基于潮间带4.0 MW 风机吊装技术研究与应用

罗德智

0 概况

潮间带主要是指多年平均大潮高潮线以下至理论最低潮位以下3 m 水深内的海域。我国的潮间带地区主要集中于长江口以北各省，主要地区包括江苏、上海和山东沿海地区，风力资源丰富。2014 年后，潮间带风机单机容量不断增加，经过近几年海上风电的发展，潮间带风电项目在我国海上风电项目中占据了主流地位，伴随着大型风机的技术相对成熟，其作为进军深海风电的突破口和试验区，其作用将逐渐增大，大型风机在潮间带区域推广性也随之增强。

通过在江苏某海上风电场示范项目扩建工程 (200MW) 项目的成功实施，希望为后续潮间带风机安装提供参考，同时也为我国今后海上风电发展的研究和方案设计提供借鉴。

1 项目简介

江苏某海上风电场示范项目扩建工程 (200 MW) 项目位于江苏如东沿海的潮间带上，洋口港环港作业区以东，刘埠闸沟槽以西的海域。江苏某海上风电场示范项目扩建工程 (200 MW) 项目，是迄今国内批量海上风电最大的项目，与国内以往风电场相比，该风电场具有规模效益大（200 MW）、风机单机机型大（单台风机4.0MW）、大型的施工船舶和施工机械等特点，给风机整体施工增加了很大难度。

选用的远景能源SC-1-4.0 MW-136 海上智能风机和西门子SWT-4.0 MW 海上智能风机是当时潮间带风机的最大机型，其主要设备参数，见表1、表2。

2 可行性分析

2.1 施工船舶选用

该海上风电场示范项目扩建工程（200 MW）风机机位滩涂大部分标高在-1.5 m ～ +0.5 m 之间，根据当地潮汐变化规律，每月潮汐变化规律为2 个大潮汛和2个小潮汛。每天涨落潮2 次，大潮汐期间退潮后大部分滩涂面可露滩，潮汐每天涨落潮水的时间大概往后延迟48 min，每月农历初一、十五前后5 ～ 7 d 是大潮期间；大潮期间。涨潮时水位较高，潮位标高可达到+250～ -245 cm 之间，适合施工船舶和设备运输船舶移船定位作业，同时落潮时，施工船舶坐底时间较长，适合滩涂面标高较低的机位风机安装施工。在小潮汛期间，潮位标高只有+150 ～ -145 cm 之间，不适合船舶航行。

根据当地潮汐变化规律和潮间带地区，采用风机设备分体安装方式进行风机设备安装。结合分体式风机安装技术，适合潮间带施工的施工船舶为海上风机专用安装船舶和平板驳船施工方法。在小潮汛期间，根据风电场的地址条件要求，施工船舶的吃水深度不能超过2 m。海上风机专用安装船舶的吃水深度一般超过2.5 m，最大可达3 m，在一些滩面标高的风机安装地区，施工船舶不能到达机位附近，且在小潮汛期间，海上风机专用安装船舶因吃水太深，浮不起来。而平板驳船的吃水深度在1.8 ～ 2.2 m，在滩面较高的风机机位，利用大潮汛期间，平板驳船减少压仓水，减小船舶吃水深度，船舶可以航行进出风机机位，在小潮汛期间，平板驳施工船也能进行船舶的航行，且在水深区域，可以通过对船仓进行加水压仓，能够保证在较深区域也能进行正常施工。

2.2 问题可行性分析

2.2.1 问题提出

1）SCC9000/900 t 履带起重机吊装时，对场地水平度要求不能超过1%，在作业危险方向（如履带起重机侧向）需控制水平度小于0.5%。

2）SCC9000/900 t 履带起重机吊装风机设备最重件时，SCC9000/900 t 履带起重机的地基承载力要求＞ 28t/m2，海洋29 号船舶的甲板面承载力10 t/m2 不满足要求。

3）海洋29 号船舶甲板空间狭小，叶轮组装完成，占用面积大，轮毂工装的摆放位置难以确定。

4）按照常规施工，塔筒吊装完成后，叶片运输船舶到达施工现场，在小潮汛时期，运输船舶因潮位不够，不能抵达现场，耽误工程进度。

5）西门子单叶片吊装过程中，叶片的受风面积大，叶片稳定性难以控制。

2.2.2 问题研究

SCC9000/900 t 履带起重机选用HJDB 工况108 m混合主臂，中央压重80 t，后配重250 t，超起配重180 t，该工况整车（含所有附件）质量约1 433 t，在吊装时，最重吊物重达193 t（机舱、轮毂及其附件）总质重达1 626 t，与甲板面接触面积为60 m2，要求甲板面承载力＞ 28 t/m2，海洋29 号船舶甲板面最大承载力为10 t/m2；根据此情况，SCC9000/900 t 履带起重机自带专用走板铺设在甲板面上。

现场的风机设备运输为三段塔筒为一条运输船舶，机舱、叶片、轮毂为一条运输船舶，为保证在小潮汛时期的施工进度，在塔筒运输船舶停靠到位后，叶片运输船舶停靠在海洋29 号船舶的另外一侧。

2.2.3 创新点

1） 国内首次将1 000 t 级履带起重机布置在平板驳船上作业，首次完成国内最大的潮间带200 MW 风电场安装，也是规模化最大的4.0 MW 风机安装。

2） 与西门子风机厂家合作， 国内首次利用SCC9000/900 t 履带起重机的108 m 混合主臂，采用一套起重机桁架伸臂式的叶片稳定控制装置，解决了SWT-4.0 MW 海上智能风机的64 m 长重18 t 风机单叶片在80 m 高空安装的关键技术。

3）优化通用的平板驳船，在起重机工作区域的甲板承载能力由10 t/ m2 改造至20 / m2；设计履带起重机作业区域，满足重达1 626 t 的SCC9000/900 t 履带起重机吊装的稳定要求。

4）根据风机机位海域、潮汐、平板驳船参数设计每一台风机的驳船坐滩、锚绳和安装方案，满足SCC9000/900 t 在作业危险方向水平度控制在0.5% 内。

5）将靠近风机基础侧的驳船2 条锚绳由外八字的60°改变为30°，满足运输船舶的靠泊。通过运输船舶的2 次定位和风机轮毂工装的定位，解决在小潮汛期间需要等待潮位的施工难题。

2.3 问题解决及应用

2.3.1 SCC9000/900 t 履带起重机水平度调平SCC9000/900 t 履带起重机工作时对水平度要求较高，平板驳船坐底后，根据SCC9000/900 t 起重机使用要求，SCC9000/900 t 起重机水平度不能超过1%，在作业危险方向需控制水平度小于0.5%。为确保SCC9000/900 t 履带起重机的水平度达到规定的要求，在施工船舶停靠风机基础之前，了解每台风机基础周边的海底情况及风机基础打桩船舶的停靠位置；选择相对平整的范围，进行施工船舶的停靠。船施工舶停靠到位后， 若SCC9000/900 t 履带起重机水平度大于1%， 则通过枕木、木方等物件对SCC9000/900 t 履带起重机进行垫平， 来保证SCC9000/900 t 履带起重机水平度满足要求。

2.3.2 海洋29 号船舶承载力核算

选用的海洋29 号平板驳船作为施工用船，船总长90 m，型宽32 m，型深5.5 m，设计吃水1.5 m，结构吃水2.5 m。其船体结构设计时，因考虑了潮间带坐底施工，已经对船主体结构、船底和甲板进行了加强设计，甲板载荷设计为10 t/m2，另外甲板上还有2 块规格为62.4 m×3.6 m 的加强区域，最大可承载为20 t/m2。

SCC9000/900 t 履带起重机选用HJDB 工况108 m混合主臂，中央压重80 t，后配重250 t，超起配重180 t，该工况整车（含所有附件）质量约1 433 t，吊物最重件为西门子风机机舱、轮毂整体吊装193 t（机舱140 t，轮毂46 t，专用吊具7 t），总质量为1 626 t；共铺垫14 块走板，其中6 块10 m×3 m，8 块8 m×3 m，履带起重机吊装时履带下压的走板为2 块10 m×3 m 走板和6 块8 m×3 m 走板。

则：走板接触甲板面积合计为S = 204 m2，则SCC9000/900t 履带起重机吊最重件时载重量F =16 360 kN甲板载荷n =8.02 t/m2 ＜设计载荷10 t/m2。

在SCC9000/900 t 履带起重机吊放置专用走板，符合安全使用要求。在满足船舶承载力的同时，在船舶船头位置，安装一个主臂防风支架，用于SCC9000/900 t 履带起重机减小超起系统受力和保持主吊与施工船舶的稳定性。

2.3.3 远景风机轮毂、叶片组装

将远景风机轮毂工装定位在海洋29 号船舶甲板中部后，辅助履带起重机只能船舶左侧行走，塔筒设备运输船舶停靠在海洋29 号船舶左舷，叶片运输船舶的首次停靠方式为运输船舶船尾朝安装船船头，运输船舶船头与900 t 履带起重机专用走板头平行。在完成第一片叶片的组装工作后，叶片运输船舶移船至施工船舶海洋29 号右舷，进行叶片运输船舶的第二次停靠，运输船舶的停靠方式为运输船舶船头朝向施工船舶海洋29 号船头，运输船舶船头距离施工船舶海洋29 号船头35~37m 处停靠。见图1。

2.3.4 西门子单叶片专用缆风绳系统

单叶片安装时，由于叶片尺寸为64 000 mm×3 390mm×4 200 mm，叶片的受风面积大，叶片本身质量为6 t，质量轻，就位高度在79.9 ～ 80.4 m 之间，受风影响，叶片容易发生偏离，而以往的麻绳只能稳定方向，难以调整叶片方向。

图1 风机叶片运输船舶第二次停靠位置示意图

通过与西门子风机厂家合作，设计了一套起重机桁架伸臂式的叶片稳定控制装置。在900 t 履带起重机上安装叶片缆风绳专用系统，将缆风绳系统上钢丝绳套用在叶片吊装专用装置上，在叶片起吊过程中，通过调节缆风绳系统钢丝绳，调整叶片的角度、方向，实现西门子单叶片高空安装。见图2。

图2 叶片安装

3 结语
本文介绍了平板驳船与大型履带起重机分体安装技术，并通过在某海上风电场示范项目扩建工程 (200MW) 项目的成功实施，希望为后续潮间带风机安装提供参考，也为深海海上风电发展的研究和方案设计提供借鉴。