一種新型海上風(fēng)機安裝船研究

唐蔚平 李敏 薛雷剛

摘 要：本文主要介紹一種新型的風(fēng)機安裝船，重點介紹風(fēng)機安裝船起重系統(tǒng)的方式及優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)機；起重；安裝

中圖分類號：AK89 文獻標識碼：A

1 前言

風(fēng)能是一種無污染的清潔能源，具有可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)點，且陸地、海洋的風(fēng)能資源非常豐富，能夠大規(guī)模開發(fā)利用?；诃h(huán)保和減排的迫切需求，在國家政策的大力支持下，海上風(fēng)電將迎來快速的發(fā)展。 另外，隨著風(fēng)機單機功率的不斷提高，風(fēng)機外形尺寸、重量隨之增加，風(fēng)場離海岸線越來越遠，現(xiàn)有海上風(fēng)機起重安裝設(shè)備無法滿足需求。在這種情況下，出現(xiàn)了兼具自升式平臺和浮式船舶的優(yōu)點，專門為風(fēng)機安裝而設(shè)計與建造的自航自升式安裝船。它與之前的安裝船相比，具備了一定的航速和操縱性，可以一次性運載更多的風(fēng)機，大大提高了工作效率。

2 風(fēng)機安裝船的概況

廣東省電力設(shè)計研究院和廣州船舶及海洋工程設(shè)計研究院，共同研發(fā)一種新型的海上風(fēng)機安裝船（以下簡稱“本船”），主要用于我國沿海及近海海域進行海上風(fēng)機整體式運輸及安裝作業(yè)，適合于水深 6～35m以內(nèi)的安裝作業(yè)。

本船具有較強的海上作業(yè)能力，最大可同時運輸安裝3臺6MW整體式海上風(fēng)機，最大載重量約為6 500 t。風(fēng)機安裝裝置最大起重能力1 200 t，可滿足目前國內(nèi)最大的6 MW海上風(fēng)機整體安裝要求，并且可以通過平衡梁中間抱箍的設(shè)計，安裝5 MW、3 MW等其他風(fēng)機。該船中部為整體式風(fēng)機固定鋼構(gòu)架，主要用于整體式風(fēng)機的運輸固定及支撐，可同時固定3臺整體式風(fēng)機。

本船主要要素：

船長 ～122.0 m

船寬 65.0 m

型深 8.0 m

吃水（作業(yè)） 3.65 m

航速 ～8 kn

風(fēng)機（6 MW）參數(shù)：

輪轂高度 ～99.5 m

葉片直徑 ～130 m

單個風(fēng)機重量 ～870 t

風(fēng)機重心距塔筒底部高度 ～63.3 m

3 本船起重系統(tǒng)介紹

本船主要包括運輸駁船及其樁腿升降系統(tǒng)、整體式風(fēng)機固定鋼構(gòu)架和移動式風(fēng)機安裝裝置三大部分，其中起重系統(tǒng)是風(fēng)機安裝船的核心系統(tǒng)，設(shè)計的優(yōu)劣決定了風(fēng)機安裝的成敗。

目前海上風(fēng)機安裝起重形式通常有兩種：一種為在船上設(shè)置全回轉(zhuǎn)吊機；另一種是使用浮式起重船進行起重安裝。這兩種形式都需要較大尺寸的臂架，才能滿足風(fēng)機安裝要求。

本新型安裝船起重系統(tǒng)是以最大安裝6 MW的風(fēng)機為基礎(chǔ)設(shè)計，風(fēng)機塔筒相對較高，輪轂距離主甲板面約99.5 m。如在本船上設(shè)置全回轉(zhuǎn)吊機，因風(fēng)機尺寸太大，吊機臂架會太長，重心高度太高，且吊機支柱太大，會占用過大的甲板面積，對本船的安全產(chǎn)生影響。本船使用固定式鋼構(gòu)架、移動式鋼構(gòu)架共同解決了同時運輸、安裝多臺風(fēng)機的問題，并減少了配套船舶的使用，在海況經(jīng)常變幻莫測的風(fēng)機場，大大節(jié)約了時間及經(jīng)濟成本。

本船起重系統(tǒng)分別由4臺300 kN起貨絞車、鋼絲繩、4套起吊定滑輪組（7餅）、4套吊鉤滑輪組（7餅）組成，每個吊鉤額定起吊能力為300 t。 根據(jù)6 MW風(fēng)機重量、中間平衡梁重量、以及屬具鋼絲繩等的重量核定，每個吊鉤額定起吊能力為300 t，總的起重系統(tǒng)額定起吊能力為1 200 t，見圖1。

起重設(shè)備安裝在類似于門式起重機的移動構(gòu)架上，移動構(gòu)架主要由上橫梁、中間平衡梁、支腿、風(fēng)機起重系統(tǒng)、軌道行走機構(gòu)等組成，距離主甲板面最高處為73 m。上橫梁中間設(shè)可打開式抱箍裝置，用于風(fēng)機安裝時的臨時固定。上橫梁兩端內(nèi)部設(shè)滑動軌道，可以左右移動，滑動軌道下設(shè)起重滑輪組，可實現(xiàn)風(fēng)機橫向定位；中間平衡梁兩端下方支腿處設(shè)肘板支撐，中間設(shè)抱箍裝置，用于風(fēng)機起重作業(yè)時的風(fēng)機固定；支腿為箱型結(jié)構(gòu)，底部基座設(shè)液壓驅(qū)動行走機構(gòu)，可在駁船主甲板軌道上行走；移動構(gòu)架每根支腿內(nèi)部操作平臺上，上下各布置1臺起重絞車，平面布置上左右錯開，全船共4臺，4臺絞車通過調(diào)節(jié)，可達到同步操作，能有效避免受力不均衡風(fēng)機產(chǎn)生偏離；每臺絞車鋼絲繩通過導(dǎo)向滑輪與門型結(jié)構(gòu)上固定橫梁兩端上面的滑動軌道內(nèi)的定滑輪組相連，活動平衡梁的上部吊點通過鋼絲繩與起重系統(tǒng)的吊鉤滑輪組相聯(lián)，平衡梁的下部吊點通過索具與風(fēng)機塔筒底座相聯(lián)。平衡梁上部平臺上設(shè)置抱箍裝置，內(nèi)設(shè)液壓夾持機構(gòu)，用于抱緊風(fēng)機塔筒。平衡梁抱箍帶有打開、合攏導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和自動插拔銷裝置 ，可以實現(xiàn)打開合攏功能。

起升時，利用滑輪組拉動活動橫梁，活動橫梁通過鋼絲繩帶動風(fēng)機塔筒底座，抱箍打開，起升整套風(fēng)機塔筒，離開甲板固定位置約1 m，移動門型架開始移動到風(fēng)機基準安裝位置，下落風(fēng)機；當風(fēng)機距離基礎(chǔ)安裝座0.1 m時停止下放，利用固定橫梁兩端上面的滑動軌道裝置調(diào)整風(fēng)機水平位置，使之在下放過程中風(fēng)筒下口法蘭豎向投影與底座法蘭平面位置基本重合，同時使用穩(wěn)定風(fēng)機底部的兩臺穩(wěn)索卷揚機，微量旋轉(zhuǎn)風(fēng)機底部，使風(fēng)機和底座法蘭盤之間的螺栓孔完全重合。對位完成后，下放風(fēng)機，連接塔筒螺栓。

移動式風(fēng)機安裝裝置可在風(fēng)機固定鋼構(gòu)架下面沿著主甲板鋼軌行走于不同風(fēng)機位置，以便完成所有風(fēng)機的安裝作業(yè)任務(wù)。使用移動式風(fēng)機安裝裝置，可以只使用一套起重系統(tǒng)，便可完成3臺風(fēng)機安裝，節(jié)約了絞車、起吊滑輪組等起重設(shè)備成本。

4 結(jié)束語

海上風(fēng)機安裝是海上風(fēng)電場施工最為關(guān)鍵，也是難度非常大的一個施工項目。風(fēng)機的安裝由于在海上進行，對技術(shù)要求高，同時受到波浪 、水流、氣候等因素的制約。這些因素是海上風(fēng)電場安裝中最難以掌握的因素，海上施工設(shè)計和作業(yè)的任何失誤都有可能使工期延誤。因此，選擇合適的安裝方法對海上風(fēng)電場的建設(shè)至關(guān)重要。

本船為運輸、安裝一體的新型安裝船，移動裝置平衡梁抱箍具有抱緊、合攏的功能，起重部分不需其他起重船來輔助完成作業(yè)，大大降低了運營成本。本船起重系統(tǒng)安裝形式相對于浮式起重船，作業(yè)工況的適應(yīng)性更強，安裝精準度更高。根據(jù)初步估算，3臺風(fēng)機從碼頭上駁安裝至作業(yè)海區(qū)全部安裝完畢，總共作業(yè)時間約為48 h，跟其他同類風(fēng)機安裝船相比，大大縮短了海上安裝所用時間，節(jié)省了項目周期。

本船現(xiàn)仍處于研究階段，本文通過多方面的計算與研究，結(jié)果表明，該研究是科學(xué)合理的，具有廣闊的實用前景。