一种新型海上风机安装船研究

摘 要：本文主要介绍一种新型的风机安装船，重点介绍风机安装船起重系统的方式及优点。

关键词：海上风机；起重；安装

中图分类号：AK89 文献标识码：A

1 前言

风能是一种无污染的清洁能源，具有可持续发展的优点，且陆地、海洋的风能资源非常丰富，能够大规模开发利用。基于环保和减排的迫切需求，在国家政策的大力支持下，海上风电将迎来快速的发展。 另外，随着风机单机功率的不断提高，风机外形尺寸、重量随之增加，风场离海岸线越来越远，现有海上风机起重安装设备无法满足需求。在这种情况下，出现了兼具自升式平台和浮式船舶的优点，专门为风机安装而设计与建造的自航自升式安装船。它与之前的安装船相比，具备了一定的航速和操纵性，可以一次性运载更多的风机，大大提高了工作效率。

2 风机安装船的概况

广东省电力设计研究院和广州船舶及海洋工程设计研究院，共同研发一种新型的海上风机安装船（以下简称“本船”），主要用于我国沿海及近海海域进行海上风机整体式运输及安装作业，适合于水深 6～35m以内的安装作业。

本船具有较强的海上作业能力，最大可同时运输安装3台6MW整体式海上风机，最大载重量约为6 500 t。风机安装装置最大起重能力1 200 t，可满足目前国内最大的6 MW海上风机整体安装要求，并且可以通过平衡梁中间抱箍的设计，安装5 MW、3 MW等其他风机。该船中部为整体式风机固定钢构架，主要用于整体式风机的运输固定及支撑，可同时固定3台整体式风机。

本船主要要素：

船长 ～122.0 m

船宽 65.0 m

型深 8.0 m

吃水（作业） 3.65 m

航速 ～8 kn

风机（6 MW）参数：

轮毂高度 ～99.5 m

叶片直径 ～130 m

单个风机重量 ～870 t

风机重心距塔筒底部高度 ～63.3 m

3 本船起重系统介绍

本船主要包括运输驳船及其桩腿升降系统、整体式风机固定钢构架和移动式风机安装装置三大部分，其中起重系统是风机安装船的核心系统，设计的优劣决定了风机安装的成败。

目前海上风机安装起重形式通常有两种：一种为在船上设置全回转吊机；另一种是使用浮式起重船进行起重安装。这两种形式都需要较大尺寸的臂架，才能满足风机安装要求。

本新型安装船起重系统是以最大安装6 MW的风机为基础设计，风机塔筒相对较高，轮毂距离主甲板面约99.5 m。如在本船上设置全回转吊机，因风机尺寸太大，吊机臂架会太长，重心高度太高，且吊机支柱太大，会占用过大的甲板面积，对本船的安全产生影响。本船使用固定式钢构架、移动式钢构架共同解决了同时运输、安装多台风机的问题，并减少了配套船舶的使用，在海况经常变幻莫测的风机场，大大节约了时间及经济成本。

本船起重系统分别由4台300 kN起货绞车、钢丝绳、4套起吊定滑轮组（7饼）、4套吊钩滑轮组（7饼）组成，每个吊钩额定起吊能力为300 t。 根据6 MW风机重量、中间平衡梁重量、以及属具钢丝绳等的重量核定，每个吊钩额定起吊能力为300 t，总的起重系统额定起吊能力为1 200 t，见图1。

起重设备安装在类似于门式起重机的移动构架上，移动构架主要由上横梁、中间平衡梁、支腿、风机起重系统、轨道行走机构等组成，距离主甲板面最高处为73 m。上横梁中间设可打开式抱箍装置，用于风机安装时的临时固定。上横梁两端内部设滑动轨道，可以左右移动，滑动轨道下设起重滑轮组，可实现风机横向定位；中间平衡梁两端下方支腿处设肘板支撑，中间设抱箍装置，用于风机起重作业时的风机固定；支腿为箱型结构，底部基座设液压驱动行走机构，可在驳船主甲板轨道上行走；移动构架每根支腿内部操作平台上，上下各布置1台起重绞车，平面布置上左右错开，全船共4台，4台绞车通过调节，可达到同步操作，能有效避免受力不均衡风机产生偏离；每台绞车钢丝绳通过导向滑轮与门型结构上固定横梁两端上面的滑动轨道内的定滑轮组相连，活动平衡梁的上部吊点通过钢丝绳与起重系统的吊钩滑轮组相联，平衡梁的下部吊点通过索具与风机塔筒底座相联。平衡梁上部平台上设置抱箍装置，内设液压夹持机构，用于抱紧风机塔筒。平衡梁抱箍带有打开、合拢导向结构和自动插拔销装置 ，可以实现打开合拢功能。

起升时，利用滑轮组拉动活动横梁，活动横梁通过钢丝绳带动风机塔筒底座，抱箍打开，起升整套风机塔筒，离开甲板固定位置约1 m，移动门型架开始移动到风机基准安装位置，下落风机；当风机距离基础安装座0.1 m时停止下放，利用固定横梁两端上面的滑动轨道装置调整风机水平位置，使之在下放过程中风筒下口法兰竖向投影与底座法兰平面位置基本重合，同时使用稳定风机底部的两台稳索卷扬机，微量旋转风机底部，使风机和底座法兰盘之间的螺栓孔完全重合。对位完成后，下放风机，连接塔筒螺栓。

移动式风机安装装置可在风机固定钢构架下面沿着主甲板钢轨行走于不同风机位置，以便完成所有风机的安装作业任务。使用移动式风机安装装置，可以只使用一套起重系统，便可完成3台风机安装，节约了绞车、起吊滑轮组等起重设备成本。

4 结束语

海上风机安装是海上风电场施工最为关键，也是难度非常大的一个施工项目。风机的安装由于在海上进行，对技术要求高，同时受到波浪 、水流、气候等因素的制约。这些因素是海上风电场安装中最难以掌握的因素，海上施工设计和作业的任何失误都有可能使工期延误。因此，选择合适的安装方法对海上风电场的建设至关重要。

本船为运输、安装一体的新型安装船，移动装置平衡梁抱箍具有抱紧、合拢的功能，起重部分不需其他起重船来辅助完成作业，大大降低了运营成本。本船起重系统安装形式相对于浮式起重船，作业工况的适应性更强，安装精准度更高。根据初步估算，3台风机从码头上驳安装至作业海区全部安装完毕，总共作业时间约为48 h，跟其他同类风机安装船相比，大大缩短了海上安装所用时间，节省了项目周期。

本船现仍处于研究阶段，本文通过多方面的计算与研究，结果表明，该研究是科学合理的，具有广阔的实用前景。