配备自扩斜支撑式桩靴的海上风机安装船的制作方法

本发明涉及一种海工装备技术领域，具体是涉及一种海上整体风机安装船。

背景技术：

海上风机安装平台是建设海上风电场的核心设备。主要有平台主体、桩腿、升降装置和起重机等部分组成。工作时，平台通过升降装置将桩腿插入海底，然后将主体部分升离水面到工作位置，为风机安装提供一个稳定的平台。

现有的海上风机安装平台中的桩腿，一般要在桩腿的下端增设桩靴，桩腿通过桩靴支撑在海底面上，俗话说，根基不牢，地动山摇，现有的桩靴没有在支撑海底面时进行加固处理，所以不太稳固。如何在水下作业时，尽量避免用到液压或电动驱动器件，在加固桩靴的设计方案中，需要考虑和注意的问题。

另外，带定位桩腿的自航船，只身有风电机组运输能力。安装作业前将定位桩插入海床中，能起到相对固定船体，提高船体稳性的作用，船体依靠自身浮力漂浮在水中，但在风浪比较大时，船体仍可能随波浪产生起伏，对安装作业仍存在影响。为解决风浪影响，出现了利用自升式（非自航）平台安装的方式。自升式（非自航）平台，是一种拥有桩腿能自行升降的安装平台,不能自航，无法运送风电机组,需要用拖船将其拖到指定的工作地点，到达现场后桩腿插入海底支撑平台,通过液压升降装置使平台抬出水面,形成不受波浪影响的稳定平台。然后平台上的起重机完成对风机的吊装。由于不能自航，安装效率低，需要一套辅助船舶。目前采用吊机对风机进行安装，由于海上经常有很大的风，受海风的影响，安装的工作效率低。

技术实现要素：

为了克服上述之不足，本发明的目的在于提供一种配备自扩斜支撑式桩靴的海上风机安装船。本发明海上风机安装船中的桩靴，采用了内外支撑的结构形式，增大了桩靴与海底的支撑面积，利用内外支撑对桩靴起到很好的支撑和固定作用，大大提高了桩靴及桩腿的稳固性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

配备自扩斜支撑式桩靴的海上风机安装船，包括桩腿和桩靴，所述桩靴位于桩腿的下端，还包括多个支撑组，所述桩靴为圆管状结构，桩靴的管壁上沿着圆周方向间隔分布有多个长形孔，所述长形孔竖向布置，一个长形孔对应一个支撑组，所述的桩靴的外表面且位于长形孔的上方设有固定耳，所述固定耳中穿有铰接轴，所述的支撑组包括外支撑腿和内支撑腿，所述外支撑腿的上端铰接在铰接轴上，所述内支撑腿的上端从桩靴内向外穿过长形孔与外支撑腿上的支撑铰接轴铰接，支撑组未接触海底前，外支撑腿紧贴在桩靴的外表面，内支撑腿的下端在外支撑腿下端的下方，当支撑组与海底接触时，海底顶压内支撑腿，将内支撑腿顶压外支撑腿，使外支撑腿以铰接轴为中心转动，向外展开。

进一步地，所述支撑组设有8个，8个支撑组均匀分布在桩靴的周边。

进一步地，所述外支撑腿和内支撑腿是由直径为200mm的nv-d690超强度钢材料制成；所述外支撑腿的下端为尖端。

进一步地，所述桩腿为圆管状结构，长度为80m，桩腿外径5m，壁厚100mm，所述桩腿的前后左右侧面上分别设有一排等间距分布的前销孔、一排等间距分布的后销孔、一排等间距分布的左销孔和一排等间距分布的右销孔，所述左销孔或右销孔，与前销孔或后销孔交错分布；所述的前销孔和后销孔相对应，所述左销孔和右销孔相对应，所述的相邻前销孔之间的孔间距与相邻后销孔之间的孔间距、相邻左销孔之间的孔间距、相邻右销孔之间的孔间距相等，都为2l，在桩腿的轴线方向上，所述的前销孔或后销孔，与所述的左销孔或右销孔的间距为l。

进一步地，还包括船体、多个桩腿升降装置和多个桩腿，多个桩腿间隔分布在船体的两侧，桩腿升降装置设在船体上且位于桩腿安装孔处，工作时，所述的桩腿升降装置用以将桩腿的下端向下触及到海底处并将船体提升到海面以上。

进一步地，还包括整体风机安装对齐装置和整体风机固定及输送装置，所述的整体风机固定及输送装置，用以将整体风机固定在船体上并将整体风机输送给整体风机安装对齐装置；所述船体的一端的中部开有船体安装缺口，整体风机安装对齐装置设在船体安装缺口处，用以将整体风机放置到位于船体安装缺口中的海上风机基座上并与海上风机基座对齐；所述船体上安装有推进器。

进一步地，所述整体风机固定及输送装置，包括固定支撑架、承载输送带、前固定同步输送带、后固定同步输送带和多个固定扣，所述固定支撑架上设有整体风机移送通道，整体风机移送通道的底部设有一排传动托辊，承载输送带安装在传动托辊上，所述的前固定同步输送带、后固定同步输送带安装在固定支撑架的顶部且位于承载输送带的前后两侧，多个固定扣沿着前固定同步输送带和后固定同步输送带间隔分布，所述固定扣包括前半环和后半环，前半环和后半环分别铰接在前固定同步输送带和后固定同步输送带上；所述整体风机竖立支撑在承载输送带，并用固定扣将整体风机的杆体固定；当装载或输送整体风机时，所述承载输送带、前固定同步输送带和后固定同步输送带同步同向移动。

进一步地，所述整体风机安装对齐装置，包括左立柱、右立柱、升降平台、左升降驱动装置、右升降驱动装置、位置横向调节滑轨、横移驱动器、横向调节滑台、纵向滑轨、纵移滑台、纵移驱动器、整体风机液压锁紧机构，左立柱、右立柱、升降平台、左升降驱动装置、右升降驱动装置分别位于船体安装缺口的前后两侧，升降平台穿插在左立柱、右立柱上，左升降驱动装置和右升降驱动装置同步驱动升降平台沿着左立柱、右立柱上下滑动；所述横向调节滑台设在位置横向调节滑轨上，位置横向调节滑轨设在升降平台上，横移驱动器用以驱动横向调节滑台沿着位置横向调节滑轨移动，所述横向调节滑台上靠近整体风机固定及输送装置的一侧设有滑台缺口槽，纵向滑轨设在横向调节滑台上且位于滑台缺口槽的两侧，所述纵移滑台设在纵向滑轨上，纵移驱动器用以驱动纵移滑台沿着纵向滑轨移动，整体风机液压锁紧机构设在纵移滑台上。

进一步地，所述桩腿升降装置包括方形框架、前液压缸提升装置、后液压缸提升装置、左液压缸提升装置和右液压缸提升装置，所述方形框架是由上方形框、下方形框和四根立柱构成，上方形框的四角处通过四根立柱与下方形框固定连接，下方形框和上方形框相互平行，被升降的桩腿从方形框架的上方形框和下方形框中穿过；所述前液压缸提升装置、后液压缸提升装置、左液压缸提升装置和右液压缸提升装置分别安装在方形框架的前后左右侧，前液压缸提升装置和后液压缸提升装置同步驱动桩腿升降，左液压缸提升装置和右液压缸提升装置同步驱动桩腿升降；所述前液压缸提升装置、后液压缸提升装置、左液压缸提升装置和右液压缸提升装置的结构相同；所述前液压缸提升装置包括两个前液压缸、滑轨、滑块和插拔销定位装置，两个前液压缸竖立向下安装在方形框架的前侧的上部，滑轨设在方形框架的前侧梁上，两个前液压缸同时带动滑块沿着滑轨移动，所述插拔销定位装置固定在滑块上；所述插拔销定位装置包括定位销、复位弹簧和电磁铁，定位销横向安装在滑块的销孔中，当电磁铁通电时，电磁铁通过磁力将定位销从桩腿的前销孔中拔出，复位弹簧被压缩，当电磁铁失电时，在复位弹簧的作用下，将定位销推入桩腿的前销孔中。

进一步地，所述的桩靴通过直径渐变过度段与桩腿连接，桩靴和桩腿的材料均为nv-d690超强度钢，桩腿的屈服强度为690mpa。

本发明的有益效果在于：

本发明海上风机安装船中的桩靴，采用了内外支撑的结构形式，增大了桩靴与海底的支撑面积，利用内外支撑对桩靴起到很好的支撑和固定作用，大大提高了桩靴及桩腿的稳固性；尤其是能够在海底的压力自动展开，完全不需要增设电动或液压驱动器件，具有结构简约，成本低，实用性强的特点。

由于在船体的前部开设了安装缺口，并通过整体风机安装对齐装置和整体风机固定及输送装置的配合，能精确地将整体风机快速输送到位并对齐，受海风的影响较小，安装的工作效率很高。解决了用吊机将风机吊装到船体外的缺陷；尤其是采用桩腿支撑的方式，使船体离开海面，避免了波浪对船体产生的摆动，使安装更加精准；只需要在岸上将风机组装好，本专利可一次性携带8个整体风机，每次可连接安装8个风机，工作效率高。本专利的船体结构完全不同于双体船。

本专利专门设计的整体风机固定及输送装置能方便地将各个整体风机加以牢固的固定，并且输送非常也非常方便。

本专利专门设计的整体风机安装对齐装置在横向上可以进行微调，在纵向上能长距离移动，具有对整体风机锁紧、升降、横向微调及纵移的功能。

由于采用上述四侧缸驱动桩腿升降的方法，充分利用销孔的孔距差作为行程重叠区域，无需额外在控制部分单独区分重叠行程，简化了控制过程，使桩腿移动更加平稳，更加安全可靠。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图：

图1为本发明中桩腿和桩靴的结构示意图；

图2为图1所示的纵剖图；

图3为图2所示外支撑展开后的结构示意图；

图4为本发明的整体结构示意图；

图5为图4所示的俯视图；

图6为图4所示整体风机固定及输送装置的结构示意图；

图7为图6所示的俯视图；

图8为图7所示的a处的放大图；

图9为图4所示整体风机安装对齐装置的结构示意图；

图10为图9所示的俯视图；

图11为图4所示的结构示意图；

图12为图11所示的俯视图；

图13为图11所示方形框架的结构示意图；

图14为图11所示前液压缸提升装置的结构示意图；

图15为图14所示插拔销定位装置的结构示意图。

图中：1、方形框架；2、前液压缸提升装置；3、后液压缸提升装置；4、左液压缸提升装置；5、右液压缸提升装置；6、上方形框；7、下方形框；8、立柱；9、桩腿；10、前销孔；11、左销孔；12、右销孔；13、前液压缸；14、滑轨；15、滑块；16、插拔销定位装置；17、定位销；18、复位弹簧；19、电磁铁；20、台阶孔；21、挡块；22、左液压缸；23、船体；24、桩腿升降装置；25、整体风机安装对齐装置；26、整体风机固定及输送装置；27、整体风机；28、船体安装缺口；29、船体部分前端；30、固定支撑架；31、承载输送带；32、前固定同步输送带；33、后固定同步输送带；34、固定扣；35、整体风机移送通道；36、传动托辊；37、前半环；38、后半环；39、左立柱；40、右立柱；41、升降平台；42、左升降驱动装置；43、右升降驱动装置；44、位置横向调节滑轨；45、横移驱动器；46、横向调节滑台；47、纵向滑轨；48、纵移滑台；49、纵移驱动器；50、整体风机液压锁紧机构；51、滑台缺口槽；52、海底；53、桩靴；54、支撑组；55、长形孔；56、固定耳；57、铰接轴；58、外支撑腿；59、内支撑腿；60、支撑铰接轴；61、直径渐变过度段。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上表面”、“下表面”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“正转”、“反转”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1、2、3所示，配备自扩斜支撑式桩靴的海上风机安装船，包括桩腿9和桩靴53，所述桩靴53位于桩腿9的下端，还包括多个支撑组54，所述桩靴为圆管状结构，桩靴53的管壁上沿着圆周方向间隔分布有多个长形孔55，所述长形孔55竖向布置，一个长形孔55对应一个支撑组54，所述的桩靴的外表面且位于长形孔55的上方设有固定耳56，所述固定耳56中穿有铰接轴57，所述的支撑组54包括外支撑腿58和内支撑腿59，所述外支撑腿58的上端铰接在铰接轴57上，所述内支撑腿59的上端从桩靴53内向外穿过长形孔55与外支撑腿58上的支撑铰接轴60铰接，支撑组54未接触海底前，外支撑腿58紧贴在桩靴53的外表面，内支撑腿59的下端在外支撑腿58下端的下方，当支撑组54与海底接触时，海底顶压内支撑腿59，将内支撑腿59顶压外支撑腿58，使外支撑腿58以铰接轴57为中心转动，并向外展开。所述支撑组设有8个，8个支撑组均匀分布在桩靴的周边。所述外支撑腿和内支撑腿是由直径为200mm的nv-d690超强度钢材料制成；所述外支撑腿的下端为尖端。所述的桩靴53通过直径渐变过度段61与桩腿9连接。

在桩腿9的前后左右侧面上分别设有一排等间距分布的前销孔10、一排等间距分布的后销孔（图中无显示）、一排等间距分布的左销孔11和一排等间距分布的右销孔12，所述左销孔11或右销孔12，与前销孔10或后销孔交错分布；所述的前销孔10和后销孔相对应，所述左销孔11和右销孔12相对应，所述的相邻前销孔10之间的孔间距与相邻后销孔之间的孔间距、相邻左销孔11之间的孔间距、相邻右销孔12之间的孔间距相等，都为2l，在桩腿9的轴线方向上，所述的前销孔或后销孔，与所述的左销孔或右销孔的间距为l。桩靴53和桩腿9为圆管形结构，桩靴53和桩腿9的材料均为nv-d690超强度钢，桩腿9的屈服强度为690mpa，桩腿的内部直径为5m，壁厚为50mm。

如图1、2所示，配备自扩斜支撑式桩靴的海上风机安装船，包括船体23、多个桩腿升降装置24和多个桩腿9，多个桩腿9间隔分布在船体23的两侧，桩腿升降装置24设在船体23上且位于桩腿安装孔处，工作时，所述的桩腿升降装置24用以将桩腿9的下端向下触及到海底52处并将船体提升到海面以上；还包括整体风机安装对齐装置25和整体风机固定及输送装置26，所述的整体风机固定及输送装置26，用以将整体风机27固定在船体23上并将整体风机输送给整体风机安装对齐装置25；所述船体23的一端的中部开有船体安装缺口28，整体风机安装对齐装置25设在船体安装缺口28处，用以将整体风机27放置到位于船体安装缺口28中的海上风机基座上并与海上风机基座对齐。

所述船体23上且位于船体安装缺口28的两侧的船体部分前端29为v形结构。所述船体23上安装有3个推进器，所述推进器为rollsroyce355/p503250kw电力全回转推进器。所述船体23的总长为142m，宽度为39m，深度为10m，载重量为9000吨。所述桩腿9为圆管状结构，长度为80m，桩腿外径5m，壁厚100mm。

如图3、4、5所示，整体风机固定及输送装置26，包括固定支撑架30、承载输送带31、前固定同步输送带32、后固定同步输送带33和多个固定扣34，所述固定支撑架30上设有整体风机移送通道35，整体风机移送通道35的底部设有一排传动托辊36，承载输送带31安装在传动托辊36上，所述的前固定同步输送带32、后固定同步输送带33安装在固定支撑架30的顶部且位于承载输送带31的前后两侧，多个固定扣34沿着前固定同步输送带32和后固定同步输送带33间隔分布，所述固定扣34包括前半环37和后半环38，前半环37和后半环38分别铰接在前固定同步输送带32和后固定同步输送带33上；所述整体风机27竖立支撑在承载输送带31，并用固定扣34将整体风机27的杆体固定；当装载或输送整体风机时，所述承载输送带31、前固定同步输送带32和后固定同步输送带33同步同向移动。

如图6、7所示，整体风机安装对齐装置25，包括左立柱39、右立柱40、升降平台41、左升降驱动装置42、右升降驱动装置43、位置横向调节滑轨44、横移驱动器45、横向调节滑台46、纵向滑轨47、纵移滑台48、纵移驱动器49、整体风机液压锁紧机构50，左立柱39、右立柱40、升降平台41、左升降驱动装置42、右升降驱动装置43分别位于船体安装缺口28的前后两侧，升降平台41穿插在左立柱39、右立柱40上，左升降驱动装置42和右升降驱动装置43同步驱动升降平台41沿着左立柱39、右立柱40上下滑动；所述横向调节滑台46设在位置横向调节滑轨44上，位置横向调节滑轨44设在升降平台41上，横移驱动器45用以驱动横向调节滑台46沿着位置横向调节滑轨44移动，所述横向调节滑台46上靠近整体风机固定及输送装置的一侧设有滑台缺口槽51，纵向滑轨47设在横向调节滑台上且位于滑台缺口槽51的两侧，所述纵移滑台48设在纵向滑轨47上，纵移驱动器49用以驱动纵移滑台48沿着纵向滑轨47移动，整体风机液压锁紧机构50设在纵移滑台48上。

所述左升降驱动装置42和右升降驱动装置43采用液压缸驱动的方式，所述横移驱动器45和纵移驱动器49都是采用步进电机驱动的方式。

如图9、10、11所示，桩腿升降装置24，包括方形框架1、前液压缸提升装置2、后液压缸提升装置3、左液压缸提升装置4和右液压缸提升装置5，所述方形框架1是由上方形框6、下方形框7和四根立柱8构成，上方形框6的四角处通过四根立柱8与下方形框7固定连接，下方形框7和上方形框6相互平行，被升降的桩腿9从方形框架1的上方形框和下方形框中穿过；所述前液压缸提升装置2、后液压缸提升装置3、左液压缸提升装置4和右液压缸提升装置5分别安装在方形框架1的前后左右侧，前液压缸提升装置2和后液压缸提升装置3同步驱动桩腿升降，左液压缸提升装置4和右液压缸提升装置5同步驱动桩腿升降。前液压缸提升装置2和后液压缸提升装置3同步驱动桩腿升降，左液压缸提升装置4和右液压缸提升装置5的结构相同；

如图12所示，所述前液压缸提升装置包括两个前液压缸13、滑轨14、滑块15和插拔销定位装置16，两个前液压缸13竖立向下安装在方形框架1的前侧的上部，滑轨设在方形框架1上，两个前液压缸13同时带动滑块15沿着滑轨14移动，所述插拔销定位装置16设在滑块15上。

如图13所示，所述插拔销定位装置16包括定位销17、复位弹簧18和电磁铁19，定位销17横向安装在滑块的台阶孔20中，当电磁铁19通电时，电磁铁19通过磁力将定位销17从桩腿9的前销孔中拔出，复位弹簧18被压缩，当电磁铁19失电时，在复位弹簧18的作用下，将定位销17推入桩腿9的前销孔中。

工作原理：本发明的配备自扩斜支撑式桩靴的海上风机安装船，在安装整体风机前，需要先在海上的预定位置安装风机基座，并使风机基座的顶端露出海面，然后才进行整体风机的安装，所谓的整体风机包括安装好的风叶、机头和杆体，本专利的目的是将整体风机的杆体下端固定在风机基座上。在安装前，需要先将整体风机进行装船，装船时，通过整体风机安装对齐装置25将岸上的整体风机转运到船体上的整体风机固定及输送装置26中，本船一次性能装8个整体风机，装船完成后，配备自扩斜支撑式桩靴的海上风机安装船开始向海上的预定位置移动，达到预定位置后，调整配备自扩斜支撑式桩靴的海上风机安装船的位置，使海上的风机基座，进入到船体的船体安装缺口28中，然后启动桩腿升降装置24开始下放桩腿，所有桩腿的下端支撑到海底52以后，继续桩腿升降装置24的工作，使船体开始沿着所有的桩腿上移，直到船体离开海面为止。然后再启动整体风机固定及输送装置26将整体风机移到整体风机安装对齐装置25，整体风机安装对齐装置25的整体风机液压锁紧机构50将整体风机的杆体锁紧固定后，开始将整体风机进行安装对齐，直到整体风机的杆体与风机基座对齐后，开始用螺栓进行固定连接。

此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

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