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海上风电安装平台（下）

导读

海上风电安装平台为海上风电施工的关键核心装备，用于海上风力发电设备的打桩和安装。海上

风电安装具有组件多、超长、重心高、机位多、起吊高度高、定位精度高、安装环境恶劣等特点，

是一项复杂的系统工程，影响海上风电开发成本和安全性。随着海上风电开发向大容量风电机组、

深水海域发展，建立专业的施工船队、培养专业人才，加强技术研发，提高我国自主设计与制造

能力，加大风电安装船等装备的投资力度，对适应我国未来能源需求发展具有重要意义。

海上风电安装平台的关键技术

Ei

海上风电安装平台的结构设计

海上风电安装平台集海上风电设备打桩、安装、运输等功能于一体，由上船体、沉垫、桩腿、起

重机等构成。上船体通常采用脑部有线型的矩形型式；沉垫则为整体水密结构，采用脑解均削斜

的矩形型式。上船体和桩腿通过双啮合升降系统连接，沉垫和桩腿通过锁紧系统进行连接，桩腿

可穿越沉垫，在站立状态下插入海床起到抗滑移的作用。通常情况下，平台由百个左右的风电机

网格组成，每个网格上风电机的功率约在2兆瓦至5兆瓦之间。可以预见的是，随着风电行业的

不断发展，单一风电机的功率可进一步提升至10兆瓦左右。在平台结构中，每个风电机与中央

高压直流变压器、岸电之间，均保有一条独立的电缆作为连接媒介，此类电缆在设计中需要使用

专门设备进行铺设。

目巨型桩腿的设计制造

桩腿是支撑整个安装平台重量和运动的核心部件，长度近百米的桩腿由IOOnUn厚超强度E690

80550±0.5mm90°

海工钢多段拼装焊接而成，桩腿上有两组共多个对穿通的准销孔，两组呈角

垂直分布，重达2万吨的平台通过桩腿上的定位销孔上下运动。桩腿分段焊接质量直接决定了桩

腿的强度和变形，从而影响了定位销孔的圆度、同轴度、直线度与位置精度，进而直接影响平台

上下运动的平稳性，尤其是多条腿上下运动的同步控制，错误安装甚至导致整体平台报废。

为了满足深水区风大浪高水域的作业要求，需要设计出全新的高稳性结构桩腿和防滑桩靴。长度

近百米、重千吨的巨型桩腿制造难度极大，例如作业水深80In的桩腿长度达118m,而允许的最

大扭转公差仅为0.00006rad∕tn,使得焊接变形控制难度成倍增加，成为全球的共性技术瓶颈，其

中的制造难点包括：

(1)5m

尺寸大、重量重，焊接易变形。桩腿有圆形、四边形、八边形等结构，圆形桩腿外径、重

量达1200t;八边形桩腿尺寸4.8mX4.8m、重量达800t,在焊接过程中难以调整其姿态以适应最佳

焊接工位，容易产生变形。

(2)E690

材料敏感性大，易产生焊接裂纹。超强度海工钢碳含量高，焊缝和热影响区的淬硬性和

冷裂敏感性大，桩腿壁厚大，冷却速度快，内外温度冷却速度不一致，极易产生残余应力和裂纹。

(3)

桩腿结构复杂、焊接预热温度一致性控制难。巨型桩腿结构复杂，在焊接预热保温的过程中难

以形成均匀的预热温度场。

图1四边形衍架桩腿

从2007年起，通过产学研合作研究，根据桩腿风浪流耦合力学模型，获得了海洋极端环境载荷

对桩腿应力、刚度、变形、疲劳性能等的影响规律及数据；自主设计了具有高稳性结构的全地形

35455080m

桩腿被，有圆形、八角形等多种结构，能满足、、、水深的作业需求；建立了巨桩

腿预热数学模型，发明了可控连续预热焊接方法，获得了焊接坡口两侧预热温度、保温时间和冷

却速度的最佳范围，减少了焊接应力，提高了抗疲劳性能；制定了基于选区电磁感应模块式均布

加热和保温控制的多层多道定位焊工艺，形成了焊接材料选择、焊口打底、填充、盖面、坡口制

备、背部清根、消氢处理、去应力等成套焊接工艺规范，实现了长度近百米巨