一种海上风机基础浮冰拖航设备及拖航方法

摘要

本发明公开了一种海上风机基础浮冰拖航设备及拖航方法，该设备包括承载系统、冻结系统和加热系统；各部件可预制成型，结构简单，组装程高，便于施工作业；可直接安装在基础上进行拖航作业，能够通过调整框架单元的数量和连接架、分隔板的尺寸灵活适应各种大尺寸和大吨位基础的浮运拖航，且无需额外定制特种船舶或驳船，各部件均可重复利用，具有较好的经济性；可以通过控制连接架在基础周侧的安装高度，控制整个体系的浮心高度，保证基础具有较好的浮稳性；可直接冻结基础周围海水成冰，为基础提供足够的浮力进行拖航作业，待浮运就位后，通过融化基础周边冰体，实现基础沉放。整个过程所需水源可直接就地取材，方便快捷，是环境友好型作业方法。

说明书

技术领域

本发明属于海上风电设备领域，具体来说涉及一种海上风机基础浮冰拖航设备及拖航方法。

背景技术

随着全球经济的发展和化工能源的日益枯竭，人们对清洁能源的需求与日俱增。海上风电作为一种全新的清洁能源，具有较好经济和环境效益，而且不占用陆地土地资源，基建时间短、装机规模大，对人类活动的干扰程度小，目前已成为全球风电发展的研究热点，是全球可再生能源发展的重要方向。

现阶段，海上风机常用的基础形式主要包括重力式基础、桩基础以及近年来发展较快的筒型基础。重力式基础结构简单，耐久性好，技术成熟，而筒型基础则具有造价低，安装快的优点，因此这两类基础形式被大量采用。然而，由于这两类基础形式存在结构尺寸大、吨位高的问题，导致基础运输困难。目前，常用的运输方法主要有两种，一种是采用船运的方法，但其吊装施工难度大，危险性高，经济效益差；另一种则是采用拖航的方法，但大部分需定制专用的托运平台，工程成本高。因此，海上风电领域亟需一种简单、灵活、经济的托运设备和托运方法来解决大尺寸、大吨位基础的托运问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种海上风机基础浮冰拖航设备及拖航方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种海上风机基础浮冰拖航设备，包括承载系统、冻结系统和加热系统；

所述承载系统包括连接架、限位板和承冰架；

所述连接架包括结构相同的四处结构，四处结构围绕基础设置，分别包括边梁、方钢管和分隔板，边梁与分隔板之间通过方钢管相连，边梁朝内贴合基础表面，分隔板朝外为矩形钢板；

所述限位板包括结构相同的四处结构，四处结构围绕基础相邻间隔90度设置，一部分填入相邻连接架形成的间隙处，其余部分向外伸出，所述限位板两侧对称设置限位槽，所述限位槽由两块条形钢板垂直焊接成角钢形状，限位槽两肢尖通过卡箍固定有竖管，每个限位槽的两根竖管通过三通阀与送液管或回液管相连，所述竖管设置有分流接口；

所述承冰架包括若干数量呈矩阵排列的框架单元，相邻框架单元之间固定连接，框架单元填充设置在分隔板外侧、相邻限位板之间的空间内，使承载系统整体呈长方体；各框架单元内均设置一蒸发管，每一横排的蒸发管首尾相连，并与两侧竖管对应的分流接口相连通；

所述冻结系统包括压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发管；所述压缩机、冷凝器、节流阀设置于基础上表面，所述冷凝器通过送液管、回液管和竖管与分布在各框架单元内的蒸发管相连通，组成闭合回路；

所述加热系统包括加热器和水泵，所述加热器和水泵设置于基础的上表面。

在上述技术方案中，所述框架单元为正方体框架结构，边长为1-2m。

在上述技术方案中，所述限位板均匀分布在基础四周，限位板厚15～20mm；限位槽双肢宽度为0.5-1.0m。

在上述技术方案中，所述竖管为不锈钢无缝钢管，直径为100-120mm，壁厚为3-5mm，其上分流接口直径为30-50mm，壁厚为2-3mm。

在上述技术方案中，所述送液管或回液管的直径为120-150mm，壁厚为4-6mm。

在上述技术方案中，所述分隔板厚15～20mm。

一种海上风机基础的浮冰拖航方法，按照下列步骤进行：

步骤一、向船坞内灌水至设计标高，在冻结系统内充入液氨作为制冷剂，启动制冷系统，待承冰架周边的水体结冰，冰的浮力足够浮起基础时，即可安排拖船进行基础的浮运作业；浮运过程中根据环境温度等情况确定冻结系统的工作时间；

步骤二、待基础浮运就位后，关闭冻结系统，抽出系统内液氨，然后将送液管转接至水泵，回液管转接至加热器；向加热器内注入足量海水，启动加热器加热海水，并利用水泵注入蒸发管，融化承冰架周边冰体，从而使基础下沉就位；

步骤三、从基础上拆卸浮冰拖航设备，以便下次浮运基础使用。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明的海上风机基础浮冰拖航设备，其各部件均可预制成型，结构简单，组装程高，便于施工作业。

2、本发明的海上风机基础浮冰拖航设备，可直接安装在基础上进行拖航作业，能够通过调整框架单元的数量和连接架、分隔板的尺寸灵活适应各种大尺寸和大吨位基础的浮运拖航，且无需额外定制特种船舶或驳船，各部件均可重复利用，具有较好的经济性。

3、本发明的海上风机基础浮冰拖航设备，可以通过控制连接架在基础周侧的安装高度，控制整个体系的浮心高度，保证基础具有较好的浮稳性。

4、本发明的海上风机基础浮冰拖航设备，可直接冻结基础周围海水成冰，为基础提供足够的浮力进行拖航作业，待浮运就位后，通过融化基础周边冰体，实现基础沉放。整个过程所需水源可直接就地取材，方便快捷，是一种环境友好型的作业方法。

附图说明

图1是本发明中一种海上风机基础浮冰拖航设备的立体结构示意图。

图2是本发明中连接架的结构示意图。

图3是本发明中限位板的结构示意图。

图4是本发明中框架单元的结构示意图。

图5是本发明中冻结系统的连接示意图。

图6是本发明中加热系统的连接示意图。

其中：1为基础，2为承冰架，3为连接架，4为限位板，5为框架单元，6为蒸发管，7为方钢管，8为边梁，9为分隔板，10为限位槽，11为竖管，12为分流接口，13为送液管，14为回液管，15为压缩机，16为冷凝器，17为节流阀，18为加热器，19为水泵。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例

如图1至图6所示，一种海上风机基础浮冰拖航设备，由承载系统、冻结系统和加热系统组成。

承载系统包括承冰架2、连接架3和限位板4；连接架3和限位板4均通过基础周侧预留的耳板与其进行固定连接，承冰架3通过两端的框架单元5与限位板4上的限位槽进行螺栓连接，承冰架2靠近基础1的一侧也通过螺栓固定在连接架3的分隔板9上。

承冰架2由框架单元5通过螺栓连接而成；框架单元5为正方体框架结构，边长为2m，由方钢管骨架和支撑焊接构成，每根方钢管骨架上开设有螺栓孔，便于相邻框架单元的紧密连接，保证承冰架2的整体刚度；框架单元5由内至外的层数与限位板4上一侧的限位槽10数量对应，框架单元5内的蒸发管6管口与限位槽10上竖管11的分流接口12一一对应，以便冻结和加热系统中制冷剂和热海水的流通。

连接架3由方钢管7和分隔板9焊接而成，方钢管7由不同长度的方钢管与边梁8焊接而成，方钢管之间设置斜撑增加刚度，由于本实施例中基础1的外形为圆形，则方钢管的长度沿基础逐渐过渡，边梁8的形状定为弧形；分隔板9为厚20mm的矩形钢板，呈规则四边形将基础围在中心。

限位板4为厚20mm的矩形钢板，均匀分布在基础四周，两侧对称焊接有限位槽10，每侧限位槽10数量和位置与框架单元5的分布对应；限位槽10由两块条形钢板垂直焊接成角钢形状，其双肢宽度为1m，限位槽10两肢尖通过卡箍固定有竖管11，每个限位槽10的两根竖管11通过三通阀与送液管13或回液管14相连；竖管11由不锈钢无缝钢管制作而成，直径为120mm，壁厚为5mm，其上分流接口12直径为50mm，壁厚为3mm；送液管13或回液管14为不锈钢金属管道，其直径为150mm，壁厚为6mm，两者的尺寸和材料完全相同，区别仅在于功能不同，送液管13用于将液体传输至蒸发管6，而回液管14则将收蒸发管6输出的液体送还系统。需要注意的是，在限位板4上布置送液管13或回液管14时，应当保证每组框架单元5内的蒸发管6构成一个闭合回路。

冻结系统包括压缩机15、冷凝器16、节流阀17和蒸发管6。

蒸发管6由导热性能良好的金属材料制成，其直径为50mm，壁厚3mm，通过卡箍固定在框架单元5的支撑上。

加热系统包括加热器18和水泵19。

上述一种海上风机基础的浮冰拖航设备所涉及的拖航方法，按照下列步骤进行：

(1)部件预制：在干船坞内预制基础，并根据实际需求在基础内预设耳板，同时预制承载系统和冻结系统的各种部件；

(2)组装承载系统：首先用螺栓将限位板4按设定高度与基础上的耳板相连，然后将事先预制完成的连接架3通过螺栓与基础上的耳板相连，并保证连接架3卡在两块限位板4之间，连接架3与限位板4之间利用螺栓固定连接；在连接架3和限位板4围成的区域内按顺序依次连接框架单元5，组成承冰架2；连接框架单元5时，注意将框架单元5内蒸发管6管口首尾相连，同时将承冰架2两侧靠近限位板4的框架单元5上的蒸发管6管口与限位槽10上竖管11的分流接口12一一对应连接；

(3)连接冻结系统：首先将送液管13和回液管14分别按对角布置在4块限位板4上，然后将压缩机15、冷凝器16、节流阀17临时固定在基础顶端，并依次按顺序连接压缩机15、冷凝器16、节流阀17、送液管13、蒸发管6和回液管14，组成闭合回路的冻结系统；

(4)向船坞内灌水至设计标高，在冻结系统内充入液氨作为制冷剂，启动制冷系统，待承冰架2周边的水体结冰，冰的浮力足够浮起基础时，即可安排拖船进行基础的浮运作业；浮运过程中根据环境温度等情况确定冻结系统的工作时间；

(5)待基础浮运就位后，关闭冻结系统，抽出系统内液氨，然后将送液管13转接至水泵19，回液管14转接至加热器18；向加热器18内注入足量海水，启动加热器18加热海水，并利用水泵19注入蒸发管6，融化承冰架2周边冰体，从而使基础下沉就位；

(6)从基础上拆卸浮冰拖航设备，以便下次浮运基础使用。

技术原理

本发明的技术原理：

1、制冰浮运原理：压缩机将低温低压氨气压缩成高温氨蒸汽，经过冷凝器降温成高压常温液氨，然后由节流阀进行节流降压，降压后的低压低温液氨通过送液管经由竖管进入蒸发管，并在蒸发管内沸腾吸热蒸发，冻结周边海水成冰，从蒸发器出来的低压低温氨气重新进入压缩机，完成一个制冷循环。制冷系统循环工作，直至冻结的冰体所提供的浮力足够浮起基础，即可进行下一步作业。

2、融冰沉放原理：基础浮运就位后，通过加热器加热海水，然后将加热后的海水经由送液管泵送至蒸发管内，利用海水的热量融化周边冰体；经过冰体降温后的海水经由回液管重新回流至加热器内，如此循环往复，直至冰体融化，基础下沉就位。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。