大型坐底平臺船海上風機安裝施工適應能力分析

龐雙喜 丁友文 中交第三港務工程局有限公司廈門分公司

1.工程概況

本工程位于莆田平海灣 B 區(qū)的20 臺 6MW 上海電氣（西門子）風電機組，裝機容量為120MW，風電機組單葉片長度為 75m?；A采用 15 臺單樁，5 臺高樁承臺基礎結構形式，機位編號為 11#～30#。

根據(jù) 1：2000 海底地形圖，場地總體地形西北高東南低（高程-14.5～-21.0m），場區(qū)水深 11.8～23m 不等，水下地形坡度一般 2～5°。場址 P＝2%設計極端高潮位 4.54m，P=2%設計極端最低潮位-4.10m；場址處高潮累積頻率 10%設計高潮位為3.34m，低潮累積頻率 90%設計低潮位為-2.95m。

根據(jù)現(xiàn)場鉆探成果及區(qū)域地質(zhì)資料，結合可研勘察資料，并按照各巖土層成因類型和工程特性進行綜合劃分，場地覆蓋層主要有淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、中粗砂、全風化花崗巖、散體狀強風化花崗巖、碎裂狀強風化花崗巖、中風化花崗巖。

本工程風機分體安裝采用大型坐底平臺船“順一 1600 ”進行安裝，SU 平臺預組裝及機艙輪轂組裝都在坐底船上進行，現(xiàn)對該艘船適應能力進行分析。

圖1 坐底平臺船結構

2.坐底平臺船簡介

（1）本船主要由下殼體、立柱、上殼體和起重機四部分組成。下殼體為“U 型“長箱體水密結構，艏部開槽，內(nèi)設壓載艙。其中一甲板上設 8點錨泊定位系統(tǒng)。立柱為方形截面，共計 4 個，板殼式水密結構，其內(nèi)設排壓載空壓機室、壓載艙、淡水艙、燃油存儲艙、生活污水艙等。上殼體方箱體結構，艏部開槽，內(nèi)設機艙、集控室以及住艙、廚房等上建設施。生活樓布置在主起重機盲區(qū)內(nèi)（其中 5甲板為作業(yè)甲板）。

（2）本平臺為鋼質(zhì)非自航坐底式船舶，主要用于國內(nèi)海上風電場的風機基礎及風機設備的運輸、安裝及運營維護工作。其坐底作業(yè)適用于泥質(zhì)粉砂或淤泥質(zhì)地表承載力較低的海床條件海域，最大作業(yè)水深不大于 32m（包括本平臺陷入海床的深度和潮差），無冰區(qū)作業(yè)。錨泊定位漂浮作業(yè)的最大水深是 80 米。

（3）近程拖航在以下情況下進行：在整個拖航周期中的預報風速不超過 20m/s，若預報風速中存在大于20m/s 的情況，將不進行拖航；平臺完成拖航的時間小于 72 小時。

上殼體：65.4×58.0×5.0m；上殼體艏部開槽：16.2×26.0m

下殼體：115.8×58.0×6.6m；下殼體艏部開槽：46.2×26.0m

圖2 “順一1600”號

立柱數(shù)量：4 根；漂浮作業(yè)最大吃水：4.4m

調(diào)遣吃水：4.0m ；最大坐底作業(yè)水深（含入泥深度）：32.0m

坐底自存條件：最大水深 32m；有義波高：4m

應急發(fā)電機組：1×300kw

表面流速：2 knots；風速：51.4m/s。

◆主鉤：

起吊能力：1 600 t@32 m、1500t@34m、1200t@42m

單鉤最大安全起重量：1100t

最小回轉(zhuǎn)半徑：20m

最大回轉(zhuǎn)半徑：80m

最大起升高度：161m（距基線）

◆副鉤：

起吊能力：700t@60m

單鉤最大安全起重量：350t

最小回轉(zhuǎn)半徑：21m

最大回轉(zhuǎn)半徑：96m

最大起升高度：181m（距基線）

◆索具鉤：

起吊能力：10t

最小回轉(zhuǎn)半徑：21m

最大回轉(zhuǎn)半徑：89m

最大起升高度：171m

施工時，船本殼體坐底，提供靜對靜風機安裝作業(yè)條件。

圖3 1600t主吊吊重曲線

圖4 吊重參數(shù)表

3.履帶吊簡介

（1）SCC2600A 液壓履帶吊性能簡介如圖5，表1。

（2）履帶吊吊重性能表，如圖6。

4.起吊能力分析

根據(jù)風機結構及部件重量可知，吊高最高的為機艙（輪轂及發(fā)電機已組裝完成）從底段塔筒至機艙頂部高度計算可得：18.66（底段塔筒）+30.8（中段塔筒）+36（頂段塔筒）+16.975（機艙高度+吊具）=102.435m，機艙輪轂及發(fā)電機組裝重量：90t（機艙）+40t(機艙支架)+95t（輪轂）+16.2t(輪轂支架)+145（發(fā)電機）=386.2t。

（1）吊高、吊距、吊重能力校核。根據(jù)“順一 1600”1600t 主吊吊重曲線，吊重要達到（386.2+40（吊架））×1.3=555t，吊高要達到102.435m。

計算分析吊重要達到 555t，吊高要達到 102.435m，采用副鉤（鉤速度快）吊距為 65.5m（距離主旋轉(zhuǎn)軸），吊機角度為 50.77°，該參數(shù)下吊高為160.3m，吊重達到 600t。

圖5 SCC2600A 液壓履帶吊示意圖

表1 SCC2600A 液壓履帶吊性能簡介

圖6 履帶吊吊重性能表

①考慮到平海灣冬風浪較大，該區(qū)域 P＝2%設計極端高潮位 4.54m，P=2%設計極端最低潮位-4.10m；場址處高潮累積頻率 10%設計高潮位為3.34m，低潮累積頻率 90%設計低潮位為-2.95m，設計峰隙為 1.2m。

②考慮到坐底船與基礎法蘭樁頂要搭設人員滑梯，故坐底船暫按1m 入泥考慮，坡度盡量小，方便人員上下。

綜上考慮，樁頂標高為+15，則坐底船上殼體甲板面標高定為+21.9m，此時船體坐底1 m，入水坐底總23.54m，小于 32m，滿足要求。

（2）塔筒翻身工況起重校核。塔筒吊裝分兩種情況，第一種是塔筒從運輸至吊裝過程中始終處于豎立狀態(tài)的，則有主鉤單獨完成吊裝作業(yè)，塔筒最重為底段塔筒（單樁）155.145t。第二種情況是為塔筒處于橫向放置時，則要考慮塔筒翻身，選擇底段塔筒（單樁）155.145t 進行校核。

塔筒長 18.66m，重 155.145t，直徑為 6m，塔筒有專門吊具進行起吊，重物抬吊翻身過程中，吊裝過程如圖8。

已知 G=155.145t，L=18.66m，La=8.33m，動載系數(shù)取 1.1，不均衡系數(shù)取 1.1，對三種狀態(tài)下 F1，F(xiàn)2 大小進行計算，計算結果如下表所示。

F1+F2=155.145×1.1×1.1t

F1×8.33=F2×(18.66-8.33)

可得 F1=103.5t，F(xiàn)2=83.5t

由上表可知，通過主鉤按 55m 吊壁幅度，起吊角度 50.77°采用主鉤左右鉤進行抬吊翻身，起吊狀態(tài)下吊重最大為 750t＞187t，吊重滿足要求。

表2 主、輔鉤吊重計算

綜上所述，在本方案中“順一1600”號完全能夠滿足本工程施工的吊重吊高要求。

（3）葉片過駁。葉片重 26t，葉片底座工裝間距：57.606m，中片重心距離葉根：22.229m，葉片重：26t，葉根支架重：2.6t，葉尖支架重：4.7t，假設葉根受力為 F1，葉尖受力為 F2則建立平衡方程如下：

可得 F1=15.95t，F(xiàn)2=10.05t

加上支架重量可知抬吊受力：

葉根：F=15.95+2.6=18.55t

葉尖：F=10.05+4.7=14.75t。

葉根采用副吊，葉尖采用SCC2600A 履帶吊，根據(jù)吊載參數(shù)可知履帶吊幅度為 40m 時吊重為19.5t，按平面布置三片葉片均需過駁至順一 1600 船上，順一 1600 至定位駁按5m+定位駁 20m 寬+運輸駁20m 寬，在 25m～45m 范圍內(nèi)起吊18.55t，滿足要求。

圖7

5.船機作業(yè)要求

（1）運輸駁。①塔筒按安裝進度采用直接從福建福船一帆新能源裝備制造有限公司碼頭裝運至機位點，采用 1000t 運輸駁，按底塔筒立放，中、上塔筒平放原則綁運。②莆頭港碼頭：葉片、機艙、輪轂、發(fā)電機、吊具及其它設備擬采用惠金橋 678 進行轉(zhuǎn)運，一套風機設備宜采用兩次轉(zhuǎn)運，第一批轉(zhuǎn)運：機艙、輪轂、發(fā)電機、吊具及其它設備，該設備轉(zhuǎn)運至機位點均吊至坐底船上，機艙、輪轂、發(fā)電機進行組裝，其它設備進行清點擺放；第二批轉(zhuǎn)運另三片葉片。

（2）坐底船。坐底船上擬放置一套風機設備，機艙、輪轂、發(fā)電機進行組裝，其它設備按指定位置進行擺放及組裝；葉片需要上平臺，按三片葉片同時擺放。

圖8 重物抬吊翻身過程示意圖

6.船機拋錨定位

根據(jù)上述適應能力分析可知順一 1600 旋轉(zhuǎn)軸距離機位中心距離要≤60m（此時吊重達到 600t），滿足吊高、吊重要求；運輸平板駁船艏船艉頂浪。圖9為船機拋錨定位要求。

圖9 船機拋錨定位要求

7.結論

本船具備坐底自存工況。漂浮狀態(tài)時可以在7級風下作業(yè)，坐底狀態(tài)下可以在9級風下作業(yè)，還可以在16級超強臺風下坐底自存。

起重機效率佳。在風場施工中，本船裝備的1600噸全回轉(zhuǎn)吊最大吊高距基線181m，能完成10兆瓦海上風機的基礎、塔筒、機艙及葉片的安裝，吊重覆蓋范圍廣，可以游刃有余地完成目前各類海上風電安裝作業(yè)。

與同類裝備相比，本船作業(yè)能力強，抗風能力強，自存能力強，適應各種地質(zhì)條件海上風場建設施工，為海上風電的發(fā)展提供了裝備保障。