海洋風(fēng)電單樁基礎(chǔ)滾裝設(shè)備及方案的研究

侯曉娜

華電曹妃甸重工裝備有限公司 唐山 063200

0 引言

海洋風(fēng)電單樁基礎(chǔ)尺寸規(guī)格為φ6.5 ~φ8.5 m，長度80 ~100 m，單根質(zhì)量800 ~1 500 t，其裝船和海運(yùn)運(yùn)輸成為了一大難點(diǎn)?，F(xiàn)階段國內(nèi)海洋風(fēng)電單樁基礎(chǔ)裝船多采用浮式起重機(jī)或龍門式起重機(jī)吊裝的形式，裝船費(fèi)用高，對(duì)千噸級(jí)以上起重設(shè)備依賴大。通過研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)海洋風(fēng)電單樁基礎(chǔ)滾裝裝船，不但可降低裝船費(fèi)用，且從根本上解決大多數(shù)制造廠在海洋風(fēng)電單樁基礎(chǔ)裝船過程中遇到的起重能力不足問題，減少設(shè)備成本，具有很好的推廣前景，本項(xiàng)目針對(duì)海洋風(fēng)電單樁基礎(chǔ)裝船、運(yùn)輸環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)完成一套切實(shí)可行的海洋風(fēng)電單樁基礎(chǔ)滾裝方案，實(shí)現(xiàn)5 000 噸級(jí)自航平板駁船一船裝載2根基礎(chǔ)樁的目標(biāo)，大大降低運(yùn)輸成本。

1 研究內(nèi)容及技術(shù)路線

1.1 研究內(nèi)容

1）海洋風(fēng)電基礎(chǔ)樁滾裝設(shè)備主要由3部分組成：承重鋼梁結(jié)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)（配備頂升系統(tǒng)）、滾裝軌道；滾裝時(shí)需2臺(tái)設(shè)備配合使用，且整體負(fù)載大，需承載1 000 t以上的基礎(chǔ)樁，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、疲勞載荷需經(jīng)嚴(yán)格計(jì)算。

2）設(shè)備載荷大且在運(yùn)動(dòng)中運(yùn)送工件，需最大程度降低其重心，確保過程安全；

3）海洋風(fēng)電基礎(chǔ)樁滾裝過程中設(shè)備及船舶的載荷變化復(fù)雜，力學(xué)分析難度大，需進(jìn)行研究。

4）承重鋼梁機(jī)構(gòu)是滾裝裝船過程的主要承重機(jī)構(gòu)，因設(shè)備承載量大，強(qiáng)度有足夠保障。根據(jù)使用特點(diǎn)，在保證強(qiáng)度前提下，重心降低，確保滾裝過程安全。

5）行走機(jī)構(gòu)（配備頂升系統(tǒng)）是整個(gè)滾裝系統(tǒng)的行走單元，支撐著承重梁機(jī)構(gòu)和待滾裝的海洋風(fēng)電單樁基礎(chǔ)。包含滾裝系統(tǒng)的頂升系統(tǒng)控制滾裝海洋風(fēng)電單樁基礎(chǔ)的整體升降；行走機(jī)構(gòu)的動(dòng)力和制動(dòng)來自卷揚(yáng)機(jī)及鋼絲繩機(jī)構(gòu)。

6）滾裝軌道鋪設(shè)與滾裝滑道上，行走機(jī)構(gòu)在其上運(yùn)行，承載滾裝設(shè)備和樁基質(zhì)量。

滾裝設(shè)備結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

圖1 滾裝設(shè)備結(jié)構(gòu)形式

1.2 技術(shù)路線

首先參考卸船機(jī)行走機(jī)構(gòu)和相應(yīng)的滾裝技術(shù)、工藝，初步設(shè)計(jì)輪式滾裝設(shè)備。然后對(duì)輪式滾裝設(shè)備、海洋風(fēng)電單樁基礎(chǔ)、運(yùn)輸船舶一并進(jìn)行三維建模，分析海洋風(fēng)電基礎(chǔ)樁滾裝過程中設(shè)備及船舶的載荷變化，并對(duì)輪式滾裝設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。之后根據(jù)碼頭情況，結(jié)合本地海況、潮汐以及5 000 t自航平板駁船結(jié)構(gòu)、調(diào)載能力，初步制定滾裝方案。然后進(jìn)行模擬試驗(yàn)及現(xiàn)場試驗(yàn)，并不斷對(duì)設(shè)備及方案的偏差進(jìn)行修正。

2 方案的實(shí)施過程

方案實(shí)施涉及的設(shè)備眾多，且所有設(shè)備均在處在海洋風(fēng)電單樁基礎(chǔ)下方的組對(duì)軌道及滾裝軌道上，移動(dòng)作業(yè)空間受限，圖2所示為樁機(jī)及滾裝設(shè)備在碼頭前沿面準(zhǔn)備狀態(tài)。方案的實(shí)施過程應(yīng)提前規(guī)劃，整個(gè)作業(yè)過程從大組對(duì)開始前需做好規(guī)劃，確保樁基大組對(duì)及滾裝過程中盡可能少地拆除、移動(dòng)生產(chǎn)線設(shè)備和滾裝設(shè)備。

圖2 樁機(jī)及滾裝設(shè)備在碼頭前沿面準(zhǔn)備狀態(tài)示意圖

根據(jù)提前收集的碼頭潮汐數(shù)據(jù)和運(yùn)輸船的相關(guān)數(shù)據(jù)，提前做好詳細(xì)的滾裝方案。需考慮如何避免運(yùn)輸船甲板面與碼頭前沿的高低差、滾裝過程中因單樁基礎(chǔ)上船后因承載突然變化引起的船體吃水突然改變，同時(shí)需關(guān)注單樁基礎(chǔ)在船上移動(dòng)引起船體重心改變而引起的船體重心及吃水變化，據(jù)此制定詳細(xì)的運(yùn)輸船調(diào)載方案，并根據(jù)調(diào)載方案和潮汐具體情況確定滾裝的時(shí)間和實(shí)施過程。

潮汐情況每天都在變化，因單樁基礎(chǔ)位置移動(dòng)致使船體重心隨時(shí)改變，不同運(yùn)輸船調(diào)載能力不同、船體參數(shù)不同等可變因素?cái)?shù)量巨大，尤其是第一套滾裝專機(jī)上船瞬間船體會(huì)突然下沉，危險(xiǎn)系數(shù)極大。以上可變因素多，須根據(jù)具體情況制定嚴(yán)密詳細(xì)的滾裝方案。

海洋風(fēng)電基礎(chǔ)樁單船雙樁滾裝上船工藝在單根基礎(chǔ)樁滾裝上船的基礎(chǔ)上進(jìn)行。由于單船雙樁滾裝上船在必須考慮運(yùn)輸船與碼頭的匹配性、船只要有合適的前后艙調(diào)載能力之外，還需有較強(qiáng)的左右舷調(diào)載能力。雙樁滾裝時(shí)滾裝過程更復(fù)雜，對(duì)船只的要求更高，滾裝工藝要求更精準(zhǔn)，需同時(shí)考慮船尾突然下降和船身左右舷的傾斜。單船雙樁方案布置見圖3。

圖3 單船雙樁方案布置圖

完整滾裝過程為：

1）提前做好生產(chǎn)和滾裝規(guī)劃，減少不必要的生產(chǎn)設(shè)備、滾裝設(shè)備倒運(yùn)、倒裝。大組對(duì)前，提前將滾裝設(shè)備布置于大組對(duì)線適當(dāng)位置；

2）滾裝時(shí)，首先頂升滾裝專機(jī)1與專機(jī)3，使基礎(chǔ)樁主體及假法蘭脫離滾輪架，撤出滾輪架4和滾輪架1，之后拆除假法蘭；

3）由專機(jī)1與專機(jī)3共同拖動(dòng)基礎(chǔ)樁向碼頭前沿移動(dòng)，直至專機(jī)1靠近滾輪架2；

4）頂升滾裝專機(jī)2，放低滾裝專機(jī)1，由專機(jī)2與專機(jī)3共同承載基礎(chǔ)樁；向碼頭前沿移動(dòng)，同時(shí)撤出滾裝專機(jī)1和剩余的滾輪架。

5）將海洋風(fēng)電單樁基礎(chǔ)滾裝至碼頭前沿，等待滾裝上船。完成滾裝第一步。

6）事先收集的碼頭潮汐數(shù)據(jù)和運(yùn)輸船的相關(guān)數(shù)據(jù)，做好詳細(xì)的滾裝方案；

7）根據(jù)碼頭情況及潮差變化，選用干舷高度適宜的運(yùn)輸船；并結(jié)合船的具體條件制定準(zhǔn)確的滾裝時(shí)間、合理的裝載方案以及滾裝過程；

8）滾裝時(shí)，使用卷揚(yáng)機(jī)械牽引滾裝設(shè)備進(jìn)行行走，拖拽基礎(chǔ)樁上船；同時(shí)使用保護(hù)卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)；且過程中嚴(yán)格按照預(yù)定方案執(zhí)行。

滾裝方案過程如圖4所示，具體的滾裝過程為：首先鋪設(shè)過橋梁，等待潮水的升降，當(dāng)潮位將升降到運(yùn)輸船上軌道面與碼頭軌道即將水平為最佳狀態(tài)。然后進(jìn)行滾裝上船作業(yè)，在滾裝過程中，需調(diào)整壓艙水，保持甲板面與碼頭地面高度差。當(dāng)滾裝上船結(jié)束后，調(diào)整臺(tái)車頂升高度，加裝固定底座并綁扎牢固。最后拆除臺(tái)車及船上軌道。

圖4 滾裝方案過程示意圖

根據(jù)海洋風(fēng)電單樁基礎(chǔ)單船雙樁滾裝裝船工藝措施進(jìn)行作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了采用5 000 噸級(jí)自航平板駁船一船裝載2根基礎(chǔ)樁（單樁質(zhì)量900 t）的目標(biāo)。樁基滾裝現(xiàn)場見圖5。

圖5 樁基滾裝現(xiàn)場

3 結(jié)語

通過對(duì)海洋風(fēng)電單樁基礎(chǔ)滾裝設(shè)備及方案的研究，完成技術(shù)示范，成功研制了海洋風(fēng)電單樁基礎(chǔ)滾裝設(shè)備，研發(fā)完善了海洋風(fēng)電單樁基礎(chǔ)滾裝裝船技術(shù)和工藝，同時(shí)開發(fā)了海洋風(fēng)電單樁基礎(chǔ)滾裝方式一船雙樁技術(shù)，在海洋風(fēng)電樁基的發(fā)運(yùn)過程中實(shí)際應(yīng)用并形成可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，達(dá)到了預(yù)期目的和效果。后續(xù)還會(huì)在目前成果的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)滾裝設(shè)備，提高滾裝設(shè)備的承載能力，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)一步完善，降低作業(yè)過程對(duì)潮位要求。