成果名称：	自航自升式风电安装船关键技术研究
登记日期：	2021-07-15
完成单位：	中国铁建港航局集团有限公司,中国船舶及海洋工程设计研究院
完成人员：	许四发,金国亮,王永东,刘齐辉,甄义省,程旭东,金晔,曾凌飞,童波,丁勇,李昆,周清,徐大闩,林雄,杜昆亮,陈耀金,段军,张吉海,朱涛,曹光辉,管春雨,史耀东
研究起止日期：	2017-01-01至2020-12-31
主要应用行业：	制造业
高新技术领域：	先进制造
评价单位：	中国水运建设行业协会
评价日期：	2021-05-28
成果简介：	一、项目背景与任务来源
风电安装船是海上风电场建设的核心装备，随着海上风电的快速发展，未来海上风电场的规模日益增大，风机设备向大型化发展，作业海域向远海和深水迈进，对风电安装船的施工能力、安全性和可靠性要求越来越高，亟需开发具备自航、自升、动力定位、可变载荷大、起重能力强、高效、安全和经济的专业化装备。
“自航自升式风电安装船关键技术研究”是依托于中国铁建港航局1300t自航自升式风电安装船（铁建风电01）的设计、建造和应用而开展的超大型风电安装船关键技术研究。从海上风电场规划及建设调研分析、超大型风电安装船船型及主尺度、总布置优化、桩腿桩靴结构设计优化研究、双动环梁液压插销式连续升降系统设计研究、具备自行翻桩能力和快速更换倍率的起重机关键技术研究、高压气水混合冲桩系统研究等几个方面入手，开展关键技术研究，在超大型自航自升式风电安装船设计开发、建造和应用的关键技术上实现了突破，结合国家新能源战略规划和中国铁建港航局的企业发展需求，开发出了超大型自航自升式风电安装船，提升我国海上风电领域施工装备的技术水平，并通过工程应用验证。
二、主要研究内容
（1）通过对海上风电场规划及建设现状展开调研，分析了国内外海上风电市场的发展趋势，并对相应船型装备提出要求。
（2）通过对船型、主尺度、总布置优化、总体性能分析、空船重量控制等总体方案的设计研究，以及对于自航船运动响应的水动力分析，满足《海上移动平台入级规范》要求和《国内航行海船法定检验规则》关于起重船的规范要求。
（3）通过对主船体结构型式和构件尺寸优化、桩腿桩靴结构设计优化研究，根据建模分析的应力云图优化船体结构和板厚。
（4）通过油耗、价格、维护成本等方面综合比较，对动力装置、推进装置型式进行论证研究，选择合适的动力系统配置。
（5）通过双动环梁液压插销式连续升降系统的设计研究，开发了一种新型双动环梁连续升降机构，大幅提高平台升降速度和效率。
（6）借鉴打桩船的主钩布置形式，顶部采用可摆动轴承设计，通过在一个主钩上创新性事用快速变换滑轮，开发出具备自行翻桩能力和快速更换倍率的起重机关键技术。
（7）通过高压水和压缩空气切换冲桩，压缩空气主要用于破坏桩靴底部的真空层吸附，高压水主要用于破坏桩靴上部和桩腿周围泥土的吸附力，利用同样的管路，采用不同的两种介质，二者结合减小拔桩阻力，提高拔桩速度与施工效率。
三、研究成果及创新性
（1）开发了一种半节距的双动环梁连续升降系统：通过采用高低位上、下动环梁的设置，配合插销的插入和拔出动作以及两套升降油缸的伸出和收回，实现平台连续升降，桩腿连续收放；同时，将升降油缸工作行程设为半个插孔节距，减少了油缸行程，提高了自升式平台的升降效率。
（2）开发了一种高压气水混合冲桩系统：即压缩空气＋高压冲水的一种新型混合冲桩系统。利用高压水和压缩空气两种不同的介质切换冲桩，破坏桩腿周围的泥土吸附和真空层吸附，二者结合减小平台的拔桩阻力，提高拔桩效率。
（3）设计开发了一型具备自行翻桩能力和快速更换倍率的1300T(双钩)绕桩起重机，操作便捷，提升了施工效率。
（4）首次提出基于阻力优化和总体布置要求的线型设计方法，在艏段长度有限的条件下兼顾自航和总布置要求，获得良好的线型。
（5）设计研发了一种新型桩靴结构型式，在满足结构强度的前提下，改善了自升式风电安装船插桩、拔桩、抗滑以及地基承载等性能。
四、与国内外同类技术比较
通过本项目的研究，现已掌握外海深水大型自航自升式风电安装船设计关键技术，具备开发一型满足50米水深作业，具备8MW及以下海上风机基础的打桩施工、塔筒吊装和风机安装能力，甲板面积与可变载荷满足三套6MW或两套8MW风机组件运输与预装要求，并且采用连续升降模式，起重能力达到1300吨的绕桩吊，且具有打桩能力的大型风电安装船。该船型方案已通过CCS船级社审查并已实现实船“铁建风电01”的建造，实船综合性能可达到国内领先、国际先进的技术水平。
五、应用情况及效益分析
5.1 经济效益分析
“铁建风电01”船在中广核阳江南鹏岛海上风电安装项目的首次施工应用中，安全、优质、高效的完成了施工任务。通过对该船首次施工过程总结，可以发现该船在同等条件下每月可因施工效率的提高而比其它船舶多安装一台风机，并且每安装一台风机平均节省油耗约2t，由此每月产生的额外经济效益可达350万元左右，具有非常显著的经济效益。
5.2 环境、社会效益分析
该成果通过对动力系统选型、配置优化和节能技术方面的研究，选择了合适的动力系统配置，配备了DP2动力定位系统，采用智能全电驱动力系统，提高了风电安装船的工况适应能力和柴油机功率效率，减少燃油消耗，更加节能减排，对海洋环境的污染较少；船舶主要动力设备通过配置优化、废热利用、排放控制等措施实现了绿色环保的要求，同时提高了新能源领域施工装备水平，具有良好的环境效益和社会效益。