海上风电安装中的升沉补偿

自升式平台还是浮式船舶

升起后的自升式平台支承在海床上，波浪不会使其船体或起重机升沉。其吊装主要受构件所受风力、起重机与结构的柔性，以及负载所取自或安放到的对象的运动影响，例如靠泊的供料船。不过，自升式平台仍有两种工况适合使用串联式装置：从浮式供料船起吊时，负载在离开甲板前随供料船运动；水下吊装穿过浪溅区时，无论起重机位于何处，负载都会受到波浪作用。我们的 快速起吊 一文介绍了自适应装置如何将负载从运动中的甲板上迅速吊离。

浮式船舶始终随波浪运动。吊臂端点的竖向运动由船舶升沉、横摇和纵摇共同构成：横摇分量取决于端点到船舶中心线的距离，纵摇分量取决于端点到船中的距离。因此，位于舷侧较远处或靠近船首、船尾的吊臂端点，其运动幅度可能大于船舶的升沉幅度。这种运动通过刚性的钢丝绳和吊索传至负载。我们的 船舶运动 一文介绍了计算方法。

串联式装置适用的工况

浮式风电与基础工程的水下吊装

浮式风电的吸力锚和系泊设备、预打桩导向模板、水下结构及防护罩，均需从浮式船舶穿过浪溅区下放至海床。这些作业承受与其他水下吊装相同的载荷：浪溅区内的砰击、阻力、浮力和附加质量作用，以及海床着陆时的速度。串联的被动升沉补偿器使起升系统具有柔性，从而降低冲击载荷，并减少着陆时传至负载的吊臂端点运动。我们的浪溅区研究针对35 t玻璃钢（GRP）防护罩在Hs 1.8 m海况下的工况：使用RIGEL 75 t / 4.5 m后，缆绳峰值载荷从1,846 kN降至655 kN，所有吊索松弛事件均消除；行程余量是限制因素。 穿越浪溅区 和 水下吊装 两篇文章说明了这些载荷。

从浮式船舶上下放并安放负载

浮式船舶将负载安放到固定结构上时，例如将导管架安放到预装桩上、将过渡段安放到单桩上，或将模板安放到海床上，吊臂端点在首次接触后仍会运动。若索具为刚性，吊臂端点每次向上运动都可能再次提起负载，随后在下降时猛烈碰撞，如此反复，直到放出足够的钢丝绳（图1）。

串联被动升沉补偿器后，首次接触后的吊臂端点运动由装置行程吸收，缆绳受力逐渐变化，避免将负载从法兰上猛然提起。随着钢丝绳放出，装置回缩，其作用力下降，负载重量转移至基础。在此之前，负载对支座的作用几乎为零，因此钢丝绳的放出仍须跟上吊臂端点运动，装置与负载组成系统的固有周期也须避开波浪周期。吊装模型会针对施工海况核验接触速度、行程及调校。ANTARES还设有安放模式，可打开阀门并解除其EQ功能，实现柔和安放。

打桩过程中的溜桩

单桩和销桩通常采用液压锤打入。如果桩尖进入软弱土层，桩可能突然下滑，起重机钢丝绳则必须制动其仍在承载的部分。 POLARIS 缓冲器装在起重机起升绳系中，伸缩时将作用力限制在其阀门设定值附近，避免将全部制动载荷传给起重机。 溜桩防护 一文说明了该载荷工况和选型方法。

不适用工况

串联式升沉补偿器作用于竖向载荷传递路径，不能控制负载在水平面内的位置或转动方向。导向装置和防撞装置、运动补偿抱桩器以及牵引绳承担这些任务，吊装方案通常还需采用其中一种。若吊钩和负载支承点均不运动，补偿器也不起作用：从升起的自升式平台自有甲板起吊机舱或叶片时，主要影响因素是构件所受风力及起重机自身的动力响应。

风电吊装概览

为风电吊装选择装置

装置选型依据吊装模型：施工海况下船舶在吊臂端点处的运动、起重机与索具、负载的质量、几何形状和水动力特性，以及着陆或安放标准。重型吊装还须将装置自身的长度与重量计入起重机的吊钩高度和载荷曲线。 CONSTELLATION 分别模拟使用和不使用补偿器的吊装过程，并报告载荷、已用行程及余量。

RIGEL （55至1,000 t）、 CYGNUS （12.5至10,000 t）和 ANTARES （30至4,000 t）适用于串联式吊装，额定作业水深均达3,000 m。ANTARES可在吊装过程中调整设定值：穿越浪溅区时刚度更高、阻尼更强；进入其下方水域后更柔和；安放时可进入阀门打开、EQ功能解除的模式，实现柔和安放。它还可将负载从运动中的甲板上快速吊离。POLARIS缓冲器的范围为75至4,000 t。