一種具有快速拔樁功能的海上風電平臺的製作方法

2023-07-24 06:52:56 1

本發明涉及海洋工程技術的技術領域，具體涉及一種具有快速拔樁功能的海上風電平臺。

背景技術：

隨著能源緊缺狀況的加劇和風電場土地資源的日益緊張，海上風能發電也成為當今世界風能發電的發展新方向。海上風電機組安裝相對於陸上風電機組安裝有較高的技術難度，海上安裝平臺的製造，是實現海上風電場建設的關鍵技術之一。

活動式海洋平臺中以自升式平臺最具代表性，自升式鑽井平臺又稱甲板升降式或樁腿式平臺。這種石油鑽井裝置在浮在水面的平臺上裝載鑽井機械、動力、器材、居住設備以及若干可升降的樁腿，鑽井時樁腿著底，平臺則沿樁腿升離海面一定高度；移位時平臺降至水面，樁腿升起，平臺就像駁船，可由拖輪把它拖移到新的井位。

自升式平臺使用樁腿升降，而樁腿在深入海底後需要利用樁腿底部的樁靴與海底接觸，由於海底沉積物有一定的厚度，並且海洋平臺作業需要一定的時間，所以樁靴會陷入沉積物中，這種情況導致平臺在拔樁時需要更大的力量，在拔樁時會產生較大的振動。

技術實現要素：

本發明的目的在於針對現有技術中的不足之處，提供一種具有快速拔樁功能的海上風電平臺。

為達此目的，本發明採用以下技術方案：

一種具有快速拔樁功能的海上風電平臺，包括船體、升降機構、吊機、甲板和固樁室，所述甲板設置於所述船體的頂端，所述甲板為方形設置，所述固樁室設置於所述甲板的兩側上，所述升降機構安裝於所述固樁室上，所述吊機安裝於所述固樁室的頂端；

所述升降機構包括升降裝置、固定環梁、樁腿和樁靴，所述樁腿套插於所述固定環梁內，所述升降裝置安裝於所述固定環梁上，所述固定環梁安裝於所述固樁室內，所述樁靴設置於所述樁腿的下端；

所述升降裝置包括升降滑座、升降導軌、升降油缸和插銷機構，所述升降導軌設置於所述樁腿的外側，所述升降導軌設有若干個銷孔，所述升降油缸安裝於所述固定環梁上，所述升降滑座設置於所述升降油缸的活塞杆端一端上；所述升降滑座通過插銷機構活動卡接於所述升降導軌上；

還設置有噴水裝置，所述噴水裝置安裝於所述樁靴的四周，所述噴水裝置包括噴頭、水源管路和氣源管路，所述水源管路和氣源管路均連接於所述噴頭；所述噴頭包括加壓腔、噴管、進水管、進氣管和止回閥；所述加壓腔包括底蓋、筒體和上蓋，所述底蓋和所述上蓋固定於所述筒體兩端，所述噴管豎向設置於所述筒體中心，所述噴管穿設並固定於所述上蓋，所述噴管進水口朝向所述底蓋；

所述進水管和進氣管固定設置於所述筒體，所述進水管位於所述筒體下部，所述進氣管位於所述筒體上端，所述進水管設有止回閥；所述進水管與水源管路連接，所述進氣管與所述氣源管路連接。

更進一步地，所述噴管包括第一增壓段、第二增壓段和第三增壓段；所述第一增壓段口徑大於第二增壓段，所述第二增壓段口徑大於第三增壓段；還包括第一錐形管和第二錐形管，所述第一錐形管兩端分別連接於所述第一增壓段和第二增壓段，所述第二錐形管兩端分別連接於所述第二增壓段和第三增壓段；

還包括基礎噴嘴，所述基礎噴嘴設置於所述噴頭，所述基礎噴嘴底端孔內呈喇叭狀，所述基礎噴嘴口徑小於所述第三增壓段，所述基礎噴嘴底埠徑與所述第三增壓段口徑一致，所述基礎噴嘴底端固定連接於所述第三增壓段端部；

所述基礎噴嘴的噴水口固定設有分散噴嘴。

更進一步地，所述止回閥包括閥座和膜片，所述膜片安裝於所述閥座，所述閥座固定安裝於所述進水管；

所述閥座包括圓形底框和圍繞設置於所述底框邊緣的側壁，所述側壁朝向出水端，所述底框中部為圓孔，所述圓孔上罩設有半球狀框架，所述框架朝所述出水端凸出，所述膜片中心與所述半球形框架頂端固定連接。

更進一步地，所述樁靴包括底板，由底板中心向邊緣依次設有定位隔板組件、導向板、斜向隔板組件、圍板、單隔板和中組件；所述底板呈矩形，所述定位隔板組件呈十字形，所述定位隔板組件固定安裝於所述底板中心，所述定位隔板組件的四個端面均固定設有所述導向板；

所述導向板之間固定連接有所述圍板，所述圍板圍繞成矩形柱體，所述矩形柱體即為樁腿座，所述導向板位於所述矩形柱體的四條稜；

所述導向板均固定設有所述斜向隔板組件，所述斜向隔板組件呈直角梯形狀，所述斜向隔板組件兩直角邊分別固定於所述導向板和所述底板；

所述單隔板固定連接於兩斜向隔板組件之間，所述單隔板內面固定連接兩個所述導向板的邊；

四個所述斜向隔板組件將所述底板上的空間分隔為四塊，而兩個所述斜向隔板組件之間的空位固定安裝有所述中組件，所述中組件呈等邊梯形體；還包括側面表層板和頂部表層板。

更進一步地，所述底板呈矩形，所述底板四個頂點為倒直角，所述底板呈凹面狀，所述底板中心為方形，所述定位隔板組件設置於方形中，所述定位隔板組件呈「X」狀設置於底板中心的方形中；

所述定位隔板由十字交叉的「U」型鋼製成，所述定位隔板的開口固定於所述底板。

更進一步地，還設置有風電夾具裝置，所述風電夾具裝置包括移動夾具和固定橫架，所述固定橫架的兩端分別連接於兩兩所述固樁室的一側，所述移動夾具安裝於所述固定橫架上。

更進一步地，所述樁腿包括四個工作面和四個非工作面，兩個所述工作面之間設置一個所述非工作面，所述工作面和非工作面分別兩兩相對；所述工作面的厚度大於所述非工作面的厚度。

更進一步地，所述固定環梁的結構為八邊體固定環梁，所述固定環梁四周的端面包括四個升降固定面和四個非升降固定面，所述非升降固定面設置於兩個所述升降固定面之間，所述升降固定面兩兩相對，所述非升降固定面兩兩相對。

更進一步地，還設置有鎖緊機構，所述鎖緊機構安裝於所述固定環梁上；

所述鎖緊機構包括鎖銷軸、鎖銷油缸、鎖銷傳感器和鎖銷套，所述鎖銷油缸安裝於所述鎖銷套的內部，所述鎖銷軸與所述鎖銷油缸的活塞連接，所述鎖銷傳感器設置於所述鎖銷軸的一端上，所述鎖銷油缸驅動所述鎖銷軸進行伸縮運動。

更進一步地，所述插銷機構包括插銷軸、插銷油缸、插銷傳感器和插銷套，所述插銷油缸安裝於所述插銷套的內部，所述插銷軸與所述插銷油缸的活塞連接，所述插銷傳感器設置於所述插銷軸的一端上，所述插銷油缸驅動所述插銷軸進行伸縮運動。

本發明的有益效果：1.本發明的海上風電平臺具有快速拔樁功能，從而提高平臺安裝運行的可靠性，提高了固樁室和樁腿的牢固性和抵抗性，有助於固樁室和樁腿抗擊海底的衝擊力等多變環境，安裝穩定可靠，提高作業的效率和安全性，市場前景可觀；2.通過在樁靴上設置噴水裝置，使樁靴在拔樁時能夠將覆蓋在樁靴上的泥土衝散，使樁靴在拔起時不會受到海底泥土的牽扯，直接將樁靴從衝軟後的泥土中抽出，不會影響海洋平臺的平穩。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是本發明的一個實施例的海上風電平臺的整體結構示意圖；

圖2是本發明的一個實施例的海上風電平臺的整體結構俯視圖；

圖3是本發明的一個實施例的升降機構的整體結構示意圖；

圖4是本發明的一個實施例的噴水裝置的結構示意圖；

圖5是本發明的一個實施例的噴水裝置的結構示意圖；

圖6是本發明的一個實施例的樁靴的部分結構示意圖；

圖7是本發明的一個實施例的樁靴的部分結構分解圖。

其中：船體1、升降機構2、升降裝置21、升降滑座211、升降導軌212、升降油缸213、插銷機構214、固定環梁22、升降固定面221、非升降固定面222、樁腿23、工作面231、非工作面232、樁靴24、底板241、定位隔板組件242、導向板243、斜向隔板組件244、圍板245、單隔板246、中組件247、側面表層板248、頂部表層板249、吊機3、甲板4、固樁室5、噴水裝置6、噴頭61、加壓腔611、噴管612、第一增壓段612A、第二增壓段612B、第三增壓段612C、第一錐形管612D、第二錐形管612E、基礎噴嘴612F、進水管613、進氣管614、止回閥615、水源管路62、底蓋621、筒體622、上蓋623、氣源管路63、分散噴嘴64、移動夾具71、固定橫架72、鎖緊機構8。

具體實施方式

下面結合附圖並通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。

一種具有快速拔樁功能的海上風電平臺，如圖1-7所示，包括船體1、升降機構2、吊機3、甲板4和固樁室5，所述甲板4設置於所述船體1的頂端，所述甲板4為方形設置，所述固樁室5設置於所述甲板4的兩側上，所述升降機構2安裝於所述固樁室5上，所述吊機3安裝於所述固樁室5的頂端；

所述升降機構2包括升降裝置21、固定環梁22、樁腿23和樁靴24，所述樁腿23套插於所述固定環梁22內，所述升降裝置21安裝於所述固定環梁22上，所述固定環梁22安裝於所述固樁室5內，所述樁靴24設置於所述樁腿23的下端；

所述升降裝置21包括升降滑座211、升降導軌212、升降油缸213和插銷機構214，所述升降導軌212設置於所述樁腿23的外側，所述升降導軌212設有若干個銷孔，所述升降油缸213安裝於所述固定環梁22上，所述升降滑座211設置於所述升降油缸213的活塞杆端一端上；所述升降滑座211通過插銷機構214活動卡接於所述升降導軌212上；

還設置有噴水裝置6，所述噴水裝置6安裝於所述樁靴24的四周，所述噴水裝置6包括噴頭61、水源管路62和氣源管路63，所述水源管路62和氣源管路63均連接於所述噴頭61；

所述噴頭61包括加壓腔611、噴管612、進水管613、進氣管614和止回閥615；所述加壓腔611包括底蓋621、筒體622和上蓋623，所述底蓋621和所述上蓋623固定於所述筒體622兩端，所述噴管612豎向設置於所述筒體622中心，所述噴管612穿設並固定於所述上蓋623，所述噴管612進水口朝向所述底蓋621；

所述進水管613和進氣管614固定設置於所述筒體622，所述進水管613位於所述筒體622下部，所述進氣管614位於所述筒體622上端，所述進水管613設有止回閥615；所述進水管613與水源管路62連接，所述進氣管614與所述氣源管路63連接。

本發明的海上風電平臺通過在樁靴24上設置噴水裝置6，使樁靴24在拔樁時能夠將覆蓋在樁靴24上的泥土衝散，由於樁靴24插入海底泥土層，並且泥土覆蓋在樁靴24上，因為樁靴24受到了泥土層的覆蓋和擠壓，拔出時需要更大的力度，因此在拔樁時，海洋平臺吃水會更深，海洋平臺在這種情況下，拔樁的前後會產生一定程度的下沉和上浮，從而導致海洋平臺表層和上層收到影響；拔樁時將覆蓋在樁靴24上的泥土衝散，使樁靴24在拔起時不會受到海底泥土的牽扯，直接將樁靴24從衝軟後的泥土中抽出，不會影響海洋平臺的平穩；噴頭61中設置了加壓腔611、進水管613和進氣管614，使噴頭61的噴水壓力和速度更大，更容易將泥土衝鬆軟；而止回閥615的設置避免了海水回流，防止了渾濁的海水堵住噴管612，也保證了加壓腔611在增壓時造成加壓腔611中的水和氣的回流。

通過設定的升降系統控制所述升降機構2，所述樁腿23會向下延伸直到海底面，所述樁靴24與海底表面接觸，使得整個船體1穩固定位於海上；當所述樁靴24穩定於海底上時，通過升降系統所述樁腿23向上延伸，把整體船體1舉身起來，便於把風電設備進行安裝和維護，可快速避開不良海況條件，所述升降機構2固定於所述固樁室5穩定牢靠；此平臺不但可以滿足實現大型重量大的風電設備運輸、打樁、安裝和維護作業等功能，而且還具有快速拔樁功能，受環境影響小，安全可靠，適應性強，工作效率高，市場前景可觀。

更進一步地，如圖4-5所示，所述噴管612包括第一增壓段612A、第二增壓段612B和第三增壓段612C；所述第一增壓段612A口徑大於第二增壓段612B，所述第二增壓段612B口徑大於第三增壓段612C；還包括第一錐形管612D和第二錐形管612E，所述第一錐形管612D兩端分別連接於所述第一增壓段612A和第二增壓段612B，所述第二錐形管612E兩端分別連接於所述第二增壓段612B和第三增壓段612C；

還包括基礎噴嘴612F，所述基礎噴嘴612F設置於所述噴頭61，所述基礎噴嘴612F底端孔內呈喇叭狀，所述基礎噴嘴612F口徑小於所述第三增壓段612C，所述基礎噴嘴612F底埠徑與所述第三增壓段612C口徑一致，所述基礎噴嘴612F底端固定連接於所述第三增壓段612C端部；

所述基礎噴嘴612F的噴水口固定設有分散噴嘴64。

所述噴管612設置有第一增壓段612A、第二增壓段612B和第三增壓段612C，並且第一增壓段612A、第二增壓段612B和第三增壓段612C由第一錐形管612D和第二錐形管612E連接，由此構成了多級口徑漸變的噴管612裝置，從而使噴出的水壓更大，噴射的更遠，從而能夠保證將泥土衝擊鬆軟。所述分散噴嘴64為扁嘴噴頭61，所述扁嘴噴頭61包括扇形噴頭61和噴頭61座，所述扇形噴頭61與所述噴頭61座一體化設置，所述噴頭61座固定安裝於所述基礎噴嘴612F。該方案是分散噴嘴64的另一種設置方式，該方式使用了扁嘴噴頭61，扁嘴噴頭61的特點是將水流呈帶狀噴出，這種方式衝擊力大，面積大且集中，能有效的提高衝刷效率。

更進一步地，所述止回閥615包括閥座和膜片，所述膜片安裝於所述閥座，所述閥座固定安裝於所述進水管613；所述閥座包括圓形底框和圍繞設置於所述底框邊緣的側壁，所述側壁朝向出水端，所述底框中部為圓孔，所述圓孔上罩設有半球狀框架，所述框架朝所述出水端凸出，所述膜片中心與所述半球形框架頂端固定連接。

所述止回閥615的半球形框架凹面為進水端，以此水流將設置在半球形框架的膜片輕易的通過止回閥615，並且在噴水時，水壓和氣壓強度較高，不易產生回流，即使產生回流，半球形框架上設置的膜片會貼合於半球形框架，將止回閥615關閉，從而避免產生回流。

更進一步地，如圖6-7所示，所述樁靴24包括底板241，由底板241中心向邊緣依次設有定位隔板組件242、導向板243、斜向隔板組件244、圍板245、單隔板246和中組件247；所述底板241呈矩形，所述定位隔板組件242呈十字形，所述定位隔板組件242固定安裝於所述底板241中心，所述定位隔板組件242的四個端面均固定設有所述導向板243；

所述導向板243之間固定連接有所述圍板245，所述圍板245圍繞成矩形柱體，所述矩形柱體即為樁腿23座，所述導向板243位於所述矩形柱體的四條稜；

所述導向板243均固定設有所述斜向隔板組件244，所述斜向隔板組件244呈直角梯形狀，所述斜向隔板組件244兩直角邊分別固定於所述導向板243和所述底板241；

所述單隔板246固定連接於兩斜向隔板組件244之間，所述單隔板246內面固定連接兩個所述導向板243的邊；

四個所述斜向隔板組件244將所述底板241上的空間分隔為四塊，而兩個所述斜向隔板組件244之間的空位固定安裝有所述中組件247，所述中組件247呈等邊梯形體；還包括側面表層板248和頂部表層板249。

樁靴24內部的定位隔板組件242和斜向隔板組件244構成了樁靴24內部的整體框架，而導向板243、斜向隔板組件244和圍板245構成了樁腿23座，樁腿23座用於安裝樁腿23，由於斜向隔板組件244的結構在底板241上呈承載狀，這種結構使底板241能夠均勻的受力，並且斜向隔板組件244固定在樁腿23座，使樁靴24受到的作用力集中到結構強度更大的樁腿23上，從而保證了樁靴24具有較佳的抗壓結構，耐久度更高；此外，由於樁靴24體積較大，將樁靴24分為多個模塊，在生產中能夠提高效率；再者，構成樁腿23座的導向板243底部與樁靴24整體的接觸面積大，使樁靴24座的結構強度更高，從而在樁靴24安裝樁腿23之後不易產生脫落。在樁靴24上設置噴水裝置6，使樁靴24在拔樁時能夠將覆蓋在樁靴24上的泥土衝散。

更進一步地，所述底板241呈矩形，所述底板241四個頂點為倒直角，所述底板241呈凹面狀，所述底板241中心為方形，所述定位隔板組件242設置於方形中，所述定位隔板組件242呈「X」狀設置於底板241中心的方形中；

所述定位隔板由十字交叉的「U」型鋼製成，所述定位隔板的開口固定於所述底板241。

底板241為凹面設置使樁腿23的底部在下樁後能夠與海洋底部充分的接觸，從而使海洋平臺在下樁後更穩定，此外底板241設置成凹面狀後具備了結構線，使底板241不會輕易的產生變形；定位隔板組件242的結構呈「U」字形，這種便於生產，並且在本身具有較佳的結構，並且能夠進一步地強化底板241的中心方形平面的結構，使中心方形平面的結構更緊湊，內部支撐力更佳。

更進一步地，還設置有風電夾具裝置，所述風電夾具裝置包括移動夾具71和固定橫架72，所述固定橫架72的兩端分別連接於兩兩所述固樁室5的一側，所述移動夾具71安裝於所述固定橫架72上。

通過設置所述風電夾具裝置，可通過所述移動夾具71夾取風電機組零件，有效安裝風電裝置，所述風電機組包括風機塔筒、風機機頭和風機葉片，所述固定橫架72起到安裝固定所述移動夾具71的作用，移動夾具71可在所述固定橫架72上進行往復運動，夾取風電機組，便於所述吊機3進行安裝，穩定可靠，可把所需安裝的風機組件等零件放置在所述甲板4上，操作過程簡單快捷，從而提高安裝風電機組的工作效率，縮短了安裝時間，同時也能夠將風機塔筒、風機機頭及風機葉片一體化安裝，從而提高安裝精度，縮短海上施工時間，減少施工費用。

更進一步地，所述樁腿23包括四個工作面231和四個非工作面232，兩個所述工作面231之間設置一個所述非工作面232，所述工作面231和非工作面232分別兩兩相對；所述工作面231的厚度大於所述非工作面232的厚度。

所述樁腿23的結構為八邊形樁腿23，便於裝配，提高空間利用率，從而提高平臺安裝運行的可靠性，所述工作面231的厚度大於所述非工作面232的厚度，提高工作面231的使用壽命，同時採用八邊形的所述樁腿23，提高了所述樁腿23的牢固性和抵抗性，有助於所述樁2抗擊海底的衝擊力等多變環境，以及提高所述樁腿23的承載負荷能力，採用海上平臺的插銷式連續升降系統的所述樁腿23，其升降速度為24米/小時，升降能力為5000噸/腿，支撐力為舉升能力的2倍，升降速度快，升降能力強，該設計的樁腿23適用於重載的海上平臺，快速升降平臺，可提高作業的效率和安全性。

更進一步地，所述固定環梁22的結構為八邊體固定環梁22，所述固定環梁22四周的端面包括四個升降固定面221和四個非升降固定面222，所述非升降固定面222設置於兩個所述升降固定面221之間，所述升降固定面221兩兩相對，所述非升降固定面222兩兩相對。

樁腿23的結構為八邊形樁腿23，所述樁腿23安裝於所述固定環梁22上，便於裝配，提高空間利用率；所述固定環梁22安裝於所述固樁室5，所述樁腿23在所述固定環梁22內進行升降運動，堅固可靠，八邊體固定環梁22與固樁室5相應地配合安裝，提高裝置的安全性能，利於樁腿23進行升降運動，同時所述固定環梁22與固樁室5結合，便於樁腿23的裝配，使得空間利用率更高，提高整體設備的強度和載荷量。

更進一步地，還設置有鎖緊機構8，所述鎖緊機構8安裝於所述固定環梁22上；所述鎖緊機構8包括鎖銷軸、鎖銷油缸、鎖銷傳感器和鎖銷套，所述鎖銷油缸安裝於所述鎖銷套的內部，所述鎖銷軸與所述鎖銷油缸的活塞連接，所述鎖銷傳感器設置於所述鎖銷軸的一端上，所述鎖銷油缸驅動所述鎖銷軸進行伸縮運動。

更進一步地，所述插銷機構214包括插銷軸、插銷油缸、插銷傳感器和插銷套，所述插銷油缸安裝於所述插銷套的內部，所述插銷軸與所述插銷油缸的活塞連接，所述插銷傳感器設置於所述插銷軸的一端上，所述插銷油缸驅動所述插銷軸進行伸縮運動。

通過設置所述鎖緊機構8設置於所述固定環梁22上，用於鎖緊樁腿23和對樁腿23實現徑向約束固緊作用；所述鎖緊機構8承載能力強，可單獨承載海上平臺的最大載荷，保證載荷的均勻分布；通過設置鎖銷套，起到保護所述鎖緊機構8內的組件；所述通過設置有鎖銷傳感器和插銷傳感器，均用於檢測與所述鎖銷軸和插銷軸相匹配對應的銷孔位置，以保證所述鎖銷軸和插銷軸能準確插入對應的所述銷孔，防止因對正不當導致所述鎖銷軸和插銷軸無法插入對應的所述銷孔，對所述鎖銷軸和插銷軸造成損壞。

固定平臺時所述鎖緊機構8的鎖銷軸和所述插銷機構214的插銷軸均插入對應的所述銷孔，而其他作業過程開始時，所述鎖緊機構8的鎖銷軸插入所述銷孔和收回所述插銷機構214的插銷軸，以便於調節所述升降油缸213伸縮；所述插銷機構214和所述鎖緊機構8的材料均為合金鋼，強度大，低溫韌性強，有效抵抗海上複雜多變的環境。

本發明在使用時，噴頭61是安裝在樁靴24上，通過控制水源管路62向加壓腔611中注水，同時通過氣源管路63向加壓腔611中加壓，使加壓腔611中的水能夠以較強的衝擊力從噴管612中噴出，而水在噴管612中經過時，由於噴管612的口徑逐漸減小，達到了將水進一步壓縮的作用，從而使噴管612噴出的水具有更強的衝擊力；在上述情況下，加壓腔611中所承受的壓力較大，為避免產生回流，進水管613中設有止回閥615；而噴管612的端部為基礎噴嘴612F，基礎噴嘴612F上安裝了分散噴嘴64，所述噴頭61為扁嘴噴頭61，該噴頭61特點是出水口條形開口，所以噴出的水流呈帶狀。

本發明的具有快速拔樁功能的海上風電平臺具有快速拔樁功能，從而提高平臺安裝運行的可靠性，提高了固樁室5和樁腿23的牢固性和抵抗性，有助於固樁室5和樁腿23抗擊海底的衝擊力等多變環境，安裝穩定可靠，提高作業的效率和安全性，市場前景可觀。

以上內容僅為本發明的較佳實施例，對於本領域的普通技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。