世界上现有的专用安装船为数甚少,本世纪初仅丹麦A2SEA公司2艘与英国MPI公司1艘。分析其原因主要有以下几点:(1)近海风电为新兴产业;(2)专用安装船技术复杂,需要一定的时间进行研制、测试,且造价昂贵;(3)经济危机之前全球船市大繁荣,多数造船厂工期排满,一时无法接受此类技术要求高、建造数量少的新型特种船舶订单[4]。81901
1风电安装船的发展和应用现状
专用安装船M/VSEAPOWER与M/VSEAENERGY,这两艘改建成的专用安装船拥有4条可垂直升降的定位桩腿,由金属绳滑轮系统操控,通过限制船体运动为起重机提供稳定的作业环境;自带柴油动力发动机驱动调距螺旋桨推进器、两个独立的舵以及一个船艏推进器,具有优良的操纵性能与运输能力;甲板装备有主(1台)、辅(2台)三台起重机,能满足3MW风电机组的吊装要求。这两艘专用安装船在其第一个项目——丹麦HornsRev近海风电场(2002年)建设中成功实施了其省时省钱的理念,并在随后几年里为年轻的A2SEA公司(成立于2000年)奠定了近海风电机组安装领域毋庸置疑的先驱者与领导者地位。如今,A2SEA公司已经安装了世界总量70%多的近海风电机组[5]。论文网
我国海上风电刚刚起步。2009年3月20日在上海东海大桥首批3台3MW风机整体吊装安装成功。执行吊装任务的是“四航奋进号”,这是由我国自行设计建造的、国内最大的双臂架全液压固定式浮吊起重船,非自升式结构。目前国内尚无自升式的海洋工程船。国内建造的自升式钻井平台的桩腿及升降系统的基本设计几乎全部来自于国外的F&G、GustoMSC,绝大部分升降系统设备来自国外。中海油61号是圆柱壳体式桩腿,中海油9号为桁架式桩腿,均为齿轮齿条传动[6]。随着近海风电技术逐渐成熟、而能投入商业应用风电安装船的市场需求越来越大。ODE的报告指出自2008年起安装船开始出现严重短缺,到2012年短缺达到高峰。尽管一些公司开始或计划建造新船,但由于设计与交付周期较长,因而可预知这种短缺在一段时间内制约着近海风电产业的发展。
2风电安装船甲板结构强度研究现状
吊机基座及固桩架与船体连接部位结构的应力水平较高,但最大应力均应在材料的屈服应力以内。各种工况下主要发生中垂变形;桩腿与桩靴的最大应力集中在桩腿与桩靴的交接处,是结构设计中须要充分注意和加强的部位;固桩架内部骨架应力水平较高,最大应力主要集中于齿轮轴的轴承座与内支撑板上。将固桩架作为吊机的起重座,可以充分利用固桩架本身的结构和高度,其应力水平与普通固桩架相比略高。
甲板结构有着不同的模型单元,例如角钢、T型材。对船舶上的构件建立有限元模型并对其进行计算涉及到各个方面的理论知识。一般采用有限元软件对甲板的受力情况进行分析。在确立好甲板结构之后就对其建立有限元模型,定义其单元类型,单元的大小等,以及后面计算时所要用到的边界约束条件和载荷的施加方式,只有通过这样的操作才能得到准确的计算结果。
对甲板结构强度进行研究,不单单对船体本身的研究有着重要意义,而且还关系到船体的其他区域,如舱室、分区等等。甲板强度的校核目的在于保证船舶行驶过程中的安全性,拥有一定的结构强度,才能抵抗行船过程中所受的各种弯矩和扭矩,才能保证船舶拥有足够的运输能力[7]。
国内的王小松等人对风电安装平台总体结构强度进行了研究,研究中采用了36中不同的工况进行计算。计算工况1~12对应升降工况,在这12个工况中最大VonMises应力为282MPa,为右舷主甲板处和艏部护桩架交接部位;工况13~24对应自存工况,在这12个工况中结构应力总体分布均匀,主船体结构最大应力水平主要分布在170MPa~200MPa范围,最大的VonMises应力为264MPa,为右舷主甲板和艉部护桩架交接部位;工况25~工况36对应作业工况,最大的VonMises应力为265MPa,主船体结构的最大应力水平为200MPa~260MPa范围。36个工况中,结构应力均低于各自钢材等级对应的许用值,满足规范要求。在作业工况中,船体承受吊机工作载荷、风电设备质量、自身质量以及平台变形后产生的P-Delta载荷,高应力发生在吊机底座和主船体甲板相交的部位,弯曲应力显得突出。此类浅水区域作业的自升式平台,主要承受的是自身质量、甲板上风电设备质量及吊机作业载荷,其受到波浪流载荷的影响相对轻微,相比之下在自存工况时的风载荷比较大,需要特别注意[8]。 风电安装船甲板结构强度研究现状:http://www.youerw.com/yanjiu/lunwen_95891.html