CN118234660A

CN118234660A - 用于浮式平台的系缆

Info

Publication number: CN118234660A
Application number: CN202280064320.6A
Authority: CN
Inventors: 斯特凡纳·勒-盖内克; 若埃尔·利博; 阿兰·斯科拉贝尔
Original assignee: Total Energy Technology; Techlam SAS
Current assignee: Total Energy Technology; Techlam SAS
Priority date: 2021-09-24
Filing date: 2022-09-23
Publication date: 2024-06-21
Also published as: US20240383576A1; JP2024536073A; EP4405243A1; KR20240090238A; AU2022351087A1; WO2023046912A1

Abstract

本发明涉及一种用于浮式平台、优选浮式风力涡轮机平台(10)的系缆(20)，该系缆包括：能够附接至平台的第一节段(22)；能够附接至海床的第二节段(24)；由弹性材料形成并且设置在第一节段与第二节段之间的至少一个中间节段(26)。中间节段能够提供大于中间节段的静止长度的100％、有利地大于300％的最大伸长量。中间节段具有大于18MPa、有利地大于25MPa的最小断裂强度。

Description

用于浮式平台的系缆

技术领域

本发明涉及一种用于浮式平台的系缆(mooring line)。

本发明还涉及一种包括所述系缆的浮式平台。

特别地，所述浮式平台是浮式风力涡轮机平台。

背景技术

浮式风力涡轮机平台需要被系泊在海床上。系泊浮式风力涡轮机平台是困难的，因为浅水和严峻的环境条件使得所有这些系统极为动态，具有较大的张力峰值。

这意味着系缆必须相对于水深足够长，以在系统中提供用于将线张力保持在可接受的水平内的所需柔性。在典型的系泊系统中，线绳在浅水和恶劣条件下可能比水深长出10倍以上，这导致较高的系泊成本。

为了降低这些成本，因此需要提供一种具有减小的线绳长度并同时保持或减小施加于该线绳上的极端张力的系缆。

已经提出了一些已知的系统通过在系缆中提供弹性来解决所述问题，但是它们都不能认为是令人满意的。

例如，已经提出了使用不锈钢的机械部件，但是其在系统在海水中的20年使用寿命的完整性和成本效率方面产生了一些问题。

例如，US9,308,969B2和EP3419890B1描述了用于浮式平台的系缆。

例如在文件EP3129277B1或EP2526014B1中描述的其他的系统被认为是过于复杂的、不具有足够的成本效率或强度不足以确保海水中的20年使用寿命的完整性，并且是十分动态的系统。

本发明的一个目的因此是提供一种系缆，其具有减小的系缆长度和减小的极端张力，同时实现令人满意的使用寿命和显著降低的系泊成本。

发明内容

为此目的，本发明涉及一种用于浮式风力涡轮机平台的系缆，该系缆包括：能够附接至平台的第一节段；能够附接至海床的第二节段；由弹性材料形成并且设置在第一节段与第二节段之间的至少一个中间节段。中间节段能够提供大于中间节段的静止长度的100％、有利地大于250％、优选大于300％的最大伸长量。中间节段具有大于15MPa、优选大于18MPa、有利地大于25MPa的最小断裂强度。

使用这些特征，根据本发明的系缆能够显著地降低系泊成本。实际上，使用沿着系缆位于水柱中的中间节段将为浅水和严峻环境条件中的半绷紧或绷紧式系泊系统的设计提供足够的弹性。这种弹性是由在经受拉应力时伸长的弹性材料提供的。这允许限制系缆支持的最大张力，同时显著减小其长度。特别地，本发明能够提供一种长度在浅水中小于水深的6倍、优选在浅水中的绷紧式系泊构造的情况下小于水深的1.5倍并且预计降低将近40％的系泊成本的系缆。

根据本发明的系缆包括单独地或根据任何技术上可行的组合考虑的一个或多个以下特征：

-中间节段具有大于400T、有利地大于1200T的最小断裂载荷；

-中间节段具有小于20％、有利地小于10％的蠕变；

-中间节段具有小于40m、优选小于15m的累积长度；

-中间节段具有30cm至250cm、例如30cm至150cm、优选30cm至120cm的直径；

-中间节段由单一材料制成；

-单一材料从以下材料中选择：天然橡胶、热塑弹性体、氯丁橡胶以及氢化丁腈橡胶；

-中间节段是多股线；

-第一节段和第二节段包括以下材料之一或它们的组合：金属节段，特别是金属链条或钢丝；合成纤维绳，特别是合成聚酯线或尼龙绳；

-系缆包括设置在第二节段上的至少一个配重块；

-系缆不进行防污处理；

-系缆包括由弹性材料形成并且设置在第一节段与第二节段之间的另外的中间节段。

本发明还涉及一种包括浮式风力涡轮机平台的组件，其能够被放置在水体上并且至少一条、优选三条系缆附接至该平台，至少一条系缆是上述的系缆。

根据本发明的浮式平台包括一个或多个以下特征：

-所述至少一条系缆具有小于水体的深度的6倍的长度；

-所述至少一条系缆包括搁置在海床上的搁置部分以及远离海床的升高部分，所述至少一条系缆的中间节段设置在升高部分中。

附图说明

通过阅读仅作为例子给出并且参考附图做出的以下说明将更好地理解本发明，其中：

图1是通过根据本发明的系缆被系泊到海床的浮式风力涡轮机平台的示意图；

图2是图1的系缆的局部视图；并且

图3是通过根据本发明的系缆的另一个实施方式被系泊到海床的浮式风力涡轮机平台的示意图。

具体实施方式

图1示出了浮式平台。

该浮式平台在此是浮式风力涡轮机平台10。

以下说明参考浮式风力涡轮机10做出，然而，本领域技术人员将理解本发明可应用于任何浮式平台。

浮式风力涡轮机平台10能够被放置在水体12上。

特别地，水体12例如是海水。水体12位于海床14上。本领域技术人员将理解当水体12是湖水时海床14即是湖床。

如图1所示，水体12根据垂直方向具有50m至600m、有利地50m至200m的水深H(出于本发明的目的)。

浮式风力涡轮机平台10能够支撑风力涡轮机16。

当浮式风力涡轮机平台10在操作现场被系泊到海床14时，风力涡轮机16被配置为进行旋转来产生电力。

在附图所示的例子中，平台10在此包括通过横梁互连的三根稳定柱18。然而，浮式风力涡轮机平台10可包括三根稳定柱18或三根以上的稳定柱18。浮式风力涡轮机平台10还可以是能够漂浮在水体12上并且支撑风力涡轮机16的任何浮式系统。

浮式风力涡轮机平台10附接至至少一条系缆。

有利地，浮式风力涡轮机平台10附接至三条系缆。例如，系缆附接至每根稳定柱18。

至少一条系缆是根据本发明的系缆20。

有利地，所有的系缆都是根据本发明的系缆20。

每条系缆20都具有小于浅水中的水体12的水深H的6倍的长度。浅水是指其水深为50m至150m。

根据本发明的系缆20因此比传统的系缆更短，特别是对于所有的传统链式构造来说，其通常具有大于水深H的10倍的长度来在浅水中的海浪汹涌时在系缆20中提供足够的弹性。这种减小的长度实现了重要的系泊成本降低。

例如，如果水深H为约70m，传统的系缆在恶劣的海洋条件下将具有约700m的长度，而根据本发明的系缆20在等同的或更低的极端张力下具有小于400m的长度。

参考附图，系缆20包括第一节段22、第二节段24和至少一个中间节段26。

如图1所示，第一节段22能够附接至平台10。

第二节段24能够例如通过锚28附接至海床14。

第一节段22和/或第二节段24由金属节段制成，特别是图2所示的钢丝或金属链条。

在一种变型中，第一节段22和/或第二节段24由合成纤维绳制成，特别是合成聚酯线或尼龙绳。

在另一种变型中，第一节段22和/或第二节段24可包括多个子节段，每个子节段都能够由不同的材料制成，例如钢或聚酯。

第一节段22和第二节段24因此具有足够的刚度，特别是比中间节段26更大的刚度。

在附图所示的例子中，每条系缆20都包括搁置在海床14上的搁置部分30以及远离海床14的升高部分32。

然而，在一种变型中，特别是在绷紧式系泊的情况下，系缆20不包括搁置在海床14上的搁置部分。

每个中间节段26都设置在升高部分32中。

每个中间节段26因此都远离海床14，避免了中间节段26由于与海床14接触而磨损。

中间节段26的性能不受其在升高部分32中的位置的影响。然而，中间节段26优选被设置得足够深，尤其是低于20m，以避免紫外线暴露并且限制海洋附生物。

在图1所示的例子中，系缆20包括独特的中间节段26。

中间节段26沿着纵向方向在两个末端之间延伸。

中间节段26在第一末端处通过接口34连接至第一节段22。

中间节段26在与第一末端相对的第二末端处通过另一个接口34连接至第二节段24。

在图3所示的例子中，系缆20包括两个中间节段26A、26B。

第一中间节段26A连接至第一节段22并且第二中间节段26B连接至第二节段24。

连接节段36设置在第一中间节段26A与第二中间节段26B之间。

在一种变型中，第一中间节段26A和第二中间节段26B直接连接，不存在连接节段36。

连接节段36具有与第一节段22和第二节段24类似的结构。特别地，连接节段36例如是金属节段或合成纤维绳。

本领域技术人员将理解在一种变型中系缆20可包括两个以上的中间节段26，例如三个或四个中间节段26。连接节段36设置在两个中间节段26之间。

每个中间节段26都由弹性材料形成。

特别地，中间节段26由单一材料制成。

因此，中间节段26没有除了弹性材料之外的其他材料或机械零件。中间节段26仅包括设置在两个接口34之间的弹性材料。

中间节段26仅能够响应于单一的诱发(solicitation)模式，在此是由第一节段22和第二节段24施加的牵拉。

中间节段26因此避免了在牵拉作用下具有会使中间节段26的刚度在施加在其上的牵引力增大时增大的强非线性弹性特性。这种强非线性特性会在极端天气条件下产生高张力峰值，这会损害线绳自身的整体性。

构成中间节段26的单一材料从以下材料中选择：天然橡胶；热塑弹性体；氯丁橡胶和氢化丁腈橡胶。

有利地，每个中间节段26都是多股线，包括在两个接口34之间延伸的多根线股。

优选地，中间节段26包括30至350根线股，例如30至150根线股，尤其是40至130根线股。

特别地，中间节段26包括约100根的弹性材料线股。

在一个优选实施方式中，中间节段26的线股彼此平行地延伸。优选地，线股围绕中间节段26的中心轴线对称分布。

替代地，中间节段26的线股被编织在一起。

线股由单一材料制成。优选地，线股不具有任何金属。

有利地，中间节段26的所有线股都具有基本上相同的长度和/或厚度。优选地，中间节段26的所有线股都彼此相同。线股因此具有基本上相同的机械特性，特别是相同的最大伸长量和最小断裂强度。

例如，每根线股都具有基本上柱状的形状，其直径为40mm至150mm、优选60mm至120mm、特别是80mm至100mm。

例如，线股至少部分地涂覆有保护性组合物，例如用于防止结垢。

每个中间节段26都有利地具有在第一节段22与第二节段24之间延伸的柱状形状。

例如，每个中间节段26都具有基本上圆形、椭圆形或矩形的横截面。也可考虑其他的横截面形状。

有利地，每个中间节段26都具有基本上圆柱形的形状。

每个中间节段26都具有小于40m、有利地小于15m的累积长度。

每个中间节段26都具有30cm至250cm、例如30cm至150cm、优选30cm至120cm的直径。

当中间节段26不具有基本上圆形的横截面时，直径应被理解为是围住中间节段26的虚拟圆柱体的直径。

每个中间节段26都能够提供大于中间节段26的静止长度的100％、有利地大于300％、更有利地大于500％的最大伸长量。

通常，每个中间节段26都具有大于10m的最大延伸长度。

中间节段26的弹性由在系缆20经受拉伸应力时伸长的弹性材料提供。这允许限制系缆20支持的最大张力。

每个中间节段26都具有大于15MPa、优选大于18MPa、有利地大于25MPa的最小断裂强度。

每个中间节段26都具有大于400T、有利地大于1200T的最小断裂载荷。

中间节段26具有小于20％、有利地小于10％的蠕变。

蠕变是由于聚合物的拉伸导致的相对于其初始长度的永久伸长。初始长度应被理解为是使用寿命开始时的没有载荷的长度。

根据本发明的系缆20因此能够支持由于严峻的环境条件而向系缆20施加的强烈的张力。中间节段26允许具有极大的伸长量。这能够减小系缆20的刚性部分(即，第一节段22和第二节段24)的节段，从而还减小它们的长度并因此提供极大的系泊成本降低。

如图1所示，每根系缆20都有利地包括设置在第二节段24上的至少一个配重块40。

在一种变型中，特别是在绷紧式系泊的情况下，系缆20没有任何配重块40。

配重块40能够为第二节段24添加一些重量来增大线绳的悬索效应。这能够通过在配重全部被吊起之前增大线绳的回复力来减少浮式结构10的平均偏移量。配重的另一个优点是在使用拖拽嵌入式锚的情况下减小锚固位置处的垂直载荷。

系缆20有利地不进行防污处理。

在传统的系缆中，不处理海洋附生物。在深水中，聚酯绳通常沿着线绳定位得较深来避免海洋附生物，例如低于150m的深度。

根据本发明的系缆20能够由于中间节段26的较大变形和用于中间节段26的材料而消除防污处理的需求，从而针对系缆20防止水生生物。

显而易见地，本发明具有多种优点。

特别地，本发明能够限制系缆20支持的最大张力并同时减小其长度。实际上，弹性材料的中间节段26提供了使系缆20能够支持由于严峻的环境条件而施加于系缆20的强烈的张力。

特别地，本发明能够提供一种长度小于水深的6倍并且预计降低将近40％的系泊成本的系缆。

另外，本发明能够消除对系缆20进行防污处理的需求，能够进一步降低成本并且简化系缆20的制造。

最后，由于减小了系缆20的长度，系缆20的搁置在海床14上的搁置部分30也被减小，从而能够减小系泊系统在周围海洋环境中的占地面积。

Claims

1.一种用于浮式平台、优选浮式风力涡轮机平台(10)的系缆(20)，所述系缆(20)包括：

能够附接至所述平台(10)的第一节段(22)；

能够附接至海床(14)的第二节段(24)；

由弹性材料形成并且设置在所述第一节段(22)与所述第二节段(24)之间的至少一个中间节段(26)，

所述中间节段(26)能够提供大于所述中间节段(26)的静止长度的100％、有利地大于250％、优选大于300％的最大伸长量，

所述中间节段(26)具有大于15MPa、优选大于18MPa、有利地大于25MPa的最小断裂强度，

其中所述中间节段(26)仅能够响应于单一的诱发模式，所述模式是由所述第一节段(22)和所述第二节段(24)施加的牵拉，

所述中间节段(26)由单一材料制成。

2.根据权利要求1所述的系缆(20)，其中，所述中间节段(26)具有大于400t、优选大于1200t的最小断裂载荷。

3.根据权利要求1或2所述的系缆(20)，其中，所述中间节段(26)具有小于20％、有利地小于10％的蠕变。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的系缆(20)，其中，所述中间节段(26)具有小于40m、优选小于15m的累积长度。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的系缆(20)，其中，所述中间节段(26)具有30cm至250cm、例如30cm至150cm、优选30cm至120cm的直径。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的系缆(20)，其中，所述单一材料从以下材料中选择：

天然橡胶；

热塑弹性体；

氯丁橡胶；以及

氢化丁腈橡胶。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的系缆(20)，其中，所述中间节段(26)是多股线。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的系缆(20)，其中，所述第一节段(22)和所述第二节段(24)包括以下材料之一或它们的组合：

金属节段，特别是金属链条或钢丝；

合成纤维绳，特别是合成聚酯线或尼龙绳。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的系缆(20)，其包括设置在所述第二节段(24)上的至少一个配重块(40)。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的系缆(20)，其中，所述系缆(20)不进行防污处理。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的系缆(20)，其包括由弹性材料形成并且设置在所述第一节段(22)与所述第二节段(24)之间的另外的中间节段(26B)。

12.一种包括浮式平台、优选浮式风力涡轮机平台(10)的组件，其能够被放置在水体(12)上并且至少一条、优选三条以上的系缆附接至所述平台(10)，其中至少一条系缆(20)是根据权利要求1-11中任一项所述的系缆。

13.根据权利要求12所述的组件，其中，所述至少一条系缆(20)具有小于所述水体(12)的深度的6倍、有利地小于所述水体(12)的深度的1.5倍的长度。

14.根据权利要求12或13所述的组件，其中，所述至少一条系缆(20)包括远离所述海床(14)的升高部分(32)，所述至少一条系缆(20)的所述中间节段(26)设置在所述升高部分(32)中。