楊超，劉玉霞

（中交三航（上海）新能源工程有限公司，上海 200137）

0 引言

海上風(fēng)電機組主要安裝技術(shù)為分體安裝[1]與整體安裝[2]。相比分體安裝技術(shù)，目前整體式安裝技術(shù)海上拼裝時間短，受海上施工窗口期短影響較小，具有施工安全、效率高等特點。我國自東海大橋海上風(fēng)電示范項目首次使用整體式安裝技術(shù)以來，風(fēng)機整體安裝技術(shù)先后在東海大橋二期、三峽響水海上風(fēng)電場、珠海桂山海上風(fēng)電場示范項目等風(fēng)電場使用，安裝數(shù)量已居世界首位[3]。

目前國內(nèi)已建成的海上風(fēng)電場基礎(chǔ)形式主要為高樁承臺結(jié)構(gòu)、導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)和單樁結(jié)構(gòu)[4-5]。海上風(fēng)機整體安裝施工分為風(fēng)機的海上運輸、起吊、安裝、拆除4個過程，其中安裝過程依次是粗導(dǎo)向、緩沖、同步升降、精定位對中、法蘭連接[6]。風(fēng)機整體安裝專用設(shè)備的下部就位系統(tǒng)通過同步頂升降裝置無碰撞承接風(fēng)機整機以后，基礎(chǔ)承臺塔筒法蘭螺栓孔不一定和風(fēng)機下塔筒法蘭螺栓孔吻合[7]，需要依靠精定位系統(tǒng)，拖動上部吊架系統(tǒng)平面移動和轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)上下法蘭的精確對中。不同的風(fēng)機基礎(chǔ)，精定位技術(shù)在應(yīng)用中也不盡相同，因此，有必要根據(jù)現(xiàn)有的風(fēng)機整體安裝施工情況，進行歸納總結(jié)，為后續(xù)海上風(fēng)機整體安裝技術(shù)的推廣使用提供便利。

1 精定位技術(shù)原理與系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 技術(shù)原理

精定位技術(shù)是通過徑向油缸與切向油缸共同拖動風(fēng)機法蘭運動實現(xiàn)，如圖1所示。圖1中C、D處為精定位銷軸套筒，在風(fēng)機整體緩沖下落完成后，精定位銷軸落入精定位銷軸套筒中，實現(xiàn)風(fēng)機法蘭與基礎(chǔ)法蘭的初步對中；通過圖1中的液壓缸1至液壓缸4的動作，實現(xiàn)風(fēng)機塔筒底座在安裝平面內(nèi)的x方向平移、y方向旋轉(zhuǎn)，即風(fēng)機塔筒底座螺栓孔與基礎(chǔ)法蘭螺栓孔精確定位[8]。

圖1 精定位技術(shù)原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of fine positioning technology

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

精定位系統(tǒng)由精定位裝置、液壓系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成。

精定位裝置結(jié)構(gòu)見圖2，每套裝置由安裝法蘭、精定位銷軸套筒、一個徑向液壓缸及一個切向液壓缸組成。安裝法蘭用于將精定位裝置固定安裝在上部吊架系統(tǒng)或下部就位系統(tǒng)上，具體以實際設(shè)計情況確定；銷軸套筒套在精定位銷軸上，如圖3所示，實現(xiàn)風(fēng)機法蘭的初步定位；徑向液壓缸用來調(diào)整風(fēng)機的左右位移，切向液壓缸用來調(diào)整風(fēng)機的前后位移和旋轉(zhuǎn)角度，徑向和切向液壓缸均可繞各自鉸接點旋轉(zhuǎn)6毅，徑向液壓缸與切向液壓缸運動最終實現(xiàn)風(fēng)機法蘭的精確定位[9]。

精定位系統(tǒng)與同步升降液壓系統(tǒng)共用泵站，2套不同的電機和泵分別用來給精定位和同步升降供油。精定位液壓系統(tǒng)能完成液壓缸鎖緊和浮動功能。

精定位中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)反饋的誤差信號經(jīng)計算機計算后，計算機端發(fā)出控制信號，控制一對精定位裝置上的2組縱向油缸和2組切向油缸動作，帶動風(fēng)機塔筒底座沿x方向平移、y方向順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)微調(diào)，達到風(fēng)機的精確定位。

圖2 精定位自動對中裝置結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of fine positioning automatic centering precision

圖3 精定位銷軸套筒與精定位銷軸裝配示意圖Fig.3 Assembly diagram of precision device positioning pin sleeve and positioning pin shaft

2 不同樁基的海上風(fēng)機整體安裝精定位技術(shù)

2.1 高樁承臺基礎(chǔ)的精定位

高樁承臺基礎(chǔ)的上平臺由混凝土澆筑而成，平臺形狀類似于圓柱體，平臺上底面所占平面空間較大，便于為用于海上風(fēng)機整體安裝的大型工裝（軟著陸系統(tǒng)的下部就位）提供更多的支撐點及較大面積的支撐面。用于整體安裝的精定位系統(tǒng)中的一對精定位裝置都布置在下部就位上（圖4），精定位銷軸固定在與風(fēng)機塔筒相固定的上部吊架上。當(dāng)風(fēng)機塔筒法蘭面與樁基法蘭面相距200 mm時，按精定位技術(shù)原理開始操作，讓精定位裝置、精定位銷軸以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)相互協(xié)同完成風(fēng)機塔筒底座法蘭面和基礎(chǔ)法蘭面螺栓孔對中。

圖4 基于高樁承臺基礎(chǔ)海上風(fēng)機整體安裝精定位系統(tǒng)精定位裝置布置Fig.4 Layout of fine positioning device for integral installation of offshore wind turbine based on high pile cap foundation

2.2 導(dǎo)管架基礎(chǔ)的精定位

導(dǎo)管架基樁基礎(chǔ)不像高樁承臺基礎(chǔ)可為用于整體安裝的工裝結(jié)構(gòu)提供較大的支撐面，但導(dǎo)管架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的特點是在用于固定風(fēng)機的基樁法蘭面下方周圍有相對較多焊接牢固、承載能力較強的支架，下部就位系統(tǒng)放置和固定在導(dǎo)管架基礎(chǔ)上的結(jié)構(gòu)需根據(jù)導(dǎo)管架基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)作改動，現(xiàn)有技術(shù)導(dǎo)管架下部就位系統(tǒng)與導(dǎo)管架基礎(chǔ)上的支架成抽屜式配合，便可以為整體安裝的工裝提供放置支撐點。精定位系統(tǒng)中的一對精定位裝置布置在下部就位上（如圖5），精定位銷軸固定在上部吊架上，靠下部就位上的精定位裝置提供的支反力推動上部吊架，從而帶動風(fēng)機整體圍繞著樁基在其周向或直徑方向微微調(diào)整。當(dāng)精定位銷軸順利插入精定位系統(tǒng)中的一對精定位裝置的精定位銷軸套筒時，按照精定位技術(shù)原理操作便可實現(xiàn)風(fēng)機塔筒底座法蘭面與基樁法蘭面螺栓孔對中。

圖5 基于導(dǎo)管架基礎(chǔ)海上風(fēng)機整體安裝中精定位系統(tǒng)的精定位裝置布置Fig.5 Layout of fine positioning device for integral installation of offshore wind turbine based on jacket foundation

2.3 單樁基礎(chǔ)的精定位

單樁基礎(chǔ)既不像高樁承臺基礎(chǔ)有較大上底面積的平臺，又不像導(dǎo)管架基礎(chǔ)四周有支撐架，所以用于高樁承臺基礎(chǔ)和導(dǎo)管基風(fēng)機整體安裝的下部就位工裝很難在單樁基礎(chǔ)上找到受力支撐點。于是單樁整體安裝中通過增設(shè)牛腿、外掛件的方式給下部就位工裝提供受力支撐位置，同時下部就位被改成了分體式結(jié)構(gòu)便于安裝前后拆裝。國華東臺海上風(fēng)電四期項目工程中14號機位海上風(fēng)機整體安裝中根據(jù)改進后的下部就位工裝結(jié)構(gòu)把精定位系統(tǒng)的一對精定位裝置安裝固定在上部吊架上（如圖6所示），精定位銷軸固定在下部就位上。風(fēng)機塔筒底座法蘭面螺栓孔和單樁基礎(chǔ)法蘭面螺栓孔需要對中時，按照精定位系統(tǒng)技術(shù)原理操作，當(dāng)一對精定位裝置的精定位銷軸套筒插入精定位銷軸后，作用在精定位銷軸套筒上的支反力推動整個風(fēng)機圍繞著樁基直徑方向或圓周向移動，直到上下法蘭螺栓孔對中。

圖6 基于單樁基礎(chǔ)海上風(fēng)機整體安裝中精定位系統(tǒng)的精定位裝置布置Fig.6 Layout of fine positioning device for the integral installation of offshore wind turbine based on a single pile foundation

3 不同基礎(chǔ)的海上風(fēng)機整體安裝精定位系統(tǒng)的應(yīng)用情況

目前國內(nèi)200多臺海上風(fēng)機整體安裝中都應(yīng)用精定位技術(shù)。精定位技術(shù)在高樁承臺基礎(chǔ)海上風(fēng)機整體安裝中應(yīng)用最早、數(shù)量最多、適用單機容量最大達5 MW；珠海桂山海上風(fēng)電場示范項目中31臺導(dǎo)管架式基礎(chǔ)海上風(fēng)機整體安裝中全部成功應(yīng)用了精定位技術(shù)；精定位技術(shù)助力國華東臺海上風(fēng)電四期中1臺單樁式基礎(chǔ)海上風(fēng)機整體安裝取得圓滿成功。如表1、表2所示。

表1不同基礎(chǔ)的海上風(fēng)機整體安裝精定位系統(tǒng)的應(yīng)用情況Table1 Applicationofthefine positioningsystemfor the integralinstallationofoffshorewindturbine withdifferent foundations

表2 各基礎(chǔ)精定位技術(shù)的對比分析Table 2 Comparative analysis of fine positioning techniques for each foundation

4 結(jié)語

本文主要介紹精定位技術(shù)在不同樁基基礎(chǔ)海上風(fēng)機整體安裝中的應(yīng)用原理、方式及情況。精定位技術(shù)在海上風(fēng)機整體安裝中應(yīng)用可縮短安裝時間、提高安裝效率，可降低風(fēng)機、安裝設(shè)備及工作人員的安全風(fēng)險。通過對比研究發(fā)現(xiàn)該精定位技術(shù)適用性廣，雖然目前海上風(fēng)機整體安裝中有不同的3種樁基結(jié)構(gòu)形式，但通過改變定位機構(gòu)的布置位置后相同的精定位技術(shù)原理、精定位裝置結(jié)構(gòu)依然可以得到成功應(yīng)用，可為今后海上風(fēng)機整體安裝中精定位工藝提供參考。