海上风机整体安装船
阅读说明：本技术 海上风机整体安装船 (Integral installation ship for offshore wind turbine ) 是由 韩斌 于 2019-11-04 设计创作，主要内容包括：海上风机整体安装船是一种专为海上风机运输安装维修而设计的一款专用船舶,它采用旋转塔筒技术,能把海上风机安装维护难度降低到塔筒高度的一半以下,固定在40米高度。这款船舶机械能实现塔筒风机桨叶的一次性的运输安装维护工作,降低海上风电安装和维护难度,能有效降低海上风电安装成本和后期维护成本。(The integral installation ship of the offshore wind turbine is a special ship specially designed for transportation, installation, maintenance and repair of the offshore wind turbine, adopts a rotary tower cylinder technology, can reduce the difficulty of installation and maintenance of the offshore wind turbine to less than half of the height of a tower cylinder, and is fixed at the height of 40 meters. The ship machinery can realize the one-time transportation, installation and maintenance work of the tower drum fan blade, reduce the installation and maintenance difficulty of the offshore wind power and effectively reduce the installation cost and the later maintenance cost of the offshore wind power.)
技术领域
如何在40米高度安装任意高度的整体风力发电组呢？目前技术是需要装100米高的塔筒就需要超过100米高的吊车，有没有一种机械设备能够只用40米高度就能安装超过100米以上的塔筒和风机呢？能不能把风机的维护难度控制在40米高度呢？
在自然界中的一颗大树，树的高度长高到原来二倍，可以吸收阳光面积会增加到原来四倍，树的重量会增加到原来8倍。风力发电机设备和自然界的大树类似，高度增加到原来二倍，扫风面积和发电效率会增加到原来四倍，同样材质情况下重量会增加到原来八倍，安装难度会增大到原来十六倍，即把八倍重量吊到原来二倍的高度。随着科技进步，海上风机越做越大，所需要的安装设备也越来越大和安装成本的极速攀升。我们必须想出新的方法把安装难度降低。
背景技术
我们看过海上风机配套打桩船的视频，海上风机配套打桩船开到指定海域，伸出四根支柱固定在海床，把海上风机配套打桩船船体升起，侧边伸出一个套筒，用吊车把海上风机基础段管吊入套筒固定，用打桩机把海上风机基础段管打入海底，完成一个海上风机基础安装。然后张开套筒，收起四根支柱，船体落入水中，船开往下一个指定海域继续打桩安装风机基础。海上风机基础的自动化高效率给了我们很大感触。与之对应的海面上的塔筒风机安装部分就显得低效率，要安装100米高的塔筒柱就至少需要超过100米高的吊车。如何让风机安装部分高效完成降低施工成本呢？如何在以后的海上风机维修中简单易行呢？
发明内容
参考海上风机配套打桩船，发明了海上风机整体安装船(同时具备运输和维护风机功能)。
图1海上风机整体安装船为双体船，双体船间距20米，船体两侧有四根支柱，可以插到海床上，抬起整个船体。左右船体中部竖起40米高立柱，立柱顶端设置可旋转横梁，横梁中部设置可以打开的套筒，套筒下面连接三角支撑架，三角支撑架顶端安装套筒倾斜角调整电机，套筒倾斜角调整电机沿着圆弧导轨运动来改变套筒的水平和竖直状态。船尾部伸出40米左右支架在中间并拢，形成一个船尾托手，这个托手能辅助托起水平躺下状态的塔筒顶部的风机和桨叶，运输检修状态的整套风机设备重心位于可旋转横梁和船尾托手之间。
可旋转塔筒技术，夹在套筒中塔筒柱可以绕船体中部支架上的横梁旋转90度，从而能调整塔筒处于水平和竖直状态，轻松完成整体风机水平运输维修状态和竖直安装发电状态的切换。由于可旋转横梁只需要从水平到竖直状态旋转固定的90度，为了节约成本，旋转横梁和船体40米立柱之间是不用轴承的，采用圆柱滑动接口。
把海上风机整体安装船开到指定海域，当海上风机基础塔筒和船体中部可旋转横梁上套筒中心处于同一竖直位置时，放下船体两侧四根支柱，支柱落在海床上，支撑升起整个船体，超过海上风机基础1米高。往塔筒底部舱室注水或塔筒底部外面配重袋中注水到额定重量，风机整体重心落在可旋转横梁处(我们可以用船体前部的锚链卷扬机往下拉塔筒底部来代替部分配重)。调整套筒倾斜角调整电机，把塔筒柱竖起来。降低船体高度1米，使塔筒柱和海上基础塔筒接触并固定，完成海上风机安装。抱紧塔筒柱的套筒打开，升起船体两侧的支柱，船落入水中，同时塔筒底部注水配重舱室或配重袋放水，回收。船离开风电场返回码头去搭载并安装下一个风电机组。
附图说明
图1运输维修状态(左)和安装状态(右)的正视图对比图101塔筒顶部的风机桨叶、102塔筒柱、103固定在可旋转横梁上的套筒、104可旋转横梁、105可旋转横梁支架、106船体支柱、107弧形套筒倾斜角调整导轨、108套筒倾斜角调整电机、109船体、110塔筒底部充满水的配重、111固定在海床上的基础塔筒柱、112海床。
图2运输维修状态侧视图201升起的船体支柱、202塔筒柱、203可旋转横梁、204塔筒顶部桨叶、205塔筒顶部风机、206固定在可旋转横梁上的套筒、207弧形套筒倾斜角调整导轨、208船尾托手209可旋转横梁支架、210套筒倾斜角调整电机、211船体。
图3安装状态侧视图301塔筒风机桨叶、302固定在可旋转横梁上的套筒、303套筒和套筒倾斜角调整电机间的支架、304可旋转横梁、305套筒倾斜角调整电机、306弧形套筒倾斜角调整导轨、307可旋转横梁支架、308塔筒底部充满水的配重、309船体、310船体支柱、311固定在海床上的基础塔筒柱、312海床。
具体实施方式
5MW机组的风机桨叶重量约三百吨，塔筒重二百吨，桨叶长约70米，塔筒高约100米。塔筒底距可旋转横梁40米，塔筒顶距可旋转横梁60米，需要在塔筒底内置舱室注水或外捆绑450吨水袋配重，才能使整体重心位于可旋转横梁处，整套风电设备绕可旋转横梁自由旋转，可旋转横梁载荷1000吨，配套海上风机整体安装船2000吨级。
10MW机组的风机桨叶重量约六百吨，塔筒重约五百吨，桨叶长约100米，塔筒高约130米。塔筒底距可旋转横梁40米，塔筒顶距可旋转横梁90米，需要在塔筒底内置舱室注水或外部捆绑1350吨水袋配重，才能使整体重心位于可旋转横梁处，整套风电设备绕可旋转横梁自由旋转，可旋转横梁载荷2500吨。配套海上风机整体安装船5000吨级。
图2，运输维修状态，在码头船厂里把塔筒柱风机桨叶整体平躺安装在海上风机整体安装船上，安装难度为固定的40米高；塔筒柱和风机整体躺在船中部横梁上的套筒里和船尾托手上，塔筒底部距离船中部横梁40米，塔筒顶部枕在船尾托手上，风机桨叶水平伸展在40米高空，其中一片桨叶和塔筒柱平行，处于塔筒柱2米高空，桨叶转到这个位置时方便检修和清洗，另外两片桨叶与塔筒柱成120度夹角。
图3，安装状态，把海上风机整体安装船开到指定海域，当海上风机基础塔筒和船体中部可旋转横梁上套筒中心处于同一竖直位置时，放下船体两侧四根支柱，支柱落在海床上，支撑升起整个船体，超过海上风机基础1米高。往塔筒底部舱室注水或塔筒底部外面配重袋中注水到额定重量，风机整体重心落在可旋转横梁处。调整套筒倾斜角调整电机，把塔筒柱竖起来。降低船体高度1米，使塔筒柱和海上基础塔筒接触并固定，完成海上风机安装。抱紧塔筒柱的套筒打开，升起船体两侧的支柱，船落入水中，同时塔筒底部注水配重舱室或配重袋放水，回收。船离开风电场返回码头去搭载并安装下一个风电机组。
假如若干年后或者一场大的风暴过后，风机或者桨叶出现损坏，可以用海上风机整体安装船，执行安装过程的逆向过程，把风电机组和塔筒从竖直状态切换到水平状态，然后进行40米高度的现场维护或者把严重损坏的风机拖到陆地码头进行维修。
本文中所用数据仅为较佳实例，并非对本发明的任何限制；利用本文所述的技术方案，或本领域的技术人员在本技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本专利要求的保护范围。本文未述及之处适用于现有技术。
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