海洋工程
一份好资料,海上风电施工六大关键!(下)
发布时间:2019-04-11

接上期

风机基础施工

 
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海上风机塔架结构基础具有重心高、承受水平力和弯矩较大等受力特点,且与海床地质结构情况、海上风和浪的荷载以及海流等诸多因素有关,同时海上施工条件复杂,受安装、施工设备能力的影响很大,设备的使用和调遣费用也非常昂贵。因此,海上风电机组的基础被认为是造成海上风电成本较高的主要因素之一。合理选择基础结构型式对结构安全、施工难易程度及工程造价具有重要影响。

国外海上风机基础一般有单桩、重力式、导管架、吸力式、漂浮式等基础型式。国内多采用混凝土高桩承台基础、混凝土低桩承台、导管架及单桩等基础型式。这几种基础形式主要涉及钢管桩沉桩施工及承台施工两部分。

 
 

钢管沉桩施工

钢管桩在施工过程中,也存在着许多的不确定因素,有可能对施工安全及承载力控制等造成影响。因此,建议在钢管桩施工过程中,使用高应变设备,对打桩过程进行监控,这样就可以对施工过程中,桩身的应力,锤击能量,实时承载力等信息进行监测;另外,如果对同一根桩做过GRLWEAP打桩模拟分析,还可将高应变实测数据与之进行对比,对GRLWEAP模拟分析进行优化,并可指导后续桩基础的模拟分析。

相比陆地上的高应变测试,海上高应变测试的操作难度更高,不过,由于打桩锤的锤击能量大,锤击对中好,所以其实海上高应变测试总体效果是非常理想的,来自全球各地的用户已经充分证明了这一点。另外,海上高应变测试经常会涉及到桩头位于水面以下的情况,这就会给测试带来一定的困难,因为在这种情况下,传感器要位于水下,深度可能会达到几十米,甚至上百米,这对传感器的防水性,以及对海水的抗腐蚀性能提出了很高的要求;再者,这种情况下,主电缆的长度往往都超过100米,有时甚至需要两三百米,这又对由于电缆过长造成的电压损失补偿提出了要求,以保证测试信号的稳定性及可靠性。PDI委托Seacon公司生产的水下传感器能够完美胜任这样的工况,并已经过大量实践证明其可靠性。只不过,由于水深较深,传感器无法回收,检测成本相对会比较大,但考虑高应变测试带来的巨大作用,还是值得的。


01 高应变打桩分析仪PDA-8G
 

PDA-8G可用于评估桩身承载力及其完整性。对于现场实测的数据还需使用CAPWAP拟合软件进一步分析,分析得出的结果与静载荷试验有着良好的相关性。

 

02 水下应变和加速度传感器

PDI浅水(100米以下)和深水(300米以下,Seacon生产)防水型力传感器和加速度传感器与PDA-8G打桩分析仪相配合,能够实现海上打桩高应变动测。

 

 

 

混凝土承台基础施工

承台起着承上启下的作用,上接风机塔筒过渡段,下接桩基,风机承受的巨大荷载通过塔筒传递给承台,还需承受台风期巨大的波浪力,承台受力复杂且荷载大,承台施工质量直接关系到上部风机的安全。

此外承台属于大体积混凝土,容易因水化热出现温度裂缝,模板的支立,仓面砼浇筑管理、施工冷缝和温控裂缝等较难控制,并且砼搅拌船海上施工作业容易受风浪影响。


01 无线混凝土温度和强度传感器

SmartRock是一种坚固的、基于移动应用的无线传感器,可以连续测量并记录混凝土从新拌到硬化过程中的温度,预测混凝土的强度。

 

02 混凝土传感器

 

Pt温度计

FBG温度计

SOFO混凝土凝固传感器

SOFO标准变形传感器

 

机组结构检测

 
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风机安装

风机设备海上安装是风机安装工作中最为重要的内容,经过对国内外风电场建设的调查了解,根据风机零散设备的预拼装程度与起吊模式,可将风机吊装方案分为整体组装与吊装模式、分体组装与吊装模式。

Horns Rev风电场分体吊装图

Beatrice风电场风机整体吊装图

 

风机塔筒及风机叶片是风电机组的重要组成部分,其安装质量的好坏直接关系着工程的整体质量。

风机塔筒属于金属构件,采用的钢管桩直径较大,钢材材质为低合金高强度钢,钢材的卷制和焊接施工难度较大,纵向焊缝与环向焊缝又是塔筒的关键部位,焊接质量不易控制,因此无论是在生产过程中还是安装后都需要进行无损探伤检测。

风机叶片产生缺陷的原因是多方面的,在生产制造过程中,会出现孔隙、分层和夹杂等典型缺陷。此外,叶片在运输和安装过程中,由于叶片本身尺寸和自重较大而且具有一定的弹性。因此,一定要做好保护叶片的工作,以防产生内部损伤。

01 Flaw Detector 100超声波探伤仪

 

Proceq Flaw Detector 100超声波探伤仪是一款非常灵活的高科技超声波检测仪器。能够快速测量锻件、复合材料、塑料及焊接件等组件的厚度、确定材料属性和缺陷,并且可以广泛兼容常规探头以及相控阵探头。

此外,钢结构塔架处于海洋大气环境中,经济有效的防腐蚀解决方案是采用长寿命防腐涂层体系,除对防腐材料有一定要求外,涂层厚度也是关系着风机抗腐蚀能力的关键。
 

02 DCF-3000EZ涂层测厚计

 

3000EZ 序列涂层测厚计,快速、无损、精确地测量铁基和非铁基材料上的涂层厚度。可广泛应用于实验室和现场应用。

 

 

电缆敷设

主海缆敷设工艺流程

装缆运输 → 施工准备(牵引钢缆布放、扫海等) → 始端登陆施工 → 海中段电缆敷埋施工 → 终端登升压平台施工 → 海缆冲埋、固定 → 终端电气安装 → 测试验收。

海缆敷设施工图

 

运行安全监测

 
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海上风电工程的安全监测主要包括风机基础与导管架的受力状态、变形特征与在环境荷载(台风、海浪、地震)作用下的动态响应。

  • 记录风机支撑基础结构载荷特性,确保其稳定性。

  • 记录环境载荷(台风、海浪、地震)对风机基础的影响并进行相应的安全性评估。

  • 为近海风机基础的设计和研究提供参考依据。

 

平台沉降

iCIVIL-2208静力水准仪

FBG静力水准仪

平台倾斜

高精度倾角计(Jewell Tuff Tilt 420)

iCIVIL-2308 MEMS倾角计(道冲)

接触应力

土压力计(TPC)

FBG土压力计

桩基变形

iCIVIL-2303/ iCIVIL-2304 MEMS固定式测斜仪

固定式测斜仪Jewell

平台沉降

钢筋计(IRHP)

应变计(SM-5A)

FBG钢筋计

导管架倾斜

深水型水下倾斜计(Jewell 802)

导管架应力

应变计(SM-5A)

海底电缆应变监测

分布式应变监测(Ditest)

渗透压力监测

PWS振弦渗压计

FOP光纤微型渗压计

风荷载

小型气象站

地震反应

强震记录仪(GMSplus)

三向力平衡伺服加速度计(AC-73)

CR-6Plus多通道中央记录系统

振动监测

Minimate Pro6振动、超压和噪音监测仪

SURICAT结构振动监测仪

数据采集

DT80G/85G数据采集仪

CR1000X数据采集仪

Loadsensing无线传感采集系统

CR6 多功能数据采集器

 

 

根据实际施工方法的不同,监测也存在一定的差异,如TML的漂浮式海上风力发电设施监测方案,BDI无线结构监测系统。


01 TML漂浮式海上风力发电设施监测方案

 

项目

使用设备

传感器

FBG应变计、焊接型应变计AWC、防水加速度传感器ARH-A

数据采集系统

静态数据测试TDS-540、动态数据测试TMR-300/DC-204R


02 BDI无线结构监测系统

 

项目

使用设备

传感器

BDI应变传感器,BDI加速度传感器

节点模块

BDI 4通道节点模块,16通道节点模块

数据采集系统

BDI STS4监测系统采集仪

数据监测

BDI STS_NET 和STS_Sync软件


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