大型坐底平臺(tái)船海上風(fēng)機(jī)安裝施工適應(yīng)能力分析

龐雙喜 丁友文 中交第三港務(wù)工程局有限公司廈門分公司

1.工程概況

本工程位于莆田平海灣 B 區(qū)的20 臺(tái) 6MW 上海電氣（西門子）風(fēng)電機(jī)組，裝機(jī)容量為120MW，風(fēng)電機(jī)組單葉片長(zhǎng)度為 75m?；A(chǔ)采用 15 臺(tái)單樁，5 臺(tái)高樁承臺(tái)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，機(jī)位編號(hào)為 11#～30#。

根據(jù) 1：2000 海底地形圖，場(chǎng)地總體地形西北高東南低（高程-14.5～-21.0m），場(chǎng)區(qū)水深 11.8～23m 不等，水下地形坡度一般 2～5°。場(chǎng)址 P＝2%設(shè)計(jì)極端高潮位 4.54m，P=2%設(shè)計(jì)極端最低潮位-4.10m；場(chǎng)址處高潮累積頻率 10%設(shè)計(jì)高潮位為3.34m，低潮累積頻率 90%設(shè)計(jì)低潮位為-2.95m。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探成果及區(qū)域地質(zhì)資料，結(jié)合可研勘察資料，并按照各巖土層成因類型和工程特性進(jìn)行綜合劃分，場(chǎng)地覆蓋層主要有淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、中粗砂、全風(fēng)化花崗巖、散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖。

本工程風(fēng)機(jī)分體安裝采用大型坐底平臺(tái)船“順一 1600 ”進(jìn)行安裝，SU 平臺(tái)預(yù)組裝及機(jī)艙輪轂組裝都在坐底船上進(jìn)行，現(xiàn)對(duì)該艘船適應(yīng)能力進(jìn)行分析。

圖1 坐底平臺(tái)船結(jié)構(gòu)

2.坐底平臺(tái)船簡(jiǎn)介

（1）本船主要由下殼體、立柱、上殼體和起重機(jī)四部分組成。下殼體為“U 型“長(zhǎng)箱體水密結(jié)構(gòu)，艏部開槽，內(nèi)設(shè)壓載艙。其中一甲板上設(shè) 8點(diǎn)錨泊定位系統(tǒng)。立柱為方形截面，共計(jì) 4 個(gè)，板殼式水密結(jié)構(gòu)，其內(nèi)設(shè)排壓載空壓機(jī)室、壓載艙、淡水艙、燃油存儲(chǔ)艙、生活污水艙等。上殼體方箱體結(jié)構(gòu)，艏部開槽，內(nèi)設(shè)機(jī)艙、集控室以及住艙、廚房等上建設(shè)施。生活樓布置在主起重機(jī)盲區(qū)內(nèi)（其中 5甲板為作業(yè)甲板）。

（2）本平臺(tái)為鋼質(zhì)非自航坐底式船舶，主要用于國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)及風(fēng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)輸、安裝及運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作。其坐底作業(yè)適用于泥質(zhì)粉砂或淤泥質(zhì)地表承載力較低的海床條件海域，最大作業(yè)水深不大于 32m（包括本平臺(tái)陷入海床的深度和潮差），無(wú)冰區(qū)作業(yè)。錨泊定位漂浮作業(yè)的最大水深是 80 米。

（3）近程拖航在以下情況下進(jìn)行：在整個(gè)拖航周期中的預(yù)報(bào)風(fēng)速不超過 20m/s，若預(yù)報(bào)風(fēng)速中存在大于20m/s 的情況，將不進(jìn)行拖航；平臺(tái)完成拖航的時(shí)間小于 72 小時(shí)。

上殼體：65.4×58.0×5.0m；上殼體艏部開槽：16.2×26.0m

下殼體：115.8×58.0×6.6m；下殼體艏部開槽：46.2×26.0m

圖2 “順一1600”號(hào)

立柱數(shù)量：4 根；漂浮作業(yè)最大吃水：4.4m

調(diào)遣吃水：4.0m ；最大坐底作業(yè)水深（含入泥深度）：32.0m

坐底自存條件：最大水深 32m；有義波高：4m

應(yīng)急發(fā)電機(jī)組：1×300kw

表面流速：2 knots；風(fēng)速：51.4m/s。

◆主鉤：

起吊能力：1 600 t@32 m、1500t@34m、1200t@42m

單鉤最大安全起重量：1100t

最小回轉(zhuǎn)半徑：20m

最大回轉(zhuǎn)半徑：80m

最大起升高度：161m（距基線）

◆副鉤：

起吊能力：700t@60m

單鉤最大安全起重量：350t

最小回轉(zhuǎn)半徑：21m

最大回轉(zhuǎn)半徑：96m

最大起升高度：181m（距基線）

◆索具鉤：

起吊能力：10t

最小回轉(zhuǎn)半徑：21m

最大回轉(zhuǎn)半徑：89m

最大起升高度：171m

施工時(shí)，船本殼體坐底，提供靜對(duì)靜風(fēng)機(jī)安裝作業(yè)條件。

圖3 1600t主吊吊重曲線

圖4 吊重參數(shù)表

3.履帶吊簡(jiǎn)介

（1）SCC2600A 液壓履帶吊性能簡(jiǎn)介如圖5，表1。

（2）履帶吊吊重性能表，如圖6。

4.起吊能力分析

根據(jù)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)及部件重量可知，吊高最高的為機(jī)艙（輪轂及發(fā)電機(jī)已組裝完成）從底段塔筒至機(jī)艙頂部高度計(jì)算可得：18.66（底段塔筒）+30.8（中段塔筒）+36（頂段塔筒）+16.975（機(jī)艙高度+吊具）=102.435m，機(jī)艙輪轂及發(fā)電機(jī)組裝重量：90t（機(jī)艙）+40t(機(jī)艙支架)+95t（輪轂）+16.2t(輪轂支架)+145（發(fā)電機(jī)）=386.2t。

（1）吊高、吊距、吊重能力校核。根據(jù)“順一 1600”1600t 主吊吊重曲線，吊重要達(dá)到（386.2+40（吊架））×1.3=555t，吊高要達(dá)到102.435m。

計(jì)算分析吊重要達(dá)到 555t，吊高要達(dá)到 102.435m，采用副鉤（鉤速度快）吊距為 65.5m（距離主旋轉(zhuǎn)軸），吊機(jī)角度為 50.77°，該參數(shù)下吊高為160.3m，吊重達(dá)到 600t。

圖5 SCC2600A 液壓履帶吊示意圖

表1 SCC2600A 液壓履帶吊性能簡(jiǎn)介

圖6 履帶吊吊重性能表

①考慮到平海灣冬風(fēng)浪較大，該區(qū)域 P＝2%設(shè)計(jì)極端高潮位 4.54m，P=2%設(shè)計(jì)極端最低潮位-4.10m；場(chǎng)址處高潮累積頻率 10%設(shè)計(jì)高潮位為3.34m，低潮累積頻率 90%設(shè)計(jì)低潮位為-2.95m，設(shè)計(jì)峰隙為 1.2m。

②考慮到坐底船與基礎(chǔ)法蘭樁頂要搭設(shè)人員滑梯，故坐底船暫按1m 入泥考慮，坡度盡量小，方便人員上下。

綜上考慮，樁頂標(biāo)高為+15，則坐底船上殼體甲板面標(biāo)高定為+21.9m，此時(shí)船體坐底1 m，入水坐底總23.54m，小于 32m，滿足要求。

（2）塔筒翻身工況起重校核。塔筒吊裝分兩種情況，第一種是塔筒從運(yùn)輸至吊裝過程中始終處于豎立狀態(tài)的，則有主鉤單獨(dú)完成吊裝作業(yè)，塔筒最重為底段塔筒（單樁）155.145t。第二種情況是為塔筒處于橫向放置時(shí)，則要考慮塔筒翻身，選擇底段塔筒（單樁）155.145t 進(jìn)行校核。

塔筒長(zhǎng) 18.66m，重 155.145t，直徑為 6m，塔筒有專門吊具進(jìn)行起吊，重物抬吊翻身過程中，吊裝過程如圖8。

已知 G=155.145t，L=18.66m，La=8.33m，動(dòng)載系數(shù)取 1.1，不均衡系數(shù)取 1.1，對(duì)三種狀態(tài)下 F1，F(xiàn)2 大小進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下表所示。

F1+F2=155.145×1.1×1.1t

F1×8.33=F2×(18.66-8.33)

可得 F1=103.5t，F(xiàn)2=83.5t

由上表可知，通過主鉤按 55m 吊壁幅度，起吊角度 50.77°采用主鉤左右鉤進(jìn)行抬吊翻身，起吊狀態(tài)下吊重最大為 750t＞187t，吊重滿足要求。

表2 主、輔鉤吊重計(jì)算

綜上所述，在本方案中“順一1600”號(hào)完全能夠滿足本工程施工的吊重吊高要求。

（3）葉片過駁。葉片重 26t，葉片底座工裝間距：57.606m，中片重心距離葉根：22.229m，葉片重：26t，葉根支架重：2.6t，葉尖支架重：4.7t，假設(shè)葉根受力為 F1，葉尖受力為 F2則建立平衡方程如下：

可得 F1=15.95t，F(xiàn)2=10.05t

加上支架重量可知抬吊受力：

葉根：F=15.95+2.6=18.55t

葉尖：F=10.05+4.7=14.75t。

葉根采用副吊，葉尖采用SCC2600A 履帶吊，根據(jù)吊載參數(shù)可知履帶吊幅度為 40m 時(shí)吊重為19.5t，按平面布置三片葉片均需過駁至順一 1600 船上，順一 1600 至定位駁按5m+定位駁 20m 寬+運(yùn)輸駁20m 寬，在 25m～45m 范圍內(nèi)起吊18.55t，滿足要求。

圖7

5.船機(jī)作業(yè)要求

（1）運(yùn)輸駁。①塔筒按安裝進(jìn)度采用直接從福建福船一帆新能源裝備制造有限公司碼頭裝運(yùn)至機(jī)位點(diǎn)，采用 1000t 運(yùn)輸駁，按底塔筒立放，中、上塔筒平放原則綁運(yùn)。②莆頭港碼頭：葉片、機(jī)艙、輪轂、發(fā)電機(jī)、吊具及其它設(shè)備擬采用惠金橋 678 進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，一套風(fēng)機(jī)設(shè)備宜采用兩次轉(zhuǎn)運(yùn)，第一批轉(zhuǎn)運(yùn)：機(jī)艙、輪轂、發(fā)電機(jī)、吊具及其它設(shè)備，該設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)至機(jī)位點(diǎn)均吊至坐底船上，機(jī)艙、輪轂、發(fā)電機(jī)進(jìn)行組裝，其它設(shè)備進(jìn)行清點(diǎn)擺放；第二批轉(zhuǎn)運(yùn)另三片葉片。

（2）坐底船。坐底船上擬放置一套風(fēng)機(jī)設(shè)備，機(jī)艙、輪轂、發(fā)電機(jī)進(jìn)行組裝，其它設(shè)備按指定位置進(jìn)行擺放及組裝；葉片需要上平臺(tái)，按三片葉片同時(shí)擺放。

圖8 重物抬吊翻身過程示意圖

6.船機(jī)拋錨定位

根據(jù)上述適應(yīng)能力分析可知順一 1600 旋轉(zhuǎn)軸距離機(jī)位中心距離要≤60m（此時(shí)吊重達(dá)到 600t），滿足吊高、吊重要求；運(yùn)輸平板駁船艏船艉頂浪。圖9為船機(jī)拋錨定位要求。

圖9 船機(jī)拋錨定位要求

7.結(jié)論

本船具備坐底自存工況。漂浮狀態(tài)時(shí)可以在7級(jí)風(fēng)下作業(yè)，坐底狀態(tài)下可以在9級(jí)風(fēng)下作業(yè)，還可以在16級(jí)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)下坐底自存。

起重機(jī)效率佳。在風(fēng)場(chǎng)施工中，本船裝備的1600噸全回轉(zhuǎn)吊最大吊高距基線181m，能完成10兆瓦海上風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)、塔筒、機(jī)艙及葉片的安裝，吊重覆蓋范圍廣，可以游刃有余地完成目前各類海上風(fēng)電安裝作業(yè)。

與同類裝備相比，本船作業(yè)能力強(qiáng)，抗風(fēng)能力強(qiáng)，自存能力強(qiáng)，適應(yīng)各種地質(zhì)條件海上風(fēng)場(chǎng)建設(shè)施工，為海上風(fēng)電的發(fā)展提供了裝備保障。