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海上风电的发展已经引起各国的重视,而海上风电场建造离不开风电安装船,因此,研究风电安装船有着重大意义。为了系统学习风电安装船,将有关风电安装船的文献整理汇编成本文集。

本文集分为七章,依次是海上风电船的发展前景、海上风电安装船的总设计、风电安装船的强度计算及稳性分析、风电安装船起重机及吊装部分的研究、风电安装船桩腿部分设计与研究、风电安装船升降系统及其控制系统研究和风电安装船的疲劳分析。

感谢文献作者的辛勤劳动!

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唐小惠
中国海洋大学工程学院
风电安装船概述

风电安装船概述

当今世界化石能源日益短缺,且使用后污染巨大,因此新能源的开发迫在眉睫。其中风能后来居上,国家十分重视其发展。然而陆上风电开发受限制非常多,相对比之下,海上风电以其风资源持续稳定、风速高、发电量大和不占用土地资源等优点得到各国的重视。丹麦、德国已将风电发展的重心移到海上。

但海上风电的建造难度相对于平稳的陆地大得多,尤其是安装风机的时候,普通的吊装工程船因为受到风浪流而移动,这将导致在高处安装风机时发生较大偏移,显然这是要避免的。另外,海上风电的成本高有一部分原因是施工周期长,风电安装船可以缩减工程所需时间。所以,开发专用的风电安装船是必需的。

事实上,风电安装船的现有产量是不满足海上风电场的。这说明风电安装船是风电和船舶市场的新缺口。本文集分为七章,依次是海上风电船的发展前景、海上风电安装船的总设计、风电安装船的强度计算及稳性分析、风电安装船起重机及吊装部分的研究、风电安装船桩腿部分设计与研究、风电安装船升降系统及其控制系统研究和风电安装船的疲劳分析。

最后要感谢这些文献的作者为风电安装船研究的辛勤奉献。

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第1章 海上风电船的发展现状和前景导语

本章介绍海上风电船的发展现状和前景,包括国内外的相关情况。从多方面介绍,如一些风电安装船的船东和承接单位、海上风电船的类型和部分风电船的技术参数和它们的应用海域和水深。通过这些文章去了解风电安装船的市场和前景。

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1.海上风电安装技术及装备发展现状分析
刘志杰;刘晓宇
我国海上风能资源丰富,发展潜力巨大。文章总结分析了海上风电安装特点及存在问题;探讨了国内外现有风电安装船(或平台)类型、主要机具、关键结构及技术;并进一步提出了海上风电安装技术及设备发展趋势,为我国海上风电安装技术和装备发展提供借鉴和建议。   详情>>
来源:《船舶工程》 2015年第07期 作者:刘志杰;刘晓宇
2.海上风电安装船需求正旺
张栋钧
近日,国家发展改革委、工信部、国家能源局印发《中国制造一能源装备实施方案》(以下简称《方案》)。三部委围绕确保能源安全供应、推动清洁能源发展和化石能源清洁高效利用三个方面,确定了15个领域的能源装备发展任务。$$ 值得关注的是,在海上风电装备发展任务中,研制海   详情>>
来源:《中国电力报》 2016-06-25 作者:张栋钧
3.掘金海上风电安装船市场
赵芸
海上风电安装船是高度精密的海上设施,能将风机和基础安装设备运输至风电场址,并配备适合各种安装方法的起重设备和定位设备。$$ 业内人士预计,2014~2020年,全球风电安装船市场价值将增加5倍以上,有望从2014年的5.6亿美元增加至2020年的29.3亿美元,年复合增长率高达30%   详情>>
来源:《中国船舶报》 2016-05-20 作者:赵芸
4.海上风电安装船的发展趋势研究
张海亚;郑晨
随着海上风力发电产业的迅速发展,风电安装船的需求越来越大,但是海上风电场施工成本高、海上作业时间长及工期长等问题的存在延缓了海上风力发电产业的发展。文章介绍了海上风电安装船的发展现状,对比了几种主要型号的风电安装船及其特点,并结合海上风电的发展趋势和风机安装作业模式提出了对...   详情>>
来源:《船舶工程》 2016年第01期 作者:张海亚;郑晨
第2章 海上风电安装船的总设计导语

本章介绍风电安装船的总设计,除了按照一般船舶的总设计流程即确定主尺度、型线设计和稳性计算,还有新角度的研究,如机电系统和甲板装载设计。从整个船的设计把握风电安装船的功能和性能。

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1.3200t风电安装船的机电系统设计
赵媛媛
简述了3 200 t风电安装船的总体布置及主要功能,针对柴油机驱动的全回转舵桨的动力推进装置、自动化的电站系统、风电机组DP1(动力定位)安装定位系统、风电机组的浮式运输系统和船舶座底配套高压冲洗水系统方案进行介绍与分析,从而描绘出该船在机电系统设计方面的特点与亮点。   详情>>
来源:《船舶》 2015年第02期 作者:赵媛媛
2.风电安装船线型设计及性能分析
郝金凤;强兆新
针对当前市场所需的风电安装船的线型设计优化过程及试验结果进行分析研究。论述了线型设计特点,分析了线型CFD优化过程,并且结合模型试验结果对目标船的快速性、操纵性、动力定位能力等性能进行预报,最后对目标船线型开发经验做了总结。研究成果为同类船舶及近似船舶设计提供参考。   详情>>
来源:《船舶工程》 2014年第S1期 作者:郝金凤;强兆新
3.海上风机吊装与运输专用工作船设计
姚震球;马义猛
海上风机吊装作业船是建设海上风电场的关键设备.为适应江苏地区海上风电场建设的需要,针对江苏沿海潮间带及沿海区域海上风电场风电机组安装作业要求,进行了海上风机吊装与运输专用作业船设计.所完成的86.7 m自航自升式海上风机吊装与运输专用作业船属海上风电场建设第3代吊装工作平台,具备自...   详情>>
来源:《江苏科技大学学报(自然科学...》 2011年第06期 作者:姚震球;马义猛
4.海上风机整体运输安装船设计参数模糊优选
付敬杰;姚震球
海上风机整体式安装船是一种新型风机运输安装工作船,无参考母型船。建立模糊综合评判模型对船舶完整稳性进行了评价,依据评价结果,结合船舶造价对船舶的总体设计设计参数运用模糊优选理论利用决策相对优属度计算模型进行了优选。研究表明,运用此方法可以通过对不同方案特征值的量化较为直观地...   详情>>
来源:《中国水运(下半月)》 2015年第12期 作者:付敬杰;姚震球
5.近海风车安装船总体布置及甲板装载方案
王晓光;张利军
结合中远船务集团研发的近海风电设备安装船,介绍该型船舶的总体布置设计方案中的总体性能参数选取、舱室划分和重量重心分布以及部分关键系统和装置的布置,特别是满足绿色环保要求的CLEAN DESIGN附加船级符号的相关处所布置,以及装载风力发电机大型总成构件的甲板装载布置方案。   详情>>
来源:《船海工程》 2015年第03期 作者:王晓光;张利军
6.自升式风电安装船工程力学研究和优化
欧阳占欢;王匀
以作业的自升式风电安装船(简称风装船)为研究对象,建立力学模型并采用正交法对其因子进行试验设计,研究其工程力学参数并进行优化。研究结果表明,作业水深为重要因子,作业风向角为较重要因子,得到优化参数为:风向角为0°,入泥深度为4 m(硬质土)及9 m(软质土),气隙为10 m,桩腿横向长度为70 m。...   详情>>
来源:《太阳能学报》 2014年第09期 作者:欧阳占欢;王匀
第3章 风电安装船强度计算和稳性分析导语

本章介绍风电安装船的整个船体的强度计算和稳性分析。强度计算部分普遍是利用ANSYS软件建模计算,稳性分析则是与一般船舶的稳性无大区别。还有关于特殊船型双体船的研究。

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1.半潜驳改装海上风机吊装船结构强度评估
徐永超;夏利娟
海上风机吊装船是具备运输、起重功能的用于海上风电设备安装的海洋工程船。本文将1艘半潜驳船改装成海上风机吊装船,利用有限元软件对该船在拖航、坐底及吊装等典型作业工况下的结构强度进行计算分析,得到船体结构的应力分布及变形情况。计算评估方法和结果可为半潜驳改装海上风机吊装船的结...   详情>>
来源:《舰船科学技术》 2014年第05期 作者:徐永超;夏利娟
2.风暴自存工况下自航自升式风电安装船直接强度计算
朱翔;胡立鹤
自航自升式风电安装船为海洋工程专业特种船舶,在风机运输,安装中有很高的实际利用价值。本文采用有限元软件ANSYS,对自航自升式风电安装船进行了有限元建模,并对风暴自存工况下船体和桩腿的强度进行了校核。有限元模型主要采用板壳单元,梁单元和管单元,其中板壳单元用于模拟主甲板、底板、船...   详情>>
来源:《第22届全国结构工程学术会议...》 2013年第期 作者:朱翔;胡立鹤
3.风车安装船的站立稳定性数值分析
张永康;李英杰
为了准确计算风车安装船的站立稳定性,分别建立了不同约束下的风车安装船桩腿有限元模型,即传统铰支模型和桩土相互作用下的模型.利用这2种模型,从静力分析、模态分析和瞬态动力学分析方面对桩腿进行了数值模拟,并进行比较研究.研究结果表明:桩土相互作用模型的静力分析结果和铰支模型相差较大...   详情>>
来源:《江苏大学学报(自然科学版)》 2013年第02期 作者:张永康;李英杰
4.航行工况下自升式风车安装船强度的直接计算
谌宗琦;朱翔
采用直接计算法,对航行工况下自升自航式风电安装船的总强度进行评估。建立了船体和桩腿的有限元建模,基于三维势流理论对波浪垂直弯矩进行长期预报,得到风车安装船在典型装载工况下的设计波参数,将船舶在设计波中的重力、静水压力、水动压力、惯性力等施加到模型上进行直接强度分析,对航行工...   详情>>
来源:《船舶工程》 2014年第S1期 作者:谌宗琦;朱翔
5.双体风机安装船的稳性分析
郑鹏翔
对双体风机安装船的完整稳性进行了分析,对如何选择稳性衡准和在NAPA软件中的宏语言实现稳性衡准的计算以及双体船进水角的特点进行了研究并给出了双体船进水点的选取建议。   详情>>
来源:《船舶与海洋工程》 2012年第03期 作者:郑鹏翔
6.自升式风车安装船站立状态总体强度分析
刘仁昌;赵志坚
该文阐述了自升式结构物在站立状态时船体结构总体强度分析的基本理论和方法,对自升式风车安装船在站立状态下的船体结构总体强度进行了评估。基于风浪流环境条件和插深的设计依据,确定了自存、作业和预压载三种设计工况下需开展的计算工况。在船体结构总体强度分析中考虑了动态放大载荷的影响...   详情>>
来源:《中国海洋平台》 2015年第04期 作者:刘仁昌;赵志坚
第4章 起重机及吊装部分的研究导语

本章介绍风电安装船的起重和吊装部分。包括起重作业时稳性和强度计算、起重机的设计研究、吊装的方法。

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1.海上风电场设备吊装
张蓓文
在海上风力发电场的建设施工成本会随海上安装作业周期的延长而大幅增长。为了控制建设成本,需采用合适的设备吊装方案,尽量缩短工期。介绍了几种海上风力发电场的设备吊装方案、相应的吊装设备及现有的相关标准。   详情>>
来源:《上海电力》 2007年第02期 作者:张蓓文
2.大型风电安装船起重机部分整体安装技术
钟炳贵;贾泽鑫
转变能源方式是"十二五"能源工作的第一要务,风电是非石化能源的重要组成部分,风电产业迅猛发展,对于海上风电安装不可或缺的装备---风电安装船的建造市场而言,更是一股强劲的东风。面对用户要求风电安装船又快又好的完成是目前公司制造800T风电安装船的一个很大问题,为此,南通基地工艺技术人...   详情>>
来源:《科技展望》 2016年第11期 作者:钟炳贵;贾泽鑫
3.风电安装船起重机回转支承接触分析
唐文献;马宝
回转支承是起重机中最关键的部件,其强度直接影响起重机的安全性、可靠性.在分析自升自航式风电安装船浮式起重机承载工况的基础上,针对回转支承的结构特点,建立了同时承受轴向力、径向力及倾覆力作用下的有限元分析模型,并进行接触分析.分析结果表明,该回转支承的应力主要发生在三排滚柱与滚...   详情>>
来源:《船舶工程》 2011年第06期 作者:唐文献;马宝
4.增加海上风电安装船起吊高度的起重机设计方法研究
唐文献;李亚男
为增加船用起重机起吊高度,采取增加起重机吊臂长度的措施来实现。以460t海上风电吊装运输船起重机为例,在原有四节吊臂架起重机的基础上设计出五节吊臂架起重机,利用有限元法对其进行校核设计,协同调节吊臂及人字架结构参数以满足各种工况下的工作性能,其中首次运用带有预紧力的弹簧单元模拟...   详情>>
来源:《船舶工程》 2013年第05期 作者:唐文献;李亚男
5.海上风机整体安装船起重车架设计与强度分析
吴超;姚震球
海上风机整体式安装船是一种新型风机运输安装工作船,侧挂式重型起重车是其实现高效安装的核心装备。根据海上风机整体安装的特点和要求,依据起重机设计规范,设计了风机整体安装侧挂起重小车;分析了最不利工况下起重车所承受的各类载荷及相应计算方法;利用Ansys软件计算了在此工况下车架结构的...   详情>>
来源:《舰船科学技术》 2016年第07期 作者:吴超;姚震球
6.基于1000t自升式风电安装船的浮态起重作业稳性探究
刘晓;董美余
1 000 t自升式风电安装船在起重作业过程中由吊重引起的倾覆力矩及反向压载产生的不对称装载倾侧力矩非常大,对稳性产生较大的影响,严重时将导致平台倾覆。文章研究了该自升式风电安装船在浮态作业时起吊重物前后的稳性影响,分析总结了自升式风电安装船的浮态起重作业稳性的计算方法,可以为日...   详情>>
来源:《船舶工程》 2016年第S1期 作者:刘晓;董美余
第5章 风电安装船桩腿部分设计与研究导语

本章介绍风电安装船的桩腿部分。包括外载荷的计算及作用到桩腿上其强度计算和焊接工艺 。桩腿是风电安装船区别于一般吊装工程船的特征之一,桩腿能大大增加风电安装船在安装风机时的精确性。

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1.海上风车安装船桩腿安装焊接工艺优化
陈淑梅;李鹏飞
文章详细介绍了一种高效低成本的海上风车安装船JB118-SEA3250桩腿的安装、焊接工艺及方法,阐述了超高强钢焊接技术难点及解决方法。这是国内首次将高效低耗的中频感应加热方法应用于超高强钢级大型圆柱型桩腿的焊接,获得了优异的焊接接头性能,简化了桩腿的安装工艺。   详情>>
来源:《石油工程建设》 2014年第04期 作者:陈淑梅;李鹏飞
2.海上风电机组安装船桩腿外载荷计算及强度分析
汤晶;杨启
应用经验公式计算风电机组安装船风、流载荷,三维势流理论计算波浪载荷,将得到的风、浪、流环境载荷平均分配到单个桩腿。应用MSC.PATRAN-NASTRAN软件建立桩腿结构有限元模型,选取两种作业工况,分别施加边界条件及外载荷,作桩腿强度分析。计算结果表明,两种工况下,桩腿结构设计均满足强度要求...   详情>>
来源:《中国海洋平台》 2009年第02期 作者:汤晶;杨启
3.适用不同入泥深度的海上吊装运输船桩腿设计与分析
唐文献;相升旺
为适应不同入泥深度的要求,对最大排水量为8000t、最大工作水深为15m的海上风电吊装运输专用船桩腿进行了设计研究。采用加长桩腿的方法,适用不同的入泥深度;在风载、海流载荷和波浪载荷计算的基础上,综合应用结构单元和多点运动耦合单元建立桩腿的柔体有限元分析模型,并分别对加长前后的桩腿...   详情>>
来源:《船舶工程》 2013年第02期 作者:唐文献;相升旺
4.风电安装船桩腿焊接及安装控制技术
蒋家坤
桩腿焊接及安装控制技术是自升式风电安装船上最重要的技术之一,桩腿的焊接及安装控制是确保桩腿质量及精度的基础。文章以MPI海上风电安装船桩腿焊接及C-G段整体安装控制为例,讨论该技术的要点及实际运用。   详情>>
来源:《江苏科技信息》 2013年第13期 作者:蒋家坤
第6章 风电安装船升降系统及其控制系统研究导语

本章介绍风电安装船的升降系统及其控制系统。由于风电安装船船带有桩腿,因此就势必需要开发桩腿的升降系统。除了对升降系统进行分析,还有对升降系统的控制系统的研究。

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1.A2SEA新一代海上风电安装船提升系统安装实例
林立营
A2SEA系列风电安装船由中远船务(启东)海洋工程有限公司设计建造,目前已经成功交付两艘,分别为:"Sea Installer","Sea Challenger"。该系列风电安装船是当代世界最先进、自动化程度高、集大型风车构件运输、起重和安装功能于一体的海洋工程专业特种船舶。其中每艘船都配备了由Gu Sto MSC提供的...   详情>>
来源:《科技创新与应用》 2015年第15期 作者:林立营
2.自升式风电安装船升降系统强度非线性分析
欧阳占欢;张永康
升降系统是自升式风电安装船(简称风装船)的关键部分,通过多点约束(MPC)技术和接触算法,建立升降系统非线性精细有限元模型,基于偏移距离和固桩高度优化的结果,开展升降系统在不同类型、不同工况下的强度分析。研究结果表明,在一定的范围内,升降合力作用线越偏向于桩腿圆心、固桩高度越高,升降...   详情>>
来源:《太阳能学报》 2015年第01期 作者:欧阳占欢;张永康
3.自升式风电船液压销孔式升降系统分析
车畅;施海滨
综述了国内外几种典型的自升式风电安装船液压销孔式升降系统的结构型式、升降原理、技术参数;通过对升降能力、双液压升降、支持模式等方面进行对比,总结了各种技术方案的优缺点,为进一步的研究指明方向和解决思路。   详情>>
来源:《船舶工程》 2016年第S1期 作者:车畅;施海滨
4.海洋风电吊装运输专用船液压同步控制系统研究
王飞;唐文献
以海洋风电吊装运输专用船液压控制系统为研究对象,针对该船桩腿升降系统实际工况需要的同步升降,分析其液压系统的工作特性。分别应用泵控和阀控的控制方式,实现同步控制。利用仿真分析的方法对两种控制方式的特性进行比较,确定采用阀泵联控的控制方案,实现了大功率、动态特性好的同步控制。   详情>>
来源:《现代制造工程》 2012年第09期 作者:王飞;唐文献
5.基于WinCC的海上风电安装船远程监控系统设计
齐继阳;孟洋
针对海上风电安装船升降系统现场控制所带来的人力资源浪费、操作人员工作环境差等问题,文中开发了远程监控系统。在该系统中,4台西门子S7-200系列PLC通过PPI协议构建了一主三从的PPI网络作为下位机,以IPC作为系统的上位机,在上位机中,以Win CC组态软件开发了海洋风电安装船的监控系统。为实现...   详情>>
来源:《自动化与仪表》 2015年第04期 作者:齐继阳;孟洋
6.自升式风电安装船PLC控制系统设计
阳学进;陈定方
通过对自升式风电安装船升降系统工作原理的分析,进行自升式风电安装船PLC控制系统硬件设计和软件设计,并借用PLC仿真软件对所编写的程序进行验证,得到一个可行的PLC控制系统.   详情>>
来源:《湖北工业大学学报》 2012年第04期 作者:阳学进;陈定方
第7章 风电安装船疲劳分析导语

本章介绍风电安装船的疲劳分析。疲劳是工程中的重要课题,研究风电安装船的疲劳重要性显然而见。 

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1.自升式海上风电安装船的疲劳分析
刘建峰
具备自航能力的自升式海上风电安装船属于可承载大的离岸工程装备,其船体结构的应力变化范围大,对疲劳强度的设计要求高。分析了无限航区航行运输、停泊场所移动、提升抬起和下降回到海面、抬起状态的波浪载荷、起重操作等5种工况下的疲劳损伤,建立了结构模型并定义了负载条件。计算结果显示,...   详情>>
来源:《江苏船舶》 2014年第02期 作者:刘建峰
价格:¥36.50

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