本书主要分为11章四大部分：第1章阐述了自升式风电安装船的发展现状、市场需求类型及发展趋势，收集了大量的国内外有关自升式海上风电安装船的资料；第2～5章，阐述了自升式风电安装船的总体布置及主要参数、桩腿强度、浮态稳性、站立稳性、轮机系统及内外舾装等重要设计内容和风电船基本性能进行了研究和广泛的讨论，并阐述了风电安装船平台的设计原理和方法；第6～7章阐述了自升式风电安装船电气控制及液压控制两大重要控制系统，针对不同类型的自升式风电安装船配套形式，详细阐述了两大控制系统在设计和研究中的方法和研究成果；第8～11章阐述了自升式风电安装船起重机设计、抬升升降系统设计、动力定位系统及抱桩器等核心配套设备的设计内容进行了广泛的研究讨论。

本书作为深远海工程装备与高技术丛书之一，已列入十三五国家重点图书出版规划项目、上海市重点图书。

风力发电是近年来世界各国普遍关注的新能源开发项目之一，其中海上风力发电已经成为世界清洁能源发展的亮点，步入高速发展期。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。据国家能源局风电发展十三五规划，积极稳妥推进海上风电建设。到2020年，全国海上风电项目开工1000万kW，力争累计并网容量达到500万kW以上。意味着风电安装船需求剧增，现有的风电安装船根本不能满足今后风电安装的需求，这说明风电安装船市场仍然有巨大的需求空间。

本书总结了上海振华重工（集团）股份有限公司10多年来自升式风电安装船及其核心配套设备的设计和研究成果，对业内同行有较高的参考价值。

风力发电是近年来世界各国普遍关注的新能源开发项目之一，其中海上风力发电已经成为世界清洁能源发展的亮点，步入高速发展期。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。国家能源局风电发展十三五 规划指出，应积极稳妥推进海上风电建设。到２０２０年，全国海上风电项目开工１０００万ｋＷ，力争累计并网容量达到５００万ｋＷ 以上，这意味着现有的风电安装船根本不能满足今后风电安装的需求，风电安装船市场有巨大的需求空间。

本书分为四大部分１１章：

第一部分为第１章，概述了自升式风电安装船的发展现状、市场需求类型及发展趋势，收集了大量的国内外有关自升式海上风电安装船的资料。

第二部分为第２～５章，概述了自升式风电安装船的总体布置及主要参数、桩腿强度、浮态稳性、站立稳性、轮机系统及内外舾装等重要设计内容，对风电船基本性能进行了研究和广泛的讨论，并阐述了风电安装船平台的设计原理和方法。

第三部分为第６～７章，概述了自升式风电安装船电气控制及液压控制两大重要控制系统，针对不同类型的自升式风电安装船配套形式，详细阐述了两大控制系统在设计和研究中的方法和研究成果。

第四部分为第８～１１章，概述了自升式风电安装船起重机设计、升降系统设计、动力定位系统及抱桩器等核心配套设备的设计内容，并进行了广泛的研究讨论。

本书总结了上海振华重工（集团）股份有限公司十多年来自升式风电安装船及其核心配套设备的设计和研究成果。

自升式风电安装船的研究和设计是一个不断发展的领域，由于作者水平和时间所限，本书必然存在着一些缺点和不足，恳切希望广大读者给予批评和指正。

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２０１８年９月

上海振华重工(集团)股份有限公司(ZPMC)是重型装备制造行业的知名企业，为国有控股A、B股上市公司，控股方为世界500强之一的中国交通建设股份有限公司。公司前身是成立于1885年的公茂船厂，历经百余年的发展，于2009年正式更名为振华重工。公司总部设在上海，并在上海本地及南通等地设有10个生产基地，占地总面积1万亩，总岸线10公里，其中深水岸线5公里，承重码头3.7公里，是全国也是世界上最大的港口机械重型装备制造商。公司拥有25艘6万吨～10万吨级整机运输船，可将大型产品跨海越洋运往全世界。公司主营业务分为八类：港口用大型集装箱机械和矿石煤炭等散货装卸机械,，海洋重工，大重特型钢结构，海上运输与安装，系统集成、工程总承包，电气产品、软件开发与集成，投融资，一体化服务。

第１章　自升式风电安装船发展现状和前景 １
　　１．１　技术及装备发展现状 ３
　　１．２　市场需求及类型 ６
　　１．３　发展趋势研究 ９
第２章　总体布置设计及主要性能计算分析 １１
　　２．１　主要参数分析 １３
２．１．１　可变载荷及甲板面积确定 １３
２．１．２　主尺度方案确定 １４
２．１．３　质量重心控制原则 １５
　　２．２　主要设备及舱室布置 １８
２．２．１　风机设备布置 １８
２．２．２　施工工艺对总体布置的影响 １９
２．２．３　起重机布置 ２５
２．２．４　抱桩器布置 ２９
２．２．５　机械舱室布置 ３２
２．２．６　管弄布置 ３７
２．２．７　生活区舱室布置 ３９
２．２．８　脱险通道设计考虑 ４１
２．２．９　危险区舱室布置 ４２
２．２．１０　典型设计工况 ４４
　　２．３　主要性能计算 ４５
２．３．１　质量预估及升降能力选型分析 ４５
２．３．２　干舷及储备浮力计算分析 ４６
２．３．３　风载荷计算分析 ５１
２．３．４　航行完整稳性计算分析 ６１
２．３．５　航行破舱稳性计算分析 ６５
２．３．６　漂浮起吊作业特殊稳性计算分析 ７２
２．３．７　站立稳性计算分析（结构提供） ８０
·１·
自升式风电安装船技术与应用
第３章　船体与桩腿设计与分析 ８３
　　３．１　船体与桩腿强度设计通则 ８５
　　３．２　设计载荷与工况 ８５
３．２．１　环境载荷 ８５
３．２．２　重力及功能载荷 ８７
３．２．３　工况分类 ８７
　　３．３　主船体结构设计 ８８
３．３．１　总体强度 ８８
３．３．２　局部强度 ８８
　　３．４　桩腿设计 ８９
３．４．１　桩腿的型式 ８９
３．４．２　桩腿水动力参数的选择 ８９
３．４．３　桩腿强度计算 ９０
　　３．５　桩靴设计 ９０
３．５．１　桩靴强度 ９０
３．５．２　探索桩靴新型式 ９１
　　３．６　海底地基 ９３
３．６．１　海底地基特征 ９３
３．６．２　桩靴插深计算 ９３
　　３．７　结构优化 ９６
第４章　轮机设备及主要系统设计 ９９
　　４．１　电站选型设计及推进器选型要素 １０１
４．１．１　电站 １０１
４．１．２　推进器选型要素 １０３
　　４．２　轮机主要系统设计 １０３
４．２．１　舱底水系统 １０３
４．２．２　压载水系统 １０５
４．２．３　冷却水系统 １０７
４．２．４　冲桩系统 １１０
４．２．５　压缩空气系统 １１６
４．２．６　燃油、滑油系统 １２０
４．２．７　消防灭火系统 １２２
４．２．８　日用淡水系统 １２６
４．２．９　阀门遥控、液位遥测系统 １３０
４．２．１０　防污染系统 １３１
　　４．３　冷藏、通风、空调设备及系统设计 １３３
·２·
目　　录
４．３．１　冷藏系统设计 １３３
４．３．２　通风系统设计 １３５
４．３．３　空调系统设计 １４３
第５章　舾装设计 １５１
　　５．１　外舾装设计特点与原则 １５３
　　５．２　外舾装主要设备设计 １５３
５．２．１　锚泊设备系统的选型和布置 １５３
５．２．２　系泊设备的选型和布置 １５４
５．２．３　拖曳系统的选型和布置 １５５
５．２．４　起重设备的选型和布置 １５６
５．２．５　救生消防设备的选型和布置 １５７
５．２．６　舱盖类设备的选型和布置 １５９
５．２．７　栏杆、梯道等铁舾件的设计 １６０
５．２．８　其他杂项的设计 １６２
　　５．３　内装设计流程与细则 １６３
５．３．１　内装设计的特点与原则 １６３
５．３．２　生活区的划分与舱室布置 １６４
５．３．３　厨房、餐厅公共区域的设计与布置 １６７
５．３．４　内装主材的设计与选择 １７０
第６章　电气控制系统 １７５
　　６．１　电力系统 １７７
６．１．１　电源种类和容量的确定 １７７
６．１．２　配电系统设计 １７８
６．１．３　配电系统计算 １７９
　　６．２　升降控制系统 １８１
６．２．１　升降控制系统特征 １８１
６．２．２　升降控制系统硬件设计 １８１
６．２．３　升降控制系统软件设计 １８３
６．２．４　常见故障分析及处理 １８５
　　６．３　起重机电气系统 １８６
６．３．１　电气系统概述 １８６
６．３．２　电气设计相关规范 １８８
６．３．３　电气系统组成 １８９
６．３．４　电气安装工艺 ２０１
６．３．５　安全保护设计及控制难点 ２０７
·３·
自升式风电安装船技术与应用
　　６．４　锚机系统 ２０９
６．４．１　锚机控制系统特征 ２０９
６．４．２　锚机控制系统硬件设计 ２１０
６．４．３　锚机控制系统软件设计 ２１２
６．４．４　常见故障分析及处理 ２２０
　　６．５　推进电气系统 ２２１
６．５．１　推进系统简介 ２２１
６．５．２　电气设计相关规范 ２２２
６．５．３　推进系统的组成 ２２２
６．５．４　推进系统的功能 ２２６
　　６．６　中央控制系统设计 ２２７
６．６．１　系统概述 ２２７
６．６．２　系统方案设计 ２２８
６．６．３　系统主要技术指标 ２３２
第７章　液压传动与控制系统 ２３３
　　７．１　抬升液压系统 ２３５
７．１．１　抬升液压系统特征 ２３５
７．１．２　抬升液压系统原理 ２３５
　　７．２　起重机液压传动与控制系统 ２４７
７．２．１　起重机液压系统特征 ２４７
７．２．２　起重机液压系统的分类及工作原理 ２４８
　　７．３　锚机液压传动与控制系统 ２６４
７．３．１　锚机液压系统特征 ２６４
７．３．２　锚机液压系统工作原理 ２６４
　　７．４　动力定位液压传动与控制系统 ２７５
７．４．１　动力定位液压系统特征 ２７６
７．４．２　动力定位液压系统工作原理 ２７６
　　７．５　抱桩器液压传动与控制系统 ２８１
７．５．１　抱桩器液压系统特征 ２８１
７．５．２　抱桩器液压系统原理 ２８２
　　７．６　液压系统故障分析 ２８５
第８章　自升式风电安装起重机 ２８７
　　８．１　概述 ２８９
８．１．１　现状和特点 ２８９
８．１．２　主要参数 ２９２
·４·
目　　录
８．１．３　主要部件和组成系统 ３００
８．１．４　稳定性 ３０７
８．１．５　安全评估 ３０７
８．１．６　规范和准则 ３０７
　　８．２　全回转风电安装起重机 ３０８
８．２．１　全回转起重机的金属结构 ３０８
８．２．２　全回转起重机的机构 ３２４
８．２．３　全回转起重机的缠绕系统 ３３７
８．２．４　全回转起重机的辅助系统 ３４４
　　８．３　绕桩式全回转风电安装起重机 ３４８
８．３．１　绕桩式全回转起重机的金属结构 ３５０
８．３．２　绕桩式起重机的机构 ３６２
８．３．３　绕桩式全回转起重机的辅助系统 ３６６
　　８．４　桅杆式回转风电安装起重机 ３６６
８．４．１　桅杆式回转起重机的金属结构 ３６６
８．４．２　桅杆式回转起重机的机构 ３６７
８．４．３　桅杆式回转起重机的辅助系统 ３７０
　　８．５　固定臂架式风电安装起重机 ３７０
８．５．１　固定臂架式风电安装起重机的金属结构 ３７０
８．５．２　固定臂架式风电安装起重机的机构 ３７２
８．５．３　固定臂架式风电安装起重机的附件 ３７３
　　８．６　电气系统 ３７３
８．６．１　起重机的供电 ３７３
８．６．２　机构用交流变频电动机 ３７６
８．６．３　起重机的控制系统 ３７７
８．６．４　起重机辅助电气设备 ３７８
　　８．７　液压系统 ３７９
　　８．８　电液起重机与电驱起重机的选型 ３８０
８．８．１　电液起重机的优势 ３８０
８．８．２　电驱起重机的优势 ３８１
８．８．３　两种起重机的选型比较 ３８２
第９章　升降系统设计 ３８３
　　９．１　升降系统概述 ３８５
９．１．１　背景 ３８５
９．１．２　主要设计参数 ３８６
９．１．３　相关结构部件 ３８７
·５·
自升式风电安装船技术与应用
９．１．４　升降系统的分类 ３９１
９．１．５　升降系统选型 ３９１
９．１．６　产品性能参数表 ３９２
９．１．７　锁紧系统 ３９３
　　９．２　齿轮齿条式升降系统 ３９６
９．２．１　结构布置 ３９７
９．２．２　减速箱 ３９９
９．２．３　齿轮和齿条 ４０２
９．２．４　电机和制动器 ４０３
９．２．５　电气控制系统 ４０４
　　９．３　液压油缸式升降系统 ４０４
９．３．１　升降系统介绍 ４０６
９．３．２　国内液压升降系统 ４０９
９．３．３　液压销孔式升降系统对比 ４１０
９．３．４　电气控制系统 ４１２
第１０章　动力定位系统 ４１３
　　１０．１　概述 ４１５
１０．１．１　船舶动力定位系统定义 ４１５
１０．１．２　动力定位系统的功能及应用 ４１６
１０．１．３　动力定位系统的组成 ４１７
　　１０．２　船舶动力定位传感器测量系统 ４２０
１０．２．１　传感测量系统基本组成 ４２０
１０．２．２　位置参考系统 ４２３
１０．２．３　传感器系统 ４２４
１０．２．４　参考模型 ４２５
　　１０．３　动力定位能力分析 ４２７
１０．３．１　设计总则 ４２７
１０．３．２　总体设计 ４２７
１０．３．３　功能实现 ４２９
１０．３．４　１２００ｔ风电安装平台ＤＰ２能力分析 ４３６
　　１０．４　船舶动力定位数据处理系统 ４４５
１０．４．１　多传感器数据融合技术的概述 ４４５
１０．４．２　船舶动力定位数据处理与数据融合 ４４５
１０．４．３　船舶动力定位的数据滤波与运动状态估计 ４４７
　　１０．５　动力定位控制方法 ４５２
１０．５．１　ＬＱＧ控制器设计 ４５３
·６·
目　　录
１０．５．２　基于非线性预测控制的动力定位控制算法 ４６０
　　１０．６　推力分配 ４６５
１０．６．１　推力分配问题的一般提法 ４６６
１０．６．２　推力分配问题的解法 ４６９
１０．６．３　实际问题 ４７１
　　１０．７　船舶动力定位推进器系统 ４７２
１０．７．１　概述 ４７２
１０．７．２　形式和原理 ４７３
１０．７．３　水动力计算 ４７５
１０．７．４　系统设计 ４７８
１０．７．５　布置 ４８０
　　１０．８　船舶动力定位控制系统仿真测试 ４８２
１０．８．１　硬件在环仿真（ＤＰ ＨＩＬ）系统 ４８２
１０．８．２　仿真测试方法 ４８６
第１１章　抱桩器设计 ４９１
　　１１．１　抱桩器简介 ４９３
　　１１．２　抱桩器基本参数 ４９３
　　１１．３　抱桩器原理及工况 ４９３
１１．３．１　液压原理 ４９３
１１．３．２　作业工况 ４９４
　　１１．４　抱桩器各系统简介 ４９４
１１．４．１　主推系统 ４９４
１１．４．２　侧推系统 ４９４
１１．４．３　抱箍系统 ４９５
１１．４．４　电控系统 ４９６
１１．４．５　液压系统 ４９６
　　１１．５　抱桩器系统主要特点 ４９７
　　１１．６　电控系统操作说明 ４９７
１１．６．１　电控柜指示灯说明 ４９７
１１．６．２　操作站指示灯说明 ４９７
参考文献 ５０１