摘 要

随着环境的恶化和能源的减少，清洁无污染的新能源成为各国的研究目标。近年来，新发现、利用的海上风能越来越受到世界的关注。为此，一种专业的海上风机安装船应时代的要求诞生。但由于研究的不成熟与技术的缺乏，海上风能的开发还在缓慢的发展中。风机安装船航使到指定地点后，升降装置将桩腿降至海底固定，平台升高，形成安全稳定的作业平台。本文的设计对象就是安装船的升降装置，致力于用液压的方式实现安装船的升降工况，并完成完整的系统设计。

升降装置的液压系统由恒压变量泵供油，插销回路由换向阀控制，升降回路由比例阀控制。四组系统的同步控制由比例阀与控制单元共同完成。升降回路和插销回路是顺序动作的，通过阀的中位机能实现。最后完成原理图、元件计算和选型、油箱设计与泵站设计。

关键词：风机安装船；升降装置；液压系统；同步控制

Abstract

With the deterioration of environment and energy reduction，Clean and non polluting new energy became the research target of each country. In recent years, the new discovery and utilization of offshore wind energy has attracted more and more attention of the world. To this end, a professional offshore wind turbine installation vessel should be the birth of the requirements of the times. However, due to the lack of research and the lack of Technology, the development of offshore wind energy is still in the slow development. After the installation of the wind turbine to the designated place, jacking system fixes the jack-up legs down to the bottom of the sea and lifts the jack-up platform to form the safe and stable operation platform. The design object of this paper is to install the jacking system of the offshore wind turbine installation vessel, committing to the use of hydraulic methods to achieve the lifting of the turbine installation vessel, and complete the system design.

The hydraulic system of the jacking system is supplied by a constant pressure variable pump. Latch circuit controlled by the directional control valve, and lifting circuit controlled by proportional valve. The synchronous control of the four groups is completed by the proportional valve and the control unit. Lift circuit and latch circuit is of the order of actions, because it through the median function of the valve to achieve. Finally, the schematic diagram, calculation and selection of components, design of oil tank and design of pump station are completed.

Key word: offshore wind turbine installation vessels; jacking system; Hydraulic System; Synchronization control

目 录

摘 要 I

Abstract II

1 绪论 1

1.1 课题研究的目的及意义 1

1.1.1风力发电情况介绍 1

1.1.2海上风机安装船简介 1

1.2 国内外研究概况 3

1.2.1国外安装船发展状况 3

1.2.2国内安装船发展状况 4

1.3 研究内容 4

2 升降装置方案总体设计 5

2.1 液压系统的参数设计 5

2.2 船上液压升降装置 5

2.3 实际工况要求及其分析 7

2.4 设计方案的拟定 8

2.4.1系统类型的选定 8

2.4.2执行元件的选定 8

2.4.3调速方式的选定 8

2.4.4同步方式的设计 9

2.4.5调压方式的选定 9

2.4.6系统回路的设定 9

3 升降系统设计 10

3.1 升降系统回路设计 10

3.2 插销系统回路设计 12

3.3 泵出口回路的设计 13

3.4 拟定总原理图 13

3.5 工况对应的液压系统走向 14

3.5.1桩腿下降控制 15

3.5.2平台上升控制 15

3.5.3平台下降控制 16

3.5.4桩腿上升控制 17

3.6 液压元件的计算和选型 18

3.6.1已知条件 18

3.6.2液压泵的计算与选型 18

3.6.3电动机的计算与选择 20

3.6.4联轴器的选择 21

3.6.5液压控制阀的选型 21

3.7 液压辅件的设计及选型 25

3.7.1过滤器的选型 25

3.7.2空气滤清器的选型 26

3.7.3液位液温计的选型 27

3.7.4液压介质的选择 27

3.8 液压元件明细表 27

3.9 油箱的计算及选型 27

3.10 液压泵站的设计 28

3.11 阀块的设计与绘制 28

3.11.1主回路阀块的设计与绘制 28

3.11.2插销回路阀块的设计与绘制 29

3.11.3液控单向阀与油缸的阀块的设计与绘制 29

3.11.4升降回路阀块的设计与绘制 30

3.12 安装船的整体动力站设计 30

3.13 经济型分析 31

4 系统验算与分析 33

4.1 系统压力损失校核 33

4.1.1沿程压力损失 33

4.1.2局部压力损失 33

4.1.3阀类元件压力损失 34

4.2 油温验算 34

4.3 同步系统原理介绍 35

5 总结与展望 37

5.1 创新点 37

5.2 总结 37

5.3 展望 37

参考文献 39

致 谢 40

绪论

1.1课题研究的目的及意义

1.1.1风力发电情况介绍

这几年来，城市雾霾、沙尘暴、水土污染等环保问题越来越严重，已威胁到世界各国人民的生活。与此同时，相应的石油、天然气、煤炭等能源的消耗也给世界带来巨大的负担。为了更好地保护环境和减少能源的消耗，世界各国对风力发电越来越重视。作为一种环保而可再生的新能源，风能不占用土地、不废燃料、零污染，这使得风力发电技术也越来越成熟。因为人们已很大程度上地将陆地风力资源开发利用，所以世界又转向了海上寻求风力发电的新方式。相较于陆地风力发电，海上风力更具优势，其来源稳定、速度快、可利用率高、产生电量大、不废土地资源、电场靠近经济发达地区、离电力转换中心近、风电并网和消纳容易^[2]。这些优势使得各国盯紧了这个海上“掘金厂”，未来几年将给各国带来能源的希望。根据据欧洲风能协会的预测，到2030年，海上风电装机量约占世界风电总装机总量的比例将提高至40%。海上风电的投资也从2008年开始保持快速增长，未来海上风电场的发展潜力非常巨大。

1.1.2海上风机安装船简介

而风机安装船则是安装海上风机的重要工具。在以前，风机较小型且靠近海岸时，普通的起重安装船舶就可以满足需求。而随着技术的不断改进，发电量的需求越来越大，同时满足市场的需求，产生了专门的安装船，能自动升降和在海上航行。

每艘海上安装船上配有风机起升装置，在以较快的速度到达指定地点，船上自带的三条或四条桩腿在液压装置的控制下下降到海底固定住，再反向将平台升起，实现海上的一个安全稳定的作业平台。典型的自升自航式风机安装船如图1-1所示: