一种海上风电大直径单桩基础拆除平台及其施工方法与流程
本发明涉及海上风电单桩基础拆卸的，尤其是指一种海上风电大直径单桩基础拆除平台及其施工方法。
背景技术：
1、海上风电作为一种清洁能源，得到了快速发展。海上风电场的建设和运营为能源结构的优化和环境保护做出了重要贡献。然而，随着海上风电设施的逐渐老化以及技术更新换代的需求，海上风电设施的拆除问题将日益凸显。
2、目前，对海上风电单桩结构的拆除技术研究较少，海上风电的主要拆除技术主要有两种方式：1)依赖于大型起重船只自上而下的起吊拆除，2)直接现场爆破拆除。但是上述现有拆除技术中，存在以下局限性：1)成本高昂：拆除作业通常需要租用大型起重船，这导致拆除成本居高不下；2)作业窗口期短：由于采用大型浮吊船进行高空吊装拆除作业，其受天气和海况影响严重，拆除作业的有效时间窗口较短；3)拆除设备通用性不强：采用起重船进行自上而下的拆除对起重船的吊高有严格要求，未来大叶片大容量机组的轮毂高度可能会超过170m,现有大多数起重船难以满足吊高要求；4)环境影响：爆破拆除过程中可能会对海洋生态环境造成较大破坏。
3、因此，现有海上风电拆除技术难以高效的应用于海上风电拆除，针对这一问题，需要开发一套适用于海上风电大直径单桩拆除平台及其施工方法，以满足未来海上风电单桩结构大规模退役带来的环境友好型拆除需求。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种海上风电大直径单桩基础拆除平台及其施工方法，采用此平台实现自下而上的进行海上风电退役单桩的拆除作业，无需采用大型吊装船或爆破方式，即能够完成海上大直径单桩叶片、塔筒、机舱等部件的拆除作业。
2、本发明的目的通过下述技术方案实现：一种海上风电大直径单桩基础拆除平台，包括至少两个拆除子平台及集控系统；每个拆除子平台包括底架、浮体平台、中间立柱架、顶架、顶架平台、可伸缩摩擦垫及切割装置，所述底架安装在浮体平台的下方，所述浮体平台的顶部通过中间立柱架与顶架的底部连接，所述顶架的侧面连接有顶架平台，使所述拆除子平台的截面呈z字型；所述底架、浮体平台、中间立柱架及顶架共同形成有一个半圆柱形中空区域，所述可伸缩摩擦垫安装在该半圆柱形中空区域内，所述切割装置分别安装在底架的底部以及顶架的底部；两个拆除子平台连接为一个拆除平台，使拆除平台的中间部分形成有一个用于固定风电机组单桩基础的圆柱形中空区域，所述集控系统分别与可伸缩摩擦垫及切割装置通讯连接。
3、进一步，还包括叶片拆除辅助装置；所述叶片拆除辅助装置包括机舱顶部支架滑轮装置、顶架平台滑轮装置、缆绳以及叶片固定夹具，所述机舱顶部支架滑轮装置安装于风电机组的机舱顶部，所述顶架平台滑轮装置安装在顶架平台上，所述机舱顶部支架滑轮装置与顶架平台滑轮装置之间通过缆绳连接，组成滑轮系统，所述叶片固定夹具安装在缆绳上，所述叶片固定夹具与风电机组叶片可拆卸式连接。
4、进一步，所述浮体平台的内部集成有水密舱室、压载水系统、电气系统、集控中心、监测系统及液压系统，所述浮体平台的顶部为平面甲板。
5、进一步，所述可伸缩摩擦垫有多个均布于各半圆柱形中空区域中，所述可伸缩摩擦垫包括液压伸缩杆及高强度摩擦垫，所述液压伸缩杆的一端与拆除子平台的半圆柱形中空区域连接，所述液压伸缩杆的另一端与高强度摩擦垫连接，所述集控系统通过液压系统与液压伸缩杆通讯连接，用于控制液压伸缩杆沿轴向伸缩。
6、进一步，所述切割装置有两组，每组所述切割装置包括伸缩杆、半圆弧滑道及切割枪，两组所述切割装置的伸缩杆的顶端分别与底架的底部以及顶架的底部连接，所述伸缩杆的底端与半圆弧滑道连接，所述切割枪滑动安装在半圆弧滑道上，所述伸缩杆与集控系统通讯连接，用于控制伸缩杆沿径向伸缩。
7、进一步，还包括自动对接装置；所述自动对接装置分别安装于两个拆除子平台的对接面处，两个拆除子平台之间通过自动对接装置连接为一个拆除平台，所述自动对接装置包括锁芯结构及锁扣结构，所述所述锁芯结构有多个安装在一拆除子平台的对接面处，所述锁扣结构有多个安装在另一拆除子平台的对接面处，且所述锁芯结构及所述锁扣结构一一对应；所述锁芯结构设有可旋转和伸缩的圆柱和十字锁芯，所述集控系统与圆柱通讯连接，所述圆柱的一端设置在锁芯结构内，所述圆柱的另一端与所述十字锁芯连接；所述锁扣结构设有与十字锁芯配套的对接通道，同时锁扣结构的内部设有供锁芯结构在其内部旋转的旋转通道。
8、进一步，所述底架、中间立柱架以及顶架均为钢架结构。
9、进一步，所述顶架平台的顶部为平面甲板。
10、一种上述海上风电大直径单桩基础拆除平台的施工方法，包括以下步骤：
11、1)拆除平台的转运：完整拆除平台由两个对称的拆除子平台组成，拆除子平台采用半潜驳船进行运输至目标海域，或采用湿拖方式拖运至目标海域；
12、2)完整拆除平台的合拢安装：采用半潜驳船进行运输时，利用半潜驳船上的布设的横向滑轨通过横向移动移动拆除子平台，使得海上风电单桩置于拆除平台的半圆柱形中空区域，并进一步利用拆除子平台对接面上的自动对接装置完成平台的合拢与锁紧，若采用湿拖进行拆除子平台的拖运则采用两艏辅助拖轮完成上述拆除平台的合拢施工；
13、3)拆除平台施工定位及平台抱紧固定：当完成拆除子平台的合拢后，通过集控系统调整平台的液压系统使部分可伸缩摩擦垫略微接触单桩基础主体以提供稳定性，待接触后通过调节拆除平台的压载水系统使拆除平台到达预设的施工高度，此时半潜驳船或辅助拖轮脱离拆除平台，当到达预设施工高度后，调整液压系统使可伸缩摩擦垫紧贴单桩基础主体，使拆除平台完全稳固；
14、4)平台整体系统调试及附属施工设备上平台：拆除平台稳固后进行拆除平台的整体系统的联调联试，以确保后续施工作业的安全性，此时辅助施工设备由小型吊装船转运至拆除平台的浮体平台甲板以便于后续施工作业；
15、5)叶片拆除辅助装置的安装与调试：待拆除平台整体稳固后，由现场人员携带工具经由塔筒内部上至机舱顶部搭设机舱顶部支架滑轮装置，并使其与顶架平台滑轮装置组成滑轮系统；
16、6)叶片的拆除：叶片辅助拆除装置安装完成后即开始叶片的拆除，首先通过操作风机轮毂转动使一叶片竖直向下，其次利用滑轮系统将叶片固定夹具转移至适当位置并夹紧叶片，然后通过现场人员在轮毂内松开固定螺栓释放叶片，进一步通过轮滑系统将叶片转移至拆除平台区域，最后通过小型吊装船或在拆除平台上布设牵引设置将叶片转移至浮体平台顶部，拆除一根叶片后再转动轮毂依次拆除其余叶片，待叶片拆除后，现场人员拆除机舱顶部支架滑轮结构后撤离到浮体平台顶部；
17、7)浮体平台以上单桩基础及塔筒的切割拆除：待现场人员安全撤离海上风电单桩基础后即开展风电单桩基础上部结构的拆除作业，在拆除作业时通过调整可伸缩摩擦垫与单桩基础主体间的压力确保整体结构的安全；
18、8)拆除设置的转移：在浮体平台顶部将风电结构拆除物拆除完成后，将堆积的风电结构拆除物进行转运；
19、9)拆除平台辅助施工设备的固定：待拆除完成并转移拆除物完成后，开展风电单桩基础下部结构的拆除作业，此时对施工平台相关设备进行固定，并控制压载水系统以确保后续切割时浮体平台不会发生大幅度摇摆；
20、10)浮体平台以下单桩基础及塔筒的切割拆除：待步骤9)操作完成后，开展位于水下的风电单桩基础下部结构的切割，下放底部切割装置至预设水下施工位置，并开展水下的切割作业，切割完成后可通过一定起重设施将水下单桩基础切割段提升并转运至浮体平台顶部；
21、11)平台的回收与拆卸：待施工作业完成后半潜驳船可浮脱整个拆除平台，待稳定后，完整拆除平台通过松开对接面上的自动对接装置即完成分离成为2个拆除子平台，再进行其余海上风电单桩的拆除作业。
22、进一步，所述步骤7)包括以下步骤：
23、a)在拆除浮体平台甲板面以上结构时，浮体平台顶部平面甲板以下的可伸缩摩擦垫始终通过液压系统提供的压力紧贴在单桩基础上，为上部拆除平台及上部风电主体结构提供支撑；
24、b)在进行切割前顶部钢架区域可伸缩摩擦垫与风电主体结构紧贴，且摩擦力满足其浮体平台甲板面以上部分风电结构所产生的载荷；
25、c)松开中间立柱架区域的可伸缩摩擦垫与风电主体结构的接触，下移顶部钢架底部的切割装置至浮体平台顶部平面甲板附近进行风电主体结构的切割作业；
26、d)待完成切割后上移切割装置到预设施工高程，并通过集控系统控制中间立柱架区域的可伸缩摩擦垫与风电主体结构紧贴，确保摩擦力满足切割段的主体结构竖向载荷；
27、e)待中间立柱架的摩擦垫到位后，即利用切割装置开展切割作业；
28、f)切割完成后利用上船的辅助施工设置将切割段转移至浮体平台顶部，在此过程中中间立柱架区域的可伸缩摩擦垫与切割段主体脱开方便转运；
29、g)转运完成后，通过调整顶部钢架区域的摩擦垫与风电主体间的液压力，控制风电主体结构缓慢下移，并在此过程中监测风电主体结构的位移及速度，以配合集控系统控制上部结构缓慢下移至施工区域；
30、h)重复上述步骤d)至步骤g)的施工流程，自下而上的拆除海上风电结构，待拆除至机舱接近顶架平台时，采用吊装船或辅助吊机将机舱及剩余塔筒段依次拆卸。
31、本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
32、1、本发明的拆除平台采用可伸缩摩擦垫为整个待拆除结构提供支撑，能够自下而上进行海上风电结构的拆除作业，整个拆除过程中没有起重设备的吊高限制，避免采用大型起吊船，能有效降低拆除成本；
33、2、本发明的拆除平台在拆除作业过程中有效利用了现有的风电单桩基础为整体拆除平台提供稳定和支撑，抗风浪能力强，与传统采用大型起吊船进行拆除作业相比，本发明施工窗口期更长；
34、3、本发明的拆除平台集成水上和水下切割装置，能够同时完成海上风电单桩水下、水上结构的拆除作业，相对传统拆除施工工艺更为高效，安全性更高；
35、4、本发明的海上风电拆除施工方法相对传统爆破拆除更环保，对海洋环境更友好，同时通过回收钢材创造一定的收益，拆除经济性较好。
36、通过上述有益效果，本发明能够在海上开展高效的风电单桩拆除作业施工。
技术特征：
1.一种海上风电大直径单桩基础拆除平台，其特征在于：包括至少两个拆除子平台及集控系统；每个拆除子平台包括底架、浮体平台、中间立柱架、顶架、顶架平台、可伸缩摩擦垫及切割装置，所述底架安装在浮体平台的下方，所述浮体平台的顶部通过中间立柱架与顶架的底部连接，所述顶架的侧面连接有顶架平台，使所述拆除子平台的截面呈z字型；所述底架、浮体平台、中间立柱架及顶架共同形成有一个半圆柱形中空区域，所述可伸缩摩擦垫安装在该半圆柱形中空区域内，所述切割装置分别安装在底架的底部以及顶架的底部；两个拆除子平台连接为一个拆除平台，使拆除平台的中间部分形成有一个用于固定风电机组单桩基础的圆柱形中空区域，所述集控系统分别与可伸缩摩擦垫及切割装置通讯连接。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电大直径单桩基础拆除平台，其特征在于：还包括叶片拆除辅助装置；所述叶片拆除辅助装置包括机舱顶部支架滑轮装置、顶架平台滑轮装置、缆绳以及叶片固定夹具，所述机舱顶部支架滑轮装置安装于风电机组的机舱顶部，所述顶架平台滑轮装置安装在顶架平台上，所述机舱顶部支架滑轮装置与顶架平台滑轮装置之间通过缆绳连接，组成滑轮系统，所述叶片固定夹具安装在缆绳上，所述叶片固定夹具与风电机组叶片可拆卸式连接。
3.根据权利要求1所述的一种海上风电大直径单桩基础拆除平台，其特征在于：所述浮体平台的内部集成有水密舱室、压载水系统、电气系统、集控中心、监测系统及液压系统，所述浮体平台的顶部为平面甲板。
4.根据权利要求3所述的一种海上风电大直径单桩基础拆除平台，其特征在于：所述可伸缩摩擦垫有多个均布于各半圆柱形中空区域中，所述可伸缩摩擦垫包括液压伸缩杆及高强度摩擦垫，所述液压伸缩杆的一端与拆除子平台的半圆柱形中空区域连接，所述液压伸缩杆的另一端与高强度摩擦垫连接，所述集控系统通过液压系统与液压伸缩杆通讯连接，用于控制液压伸缩杆沿轴向伸缩。
5.根据权利要求1所述的一种海上风电大直径单桩基础拆除平台，其特征在于：所述切割装置有两组，每组所述切割装置包括伸缩杆、半圆弧滑道及切割枪，两组所述切割装置的伸缩杆的顶端分别与底架的底部以及顶架的底部连接，所述伸缩杆的底端与半圆弧滑道连接，所述切割枪滑动安装在半圆弧滑道上，所述伸缩杆与集控系统通讯连接，用于控制伸缩杆沿径向伸缩。
6.根据权利要求1所述的一种海上风电大直径单桩基础拆除平台，其特征在于：还包括自动对接装置；所述自动对接装置分别安装于两个拆除子平台的对接面处，两个拆除子平台之间通过自动对接装置连接为一个拆除平台，所述自动对接装置包括锁芯结构及锁扣结构，所述所述锁芯结构有多个安装在一拆除子平台的对接面处，所述锁扣结构有多个安装在另一拆除子平台的对接面处，且所述锁芯结构及所述锁扣结构一一对应；所述锁芯结构设有可旋转和伸缩的圆柱和十字锁芯，所述集控系统与圆柱通讯连接，所述圆柱的一端设置在锁芯结构内，所述圆柱的另一端与所述十字锁芯连接；所述锁扣结构设有与十字锁芯配套的对接通道，同时锁扣结构的内部设有供锁芯结构在其内部旋转的旋转通道。
7.根据权利要求1所述的一种海上风电大直径单桩基础拆除平台，其特征在于：所述底架、中间立柱架以及顶架均为钢架结构。
8.根据权利要求1所述的一种海上风电大直径单桩基础拆除平台，其特征在于：所述顶架平台的顶部为平面甲板。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述海上风电大直径单桩基础拆除平台的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种海上风电大直径单桩基础拆除平台的施工方法，其特征在于，所述步骤7)包括以下步骤：
技术总结
本发明公开了一种海上风电大直径单桩基础拆除平台及其施工方法，该平台包括至少两个拆除子平台及集控系统；每个拆除子平台包括底架、浮体平台、中间立柱架、顶架、顶架平台、可伸缩摩擦垫及切割装置，底架安装在浮体平台的下方，浮体平台的顶部通过中间立柱架与顶架的底部连接，顶架的侧面连接有顶架平台；底架、浮体平台、中间立柱架及顶架共同形成有一个半圆柱形中空区域，可伸缩摩擦垫安装在该半圆柱形中空区域内，切割装置分别安装在底架及顶架的底部；两个拆除子平台连接为一个拆除平台，集控系统与可伸缩摩擦垫及切割装置通讯连接；本发明实现自下而上海上风电退役单桩的拆除，无需大型装置或爆破，即完成海上风电大直径单桩部件的拆除。
技术研发人员：郭建,吴迪,苗得胜,孙立强,李岩,孙肖菲,吴伙桂
受保护的技术使用者：海南明阳智慧能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23