一种压载式海上风电整机运输安装船及方法

1.本发明涉及海上风电整机运输安装技术领域，具体涉及一种压载式海上风电整机运输安装船及方法。


背景技术：

2.海上风电整机包括筒型基础和风机(风电机组的简称)，其中，筒型基础为底部开口的半封闭筒型结构，风机一般由塔筒、机舱和叶片组成。
3.海上风电的安装方式主要有两种，一种是海上分体安装，就是使用运输船将筒型基础、塔筒、机舱和叶片运输至安装海域，再安装成海上风电整机；但是由于海上风浪大、风机高、起吊次数多和高空安装作业量大的原因，给海上其中作业和安装带来很大的难度，并导致安装效率较低。另一种是海上整体安装，就是先在陆上或岸边驳船上径向风机的组成和调试，再将风机安装在自浮于海面上的筒型基础上，利用驳船将组装好的海上风电整机拖航至安装海域。但由于驳船一次只能拖航单台海上风电整机，导致海上风电整机运输效率太低，使得运输成本居高不下，严重影响海上风电的发展。
4.申请号为201310191905.7的中国专利公开了一种背负式海上风电整机运输安装船，该运输安装船通过在船首尾设置的上窄下宽的u型凹槽，将海上风电整机的筒型基础固定在船体下方，实现了多台海上风电整机的同时运输。但在实际使用过程中，该运输船依旧存在稳定性差和耐波性差的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种压载式海上风电整机运输安装船，以解决现有运输安装船存在的稳定性差和耐波性差的技术问题。
6.本发明所采用的技术方案为：一种压载式海上风电整机运输安装船，用于运输具有筒型基础的海上风电整机，所述筒型基础包括筒体和翼板，所述运输安装船包括船体，所述船体设有用于容纳所述筒体的容置槽和用于支撑所述翼板的支撑甲板。
7.优选的，所述船体包括上船体和下船体，所述上船体设有上开槽，所述上开槽的尺寸大于所述翼板的尺寸；所述下船体设有下开槽和所述支撑甲板，所述下开槽的尺寸大于所述筒体的径向尺寸并小于所述翼板的尺寸，以使所述上开槽和所述下开槽形成上宽下窄的所述容置槽。
8.优选的，所述下船体的长度小于所述上船体的长度，以使所述船体尾部形成下沉安装工位。
9.优选的，所述船体的主甲板上设有门式扶正框架，所述门式扶正框架的两支脚分别与所述容置槽两侧的船体连接，顶部设有用于固定海上风电整机的塔筒的抱紧装置。
10.优选的，所述下船体的尾部设有可开合的桁架结构。
11.优选的，所述上开槽两侧的主甲板上线性排布有竖向约束装置，所述竖向约束装置用于对所述筒型基础提供竖向约束力。
12.优选的，所述下开槽两侧的支撑甲板上线性排布有防旋转约束装置，所述防旋转约束装置用于对所述筒型基础提供防旋转约束力。
13.优选的，所述下开槽内设有水平液压顶紧装置，所述水平液压顶紧装置用于为所述筒体提供径向约束力。
14.优选的，所述下开槽内侧设有用于与所述筒体相配合的缓冲结构；所述支撑甲板上设有用于与所述翼板相配合的缓冲结构。
15.本发明的另一目的在于提供一种压载式海上风电整机运输安装方法，所述方法使用的是上述的压载式海上风电整机运输安装船，所述方法包括以下步骤：
16.将自浮状态的所述筒型基础牵引至所述容置槽内；
17.通过释放内部气体使所述筒型基础压载于所述支撑甲板上并绑定；
18.将风机吊装至所述筒型基础上形成海上风电整机；
19.运输至安装位置并解除绑定；
20.将注入压缩空气上浮的所述海上风电整机移动至船尾并下沉。
21.本发明的有益效果：
22.1、本发明通过在船体上设置的容置槽，实现多个筒型基础同时运输，配合船体的支撑甲板对筒型基础的翼板的支撑作用，利用海水对筒型基础的浮力抵消海上风电整机的部分重力，并使海上风电整机的部分重力作用在船体上，相比于自浮状态的海上风电整机，增加了运输安装船的吃水，降低了运输安装船的重心，提高了运输安装船的耐波性和稳定性。
23.2、本发明采用压载运输的方式对海上风电整机进行运输，当筒型基础的翼板与船体的支撑甲板贴合后，筒型基础的顶部位于支撑甲板上方，便于对筒型基础进行约束，以使海上风电整机固定在容置槽。
24.3、本发明采用海上风电整机一步式运输安装方式，利用筒型基础的自身浮力承担大部分运输荷载，并利用运输安装船上的约束装置提高风海上电整机运输过程中的稳定性，保证运输过程中运输安装船和海上风电整机的同步协调运动，以具备远洋运输能力。
25.4、本发明不仅实现了多台海上风电整机的同时运输、安装、回收和迁移，还提高了整机运输中的安全性，并大大降低了海上风电整机的运输成本，提高了运输和安装效率。
附图说明
26.图1为本发明的压载式海上风电整机运输安装船的主视图；
27.图2为本发明的压载式海上风电整机运输安装船的侧视图；
28.图3为本发明的压载式海上风电整机运输安装船的俯视图；
29.图4为图3中的局部放大图a；
30.图5为海上风电整机的结构示意图。
31.图中附图标记说明：
32.100、船体；
33.110、上船体；111、上开槽；112、主甲板；
34.120、下船体；121、下开槽；122、支撑甲板；123、缓冲结构；
35.130、容置槽；
36.140、下沉安装工位；
37.150、门式扶正框架；
38.160、桁架结构；
39.170、竖向约束装置；171、钢丝绳；
40.180、防旋转约束装置；
41.190、水平液压顶紧装置；
42.200、海上风电整机；
43.210、筒型基础；
44.220、筒体；
45.230、翼板；
46.240、风机；
47.250、机舱；
48.260、叶片；
49.270、塔筒。
具体实施方式
50.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
51.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
52.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。
53.此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
54.实施例，如图1-图5所示，一种压载式海上风电整机运输安装船，用于运输具有筒型基础210的海上风电整机200，该筒型基础210包括筒体220和翼板230，翼板230沿筒体220圆周方向筒体220顶部设置一周；该运输安装船包括船体100，船体100上设有用于容纳筒体220的容置槽130和用于支撑翼板230的支撑甲板122。
55.本采用压载运输的方式，在船体100上设有用于同时容纳多个筒型基础210的容置槽130，实现多个海上风电整机200的同时运输；同时配合船体100的支撑甲板122对筒型基础210的翼板230的支撑作用，利用海水对筒型基础210的浮力抵消海上风电整机200的部分重力，使得海上风电整机200的部分重力作用在船体100上，相比于自浮状态的海上风电整机200，增加了运输安装船的吃水，降低了运输安装船的重心，提高了运输安装船的耐波性
和稳定性。
56.在一具体实施例中，如图1、图2所示，船体100包括u型的上船体110和u型的下船体120，上船体110上设有上开槽111，且上开槽111的槽宽尺寸大于翼板230的径向尺寸；下船体120上设有下开槽121和支撑甲板122，支撑甲板122平行设置于下开槽121顶部的两侧，且下开槽121的槽宽尺寸大于筒体220的径向尺寸并小于翼板230的径向尺寸，以使上开槽111和下开槽121形成上宽下窄的容置槽130。如此设置，是因为：在船体100上设置上宽下窄的容置槽130，当海上风电整机200的筒型基础210进入容置槽130，且筒型基础210的翼板230与船体100的支撑甲板122抵接后，筒型基础210的中下部可以位于液面以下，以通过海水对筒型基础210浮力作用抵消海上风电整机200的大部分重力作用，同时使海上风电整机200的部分重力作用在船体100的支撑甲板122上，进而增加船体100的吃水并降低船体100的重心，实现运输安装船稳定性和耐波性的提高。相较于现有技术中的背负式海上风电整机运输安装船，本技术的运输安装船采用压载运输的方式，使得部分的海上风电整机200重力作用在船体100上，减少了筒型基础210内部压缩空气的体积，进而降低了海上风浪环境对筒型基础210所受浮力大小的影响，提高了海上运输的稳定性。同时，筒型基础210的顶部位于支撑甲板122上方，便于筒型基础210与船体100的连接与固定。
57.在一具体实施例中，如图1、图3所示，下船体120的长度小于上船体110的长度，以使船体100尾部形成下沉安装工位140，该下沉安装工位140的长度大于翼板230的径向尺寸的一倍并小于翼板230的径向尺寸的两倍。如此设置，是因为：在船体100尾部设有下沉安装工位140，可以在下沉安装工位140两侧的上船体100上设置起重设备，并利用起重设备将容置槽130内自浮状态的海上风电整机200牵引至下沉安装工位140，然后辅助海上风电整机200进行下沉安放作业，进而保证海上风电整机200下沉作业的平稳。
58.在一具体实施例中，如图2所述，船体100的主甲板112上设有门式扶正框架150，门式扶正框架150的设置位置与筒型基础210的固定位置一一对应，门式扶正框架150的两支脚分别与容置槽130两侧的船体100固定连接，顶部设有用于固定海上风电整机200的塔筒270的抱紧装置。如此设置，是因为：门式扶正框架150的顶部通过抱紧装置与塔筒270连接，可以在运输过程中为风机240上部结构提供柔性防护；门式扶正框架150的两支脚分别与船体100固定连接，间接的使船体100的左舷和右舷连接为一体，可以增大船体100刚度。
59.在一具体实施例中，如图3所述，上船体110的尾部设有可开合的桁架结构160。如此设置，是因为，在运输过程中，上船体110尾部的桁架结构160处于闭合状态，该桁架结构160可将上船体110的左舷和右舷连接为一体，用于调节上船体110的左舷和右舷的受力，进而提高上船体110的刚度，防止变形；进行下沉安放作业时，上船体110尾部的桁架结构160处于开启状态，使得风机240的上部结构可从容置槽130内移出。
60.在一具体实施例中，如图3、图4所示，上开槽111两侧的主甲板112上线性排布有竖向约束装置170，该竖向约束装置170成对设置在筒型基础210的两侧，竖向约束装置170通过钢丝绳171与筒型基础210顶盖上的起吊点连接，用于为对筒型基础210提供竖向约束力。如此设置，是因为：在不同海洋环境下，筒型基础210所受到的浮力不同，并导致筒型基础210的翼板230与下船体120的支撑甲板122间的压力发生变化，此时竖向约束装置170的起重设备可通过钢丝绳171施加的竖向约束力进行实时调整，以保证筒型基础210与下船体120始终处于锁紧的状态。
61.优选的，如图3、图4所示，下开槽121两侧的支撑甲板122上线性排布有防旋转约束装置180，该防旋转约束装置180通过钢丝绳171与筒型基础210顶盖上的起吊点连接后，可为筒型基础210提供防旋转约束力，用于防止筒型基础210在水平面内转动。如此设置，是因为：通过防旋转约束装置180对筒型基础210施加水平方向的作用力，在水平方向上调整约束力的角度，可以防止在运输过程中出现筒型基础210与船体100之间相对旋转的现象。
62.需要说明的是，约束装置包括卷扬机、钢丝绳、定滑轮组、动滑轮组和锁紧机构；并由一套集成控制系统实现同步协调控制。在筒型基础210与船体100的绑扎过程中，约束装置可为筒型基础210在容置槽130内的移动提供牵引力。在运输过程中，约束装置可锁紧钢丝绳，为筒型基础210提供竖向约束力和水平向约束力，保证船体100和筒型基础210同步运动。在海上风电整机200的安装过程中，约束装置可为海上风电整机200提供牵引力，将海上风电整机200拖至船尾，并提供起吊力，保证海上风电整机200下沉过程中的平稳和安全。
63.在一具体实施例中，如图3、图4所示，下开槽121内设有水平液压顶紧装置190，水平液压顶紧装置190用于为筒体220提供径向约束力。如此设置，是因为：当水平液压顶紧装置190安装方向指向圆心时，可对筒型基础210施加有效的径向约束力，进一步保证运输过程中海上风电整机200和运输安装船的同步运动。
64.在一具体实施例中，如图4所示，下开槽121内侧设有用于与筒体220相配合的缓冲结构123；支撑甲板122上设有用于与翼板230相配合的缓冲结构123。如此设置，在筒型基础210与下船体120之间设置缓冲结构123，可对海上风电整机200与船体100的相对移动进行缓冲，在运输和安装过程中用于对筒型基础210进行保护。
65.优选的，缓冲结构123包括橡胶垫或枕木。
66.实施例，一种压载式海上风电整机运输安装方法，使用的是上述的压载式海上风电整机运输安装船，该方法包括以下步骤：
67.将自浮状态的筒型基础210牵引至容置槽130内。
68.具体包括：将自浮状态的筒型基础210拖航至船尾的容置槽130槽口位置，通过向筒型基础210内部注入压缩空气使筒型基础210的翼板230高于支撑甲板122；利用竖向约束装置170、防旋转约束装置180和钢丝绳171将筒型基础210牵引至容置槽130内。
69.通过释放内部气体使筒型基础210压载于支撑甲板122上并绑定。
70.具体包括：通过筒型基础210顶盖上的空气阀门释放筒型基础210内部的压缩空气，直至筒型基础210的翼板230压载于支撑甲板122上的缓冲结构123上，且翼板230与缓冲结构123之间的压力值在设计范围之内，然后通过竖向约束装置170、防旋转约束装置180和水平液压顶紧装置190对筒型基础210进行竖向约束、防旋转约束和径向约束固定。
71.将风机240吊装至筒型基础210上形成海上风电整机200。
72.具体包括：利用陆上起重设备依次完成风机240的塔筒270、机舱250和叶片260的吊装，完成海上风电整机200的安装，并在完成调试后将门式扶正框架150与塔筒270连接，用于对运输过程中的风机240进行保护。
73.重复上述过程，陆续将多台筒型基础210和风机240固定在船体100的容置槽130内。
74.运输至安装位置并解除绑定，将注入压缩空气上浮的海上风电整机200移动至船尾并下沉。
75.将运输安装船航行到海上风电场，先解除竖向约束装置170、防旋转约束装置180和水平液压顶紧装置190对筒型基础210的约束，再向筒型基础210内部注入压缩空气，使筒型基础210的翼板230与支撑甲板122上的缓冲结构123分离；然后利用起重设备和钢丝绳171将海上风电整机200移动至船尾的下沉安装工位140，配合船尾起重设备和钢丝绳171完成海上风电整机200的沉放和调平。
76.与现有技术相比，本技术至少具有以下有益技术效果：
77.本技术在运输过程中，利用筒型基础内压缩空气提供的浮力，可减少海上风电整机或筒型基础对船舶的压载，从而降低了运输安装技术对船舶载货量的要求，可实现多台海上风电整机同时运输，提高了运输安装效率，降低了运输成本。同时，筒型基础提供的浮力小于或等于海上风电整机重量，筒型基础的翼板依靠重力和约束装置，通过缓冲结构与船体紧密连接，以面接触代替了吊运方式的点接触的运输方式，解决了荷载集中、受力结构复杂的问题。
78.与传统的放置于船舶甲板的运输方式相比，本技术的运输方式将海上风机整机置于水中，不仅降低了对船舶运载力的要求，还便于进行海上风电整机的下沉安放作业；与现有的背负式海上运输方式相比，本技术将海上风电整机的部分重力压载于船体上，增加了运输安装船的吃水，使得船体重心更低，稳定性和耐波性更好。
79.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。