漂浮安装及移船作业的多点锚泊定位系统以及移船方法技术方案

本发明专利技术提供了一种漂浮安装及移船作业的多点锚泊定位系统以及移船方法，本发明专利技术通过综合各项因素建立多点锚泊定位系统，锚绳起抛艇按照指定顺序依次将各根定位锚绳从当前位置起锚并航行至指定位置后抛锚，通过依次调整各根锚绳的泊距进而拖动海上风电安装船，保障海上风电安装船安装作业的顺利进行。本发明专利技术通过自身的起抛锚作业及系泊缆的收放配合有效解决了海上风电场桩基安装作业过程中的转场移船作业需求。

【技术实现步骤摘要】
漂浮安装及移船作业的多点锚泊定位系统以及移船方法
本专利技术涉及海上风电场的安装，具体涉及到一种漂浮安装及移船作业的多点锚泊定位系统以及移船方法。
技术介绍
近年来，全球海上风电新增装机容量保持年均12％左右的增长幅度，累计装机容量预计从2014年的8770MW增至2024年的57980MW。目前，我国是全球第四大海上风电国，占据全球海上风电8.4％的市场份额，海上风机基础及风机的安装、维护等技术需要专业的海上风电安装船来实现。目前海上风机基础的安装主要有两种形式：(1)浮吊+导向架；(2)自升式平台+专用抱桩器。通过调研，结合业主船队丰富的浮吊安装施工经验，从保证风机基础安装作业精度和效率、避免自升式平台插拔桩的风险、降低初建和作业成本的角度考虑，通常采用浮吊方案。海上浮吊作业需要通过锚泊定位系统实现，一般风电场有几十到上百台风电机组组成，在风电安装船完成单桩吊装后，需要重新起锚，并借助拖船移动到新的船位再次抛锚，进行安装作业。整个风电场的风机安装过程需要配置若干拖船值守，安装作业的成本显著提高，如果为风电安装船配备推进系统实现自航移位，又会花费巨大的初投资和后期维护成本。为解决海上风电场桩基安装的定位及移船问题，我们从经济性、安全性和高效性出发，专利技术了一种可实现漂浮安装及移船作业的八点锚泊定位系统，从而取代为海上风电安装船配置拖船及推进系统。海上风机主要是由底部基础、塔架、风机机舱、叶片等部分组成。海上风机的安装过程通常分为两个阶段，首先是建造安装基础，然后在基础上安装风机组件(塔架、机舱、叶片等)。安装风机的方法主要有分体安装法和整体安装法两种，其中分体安装是目前最成熟和应用最广泛的。早期安装海上风机主要是通过浮式起重船或者自升式平台。起重船由于作业海况受到严格限制，施工效率低，主要用于海上风电场开发初期的风机整体安装示范项目，海上风电进入大规模安装后已经很少使用。以往的自升式平台多为海洋工程安装平台、多功能平台或是经过改造的平台，其优点在于安装作业的稳定性好，不受海浪的影响，缺点是不能自航，需要由其它辅助船舶来支持，插拔桩作业具有一定的危险性。伴随海上风力发电的迅速发展，新建或者改装的专业化海上风电场安装船逐步面世。根据海上风机安装作业模式的不同，现有专业的海上风电安装船主要分为自升式、漂浮式、坐底式等多种形式。针对自升式风电安装船，可以是自航也可以是非自航的形式，作业时通过桩腿下放入泥实现定位功能，其船体不受波浪载荷的影响，适应风浪环境条件能力强。若具备自航能力，除初投资造价较高外，还会占用一定可变载荷；若不具备自航能力，需要配备专门的拖船实现不同风电机组间的转场，操作不便，施工效率低，且对波高、风速、表面流速等环境参数要求较高。针对漂浮式风电安装船，一般为起重船，可以实现浮吊作业，可自航亦可非自航，针对自航形式，可配备动力定位系统实现定位浮吊作业，定位精度高，作业周期短，灵活方便，且可以通过自身动力实现79FB船作业，同时免予配置锚泊定位设备，但是作业过程成本较高；有些可配备锚泊定位系统来实漂浮定位。针对非自航形式，多配备锚泊定位系统，但是风机机位间的转场移位作业仍需通过拖轮实现。针对坐底式风电安装船，其稳定性较好，初建成本低，可以抵御恶劣的气象窗口，但是作业水深有限，对坐底区域的地质条件要求较高，允许作业的海域范围受到较大限制。
技术实现思路
本专利技术提供了一种利用锚绳拖移的海上风电安装船，通过自身的起抛锚作业及系泊缆的收放配合有效解决了海上风电场桩基安装作业过程中的转场移船作业需求，可以免予配置配合移船作业的若干拖轮，同时不用单独为风电安装船配置动力系统，使整个安装作业更加经济高效。同时创新地整合了满足漂浮安装作业及移船作业两种任务功能下锚泊定位系统的设计方法，提出了一种新的锚泊定位系统设计的综合理念。具体方案如下：一种漂浮安装及移船作业的多点锚泊定位系统，所述多点锚泊定位系统用于拖移海上风电安装船，在所述海上风电安装船的船头和船尾均设置有数量相同的导缆设备，所述导缆设备包括有定位锚绞车和定位锚绳，定位锚绳末端设置有定位锚，且该海上风电安装船还配置有锚绳起抛艇，其特征在于，所述多点锚泊定位系统包括：移船距离测算模块，用于确定单次起抛锚所需的最大移船距离；水动力分析模块，用于建立风电安装作业船的水动力分析模型，计算船体的一阶波浪载荷以及在锚泊定位状态下船体的二阶波浪载荷；多点锚泊定位系统初步建立模块，根据锚泊定位的要求建立初始多点锚泊定位系统，以确定如下参数：系泊缆的直径、破断负荷、单位长度湿重以及系泊缆与船体的夹角、水平泊距；耦合分析模块，用于将船体受到的风、浪、流载荷作为多点锚泊定位系统的输入条件，通过时域求解，计算3小时内船体的运动响应及系泊缆受力的时历曲线，提取极值；校核模块，校核船体的运动响应是否满足风机安装的工艺要求，以及核算系泊缆破断负荷与受力极值的比值是否满足规范要求；优化模块，根据校核模块的校核结果对初始多点锚泊定位系统进行优化，进而建立最终的多点锚泊定位系统。进一步的，所述海上风电安装船上布置有8个导缆设备，其中4个导缆设备的定位锚绳左右对称布置在船头，其余4个导缆设备的定位锚绳左右对称布置在船尾。进一步的，各导缆设备均配置有若干水平导缆器，定位锚绳依次穿过各水平导缆器并张紧，且其中一水平导缆器设于船头或者船尾处。一种基于多点锚泊定位系统来拖移海上风电安装船的方法，在所述海上风电安装船的船头和船尾均设置有数量相同的导缆设备，所述导缆设备包括有定位锚绞车和定位锚绳，定位锚绳末端设置有定位锚，且该海上风电安装船还配置有锚绳起抛艇，包括如下步骤：S1、根据海上风电场的作业海域条件以及海上风电场桩基的布置情况，确定单次起抛锚所需的最大移船距离；S2、建立海上风电安装船的水动力分析模型，计算船体的一阶波浪载荷以及在锚泊定位状态下船体的二阶波浪载荷；S3、根据锚泊定位的要求，建立初始多点锚泊定位系统，以确定如下参数：系泊缆的直径、破断负荷、单位长度湿重以及系泊缆与船体的夹角、水平泊距参数；S4、建立船体与系泊缆的耦合分析模型，将船体受到的风、浪、流载荷作为锚泊定位系统的输入条件，通过时域求解，计算3小时内船体的运动响应及系泊缆受力的时历曲线，提取极值；S5、校核船体的运动响应是否满足风机安装的工艺要求，核算系泊缆破断负荷与受力极值的比值是否满足规范要求，如不满足规范要求返回至步骤S3调整初始多点锚泊定位系统后至步骤S4进行再次计算，直至多点锚泊定位系统满足设计要求；S6、针对满足规范要求的初步锚泊定位系统方案计算结果，根据多点锚泊定位系统计算中单根缆绳的最大受力、最大泊距、移船工况下出缆长度、移船速度来确定定位锚绞车主要参数；根据计算中单个锚点所需要的抓地力来确定定位锚的型式与重量；根据定位锚绞车外形尺寸以及实船空间合理布置设备，完成导缆设备在海上风电安装船上的布置方案；S7、针对风电场单桩安装的锚泊定位系统设计以及单次起抛锚移船的要求，设计出起抛锚的顺序，并在给定的移船作业环境条件下，针对起抛锚的每一步校核锚泊系统能否满足规范要求且设备能否满足设计要求，如不满足对导缆设备进行选型优化；S8、利用锚绳起抛艇按照指定顺序依次将各根定位锚绳从当前位置起锚并航行至指定位置后抛锚，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种漂浮安装及移船作业的多点锚泊定位系统，所述多点锚泊定位系统用于拖移海上风电安装船，在所述海上风电安装船的船头和船尾均设置有数量相同的导缆设备，所述导缆设备包括有定位锚绞车和定位锚绳，定位锚绳末端设置有定位锚，且该海上风电安装船还配置有锚绳起抛艇，其特征在于，所述多点锚泊定位系统包括：移船距离测算模块，用于确定单次起抛锚所需的最大移船距离；水动力分析模块，用于建立风电安装作业船的水动力分析模型，计算船体的一阶波浪载荷以及在锚泊定位状态下船体的二阶波浪载荷；多点锚泊定位系统初步建立模块，根据锚泊定位的要求建立初始多点锚泊定位系统，以确定如下参数：系泊缆的直径、破断负荷、单位长度湿重以及系泊缆与船体的夹角、水平泊距；耦合分析模块，用于将船体受到的风、浪、流载荷作为多点锚泊定位系统的输入条件，通过时域求解，计算3小时内船体的运动响应及系泊缆受力的时历曲线，提取极值；校核模块，校核船体的运动响应是否满足风机安装的工艺要求，以及核算系泊缆破断负荷与受力极值的比值是否满足规范要求；优化模块，根据校核模块的校核结果对初始多点锚泊定位系统进行优化，进而建立最终的多点锚泊定位系统。

【技术特征摘要】
1.一种漂浮安装及移船作业的多点锚泊定位系统，所述多点锚泊定位系统用于拖移海上风电安装船，在所述海上风电安装船的船头和船尾均设置有数量相同的导缆设备，所述导缆设备包括有定位锚绞车和定位锚绳，定位锚绳末端设置有定位锚，且该海上风电安装船还配置有锚绳起抛艇，其特征在于，所述多点锚泊定位系统包括：移船距离测算模块，用于确定单次起抛锚所需的最大移船距离；水动力分析模块，用于建立风电安装作业船的水动力分析模型，计算船体的一阶波浪载荷以及在锚泊定位状态下船体的二阶波浪载荷；多点锚泊定位系统初步建立模块，根据锚泊定位的要求建立初始多点锚泊定位系统，以确定如下参数：系泊缆的直径、破断负荷、单位长度湿重以及系泊缆与船体的夹角、水平泊距；耦合分析模块，用于将船体受到的风、浪、流载荷作为多点锚泊定位系统的输入条件，通过时域求解，计算3小时内船体的运动响应及系泊缆受力的时历曲线，提取极值；校核模块，校核船体的运动响应是否满足风机安装的工艺要求，以及核算系泊缆破断负荷与受力极值的比值是否满足规范要求；优化模块，根据校核模块的校核结果对初始多点锚泊定位系统进行优化，进而建立最终的多点锚泊定位系统。2.如权利要求1所述的漂浮安装及移船作业的多点锚泊定位系统，其特征在于，所述海上风电安装船上布置有8个导缆设备，其中4个导缆设备的定位锚绳左右对称布置在船头，其余4个导缆设备的定位锚绳左右对称布置在船尾。3.如权利要求1所述的漂浮安装及移船作业的多点锚泊定位系统，其特征在于，各导缆设备均配置有若干水平导缆器，定位锚绳依次穿过各水平导缆器并张紧，且其中一水平导缆器设于船头或者船尾处。4.一种基于多点锚泊定位系统来拖移海上风电安装船的方法，在所述海上风电安装船的船头和船尾均设置有数量相同的导缆设备，所述导缆设备包括有定位锚绞车和定位锚绳，定位锚绳末端设置有定位锚，且该海上风电安装船还配置有锚绳起抛艇，其特征在于，包括如下步骤：S1、根据海上风电场的作业海域条件以及海上风电场桩基的布置情况，确定单次起抛锚所需的最大移船距离；S2、建立海上风电安装船的水动力分析模型，计算船体的一阶波浪载荷以及在锚泊定位状态下船体的二阶波浪载荷；S3、根据锚泊定位的要求，建立初始多点锚泊定位系统，以确...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦尧，何静，田彧，陆晟，
申请(专利权)人：上海船舶研究设计院中国船舶工业集团公司第六零四研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31