时，打开气阀向吸力筒内部打气，排空吸力筒内的水，这样气流可以将泥面表层淤泥软土冲散开，更有利于下一步的吸力筒下沉，提高了地基承载力。
附图说明
39.图1是实施例1所提供的海上风电多筒导管架基础安装和回收方法示意图；
40.图2是实施例1所提供施工方法中吸力筒下沉过程示意图；
41.图3是实施例1所提供施工方法中吸力筒接触泥面前的打气排水示意图；
42.图4是实施例2所提供的海上风电多筒导管架基础整机安装和回收方法示意图.
43.上述图中：1、导管架；2、吸力筒；3、卷扬机固定台；4、卷扬机；5、吊缆；6、一体式运输安装船；7、支撑平台；8、支撑架；9、连接块；10、筒内气体；11、水；12、泥面；13、泥面表层淤泥软土；14、气流。
具体实施方式
44.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：
45.实施例1
46.本发明提供了一种海上风电多筒导管架基础安装和回收方法，利用一体式运输安装船6将多个多筒导管架基础运输至安装海域后，直接通过一体式运输安装船6安装和/或回收多个多筒导管架基础，多筒导管架基础的每个吸力筒2均配备单独吊缆5，控制多筒导
管架基础的下放和/或顶升速度；多筒导管架基础下沉和/或回收过程中保持吸力筒2憋气状态，为多筒导管架基础提供一定浮力，并且可以通过对吸力筒2打气或放气调整浮力大小进而控制各个吊缆5张力，使吊缆5张力始终控制在一定的安全范围内，保证多筒导管架基础安装和/或回收过程的安全稳定性。
47.如图1所示，一体式运输安装船6上配置多筒导管架基础的数量通常为3
‑
6个。当数量为双数时，以多筒导管架基础对称分布在一体式运输安装船6两侧为佳。当数量为单数时，以多筒导管架基础优先布置在一体式运输安装船6两侧中间，再依次向一体式运输安装船6两侧端部布置为佳。
48.多筒导管架基础一般包括三至四个吸力筒2，多个吸力筒2通过其上方筒顶加强段与导管架1连接。吸力筒2主体为钢筒，由筒壁及盖板构成，盖板上设置有气阀、抽水泵、打水泵和线路孔道。导管架1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2顶部中心，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，安装过程快捷、简单、精度高，对深水风电场具有很强的适用性。
49.每个多筒导管架基础顶部由吊缆5吊起，每个多筒导管架基础所使用吊缆5的数量与吸力筒2的数量相同，每根吊缆5顶部连接于卷扬机4、底端连接在导管架1的过渡段边部。
50.一体式运输安装船6的甲板上固定有支撑平台7，支撑平台7上安装有支撑架8，支撑架8两侧向外伸出连接块9，连接块9用于将卷扬机固定台3连接到支撑架8，卷扬机固定台3的数量与多筒导管架基础数量相同。每个卷扬机固定台3对应于每个多筒导管架基础上方，每个卷扬机固定台3上安装有多个卷扬机4，卷扬机4的数量与吸力筒2的数量相同，每台卷扬机4对应于一根吊缆5。如此，多筒导管架基础通过吊缆5竖直吊立，吊缆5的长度由卷扬机4控制，与筒内气体10配合，进行多筒导管架基础的下沉和顶升，卷扬机4的使用省去了吊机等大型吊装设备，降低了对运输安装船的承载要求，并且利用调整吸力筒2内部水气比的方式控制吊缆5张力，保证吊缆5张力始终在安全范围内，方法简单实用，同时在整体上大大降低了安装成本。
51.如图2所示，海上风电多筒导管架基础安装方法，具体按照如下步骤进行：
52.(1)根据多筒导管架基础安装位置的环境条件，调节一体式运输安装船6与多个多筒导管架基础所形成整体结构的吃水深度。若多筒导管架基础安装位置水深较浅，可以通过对所有多筒导管架基础的各吸力筒2打气的方式，抬高整体结构的重心，增大多筒导管架基础的浮力。若安装海域的风浪较大，可以通过对所有多筒导管架基础各吸力筒2放气的方式，降低整体结构的重心，增大多筒导管架基础的稳性。
53.关闭所有多筒导管架基础各吸力筒2的气阀和抽水泵，断开待安装多筒导管架基础和一体式运输安装船6之间的所有连接。
54.(2)对多筒导管架基础的各吸力筒2进行放气，使多筒导管架基础排气下沉，同时卷扬机4控制吊缆5长度配合下放，吊缆5张力始终控制在最大设计张力的20％～80％，避免吊缆5断裂或脱钩。
55.(3)多筒导管架基础排气下沉至吸力筒顶盖到达水面后，对多筒导管架基础的各吸力筒2进行打气，至吊缆5张力调整到多筒导管架基础重力的10％～30％，由此可以保证吸力筒2进入水面后吊缆5始终保持张力，避免吊缆5张力松弛导致脱钩。
56.(4)关闭气阀，停止对多筒导管架基础的各吸力筒2进行打气，多筒导管架基础继
续下沉。
57.步骤(4)的吊缆5控制多筒导管架基础下放速度在0.5
‑
1.5m/h范围内，确保多筒导管架基础下放过程安全稳定性。
58.步骤(4)的下沉过程中由于筒内气体10持续被压缩，吸力筒2的浮力逐渐减小，吊缆5张力逐渐增大，吊缆5张力达到其最大设计张力时，需要对吸力筒2进行打气，以增大吸力筒2的浮力，减小吊缆5的张力，防止出现由于吊缆5张力过大导致断裂现象，从而确保吊缆5的安全性。
59.(5)多筒导管架基础下沉至即将接触泥面12时，对多筒导管架基础的各吸力筒2进行打气，使各吸力筒2内的水11排空，打气产生的气流14可以将泥面表层淤泥软土13冲散开，更有利于下一步的多筒导管架基础下沉，提高地基承载力，如图3所示。
60.其中，即将接触泥面12为吸力筒2底端与泥面12的距离为0.5
‑
1.0m。
61.(6)当泥面12不再由于气流14产生明显变化时，即表明泥面表层淤泥软土13基本被冲散开，停止对多筒导管架基础的各吸力筒2进行打气，并保持气阀打开状态，多筒导管架基础的各吸力筒2将排出部分筒内气体10，吸力筒2内部恢复到有水和气的状态，多筒导管架基础继续下沉。
62.当吸力筒2底端接触泥面12时(气阀仍为打开状态)，由于吸力筒2自重和内外压差给吸力筒2向下的驱动力，使吸力筒2继续快速下沉进入泥面12。此过程中由于泥面12的阻力，吊缆5张力逐渐下降。
63.(7)当多筒导管架基础不再由于吸力筒2放气而继续下沉时，先卸掉吊缆5与多筒导管架基础的连接，然后通过气阀对吸力筒2进行抽气，抽气完成后利用抽水泵进行抽水，使多筒导管架基础进行吸力下沉。吸力下沉过程中通过调节各吸力筒2抽水流量和抽气流量对多筒导管架基础进行调平。
64.多筒导管架基础吸力下沉的过程中，当吸力筒2安装处遇到坚硬土层或孤石时，持续抽气抽水可能会造成吸力筒2筒体屈曲。若吸力筒2安装位置存在坚硬土层，当抽气或抽水的吸力超过最大设计吸力时，可以先停止对吸力筒2抽气或抽水，通过对吸力筒2先打水后打气将吸力筒2顶起至其底端离开泥面12，然后再对吸力筒2先抽气再抽水进行沉放，如此通过反复下沉吸力筒2
‑
顶起吸力筒2的方法削弱坚硬土层，进而沉放到位。若吸力筒2安装位置存在孤石，则可以对吸力筒2先打水后打气使吸力筒2顶起至离开泥面12，然后通过移动节一体式运输安装船6来调整吸力筒2的安装位置，避开孤石后继续吸力下沉。
65.吸力下沉过程中，若吸力筒2内部滞留少量筒内气体10无法通过抽气的方式排出，此时由于滞留的筒内气体10存在，抽水泵无法抽水，可通过打水泵反向打水，排除滞留的筒内气体10。
66.(8)安装到位后继续对各吸力筒2内部抽水，地基土中的水由于压差产生渗流，可以起到地基加固的作用。若安装位置泥面12不平整，对各吸力筒2内部抽水产生负压也可以在一定程度上对多筒导管架基础进行调平。
67.之后，可以将一体式运输安装船6上其余的多筒导管架基础分别运至其他安装地点，按照上述方法依次进行安装。
68.所有多筒导管架基础的安装顺序优选为：先安装靠近一体式运输安装船6船艏的多筒导管架基础，再安装靠近一体式运输安装船6船尾的多筒导管架基础；如果一体式运输
安装船6中部也有多筒导管架基础，则依次安装完船艏、船尾的多筒导管架基础，再安装中部的多筒导管架基础；并且一体式运输安装船6两侧对称布置的两个多筒导管架基础1按照相邻顺序安装。这样有利于保持安装船和导管架基础的稳定性。
69.每安装完一个多筒导管架基础之后，需要重新调节一体式运输安装船6与多个多筒导管架基础所形成整体结构的吃水深度和姿态。
70.当多筒导管架基础无法继续满足工作要求时，需要对其进行回收。海上风电多筒导管架基础回收方法，具体按照如下步骤进行：
71.(1)通过卷扬机4下放吊缆5，吊缆5底端连接在导管架1的过渡段边部。利用卷扬机4控制吊缆5长度，使吊缆5初始张力达到多筒导管架基础重力的10％
‑
30％，以确保吊缆5不会脱钩。
72.(2)对多筒导管架基础的各吸力筒2通过先打水后打气的方法将其顶升起来，打水和打气的比例根据吸力筒2设计水气比控制，吸力筒2内部维持一定的水气比可以增大吸力筒2的浮力，降低吊缆5张力。
73.(3)各吸力筒2顶升至底端完全出泥面12后，先通过调节吸力筒2的水气比来调节吊缆5的张力，将吊缆5的张力调整至多筒导管架基础自重的10％
‑
30％范围内，然后利用卷扬机4控制吊缆5提升多筒导管架基础，吊缆5提升的速度控制在0.5
‑
2m/s。
74.由于吊缆5的提升，筒内气体10随着水压的减小逐渐膨胀，使得吸力筒2浮力增大，吊缆5张力逐渐减小，当吊缆5张力达到最小设计张力时，需要对吸力筒2放气的方式减小浮力，以适当增大吊缆5张力，防止由于吊缆5张力过小导致脱钩危险。
75.(4)吊缆5提升多筒导管架基础至浮运的设计吃水深度时，停止继续提升吊缆5，同时对吸力筒2打气调节其内部水气比，直至吊缆5的张力为零，使多筒导管架基础在设计吃水深度实现自浮，将多筒导管架基础装配于一体式运输安装船6。
76.当吊缆5提升多筒导管架基础至吸力筒2顶盖出水面后，浮力随吸力筒2的继续提升而减小，吊缆5张力逐渐增大，当吊缆5张力达到其最大设计张力时，需要对吸力筒2进行打气，以增大吸力筒2的浮力，减小吊缆5的张力，防止出现由于吊缆5张力过大导致断裂现象，从而确保吊缆5的安全性。
77.所有多筒导管架基础与一体式运输安装船6的装配顺序优选为：先按照步骤(1)
‑
(4)安装位于一体式运输安装船6中部的多筒导管架基础，再按照步骤(1)
‑
(4)安装位于一体式运输安装船6端部的多筒导管架基础；并且，一体式运输安装船6两侧对称布置的两个多筒导管架基础按照相邻顺序安装。这样，有利于在装配过程中保持多筒导管架基础与一体式运输安装船6的整体稳定性，减少装配时间，加快施工速度。
78.实施例2
79.如图4所示，将多筒导管架基础和上部风机一体化整机浮运至安装地点后进行整机安装和回收，大大缩短了海上施工作业的时间。多筒导管架基础风电整机包括由上至下依次连接的风机、塔筒和多筒导管架基础，其安装和回收的具体步骤与实施例1相同，仅把多筒导管架基础替换为多筒导管架基础风电整机。
80.若多筒导管架基础包括三个吸力筒2，则在整机安装时可以将风机机头调向某一个吸力筒2的方向形成偏心，在沉放过程中可以重点调节该吸力筒2的水气比进行调平；若多筒导管架基础包括三个吸力筒2，则在整机安装时可以将风机机头调向某两个相邻吸力
筒2的中间位置形成偏心，在沉放过程中可以重点调节该两个吸力筒2的水气比进行调平。
81.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。