CN102080371A - 一种支腿和移动式海上作业平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种支腿和具有该支腿的移动式海上作业平台。公开的用于移动式海上作业平台的支腿包括在垂向方向延伸的支承臂，与现有技术的区别在于，还包括支承台，所述支承台横向截面大于支承臂的横向截面，所述支承臂下端与支承台的上表面固定；优选的技术方案中，所述支承台包括开口位于支承台底面的空腔。在软土地基的预定海域进行风机安装或其他海上作业时，支腿的较大横向截面的支承台就可以获得更大面积的软土地基的支撑，从而能够为平台体提供更大的支承力，增强移动式海上作业平台的稳定性，使移动式海上作业平台能够在软土地基的海域上进行风机安装或其他预定作业。

Description

一种支腿和移动式海上作业平台

技术领域

本发明涉及一种海上作业平台技术，特别是涉及一种用于移动式海上作业平台的支腿及一种具有该支腿的移动式海上作业平台。

背景技术

海上风力发电技术是在适当的海域上建设风力发电场，将一个或多个风机安装在风力发电场，通过风机将风能转换为电能的技术。风机一般包括塔筒，风轮和机舱，机舱内安装有发电机、齿轮箱、主轴。塔筒的底端安装于风力发电场的风机基础，风轮和机舱安装在塔筒的顶端，风轮能够在风力作用下旋转，带动机舱的发电机运转产生电能，实现对风能到电能的转换。

一般来讲，风机各部分具有很大的重量，如风机机舱的整体重量高达300吨；机舱内的齿轮箱、发电机等较大部件的单个重量也能够高达60吨不等；因此，在预定海域安装风机已经成为当前海上风力发电场建设的重要组成部分。

当前，安装风机有两种可选方案：

一是整体式安装：即将整台风机在码头装配完成后，通过载运船将风机整体运输到预定海域，然后利用大型起重船将整台风机吊装。由于当前并没有专门为安装风机设计的大型起重船，因此，在对风机整体进行吊装过程中，需要针对不同的风机，及预定海域形态的不同，规划不同的吊装工艺，致使安装过程非常复杂。而且，大型起重船使用或租借费用非常高，进而导致风机安装费用升高。另外，大型起重船还具有吃水较深的特点，从而在滩涂或浅海区域无法应用大型起重船进行吊装作业，从而该方式的应用受到安装区域的限制。

二是分体式安装：即将风机拆解为多个部分，用载运船将各部分运载到预定海域；在预定海域，用移动式海洋作业平台作为基础，现场吊装风机的各部分，完成风机的安装。请参考图1，该图是现有技术提供的一种典型的移动式海上作业平台的结构简图。现有的移动式海上作业平台包括平台体100，多个支腿200。多个支腿200分别位于平台体100周边，并分别与平台体100可滑动相连，支腿200与平台体100之间还设置有适当的提升机构，以驱动支腿200相对于平台体100在垂线方向上滑动。在海上进行风机安装作业时，支腿200下伸，一直到达海底，并沉贯在海底地基上，实现平台体100的定位，使移动式海上作业平台能够保持稳定，为平台体100上部的起重装置提供基础，以顺利地进行吊装作业。该方案虽然能够弥补整体式安装方案存在的不足，但也存在其自身的问题。

请参考图2，该图是现有技术中的移动式海上作业平台的支腿支承在海底地基上时的受力原理图。在作业海域的地基为软土地基时，支腿200就陷入软土地基300中，软土地基300对支腿200下端部产生两个作用力：一是对支腿100底面的支承力F1，二是对支腿200侧面的摩擦力F2；支承力F1与摩擦力F2之和为该支腿200能够为平台体100提供的支承力。由于软土地基300具有流动性，在受到支腿200的作用力时，位于支腿200底面的地基颗粒会向四周流动，此时，软土地基300无法对支腿200的底面产生较大的作用力，这就使得支承力F1比较小；基于同样的原因，软土地基300的流动性也使摩擦力F2受到很大的限制，因此，在作业海域为软土地基300时，支腿200难以为平台体100提供较大的支承力；进而，使移动式海上作业平台上的起重装置无法对风机部件进行吊装，很难在软土地基的海域完成风机安装。另外，在将支腿200从软土地基300中拨出时，摩擦力F2会以相反的方向作用于支腿200，使支腿200难以从软土地基300中拨出，从而导致移动式海上作业平台转场困难。

在理论上，虽然可以通过延长支腿200的长度，以扩大支腿200与软土地基300接触面以增加F2，或者使支腿200底部一直延伸到较硬的地基上以增加支撑力F1；但在实际上无法实施，原因在于：这样不仅会导致移动式海上作业平台的轮廓尺寸增加，增加制作和使用成本，而且，较大的摩擦力F2会使支腿200难以从软土地基300中拨出，使移动式海上作业平台无法转场。

移动式海上作业平台存在的上述问题不仅发生在为风机安装过程中，也存在于其他海上(包括内河、内湖、沼泽等水陆交接的区域的滩涂区域)作业过程中。

发明内容

针对上述问题，本发明解决的技术问题在于，提供一种用于移动式海上作业平台的支腿，该支腿能够在软土地基上为平台体提供较大支撑力。

在提供上述支腿的基础上，还提供了一种具有上述支腿的移动式海上作业平台，以增强移动式海上作业平台的工作稳定性。

本发明提供了一种支腿，用于移动式海上作业平台，包括在垂向方向延伸的支承臂，其特征在于，还包括支承台，所述支承台横向截面大于支承臂的横向截面，所述支承臂下端与支承台的上表面固定。

本发明还提供了一种移动式海上作业平台，根据其基本方案，该平台包括横向延展的平台体和多个支腿，其特征在于，所述支腿为上面所述的支腿，所述支腿的支承臂可沿垂向方向滑动地安装在平台体上。

与现有技术相比，本发明提供的用于移动式海上作业平台的支腿除了包括在垂向方向延伸的支承臂外，还包括与支承臂下端固定的支承台，且支承台横向截面大于支承臂的横向截面；这样，在软土地基的预定海域进行风机安装或其他海上作业时，较大横向截面的支承台就可以获得更大面积的软土地基的支撑，从而能够为平台体提供更大的支承力，增强移动式海上作业平台的稳定性，使移动式海上作业平台能够在软土地基的海域上进行风机安装或其他预定作业。同时，由于支承台位于支承臂下端，可以使支承臂具有较小的横向截面，进而使支腿保持较小总体重量。

在本发明的支腿的进一步优选的技术方案中，所述支承台包括开口位于支承台下表面的空腔。这样，在需要支腿沉到海底并支承在软土地基上时，可以用充排泵对空腔减压，使空腔形成负压区，将空腔的空气和水排出，使支腿的支承台能够顺利沉入海水，并使软土地基的颗粒流入空腔内，支承台沉贯入软土地基中，使支腿能够为平台体提供支承力。在需要支腿上升时，可以用充排泵对空腔加压，向空腔内充入水或气，使空腔内形成正压区，使支承台在水或气的压力作用下，与软土地基分离，并顺利地使支腿从软土地基中拨出，从而方便移动式海上作业平台的转场。

在本发明的支腿的进一步的优选技术方案中，所述支承台还具有外端口位于支承台外表面，内端口位于空腔的壁面上的充排通道。该技术方案中，能够通过充排通道使充排泵与空腔相连，方便对空腔加压和减压。

在本发明的支腿的一个可选技术方案中，所述充排通道外端口位于支承臂的外表面，这样，就可以在平台体上设置适当的充排泵，通过位于平台体的充排泵实现对空腔的减压和加压，在空腔内形成负压区或正压区。同时，使内端口位于空腔的上壁面，这样，在支腿下沉时，能够将空腔内的空气、水排的更干净；在支腿上升时，能够从空腔上部充入空气和/或水，使支腿更顺利地上升。

在另一技术方案中，所述充排通道具有多个外端口，并使多个位于支承臂侧面的外端口，多个所述外端口与支承臂上端具有不同的距离。这样，在对空腔进行加压和减压时，可以根据实际需要，将充排泵与支承臂上的适当的外端口相连，从而方便充排泵与外端口之间的连接。

在提供的上述支腿的基础上，提供的具有上述支腿的移动式海上作业平台也具有相应的技术效果。

本发明的移动式海上作业平台的第一优选方案是在本发明的移动式海上作业平台的基本方案的基础上的改进。在该第一优选方案中，所述支承台包括开口位于支承台底面的空腔；该移动式海上作业平台还包括通过管道与所述空腔相通的充排泵。

本发明的移动式海上作业平台的第二优选方案是在第一优选方案的基础上的进一步改进。在该改进的方案中，所述支腿还具有充排通道，该充排通道的外端口位于支承台外表面，内端口位于空腔的壁面上；所述充排泵与充排通道的外端口相通。

本发明的移动式海上作业平台的第三优选方案是在第一优选方案的基础上的进一步改进。在该改进的方案中，还具有充排通道，该充排通道外端口位于支承臂的外表面，内端口位于空腔的上壁面上；所述充排泵与充排通道的外端口相通。

本发明的移动式海上作业平台的第四优选方案是在第三优选方案的基础上的进一步改进。在该改进中，所述充排通道具有多个位于支承臂侧面的外端口，多个所述外端口与支承臂上端具有不同的距离。

本发明的移动式海上作业平台的第五优选方案是在基本方案的基础上的进一步改进。在该改进中，所述平台体的侧面设有两个或者两个以上的吃水深度调节装置，且成对称布置。

本发明的移动式海上作业平台的第六优选方案是在第五优选方案的基础上的进一步改进。在该改进中，所述的吃水深度调节装置包括：气囊，用于调节所述平台体的水线面面积；充气***，用于控制所述气囊的充、放气；伸缩机构，与所述气囊连接，用于控制气囊的伸缩；固定支座，用于将所述伸缩机构固定在所述的平台体上。

本发明的移动式海上作业平台的第七优选方案是在第六优选方案的基础上的进一步改进。在该改进中，移动式海上作业平台还包括伸缩机构的操控装置，所述伸缩机构的操控装置为油缸、气缸或电推杆之一；所述伸缩机构包括多个依次连接的伸缩单元；所述伸缩单元为伸缩节，所述伸缩节为平行四边形的四连杆结构形式。

本发明的移动式海上作业平台的第八优选方案是在基本方案的基础上的进一步改进。在该改进中，所述的平台体设有动力***而具有自航能力，或者不设置动力***，能由拖轮牵引航行。

附图说明

图1是现有技术提供的一种典型的移动式海上作业平台的结构简图；

图2是现有技术中的移动式海上作业平台的支腿支承在海底地基上时的受力原理图；

图3是本发明提供的支腿实施例一的立体结构图；

图4是提供的支腿实施例一的纵向截面结构图；

图5是本发明提供的移动式海上作业平台实施例一的结构图，该移动式海上作业平台具有实施例一提供的支腿；

图6是移动式海上作业平台实施例一的定位状态的示意图；

图7是移动式海上作业平台实施例一的另一种状态示意图；

图8是本发明提供的支腿实施例二的结构示意图；

图9是本发明提供的支腿实施例三的结构示意图；

图10是本发明提供的实施例四支腿的结构示意图。

图11是本发明提供的移动式海上作业平台的实施例二的结构图，该移动式海上作业平台实施例二具有支腿实施例一，并具有根据一种具体实施方式的本发明所提供吃水深度调节装置；

图12为本发明所提供吃水深度调节装置的一种具体实施方式的结构示意图；

图13a和13b分别为本发明所提供这种具体实施方式的吃水深度调节装置的伸展状态和折叠状态的示意图；

具体实施方式

本发明的核心思想在于增加支腿下端面与地基接触的面积，增加海底地基对支腿的支承力，在保持支腿重量不产生较大改变的同时，较大幅度地增加支腿提供的支承力。

以下通过对具体实施方式的描述对本发明提供的技术方案进行详细描述。下文中，以垂线方向为参照，纵向为与垂线方向平行的方向，横向为与垂线方向垂直的方向。

为了清楚起见，以下对支腿及具有该支腿的移动式海上作业平台一并进行描述，不再对二者分别进行描述。

请参考图3和图4，图3是本发明提供的支腿实施例一的立体结构图，图4是支腿实施例一的纵向截面结构图。

支腿实施例一提供的支腿200包括支承臂210和支承台220。本例中，支承臂210为在垂向方向上延伸的中空钢管形成，支承台220为在横向方向延展的板状体，其横向截面大于支撑臂210的横向截面。支承臂210的下端与支承台220上表面固定。为了提高二者之间固定的可靠性，靠近支承臂210下端的侧面与支承台220上表面之间还设置有多个三角形的加强肋211，加强肋211端部与支承臂210侧面固定，底面与支承台220固定；多个加强肋211呈辐射状布置在靠近支承臂210下端周围。另外，为了便于支腿200与平台体100的装配，支承臂210与支承台220的连接处偏离支承台220中间位置，偏向其一侧。

请参考图5，该图是本发明提供的移动式海上作业平台实施例一的结构图，该移动式海上作业平台具有支腿实施例一。移动式海上作业平台实施例一包括横向延展的平台体100和多个支腿200。平台体100周边设置有多个向外侧伸出的滑套110，滑套110内设置有在垂线方向上延伸的滑道。多个支腿200的支承臂210分别与一个滑套110内的滑道相配合，在支承臂210与滑套110之间还设置有提升机构(图中未示出)，以驱动支承臂210相对于滑套110在垂向方向上滑动，实现支腿200上升或下降。支承臂210与平台体100之间也可以通过其他方式实现可滑动连接，比如，可以在支承臂210上设置“T”型滑轨，在平台体100上设置与滑轨相配合的“T”型滑槽，等等。

提升机构可以是两端分别与支承臂和滑套110相连的液压缸，以在液压缸伸长或收缩时，驱动支承臂210相对于滑套110在垂线方向上的移动；也可以是分别与支承臂210和滑套110固定，且相互配合的蜗轮和蜗杆，蜗杆旋转时可以驱动蜗轮旋转，从而驱动支承臂210相对于滑套110在垂线方向上移动；还可以是现有技术中的其他结构，以驱动支腿200相对于滑套110(平台体100)滑动。

图中，移动式海上作业平台上还设置有锚机400和起重装置500。

将上述移动式海上作业平台定位在预定海域的过程如下。

1、通过适当的牵引船或者自身的动力***把将移动式海上作业平台牵拉到预定海域，可以是预定的海上风电场的风机安装工作区。

为了使平台体适应不同水深，可以对移动式海上作业平台实施例一进行进一步改进而形成本发明移动式海上作业平台实施例二。移动式海上作业平台实施例二是在移动式海上作业平台实施例一的基础上，在平台体100的两侧设置两个或者两个以上的吃水深度调节装置600，其成对称布置，如图11所示。

在一种具体的实施方式中，吃水深度调节装置600包括气囊640，用于调节所述平台体的水线面面积；充气***610，用于控制所述气囊的充、放气；伸缩机构630，与所述气囊连接，用于控制气囊的伸缩；固定支座620，用于将所述伸缩机构固定在所述的平台体上，如图12所示。所述伸缩机构630的操控装置可以为油缸、气缸或电推杆之一；所述伸缩机构630包括多个依次连接的伸缩单元；所述伸缩单元为伸缩节，所述伸缩节为平行四边形的四连杆结构形式。

船舶在正常海域航行时，伸缩机构630收缩，使得气囊640处于收缩折叠状态(如图13b)，平台体100按正常吃水深度航行；此时，航行阻力减少，海上作业平台可快速航行。当海上作业平台到达浅水区域后，伸缩机构630伸出，同时气囊640充气(如图13a)，气囊与水面接触变为浮箱，浮力增大；此时，浮力大于整个海上作业平台重量，平台向上运动，直至浮力与平台重量相等；平衡后，平台体100的水线面面积较大，相应地减小了平台的吃水深度；因气囊的充气具有极强的可操控性，平台体100水线面面积可增加的范围极大，由此，船舶的吃水深度也可相应地被降低到一个极小的范围，从而满足近海浅水区域的航行要求。

2、达到预定海域后，通过抛锚船进行抛锚作业，再通过绞锚的方式用锚机400实现移动式海上作业平台的初始定位。

3、使支腿200下伸，支腿200的支承台220支承在海底地基上。请参考图6，该图是移动式海上作业平台定位状态的示意图；在该状态下，具有较大横向截面的支承台220获得地基支撑力。在软土地基300的预定海域进行风机安装或其他海上作业时，较大横向截面的支承台220可以获得更大面积的软土地基300的支撑；在支承力F1和摩擦力F2共同作用下，使支腿200能够为平台体100提供更大的支承力，提高移动式海上作业平台的稳定性和可靠性，使移动式海上作业平台能够稳定地进行风机安装或其他预定作业。同时，由于支承台220位于支承臂210下端，支承臂210可以保持较小的横向截面，使支腿200保持较小的总体重量。

另外，由于海域地基形态的多样性，为了扩大移动式海上作业平台的适应性，可以将平台体100底面做成平底结构；这样，在水位较浅的预定海域或在滩涂上进行预定作业时，可以通过坐滩的方式使移动式海上作业平台稳定定位。

为了适应海域作业环境多变的特点，本发明提供的移动式海上作业平台还可以根据环境的变化，调整工作状态，以适应不同的环境。当水位较深；风浪较小，移动式海上作业平台不能坐滩时，如图6所示，可以使支腿200支承在海底地基上，并使平台体100一部分位于水面以下，使平台体100处于半潜状态，增加移动式海上作业平台的承重能力。在当水位较深、风浪较大，海水会对平台体100造成较大的冲击时，如图7所示的移动式海上作业平台另一种状态示意图，可以通过提升机构，使平台体100相对于支腿200向上移动；由于支腿200可以提供较大支承力，可以使平台体100保持在水面以上，从而能够避免海浪对平台体100的冲击，使移动式海上作业平台保持稳定定位。

支腿实施例一提供的支腿200虽然能够为移动式海上作业平台提供较大的支承力，满足移动式海上作业平台进行风机安装等预定作业的需要，但在移动式海上作业平台转场时，需要将支腿200从海底地基中拨出；为了方便支腿200与海底地基，特别是软土地基300分离，本发明还提供了另一种结构的支腿200。

请参考图8，该图是本发明提供的支腿实施例二的结构示意图。

与支腿实施例一提供的支腿相比，支腿实施例二提供的支腿的区别之一在于，支承台220包括一个开口位于支承台220底面的空腔221。

该支腿200的工作原理是：在需要支腿200下沉，并支承在海底地基上时，通过适当的充排泵给空腔减压，排出空腔221内的气和水，使空腔221内形成负压，支腿200顺利下沉，并沉贯到海底地基上，为平台体100提供支承力；在预定海上作业完成后，需要支腿200与软土地基300分离时，可以用充排泵对空腔221加压，向空腔221内充水或充气，使空腔内逐渐形成正压，使支承台220与软土地基300分离，进而使支腿200顺利上升。

充排泵可以是真空泵、离心泵或其他能够将空腔221的水和/或气排出，并能够向空腔221内充入水和/或气的其他结构的泵。

充排水和/或气的具体方式可以有多种选择，如图8所示，该图中，在空腔221的上部设置适当的孔作为充排通道222，用于使空腔221内的水和/或气排出，或者向空腔221内充入水和/或气；充排通道222外端口位于支承臂210内的下端，此时，使输送管230一端从支承臂210上端开口穿入，通过支承臂210的中腔与充排通道222相接，输送管230另一端与位于平台体100上的充排泵的充排口相连。这样，在充排泵运转时，就可以对空腔221加压或减压，使空腔221内形成负压或者正压，将空腔221内的水和/或气排出，或者向空腔221内充入水和/或气，使支腿200顺利地下沉与上升。

可以理解，只要充排通道222的外端口位于支承台220外表面，内端口位于空腔221壁上，就可以实现对空腔221加压或减压的目的。因此，充排通道222的外端口也可以位于支承台220的外表面的其他部分；如图9所示的本发明提供的支腿实施例三的结构示意图，此时充排通道222的外端口位于支承台220上表面的加强肋211之间，这样，也可以通过输送管230将充排通道222与设置在平台体100上的充排泵相连；在满足预定条件的情况下，还可以将充排泵直接设置在支承台220上。

优选的技术方案是，将充排泵设置于平台体100上，此时，为了便于充排泵与充排通道222之间的连接，还可以使充排通道222具有多个位于支承臂侧面的外端口，并使多个外端口与支承臂上端具有不同的距离，比如可以使多个外端口沿垂向方向设置在支承臂210的侧面；这样，在实际操作中，可以选择合适的外端口与充排泵相通，并使其他的外端口保持封闭。

对于充排通道222的内端口，优选的技术方案使内端口位于空腔221的上壁面上，这样，在空腔221内形成负压区时，可以更完全地将空腔221内的水和/或气排出，在空腔221内形成正压区时，可以更彻底地将空腔221内的地基颗粒和/或水清除。

另外，在特定情况下，也可以不设置充排通道，如图10所示的本发明提供的支腿实施例四的结构示意图，该例中，输送管230从支承台220底面绕进空腔221中，也可以实现对空腔221加压和减压的目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种支腿，用于移动式海上作业平台，包括在垂向方向延伸的支承臂，其特征在于，还包括支承台，所述支承台横向截面大于支承臂的横向截面，所述支承臂下端与支承台的上表面固定。

2.根据权利要求1所述的支腿，其特征在于，所述支承台包括开口位于支承台底面的空腔。

3.根据权利要求2所述的支腿，其特征在于，还具有充排通道，该充排通道的外端口位于支承台外表面，内端口位于空腔的壁面上。

4.根据权利要求2所述的支腿，其特征在于，还具有充排通道，该充排通道外端口位于支承臂的外表面，内端口位于空腔的上壁面上。

5.根据权利要求4所述的支腿，其特征在于，所述充排通道具有多个位于支承臂侧面的外端口，多个所述外端口与支承臂上端具有不同的距离。

6.一种移动式海上作业平台，包括横向延展的平台体和多个支腿，其特征在于，所述支腿为权利要求1所述的支腿，所述支腿的支承臂可沿垂向方向滑动地安装在平台体上。

7.根据权利要求6所述的移动式海上作业平台，其特征在于，所述支承台包括开口位于支承台底面的空腔；还包括通过管道与所述空腔相通的充排泵。

8.根据权利要求7所述的移动式海上作业平台，其特征在于，所述支腿还具有充排通道，该充排通道的外端口位于支承台外表面，内端口位于空腔的壁面上；所述充排泵与充排通道的外端口相通。

9.根据权利要求7所述的移动式海上作业平台，其特征在于，还具有充排通道，该充排通道外端口位于支承臂的外表面，内端口位于空腔的上壁面上；所述充排泵与充排通道的外端口相通。

10.根据权利要求9所述的移动式海上作业平台，其特征在于，所述充排通道具有多个位于支承臂侧面的外端口，多个所述外端口与支承臂上端具有不同的距离。

11.根据权利要求6所述的移动式水上作业平台，其特征在于，所述平台体的侧面设有两个或者两个以上的吃水深度调节装置，且成对称布置。

12.根据权利要求11所述的移动式水上作业平台，其特征在于，所述的吃水深度调节装置包括：气囊，用于调节所述平台体的水线面面积；充气***，用于控制所述气囊的充、放气；伸缩机构，与所述气囊连接，用于控制气囊的伸缩；固定支座，用于将所述伸缩机构固定在所述的平台体上。

13.根据权利要求12所述的移动式水上作业平台，其特征在于，该移动式水上作业平台还包括所述伸缩机构的操控装置，所述伸缩机构的操控装置为油缸、气缸或电推杆之一；所述伸缩机构包括多个依次连接的伸缩单元；所述伸缩单元为伸缩节，所述伸缩节为平行四边形的四连杆结构形式。

14.根据权利要求6所述的移动式水上作业平台，其特征在于，所述的平台体设有动力***而具有自航能力，或者不设置动力***，能由拖轮牵引航行。

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