一种张力腿漂浮式风机系统的整体运输安装工装和方法与流程

1.本发明涉及一种张力腿漂浮式风机系统的整体运输安装工装和方法。


背景技术：

2.海上具有丰富的风资源，且海上风速相对稳定，受地形影响小，对环境影响小，因此海上风力发电得到各海洋大国的重视。我国海岸线广阔，海上风电发展的天然条件优越，海上风电的规模和发展速度已经跃居世界前列。随着近海风场的发展规模越来越大，海上风电走向深远海已经成为必然的发展趋势。
3.漂浮式风机是我国利用深远海风能的重要解决方案。漂浮式基础主要包括立柱式、半潜式和张力腿式。在当前技术水平下，前两种成本太高，难以推广应用。张力腿基础的系泊索的长度远小于立柱式或半潜式的悬链线状系泊索，且基础自身的重量也偏小，因此，在成本方面具有明显的优势。
4.目前，国内外提出了一些张力腿式漂浮式基础方案，例如eco tlp、gicon tlp和pelastar tlp，这些张力腿式漂浮式基础的水线面面积非常小，系泊点和锚泊点均在水面以下，且需要特定的预紧力。对于该类型风机基础，整体运输和安装过程对技术要求非常高，张力腿式漂浮式风机基础的水线面较小，不能够进行整体湿拖，且张力腿式漂浮式基础安装难度大，很难在保证稳性的前提下完成张力腿的安装。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种张力腿漂浮式风机系统的整体运输安装工装和方法，可以实现小水线面张力腿式风机的整体湿拖，并且可以在不需要大型安装船扶正的情况下完成系泊索的安装。
6.为了达到上述目的，本发明提供一种张力腿漂浮式风机系统的整体运输安装工装，包含：
7.浮力块组件，其安装在张力腿漂浮式风机系统的风机基础上，用于增加水线面面积，实现张力腿漂浮式风机系统的整体湿拖；
8.浮力筒，其连接在系泊索的顶端，用于完成系泊索的安装。
9.所述浮力块组件包含：
10.多个第一钢管，其固定设置在张力腿漂浮式风机基础的浮桥上，用于固定临时浮力块；
11.多个临时浮力块，其堆叠套设在所述第一钢管上，用于为张力腿漂浮式风机基础提供压载和水线面面积。
12.所述第一钢管的长度大于所有临时浮力块堆叠的总高度。
13.所述第一钢管上具有底端开孔，用于插入固定销，防止湿拖过程中临时浮力块上浮，所述底端开孔距离第一钢管底部的长度大于一个临时浮力块的高度。
14.所述第一钢管上具有顶端开孔，用于插入固定销，防止在机位点安装过程临时浮
力块下滑。
15.所述临时浮力块包含：
16.浮力块主体，其为空心结构，用于容纳液体；
17.多个连接部，其固定设置在所述浮力块主体外侧，每个所述连接部上具有通孔，所述第一钢管穿过通过，从而将所述临时浮力块套设到所述第一钢管上；
18.给排水口，其设置在所述浮力块主体上，用于注入液体或抽出液体。
19.所述浮力块主体采用钢结构或者塑料结构，所述浮力块主体的高度为4～5米，所述浮力块主体的长度和宽度与所述浮桥的长度和宽度匹配。
20.所述连接部上的通孔的内径大于所述第一钢管的外径。
21.所述临时浮力块还包含设置在连接部上的挡块，避免临时浮力块在吊装和拆卸时吊具脱落。
22.所述浮力筒包含通过销柱连接的两个半圆筒，所述浮力筒上具有通孔，用于穿过所述系泊索。
23.所述浮力筒上的通孔的孔径小于系泊索的顶端接头的尺寸。
24.所述浮力筒为塑料结构或金属结构。
25.本发明还提供一种张力腿漂浮式风机系统的整体运输安装方法，包含以下步骤：
26.步骤s1、在港口码头或者船坞将塔筒和风机安装在张力腿漂浮式风机基础上；在机位点将系泊索的底端与吸力筒连接，将系泊索的顶端与浮力筒连接；
27.步骤s2、将浮力块组件安装到张力腿漂浮式风机基础上；
28.步骤s3、往临时浮力块中注水使张力腿漂浮式风机基础达到适合湿拖的吃水，采用拖船将张力腿漂浮式风机系统湿拖到机位点；
29.步骤s4、往临时浮力块中注水使张力腿漂浮式风机基础达到预定吃水，将系泊索的顶端接头连接至系泊点；
30.步骤s5、拆卸浮力块组件。
31.所述步骤s2中，将第一钢管套设在张力腿漂浮式风机基础的浮桥上安装的第二钢管上，然后将临时浮力块吊装套设到第一钢管上。
32.所述步骤s2中，每一个浮桥上安装一个临时浮力块，在两个对称的第二钢管的底端开孔内插入固定销，防止湿拖过程中临时浮力块上浮。
33.所述步骤s4中，继续往每一个浮桥上吊装堆叠安装临时浮力块，并注水压载，直至张力腿漂浮式风机基础达到预定吃水。
34.所述步骤s4中，将系泊索向上拉，令系泊索穿过张力腿漂浮式风机基础上的穿孔结构，将浮力筒从系泊索上拆卸掉，将浮力筒重新安装至位于所述穿孔结构上方的系泊索的顶端，直至张力腿漂浮式风机基础达到预定吃水，拆卸系泊索顶端的浮力筒，将系泊索的顶端接头连接至系泊点。
35.所述步骤s5中，从上至下逐层拆卸临时浮力块，先把临时浮力块中的水排掉，再通过小型浮吊把临时浮力块吊下来。
36.先将临时浮力块向上吊到第一钢管的顶部开孔的上方，然后在顶部开孔处插入长销，然后抽空临时浮力块中的压载水后，拔掉长销，将临时浮力块吊下来。
37.临时浮力块全部拆除后，将所有第一钢管拆除。
38.本发明在张力腿漂浮式风机基础上安装临时浮力块，在保证吃水的情况下通过临时浮力块增加水线面面积，提高稳性，实现张力腿漂浮式风机系统的整体湿拖，在系泊索顶端贯穿浮力筒，方便系泊索穿过张力腿漂浮式风机基础上的穿孔结构。
附图说明
39.图1是浮力块组件的安装结构示意图。
40.图2是临时浮力块的俯视图。
41.图3是临时浮力块的侧视图。
42.图4是浮力筒与系泊索的连接示意图。
43.图5是浮力筒的结构示意图。
44.图6是拖航状态的张力腿漂浮式风机系统的结构示意图。
45.图7是系泊索穿过穿孔结构后的漂浮状态示意图。
46.图8是临时浮力块压载状态下的张力腿漂浮式风机系统的结构示意图。
47.图9是张力腿漂浮式风机系统安装完毕后的结构示意图。
具体实施方式
48.以下根据图1～图9，具体说明本发明的较佳实施例。
49.本发明提供一种张力腿漂浮式风机系统的整体运输安装工装，包含：
50.浮力块组件，其安装在张力腿漂浮式风机系统的风机基础上，用于增加水线面面积，实现张力腿漂浮式风机系统的整体湿拖；
51.浮力筒501，其连接在系泊索103的顶端，用于完成系泊索的安装。
52.如图1所示，所述浮力块组件包含：
53.多个第一钢管201，其固定设置在张力腿漂浮式风机基础的浮桥105上，用于固定临时浮力块202；在本实施例中，所述临时浮力块202设置在张力腿漂浮式风机基础的周边浮桥105上；
54.多个临时浮力块202，其堆叠套设在所述第一钢管201上，用于为张力腿漂浮式风机基础提供压载和水线面面积。
55.进一步，在本实施例中，所述第一钢管201对称设置在所述临时浮力块202的四角，所述第一钢管201的长度大于所有临时浮力块202堆叠的总高度。所述第一钢管201上具有底端开孔403，用于插入固定销，防止湿拖过程中临时浮力块202上浮，所述底端开孔403距离第一钢管201底部的长度大于一个临时浮力块202的高度。所述第一钢管上具有顶端开孔402，用于插入固定销，防止在机位点安装过程临时浮力块202下滑。
56.如图2和图3所示，所述临时浮力块202包含：
57.浮力块主体305，其为空心结构，用于容纳液体；本实施例中，所述浮力块主体305采用矩形柱状结构，以便于堆叠，所述浮力块主体305采用钢结构或者塑料结构，所述浮力块主体305的高度以4至5米为宜，所述浮力块主体305的长度和宽度与所述浮桥105的长度和宽度匹配；
58.多个连接部303，其固定设置在所述浮力块主体305外侧，每个所述连接部303上具有通孔304，所述通孔304的内径大于所述第一钢管201的外径，第一钢管201穿过通过304，
从而将所述临时浮力块202套设到所述第一钢管201上；在本实施例中，分别在矩形柱状结构的所述浮力块主体305的八个顶点处设置连接部303，以实现可靠连接；
59.给排水口302，其设置在所述浮力块主体305上，用于注入液体或抽出液体；在本实施例中，由于多个临时浮力块202存在堆叠设置，因此将所述给排水口302设置在所述浮力块主体305的侧面，以防被遮挡堵住，并且为了尽可能增加临时浮力块202的储液能力，将所述给排水口302设置在所述浮力块主体305的上部。
60.进一步，所述临时浮力块202还包含设置在连接部303上的挡块301，避免临时浮力块202在吊装和拆卸时吊具脱落。
61.如图4和图5所示，所述浮力筒501由两个半圆筒504通过销柱502连接而成，所述半圆筒504上设置多个插孔，所述销柱502穿过插孔将两个半圆筒504固定在一起。所述半圆筒504上具有通孔，用于穿过所述系泊索103。所述浮力筒501宜为塑料结构，也可以采用金属结构。
62.本发明还提供一种张力腿漂浮式风机系统的整体运输安装方法，包含以下步骤：
63.步骤s1、在港口码头或者船坞将塔筒和风机安装在张力腿漂浮式风机基础上，并完成调试；
64.在机位点将系泊索103的底端与吸力筒109连接，将系泊索103的顶端与浮力筒501连接；如图4所示，在本实施例中，所述系泊索103的顶端穿过浮力筒501，系泊索103的顶端接头503的尺寸大于浮力筒501上的通孔的孔径，且系泊索103的顶端接头503的尺寸小于张力腿漂浮式风机基础上的穿孔结构107上的通孔的孔径；浮力筒501一部分浮在水面以上，在全部安装完毕之前，系泊索103处于松弛状态；吸力筒109上可以连接多个系泊索103；
65.步骤s2、将第一钢管201套设在张力腿漂浮式风机基础的浮桥105上安装的第二钢管106上，然后将临时浮力块202吊装套设到第一钢管201上，在临时浮力块202中注水使张力腿漂浮式风机基础达到适合湿拖的吃水；可以一次性把所有临时浮力块202都安装到位，在本实施例中，为了降低拖运过程中的迎风面积，如图6所示，每一个浮桥105上安装一个临时浮力块202即可，在两个对称的第二钢管106的底端开孔403内插入固定销401，防止湿拖过程中临时浮力块202上浮；在本实施例中，如果漂浮式风机基础是钢结构，则第二钢管106是焊接在浮桥105上，如果漂浮式风机基础是混凝土结构，则将第二钢管106预埋置在浮桥105里面，所述第二钢管106的高度是1.5m；
66.步骤s3、采用拖船将张力腿漂浮式风机系统湿拖到机位点；
67.步骤s4、采用钩锁结构将系泊索103向上拉，令系泊索103穿过张力腿漂浮式风机基础上的穿孔结构107，将浮力筒501从系泊索103上拆卸掉，将浮力筒501重新安装至位于所述穿孔结构107上方的系泊索103的顶端，如图7所示，保证张力腿漂浮式风机基础在压载下沉时，系泊索103的顶端受浮力作用仍然能够浮在水面上，便于与系泊点连接；
68.如图8所示，往临时浮力块202中注水压载，使漂浮式基础逐步下沉，等临时浮力块202中的水位靠近给排水口302时，停止注水，用盖子拧紧给排水口302，然后再吊装一层临时浮力块202，继续注水压载。持续增加临时浮力块202，并注水压载，直到张力腿漂浮式风机基础达到预定的吃水，预定吃水需要比设计吃水略大，便于系泊索103连接到系泊点108；在此过程中，临时浮力块202既提供压载，也提供水线面面积，保证稳性；
69.拆卸系泊索103顶端的浮力筒501，将系泊索103的顶端接头503连接至系泊点108；
70.步骤s5、系泊索103安装完毕后，从上至下逐层拆卸临时浮力块202，即，先把临时浮力块202中的水排掉，再通过小型浮吊把临时浮力块202吊下来，在此过程中，张力腿漂浮式风机基础逐渐上浮，将系泊索103拉紧，形成张紧状态；
71.为了使用小型浮吊，同时避免临时浮力块吊下来的过程中导致张力腿漂浮式风机基础倾斜，先将临时浮力块向上吊到第一钢管201的顶部开孔402的上方，然后在顶部开孔402处插入长销，在不提供拉力的情况下，阻止含有压载水的临时浮力块下滑，然后抽空临时浮力块中的压载水后，拔掉长销，将临时浮力块吊下来；
72.临时浮力块202全部拆除后，将所有第一钢管201拆除，此时的张力腿漂浮式风机系统如图9所示。
73.在本发明的一个实施例中，可采用中心到系泊缆穿孔水平距离25m的漂浮式风机基础，漂浮式风机基础高度为6m，漂浮式风机基础底面在水下16m，中间浮筒系泊点在水面之上12m。
74.系泊缆采用纤维聚酯缆，总长度为78m，浮力筒的浮力为15吨，临时浮力块的尺寸为8m
×
4m
×
4m，第一钢管总长度为14m，底端开孔距离第一钢管底部4.2m，顶端开孔距离第一钢管顶端1.5m。
75.具体运输安装流程如下：
76.1、在港口码头或者船坞将塔筒和风机安装在风机基础上，并完成调试；风机基础中含压载水，满足工作状态设计吃水下，系泊索的张力等于设计预紧力；同时在机位点将连接系泊索的吸力筒安装好，系泊索的另一端连接浮力筒。
77.2、在风机基础上安装第一钢管，然后吊装一层临时浮力块。
78.3、若是在船坞中，则先放水让漂浮式风机基础浮起来。在临时浮力块中注水，直到吃水达到拖航的设计吃水，然后拧上盖子，在第一钢管的底端开孔插入长销。
79.4、采用拖船将风机系统湿拖到机位点。
80.5、调整吃水，采用钩锁结构将系泊索向上拉，穿过风机基础上的穿孔结构，并将浮力筒的销柱拔掉，让两个半圆筒与系泊索分离，并将浮力筒重新安装在穿孔结构上方的系泊索。
81.6、增加临时浮力块，并注水压载，使得漂浮式风机基础的吃水略大于工作状态的设计吃水。
82.7、去掉系泊索上的浮力筒，并将系泊索的接头连接到系泊点。
83.8、将最上面一层临时浮力块中的水逐渐抽掉，使风机基础逐渐上浮，系泊索逐渐张紧。
84.9、将下面含压载水的临时浮力块向上拉，直到顶部超过第一钢管的顶端开孔，然后插入长销，阻止临时浮力块下沉。抽掉临时浮力块中的水，拔掉长销，然后将临时浮力块吊下来。
85.本发明具有以下优点：
86.1、通过在张力腿漂浮式风机基础上安装临时浮力块，在保证吃水的情况下通过临时浮力块增加水线面面积，提高稳性，实现张力腿漂浮式风机系统的整体湿拖。
87.2、临时浮力块可以通过外部抽水装置加注或抽出海水，增加或减小张力腿漂浮式风机基础的临时吃水，帮助完成系泊索的安装。
88.3、临时浮力块可以堆叠，并通过张力腿漂浮式风机基础上的钢管串在一起，方便安放和拆卸。
89.4、系泊索顶端贯穿浮力筒，方便系泊索穿过张力腿漂浮式风机基础上的穿孔结构，浮力筒由两半组成，可以在安装后拆解回收。
90.需要说明的是，在本发明的实施例中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述实施例，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
91.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
92.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。