气囊助浮施工工艺在潮间带区域风电场建设中的应用.pdf

年第 期 水电与新能源 第 卷.:././.收稿日期:作者简介:田孝松男工程师从事港口与航道工作气囊助浮施工工艺在潮间带区域风电场建设中的应用田孝松(中交三航(上海)新能源工程有限公司上海)摘要:以国华竹根沙海上风电场工程为依托针对潮间带区域超浅机位风电施工研发一套船舶助浮施工工艺提供一种潮间带区域超浅风机非自航施工船的助浮结构解决施工船无法进入到浅滩区域超浅机位施工的难题 通过在船体的左右舷对称设置助浮气囊减小船体吃水深度使施工船能顺利地进入浅滩区域超浅机位进行单桩沉桩或风机安装工程项目的应用证明该气囊助浮效果良好可节省海上作业时间提高现场施工效率为实现施工进度提供了保障关键词:潮间带超浅机位海上风电船舶助浮气囊助浮中图分类号:文献标志码:文章编号:()().):.:随着我国政策的引导我国风电场建设逐渐扩大规模各大风电开发商也将目光也纷纷投向海上风电海上风电场被逐步开发 沿海海上风电市场需求巨大 江苏省位于我国东部沿海地区海上风能资源丰富 沿海滩涂及近海海域是江苏省千万风电基地规划项目的主要分布地 但风场区域高滩比较多特别是东台弶港为顶点呈辐射状分布 江苏潮间带风场施工具有以下难点和特点:)风场部分区域位于高滩大型施工船舶施工区域进出点困难风场气候多为亚热带季风气候且风场水域为无掩蔽开阔水域全年有效施工作业时间短风场内有露滩、浅滩、深沟等地貌水深变化大 船机需求多变选型复杂需选择不同的船型用于不同的机位施工)海床冲刷现象显著坐底施工船舶需要预防船舶坐底掏空事故地质区域构造稳定性差 多采用单桩基础结构形式单桩基础垂直度要求高避风锚地距风场远严重挤压风场施工有效作业窗口期)海上风电安装装备严重不足:由于风场地质条件多为铁板砂机位泥面标高较高区域内水深低于.的机位很多导致常规作业船舶无法进出点需在现有的船舶基础上研制吃水浅能够在潮间带坐底施工作业的一体式多功能驳以弥补海上风电施工的不足解决常规施工船舶由于吃水较大无法进点施田孝松:气囊助浮施工工艺在潮间带区域风电场建设中的应用 年 月工的难题以保障项目的顺利实施 基于此考虑到江苏区域潮间带、铁板砂地质海上风电建设的前景超浅水域风机助浮施工技术的研究具有深远的意义 气囊助浮技术介绍气囊助浮船舶技术是通过气囊充气产生的浮力助力船舶减小干舷吃水深度将气囊固定在作业船舶左右舷侧固定措施采用吊耳和绞链、钢丝绳软连接的方式这样可以产生与钢浮筒、浮箱等其他助浮设备相同的助浮效果 气囊材质轻、可折叠、不充气的情况下占用空间小便于搬运安装方便因此在海运方面逐渐被推广应用 传统的钢浮筒、浮箱助浮方法优点是坚硬、牢固但是质量过大安装后船舶有效宽度增大且施工难度大需要焊接在船体上但是海上风场建设基础施工需要沉桩沉桩过程震动大相应焊接质量要求高施工过后难于拆除费时费工对风场建设周期有影响 而气囊质量较轻安装和拆卸方便船用吊机就可完成通过气囊阀门充放气工作且无需外部电源成本较低制作时间短而使用寿命长气囊助浮不仅只应用于减小船舶干舷吃水还可以应用在港口、码头搬运沉箱海上运输导管架助力起吊大型构配件等方面 气囊的助浮设计进出点船舶吃水深度 进出点潮高 (系高程海平面 拟施工风电场潮位基准面)泥面标高据此计算出气囊助浮减小船舶干舷吃水深度 施工船舶设计吃水深度 进出点船舶吃水深度计算出气囊需要助浮的浮力设计气囊所需要的数量及规格大小考虑气囊的性能因素 同时在正式助浮前进行助浮试验观察测量减小船舶干舷吃水深度是否达到要求如不满足要求对助浮设施进行进一步修改.拟助浮船舶的布置目前计划助浮的施工船舶“三航驳”船上布置 履带吊和 履带吊及超起配重后的整船重量约 根据船上反馈信息船上柴油、淡水及压载舱内的残留压载水经调载后的吃水约.根据静水力表查得排水量约 船上淡水约 柴油约 压载水约 压载水重量和其他重量累计误差约 为了使气囊助浮施工工艺有更好的实施效果船上对船舶本身进行了一些处理将 履带吊移向船艉 履带吊移到船舶右舷侧尽量减小船舱内残留压载水适当减小船舶储存的淡水和燃油量将超起配重分堆布置在 号舱主甲板上.气囊布置“三航驳”全长 在船艉部分要求预留 的距离方便船舶拖带所以可以绑扎助浮气囊的位置共约 计划在船舶左右舷各绑扎两只不小于 长的助浮气囊气囊直径为 经计算大概可提供约 左右的浮力助浮用气囊要求助浮力强、防撞性好、耐磨性好在气囊上设置 组 个吊点吊点布置距离根据船舶自身肋板肋距./个要求每个吊点抗拉力至少达到 气囊及吊点布置图见图 图 气囊及气囊吊点布置图气囊和船体间采用软连接方式气囊吊点与船体耳板用钢丝绳连接 在助浮时压力达到.的压力如果遇到运输船靠泊时可将气囊气体放掉/这样可以减小两船之间的距离又可以将气囊当靠球使用此时在有水的情况下两船之间气囊形状变成椭圆形对气囊的安全性不存在影响 气囊隔球示意图见图 图 气囊作隔球示意图.气囊定制及浮力计算定制气囊直径 气囊长度 单个气囊提供浮力约 在气囊上布置 组共计 个吊点每两吊点间间距.气囊制作后需检查气囊是否有损伤、是否漏气水 电 与 新 能 源 年第 期助浮方案共计 个气囊增加浮力:单个气囊 浮力施工船舶布置 履带吊 履带吊 超起配重 空船重量 整船重量船上柴油()淡水()残留压载水等()的油水重量假设理想化状态本船增加气囊后的排水量约 这时的吃水约.气囊吊耳板计算根据设计需要对气囊绑扎眼板(耳板)及其加强件进行强度计算计算采用.作为分析程序结构尺寸如图 所示图 耳板尺寸.计算工况设计载荷根据气囊厂家要求眼板设计负荷为 结构设计工况安全系数 实际设计负荷 .设计工况根据布置图绑扎角度约 设计角度取 因此设计 个计算工况:绑扎角:绑扎角:.模型、载荷及边界条件取最弱的舷侧弱框架作为分析对象 前后强框架作为边界固支约束上下多取一个纵骨简支约束载荷采用 施加到模型中.托架计算结果根据设计需要对气囊绑扎眼板及其强度计算采用 .分析程序进行分析设计载荷:根据气囊厂家要求眼板设计负荷为 结构设计工况安全系数 实际设计负荷 设计工况:根据布置图绑扎角度约为 设计角度取 因此设置 个计算工况根据计算结果得到眼板计算最大应力为 加强最大计算应力为 均不超过 因此眼板及其加强的设计满足强度要求计算云图见图 图 图 工况绑扎眼板组合应力图 工况绑扎眼板加强组合应力图 工况绑扎眼板组合应力田孝松:气囊助浮施工工艺在潮间带区域风电场建设中的应用 年 月图 工况绑扎眼板加强组合应力气囊助浮减少船舶干舷吃水施工工艺 )施工准备工作 助浮施工工艺开展前需编制气囊助浮施工方案、气囊安装、试验技术交底现场选定安装场地、选择合适安装气囊的天气且不影响船舶正常施工)气囊制作运输 气囊生产厂家按设计图纸进行气囊制作制作气囊直径 气囊长度约 在气囊上每隔.布置一组两个吊耳然后将定制的气囊运输至施工现场)驳船坐底、排水 将预助浮的施工船舶乘高潮水拖航至浅滩区域调节压载水系统至驳船坐底 坐底区域要求在低潮时露滩)船体气囊吊耳焊接 待退潮船舶底面露出滩面后施工人员通过软梯下至滩面进行船体吊耳焊接驳船长度 船艉部分留出 用于拖带可安装气囊船长共计 然后用人工敲击的方式找到安装气囊部分的船体龙骨每隔.焊接一组吊耳(一上一下)气囊安装 将运输至现场的气囊通过船上履带吊放至滩面并少量充气至膨胀 然后通过链条和卸扣软连接的方式将船体上的吊耳和气囊上的吊耳进行连接加固吊耳与链条用 卸扣进行连接)空压机及高压软管布置 将 的柴油空压机布 置 在 甲 板 上 闲 置 位 置 然 后 进 行 加 固 将 高压软管布置在甲板上及船体两侧布置软管不能干涉船上设备移动路线布置要求利于连接空压机和气囊然后将软管连接在空压机及气囊之间空压机及软管布置可与吊耳焊接同步进行)气囊充气及试验 气囊安装后与高压软管连接在高潮水前打开空压机将气体通过高压软管输送至气囊使气囊充气 然后测量船体吃水深度测量到吃水较安装气囊前减少 左右 待气囊充气完毕减小了驳船吃水深度后在高潮水时用浅吃水拖轮将驳船拖航至超浅机位施工 气囊助浮工艺要求)气囊助浮施工工艺施工前应编制方案并对拟助浮船舶船员及安装气囊的施工班组人员进行全员技术、安全交底)施工中所用的数据只有经过两人复核以及主管领导的审查、批准后方可实施)在试验前要对所有气囊的各个部位和配件特别是连接阀进行仔细检查有无安全隐患)固定气囊的绞链、卸扣必须牢固以保证气囊膨胀受力均匀)所有气囊充气应同时均匀气压在指定压强的大小范围内)为保证吊耳焊接的承受能力一定要达到设计能力要求并对吊耳外边缘进行修整磨边处理)气囊在使用过程中要注意安全防止被利器损伤以导致漏气发生安全事故 结 语通过施工工艺的实施成功利用在了竹根沙潮间带海域风电场既解决了风电场内 台潮间带区域超浅机位无法施工的难题又为风电场项目打造精品工程提供坚实基础进一步提升公司在海上风电市场竞争力 通过试验形成了气囊助浮施工技术取得了“一种潮间带区域超浅风机非自航施工船的助浮结构”实用新型专利有力支撑了国内海上风电产业发展具有良好的社会、经济效益应用前景广阔参考文献:郑海 杜伟安 李阳春 等.国内外海上风电发展现状.水电与新能源 ():李虎高 朱金民.气囊助浮安装预制箱涵技术与研究.珠江水运():汪飞.钢浮箱助浮法安装沉管施工技术.中国港湾建设 ():李冉 林焰 刘广辉 等.气囊助浮张力腿平台出坞可行性分析.造船技术():齐晓鹏.浅谈气囊助浮技术在搬运沉箱中的应用.中国新技术新产品():张程远 盛雷.海上风力大发电机组吊装技术研究.水电与新能源 ():