專利名稱：具有多類型樁腿的超大型自升式風電安裝船及其設計方法
技術領域：
本發明涉及海工平臺和大型船舶的建造領域，特別是一種具有多類型樁腿的超大型自升式風電安裝船及其設計方法。
背景技術：
隨著全球經濟的全面發展，能源問題已成為一個世界性的問題，開發、利用新型能源替代產品已成為世界各國相關領域專家的研究方向。風能是一種蘊藏豐富、分布廣泛、清潔而可再生的能源，也是最重要的能源替代品之一。隨著陸地風電場的運營和海洋技術的發展，海上風力發電逐漸開始形成，發展形勢急劇升溫。特別是近兩三年來，隨著各國政府的不斷重視，海上風電事業得到全面發展。在這個大背景下，作為海上風電事業發展的基礎 設備，風電安裝船成為現代船舶制造行業的一個新的發展方向。風電安裝船(Wind TurbineInstallation Vessel，簡稱WTIV)，又稱為海上風電場工程船、風車安裝船，是集運輸、起重、升降和航行功能于一身的專用海上風機安裝工程船。超大型自升式風電安裝船屬于第二代海上風機安裝工程船。樁腿為支持在海底并利用升降裝置升降船體的殼體式或桁架式結構。因此自升式風電安裝船樁腿結構型式歸納起來就有兩種殼體式和桁架式。殼體式優點是結構簡單，制造容易，強度主要通過采用超高超厚強度板來實現，相對桁架式結構占船體面積小，但其受風浪作用面積大；桁架式樁腿受風浪作用面積小，可提高船體穩定性，減少平臺重量、提高船體的有效載荷，但建造工藝復雜，造價較高。超大型自升式風電安裝船一般具有4、6或者8跟樁腿。從已有和在建的超大型風電安裝項目來看，所有超大型風電安裝船采用的都是單一類型的樁腿，而且現階段主要采用的是殼體式樁腿，極少數采用了桁架式類型。超大型風電安裝船的載荷分布是樁腿設計的主要考慮因素之一，根據不同的載荷分布，選用合理的樁腿類型是設計人員的一項主要工作。單一殼體式樁腿風電安裝船雖然結構簡單，制造容易，但是極大地限制了超大型風電安裝船的裝載能力和工作水深，因此主要應用于中小型風電安裝船；單一桁架式樁腿風電安裝船則適應了超大型風電安裝船大的裝載能力和深的工作水深的要求，但是建造工藝復雜，造價較高。樁腿的設計和建造仍然是制約超大型風電安裝船發展的關鍵因素之一。
發明內容
本發明的目的是要克服以上不足，跳出現階段設計和建造超大型風電安裝船項目具有單一類型樁腿的思維定勢，提供一種基于載荷分布的超大型自升式風電安裝船多類型樁腿設計方案，設計出充分結合殼體式樁腿和桁架式樁腿的優勢的具有多類型樁腿的超大型自升式風電安裝船。本發明的目的通過以下技術方案來實現一種具有多類型樁腿的超大型自升式風電安裝船，包括船體，船體上安放著船載貨物和直升機平臺，船體與桁架式樁腿通過齒輪齒條式升降系統連接，桁架式樁腿的下部固定連接有桁架式樁腿樁靴，桁架式樁腿上配有吊機旋轉臺，吊機旋轉臺與吊機固定連接，船體和殼體式樁腿通過液壓插銷式升降系統連接，船體和殼體式樁腿通過固樁區穩固，殼體式樁腿的下部固定連接有殼體式樁腿樁靴。—種多類型樁腿的超大型自升式風電安裝船的設計方法，主要包括優化船體載荷分布、設計多類型樁腿升降系統、安排多類型樁腿在船體上的分布，這三個步驟具體為
A、優化超大型風電安裝船的載荷分布，強調載荷分布相對集中和載荷分布均勻相結合的原則將主要載荷集中分布到靠近桁架式樁腿和殼體式樁腿的區域，船尾部樁腿載重略高于船頭部載重，船體中間部分載荷略高于兩頭；保證整船的載荷分布比較均勻，即載荷相差不要太大；
B、根據載荷分布相對集中和載荷分布均勻相結合的原則，設計多類型樁腿升降系統，采用2種主要的樁腿類型桁架式樁腿和殼體式樁腿，結合殼體式樁腿結構簡單、制造容易和桁架式樁腿可提高船體穩定性，減少平臺重量、提高船體的有效載荷的優點；
C、根據載荷分布原則和采用的樁腿類型，安排多類型樁腿在船體上的分布所述桁架式樁腿安排在靠近船尾處，殼體式樁腿安排在靠近船頭處；桁架式樁腿采用的升降系統為齒輪齒條型，而所述殼體式樁腿采用的是液壓插銷式升降系統。本發明的進一步改進在于船體長度范圍為110m-140m，寬度范圍為35m_50m。本發明的進一步改進在于桁架式樁腿的根數為2根，2根桁架式樁腿的長度相等，桁架式樁腿的長度為70m-90m。本發明的進一步改進在于殼體式樁腿的根數為2根，2根殼體式樁腿的長度相等，殼體式樁腿長度與桁架式樁腿的長度相差不超過lm。本發明的進一步改進在于吊機旋轉臺安裝在其中一根桁架式樁腿上。本發明的進一步改進在于殼體式樁腿可采用的類型為方箱殼體式樁腿和圓柱形殼體式樁腿當單根樁腿最大工作承受載荷范圍為2500t-4000t，是采用方箱殼體式樁腿；當單根樁腿最大工作承受載荷范圍為3500t-5500t，是采用圓柱形殼體式樁腿。本發明與現有技術相比具有以下優點
本發明提出的超大型風電安裝船多類型樁腿設計方案，結合了殼體式和桁架式兩種類型樁腿的優點在工作能力方面，相對于單一殼體式樁腿類型風電安裝船，大大的提高了超大型風電安裝船的載重能力和工作水深；在制作工藝和成本方面，比單一桁架式樁腿類型的風電安裝船降低了工藝的復雜程度和成本。
圖I是超大型風電安裝船多類型樁腿設計方案的主視 圖2是超大型風電安裝船多類型樁腿設計方案的俯視 附圖標號1一船體，2一吊機旋轉臺，3—吊機,4一祐1架式樁腿，5一船載貨物，6—殼體式樁腿，7—固樁區，8—直升機平臺，9一殼體式樁腿樁靴，10—析架式樁腿樁靴。
具體實施例方式為了加深對本發明的理解，下面將結合實施例和附圖對本發明作進一步詳述，該實施例僅用于解釋本發明，并不構成對本發明保護范圍的限定。如圖I和圖2本發明示出了直升機平臺的翻轉式吊裝方法的一種具體實施方式
，一種具有多類型樁腿的超大型自升式風電安裝船，包括船體1，船體I安放著船載貨物5和直升機平臺8，船體I與桁架式樁腿4通過齒輪齒條式升降系統連接，桁架式樁腿4的下部固定連接有桁架式樁腿樁靴10，桁架式樁腿4上配有吊機旋轉臺2，吊機旋轉臺2與吊機3固定連接，船體I和殼體式樁腿6通過液壓插銷式升降系統連接，船體I和殼體式樁腿6通過固樁區7穩固，殼體式樁腿6的下部固定連接有殼體式樁腿樁靴9。一種多類型樁腿的超大型自升式風電安裝船的設計方法，主要包括優化船體載荷分布、設計多類型樁腿升降系統、安排多類型樁腿在船體上的分布，這三個步驟具體為
A、優化超大型風電安裝船的載荷分布，強調載荷分布相對集中和載荷分布均勻相結合的原則將主要載荷集中分布到靠近桁架式樁腿4和殼體式樁腿6的區域，船尾部樁腿載重略高于船頭部載重，船體中間部分載荷略高于兩頭；保證整船的載荷分布比較均勻，即載荷相差不要太大；
B、根據載荷分布相對集中和載荷分布均勻相結合的原則，設計多類型樁腿升降系統， 采用2種主要的樁腿類型桁架式樁腿4和殼體式樁腿6，結合殼體式樁腿6結構簡單、制造容易和桁架式樁腿4可提高船體穩定性，減少平臺重量、提高船體I的有效載荷的優點；
C、根據載荷分布原則和采用的樁腿類型，安排多類型樁腿在船體上的分布桁架式樁腿4安排在靠近船尾處，殼體式樁腿6安排在靠近船頭處；桁架式樁腿4采用的升降系統為 齒輪齒條型，而殼體式樁腿6采用的是液壓插銷式升降系統。本發明中涉及到的船體I的長度范圍為110m-140m，寬度范圍為35m_50m ;桁架式樁腿4的根數為2根，2根桁架式樁腿4的長度相等，桁架式樁腿4的長度為70m-90m ；殼體式樁腿6的根數為2根,2根殼體式樁腿6的長度相等,殼體式樁腿6長度與祐1架式樁腿4的長度相差不超過Im ;吊機旋轉臺2安裝在其中一根所述桁架式樁腿4上；殼體式樁腿6可采用的類型為方箱殼體式樁腿和圓柱形殼體式樁腿當單根樁腿最大工作承受載荷范圍為2500t-4000t，是采用方箱殼體式樁腿；當單根樁腿最大工作承受載荷范圍為3500t-5500t,是采用圓柱形殼體式樁腿。本發明提出的超大型風電安裝船多類型樁腿設計方案，結合了殼體式和桁架式兩種類型樁腿的優點在工作能力方面，相對于單一殼體式樁腿類型風電安裝船，大大的提高了超大型風電安裝船的載重能力和工作水深；在制作工藝和成本方面，比單一桁架式樁腿類型的風電安裝船降低了工藝的復雜程度和成本。
權利要求
1.一種具有多類型樁腿的超大型自升式風電安裝船，其特征在于包括船體(1)，所述船體(I)上安放著船載貨物(5)和直升機平臺(8)，所述船體(I)與桁架式樁腿(4)通過齒輪齒條式升降系統連接，所述桁架式樁腿(4)的下部固定連接有桁架式樁腿樁靴(10)，所述桁架式樁腿(4)上配有吊機旋轉臺(2)，所述吊機旋轉臺(2)與吊機(3)固定連接，所述船體(I)和殼體式樁腿(6)通過液壓插銷式升降系統連接，所述船體(I)和殼體式樁腿(6)通過固樁區(7)穩固，所述殼體式樁腿(6)的下部固定連接有殼體式樁腿樁靴(9)。
2.一種多類型樁腿的超大型自升式風電安裝船的設計方法，其特征在于主要包括優化船體載荷分布、設計多類型樁腿升降系統、安排多類型樁腿在船體上的分布，這三個步驟具體為 A、優化超大型風電安裝船的載荷分布，強調載荷分布相對集中和載荷分布均勻相結合的原則將主要載荷集中分布到靠近桁架式樁腿(4)和殼體式樁腿(6)的區域，船尾部樁腿載重略高于船頭部載重，船體中間部分載荷略高于兩頭；保證整船的載荷分布比較均勻，即載荷相差不要太大； B、根據載荷分布相對集中和載荷分布均勻相結合的原則，設計多類型樁腿升降系統，采用2種主要的樁腿類型桁架式樁腿(4)和殼體式樁腿(6)，結合殼體式樁腿(6)結構簡單、制造容易和桁架式樁腿(4)可提高船體穩定性，減少平臺重量、提高船體(I)的有效載荷的優點； C、根據載荷分布原則和采用的樁腿類型，安排多類型樁腿在船體上的分布所述桁架式樁腿(4)安排在靠近船尾處，所述殼體式樁腿(6)安排在靠近船頭處；所述桁架式樁腿(4)采用的升降系統為齒輪齒條型，而所述殼體式樁腿(6)采用的是液壓插銷式升降系統。
3.根據權利要求I所述具有多類型樁腿的超大型自升式風電安裝船，其特征在于所述船體(I)長度范圍為110m-140m，寬度范圍為35m_50m。
4.根據權利要求I所述具有多類型樁腿的超大型自升式風電安裝船，其特征在于所述桁架式樁腿(4)的根數為2根，2根所述桁架式樁腿(4)的長度相等，所述桁架式樁腿(4)的長度為70m_90m。
5.根據權利要求I所述具有多類型樁腿的超大型自升式風電安裝船，其特征在于所述殼體式樁腿(6 )的根數為2根，2根所述殼體式樁腿(6 )的長度相等，所述殼體式樁腿(6 )長度與所述桁架式樁腿(4)的長度相差不超過lm。
6.根據權利要求I所述具有多類型樁腿的超大型自升式風電安裝船，其特征在于所述吊機旋轉臺(2)安裝在其中一根所述桁架式樁腿(4)上。
7.根據權利要求I所述具有多類型樁腿的超大型自升式風電安裝船，其特征在于所述殼體式樁腿(6)可采用的類型為方箱殼體式樁腿和圓柱形殼體式樁腿當單根樁腿最大工作承受載荷范圍為2500t-4000t，是采用方箱殼體式樁腿；當單根樁腿最大工作承受載荷范圍為3500t-5500t，是采用圓柱形殼體式樁腿。
全文摘要
本發明公開了一種自升式船舶樁腿設計方案，特別是一種超大型自升式風電安裝船多類型樁腿設計方案。現階段設計和建造的風電安裝船項目全部為單一類型樁腿，由于單一樁腿類型的風電安裝船存在著各自的缺點單一殼體式樁腿類型的風電安裝船載重能力和工作水深不強；單一桁架式樁腿類型的風電安裝船建造工藝復雜而且成本高。本發明通過優化超大型風電安裝船的載荷分布，合理安排風電安裝船的載荷，提出超大型風電安裝船采用多類型樁腿的設計方案，充分結合殼體式和桁架式樁腿兩者的優點，提升了超大型風電安裝船的載重能力和工作水深，同時在建造工藝和成本方面也顯示出了優越性。
文檔編號E02D27/12GK102704452SQ20121023047
公開日2012年10月3日 申請日期2012年7月5日 優先權日2012年7月5日
發明者倪濤, 唐盛弢, 宋杰, 莊建軍, 張永康, 徐秀龍, 歐陽占歡, 王飛, 蔣家坤, 許楨英 申請人:東南大學, 南通中遠船務工程有限公司, 江蘇大學