3海上風(fēng)電安裝船的技術(shù)要點(diǎn)

 

　　本節(jié)主要以目前常見的自升式風(fēng)力安裝船為例，論述中國(guó)船級(jí)社入級(jí)規(guī)范對(duì)其設(shè)計(jì)的技術(shù)要求要點(diǎn)。區(qū)別于傳統(tǒng)的自升式鉆井平臺(tái)，自升式風(fēng)力安裝船重量較輕，插拔樁頻繁，升降速度較快，船尾設(shè)置大功率的起重機(jī)，對(duì)平臺(tái)的站立穩(wěn)性要求較高，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備布置等方面具有自身特點(diǎn)，詳細(xì)分析如下：

 

　　（1）樁腿設(shè)計(jì)

 

　　樁腿數(shù)量及結(jié)構(gòu)形式的選擇要綜合考慮作業(yè)水深、作業(yè)能力、船體結(jié)構(gòu)形式、船體尺寸等因素，需平衡各種因素，通過最終的結(jié)構(gòu)分析確定。一般對(duì)于海上風(fēng)電安裝船，樁腿數(shù)量為4根到6根，一般都為圓柱形結(jié)構(gòu)形式樁腿。樁腿結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)需考慮如下工況：①拖航/自航工況。CCS《海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)規(guī)范》中規(guī)定，自升式平臺(tái)遠(yuǎn)洋或油田內(nèi)遷移時(shí)，應(yīng)考慮由于船體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的搖擺慣性力及傾斜角度，并校核上固樁楔塊處的樁腿強(qiáng)度；②站立工況。規(guī)范中規(guī)定，在正常作業(yè)和風(fēng)暴自存工況下，考慮平臺(tái)重量、風(fēng)浪流外載荷作用下的樁腿強(qiáng)度，尤其是位于下固樁楔塊處的樁腿強(qiáng)度；③預(yù)壓、升船及拔樁工況。此工況一般不是控制工況，但在極端不利條件下也應(yīng)進(jìn)行考慮。

 

　　（2）樁靴設(shè)計(jì)

 

　　樁靴的大小、形式選擇對(duì)海上風(fēng)電安裝船的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，因?yàn)閷?duì)于此類施工裝備，要求作業(yè)效率高，插拔樁迅速，因此插樁不易過深，設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)實(shí)際作業(yè)海底地質(zhì)條件確定樁底壓強(qiáng)，并綜合考慮各種因素確定樁靴形狀、大小。依據(jù)規(guī)范要求，樁靴的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下工況：① 預(yù)壓工況：預(yù)壓載荷同心分布最初接觸到完全灌入一系列可能的接觸面積上；② 作業(yè)和自存工況：最大樁腿反力、樁腿下導(dǎo)向處彎矩的50%和水平載荷疊加作用于樁靴；③ 特殊工況：樁腿最大垂直反力作用于50%的樁靴底部面積。

 

　　（3）船體設(shè)計(jì)

 

　　海上風(fēng)電安裝船的船體類似平板駁船，長(zhǎng)寬比值較大，但在船體上設(shè)置有穿過樁腿的圍阱結(jié)構(gòu)區(qū)域，站立作業(yè)狀態(tài)防止有過度的中垂。一般設(shè)計(jì)時(shí)首先確定甲板載荷分布圖，根據(jù)規(guī)范公式初步確定船體各部分結(jié)構(gòu)尺寸（板厚、型材大小等），然后通過有限元直接計(jì)算確定船體整體強(qiáng)度是否滿足規(guī)范要求。依據(jù)規(guī)范要求，船體總體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析主要工況包括：① 拖航/自航工況：分析船體在漂浮狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，尤其是固樁區(qū)域在樁腿搖擺作用下的強(qiáng)度；② 站立工況：分析船體在正常作業(yè)和風(fēng)暴自存工況下的強(qiáng)度，此工況一般為控制工況；③ 預(yù)壓、升船及拔樁工況：預(yù)壓和拔樁工況有時(shí)也較為危險(xiǎn)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際預(yù)壓和拔樁設(shè)計(jì)進(jìn)行船體強(qiáng)度分析。

 

　　除上述的船體整體強(qiáng)度設(shè)計(jì)外，還應(yīng)考慮船體局部強(qiáng)度，主要包括大型設(shè)備底座，如吊機(jī)底座、主機(jī)基座等，升降圍阱區(qū)域，直升機(jī)甲板等。此外，船體設(shè)計(jì)還應(yīng)滿足規(guī)范中的拖航穩(wěn)性、站立穩(wěn)性等相關(guān)要求。

 

　　（4）升降系統(tǒng)設(shè)計(jì)

 

　　升降系統(tǒng)的安全可靠是海上風(fēng)電安裝船安全作業(yè)的保證。目前自升式平臺(tái)的升降裝置有多種形式，包括電動(dòng)齒輪齒條式、液壓油缸頂升式、鋼絲繩式等，都各自有相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)。電動(dòng)齒輪齒條式升降系統(tǒng)技術(shù)成熟，升降速度快，效率高，但由于頻繁升降，齒輪、齒條的疲勞壽命會(huì)影響到平臺(tái)的使用年限；鋼絲繩式升降系統(tǒng)也有實(shí)際工程案例，但在安全性、可靠性及使用效率上尚存有疑慮，因此并不能被廣泛采用。因此目前在海上風(fēng)電安裝平臺(tái)上使用較多的是液壓油缸頂升式升降系統(tǒng)。

 

　　依據(jù)規(guī)范，液壓油缸頂升式升降系統(tǒng)應(yīng)考慮插銷設(shè)計(jì)、環(huán)梁設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)等；電動(dòng)齒輪齒條式升降系統(tǒng)應(yīng)考慮齒輪、齒條強(qiáng)度設(shè)計(jì)，傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軸承強(qiáng)度、升降室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。此外，還應(yīng)考慮升降裝置公差設(shè)計(jì)、升降系統(tǒng)在船體上的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、升降裝置與圍阱裝配公差等。

 

　　（5）吊機(jī)底座設(shè)計(jì)

 

　　用于海上風(fēng)電安裝船上的起重機(jī)吊重較大，一般應(yīng)根據(jù)吊重能力確定吊機(jī)底座位置、形式、與船體的連接形式等，并著重考慮吊機(jī)底座的焊接設(shè)計(jì)、吊機(jī)底座的屈服、屈曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)以及吊機(jī)底座支撐肘板的疲勞設(shè)計(jì)等，具體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求可參照CCS《船舶和海上設(shè)施起重設(shè)備規(guī)范》中關(guān)于起重機(jī)底座及支撐結(jié)構(gòu)部分。

 

　　（6）穩(wěn)性設(shè)計(jì)

 

　　海上風(fēng)電安裝船的穩(wěn)性要求可分為漂浮穩(wěn)性和站立穩(wěn)性。此類海上風(fēng)電安裝船一般干舷較小，且艙室布置較為集中，穩(wěn)性分析時(shí)尤其要注意滿足規(guī)范對(duì)平臺(tái)的完整穩(wěn)性和破艙穩(wěn)性要求。站立穩(wěn)性分析時(shí)要考慮舷外起吊和環(huán)境載荷方向一致時(shí)對(duì)其最不利的影響，且傾覆力矩應(yīng)計(jì)及動(dòng)力放大效應(yīng)和P-Delta效應(yīng)。具體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求可參照CCS《海上風(fēng)機(jī)作業(yè)平臺(tái)指南》中的關(guān)于穩(wěn)性部分。

 

　　（7）其他部分設(shè)計(jì)要求

 

　　其他部分的設(shè)計(jì)要求，包括機(jī)電設(shè)備、防火、消防、救生、信號(hào)等，和常規(guī)自升式平臺(tái)并無區(qū)別，在此不再贅述，具體可參考CCS相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

 

　　表2為最近幾年入級(jí)CCS的海上風(fēng)電安裝船的技術(shù)參數(shù)，隨著國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電的不斷發(fā)展，海上風(fēng)電安裝船的能力也在不斷提升。