高精度海上风机整体运输安装船
1.本实用新型涉及海洋工程海上风机安装技术领域，具体涉及一种高精度海上风机整体运输安装船。
背景技术：
2.当今社会对于能源需求的不断增长以及对全球变暖等自然问题的担忧，风电越来越受到欢迎。风电有两种类型：陆上风电以及海上风电，海上风电相较于陆上风电具有明显的优势。因为海上风速更高，风能资源丰富；海面摩擦较小，风能质量高，海风有稳定的主导方向，风机能够较长时间稳定运行；且海上风机单机容量大，能量输出大；海上风电的发展大大降低对环境负面影响，不用占用宝贵的土地资源，对居民生活影响较小。因此，随着海上风机安装技术的逐步完善，海上风电作为发展趋势是可预见的。
3.目前海上风机机组的安装方式主要分为拆分式安装和整体式安装。拆分式安装是将预制的塔筒、机舱、轮毂和叶片等作为单独组件或部分装配完成后，运输到指定海域，在海上进行组装，该方法安装步骤多，过程复杂，时间长，作业效率低。整体式安装是将预制的塔筒、机舱、轮毂和叶片整体组装完成后，运输到指定海域，直接安装完成，整体式安装的效率高，施工期短，但对运输船及浮吊等起重设备要求较高。
4.现有海上风机机组整体的运输安装技术中，大多数情况下采用专业的运输船将组装好的风机机组运送至指定区域，然后浮吊整体吊起、安装。这种运输安装过程采用两种专业船舶进行，在浮吊吊起风机机组过程中需要考虑多体的相互运动，这使得浮吊作业过程难度较大。
5.采用浮吊整体吊装方式进行安装，自动化程度较低，工程作业难度大。风机安装过程中对精度的要求非常高，但这种吊装方式可能造成风机机组整体安装过程中塔筒底部与已经安装好的固定式风机基础单桩底部存在较大相对运动，因此只能选择天气状况良好的窗口期进行安装作业，这严重影响了风机的安装效率。
技术实现要素：
6.本实用新型的目的是，提供一种高精度海上风机整体运输安装船，其实现了海上风机整体安装过程中多个风机机组整体运输、海上一次安装，提升了作业效率。
7.为实现上述目的，本技术提出一种高精度海上风机整体运输安装船，包括船体，所述船体上沿长度方向设有移动的风机传输机系统，该风机传输机系统上通过多个风机稳定块固定有风机整机；所述船体底部安装有动力定位推进器系统，船体尾部安装有六自由度并联机械臂系统，所述六自由度并联机械臂系统上连接有夹具系统。
8.进一步的，所述风机传输机系统，包括缠绕在主动轮和从动轮组上的传输带，所述主动轮和从动轮组交替设置，每个主动轮与固定在船体上的电机相连；本技术增加主动轮及从动轮数量，在提供足够传动力的同时减小风机稳定块和风机整机在移动过程中传输带的形变。
9.进一步的，所述风机稳定块放置于传输带上，将装配好的风机整机插于风机稳定块的凹槽中，保证风机整机在运输过程中的稳定性。
10.进一步的，所述动力定位推进器系统包括分布于船体前中后的推进器a、推进器b、推进器c；当一体船自航至待安装整机的固定式风机基础单桩附近后，动力定位推进器系统开始工作，推进器产生的推力抵抗风、浪、流等作用在船上的环境力，从而补偿一体船的低频运动。
11.进一步的，所述六自由度并联机械臂系统包括大型液压缸a、大型液压缸b、大型液压缸c、大型液压缸d、大型液压缸e、大型液压缸f、六自由度并联机械臂上台面、下部虎克铰、上部虎克铰，各个大型液压缸顶部分别通过上部虎克铰与六自由度并联机械臂上台面相连，底部分别通过下部虎克铰与船体甲板相连。六自由度并联机械臂系统用于带动夹具系统移动，从而将风机整体机组从风机稳定块上取出并移动到已施工完成的固定式风机基础单桩上，进行风机整机安装；在此过程中六自由度并联机械臂系统同时补偿一体船的六自由度波频运动；同时，实时补偿整机塔筒底部以及固定式风机基础单桩上部的相对运动。
12.更进一步的，所述大型液压缸a与大型液压缸b呈v字型布置，大型液压缸c与大型液压缸d呈v字型布置，大型液压缸e与大型液压缸f呈v字型布置。
13.更进一步的，所述夹具系统位于六自由度并联机械臂上台面的缺口中，该系统包括夹板a、夹板b、小型液压缸a、小型液压缸b、小型液压缸c、小型液压缸d、小型液压缸e、小型液压缸f、小型液压缸g、小型液压缸h、小型虎克铰、销轴，所述夹板a与夹板b通过销轴连接，所述小型液压缸a、小型液压缸b、小型液压缸c、小型液压缸d一端分别通过小型虎克铰与夹板a相连，另一端分别通过小型虎克铰与六自由度并联机械臂上台面相连；所述小型液压缸e、小型液压缸f、小型液压缸g、小型液压缸h一端分别通过小型虎克铰与夹板b相连，另一端分别通过小型虎克铰与六自由度并联机械臂上台面相连。夹具系统依靠六自由度并联机械臂系统运动，各小型液压缸伸缩保证夹具系统夹取风机整机的便利，同时保证转运过程中风机整机的稳定性。
14.更进一步的，所述小型液压缸a、小型液压缸d位于夹板a下部，小型液压缸b、小型液压缸c位于夹板a上部且在小型液压缸a与小型液压缸d之间；所述小型液压缸e、小型液压缸h位于夹板b下部，小型液压缸f、小型液压缸g位于夹板b上部且在小型液压缸e与小型液压缸h之间。
15.本实用新型采用的以上技术方案，与现有技术相比，具有的优点是：
16.1)一体船风机传输机系统上布置风机稳定块，保证了风机整机在运输过程中保持稳定状态；
17.2)在一体船上布置风机传输机系统、夹具系统、六自由度并联机械臂系统，能够取代当前风机安装中广泛采用的吊装系统，通过传输机系统传输，夹具系统夹持风机机组，六自由度并联机械臂系统转运，降低了作业难度，提高了安装过程中的自动化程度，减小了风机安装的人力成本，降低了安装过程中的作业难度，提高了风机安装效率，节约了工程作业时间，做到从风机组装船坞整体装船、整机运输、整机安装，为海上风电安装产业中风机机组整体快速安装提供了便利条件；
18.3)高精度海上风机整体运输安装船由于各部分为刚性连接，可以将风机整机与一体船整体考虑，简化了荷载传递过程。
附图说明
19.图1为海上风机整机运输一体船的结构示意图；
20.图2为海上风机整机运输一体船的结构示意图b；
21.图3为海上风机整机运输一体船的左视图；
22.图4为风机传输机系统的结构示意图；
23.图5为夹具系统的结构示意图；
24.图6为夹具系统的俯视图；
25.图7为夹具系统虎克铰的结构示意图；
26.图8为六自由度并联机械臂系统的结构示意图；
27.图9为六自由度并联机械臂系统的右视图；
28.图中序号说明：1、船体；2、风机整机；3、风机传输机系统；301、传输带；302、主动轮；303、从动轮组；4、风机稳定块；5、动力定位推进器系统；501、推进器a；502、推进器b；503、推进器c；6、夹具系统；601、夹板a；602、夹板b；603、小型液压缸a；604、小型液压缸b；605、小型液压缸c；606、小型液压缸d；607、小型液压缸e；608、小型液压缸f；609、小型液压缸g；610、小型液压缸h；611、小型虎克铰；612、销轴；7、六自由度并联机械臂系统；701、大型液压缸a；702、大型液压缸b；703、大型液压缸c；704、大型液压缸d；705、大型液压缸e；706、大型液压缸f；707、六自由度并联机械臂上台面；708、下部虎克铰；709、上部虎克铰；8、风机基础单桩；9、船尾安装口。
具体实施方式
29.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术，即所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
30.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
31.实施例1
32.本实施例提供一种高精度海上风机整体运输安装船，包括设置于船体上的风机传输机系统、动力定位推进器系统、六自由度并联机械臂系统，所述风机传输机系统上通过多个风机稳定块固定有风机整机，所述六自由度并联机械臂系统上设有夹具系统。
33.如图1-4所示，船体1甲板上设有沿长度方向移动的风机传输机系统3，风机传输机系统3通过加装主动轮302以及从动轮组303，提供足够的传动力，同时减小风机传输机系统3带动风机稳定块4及风机整机2在移动过程中传输带301的形变。
34.如图1-3所示，所述风机稳定块4放置于风机传输机系统3上，风机组装船坞将装配好的风机整机2的塔筒利用起重设备插于风机稳定块4中，以此保证风机整机2在运输过程中的稳定性。
35.如图1-3所示，所述动力定位推进器系统5包括推进器a501、推进器b502、推进器c503，分别安装于船体1底部的前中后位置，当一体船自航至待安装整机的风机基础单桩8附近后，推进器a501、推进器b502、推进器c503开始工作，由船舶控制系统得出各推进器出力的大小及方向，动力定位推进器系统5产生的推力供抵抗风、浪、流等作用在船上的环境力，实现对一体船的低频运动的补偿，使一体船保持在一定位置。
36.如图1-3及图5-9所示，所述六自由度并联机械臂系统7包括大型液压缸a701、大型液压缸b702、大型液压缸c703、大型液压缸d704、大型液压缸e705、大型液压缸f706共6个大型液压缸以及六自由度并联机械臂上台面707、下部虎克铰708(6个)、上部虎克铰709(6个)。六自由度并联机械臂系统7下部虎克铰708(6个)安装于船体1尾部，每个下部虎克铰分别上接大型液压缸a701、大型液压缸b702、大型液压缸c703、大型液压缸d704、大型液压缸e705、大型液压缸f706，每个大型液压缸分别上接上部虎克铰709(6个)，所述上部虎克铰均与六自由度并联机械臂上台面707相连。六自由度并联机械臂系统7用于带动夹具系统6移动，从而将风机整体2从风机稳定块4上取出并移动到已经施工完成的风机基础单桩8上，进行风机整机2的安装；在此过程中六自由度并联机械臂系统7同时补偿一体船的六自由度波频运动；同时，实时补偿风机整机2塔筒底部以及风机基础单桩8上部的相对运动。六自由度并联机械臂系统7以及六自由度并联机械臂上台面707的运动，主要依靠大型液压缸a701、大型液压缸b702、大型液压缸c703、大型液压缸d704、大型液压缸e705、大型液压缸f706的伸缩。通过各液压缸长度的变化，实现对一体船波频响应的补偿，保证六自由度并联机械臂上台面稳定及夹具系统的稳定。
37.如图1-3及图5-9所示，所述夹具系统6包括夹板a601、夹板b602、小型液压缸a603、小型液压缸b604、小型液压缸c605、小型液压缸d606、小型液压缸e607、小型液压缸f608、小型液压缸g609、小型液压缸h610及小型虎克铰611(16个)、销轴612。其中部分小型虎克铰611(4个)连接于六自由度并联机械臂上台面707的下表面，下连小型液压缸a603、小型液压缸d606、小型液压缸e607、小型液压缸h610，上述四个小型液压缸分别通过小型虎克铰611(4个)连接于夹板a601、夹板b602的下部；部分小型虎克铰611(4个)连接于六自由度并联机械臂上台面707的上表面，上接小型液压缸b604、小型液压缸c605、小型液压缸f608、小型液压缸g609，上述四个小型液压缸分别通过小型虎克铰611(4个)连接于夹板a601、夹板b602的上部；夹板a601、夹板b602由销轴612串联。夹具系统6上夹板a601、夹板b602的闭合打开，主要依靠各小型液压缸的伸缩，以保证夹具系统6夹取风机整机2的便利，同时保证转运过程中风机整机2的稳定性。
38.利用上述高精度海上风机整体运输安装船实施海上风机运输和安装，具体步骤如下：
39.第一步，一体船靠泊于风机组装船坞，利用船坞的起重设备将组装好的风机整体2吊装至风机传输机系统3上并布置在风机稳定块4上方，将风机整体2塔筒根部插入风机稳定块4中；
40.第二步，一体船自航至已经安装完成的风机基础单桩8附近，此时，动力定位推进器系统5开始工作，推进器a501、推进器b502、推进器c503通过改变出力的大小及方向准确使风机基础单桩8进入一体船船尾安装口9内；此后动力定位推进器系统5补偿一体船受风、浪、流等环境力作用下的低频运动，保证风机基础单桩8始终位于一体船船尾安装口9内；
41.第三步，风机传输机系统3和六自由度并联机械臂系统7开始工作，风机传输机系统3带动风机稳定块4及风机整机2向船尾移动，同时六自由度并联机械臂系统7带动夹具系统6移动至与风机传输机系统3运动方向平行的位置，此时风机传输机系统3继续运动直至夹具系统6能够夹持风机整机2塔筒的位置；
42.第四步，夹具系统6上各小型液压缸收缩，夹板a601、夹板b602打开，六自由度并联机械臂系统7运动，使夹板a601、夹板b602包围风机塔筒，六自由度并联机械臂上台面707运动至指定位置，夹具系统6上各小型液压缸伸长使夹板a601、夹板b602夹紧风机塔筒，六自由度并联机械臂上台面707向上运动使风机整机2从风机稳定块4中抽出，六自由度并联机械臂系统7运动使风机整机2移动至风机基础单桩8上方附近；
43.第五步，六自由度并联机械臂系统7开始补偿一体船的六自由度波频运动，同时船载全站仪实时测量整机塔筒底部中心以及固定式风机基础单桩顶部中心的相对运动，得到两者的相对位置变化，六自由度并联机械臂系统补偿位置变化误差，使得风机塔筒底部相对于固定式风机基础单桩静止，在此过程中六自由度并联机械臂上台面707的高度逐渐降低，直至风机整机2的塔筒底部与风机基础单桩8顶部对接完成，此时风机安装完毕；
44.第六步，夹具系统6上各小型液压缸收缩，夹板a601、夹板b602打开，六自由度并联机械臂系统7运动，夹具系统6离开风机整机2；夹具系统6中各小型液压缸复位，六自由度并联机械臂系统7中各大型液压缸复位；
45.第七步，动力定位推进系统5推动一体船，使其驶离该已安装好的风机，并航行至下一安装位置进行安装，并重复以上步骤。
46.以上所述的风机传输机系统、各推进器、各小型液压缸、各大型液压缸与一体船的控制系统相连接。上述各推进器、小型液压缸、大型液压缸、大型虎克铰、小型虎克铰均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本领域技术人员通过技术手册得知或通过常规实验方法获知，不再阐述。
47.本实用新型在一体船上布置风机传输机系统、夹具系统、六自由度并联机械臂系统，实现了对当前风机安装中广泛采用的吊装系统的替代，降低了作业难度。该一体船实现了风机自动化安装，提高了工作效率，减小了风机安装的人力成本，整机安装过程中各部分为刚性连接，减小了荷载计算过程。在一体船上布置动力定位推进器系统和六自由度并联机械臂系统实现了对风机机组整体安装过程中的波浪补偿，大幅提升整机安装的作业窗口期。该一体船实现了从风机组装船坞整体装船、整机运输、整机安装，为海上风电安装产业中风机机组整体快速安装提供了便利条件。
48.前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
技术特征：
1.一种高精度海上风机整体运输安装船，其特征在于，包括船体，所述船体上沿长度方向设有移动的风机传输机系统，该风机传输机系统上通过多个风机稳定块固定有风机整机；所述船体底部安装有动力定位推进器系统，船体尾部安装有六自由度并联机械臂系统，所述六自由度并联机械臂系统上连接有夹具系统。2.根据权利要求1所述一种高精度海上风机整体运输安装船，其特征在于，所述风机传输机系统，包括缠绕在主动轮和从动轮组上的传输带，所述主动轮和从动轮组交替设置，每个主动轮与固定在船体上的电机相连。3.根据权利要求2所述一种高精度海上风机整体运输安装船，其特征在于，所述风机稳定块放置于传输带上，将装配好的风机整机插于风机稳定块的凹槽中。4.根据权利要求1所述一种高精度海上风机整体运输安装船，其特征在于，所述动力定位推进器系统包括分布于船体前中后的推进器a、推进器b、推进器c。5.根据权利要求1所述一种高精度海上风机整体运输安装船，其特征在于，所述六自由度并联机械臂系统包括大型液压缸a、大型液压缸b、大型液压缸c、大型液压缸d、大型液压缸e、大型液压缸f、六自由度并联机械臂上台面、下部虎克铰、上部虎克铰，各个大型液压缸顶部分别通过上部虎克铰与六自由度并联机械臂上台面相连，底部分别通过下部虎克铰与船体甲板相连。6.根据权利要求5所述一种高精度海上风机整体运输安装船，其特征在于，所述大型液压缸a与大型液压缸b呈v字型布置，大型液压缸c与大型液压缸d呈v字型布置，大型液压缸e与大型液压缸f呈v字型布置。7.根据权利要求1所述一种高精度海上风机整体运输安装船，其特征在于，所述夹具系统位于六自由度并联机械臂上台面的缺口中，该系统包括夹板a、夹板b、小型液压缸a、小型液压缸b、小型液压缸c、小型液压缸d、小型液压缸e、小型液压缸f、小型液压缸g、小型液压缸h、小型虎克铰、销轴，所述夹板a与夹板b通过销轴连接，所述小型液压缸a、小型液压缸b、小型液压缸c、小型液压缸d一端分别通过小型虎克铰与夹板a相连，另一端分别通过小型虎克铰与六自由度并联机械臂上台面相连；所述小型液压缸e、小型液压缸f、小型液压缸g、小型液压缸h一端分别通过小型虎克铰与夹板b相连，另一端分别通过小型虎克铰与六自由度并联机械臂上台面相连。8.根据权利要求7所述一种高精度海上风机整体运输安装船，其特征在于，所述小型液压缸a、小型液压缸d位于夹板a下部，小型液压缸b、小型液压缸c位于夹板a上部且在小型液压缸a与小型液压缸d之间；所述小型液压缸e、小型液压缸h位于夹板b下部，小型液压缸f、小型液压缸g位于夹板b上部且在小型液压缸e与小型液压缸h之间。
技术总结
本实用新型公开了一种高精度海上风机整体运输安装船，包括船体，所述船体上沿长度方向设有移动的风机传输机系统，该风机传输机系统上通过多个风机稳定块固定有风机整机；所述船体底部安装有动力定位推进器系统，船体尾部安装有六自由度并联机械臂系统，所述六自由度并联机械臂系统上连接有夹具系统。本申请通过传输机系统传输，夹具系统夹持风机机组，六自由度并联机械臂系统转运，降低了作业难度，提高了安装过程中的自动化程度，减小了风机安装的人力成本，降低了安装过程中的作业难度，提高了风机安装效率，节约了工程作业时间，做到从风机组装船坞整体装船、整机运输、整机安装，为海上风电安装产业中风机机组整体快速安装提供了便利条件。提供了便利条件。提供了便利条件。
