一种便于运输的筒型基础、背压式海上风电整机运输安装船及方法

技术领域

本发明涉及海上风电整机运输技术领域，具体涉及一种便于运输的筒型基础、背压式海上风电整机运输安装船及方法。

背景技术

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。

海上风电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，给海上起重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进行风机的组成和调试，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。

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。但是在实际使用过程中，该运输安装船存在海上风电整机在U型凹槽内难以固定的问题，限制了海上风电整机运输效率的提高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种便于运输的筒型基础，以解决现有海上风电整机运输效率低的技术问题。

本发明所采用的技术方案为：一种便于运输的筒型基础，所述筒型基础包括：

筒体；

翼板，所述翼板设置于所述筒体的顶部，并具有用于与运输安装船的支撑甲板表面相贴合的搭载面，且所述翼板上还设有用于与所述支撑甲板连接的第一连接部。

优选的，所述第一连接部为定位连接孔。

优选的，所述翼板为环形钢板。

优选的，所述环形钢板的宽度为1m～10m，厚度为0.5m～5m。

本发明的第二目的在于提供一种背压式海上风电整机运输安装船，用于运输具有上述筒型基础的海上风电整机，包括船体，所述船体上设有用于容纳所述筒型基础的容置槽，所述容置槽包括上下设置的上开槽部和下开槽部，所述上开槽部的尺寸大于所述翼板的尺寸，所述下开槽部的尺寸大于所述筒体的尺寸并小于所述翼板的尺寸，以使所述上开槽部和所述下开槽部之间形成与所述翼板相配合的所述支撑甲板，所述支撑甲板上设有与所述第一连接部相配合、并使所述筒型基础固定在所述船体上的第二连接部。

优选的，所述第二连接部为定位连接销。

优选的，所述容置槽侧面的所述船体上设有起重设备，所述起重设备通过钢丝绳与所述筒体连接，用于牵引和/或约束所述筒型基础。

优选的，所述容置槽的数量为1～10个。

优选的，所述容置槽两侧的所述船体上设有门式框架，所述门式框架的顶部通过抱紧装置与所述海上风电整机的塔筒连接。

本发明的第三目的在于提供一种背压式海上风电整机运输安装方法，所述方法使用的是上述的背压式海上风电整机运输安装船，所述方法包括如下步骤：

将自浮的所述筒型基础牵引至所述容置槽内；

通过释放所述筒型基础内部空气使所述翼板的第一连接部下移并与所述支撑甲板上的第二连接部连接固定；

将风机吊装于所述筒型基础上形成海上风电整机；

运输至安装位置并解除所述第一连接部和所述第二连接部的连接；

将注入压缩空气上浮的所述海上风电整机移出所述容置槽并下沉。。

本发明的有益效果：

1、本发明在筒型基础的筒体上设有翼板，将筒型基础牵引至运输船的容置槽内后，筒体上的翼板可与运输船的支撑甲板贴合，使得筒型基础压载于船舶上；同时，将翼板上的第一连接部与支撑甲板上的第二连接部固定连接后，可实现筒型基础在容置槽内与运输船的快速固定连接，有助于提高海上风电整机的运输效率。

2、本发明在船体上设有上宽下窄的容置槽，将自浮状态的筒型基础牵引至容置槽内后，可通过筒型基础的下移，将筒型基础压载于船体的支撑甲板上，并通过定位连接销将筒型基础的翼板与支撑甲板固定连接，可快速实现筒型基础的固定，同时也便于筒型基础与船体连接关系的解除，极大的提高了海上风电整机的运输效率。

3、本发明可实现多台海上风电整机同时运输和安装，不仅具有操作简便、成功率高和安全可靠度高的优点，还提高了工作效率，降低了施工成本。

附图说明

图1为本发明的筒型基础的主视图；

图2为本发明的筒型基础的俯视图；

图3为本发明的背压式海上风电整机运输安装船的俯视图；

图4为本发明的背压式海上风电整机运输安装船的主视图；

图5为海上风电整机的结构示意图；

图6为运输状态下的背压式海上风电整机运输安装船的主视图；

图7为运输状态下的背压式海上风电整机运输安装船的俯视图；

图8为海上风电整机下沉安装状态示意图。

图中附图标记说明：

100、筒型基础；

110、筒体；120、翼板；130、第一连接部；

200、船体；

210、容置槽；220、第二连接部；230、起重设备；240、支撑甲板；250、门式框架；260、上开槽部；270、下开槽部；280、钢丝绳；

300、风机；

310、塔筒；320、机舱；330、叶片。

具体实施方式

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。

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。

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。

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。

实施例，如图1、图2、图5、图6、图7和图8所示，一种便于运输的筒型基础，包括：

筒体110；

翼板120，该翼板120设置于筒体110的顶部，具有用于与运输安装船的支撑甲板240表面相贴合的搭载面，且翼板120上还设有用于与支撑甲板240连接的第一连接部130。

本申请通过在筒型基础100的筒体110上设有翼板120，当筒型基础100被牵引至运输船的容置槽210内后，筒体110上翼板120的搭载面(翼板120的下表面)可在筒型基础100的重力作用下与运输船的支撑甲板240贴合，从而使得筒型基础100压载于运输船上；同时，将翼板120上的第一连接部130与支撑甲板240上的第二连接部220固定连接后，可实现筒型基础100在容置槽210内与运输船的快速固定连接，有助于提高海上风电整机的运输效率。

在一具体实施例中，如图2所示，第一连接部130为定位连接孔。如此设置，是因为：在翼板120上设置定位连接孔，具有结构简单，易于制作的优点；同时，通过定位连接孔与支撑甲板240上的定位连接销的插接连接，可快速实现筒型基础100与运输船的固定连接，也便于筒型基础100与运输船的固定连接的解除。

优选的，在翼板120上圆周均布有四个定位连接孔。

在一具体实施例中，如图2所示，翼板120为环形钢板。如此设置，是因为：环形钢板与筒体110的整个外圆周面固定连接，相比于两块扇形钢板，可以提高翼板120与筒体110的连接面积，有利于支撑甲板240对翼板120垂直向上的作用力较为稳定的传递至筒体110。

优选的，环形钢板的宽度为1m～10m，厚度为0.5m～5m。

更优选的，环形钢板与筒型基础100的顶盖一体成型。

在一具体实施例中，如图2所示，筒体110为一底端开口的半封闭筒状结构，其内部设有多个用于提高筒型基础100在运输和工作状态下的稳定性和承载力的分舱结构；其中，筒体110的直径为10m～50m，高度为4m～15m；分舱结构的数量为1～20个。在筒体110的顶盖上设有与分舱结构一一对应的气孔和空气阀门，气孔用于向分舱结构注入压缩空气，空气阀门用分舱结构内部空气的外排；筒体110的顶盖上还设有3～10个起吊点，该起吊点与钢丝绳280连接，用于筒型基础100的起吊和沉放作业。

实施例，如图3、图4、图6-图8所示，一种背压式海上风电整机运输安装船，用于运输具有上述筒型基础100的海上风电整机，包括船体200，船体200上设有用于容纳筒型基础100的容置槽210，该容置槽210包括上开槽部260和下开槽部270，上开槽部260设置于下开槽部270上方，且上开槽部260的尺寸大于翼板120的尺寸，下开槽部270的尺寸大于筒体110的尺寸并小于翼板120的尺寸，以使上开槽部260和下开槽部270之间形成与翼板120搭接的支撑甲板240，支撑甲板240上设有与第一连接部130相配合、并使筒型基础100固定在船体200上的第二连接部220。

本申请在船体200上设有上宽下窄、台阶状的容置槽210，当自浮状态的筒型基础100被牵引至容置槽210内后，可通过筒型基础100的下移，使筒型基础100在重力作用下压载于船体200的支撑甲板240上，并通过定位连接销将筒型基础100的翼板120与支撑甲板240固定连接，快速实现筒型基础100与船体200的固定连接，同时也便于筒型基础100与船体200连接关系的解除，极大的提高了海上风电整机的运输效率。

在一具体实施例中，第二连接部220为定位连接销。如此设置，是因为：定位连接销与定位连接孔的插接配合不仅具有结构简单的优点，还便于后期筒型基础100与船体200固定连接关系的解除。

优选的，定位连接销为电动升降柱。

在一具体实施例中，如图3、图4所示，容置槽210侧面的船体200上设有起重设备230，起重设备230通过钢丝绳280与筒体110顶盖上的起吊点连接，用于牵引和/或约束筒型基础100。如此设置，是因为：在容置槽210侧面的船体200上设置起重设备230，将起重设备230通过钢丝绳280和筒型基础100连接后，可通过起重设备230对筒型基础100的拖拽作用，使自浮状态的筒型基础100牵引至容置槽210内；在筒型基础100与支撑甲板240固定连接后，还可通起重设备230和钢丝绳280对筒型基础100施加水平拉力，保证筒型基础100与船体200的同步移动；同时，在海上风电整机下沉安装时，起重设备230还通过钢丝绳280保持筒型基础100的平稳下沉。

优选的，其中设备设置在容置槽210的槽底和两侧船体200上。

在一具体实施例中，容置槽210的数量为1～10个。如此设置，是因为：当容置槽210的数量为两个及两个以上时，相较于海上风电整机的单机拖航，可实现多台海上风电整机的同时运输，提高运输效率。

优选的，容置槽210的数量为偶数，并镜像对称的设置在船体200上。如此设置，是因为：在对多台海上风电整机进行运输时，可以使船体200各处受力均匀；同时，在将单台海上风电整机下沉后，也可通过调节与之相对的筒型基础100的吃水，使船体200的受力均匀。

在一具体实施例中，如图4、图6所示，在容置槽210两侧的船体200上设有与容置槽210一一对应的门式框架250，该门式框架250的两支脚与容置槽210两侧的船体200一一对应固定连接，顶部通过抱紧装置(现有技术未示出)与风机300的塔筒310可拆卸连接。如此设置，是因为：通过门式框架250与风机300的塔筒310连接，可以提高风机300运输时的稳定性；同时门式框架250的底部与容置槽210两侧的船体200固定连接，还可以提高船体200的结构强度。

优选的，门式框架250包括钢结构桁架和柔性材料，钢结构桁架的底端与船体200固定连接，顶部具有可环抱塔筒310的开合结构，柔性材料设置于钢结构桁架与塔筒310之间，用于设置约束塔筒310的移动。其中，柔性材料可为气垫或橡胶垫。

实施例，一种背压式海上风电整机运输安装方法，该方法使用的是上述背压式海上风电整机运输安装船，该方法包括如下步骤：

将自浮的筒型基础100牵引至容置槽210内。

具体包括：于陆上完成筒型基础100的预制后，将筒型基础100吊入海中，利用筒型基础100的自浮能力，平稳的拖航至船体200的一个容置槽210的槽口位置；通过向筒型基础100内腔注入压缩空气调整筒型基础100的吃水，以使筒型基础100的翼板120高于船体200的支撑甲板240，通过钢丝绳280将筒型基础100与船体200上的起重设备230连接，利用起重设备230将筒型基础100牵引至容置槽210中。

需要说明的是，筒型基础100的顶部设有过渡段，该过渡段为中空结构，其上口用于与风机300的塔筒310连接。过渡段的上口直径为7m，下口直径为12m，高度为16m；一般来说，过渡段通常的上口直径选择范围是7m～10m，下口直径选择范围是10m～20m，高度选择范围是10m～60m。

通过释放筒型基础100内部空气使翼板120的第一连接部130下移并与支撑甲板240上的第二连接部220连接固定。

具体包括：通过打开筒型基础100顶盖上的空气阀门，释放筒型基础100内腔中的压缩空气，使翼板120缓慢下降并与支撑甲板240接触，直到翼板120与支撑甲板240之间的压力达到设定值，关闭空气阀门；将定位连接销插入翼板120上的定位连接孔，完成筒型基础100与船体200的固定连接，并使各个起重设备230与筒型基础100之间的钢丝绳280拉紧，完成船体200与筒型基础100的绑扎固定。

将风机300吊装于筒型基础100上形成海上风电整机。

具体包括：利用陆上起重设备依次完成风机300的塔筒310、机舱320和叶片330的吊装，完成海水风电整机的安装，并在完成调试后将门式框架250与风机300的塔筒310连接，用于对运输过程中的风机300进行保护。

需要说明的是，在将风机300吊装至筒型基础100上后，还可根据需要，调节筒型基础100的吃水，以使翼板120与支撑甲板240之间的压力满足要求，使得船体200只承载小部分的海上风电整机的重量。

运输至安装位置并解除第一连接部130和第二连接部220的连接。

具体包括：运输安装船航行至海上风电场位置后，先解除塔筒310与门式框架250的连接关系，再解除筒型基础100与船体200的绑扎固定和插接固定。

将注入压缩空气上浮的海上风电整机移出容置槽210并下沉。

具体包括：先利用筒型基础100顶盖上的气孔向筒型基础100内腔中注入压缩空气，以使筒型基础100的翼板120上升并与船体200的支撑甲板240分离；再利用船体200上的起重设备230将自浮状态的海上风电整机牵引至容置槽210外；然后打开筒型基础100顶盖上的空气阀门，缓慢将海上风电整机下放至海底；最后利用负压下沉施工将筒型基础100下沉至设计深度，起重设备脱钩并返航。

与现有技术相比，本申请至少具有以下有益技术效果：

本申请的海上风电整机安装方法可以实现海上风电的整机运输；在运输过程中，运输安装船不仅为海上风电整机提供拖航稳性，同时也可为其提供部分承载力，提高了海上风电整机在运输过程中的安全可靠性，操作易于实现并且成功率高，对于大型的海上风电整机也不需要启用大型的起重机械和运输船舶进行海上作业，相对于现有的整机安装技术，可使安装运输成本大大降低。同时由于筒型基础、塔筒、机舱及叶片从制造及运输到使用都可保持同样的姿势，因此最大限度降低了风机各组成部分损坏的风险，从而有利于实现结构抗损坏要求,进一步降低建造成本。

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。