一种半张紧带阻尼器的中浅水系泊系统及其与漂浮式结构物的安装方法与流程

本发明涉及海上浮式风电，尤其涉及一种半张紧带阻尼器的中浅水系泊系统及其与漂浮式结构物的安装方法。

背景技术：

1、随着全球资源短缺及气候变暖的加剧，人们对可再生能源和环保能源供应的需求不断增加。海上风能具有无污染、储量大、可再生、风源稳定、风速快等优势，在众多新能源中备受青睐。为获取高速稳定的风能资源，海上风电技术应运而生。

2、我国海域辽阔、风能资源丰富，具有巨大的风能开发空间。目前，国内的海上风电场主要分布在浅水海域，结构基础多采用固定式基础。固定式风机建造安装费用随着水深的增加急剧增加，并且受风能资源及海水深度的约束，固定式风机的发展潜力受限。因此，利用漂浮式风电技术拓展海上风电的使用范围具有重要意义。

3、漂浮式风机通过系泊线与海底基础连接以达到精准定位，采用不同的系泊定位方式，系泊线产生的回复力会有很大差异，且系泊成本明显不同。目前，常见的海上漂浮风机系泊方式有悬链线式、半张紧式、张紧式系泊系统。悬链式系泊系统的回复力主要来自悬垂部分系泊线的自重，底端预留躺平段与海底接触；由于需设置较大的系泊半径以保证悬链线在恶劣海况下充分发挥系泊限位作用，因此大幅度增加了这种系泊系统的造价，尤其在中浅水的情形下。半张紧式和张紧式系泊系统无需与海底接触，系泊半径比悬链式系泊小许多。但系泊线始终与海底以一定的夹角相交，造成海底的基础承受较大的水平力和垂向力，增加了脱锚的风险，降低系泊性能的可靠性；此外，在风、浪、流的作用下，系泊线处于循环往复的张紧和回弹受力状态，对于系泊线材料的抗疲劳性能要求较高，增加了系泊成本。

4、为了满足新时期形势下于50米～150米水深海上漂浮式风机开发的安全性和经济要求，保障海上风电在海域工作的定位，限制漂浮式风机整体结构在风、浪、流共同作用下的横荡和纵荡运动，故而有必要优化改进如漂浮式海上风电的系泊定位方式，以适应其在开发和推广的需求。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种半张紧带阻尼器的中浅水系泊系统及其与漂浮式结构物的安装方法。

2、本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种半张紧带阻尼器的中浅水系泊系统，包括至少3套系泊组件，每套系泊组件包括阻尼系统平台、至少2根系泊缆及桩基础；所述阻尼系统平台包括工作平台及与所述系泊缆的数量具有相同数量的并排设置的阻尼系统，每个所述阻尼系统包括绞车、钢缆、连接梁、阻尼器、托架、导轨架、限位机构、导缆滚轮及限位桩；所述绞车、所述导轨架、所述导缆滚轮及所述限位桩沿所述导轨架的长度方向依次固定于所述工作平台的顶面，所述导轨架的长度方向的两侧设有轨道，所述轨道的两端设置所述限位机构，所述连接梁和所述托架支承在所述导轨架的两侧的轨道上，并仅可沿轨道的长度方向在所述限位机构之间移动预定范围，所述钢缆的一端缠绕固定于所述绞车的滚筒上，所述钢缆的另一端与所述连接梁连接，所述阻尼器固定在所述托架上，所述阻尼器的一端与所述连接梁连接，所述系泊缆的上部穿过所述限位桩并落在所述导缆滚轮的凹槽内，所述系泊缆的上部的端部与所述阻尼器的另一端连接，所述系泊缆的下端与所述桩基础在水中的部分相连；当所述中浅水系泊系统用于中浅水中的漂浮式结构物的系泊时，所述系泊组件均匀分布在所述漂浮式结构物的周围，所述阻尼系统平台的所述工作平台固定安装于所述漂浮式结构物上，所述桩基础与海床泥面垂直，并贯入泥面以下足够深度，在水中的桩基础的顶面达到或低于所述漂浮式结构物的底面。

4、第二方面，本发明提供一种第一方面所述的中浅水系泊系统与漂浮式结构物连接的安装方法，其包括如下步骤：

5、s1、将每套所述系泊组件的系泊缆的下端与所述桩基础连接，上端与浮子连接；

6、s2、将步骤s1组装在一起的系泊缆和桩基础通过驳船拖运到预定机位点；

7、s3、用吊车将所述桩基础依次下放至所述预定机位点并打桩使其进入海床，至预定深度后完成打桩作业，其中所述桩基础上已连接有系泊缆；

8、s3、将每套所述系泊组件的阻尼系统平台在陆地上安装完毕；

9、s4、将漂浮式结构物拖航至所述预定机位点；

10、s5、将每根所述系泊缆上端的浮子拆除，将系泊缆的上端接头吊至所述阻尼系统平台，借助牵引绳使得系泊缆的上部穿过限位桩及导缆滚轮，再将系泊缆的上部的端部与阻尼器连接，从而完成一套系泊组件的安装；

11、s6、重复上述步骤，直到完成所有系泊组件与漂浮式结构物的连接，通过调整阻尼器及控制绞车运行，实现对系泊缆预张力的施加，从而完成安装。

12、相比现有技术，本发明的系泊系统特别适合用于水深为50m～150m的中浅水海域，与其适配的海上浮式结构物包括但不限于海上漂浮式风机、半潜式钻井平台、漂浮式养殖网箱等，其有益技术效果包括：

13、(1)本发明的系泊系统能够缩短系泊半径，减小系泊系统占据海底的面积，降低了系泊系统的建造成本。

14、(2)本发明的系泊系统结合了阻尼系统平台，在水平方向布置阻尼器，能够有效吸收漂浮式结构物的运动能量以及系泊缆回弹抽动释放的冲击能量，减少漂浮式结构物的水平运动，并降低系泊缆在往复荷载作用下的材性损耗。

15、(3)本发明的系泊系统中，每套系泊组件的系泊缆数量不少于2根，一旦一根发生失效，另一根可以继续发挥系泊功能，保障了系泊系统发挥系泊作用的可靠性和冗余性。此外，阻尼器位于水面之上，并且每根系泊缆可以独立拆卸，便于检测、回收或返修。

16、(4)本发明的系泊系统安装方便，易于施工，系泊组件的组装大都在陆地上进行，降低了建造成本。

17、在优选的技术方案中，本发明的系泊缆与水平面的水平夹角较小，能够为漂浮式结构物提供较大的水平回复力，系泊性能优良。

18、在优选的技术方案中，采用至少3根小直径的钢缆与绞车固定连接，由于小直径钢缆的弯曲半径更小，有利于改善钢缆的弯曲疲劳特性，进一步提高系泊系统的使用寿命，显著降低后期的维护成本。

19、总的来说，本发明提供的半张紧带阻尼器的中浅水系泊系统，能够为漂浮式结构物提供充足的水平回复力，缩短了系泊半径，削弱系泊缆回弹抽动现象，提高系泊缆的使用寿命，该系泊系统安装方便、施工简单，降低建设和维护成本，为中浅水域内漂浮式结构物系泊工程提供了有利的解决方案。

技术特征：

1.一种半张紧带阻尼器的中浅水系泊系统，其特征在于，包括至少3套系泊组件，每套系泊组件包括阻尼系统平台、至少2根系泊缆及桩基础；

2.如权利要求1所述的半张紧带阻尼器的中浅水系泊系统，其特征在于，每个所述阻尼系统包含至少3根所述钢缆，所述绞车的滚筒上具有与所述钢缆的数量相同的绳槽，至少3根所述钢缆分别对应缠绕于所述绞车的滚筒上的所述绳槽内。

3.如权利要求1所述的半张紧带阻尼器的中浅水系泊系统，其特征在于，当所述中浅水系泊系统用于中浅水中的漂浮式结构物的系泊时，所述工作平台的一侧固定于所述漂浮式结构物的外侧，所述工作平台的顶面低于所述漂浮式结构物的甲板的底面，所述工作平台的顶面高于静水面。

4.如权利要求1所述的半张紧带阻尼器的中浅水系泊系统，其特征在于，所述限位桩采用可调整的井字形限位桩，上下横杆均可拆卸调整，所述系泊缆的上部穿过所述限位桩的上下横杆之间。

5.如权利要求1所述的半张紧带阻尼器的中浅水系泊系统，其特征在于，所述系泊缆的下端与所述桩基础的底面下方2～3米处的外侧壁锚点连接。

6.如权利要求1所述的半张紧带阻尼器的中浅水系泊系统，其特征在于，所述钢缆的直径小于所述系泊缆的直径；所述钢缆的材质与所述系泊缆的材质相同；每套所述系泊组件中，所述系泊缆为2根或3根。

7.如权利要求1所述的半张紧带阻尼器的中浅水系泊系统，其特征在于，在每套所述系泊组件中的至少2根系泊缆中，相邻各根系泊缆之间的夹角小于5°，当所述系泊缆处于张拉状态时，所述系泊缆与水平面的夹角在5°～15°之间。

8.如权利要求1所述的半张紧带阻尼器的中浅水系泊系统，其特征在于，所述桩基础对称布置于所述漂浮式结构物周围，所述桩基础的数量与所述系泊组件的套数相同；所述系泊组件的数量是3套或4套，当所述系泊组件数量为3套时，每套系泊缆中最外侧的2根系泊缆的水平投影的角平分线之间的夹角为120°；当所述系泊组件的数量为4套时，每套系泊缆中最外侧的2根系泊缆的水平投影的角平分线之间的夹角为90°。

9.如权利要求1所述的半张紧带阻尼器的中浅水系泊系统，其特征在于，所述桩基础为圆柱或多边形长柱，所述桩基础的外径为4000～6000mm，壁厚为40mm～100mm。

10.一种权利要求1～9任意一项所述的中浅水系泊系统与漂浮式结构物连接的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明公开了一种半张紧带阻尼器的中浅水系泊系统及其与漂浮式结构物的安装方法。该系泊系统包括至少3套系泊组件，每套系泊组件包括阻尼系统平台、至少2根系泊缆及桩基础；阻尼系统平台包括工作平台及阻尼系统，每个阻尼系统包括绞车、钢缆、连接梁、阻尼器、托架、导轨架、限位机构、导缆滚轮及限位桩；当系泊系统用于漂浮式结构物的系泊时，系泊组件均匀分布在漂浮式结构物的周围，工作平台固定安装于漂浮式结构物上，桩基础与海床泥面垂直，并贯入泥面以下足够深度，桩基础的顶面达到或低于漂浮式结构物的底面。本发明为中浅水域内漂浮式结构物系泊工程提供了有利的解决方案。技术研发人员：郑向远,杨超,靳俊龙,宁硕,宁艳池,胡龙军,赵梦洋,李彦英受保护的技术使用者：巨力索具研发中心（深圳）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18