一種新型海上風機安裝船研究

唐蔚平 李敏 薛雷剛

摘 要：本文主要介紹一種新型的風機安裝船，重點介紹風機安裝船起重系統的方式及優點。

關鍵詞：海上風機；起重；安裝

中圖分類號：AK89 文獻標識碼：A

1 前言

風能是一種無污染的清潔能源，具有可持續發展的優點，且陸地、海洋的風能資源非常豐富，能夠大規模開發利用。基于環保和減排的迫切需求，在國家政策的大力支持下，海上風電將迎來快速的發展。 另外，隨著風機單機功率的不斷提高，風機外形尺寸、重量隨之增加，風場離海岸線越來越遠，現有海上風機起重安裝設備無法滿足需求。在這種情況下，出現了兼具自升式平臺和浮式船舶的優點，專門為風機安裝而設計與建造的自航自升式安裝船。它與之前的安裝船相比，具備了一定的航速和操縱性，可以一次性運載更多的風機，大大提高了工作效率。

2 風機安裝船的概況

廣東省電力設計研究院和廣州船舶及海洋工程設計研究院，共同研發一種新型的海上風機安裝船（以下簡稱“本船”），主要用于我國沿海及近海海域進行海上風機整體式運輸及安裝作業，適合于水深 6～35m以內的安裝作業。

本船具有較強的海上作業能力，最大可同時運輸安裝3臺6MW整體式海上風機，最大載重量約為6 500 t。風機安裝裝置最大起重能力1 200 t，可滿足目前國內最大的6 MW海上風機整體安裝要求，并且可以通過平衡梁中間抱箍的設計，安裝5 MW、3 MW等其他風機。該船中部為整體式風機固定鋼構架，主要用于整體式風機的運輸固定及支撐，可同時固定3臺整體式風機。

本船主要要素：

船長 ～122.0 m

船寬 65.0 m

型深 8.0 m

吃水（作業） 3.65 m

航速 ～8 kn

風機（6 MW）參數：

輪轂高度 ～99.5 m

葉片直徑 ～130 m

單個風機重量 ～870 t

風機重心距塔筒底部高度 ～63.3 m

3 本船起重系統介紹

本船主要包括運輸駁船及其樁腿升降系統、整體式風機固定鋼構架和移動式風機安裝裝置三大部分，其中起重系統是風機安裝船的核心系統，設計的優劣決定了風機安裝的成敗。

目前海上風機安裝起重形式通常有兩種：一種為在船上設置全回轉吊機；另一種是使用浮式起重船進行起重安裝。這兩種形式都需要較大尺寸的臂架，才能滿足風機安裝要求。

本新型安裝船起重系統是以最大安裝6 MW的風機為基礎設計，風機塔筒相對較高，輪轂距離主甲板面約99.5 m。如在本船上設置全回轉吊機，因風機尺寸太大，吊機臂架會太長，重心高度太高，且吊機支柱太大，會占用過大的甲板面積，對本船的安全產生影響。本船使用固定式鋼構架、移動式鋼構架共同解決了同時運輸、安裝多臺風機的問題，并減少了配套船舶的使用，在海況經常變幻莫測的風機場，大大節約了時間及經濟成本。

本船起重系統分別由4臺300 kN起貨絞車、鋼絲繩、4套起吊定滑輪組（7餅）、4套吊鉤滑輪組（7餅）組成，每個吊鉤額定起吊能力為300 t。 根據6 MW風機重量、中間平衡梁重量、以及屬具鋼絲繩等的重量核定，每個吊鉤額定起吊能力為300 t，總的起重系統額定起吊能力為1 200 t，見圖1。

起重設備安裝在類似于門式起重機的移動構架上，移動構架主要由上橫梁、中間平衡梁、支腿、風機起重系統、軌道行走機構等組成，距離主甲板面最高處為73 m。上橫梁中間設可打開式抱箍裝置，用于風機安裝時的臨時固定。上橫梁兩端內部設滑動軌道，可以左右移動，滑動軌道下設起重滑輪組，可實現風機橫向定位；中間平衡梁兩端下方支腿處設肘板支撐，中間設抱箍裝置，用于風機起重作業時的風機固定；支腿為箱型結構，底部基座設液壓驅動行走機構，可在駁船主甲板軌道上行走；移動構架每根支腿內部操作平臺上，上下各布置1臺起重絞車，平面布置上左右錯開，全船共4臺，4臺絞車通過調節，可達到同步操作，能有效避免受力不均衡風機產生偏離；每臺絞車鋼絲繩通過導向滑輪與門型結構上固定橫梁兩端上面的滑動軌道內的定滑輪組相連，活動平衡梁的上部吊點通過鋼絲繩與起重系統的吊鉤滑輪組相聯，平衡梁的下部吊點通過索具與風機塔筒底座相聯。平衡梁上部平臺上設置抱箍裝置，內設液壓夾持機構，用于抱緊風機塔筒。平衡梁抱箍帶有打開、合攏導向結構和自動插拔銷裝置 ，可以實現打開合攏功能。

起升時，利用滑輪組拉動活動橫梁，活動橫梁通過鋼絲繩帶動風機塔筒底座，抱箍打開，起升整套風機塔筒，離開甲板固定位置約1 m，移動門型架開始移動到風機基準安裝位置，下落風機；當風機距離基礎安裝座0.1 m時停止下放，利用固定橫梁兩端上面的滑動軌道裝置調整風機水平位置，使之在下放過程中風筒下口法蘭豎向投影與底座法蘭平面位置基本重合，同時使用穩定風機底部的兩臺穩索卷揚機，微量旋轉風機底部，使風機和底座法蘭盤之間的螺栓孔完全重合。對位完成后，下放風機，連接塔筒螺栓。

移動式風機安裝裝置可在風機固定鋼構架下面沿著主甲板鋼軌行走于不同風機位置，以便完成所有風機的安裝作業任務。使用移動式風機安裝裝置，可以只使用一套起重系統，便可完成3臺風機安裝，節約了絞車、起吊滑輪組等起重設備成本。

4 結束語

海上風機安裝是海上風電場施工最為關鍵，也是難度非常大的一個施工項目。風機的安裝由于在海上進行，對技術要求高，同時受到波浪 、水流、氣候等因素的制約。這些因素是海上風電場安裝中最難以掌握的因素，海上施工設計和作業的任何失誤都有可能使工期延誤。因此，選擇合適的安裝方法對海上風電場的建設至關重要。

本船為運輸、安裝一體的新型安裝船，移動裝置平衡梁抱箍具有抱緊、合攏的功能，起重部分不需其他起重船來輔助完成作業，大大降低了運營成本。本船起重系統安裝形式相對于浮式起重船，作業工況的適應性更強，安裝精準度更高。根據初步估算，3臺風機從碼頭上駁安裝至作業海區全部安裝完畢，總共作業時間約為48 h，跟其他同類風機安裝船相比，大大縮短了海上安裝所用時間，節省了項目周期。

本船現仍處于研究階段，本文通過多方面的計算與研究，結果表明，該研究是科學合理的，具有廣闊的實用前景。