海上風(fēng)輪機安裝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及海上風(fēng)輪機在海上位置的安裝。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，許多海上風(fēng)輪機放置區(qū)設(shè)計成允許大量發(fā)電。由于效率的原因，風(fēng)輪機具有日漸增大的容量和尺寸。現(xiàn)在，正在設(shè)計5MW渦輪機，并且將來要設(shè)想8MW渦輪機。在已知的設(shè)計中，5MW渦輪機具有直徑為126米的帶葉片的轂，并且轂的高度大約在海平面上方90米。所提出的8MW渦輪機具有160米的葉片直徑，并且轂在海平面上方120米。
[0003]至少在未來的設(shè)計中包括桅桿、吊艙和葉片的風(fēng)輪機的重量會超過1000t。例如根據(jù)基座的類型，基座自身可重達幾百噸。在US2007/243063中描述了許多基座類型。
[0004]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在岸上構(gòu)建整個風(fēng)輪機是最成本有效的。具體地說，在岸上完成吊艙、轂和葉片在桅桿上的安裝和測試，這比在海上進行這些操作花費要少得多。該方法允許簡化海上安裝和試車為簡潔操作、全部風(fēng)輪機的安裝。在該方法中，基座可以預(yù)先安裝在海床上，并且將具有吊艙、轂和葉片的桅桿固定在基座上。
[0005]到現(xiàn)在為止，已經(jīng)提出了專用于海上風(fēng)輪機安裝的安裝船和方法。
[0006]船MV Resolut1n是這種專用的風(fēng)輪機安裝船。它是具有六條自升支腿的自升式船，該自升支腿用來至少部分將船體提升至水面上方以使船體穩(wěn)定以便安裝風(fēng)輪機。該船在船尾處配備有安裝在主基座上的吊桿起重機，該起重機具有可旋轉(zhuǎn)并且可轉(zhuǎn)舵的吊桿?，F(xiàn)有的MV Resolut1n船具有300t的起重能力，相同設(shè)計的新建造的(船)設(shè)計有1000t的起重能力。
[0007]自升式系統(tǒng)的使用為起重機提供了大體上不會受到海況影響的非常穩(wěn)定的平臺，從而能夠有效地完成將桅桿安裝到預(yù)安裝的海床基座。已知的基座包括結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)架導(dǎo)管架、單粧、基于重力的基座等。
[0008]對于風(fēng)輪機安裝來說自升式船的使用也有缺陷，例如在自升式支腿不能達到的水深中建立風(fēng)電場。另一個缺陷在于，展開/收回(很長的)自升式支腿減緩了安裝過程。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)還披露了非自升式專用風(fēng)輪機安裝船，因此沒有自升式支腿并且在風(fēng)輪機和/或基座的安裝過程期間保持處于浮動狀況中。示例為在W02007/091042中所示的Rambiz船，其中起重機結(jié)構(gòu)允許在大體上垂直取向中拾取和運輸風(fēng)輪機。Rambiz由兩個并排互連的駁船式船體構(gòu)成，每個駁船承載有樞軸起重吊桿或起重臂。笨重的撐開器由纜索從起重機上懸吊。桅桿延伸穿過在撐開器中的特大型開口，并且其他承載纜索在撐開器和裝配在桅桿下端處的風(fēng)輪機支撐框架之間延伸。撐開器布置在風(fēng)輪機重心上方。
[0010]W02007/091042討論了船在安裝到預(yù)安裝好的基座上期間的浮動狀態(tài)，在將桅桿安放到基座上時帶來了沖擊負載問題。這里要注意的是，桅桿相當(dāng)脆弱，但在縱向方向剛硬，這會在桅桿和基座之間產(chǎn)生出不合需要的撞擊。為了避免這個問題，風(fēng)輪機支撐框架具有帶有液壓支腳的支腿。相應(yīng)的臨時基座框架安裝在基座的頂端上。為了安裝風(fēng)輪機，起重機將支撐框架以及因此風(fēng)輪機下降。隨著使風(fēng)輪機進一步下降，液壓支腿然后接觸基座框架并且吸收由于海況導(dǎo)致的垂直運動。支腳在水平面中的一些滑動運動也是允許的，并且布置其他液壓缸來將支撐框架推入到適當(dāng)位置中。
[0011]雖然在W02007/091042中所提出的措施可以克服與從浮動船安裝風(fēng)輪機相關(guān)聯(lián)的一些問題，但是本發(fā)明目的在于提供進一步的改進或者至少有用的替代方案。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了如權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)輪機安裝船。
[0013]設(shè)想:風(fēng)輪機接合裝置適于在高于風(fēng)輪機重心的高度處接合所述風(fēng)輪機的桅桿，或者設(shè)置第二另外的風(fēng)輪機接合裝置，從而可以通過所述接合組件在沿著垂直方向間隔開例如間隔開至少20米的兩個位置處接合所述桅桿。
[0014]優(yōu)選的是，所述主動水平運動裝置適于執(zhí)行所述一個或多個懸吊構(gòu)件和/或所述接合裝置優(yōu)選相對于剛性連接在所述船的船體上的剛性起重機結(jié)構(gòu)至少沿著所述船的縱向方向的主動水平移位。
[0015]優(yōu)選的是，所述起重機結(jié)構(gòu)為剛性連接在所述船的船體上的剛性起重機結(jié)構(gòu)，例如剛性結(jié)構(gòu)框架。
[0016]在可能的實施方案中，所述主動水平運動裝置安裝在所述起重機結(jié)構(gòu)和所述風(fēng)輪機接合裝置之間。
[0017]在如權(quán)利要求2所述的船的優(yōu)選實施方案中，所述船包括從所述船體向上延伸的剛性起重機結(jié)構(gòu)，例如剛性結(jié)構(gòu)框架，該起重機結(jié)構(gòu)剛性連接在所述船的船體上。
[0018]所述剛性起重機結(jié)構(gòu)至少具有第一垂直側(cè)面，并且所述第一垂直側(cè)面設(shè)有纜車引導(dǎo)件。設(shè)有風(fēng)輪機支撐纜車，其可以在所述起重機結(jié)構(gòu)的所述第一垂直側(cè)面上沿著所述纜車引導(dǎo)件垂直運動。該纜車由一個或多個懸吊元件優(yōu)選是可通過一個或多個絞盤操作的一根或多根纜索支撐。該纜車支撐著所述風(fēng)輪機接合裝置。該纜車和相關(guān)的風(fēng)輪機接合裝置適于支撐所述風(fēng)輪機的重量。
[0019]在所述纜車和所述風(fēng)輪機接合裝置之間安裝有主動水平運動裝置，所述主動水平運動裝置適用于并且操作用來在風(fēng)輪機由所述風(fēng)輪機接合裝置支撐的同時，主動補償由海況引起的所述風(fēng)輪機接合裝置在至少一個水平方向上、可能地在兩個非平行的水平方向上例如在兩個正交的水平方向上的水平移位。
[0020]優(yōu)選的是，在所述桅桿下端設(shè)置在預(yù)安裝好的基座上的情況下，至少在將所述桅桿下降到基座上并且將所述桅桿固定在基座上的步驟期間進行所述主動水平運動裝置的操作，以便補償所述風(fēng)輪機接合裝置的由海況引起的水平運動。
[0021]該船允許顯著減少或甚至消除桅桿下端相對于預(yù)安裝好的基座的水平運動。由于下面原因中的一個或多個，所以這是有利的:
-可以增大浮動船的操作天氣窗，從而允許在更糟糕的條件下安裝風(fēng)輪機；
-可以安裝更高和/或更重的風(fēng)輪機；
-減小了作用在桅桿、基座和任意桅桿緊固件上的力；
-在使用該船將處于垂直取向中的風(fēng)輪機例如從岸上位置運輸?shù)胶Ｉ衔恢脮r，主動水平運動裝置在期望時可以操作，這允許降低在風(fēng)輪機上的力。
[0022]在該船的另一個優(yōu)選實施方案中，在所述剛性起重機結(jié)構(gòu)的所述第一垂直側(cè)面處，除了風(fēng)輪機支撐纜車之外，還設(shè)有第二纜車，該纜車可以在所述起重機結(jié)構(gòu)的所述第一垂直側(cè)面上沿著纜車引導(dǎo)件垂直運動，其中所述第二纜車支撐著第二風(fēng)輪機接合裝置，并且其中在所述第二纜車和所述相關(guān)的風(fēng)輪機接合裝置之間安裝有主動水平運動裝置，所述主動水平運動裝置適于主動補償由海況引起的所述風(fēng)輪機接合裝置在至少一個水平方向上、可能地在兩個非平行的水平方向上例如在兩個正交的水平方向上的水平移位，其中所述起重機允許所述風(fēng)輪機的所述桅桿在垂直間隔開的位置處與所述風(fēng)輪機接合裝置接合，以便在垂直取向中支撐所述桅桿，所述一個接合裝置主要支撐著所述風(fēng)輪機的重量，另一個接合裝置主要用來將所述風(fēng)輪機穩(wěn)定在垂直取向中。
[0023]在優(yōu)選實施方案中，風(fēng)輪機支撐纜車為下纜車，在其下端處或附近接合所述桅桿，并且第二纜車用來在更高的位置處接合所述桅桿。
[0024]優(yōu)選的是，在所述第一垂直側(cè)面處具有兩個纜車的實施方案中，起重機允許在沿著垂直方向間隔開至少20米優(yōu)選至少30米例如約40米的位置處所述桅桿與所述風(fēng)輪機接合裝置接合。
[0025]在另一個實施方案中，想到:僅在所述風(fēng)輪機重心上方因此在沿著其高度的單個位置而不是垂直間隔開很大距離的兩個位置處通過由所述風(fēng)輪機支撐纜車支撐的風(fēng)輪機接合裝置來接合所述風(fēng)輪機的桅桿。
[0026]要理解的是，在將桅桿下降到基座上并且將桅桿固定在基座上期間優(yōu)選采用其他措施來應(yīng)對任意不期望的垂直運動。為此優(yōu)選的是，風(fēng)輪機起重裝置還包括升起補償裝置，其適于補償風(fēng)輪機接合裝置的由于海況引起的垂直移位。采用這種船，設(shè)想這樣一種方法，其中在桅桿下端設(shè)置在預(yù)安裝好的基座上方的情況下，至少在將桅桿下降到基座上并且將桅桿固定在基座的步驟期間，升起補償裝置操作用來補償由于海況引起的桅桿下端相對于預(yù)安裝好的基座的垂直運動。具體地說，對于具有一個或多個起重絞盤和纜索的風(fēng)輪機起重裝置而言，在這里優(yōu)選的是，這些升起補償裝置在被動和主動實施方案或其混和實施方案中在本領(lǐng)域是公知的。例如起重裝置包括一個或多個絞盤和一根或多根起重纜索，通過(電動)絞盤的適當(dāng)操作和/或通過承載著讓起重纜索在其上通過的一個或多個纜索絞輪的一個或多個升起補償缸來形成升起補償。
[0027]在優(yōu)選的安裝方法中，至少在將桅桿下降到基座上并且將桅桿固定在基座的步驟期間，該船通過其船首或其船尾面對著波浪，并且所述主動水平運動裝置執(zhí)行所述一個或多個風(fēng)輪機接合裝置至少沿著所述船的縱向方向的主動水平運動。
[0028]最優(yōu)選的是，該船實施為將所述風(fēng)輪機保持在所述船的船首或船尾處，優(yōu)選保持在所述船的中間面中。該船還可以實施為不僅保持風(fēng)輪機而且還保持基座，它們中的一個保持在所述船的船首處，另一個保持在所述船的船尾處。
[0029]在優(yōu)選的實施方案中，所述船具有雙船體設(shè)計，其兩個平行船體通過中央橋接部或橫跨結(jié)構(gòu)連接以便形成大體上為Η形的甲板，從而在平行船體之間形成朝著所述船的船首和船尾的開放空間，其中所述剛性起重機結(jié)構(gòu)位于所述中央橋接部上方，優(yōu)選的是在所述中央橋接部上安裝有船員艙室。在該實施方案中，優(yōu)選的是，所述起重機設(shè)計成支撐風(fēng)輪機和基座兩者，其中一個位于在船首上的開放空間處，另一個位于在船尾處的開放空間處。
[0030]要理解的是，該船還可以具有在所述船的船首或船尾處形成單個開放空間的U形甲板，其中例如當(dāng)用該船僅輸送和/或安裝風(fēng)輪機而沒有基座時或者當(dāng)設(shè)想在不會操縱風(fēng)輪機時也能夠通過風(fēng)輪機起重裝置將基座保持在所述第一側(cè)面處時，所述起重機結(jié)構(gòu)位于在所述船的平行船體之間的橋接部上方。
[0031]優(yōu)選的是，在雙船體設(shè)計中，船體為SWATH型，這代表小型水面區(qū)域雙船體。這種已知的SWATH設(shè)計使得在海面處的船體橫截面積最小。通過減小在海面附近的船體積，即使在狂浪并且在相對較高的速度下也可以使得船的穩(wěn)定性最大。保持船漂浮所需的移位體積位于波浪下面，在那里它受到波浪作用更小。波浪激發(fā)隨著深度增大而成指數(shù)下降。SWATH設(shè)計船優(yōu)選地實現(xiàn)為使得:風(fēng)輪機被保持在船的船首或船尾處，并且在桅桿下降并且固定到基座上的步驟期間該船面對著波浪。設(shè)想SWATH設(shè)計導(dǎo)致在航行期間的搖擺運動很小，而且在這些安裝步驟中在零速度下，船體主要受到升起和顛簸。為此，在優(yōu)選實施方案中，主動水平運動裝置實施為在船的縱向方向上進行主動水平移位，主要用來補償由船的顛簸引起的在起重機結(jié)構(gòu)的升高水平處例如頂端處的移位。
[0032]在優(yōu)選的實施方案中，該船具有單個剛性起重機結(jié)構(gòu)，所述風(fēng)輪機起重裝置保持著風(fēng)輪機至少是其桅桿沿著起重機結(jié)構(gòu)的一個垂直側(cè)面例如懸吊在船的船首或船尾處，還設(shè)有基座起重裝置，它允許支撐以及并且以可控制方式使從其懸吊的基座沿著起重機結(jié)構(gòu)的相對垂直側(cè)面上升和下降。
[0033]要注意的是，該船只是用于安裝過程，而從岸上位置提供風(fēng)輪機是用另一艘船例如駁船來完成。但是也可以設(shè)想，這里所述的船還用于將風(fēng)輪機以及優(yōu)選還有基座從岸上位置運輸?shù)胶Ｉ习惭b位置。
[0034]如上所述，海況引起的浮動船的船運動與起重機結(jié)構(gòu)的所設(shè)想高度結(jié)合導(dǎo)致明顯的水平運動，這可以通過所述主動水平運動裝置來應(yīng)付。但是還可有利地是給該船進一步配備有包括一個或多個可動實心壓艙體的搖擺緩沖裝置，這些壓艙體在位于船體上的軌道上引導(dǎo)，優(yōu)選容納在船的船體的艙室內(nèi)例如容納在雙船體船的橋接部分內(nèi)，并且還配備有相關(guān)的移位驅(qū)動裝置和移位驅(qū)動控制裝置，所述驅(qū)動控制裝置適于引起所述一個或多個實心壓艙體的運動以便補償海況引起的船搖擺運動。在W02009/048322中描述了這種搖擺緩沖裝置的示例。
[0035]還可以想到，通過為顛簸緩沖裝置設(shè)置與上述搖擺緩沖裝置相同的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)來應(yīng)對船的顛簸，其包括在軌道上引導(dǎo)的一個或多個可動實心壓艙體以及相關(guān)的移位驅(qū)動裝置和移位驅(qū)動控制裝置，所述驅(qū)動控制裝置適于引起所述一個或多個實心壓艙體的運動以便補償由海況引起的船顛簸運動。如果船如所優(yōu)選的一樣為雙船體船，則優(yōu)選的是，顛簸緩沖裝置關(guān)聯(lián)于每個平行船體，優(yōu)選容納在船的相應(yīng)平行船體的艙室內(nèi)。
[0036]在這種用于搖擺或顛簸的緩沖裝置中，優(yōu)選通過一個或多個合適的傳感器來檢測出船的運動，并且驅(qū)動和控制系統(tǒng)可操作成響應(yīng)于一個或多個傳感器的檢測引起并控制實心搖擺緩沖壓艙體的運動以提供船的穩(wěn)定。
[0037]優(yōu)選的是，實心壓艙體為金屬塊。優(yōu)選的是，軌道由一根或多根導(dǎo)軌優(yōu)選只是筆直部分形成，在其上行駛有帶輪小車，該小車支撐著所述一個或多個金屬塊。這與在軌道上的鐵路客車類似。優(yōu)選的是，小車在任一端處與纜索連接，所述纜索圍繞著絞輪通到一個或多個絞盤優(yōu)選是電動絞盤，以使得小車按照往復(fù)的方式運動?？梢杂媒g盤的電動機來實現(xiàn)小車的制動，可以將制動能量暫時存儲在超級電容中，然后在期望對小車加速時將所存儲的能量再次輸送給馬達。這導(dǎo)致大量的能量節(jié)約以及在船的電力系統(tǒng)中的較小能量波動。
[0038]如果期望的話，則該船還可以設(shè)有穩(wěn)定鰭和/或水壓載系統(tǒng)。
[0039]在優(yōu)選的實施方案中，主動水平運動裝置包括一個或多個馬達供能的移位致動器組件，例如液壓供能組件，其包括栗和一個或多個液壓缸或具有水平移位纜索布置和具有馬達供能絞盤的絞盤組件。
[0040]在可能的實施方案中，主動水平運動裝置包括至少一個水平軌道，例如包括一根或多根導(dǎo)軌，以及由所述軌道支撐的載架，所述載架設(shè)有接合裝置，并且該主動水平運動裝置還包括移位驅(qū)動裝置和相關(guān)的移位驅(qū)動控制裝置，適于引起所述載架沿著所述軌道的運動。
[0041]在可能的實施方案中，主動水平運動裝置包括沿著第一水平方向延伸的第一組的一個或多個水平軌道，所述第一組支撐著至少一個第一載架，并且所述第一載架支撐著沿著與第一方向不同的第二水平方向延伸的第二組的一個或多個水平軌道，例如所述第一和第二方向為正交方向，所述第二組的一個或多個水平軌道支撐用來支撐所述接合裝置的一個或多個其他第二載架。
[0042]在優(yōu)選實施方案中，用于風(fēng)輪機支撐纜車的懸吊元件為例如與一個或多個絞盤例如滾筒絞盤或牽引絞盤結(jié)合的纜索，所述纜索優(yōu)選在支撐著纜車和風(fēng)輪機接合裝置的一個或多個下纜索絞輪組件上并且優(yōu)選在位于起重機結(jié)構(gòu)上的一個或多個頂部纜索絞輪組件上引導(dǎo)。
[0043]在可能的實施方案中，主動水平運動裝置安裝在起重機結(jié)構(gòu)優(yōu)選是與船體剛性連接的剛性起重機結(jié)構(gòu)和所述一個或多個懸吊元件之間。優(yōu)選的是，然后將每個懸吊元件懸掛在起重裝置的頂部懸吊構(gòu)件上，并且主動水平運動裝置安裝在起重機結(jié)構(gòu)優(yōu)選是剛性起重機結(jié)構(gòu)和所述一個或多個頂部懸吊構(gòu)件之間。優(yōu)選的是，所述一個或多個頂部懸吊構(gòu)件安裝在共同的可移動載架上，所述載架相對于起重機結(jié)構(gòu)以可運動方式受到支撐。
[0044]在可能的實施方案中，主動水平運動裝置包括位于一方面起重機結(jié)構(gòu)和另一方面接合結(jié)構(gòu)和/或懸吊構(gòu)件可能地頂部懸吊構(gòu)件之間的水平移位纜索布置，并且其中纜索布