风电安装船及方形桁架桩腿、风电安装船的桩腿设计方法与流程

本发明涉及海洋工程，特别涉及一种风电安装船及方形桁架桩腿、风电安装船的桩腿设计方法。

背景技术：

1、目前，国内的新建风电安装船大部分采用了三角形桁架桩腿配合绕桩吊的设计形式。相比于老旧的圆筒形桩腿风电安装船，新建风电安装船在适用水深、装载能力、起吊能力、抗风暴能力等方面都有较大提升，不仅能够运输3～4套风机，还能适应60～70m水深作业，起吊8～18mw的风机。未来的风场离岸更远、水深更大，同时风机尺寸也持续增大。

2、对于未来的风电发展，需要更强的风电安装船来支持，包括更大的装载能力、更强的吊装能力和抗风暴能力，所有增加的重量和增大的环境载荷都会作用到支撑平台的桩腿上，因此需要承载能力更强的桁架式桩腿。

3、提高桁架式桩腿的承载能力的方法通常是将桩腿的尺寸增大，但是尺寸增大后的桩腿所占用的甲板面积也增大了，使得装载货物的空间减小，而且大尺寸桩腿也增加了绕桩吊机的设计难度和旋转轴承的制造难度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种设计强度较强且未增加占用甲板面积的桩腿的风电安装船的桩腿设计方法，采用上述设计方法所设计的方形桁架桩腿以及风电安装船，以解决现有技术中的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种风电安装船的桩腿设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、依据同等性能的三角形桁架桩腿，控制方形桁架桩腿的边长范围，使所述方形桁架桩腿的边长小于等于所述三角形桁架桩腿的边长的82％，且所述方形桁架桩腿所占甲板面积小于等于同等性能的所述三角形桁架桩腿所占甲板面积；

4、配置所述方形桁架桩腿，所述方形桁架桩腿包括四个主弦杆以及连接相邻两所述主弦杆的四组支撑杆，任意相邻两组所述支撑杆所在平面相互垂直，所述主弦杆包括齿条板、分列于所述齿条板相对两侧的半圆管，齿轮升降系统与所述齿条板啮合；

5、依据所述风电安装船的装载需求，确定甲板面积、方形桁架桩腿的布置位置和布置形式，其中，所述方形桁架桩腿的所有支撑杆所在平面均相对于所述甲板的长度方向倾斜，且任意相邻两所述方形桁架桩腿镜像对称设置；

6、将所述风电安装船的载荷需求数据进行分析计算，得出所述方形桁架桩腿的尺寸；其中，所述方形桁架桩腿的尺寸包括所述齿条板的厚度、所述半圆管的尺寸、连接于相邻两所述主弦杆之间的斜撑的直径以及设置于所述斜撑之间的内支撑的直径。

7、在其中一实施方式中，所述方形桁架桩腿的其中两组所述支撑杆的竖向投影与所述甲板的长度方向之间的夹角为30～45°，另外两组所述支撑杆的竖向投影与所述甲板的长度方向之间的夹角为45～60°。

8、在其中一实施方式中，相邻的两所述桩腿的中心的连线平行于所述甲板的长度方向或宽度方向。

9、在其中一实施方式中，所述齿条板的厚度小于同等性能的三角形桁架桩腿的齿条板的厚度；和/或，

10、所述半圆管的尺寸小于同等性能的三角形桁架桩腿的半圆管的尺寸。

11、本发明还提供一种方形桁架桩腿，采用如上所述的桩腿设计方法设计得到。

12、在其中一实施方式中，所述方形桁架桩腿的边长为7m～12m；

13、所述齿条板的厚度为177.8mm～210mm。

14、在其中一实施方式中，所述半圆管的厚度为60～90mm；

15、所述半圆管的直径为520～860mm。

16、在其中一实施方式中，所述斜撑采用直径为273mm～500mm的管件；

17、所述内支撑采用直径为152mm～250mm的管件。

18、本发明还提供一种风电安装船，包括船体以及可升降的设置于所述船体上的方形桁架桩腿，所述方形桁架桩腿采用如上所述的桩腿设计方法设计得到。

19、在其中一实施方式中，所述方形桁架桩腿的数量为四个，并分列于所述船体的四角，且任意相邻两所述方形桁架桩腿镜像对称设置；

20、所述方形桁架桩腿包括四个主弦杆以及连接相邻两所述主弦杆的四组支撑杆，任意相邻两组所述支撑杆所在平面相互垂直，所述方形桁架桩腿的所有支撑杆的竖向投影均相对于所述船体的长度方向倾斜。

21、在其中一实施方式中，其中两组所述支撑杆的竖向投影与所述甲板的长度方向之间的夹角为30～45°，另外两组所述支撑杆的竖向投影与所述甲板的长度方向之间的夹角未45～60°。

22、在其中一实施方式中，相邻的两所述桩腿的中心的连线平行于所述甲板的长度方向或宽度方向。

23、由上述技术方案可知，本发明至少具有如下优点和积极效果：

24、本发明中的桩腿设计方法，采用先控制方形桁架桩腿的边长，接着配置方形桁架桩腿，再设计方形桁架桩腿在船体上的布置方式，最后结合各项要求进行计算分析得出方形桁架桩腿构件的尺寸。

25、采用上述桩腿设计方法，能够在不增大桩腿占用甲板面积的条件下，设计出小厚度齿条板且强度较高的方形桁架桩腿，使其具备高抗压、高抗弯性能，满足未来风电安装船对设计水深、装载能力、起吊能力、抗风暴能力持续增长对桩腿提出的需求。

技术特征：

1.一种风电安装船的桩腿设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的风电安装船的桩腿设计方法，其特征在于，所述方形桁架桩腿的其中两组所述支撑杆的竖向投影与所述甲板的长度方向之间的夹角为30～45°，另外两组所述支撑杆竖向投影与所述甲板的长度方向之间的夹角为45～60°。

3.根据权利要求2所述的风电安装船的桩腿设计方法，其特征在于，相邻的两所述桩腿的中心的连线平行于所述甲板的长度方向或宽度方向。

4.根据权利要求1所述的风电安装船的桩腿设计方法，其特征在于，所述齿条板的厚度小于同等性能的三角形桁架桩腿的齿条板的厚度；和/或，

5.一种方形桁架桩腿，其特征在于，采用如权利要求1～4任意一项所述的桩腿设计方法设计得到。

6.根据权利要求5所述的方形桁架桩腿，其特征在于，所述方形桁架桩腿的边长为7m～12m；

7.根据权利要求5所述的方形桁架桩腿，其特征在于，所述半圆管的厚度为60～90mm；

8.根据权利要求5所述的方形桁架桩腿，其特征在于，所述斜撑采用直径为273mm～500mm的管件；

9.一种风电安装船，其特征在于，包括船体以及可升降的设置于所述船体上的方形桁架桩腿，所述方形桁架桩腿采用如权利要求1～4任意一项所述的桩腿设计方法设计得到。

10.根据权利要求9所述的风电安装船，其特征在于，所述方形桁架桩腿的数量为四个，并分列于所述船体的四角，且任意相邻两所述方形桁架桩腿镜像对称设置；

11.根据权利要求10所述的风电安装船，其特征在于，其中两组所述支撑杆的竖向投影与所述甲板的长度方向之间的夹角为30～45°，另外两组所述支撑杆的竖向投影与所述甲板的长度方向之间的夹角未45～60°。

12.根据权利要求11所述的风电安装船，其特征在于，相邻的两所述桩腿的中心的连线平行于所述甲板的长度方向或宽度方向。

技术总结本发明提供了一种风电安装船及方形桁架桩腿、风电安装船的桩腿设计方法。风电安装船的桩腿设计方法，包括以下步骤：依据同等性能的三角形桁架桩腿，控制方形桁架桩腿的边长范围；配置方形桁架桩腿，方形桁架桩腿包括四个主弦杆以及连接相邻两主弦杆的四组支撑杆，任意相邻两组支撑杆所在平面相互垂直，主弦杆包括齿条板、分列于齿条板相对两侧的半圆管，齿轮升降系统与齿条板啮合；依据风电安装船的装载需求，确定甲板面积、方形桁架桩腿的布置位置和布置形式，方形桁架桩腿的所有支撑杆的竖向投影均相对于甲板的长度方向倾斜，且任意相邻两方形桁架桩腿镜像对称设置；将风电安装船的载荷需求数据进行分析计算，得出方形桁架桩腿构件的尺寸。技术研发人员：刘静,傅强,李东,郭丽娟,陈长勇,李德江,曲绍峰,董秀萍,夏广印受保护的技术使用者：烟台中集来福士海洋工程有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4