阅读说明：本技术 一种深远海半潜式风机的安装施工方法 (Installation and construction method of deep and open sea semi-submersible fan ) 是由 王俊杰 张成芹 黄艳红 刘璐 于 2020-05-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种深远海半潜式风机的安装施工方法,包括以下流程：半潜式平台建造、半潜式平台下水、风机安装、风机静态调试、一体化风机拖航、系泊系统安装和风机动态调试。半潜式平台建造采用陆域场地进行或船坞进行两种方案；半潜式平台下水采用半潜驳下水、起重船下水或船坞内下水三种方案,风机安装和风机静态调试采用在拼装基地进行或船坞内进行两种方案。本发明采用多种方案进行深远海半潜式风机的安装,提高了半潜式风机施工工艺的适用性,大大降低了对大尺寸船坞的依赖,适应于国内的施工条件和施工装备。(The invention discloses an installation and construction method of a deep and open sea semi-submersible fan, which comprises the following procedures: the method comprises the following steps of semi-submersible platform construction, semi-submersible platform launching, fan installation, fan static debugging, integrated fan towing, mooring system installation and fan dynamic debugging. The semi-submersible platform is built by adopting a land field or a dock; semi-submersible platform launching adopts three schemes of semi-submersible barge launching, crane ship launching or dock launching, and fan installation and fan static debugging adopt two schemes of being carried out in an assembly base or a dock. The invention adopts various schemes to install the deep and far sea semi-submersible fan, improves the applicability of the semi-submersible fan construction process, greatly reduces the dependence on large-size docks, and is suitable for domestic construction conditions and construction equipment.)

一种深远海半潜式风机的安装施工方法

技术领域

本发明涉及一种深远海半潜式风机的安装施工方法。

背景技术

海上风能资源具有风力强、风速稳定、风切变小、不占用土地等优势而为人类所开发利用。随着近海风电开发逐渐饱和，海上风电开发逐渐从近海走向深远海。目前浮式风电发展较为成熟的3种基础形式有半潜式(Semi-Sub)、立柱式(Spar)和张力腿式(Tlp)。半潜式平台风机系统由风机1、平台2、系泊系统3构成，如图1所示。半潜式平台风机较其它浮式风机的优势较为明显，在深远海风电开发中备受青睐，其主要优点有：水线面较大，稳性好；适用水深范围广，可适用60m以上水深；平台具备自稳性，可湿拖，运输成本较低；锚链系统安装成本较其它浮式平台低；系泊系统的卧链段较长，锚链张力小，疲劳荷载影响较小等。目前，国外采用的半潜式风机的施工方法是：首先在干船坞内建造和拼装半潜式平台，然后在半潜式平台上完成风机的整体拼装，接着干船坞灌水，半潜式平台和风机整体起浮，最后整体拖带出坞，并整体湿拖至海上相应的安装机位与系泊系统连接。其缺点主要是：采用在船坞进行半潜式平台的拼装和风机拼装，对船坞的要求较高，半潜式风机整体拼装后吃水深度较深，且由于半潜式平台本身的尺寸较大，国内符合条件的大尺寸船坞较少，因此这种方法不太适合国内的施工条件和施工装备。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种深远海半潜式风机的安装施工方法，它大大降低了对大尺寸船坞的依赖，适应于国内施工条件和施工装备。

本发明的目的是这样实现的：一种深远海半潜式风机的安装施工方法，用于将半潜式风机安装在设定的目标海域，该半潜式平台风机包括半潜式平台、风机和系泊系统；所述半潜式平台包括三个立柱、三块垂荡板、顶横梁和三根底横撑；三个立柱以连线呈等边三角形的方式布置；三块垂荡板一一对应地安装在三个立柱的底部；顶横梁呈Y形并连接在三个立柱的顶部之间；三根底横撑一一对应地连接在相邻的两个垂荡板之间；所述风机包括塔筒、安装在塔筒顶部的机舱、安装在机舱一端的轮毂和三个安装在轮毂上的叶片；所述系泊系统包括沉入海床泥面内的吸力锚和连接在吸力锚与半潜式平台之间的系泊缆绳，系泊缆绳包括系泊锚缆、间隔地安装在系泊锚缆上的系泊浮筒和一端连接在半潜式平台上另一端与系泊锚缆连接的系泊锚链。

本发明的深远海半潜式风机的安装施工方法，包括以下流程：半潜式平台建造、半潜式平台下水、风机安装、风机静态调试、一体化风机拖航、系泊系统安装和风机动态调试；

所述半潜式平台建造流程包括以下步骤：

步骤一，平地立式分段建造半潜式平台，包括三个立柱、三块垂荡板、顶横梁和三根底横撑的下料、切割和分段焊接；

步骤二，在陆域平地上总体组装半潜式平台；

进行半潜式平台下水流程时，先使半潜驳靠泊码头，并灌入半潜驳一定量的压载水，使半潜驳的甲板面高出码头的平面一定距离，再将半潜式平台坐落在SMPT大型平板车上，并利用SMPT大型平板车将半潜式平台逐步滑移至半潜驳的甲板上，在半潜式平台滑移至半潜驳的过程中，根据调载数据和码头的潮位调节半潜驳的压载水，确保半潜驳的甲板面与码头的平面保持平齐，然后SMPT大型平板车退车，半潜驳下潜，使半潜式平台下水并浮在水面上；

进行半潜式平台下水流程时，或者利用SMPT大型平板车将半潜式平台转移到码头前沿，再利用起重机或起重船起吊半潜式平台下水；

所述风机安装流程包括以下步骤：

步骤一，通过拖轮将下水后的半潜式平台湿拖至风机拼装基地码头；

步骤二，将半潜式平台靠泊在风机拼装基地码头，并位于风机拼装基地码头的两个系缆桩中间，在该两个系缆桩上分别系一根短缆绳和一根长缆绳，该两个缆桩上的短缆绳一一对应地与靠近在风机拼装基地码头的两个立柱连接，使该两个立柱底部的垂荡板靠在风机拼装基地码头的外沿，该两个缆桩上的长缆绳分别与一个远离风机拼装基地码头的立柱的两侧连接，使半潜式平台固定；

步骤三，自升式平台船在风机拼装基地码头的附近插桩抬升，利用自升式平台船上的起重设备依次在半潜式平台的一个远离风机拼装基地码头的立柱上进行风机的塔筒拼装、机舱吊装、轮毂吊装和三个叶片吊装，使风机与半潜式平台形成一体化风机；

进行所述风机静态调试流程时，先在风机安装流程时同步进行风机的塔筒内电气电缆的施工，即按照电气施工手册，进行电气接地系统施工、电缆敷设、中间接头和终端接头制作，再根据用户要求和规范标准进行相关的电气试验和静态调试；

进行所述一体化风机拖航流程时，采用两艘拖轮将一体化风机拖运至目标海域，其中一艘拖轮位于一体化风机的后方并通过一根缆绳连接在半潜式平台的一个安装了风机的立柱上，另一艘拖轮位于一体化风机的正前方并通过一根呈Y形的缆绳连接在半潜式平台的另外两个立柱上；

所述系泊系统安装流程包括以下阶段：吸力锚沉贯、系泊缆绳安装以及系泊缆绳与半潜式平台连接；

所述吸力锚沉贯阶段包括以下步骤：

步骤一，通过第一三用工作船将吸力锚及其配件运输到目标海域；

步骤二，第一三用工作船上的主钩将吸力锚竖直吊起并使其开口向下，在设定的安装位置附近将吸力锚放入水中；在下放吸力锚的过程中，利用预先打开的吸力锚筒体顶部的阀门，缓慢释放吸力锚筒体内的气体，待整个吸力锚筒体入水后，由潜水员关闭阀门；同时在下放吸力锚的过程中，通过观察设在海面上的定位浮标调整第一三用工作船的位置，以对吸力锚进行初定位；

步骤三，当吸力锚的底部距离海底1m时，停止下放，用水下定位系统对吸力锚进行精确定位；

步骤四，边测量边下放吸力锚，使吸力锚靠自重下沉接触海底泥面，下沉过程中应对吸力锚筒体的垂直度进行实时监控，并随时进行调整；

步骤五，吸力锚接触海底泥面后，采用潜水泵对吸力锚进行抽水贯入和调平工作；当抽水量大于吸力锚底部的渗水量时，吸力锚筒体内形成负压，吸力锚依靠负压贯入泥土中；

步骤六，随着潜水泵持续不断的抽水，吸力锚保持沉贯，直至吸力锚筒体的内顶盖与海床泥面相接触为止，停止负压贯入；

步骤七，卸去潜水泵，对吸力锚筒体的抽水口进行封闭，最后解除定位浮标，吸力锚安装结束；

所述系泊缆绳安装阶段，在吸力锚入水前将系泊锚缆的一端用D型卸扣与吸力锚连接，吸力锚入水时，第一三用工作船上的主钩起吊吸力锚，第一三用工作船上的副钩挂系泊锚缆，使系泊锚缆随吸力锚一起入水；第一三用工作船通过收/放系泊锚缆沿着设定的系泊缆的路径移动船位，并通过锚机布设系泊锚缆，一边布设系泊锚缆一边用H型卸扣将系泊浮筒按设定的间隔长度安装在系泊锚缆上，并在系泊锚缆的尾端接头上安装一个接头浮筒，直到将接头浮筒下放至水中，完成系泊锚缆和系泊浮筒的安装；系泊锚链在一体化风机拖航前预先安装在半潜式平台上；

所述系泊缆绳与半潜式平台连接阶段包括以下步骤：

步骤一，通过三条拖轮自带的DP动力定位系统辅助一体化风机进点，三条拖轮一一对应地控制半潜式平台的三个立柱，通过在半潜式平台上布置GPS接收机，控制半潜式平台的经纬度，进行定位；

步骤二，第二三用工作船将半潜式平台上的系泊锚链的外端固定在甲板上；

步骤三，第一工作船回收位于水面上的接头浮筒，并将系泊锚缆的尾端接头固定在甲板上；

步骤四，第一三用工作船和第二三用工作船靠近并以船尾相对，将半潜式平台上的系泊锚链的外端与系泊锚缆的尾端接头进行连接；

步骤五，在系泊系统布置完成后，在现场对吸力锚和系泊缆进行整体预拉试验；

步骤六，调整半潜式平台的压载水，将半潜式平台降低至设定的吃水深度，并通过半潜式平台上的锚机调整系泊锚链的长度，使一体化风机准确定位于设计位置，并预紧至设计拉力，完成一体化风机的海上安装，形成半潜式风机；

进行所述风机动态调试流程时，在现场电气线缆接线结束，并由电网提供电源后按照风机动态调试大纲的要求进行调试。

上述的深远海半潜式风机的安装施工方法，其中，进行所述半潜式平台建造流程、风机安装流程和风机静态调试流程时或在船坞内进行，并通过对船坞内灌水进行半潜式平台下水流程，使一体化风机起浮。

上述的深远海半潜式风机的安装施工方法，其中，进行吸力锚沉贯阶段的步骤一时，或通过运输驳船将吸力锚及其配件运到目标海域；进行吸力锚沉贯阶段的步骤二时，通过起重船起吊吸力锚进行安装。

上述的深远海半潜式风机的安装施工方法，其中，所述系泊锚缆采用一整段锚链或一整段聚酯缆绳，或采用若干锚链段和若干聚酯缆绳段相结合的结构，并且锚链段和聚酯缆绳段之间通过H型卸扣连接。

本发明的深远海半潜式风机的安装施工方法具有以下特点：半潜式平台的建造和总装采用陆域场地进行或船坞进行两种方案；半潜式平台的下水方式采用半潜驳下水、起重船下水或船坞内下水三种方案，风机安装和风机静态调试采用在拼装基地进行或船坞内进行两种方案。本发明采用多种方案进行深远海半潜式风机的安装，提高了半潜式风机施工工艺的适用性，大大降低了对大尺寸船坞的依赖，适应于国内的施工条件和施工装备。

附图说明

图1是本发明的深远海半潜式风机的安装施工方法涉及的半潜式平台风机的结构示意图；

图2是本发明的深远海半潜式风机的安装施工方法的流程图；

图3是本发明的施工方法中进行半潜式平台建造流程的步骤一的结构图；

图4a是本发明的施工方法中完成半潜式平台建造流程的步骤二的结构图；

图4b图4a的俯视图；

图5是本发明的施工方法中在船坞内进行半潜式平台下水流程的状态图；

图6a是本发明的施工方法中用半潜驳进行半潜式平台下水流程的状态图；

图6b是本发明的施工方法中用半潜驳进行半潜式平台下水流程的状态图；

图6c是本发明的施工方法中用半潜驳进行半潜式平台下水流程的状态图；

图6d是本发明的施工方法中用半潜驳进行半潜式平台下水流程的状态图；

图7a是本发明的施工方法中用起重船进行半潜式平台下水流程的状态图；

图7b是本发明的施工方法中用起重船进行半潜式平台下水流程的状态图；

图8a是本发明的施工方法中进行风机安装流程的步骤二的状态图；

图8b是本发明的施工方法中进行风机安装流程的步骤三的状态图；

图9是本发明的施工方法中进行一体化风机拖航流程的状态图；

图10a是本发明的施工方法中进行系泊系统安装流程的吸力锚沉贯阶段的状态图；

图10b是本发明的施工方法中进行系泊系统安装流程的系泊缆绳安装阶段的状态图；

图10c是本发明的施工方法中进行系泊系统安装流程的系泊缆绳安装阶段的状态图；

图10d是本发明的施工方法中进行系泊系统安装流程的系泊缆绳安装阶段的状态图；

图10e是本发明的施工方法中进行系泊系统安装流程的系泊缆绳与半潜式平台连接阶段的步骤四的状态图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

先请参阅图1，本发明的深远海半潜式风机的安装施工方法，用于将半潜式平台风机100安装在设定的目标海域，该半潜式平台风机100包括半潜式平台2、风机1和系泊系统3；半潜式平台2包括三个立柱21、三块垂荡板22、顶横梁23和三根底横撑24；三个立柱21以连线呈等边三角形的方式布置；三块垂荡板22一一对应地安装在三个立柱21的底部；顶横梁23呈Y形并连接在三个立柱21的顶部之间；三根底横撑24一一对应地连接在相邻的两个垂荡板22之间；风机1包括塔筒11、安装在塔筒11顶部的机舱12、安装在机舱12一端的轮毂13和三个安装在轮毂13上的叶片14；系泊系统3包括沉入海床泥面内的吸力锚31和连接在吸力锚31与半潜式平台2之间的系泊缆绳；系泊缆绳包括系泊锚缆32，间隔地安装在系泊锚缆32上的系泊浮筒33和一端连接在半潜式平台2上、另一端与系泊锚缆32连接的系泊锚链34；系泊锚缆32采用一整段锚链或一整段聚酯缆绳，或采用若干锚链段和若干聚酯缆绳段相结合的结构，并且锚链段和聚酯缆绳段之间通过H型卸扣连接。

再请参阅图2至图10e，本发明的深远海半潜式风机的安装施工方法，包括以下流程：半潜式平台建造、半潜式平台下水、风机安装、风机静态调试、一体化风机拖航、系泊系统安装和风机动态调试；

半潜式平台建造流程包括以下步骤：

步骤一，平地立式分段建造半潜式平台，包括三个立柱21、三块垂荡板22、顶横梁23和三根底横撑24的下料(见图3)、切割和分段焊接；

步骤二，在陆域平地上总体组装半潜式平台(见图4a和图4b)；

进行半潜式平台下水流程时，先使半潜驳6靠泊码头，并灌入半潜驳6一定量的压载水，使半潜驳6的甲板面高出码头的平面一定距离，再将半潜式平台2坐落在SMPT大型平板车5上，并利用SMPT大型平板车5将半潜式平台2逐步滑移至半潜驳6的甲板上，在半潜式平台2滑移至半潜驳6的过程中，根据调载数据和码头的潮位调节半潜驳6的压载水，确保半潜驳6的甲板面与码头的平面保持平齐，然后SMPT大型平板车5退车，半潜驳6下潜，使半潜式平台下水并浮在水面上(见图6a至图6d)。

进行半潜式平台下水流程时，或者利用SMPT大型平板车5将半潜式平台2转移到码头前沿，再利用起重机或起重船7起吊半潜式平台2下水(见图7a和图7b)。

风机安装流程包括以下步骤：

步骤一，通过拖轮将下水后的半潜式平台2湿拖至风机拼装基地码头200；

步骤二，将半潜式平台2靠泊在风机拼装基地码头200，并位于风机拼装基地码头200的两个系缆桩中间，在该两个系缆桩上分别系一根短缆绳91和一根长缆绳92，该两个缆桩上的短缆绳91一一对应地与靠近在风机拼装基地码头200的两个立柱21连接，使该两个立柱21底部的垂荡板22靠在风机拼装基地码头200的外沿，该两个缆桩上的长缆绳92分别与一个远离风机拼装基地码头200的立柱21的两侧连接，使半潜式平台2固定(见图8a)；

步骤三，自升式平台船8在风机拼装基地码头200的附近插桩抬升，利用自升式平台船8上的起重设备依次在半潜式平台2的一个远离风机拼装基地码头300的立柱21上进行风机1的塔筒11拼装、机舱12吊装、轮毂13吊装和三个叶片14吊装，使风机1与半潜式平台2形成一体化风机12A(见图8b)。

进行风机静态调试流程时，先在风机安装流程时同步进行风机1的塔筒11内电气电缆的施工，即按照电气施工手册，进行电气接地系统施工、电缆敷设、中间接头和终端接头制作，再根据用户要求和规范标准进行相关的电气试验和静态调试。

进行半潜式平台建造流程、风机安装流程和风机静态调试流程时，还可在船坞4内进行，并通过对船坞4内灌水进行半潜式平台下水流程，使一体化风机12A起浮(见图5)。

进行一体化风机拖航流程时，由于一体化风机12A是无动力又属于大型载体，本体吃水深、且高度大，受风面积也大，所以除了在动力上需要有足够大的外作用力外，为了达到一体化风机12A在整个拖运过程中避让及时、转向灵活的目的，也必须要有足够的控制能力以满足对一体化风机12A海上运输的安全操控的要求，采用两艘大马力拖轮10将一体化风机12A拖运至目标海域，其中一艘拖轮10位于一体化风机12A的后方并通过一根缆绳93连接在半潜式平台2的一个安装了风机1的立柱21上，另一艘拖轮10位于一体化风机12A的正前方并通过一根呈Y形的缆绳94连接在半潜式平台2的另外两个立柱21上(见图9)。

系泊系统安装流程包括以下阶段：吸力锚沉贯、系泊缆绳安装以及系泊缆绳与半潜式平台连接；

吸力锚沉贯阶段包括以下步骤：

步骤一，通过第一三用工作船11a将吸力锚31及其配件运输到目标海域；

步骤二，第一三用工作船11a上的主钩将吸力锚31竖直吊起并使其开口向下，在设定的安装位置附近将吸力锚31放入水中；在下放吸力锚31的过程中，利用预先打开的吸力锚筒体顶部的阀门，缓慢释放吸力锚筒体内的气体，待整个吸力锚筒体入水后，由潜水员关闭阀门；同时在下放吸力锚31的过程中，通过观察设在海面A上的定位浮标调整第一三用工作船11a的位置，以对吸力锚31进行初定位(见图10a)；

步骤三，当吸力锚的底部距离海底1m时，停止下放吸力锚，用水下定位系统对吸力锚进行精确定位；

步骤四，边测量边下放吸力锚，使吸力锚下沉接触海底泥面B，下沉过程中应对吸力锚筒体的垂直度进行实时监控，并随时通过吊索或其他装置进行调整；

步骤五，吸力锚接触海底泥面B后，采用潜水泵对吸力锚进行抽水贯入和调平工作；当抽水量大于吸力锚底部的渗水量时，吸力锚筒体内形成负压，吸力锚依靠负压贯入泥土中；

步骤六，随着潜水泵持续不断的抽水，吸力锚保持沉贯，直至吸力锚筒体的内顶盖与海床泥面相接触为止，停止负压贯入；

步骤七，卸去潜水泵，对吸力锚筒体的抽水口进行封闭，最后解除定位浮标，吸力锚安装结束。

进行吸力锚沉贯阶段的步骤一时，还可通过运输驳船将吸力锚及其配件运到目标海域；

进行吸力锚沉贯阶段的步骤二时，还可通过起重船起吊吸力锚进行安装。

在系泊缆绳安装阶段，在吸力锚31入水前将系泊锚缆32的一端用D型卸扣与吸力锚31连接，吸力锚31入水时，第一三用工作船11a上的主钩起吊吸力锚31，第一三用工作船11a上的副钩挂系泊锚缆32，使系泊锚缆32随吸力锚31一起入水；在吸力锚31安装结束后，第一三用工作船11a通过收/放系泊锚缆32沿着设定的系泊缆的路径移动船位，并通过锚机布设系泊锚缆32，一边布设系泊锚缆32一边用H型卸扣将系泊浮筒33按设定的间隔长度安装在系泊锚缆32上，并在系泊锚缆32的尾端接头上安装一个接头浮筒33’，直到将接头浮筒33’下放至水中，完成系泊锚缆32和系泊浮筒33的安装；系泊锚链34在一体化风机12A拖航前预先安装在半潜式平台2上(见图10b至图10d)；

系泊缆绳与半潜式平台连接阶段包括以下步骤：

步骤一，通过三条拖轮自带的DP动力定位系统辅助一体化风机12A进点，三条拖轮一一对应地控制半潜式平台2的三个立柱21，通过在半潜式平台2上布置GPS接收机，控制半潜式平台2的经纬度，进行定位；

步骤二，第二三用工作船11b将半潜式平台2上的系泊锚链34的外端固定在甲板上；

步骤三，第一工作船11a回收位于水面上的接头浮筒33’，并将系泊锚缆32的尾端接头固定在甲板上；

步骤四，第一三用工作船11a和第二三用工作船11b靠近并以船尾相对，将半潜式平台2上的系泊锚链34的外端与系泊锚缆32的尾端接头进行连接(见图10e)；

步骤五，在系泊系统布置完成后，在现场对吸力锚31和系泊锚缆32进行整体预拉试验，将已布设在水中的系泊锚缆32拉直，以减小一体化风机12A在系泊状态下的最大位移；

步骤六，调整半潜式平台2的压载水，使半潜式平台2降低至设定的吃水深度，并通过半潜式平台2上的锚机调整系泊锚链34的长度，使一体化风机12A准确定位于设计位置，并预紧系泊锚链34至设计拉力，完成一体化风机12A的海上安装，形成半潜式风机100。

进行风机动态调试流程时，在现场电气线缆接线结束，并由电网提供电源后按照风机动态调试大纲的要求进行调试。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。