一种张力腿风电平台的筋腱自安装方法与流程

1.本发明涉及张力腿风电平台安装技术领域，具体为一种张力腿风电平台的筋腱自安装方法。


背景技术：

2.目前，漂浮式风电平台已成为海上风电开发的重要设施之一，而张力腿风电平台由于其优越的运动性能和轻量化稳定结构，逐渐成为继半潜风电之后下一代漂浮式风电的代表形式。张力腿风电平台通过张力筋腱连接的“张力腿”垂直系泊，使用韧性很大的管件或连杆将张力腿与海底的锚定设备相连接，其结构较单立柱式(spar)更紧凑，较半潜平台(semi)更简单，其通过自身结构产生的浮力远大于重力，剩余浮力与张力腿的预张力平衡。
3.张力腿风电平台具备吃水小、系泊占用海域面积小、结构小巧紧致等优点；但上述特点在海上安装阶段，同样会造成了安装过程复杂，资源限制、工程风险及费用巨大等问题，具体包括如下：
4.由于张力腿风电平台的超额浮力，其在拖航时存在自稳性差等问题，进而需要相应配重或特殊拖航措施；
5.考虑到水深和运输限制，张力腿一般会由若干根张力筋腱构成；以往安装方案是采用专业安装船进行高空竖直吊装、悬臂对接锁紧以及水下整体移位等复杂作业，但不仅造成专用船舶的高昂动复员费，同时存在安装资源限制风险；
6.在平台回接之前，整根张力腿需要利用中浮特性在一段时间的自由站立和临时限位，这样安装临时浮筒进行支撑和扶正，其同样增加了安装拆除成本和安全风险隐患。


技术实现要素：

7.本发明的目的就在于为了解决上述至少一个技术问题而提供一种张力腿风电平台的筋腱自安装方法。
8.第一方面，本发明实施例提供了一种张力腿风电平台的筋腱自安装方法，包括：将待安装张力腿的张力筋腱在目标张力腿风电平台对应立柱上利用堆场钢桩集中排放；所述待安装张力腿包括多根张力筋腱，所述目标张力腿风电平台包括多个立柱，每个立柱顶部位置设有上部绞车和关节吊；将所述目标张力腿风电平台拖航至目标安装地点；所述目标安装地点为集中式基盘的正上方位置；利用水下机器人配合所述上部绞车，将导向缆连接到所述集中式基盘上的导向缆接收装置；通过所述关节吊对第一张力筋腱进行抓管，基于所述导向缆送至下放盘处利用下部导向器进行固定，并基于筋腱中部限位器进行临时固定；所述第一张力筋腱为所述多根张力筋腱中的一根张力筋腱；所述下放盘为设置于所述立柱侧面的固定装置；将除所述第一张力筋腱之外的其余张力筋腱分别抓管至所述第一筋腱的耦合连接器处中心对齐，并通过机械臂上紧卸扣锁紧；在所述下放盘处利用上部导向器对所述多跟张力筋腱中的顶部张力筋腱进行临时固定；基于所述导向缆将所述待安装张力腿保持竖直，并将所述待安装张力腿的底部球头与所述集中式基盘的筋腱接收装置连
接；基于所述目标张力腿风电平台的压载系统和所述导向缆，将所述待安装张力腿的顶部接头固定于所述下放盘，并将所述待安装张力腿达到预设张紧力。
9.进一步地，将所述目标张力腿风电平台拖航至目标安装地点，包括：通过拖轮将所述目标张力腿风电平台拖航至所述目标安装地点。
10.进一步地，利用水下机器人配合所述上部绞车，将导向缆连接到所述集中式基盘上的导向缆接收装置，包括：由所述上部绞车通过所述下放盘将所述导向缆进行下放；由所述水下机器人将所述导向缆牵引至所述导向缆接收装置。
11.进一步地，在所述下放盘处利用上部导向器对所述多跟张力筋腱中的顶部张力筋腱进行临时固定，包括：在所述顶部张力筋腱通过所述下放盘时，安装所述上部导向器。
12.进一步地，基于所述导向缆将所述待安装张力腿保持竖直，并将所述待安装张力腿的底部球头与所述集中式基盘的筋腱接收装置连接，包括：基于所述待安装张力腿的自重和所述导向缆对所述待安装张力腿的牵引，保持所述待安装张力腿的竖直状态；基于所述水下机器人将所述待安装张力腿的底部球头与所述筋腱接收装置连接。
13.进一步地，基于所述目标张力腿风电平台的压载系统和所述导向缆，将所述待安装张力腿的顶部接头固定于下放盘，并将所述待安装张力腿达到预设张紧力，包括：通过所述目标张力腿风电平台的压载系统，将所述目标张力腿风电平台吃水减少到工作吃水；利用所述导向缆，将所述待安装张力腿的顶部接头回接至所述下放盘，并由上部锁紧装置固定；启动所述目标张力腿风电平台排载，使所述待安装张力腿达到预设张紧力。
14.本发明提供了一种张力腿风电平台的筋腱自安装方法，利用立柱空间在张力腿风电平台拖航过程实现张力筋腱的组合拖航运输，通过导向缆、关节吊、机械臂等临时安装设施的张力筋腱的自安装方法，避免了使用额外的张力腿运输船，同时比传统张力腿安装船、张力腿单根安装工艺以及临时浮筒自由站立措施更为高效、经济以及安全，缓解了现有技术中存在的安装过程复杂、资源限制、工程风险及费用巨大等技术问题。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本发明实施例提供的一种张力腿风电平台的筋腱自安装方法的流程图；
17.图2为本发明实施例提供的一种张力腿风电平台的示意图；
18.图3为本发明实施例提供的一种张力腿风电平台的拖航示意图；
19.图4为本发明实施例提供的一种导向缆下放示意图；
20.图5为本发明实施例提供的一种张力腿的结构示意图；
21.图6为本发明实施例提供的一种张力筋腱下放示意图；
22.图7为本发明实施例提供的另一种张力筋腱下放示意图；
23.图8为本发明实施例提供的一种张力腿安装完成示意图。
24.图中：10、目标张力腿风电平台，11、立柱，12、下放盘，13、集中式基盘，14、吸力桶，15、导向缆接收装置，20、张力腿系统，21、底部球头，22、筋腱接收装置，23、张力筋腱，24、筋
腱中部限位器，25、筋腱耦合连接器，26、顶部接头，27、筋腱上部锁紧装置，30、临时自安装设备，31、上部绞车，32、导向缆，33、关节吊，34、机械臂，35、上部导向器，36、下部导向器，41、拖轮，42、水下机器人。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.图1是根据本发明实施例提供的一种张力腿风电平台的筋腱自安装方法的流程图。如图1所示，该方法具体包括如下步骤：
27.步骤s102，将待安装张力腿的张力筋腱在目标张力腿风电平台对应立柱上利用堆场钢桩集中排放。
28.步骤s104，将目标张力腿风电平台拖航至目标安装地点；目标安装地点为集中式基盘的正上方位置。
29.步骤s106，利用水下机器人配合上部绞车，将导向缆连接到集中式基盘上的导向缆接收装置。
30.步骤s108，通过关节吊对第一张力筋腱进行抓管，基于导向缆送至下放盘处利用下部导向器进行固定，并基于筋腱中部限位器进行临时固定；第一张力筋腱为多根张力筋腱中的一根张力筋腱。下放盘为设置于立柱侧面的固定装置
31.步骤s110，将除第一张力筋腱之外的其余张力筋腱分别抓管至第一筋腱的耦合连接器处中心对齐，并通过机械臂上紧卸扣锁紧。
32.步骤s112，在下放盘处利用上部导向器对多跟张力筋腱中的顶部张力筋腱进行临时固定。具体地，在顶部张力筋腱通过下放盘时，安装上部导向器，后续将通过上下导向器配合绞车实现整根张力腿的安全下放。
33.步骤s114，基于导向缆将待安装张力腿保持竖直，并将待安装张力腿的底部球头与集中式基盘的筋腱接收装置连接。
34.具体地，基于待安装张力腿的自重和导向缆对待安装张力腿的牵引，保持待安装张力腿的竖直状态；基于水下机器人将待安装张力腿的底部球头与筋腱接收装置连接。
35.在本发明实施例中，利用待安装张力腿的自重和导向缆的牵引，保持整根张力腿的竖直状态和精准定位，后续基于水下机器人的操作确认待安装张力腿的底部球头进入集中式基盘的筋腱接收装置，进而实现张力腿的半自由站立。
36.步骤s116，基于目标张力腿风电平台的压载系统和导向缆，将待安装张力腿的顶部接头固定于下放盘，并将待安装张力腿达到预设张紧力。
37.本发明提供了一种张力腿风电平台的筋腱自安装方法，利用立柱空间在张力腿风电平台拖航过程实现张力筋腱的组合拖航运输，通过导向缆、关节吊、机械臂等临时安装设施的张力筋腱的自安装方法，避免了使用额外的张力腿运输船，同时比传统张力腿安装船、张力腿单根安装工艺以及临时浮筒自由站立措施更为高效、经济以及安全，缓解了现有技术中存在的安装过程复杂、资源限制、工程风险及费用巨大等技术问题。
38.图2是根据本发明实施例提供的一种张力腿风电平台的示意图。如图2所示，目标张力腿风电平台10包括张力腿系统20，通过上面设置的临时自安装设备30对待安装张力腿进行自安装。其中，临时自安装设备30包括上部绞车31、关节吊33和机械臂34。
39.图3是根据本发明实施例提供的一种张力腿风电平台的拖航示意图。如图3所示，待安装张力腿包括多根张力筋腱23，目标张力腿风电平台10包括多个立柱11，每个立柱11顶部位置设有上部绞车31和关节吊33。
40.可选地，如图3所示，多个张力筋腱23在立柱11上利用堆场钢桩集中有序排放。在本发明实施例中，拖航前将立柱对应的张力筋腱的净重作为目标张力腿风电平台拖航稳定的一部分设置，与目标张力腿风电平台的压载系统配合实现安装过程中多浮态调整。
41.可选地，目标张力腿风电平台的立柱上排放的张力筋腱已在端部安装了筋腱耦合连接器，且排管顺序及方向与自安装程序保持统一。
42.如图3所示，集中式基盘13包含吸力筒14、筋腱接收装置22以及导向缆接收装置15，集中式基盘13通过运输机具提前安装在目标安装地点。
43.可选地，如图3所示，通过拖轮41将目标张力腿风电平台10拖航至目标安装地点，并进行精准定位。
44.图4是根据本发明实施例提供的一种导向缆下放示意图。如图4所示，由上部绞车31通过下放盘12将导向缆32进行下放；然后由水下机器人42将导向缆32牵引至导向缆接收装置15。
45.其中，如图4所示，下放盘12布置在立柱11的两侧，功能主要包括：导向缆32的临时固定；张力筋腱23安装过程的筋腱中部限位器24临时限位固定；张力腿的顶部接头26就位后筋腱上部锁紧装置27的永久固定。
46.图5是根据本发明实施例提供的一种张力腿的结构示意图。如图5所示，待安装张力腿包括底部球头21、多根张力筋腱23、筋腱中部限位器24、筋腱耦合连接器25、顶部接头26和筋腱上部锁紧装置27。
47.图6是根据本发明实施例提供的一种张力筋腱下放示意图。如图6所示，关节吊33为目标张力腿风电平台10的立柱11上临时用自安装设备，主要功能是实现立柱11至下放盘12之间距离的张力筋腱23高效抓管及高度扶正。
48.图7是根据本发明实施例提供的另一种张力筋腱下放示意图。如图7所示，底部张力筋腱在底部球头通过下放盘12后，安装下部导向器36，进而保证张力筋腱安装精度和安装速度。
49.张力筋腱23在下放过程中，将由筋腱中部限位器24在下放盘12上表面进行临时限位固定。
50.具体地，如图6所示，机械臂34在关节吊33配合下，利用内部滚轮及扶正器实现上部张力筋腱与筋腱耦合连接器的卸扣连接。通过上述工机具和操作配合，可在各自立柱上实现多节张力筋腱的下放、连接及导向等作业。
51.如图7所示，顶部张力筋腱的顶部接头26通过上部导向器35固定。
52.具体地，在本发明实施例中，步骤s116还包括如下步骤：
53.步骤s1161，通过目标张力腿风电平台的压载系统，将目标张力腿风电平台吃水减少到工作吃水。
54.步骤s1162，利用导向缆，将待安装张力腿的顶部接头回接至下放盘，并由上部锁紧装置固定。
55.在本发明实施例中，通过目标张力腿风电平台的平衡压载，缩小平台与集中式基盘距离，直至张力腿顶部接头插入下放盘中心。
56.图8是根据本发明实施例提供的一种张力腿安装完成示意图。如图8所示，顶部接头26沿导向缆水面端下方安装筋腱上部锁紧装置27，最终使张力腿与平台可靠固定。
57.步骤s1163，启动目标张力腿风电平台排载，使待安装张力腿达到预设张紧力。
58.在本发明实施例中，回收导向缆、导向抱夹、关节吊、机械臂等临时安装设施的同时，启动目标张力腿风电平台的排载系统，实现张力腿达到设计的预张紧力，完成自安装全过程。该自安装方案在张力腿回收/维修/复用时同样发挥低成本和高效率的优点。
59.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
60.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种张力腿风电平台的筋腱自安装方法，其特征在于，包括：将待安装张力腿的张力筋腱在目标张力腿风电平台对应立柱上利用堆场钢桩集中排放；所述待安装张力腿包括多根张力筋腱，所述目标张力腿风电平台包括多个立柱，每个立柱顶部位置设有上部绞车和关节吊；将所述目标张力腿风电平台拖航至目标安装地点；所述目标安装地点为集中式基盘的正上方位置；利用水下机器人配合所述上部绞车，将导向缆连接到所述集中式基盘上的导向缆接收装置；通过所述关节吊对第一张力筋腱进行抓管，基于所述导向缆送至下放盘处利用下部导向器进行固定，并基于筋腱中部限位器进行临时固定；所述第一张力筋腱为所述多根张力筋腱中的一根张力筋腱；所述下放盘为设置于所述立柱侧面的固定装置；将除所述第一张力筋腱之外的其余张力筋腱分别抓管至所述第一筋腱的耦合连接器处中心对齐，并通过机械臂上紧卸扣锁紧；在所述下放盘处利用上部导向器对所述多跟张力筋腱中的顶部张力筋腱进行临时固定；基于所述导向缆将所述待安装张力腿保持竖直，并将所述待安装张力腿的底部球头与所述集中式基盘的筋腱接收装置连接；基于所述目标张力腿风电平台的压载系统和所述导向缆，将所述待安装张力腿的顶部接头固定于所述下放盘，并将所述待安装张力腿达到预设张紧力。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将所述目标张力腿风电平台拖航至目标安装地点，包括：通过拖轮将所述目标张力腿风电平台拖航至所述目标安装地点。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：利用水下机器人配合所述上部绞车，将导向缆连接到所述集中式基盘上的导向缆接收装置，包括：由所述上部绞车通过所述下放盘将所述导向缆进行下放；由所述水下机器人将所述导向缆牵引至所述导向缆接收装置。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述下放盘处利用上部导向器对所述多跟张力筋腱中的顶部张力筋腱进行临时固定，包括：在所述顶部张力筋腱通过所述下放盘时，安装所述上部导向器。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：基于所述导向缆将所述待安装张力腿保持竖直，并将所述待安装张力腿的底部球头与所述集中式基盘的筋腱接收装置连接，包括：基于所述待安装张力腿的自重和所述导向缆对所述待安装张力腿的牵引，保持所述待安装张力腿的竖直状态；基于所述水下机器人将所述待安装张力腿的底部球头与所述筋腱接收装置连接。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：基于所述目标张力腿风电平台的压载系统和所述导向缆，将所述待安装张力腿的顶部接头固定于下放盘，并将所述待安装张力腿达到预设张紧力，包括：通过所述目标张力腿风电平台的压载系统，将所述目标张力腿风电平台吃水减少到工作吃水；利用所述导向缆，将所述待安装张力腿的顶部接头回接至所述下放盘，并由上部锁紧
装置固定；启动所述目标张力腿风电平台排载，使所述待安装张力腿达到预设张紧力。

技术总结
本发明公开了一种张力腿风电平台的筋腱自安装方法，利用立柱空间在张力腿风电平台拖航过程实现张力筋腱的组合拖航运输，通过导向缆、关节吊、机械臂等临时安装设施的张力筋腱的自安装方法，避免了使用额外的张力腿运输船，同时比传统张力腿安装船、张力腿单根安装工艺以及临时浮筒自由站立措施更为高效、经济以及安全，缓解了现有技术中存在的安装过程复杂、资源限制、工程风险及费用巨大等技术问题。工程风险及费用巨大等技术问题。工程风险及费用巨大等技术问题。


技术研发人员：尚景宏 喻西崇 张传涛 李晶 刘小燕 刘超 许瑞生 吴雨霏
受保护的技术使用者：中海石油（中国）有限公司北京新能源分公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/9/9