用于海上桩基光伏钢平台的自升式液压升降系统及方法

技术领域

本发明涉及海上光伏技术领域，具体涉及一种用于海上桩基光伏钢平台的自升式液压升降系统及方法。

背景技术

伴随海上桩基光伏场开发的发展，场址也由近岸走向水深可达约15米的近海，海上光伏的桩基也由PHC桩逐步变更为钢管桩，基于钢管桩具有较好的强度和项目开发成本的控制，采用钢管桩为桩基的光伏钢平台尺寸也越来越大。当下光伏钢平台基本采用起重船吊机进行起吊安装。但大尺寸光伏钢平台在安装过程中，由于波浪，风等海上环境条件的影响，以及钢平台自身桁架结构的影响，在起重船吊装过程中会产生各个方向的各种运动(横摇、横荡、纵摇、纵荡、艏摇、垂荡)以及钢平台结构的变形。以上各个方向的运动会导致：1)钢平台与钢管桩对接操作困难；2)影响钢平台的稳定性，可能导致钢平台倾覆；3)冲击力可能导致钢平台结构变形；4)进一步加剧起重船的运动。因此需要一种用于海上桩基光伏钢平台安装、拆解等的带补偿功能的自升式液压升降系统及方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于海上桩基光伏钢平台的自升式液压升降系统及方法，通过模块化设计的顶升单元，可根据需求进行多种组合；通过控制单元协同联动控制各个顶升单元的动作，缓冲钢平台和承接船舶在横向、纵向、垂直三个方向相对运动导致的相互作用力的剧烈变化，使其趋于恒定。

本发明的技术方案为：

一种用于海上桩基光伏钢平台的自升式液压升降系统，包括若干矩阵设置的顶升单元、将顶升单元联接成一体的联接单元，以及为顶升单元提供动力的控制单元，其中：

顶升单元，用于擎举钢平台，自下而上包括顶升底座和塔节单元，其中：

顶升底座，包括底座、滑移底板、临时支架和液压缸，底座通过滑移底板安装于甲板上，底座顶部通过四个临时支架固定在液压转盘上，底座内置有液压缸；临时支架用于与塔节单元相插接，液压缸用于为塔节伸出和抬高提供动力；

塔节单元，包括若干段活动设置的塔节，塔节的一端通过滑道插入临时支架内，塔节的另一端在液压缸作用下与钢平台相连；

联接单元，用于联接顶升单元与顶升单元、顶升单元与钢平台，包括若干活动节状加强梁，活动节状加强梁两端设置有耳板、中间设置有锁紧机构，通过锁紧机构使顶升单元活动装配成一体；

控制单元，用于协同联动控制各个顶升单元的动作，包括液压泵站和流量阀组，液压泵站通过流量阀组与各个液压缸相连，保持钢平台相对位置稳定。

优选地，所述顶升单元为模块化设计，根据钢平台的尺寸选取顶升单元数量，根据需求的高度选取塔节单元的数量，根据需求选取活动节状加强梁的数量。

优选地，所述塔节单元上设置有位置传感器和压力传感器，位置传感器和压力传感器与液压泵站相连，液压泵站根据位置传感器和压力传感器检测到的钢平台所承受的外力，控制对应位置的液压缸进行横向、纵向、垂直三个方向作用力的补偿，使钢平台不因外力的相对运动而产生剧烈变化，进而大幅降低运动幅度，增加系统的稳定性。

优选地，所述活动节状加强梁为装配体，活动节状加强梁的安装位置至少包括如下部分：

交错安装于前后两排顶升单元之间、横向安装于相邻左右顶升单元之间，以及倾斜安装于顶升单元与钢平台之间。

优选地，所述钢平台包括呈矩形设置的钢结构，以及位于钢结构之间的加强筋；钢平台的底部安装有与钢管桩相连的对接法兰。

本发明另外的技术方案为：

一种用于海上桩基光伏钢平台的自升式液压升降方法，所述如下步骤：

S1、根据运输钢平台的尺寸、重量及运输所需高度，选出若干组顶升底座、塔节单元、活动节状加强梁在码头进行组装；

S2、组装后结合受力分析，将承接船舶上升降系统的各顶升单元抬升至安装所需的高度；

S3、将运输钢平台从码头吊运降放至顶升单元的端部进行固定，通过活动节状加强梁对钢平台进行支撑和固定；

S4、转运至钢平台安装施工现场，运输过程中通过流量阀组、协同联动控制各个顶升单元内液压缸在横向、纵向、垂直三个方向作用力的补偿，保持钢平台相对位置稳定；

S5、抵达安装场址后，承接船舶调整就位，升降系统调整钢平台与钢管桩的对接位置，相对位置调整满足安装要求后，升降系统收缩下放钢平台；

S6、钢平台降放安装到位后，承接船舶及升降系统一起退出安装场址，进行下一个钢平台的运输及安装；反之亦然，进行拆除工作。

优选地，所述步骤S4中，液压泵站采用液电混合驱动，包括氮气存储装置、氮气控制阀组、氮气发生装置和活塞式蓄能器，液压缸经由活塞式蓄能器与氮气存储装置相连，氮气存储装置通过氮气控制阀组与氮气发生装置相连；液压缸与活塞式蓄能器之间设置有流量阀组。

优选地，所述步骤S5中，升降系统调整钢平台与下放钢管桩的对接位置，指的是升降系统调整钢平台的倾斜角度，使缓慢下放到底的钢平台依然保持一定倾斜角度；钢平台直接与钢管桩相对接，减少寻找角度的时间。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

升降系统采用单元模块化设计，可根据需求进行多种顶升单元的组合，适应性好；

升降系统具备纵向的补偿系统，缓冲钢平台和承接船舶在横向、纵向、垂直三个方向相对运动导致的相互作用力的剧烈变化，使其趋于恒定；升降系统具有手动操作和自动操作模式，可以确保钢平台相对稳定性，降低对接难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明系统的结构示意图。

图2是顶升单元的结构示意图。

图3是顶升底座的结构示意图之一。

图4是顶升底座的结构示意图之二。

图5是塔节单元的结构示意图。

图6是联接单元的结构示意图。

图7是控制单元的结构示意图。

图8是钢平台的结构示意图。

图9是手动补偿模式的电气原理图。

图10是主动补偿模式的电气原理图。

图中：1、承接船舶；2、钢平台；21、对接法兰；3、顶升单元；31、顶升底座；311、液压缸；312、横向马达；313、纵向马达；32、塔节单元；33、联接单元；331、耳板；332、锁紧机构；34、控制单元；341、氮气存储装置；342、氮气控制阀组；343、氮气发生装置；344、活塞式蓄能器；345、流量阀组；4、钢管桩。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种用于海上桩基光伏钢平台的自升式液压升降系统，包括若干矩阵设置的顶升单元3、将顶升单元3联接成一体的联接单元33，以及为顶升单元3提供动力的控制单元34。

如图2所示，顶升单元3，用于擎举钢平台2，自下而上包括顶升底座31和塔节单元32。每个顶升单元3包含一套顶升底座31和若干塔节单元32，底座装配有滑移底板可安装于甲板实现固定。每个底座有一台液压缸，底座顶部装有四个固定在液压转盘上的临时支架。在起始塔节单元32位于支架上方的位置且液压缸完全缩回的情况下，可以使用滑道将塔节单元32的第一行自动插入支架之间。到位后，液压缸将塔节伸出并抬高至临时支撑上方。在液压缸将塔节降低到滑道之前，滑道重复该循环，直到达到所需的高度。

滑移底板包括滑移框架、导轨机构、横向马达312、纵向马达313；滑移框架为矩形框架，矩形框架内部为底座；导轨机构，安装于滑移框架底部且与甲板连接，安装于滑移框架和甲板之间，以及底座和滑移框架之间；横向马达312，固定于滑移框架下表面，用于驱动底座，实现滑移框架和甲板之间的相对运动；纵向马达313，用于实现滑移框架和底座之间的相对运动；液压缸311，用于垂向实现钢平台与承接船舶之间的相对运动。

通过横向、纵向、垂直三个方向的补偿系统，该升降系统由气液混合的液压系统驱动，用来控制纵向上船舶和模块的相互作用力，使其不随模块和承接船舶1的相对运动而产生剧烈变化，进而大幅降低模块和承接船舶1的运动幅度，增加系统的稳定性。

本升降系统主要技术特点：模块单元化设计、可据钢平台2尺寸选取顶升单元3数量、可据需求的高度选取塔节单元32的数量、可据需求选取活动节状加强梁的数量；三维方向均可调节，适应性强；自对齐钢制顶升模块可以节省时；紧凑形设计，节省占地空间；系统集成化，能够与位置传感器和压力传感器配套应用、增强稳定性；可变性占地面积，非常适合满足不同的现场使用；所有系统都集装箱化，可实现经济高效的运输。

如图3和图4所示，顶升底座31内置一台液压缸，底座顶部装有四个固定在液压转盘上的临时支架，底座装配有滑移底板可安装于甲板实现固定。在起始塔节单元32上方的位置且液压缸完全缩回的情况下，可以使用滑道将塔节自动插入支架之间。到位后，液压缸将塔节伸出并抬高至支撑上方。在液压缸将塔节降低到支撑架上之前，支撑架重复该循环，直到达到所需的高度。

如图5所示，塔节单元32为钢结构设计，有自对齐功能，结构承载性高，抗偏载能力强，模块化设计，可实现现场多套组合使用、适应更广泛的需求，结构紧凑形设计，节省占地空间，能够与称重系统配套应用、增强稳定性，可满足不同的现场使用。

如图5所示，联接单元33，用于联接顶升单元3与顶升单元3、顶升单元3与钢平台2，包括若干活动节状加强梁，活动节状加强梁两端设置有耳板331、中间设置有锁紧机构332，通过锁紧机构332使顶升单元3活动装配成一体。活动节状加强梁为装配体，左连接杆与右连接杆之间通过双头螺柱连接，通过锁紧螺母实现锁紧固定。由于双头螺柱和锁紧螺母配合作用，可以实现两连接耳板331之间的活动装配。

如图7所示，控制单元34，用于协同联动控制各个顶升单元3的动作，包括液压泵站和流量阀组345，液压泵站通过流量阀组345与各个液压缸相连，保持钢平台2相对位置稳定。液压泵站喷塑涂面，防腐蚀，耐污染能力强，轻便紧凑型设计，整机重量轻，便于现场顶升移运。耐用型设计，适应恶劣工况场合使用，外置可调式压力阀，便于重新校准工作压力，可防止压力过载，电机启动器具有过载、过热和漏电保护功能，耐用型换向阀，选用电磁换向阀可实现远程操作。设置流量阀组345、协同联动控制各个顶升单元3在横向、纵向、垂直三个方向作用力的补偿，用以达到稳定钢平台2相对位置，以便于运输和安装。

如图8所示，所述钢平台2包括呈矩形设置的钢结构，以及位于钢结构之间的加强筋；钢平台2的底部安装有与钢管桩4相连的对接法兰21。本发明中的钢平台2指的是大尺寸光伏钢平台，属于运输、安装、拆卸相对困难的钢结构。

实施例2

在实施例1的基础上，实施例提供了一种用于海上桩基光伏钢平台的自升式液压升降方法，所述如下步骤：

S1、根据运输钢平台2的尺寸、重量及运输所需高度，选出若干组顶升底座31、塔节单元32、活动节状加强梁在码头进行组装；

S2、组装后结合受力分析，将承接船舶1上升降系统的各顶升单元3抬升至安装所需的高度；

S3、将运输钢平台2从码头吊运降放至顶升单元3的端部进行固定，通过活动节状加强梁对钢平台2进行支撑和固定；

S4、转运至钢平台安装施工现场，运输过程中通过流量阀组、协同联动控制各个顶升单元内液压缸在横向、纵向、垂直三个方向作用力的补偿，保持钢平台相对位置稳定；

S5、抵达安装场址后，承接船舶1调整就位，升降系统调整钢平台2与钢管桩4的对接位置，相对位置调整满足安装要求后，升降系统收缩下放钢平台2；

S6、钢平台2降放安装到位后，承接船舶1及升降系统一起退出安装场址，进行下一个钢平台2的运输及安装；反之亦然，进行拆除工作。

优选地，所述步骤S4中，液压泵站采用液电混合驱动，包括氮气存储装置341、氮气控制阀组342、氮气发生装置343和活塞式蓄能器344，液压缸经由活塞式蓄能器344与氮气存储装置341相连，氮气存储装置341通过氮气控制阀组342与氮气发生装置343相连；液压缸与活塞式蓄能器344之间设置有流量阀组345。

优选地，所述步骤S5中，升降系统调整钢平台2与下放钢管桩4的对接位置，指的是升降系统调整钢平台2的倾斜角度，使缓慢下放到底的钢平台2依然保持一定倾斜角度；钢平台2直接与钢管桩4相对接，减少寻找角度的时间。

需要说明的是：钢平台2安装过程中，主要分为三个过程的操作：

过程1)升降系统的液压缸将塔节伸出并抬高至安装所需高度；

过程2)钢平台2落放至升降系统端部、固定；转运至光伏钢平台2安装施工现场；

过程3)驳船调整定位后，升降系统收缩液压缸、缓慢将钢平台2降落至钢管桩4端部并连接。

实施例3

在实施例2的基础上，所述升降系统具有以下多种补偿模式，可以确保钢平台22相对稳定性，降低对接难度。

液压缸311、横向马达312和纵向马达313均具有以下多种补偿模式：手动补偿模式、主动压力补偿模式、主动位置补偿模式、被动压力补偿模式、被动位置补偿模式；补偿模式根据实际需要进行选择。

如图9和图10所示，所述手动补偿模式，利用位置传感器和压力传感器采集钢平台2的相关信息，并利用手柄驱动横向马达312、纵向马达313、液压缸311三个驱动机构进行反向补偿，从而保证顶升单元3与承接船舶1之间保持相对恒定。

所述主动压力补偿模式，包括如下小步：利用钢平台2的历史数据，建立预测模型，根据实时反馈的顶升单元3与钢平台2之间压力与设定目标压力之间的差值，以及通过预测模型所预测下一时刻外界激励导致压力变化，计算输出的横向马达312、纵向马达313扭矩及液压缸311推力，从而调整水平方向的横向马达312和纵向马达313的位置，并主动驱动氮气发生装置343的开关，从而利用氮气控制阀组342调节液压缸311进行主动补偿；

主动位置补偿模式，包括如下小步：利用钢平台2的历史数据，建立预测模型，根据实时反馈的顶升单元3相对位置、液压缸311实际位置与设定位置之间的偏差，以及通过预测模型所预测下一时刻导致的顶升单元3位置、液压缸311实际位置变化，计算输出到顶升单元3的相对位置、液压缸311的伸长量，从而调整水平方向的横向马达312和纵向马达313的位置，并主动驱动氮气发生装置343的开关，从而利用氮气控制阀组342调节液压缸311进行主动补偿。

所述被动压力补偿模式，包括如下小步：利用钢平台2的历史数据，建立预测模型，根据实时反馈的顶升单元3与钢平台2之间压力与设定目标压力之间的差值，计算输出横向马达312、纵向马达313扭矩及液压缸311推力，从而利用液压泵站驱动液压缸311进行反向压力补偿，从而保证顶升单元3与承接船舶1之间保持相对恒定；或利用顶升单元3进行钢平台2与承接船舶1间水平面内相互作用力的补偿；

被动位置补偿模式，包括如下小步：利用钢平台2的历史数据，建立预测模型，根据实时反馈的顶升单元3位置、钢平台2位置，与设定位置之间的偏差，计算输出顶升单元3的相对位置、液压缸311的伸长量，从而利用液压泵站驱动液压缸311进行位置补偿，从而保证顶升单元3与承接船舶1之间保持相对恒定；或同时利用顶升单元3进行钢平台2与承接船舶1间水平面内相对位置变化的补偿。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。