EA026167B1 - Способ установки морской вышки - Google Patents

Abstract

Способ установки морской вышки, в частности опорного основания, содержащий следующие шаги: а) изготавливают сухим образом фундамент, содержащий блок (1, 1'), выполненный, по существу, из бетона, и изготавливают сухим образом базовый фрагмент (25) ствола вышки (2); b) присоединяют указанный базовый фрагмент к указанному блоку фундамента, образуя модуль, далее называемый "начальным модулем"; g) перемещают указанный начальный модуль до точки установки указанного опорного основания и i) приводят в действие контролируемым образом первый балластный клапан таким образом, что указанный начальный модуль погружается до тех пор, пока не опустится на дно водоема; перед этим поместив указанный блок фундамента или указанный начальный модуль в водоем, в котором расположена точка установки указанного опорного основания.

Description

Настоящее изобретение относится к способу установки вышки, выполненной, по существу, из бетона, предназначенной для использования в водоеме, главным образом в море (и по этой причине обычно называемой морской).

В частности, настоящее изобретение относится к способу установки ствола вышки, выполненного, по существу, из бетона, полупогружного (или полунадводного) типа в установленном состоянии, и соответствующего фундамента вышки, также выполненного, по существу, из бетона, погружного типа в установленном состоянии.

Этот тип конструкции, главным образом, используется в качестве несущей части для ветровых турбин и в указанном случае, как правило, называется опорным основанием. В данном документе для упрощения термин опорное основание будет использован применительно к модулю, образованному стволом и основанием, без ограничения объема патентной защиты описания или формулы изобретения применением предмета изобретения к ветровым турбинам.

Данное изобретение может применяться как к опорным основаниям, по существу, выполненным целиком из бетона, так и к опорным основаниям, имеющим основание, выполненное, по существу, из бетона, и ствол, выполненный, по существу, из бетона до определенной высоты над уровнем воды и выполненный, по существу, из другого материала (например, стали) выше указанной определенной высоты.

По этой причине, основной областью применения изобретения является отрасль использования возобновляемой или экологически чистой энергии, например ветровой энергетики.

Предпосылки создания изобретения

Широко известно, что значимость ветровой энергетики в последние годы в Испании, Европе и остальных странах постоянно растет, и прогнозы указывают на устойчивый рост использования ветровой энергии в ближайшее время по всему миру. Стратегические задачи развития энергетики наиболее развитых и экономически влиятельных стран включают в себя повышение доли ветровой энергии.

В связи с этим начинают появляться морские ветровые электростанции, тем самым подтверждая прогнозы о резком росте в ближайшие годы применения этой технологии. В то время как ветровые электростанции, построенные на морских участках, являются, несомненно, более дорогостоящими, что логически объясняется глубиной воды в местах их размещения, ветер является более постоянным, имеет более высокую скорость и меньшую турбулентность, и, следовательно, количество часов выработки является более высоким, что, принимая также во внимание более высокую плотность воздуха над уровнем воды, позволяет генерировать большее количество энергии, чем в случае наземных электростанций, и позволяет компенсировать значительные затраты первоначальных инвестиций.

Разработка и строительство новых морских ветровых электростанций происходит довольно часто, и количество морских ветровых электростанций, находящихся на настоящий момент на этапе разработки, значительно возросло, например, в Германии, на Британских островах и в Скандинавских странах, и соответствует ожидаемому росту количества электростанций такого типа, что тесно связано со стратегическими задачами, определяемыми на государственном уровне, нацеленными на достижение определенной доли выработки возобновляемой энергии. В разработках, связанных с ветровыми турбинами, всегда наблюдалась тенденция использования более высокомощных и более крупных ветровых турбин наряду с задачей сокращения стоимости модуля установленной мощности, которой, при наличие такой возможности, придавалось особое значение применительно к морской ветровой энергии. Практически все крупные производители ветровых турбин разрабатывают высокомощные модели мощностью три мегаватта или более, над которыми ведутся исследования или которые находятся на заключительных этапах разработки, адаптированные при этом к условиям морской среды, которые являются особенно жесткими. Это, в свою очередь, отражается на значительном повышении характеристик, относящихся к опорному основанию, и требований, предъявляемых к основанию и стволу ветровых турбин, что, с учетом их применения на все более глубоких участках, потребует разработки инновационной конструкции для указанного опорного основания, обладающего повышенной несущей способностью и конкурентоспособной ценой.

Решения, обычно используемые и известные из уровня техники для строительства морской станции, приведены и описаны ниже в качестве справочной и не ограничивающей информации.

Небольшие глубины.

Приводимая в движение металлическая моносвая, не соединенная с самим трубчатым металлическим стволом вышки.

Гравитационные фундаменты: опора из конструкционного бетона, часто с пьедесталами. Транспортируются и закрепляются неподвижно посредством баржей и/или морских кранов.

Отсасывающий черпак: основан на перемещении герметичных черпаков на морское дно и, следовательно, использующий генерируемую разность давления.

Средние и большие глубины.

Трипод: металлическая вышка поддерживается конструкцией, имеющей три наклонные продольные фермы, опирающиеся на морское дно посредством приводимых в движение свай или другой аналогичной системы. Вышка может находиться по центру относительно продольных ферм трипода или располагаться на одной из указанных продольных ферм.

- 1 026167

Трехсвайная конструкция: металлическая вышка посредством переходной части в форме креста, имеющей три плеча, опирается на три вертикальные сваи, погружаемые и перемещаемые на морское дно.

Эстакадная конструкция: металлическая вышка поддерживается посредством эстакадной конструкции, имеющей четыре продольные фермы или колонны.

В случае сверх больших глубин разработаны плавающие конструкции, прикрепляемые неподвижно к морскому дну.

При рассмотрении известных из уровня техники решений можно прийти к следующим обобщающим выводам.

Все решения основаны на использовании стволов для случая металлических вышек трубчатого типа.

Решения для средних и больших глубин подразумевают изменение типологии ствола вышки, используя металлическую трубчатую вышку для надводной части и разнообразные элементы для погружной части (трипод, эстакадная конструкция и т.д.).

Бетонные гравитационные фундаменты предназначены для использования на небольших глубинах, как, например, полупогружные конструкции, и подразумевают установку посредством морских кранов.

Среди основных недостатков и ограничений известных решений для опорных оснований морской ветровой турбины следует отметить следующие.

Высокая стоимость, обусловленная немногочисленными и дорогостоящими средствами для транспортировки, перемещения и подъема фундамента, вышки и элементов турбины в море.

Низкий срок службы стали в морских условиях в связи с агрессивными условиями окружающей среды (высокая влажность/содержание солей), например в приливных зонах, что предъявляет высокие требования и приводит к высоким затратам на обслуживание. Эти факторы, наряду с высокой восприимчивости металлических конструкций к усталостной нагрузке, ограничивают эксплуатационный срок службы металлических компонентов опорного основания.

Высокая уязвимость при столкновениях с морскими судами, айсбергами и прочими плавучими объектами.

Высокая зависимость от сложных и неопределенных геотехнологий при различных вариантах гравитационных фундаментов.

В случае сверх больших глубин: сложные, чувствительные и дорогостоящие переходные участки между надводным трубчатым стволом вышки и различными типами частично погруженных элементов, соединенных с фундаментом на уровне морского дна.

Сильное влияние на окружающую среду во время приведения в движение сваи, обусловленное шумом и вибрациями, генерируемыми во время его реализации.

Неопределенности, обусловленные изменениями стоимости стали, которые являются более значительными, чем для бетона.

Высокая восприимчивость к точности соединения с фундаментом посредством приводимых в движение свай, которые должны обеспечивать низкую требовательность к точности при изменениях в конструкции приводимых в движение решений и были причиной значительных нарушений в имеющихся станциях.

Металлические трубчатые вышки основаны на изготовленных в заводских условиях трубчатых частях замкнутой окружности, ограничивающих максимальный диаметр при необходимости транспортировки автотранспортом. Это ограничивает несущую способность вышки и ее высоту. Если потребуется более крупный диаметр, чем тот, который можно транспортировать автотранспортом, при необходимости изготовления вышек на судостроительной верфи или расположенном вблизи берега предприятии, этим критерием выбор промышленных предприятий и фабрик, изготавливающих такие вышки, будет значительно ограничен.

Решения подразумевают ограниченную жесткость ствола вышки, что ограничивает несущую способностью для случая более высоких вышек, а также размеры ветряного генератора, например, при выборе решения с низкой жесткостью фундамента, что часто встречается в морских установках.

Дорогостоящие элементы для погружной части установки, стоимость которых растет экспоненциально с ростом глубины.

Высокая зависимость от специальных средств подъема и транспортировки в условиях морской среды, варианты которых очень ограничены.

В документе νΟ 2010/026098 раскрыт способ, согласно которому сборный бетонный фундамент и базу ствола вышки, которые изготавливают сухим образом, перемещают за счет положительной плавучести образованного ими узла, и вводят балласт для погружения на морское дно. Данное техническое решение не предусматривает наличия временных и повторно используемых вспомогательных конструкций, имеющих положительную плавучесть, которые в ходе установки остаются, по меньшей мере, частично над водой. Кроме того, способ установки, описанный в указанном техническом решении, не предусматривает перемещения вышки или элементов турбины в положении, отличном от положения, которое они занимают в установленном состоянии.

- 2 026167

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение предназначено для преодоления или сокращения недостатков и ограничений, присущих уровню техники.

Как было доказано, конструкционный бетон является подходящим материалом для строительства на воде, например морского строительства.

Поэтому настоящее изобретение предлагает использовать для вышек конструкционный бетон по различным причинам как технически и экономически предпочтительный материал, например, для использования в предъявляющей повышенные требования и агрессивной морской среде. Хотя металлические конструкции используются, главным образом, для мобильных плавающих элементов в продолжение использования морских технологий и всегда связаны с непрерывным обслуживанием, бетон, в свою очередь, является предпочтительной альтернативой и по этой причине более часто встречается во всех объектах морского строительства постоянного типа (портах, доках, пирсах, волнорезах, буровых установках, маяках и т.д.).

Это обусловлено, как правило, структурной долговечностью конструкционного бетона, его надежностью и устойчивостью при низкой восприимчивости к морской коррозии, а также практически отсутствием необходимости обслуживания на протяжении всего срока службы. Срок службы надлежащим образом спроектированной конструкции обычно превышает 50 лет.

Дополнительно, бетон обеспечивает преимущество, обусловленное его устойчивостью к ударам или столкновениям, и он может быть предназначен, например, для того, чтобы выдерживать силы, генерируемые при столкновении с дрейфующим льдом или ударе небольших судов, а также обеспечивает легкость и экономичность последующего ремонта.

Конструкционный бетон является также универсальным строительным материалом, и сырье для него и средства для его изготовления имеются в наличии по всему миру и являются относительно дешевыми.

По этой причине известно и общепризнано, что бетон является особенно подходящим материалом для морского строительства, и настоящее изобретение предлагает его использование, позволяя оптимизировать его качество при наличии специальных ограничений и условий, возникающих при строительстве морских ветровых электростанций, в противоположность текущей практике строительства такого типа сооружений, основанной на использовании стали. В частности, настоящее изобретение относится к способу установки опорного основания, включающего в себя ствол вышки, выполненный, по существу, из бетона, полупогружного типа в установленном состоянии, и соответствующий фундамент вышки, также выполненный из бетона, погружного типа в установленном состоянии.

Указанный ствол образован по меньшей мере из двух цилиндрических фрагментов, по существу, выполненных из бетона, в большинстве случаев сужающихся кверху в установленном состоянии, размещенных один над другим коаксиальным образом до достижения предусмотренной высоты. По этой причине между последовательными фрагментами имеются соответствующие горизонтальные соединения. Один фрагмент ствола должен располагаться в установленном состоянии непосредственно над указанным фундаментом и будет далее называться базовым фрагментом (любой фрагмент помимо базового фрагмента будет далее называться надстраиваемым фрагментом).

Каждый из указанных фрагментов может быть выполнен из единого элемента (далее называется цельным фрагментом). В альтернативном варианте по меньшей мере один из указанных фрагментов может быть образован по меньшей мере из двух частей, имеющих форму сегментов дуги (или клинчатых камней), расположенных друг рядом с другом для реализации предусмотренной окружности соответствующего фрагмента. По этой причине между последовательными клинчатыми камнями имеются соответствующие вертикальные соединения.

Способ установки согласно настоящему изобретению содержит следующие шаги:

a) изготавливают сухим образом указанный фундамент, содержащий блок, выполненный, по существу, из бетона, причем указанный блок фундамента является, по существу, пустым и герметичным и имеет балластный клапан для открывания канала, ведущего к внутренней части указанного блока фундамента, изготавливают сухим образом базовый фрагмент указанного ствола вышки, и надстраиваемый фрагмент (фрагменты) указанного ствола;

b) присоединяют механическим образом или неразъемным образом, указанный базовый фрагмент к указанному блоку фундамента таким образом, что указанный базовый фрагмент и указанный блок фундамента занимают относительное расположение, предусмотренное для установленного состояния, причем указанный базовый фрагмент и указанный блок фундамента образуют начальный модуль;

c) помещают указанный начальный модуль в водоем, в котором расположена точка установки указанного опорного основания, причем указанный начальный модуль выполнен таким образом, что он имеет плавучесть, необходимую для его перемещения по водоему вплавь;

ά) присоединяют сбоку к указанному блоку фундамента и/или к указанному базовому фрагменту по меньшей мере одну вспомогательную конструкцию, имеющую положительную плавучесть, которая является временной и повторно используемой, и в ходе установки остается, по меньшей мере, частично над

- 3 026167 водой, причем указанная вспомогательная конструкция, имеющая положительную плавучесть, контактирует и/или соединена с указанный блоком фундамента и/или с указанным базовым фрагментом;

е) присоединяют по меньшей мере один из указанных надстраиваемых фрагментов к указанному блоку фундамента, и/или к указанному базовому фрагменту, и/или к указанной вспомогательной конструкции во временное положение, т.е. в положение, отличное от положения, которое они занимают в установленном состоянии по отношению к начальному модулю;

д) перемещают указанный начальный модуль по водоему самостоятельно вплавь к тому месту, где расположена точка установки указанного опорного основания, до точки установки указанного опорного основания;

й) размещают в указанном начальном модуле указанный надстраиваемый фрагмент (фрагменты), находящийся во временном положении, таким образом, что указанный надстраиваемый фрагмент (фрагменты) занимают положение, предусмотренное для установленного состояния относительно начального модуля;

ί) приводят в действие контролируемым образом указанный балластный клапан указанного блока фундамента с тем, чтобы открыть канал, ведущий к внутренней части указанного блока фундамента, и ввести балласт в указанный блок фундамента через указанный канал таким образом, что указанный начальный модуль погружается до тех пор, пока не опустится на дно водоема, причем шаг й) выполняют после шага д), причем шаг д) выполняют после шага е).

Способ установки согласно настоящему изобретению содержит шаг, на котором помещают указанный блок фундамента или начальный модуль в водоем, в котором расположена точка установки указанного опорного основания.

Например, указанный блок фундамента и указанный базовый фрагмент изготовлены сухим способом с использованием сухих доков и шлюзов с тем, чтобы обеспечить возможность плавания блока фундамента и базового фрагмента из одной и той же точки их изготовления, или с использованием наклонных мостков, например, таких, которые используются для спуска крупных судов и других морских конструкций.

Способ установки согласно настоящему изобретению может также содержать следующий шаг: после шага с) на шаге ί) размещают указанный блок фундамента в положении, в котором указанный первый балластный клапан погружается, по меньшей мере, частично в водоем, в котором расположена точка установки указанного опорного основания.

Если способ установки согласно настоящему изобретению включает в себя шаг ί), то балласт, который вводят на шаге ί), может быть водой из водоема, в котором расположена точка установки указанного опорного основания.

В соответствии со способом установки согласно изобретению, указанный блок основания выполнен так, что он имеет плавучесть, требуемую для выполнения шага д). Дополнительно, или альтернативно, указанный начальный модуль выполнен таким образом, чтобы иметь положительную плавучесть, требуемую для выполнения шага д). Кроме того, способ установки также предусматривает временное применение вспомогательных конструкций положительной плавучести для повышения устойчивости указанного плавучего узла. Следовательно, согласно предложенному способу, после шага а) выполняют шаг ά) присоединяют сбоку по меньшей мере одну вспомогательную конструкцию, имеющую положительную плавучесть, к указанному блоку фундамента и/или к указанному базовому фрагменту так, что указанная вспомогательная конструкция никогда не оказывается полностью под водой.

Способ установки согласно настоящему изобретению содержит следующий шаг:

после шага а) и перед шагом д): на шаге е) присоединяют по меньшей мере части указанных надстраиваемых фрагментов к указанному блоку фундамента, и/или к указанному базовому фрагменту, и/или к указанному вспомогательному опорному основанию.

Следует понимать, что в случае, когда один из указанных надстраиваемых фрагментов образован из клинчатых камней, изготовление сухим образом указанных надстраиваемых фрагментов включает в себя предварительную сборку указанных клинчатых камней до образования полных фрагментов.

По меньшей мере один из указанных надстраиваемых фрагментов присоединяют на шаге е) к указанному блоку фундамента, и/или к указанному базовому фрагменту, и/или к указанной вспомогательной конструкции во временное положение, т.е. в положение, отличное от положения, которое они занимают в установленном состоянии. В результате этого способ установки согласно настоящему изобретению также содержит следующий шаг:

после шага е) и шага д): на шаге й) размещают указанные надстраиваемые фрагменты указанного начального модуля таким образом, что указанные надстраиваемые фрагменты занимают положение относительно начального модуля, предусмотренное для установленных состояний.

Способ установки согласно настоящему изобретению может также содержать следующий шаг: после шага ά) и перед шагом д), шаг, на котором присоединяют ветровую турбину к указанному блоку фундамента, и/или к указанному базовому фрагменту, и/или к указанным надстраиваемым фрагментам, и/или к указанной вспомогательной конструкции.

- 4 026167

Предпочтительно указанную ветровую турбину присоединяют на указанном шаге к указанному блоку фундамента, и/или к указанному базовому блоку, и/или к указанным надстраиваемым фрагментам, и/или к указанной вспомогательной конструкции во временное положение, т.е. в положение, отличное от положения, которое она занимает в установленном состоянии, причем в этом случае способ установки согласно настоящему изобретению также содержит следующий шаг: после шага присоединения ветровой турбины размещают указанную ветровую турбину таким образом, что она занимает положение, предусмотренное для установленного состояния.

Способ установки согласно настоящему изобретению может также содержать следующий шаг: после шага ά) и перед шагом й): присоединяют подъемное приспособление для конструкции вышки к указанному блоку фундамента, и/или к указанному базовому фрагменту, и/или к указанной вспомогательной конструкции.

Опционально указанный блок фундамента является многоячеистым (т.е. он внутренне разделен на герметичные полости посредством разделительных стенок). В этом случае по меньшей мере одна из указанных разделительных стенок может включать в себя первый распределительный клапан для перетекания жидкости между прилежащими герметичными полостями, в этом случае указанный первый распределительный клапан может приводиться в действие таким образом, что он вызывает пространственно селективное распределение балласта указанного блока фундамента, с тем, чтобы способствовать ориентации указанного начального модуля во время транспортировки или погружения или закрепления.

Дополнительно указанный блок фундамента может иметь форму платформы, предпочтительно коробчатой конфигурации с прямоугольным или круглым основанием.

Указанный балластный клапан и указанный распределительный клапан могут содержать дистанционный привод и/или предварительно установленный автоматический привод.

Указанный балластный клапан и указанный распределительный клапан могут приводиться в действие контролируемым образом перед шагом ί) таким образом, что они частично переносят балласт в указанный начальный модуль с тем, чтобы располагать и/или придавать более высокую устойчивость указанному начальному модулю в любой момент до его погружения и закрепления.

Следует отметить, что посредством особого типа вышки, предназначенного для придания вышке для ветровой турбины высокой несущей способности, настоящее изобретение обеспечивает возможность повышения мощности для опорного основания. Т.е. опорное основание, первоначально спроектированное с повышенной несущей способностью и способностью к адаптации для обеспечения повышения мощности (последующей замены первоначальной ветровой турбины на другую более высокой выходной мощности, эффективности и рентабельности), позволяет использовать то же самое опорное основание. Возможность повышения мощности для опорного основания, например, предложенного и предусмотренного в настоящем изобретении, придает значение и интерес к морским установкам по нескольким причинам, среди которых следует отметить: в случае морских станций доля инвестиций, предназначенных для инфраструктуры и гражданского строительства, значительно возрастает, в связи с чем оправдывается концепция, основанная на будущем повышении мощности, удлинении срока их службы и более осмысленном подходе к амортизации. То же относится к амортизации расходов при выводе из эксплуатации опорного основания целиком после завершения срока его службы.

На настоящий момент и в общем случае замена ветровой турбины на берегу для повышения мощности также подразумевает полную замену опорного основания, которая, составляя малую долю всех расходов, имеет ограниченное влияние на рентабельность при указанном повышении мощности; в случае замены на море, в свою очередь, инвестиции, предназначенные для опорного основания, составляют значительно большую долю общих затрат, и полная его замена значительно снижает рентабельность возможного повышения мощности.

Ветровые турбины, имеющие более высокую выходную мощность и диаметр ротора, требуют большего интервала при своем размещении с тем, чтобы предотвратить влияние данной турбины на параметры воздушных потоков на соседних турбинах. По этой причине, при первоначальном планировании повышения мощности для опорного основания подразумевает, что между ветровыми турбинами предусматривается первоначально определенный внутренний интервал, который будет больше, чем тот, что необходим при реализации только первого этапа. Это является недостатком для береговых станций в связи с потребностью в более крупном занимаемом участке, что, однако, имеет намного меньшее значение в случае морских станций.

Для береговых станций нагрузка на опорное основание и требования, определяющие его конструкцию и стоимость, практически полностью определяются конкретной ветровой турбины. Для морских вышек, в свою очередь, требования к крупным частям вышки и фундамента определяются влиянием волн и течений, и не зависят от конкретной ветровой турбины. Следовательно, повышение размера ветровой турбины подразумевает относительное значительно более низкое повышение суммарной нагрузки на опорное основание, чем его эквивалент в случае береговых станций, например, в случае сверх глубоких участков. Это значительно ограничивает первоначальное превышение расходов при подготовке опорного основания для морской турбины, способного поддерживать в будущем более крупные турбины.

- 5 026167

Для морской станции ветровые сдвиги бывает значительно ниже, что позволяет значительно сократить высоту вышки (над уровнем моря) для определенного диаметра ротора. Это обеспечивает возможность сохранения той же самой вышки для будущей ветровой турбины, имеющей более высокую выходную мощность и больший диаметр ротора.

Возможность повышения мощности для опорного основания позволяет выгодно использовать долгий срок службы бетонных конструкций в условиях морской среды, а также их более низкую чувствительность к усталостной нагрузке, тем самым предотвращая необоснованное сокращение срока службы за счет наличия менее устойчивых элементов, которыми являются ветровые турбины и их различные компоненты.

Ветровые турбины, изготовленные для морского применения, являются значительно более дорогостоящими, независимо от их опорного основания, в связи со значительно более жесткими требованиями, предъявляемыми к их надежности в условиях морской среды на протяжении всего срока службы, обычно устанавливаемого как двадцать лет. Если первоначально предусмотреть возможность краткосрочного повышения мощности, это позволит снизить требования по отношению к первой ветровой турбине, которая может быть предусмотрена для более короткого срока службы, что обеспечит сокращение расходов.

Наконец, в общем случае, опыт разработки и развития технологий для ветровых турбин показал, что период практического снижения способности генерации энергии турбиной в связи с ее устареванием для последних разработок и известных из уровня техники решений может быть значительно короче, чем срок службы самого генератора, обычно определяемого как двадцать лет. Предсказывая аналогичную тенденцию в развивающемся секторе морской ветровой энергетики, и за счет того, что рентабельность может быть повышена при использовании более эффективных разработанных в будущем технологий (повышения мощности) в срок менее, чем двадцать лет, можно видеть технологические и экономические преимущества настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

Эти и другие признаки и преимущества изобретения будут понятны из последующего описания варианта реализации изобретения, приведенного только в качестве неограничивающего примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 иллюстрирует схематически вид спереди варианта реализации морской вышки, сборка которой может быть осуществлена в соответствии со способом установки согласно настоящему изобретению; фиг. 2 иллюстрирует схематически вид сверху первого начального модуля, транспортируемого на буксире с расположенными на нем надстраиваемыми фрагментами;

фиг. 3 иллюстрирует схематически вид сверху в разрезе внутренней конфигурации блока фундамента начального модуля по фиг. 2;

фиг. 4 иллюстрирует схематически вид спереди в разрезе начального модуля по фиг. 2 с расположенными на нем надстраиваемыми фрагментами;

фиг. 5 иллюстрирует схематически вид спереди в разрезе, соответствующий фиг. 3, но на более позднем этапе установки согласно настоящему изобретению;

фиг. 6 иллюстрирует схематически вид спереди фрагмента конструкции по фиг. 2-5, частично в разрезе;

фиг. 7 иллюстрирует схематически вид сверху второго начального модуля с двумя вспомогательными плавучими конструкциями, поддерживающими надстраиваемые фрагменты и ветровую турбину;

фиг. 8 иллюстрирует схематически вид сверху в разрезе внутренней конфигурации блока фундамента начального модуля по фиг. 7;

фиг. 9 иллюстрирует схематически вид спереди в разрезе начального модуля по фиг. 7 с двумя вспомогательными плавучими конструкциями, поддерживающими надстраиваемые фрагменты и ветровую турбину;

фиг. 10 иллюстрирует схематически вид спереди в разрезе, соответствующий фиг. 8, но на более позднем этапе способа установки согласно настоящему изобретению с вспомогательной конструкцией, имеющей положительную плавучесть, которая в ходе установки, по меньшей мере, частично остается над водой;

фиг. 11 иллюстрирует схематически в разрезе вид сбоку и вид сверху фрагмента конструкции по фиг. 7-10, в частности конфигурацию, в которой надстраиваемые фрагменты поддерживаются вспомогательной плавучей конструкцией фиг. 7-10, т.е. в конфигурации, в которой указанные надстраиваемые фрагменты, по существу, расположены на одной и той же оси и том же уровне, при этом более мелкие фрагменты внутри более крупных фрагментов, далее называемой многослойной конфигурацией;

фиг. 12 иллюстрирует схематически вид сверху конструкции начальных модулей, имеющих общие вспомогательные плавучие конструкции;

фиг. 13 иллюстрирует схематически вид спереди третьего начального модуля, транспортируемого на буксире, с надстраиваемыми фрагментами и приспособлением для сборки на нем вышек;

фиг. 14 иллюстрирует схематически вид спереди, соответствующий фиг. 14, но на более позднем этапе способа установки согласно настоящему изобретению;

- 6 026167 фиг. 15 схематически иллюстрирует вид спереди и вид сверху начального модуля в ходе перемещения, с присоединенными вспомогательными конструкциями, имеющими положительную плавучесть, при этом надстраиваемые фрагменты и ветровая турбина перемещаются на блоке фундамента и вспомогательных конструкциях положительной плавучести;

фиг. 16 схематически иллюстрирует вид спереди и вид сверху группы конструкций с фиг. 15 в ходе введения балласта.

Подробное описание изобретения

На фиг. 1 проиллюстрирован вариант реализации морской ветряной вышки 27, а именно опорное основание 1, 1', 2, предназначенное для поддержания ветровой турбины 16 и подлежащее установке в соответствии со способом установки согласно настоящему изобретению.

Указанная вышка 27 образована блоком фундамента, в частности погружной платформой 1, 1', действующей в качестве гравитационного фундамента, по существу, выполненного из конструкционного бетона, наполненного балластом, и образована стволом 2 полупогружного типа, который в свою очередь включает в себя несколько фрагментов 25, 7, по существу, образованных из бетонных клинчатых камней 3, также включающим в себя горизонтальные соединения 4 и вертикальные соединения 5 между указанными фрагментами 25, 7 и указанными клинчатыми камнями 3, соответственно. Указанное опорное основание 1, 1', 2 несет ветровую турбину 16. Для некоторых вариантов применения, не соответствующих изобретению, указанное опорное основание может содержать только платформу 1, 1' и базовый фрагмент 25, при этом указанная ветровая турбина 16 размещается непосредственно на указанном базовом фрагменте 25.

Указанная платформа 1, 1' изготовлена сухим способом (на суше, в сухих доках, на береговых или плавучих портах или в других имеющихся в наличии и защищенных береговых или морских сооружениях) и сконфигурирована в соответствии со способом установки согласно настоящему изобретению таким образом, что во время этапа установки перед сборкой ствола 2 указанная платформа 1, 1', без балласта представляет собой временную и устойчивую плавучую платформу, что обеспечивает ее транспортировку за счет самостоятельной плавучести с соответствующим базовым фрагментом 25, к ней присоединенным (таким образом, указанный платформа фундамента и указанный базовый фрагмент образуют начальный модуль 1, 1', 25), к конечному местоположению.

По этой причине, в соответствии со способом установки согласно настоящему изобретению клинчатые камни 3, образующие, по меньшей мере, некоторые фрагменты 25, 7 ствола 2, собирают перед их транспортировкой в открытом море, таким образом, что транспортируемые фрагменты 25, 7 уже предварительно собраны и являются целостными.

Окончательная сборка ствола 2 посредством последовательной установки сверху надстраиваемых фрагментов 7 обычно осуществляется на конечном объекте.

Платформа 1, 1' является, по существу, плоской и горизонтальной и изготовлена из конструкционного бетона, либо с помощью технологий изготовления бетона на месте, либо посредством технологий сборки предварительно изготовленных частей или панелей, или их сочетания. Форма платформы в горизонтальном направлении и ее боковая форма могут варьироваться в зависимости от специфических требований проекта, и она может принимать, например, по существу, округлую 1 форму в горизонтальном направлении, изогнутую или в виде многоугольника, или прямоугольную 1' форму, упрощающую ее строительство, а также другую правильную или неправильную многоугольную форму. Размеры платформы 1, 1' предварительно установлены согласно известным технологиям таким образом, что устойчивость ветряной вышки 27 в установленном состоянии обеспечивается за счет ее собственного веса и балласта и за счет адекватной передачи нагрузки на морское дно, предусмотрено, что платформа 1, 1' имеет плавучесть и устойчивость, необходимую для реализации указанной ранее функции в качестве временной плавающей и устойчивой платформы, предусмотрено, что начальный модуль 1, 1', 25 имеет пространство и устойчивость, необходимые для транспортировки надстраиваемых фрагментов 7 или других необходимых компонентов и оборудования.

Плоская морфология и большой объем платформы 1, 1' фундамента обеспечивает ограничение необходимой глубины воды для ее плавучести, что тем самым сокращает эксплуатационные требования к инфраструктуре, использующейся для изготовления и последующей ее транспортировки наплаву.

Фиг. 2-6 относятся к первому примеру морской вышки, предназначенной для реализации способа установки согласно настоящему изобретению.

В частности, фиг. 2 иллюстрирует начальный модуль 1, 25, транспортируемый на буксире самостоятельно плавучим образом по поверхности моря до его погружения, с расположенными на нем надстраиваемыми фрагментами 7.

Фиг. 3 иллюстрирует платформу 1 по фиг. 1, сконфигурированную в виде многоячеистого круглого контейнера, содержащего нижнюю плиту 11, верхнюю плиту 12 и боковую плиту 9, а также несколько прямых, жестких внутренних ребер 10. Ребра 10 расположены таким образом, что они образуют квадраты, ограничивающие внутренние полости 13. Например, нижняя плита 11 и боковая плита 9 изготовлены на месте из бетона, а верхняя плита 12 и ребра 10 выполнены из предварительно изготовленных ячеи- 7 026167 стых плит. Платформа 1 содержит кольцеобразное ребро 26, совпадающее с кольцеобразным расширением базового фрагмента 25, и структурно подготовлена для соединения механическим образом с базовым фрагментом 25 посредством верхней плиты 12.

По меньшей мере одна из нижней 11, верхней 12 или боковой 9 плит имеет балластный клапан, и по меньшей мере часть указанных внутренних полостей 13 являются герметичными и/или имеют распределительные клапаны. Эти внутренние полости обеспечивают адекватный объем плавучести для обеспечения ее указанного функционирования в качестве временной и устойчивой плавучей платформы; дополнительно, по достижении точки установки, контролируемое заполнение, полностью или частично, балластом (например, водой 17) всех или некоторых из этих полостей 13 посредством указанных балластных клапанов и/или указанных распределительных клапанов позволяет осуществлять операцию погружения начального модуля, таким образом, чтобы правильно при этом ориентировать указанный начальный модуль.

Дистанционный привод и/или предварительно установленный автоматический привод могут быть предусмотрены для приведения в действие указанных балластных клапанов и/или указанных распределительных клапанов. Также операция погружения может выполняться в виде непрерывных стабильных этапов, между которыми могут быть выполнены этапы сборки надстраиваемого фрагмента. С этой целью могут быть использованы различные конфигурации элементов плавучести, позволяющие варьировать селективное заполнение внутренних полостей 13. Наконец, указанные внутренние полости могут оставаться заполненными балластом 17 в их конечном состоянии после установки с тем, чтобы обеспечивать более высокий стабилизирующий вес.

Как изображено на фиг. 2 и 4-6, по меньшей мере часть надстраиваемых фрагментов 7 может транспортироваться на начальном модуле 1, 25 либо в своем конечном положении на указанном начальном модуле 1, 25, либо, как изображено, во временном положении, предусмотренном для транспортировки надстраиваемых фрагментов 7.

Как изображено на фиг. 5, начальный модуль 1, 25 может использовать внутренний объем платформы 1, а также внутренний объем базового фрагмента 25 в качестве объема для плавучести. На самом деле, плавучесть указанного внутреннего объема базового фрагмента 25 может дополнять или заменять плавучесть платформы 1. Платформа 1 может быть погружена во время транспортировки.

Фиг. 5 также иллюстрирует, что могут быть предусмотрены крепежные и противоударные приспособления для обеспечения погружения указанного начального модуля 1, 25. Указанной крепежные и противоударные приспособления содержат плечи 6, присоединенные фиксированным образом к указанным надстраиваемым фрагментам 7 и присоединенные с возможностью скольжения к указанному базовому фрагменту 25 таким образом, что в то время погружения плечи 6 двигаются вверх через базовый фрагмент 25 с тем, чтобы сохранять указанные надстраиваемые фрагменты 7 удобным образом прикрепленными к базовому фрагменту 25, тем самым предотвращая уплывание и рассредоточение надстраиваемых фрагментов 7 (плавающих рядом) и/или их столкновение с начальным модулем 1, 25.

Может быть предусмотрено фиксирующее приспособление для временного прикрепления надстраиваемых фрагментов 7 к указанной платформе 1. Как можно, в частности, видеть на фиг. 6, в этом варианте реализации указанное фиксирующее приспособление содержит натяжные кабели 8, прикрепляющие надстраиваемые фрагменты 7 к платформе 1 и основанию 15, на которое опирается надстраиваемый фрагмент 7. Указанные натяжные кабели 8 будут сняты до размещения указанных надстраиваемых фрагментов 7 на указанном начальном модуле 1, 25 в положении, предусмотренном для установленного состояния. Предпочтительно указанные натяжные кабели 8 будут сняты во время погружения начального модуля 1, 25.

В этом примере вышки указанные надстраиваемые фрагменты 7 адаптированы посредством внутренних перегородок для обеспечения собственной плавучести и, опционально, самостоятельного переворота таким образом, что, при отсутствии прикрепления к начальному модулю 1, 25 (либо благодаря разъединенному фиксирующему приспособлению надстраиваемых фрагментов 7, которые были доставлены на начальный модуль 1, 25 или благодаря надстраиваемым фрагментам 7, транспортировка которых осуществлялась независимо к начальному модулю 1, 25), они могут плыть и могут быть сориентированы.

После закрепления, проиллюстрированного на фиг. 5, надстраиваемые фрагменты 7 будут подняты и размещены с помощью внешнего сборочного приспособления (традиционного и по этой причине не проиллюстрированного) для реализации морского строительства.

Фиг. 7-11 относятся ко второму примеру морской вышки, предназначенной для реализации способа согласно настоящему изобретению.

В частности, согласно проекту и условиям устойчивости, принятым для платформы 1', как изображено в данном примере, по меньшей мере два фрагмента 25, 7 могут быть помещены сверху в свое конечное положение на платформу 1' до транспортировки конструкции посредством самостоятельного плавания. Аналогично, могут быть использованы вспомогательные плавучие конструкции 14, временные и повторно используемые, повышающие плавучесть и устойчивость платформы 1'. Эти вспомогательные плавучие конструкции 14 временно прикрепляют и присоединяют к указанной платформе 1' с помощью соответствующего закрепляющего приспособления 21. Эти вспомогательные плавающие конструкции 14

- 8 026167 также служат в данном примере для транспортировки по меньшей мере части надстраиваемых фрагментов 7 и ветровой турбины 16 с находящимися на ней лопастями или без них. Как показано на фиг .10, такая вспомогательная конструкция, имеющая положительную плавучесть, в ходе установки, по меньшей мере, частично остается над водой.

Может также быть предусмотрено направляющее приспособление, способствующее погружению указанного начального модуля 1', 25. Как можно, например, видеть на фиг. 10, указанное направляющее приспособление содержит поворотные балки 18, присоединенные фиксированным образом к указанной вспомогательной конструкции 14 и прикрепленные с возможностью скольжения к указанному базовому фрагменту 25.

Как изображено, например, на фиг. 11 и также отображено на фиг. 7, для обеспечения транспортировки надстраиваемых фрагментов 7 по меньшей мере часть указанных надстраиваемых фрагментов 7 может располагаться во временной многослойной конфигурации 22, в которой указанные надстраиваемые фрагменты 7, по существу, расположены на одной и той же оси и на том же уровне, при этом более мелкие фрагменты находятся внутри более крупных фрагментов. Это обеспечивает более высокую эффективность использования пространства и может облегчать операцию сборки фрагментов, принимая во внимание, что это обеспечивает беспрепятственный последовательный подъем надстраиваемых фрагментов, в результате чего надстраиваемый фрагмент наибольшего диаметра и расположенный ближе наружу, в каждом случае поднимается из своего временного положения.

Как изображено на фиг. 12, сборные элементы, образованные несколькими начальными модулями 1', 25 и вспомогательными плавающими конструкциями 14, являются общими для нескольких указанных начальных модулей 1', 25, и могут также быть образованы для выполнения операции транспортировки посредством плавания. Это решение обеспечивает сокращение количества необходимых вспомогательных конструкций, что может быть особенно предпочтительно, если расстояние от точки изготовления указанного начального модуля до точки установки соответствующей вышки является значительным.

Как проиллюстрировано на фиг. 13-14, кран 20 может быть расположен на платформе 1, по возможности как временный и повторно используемый, и предназначен для сборки опорного основания 1, 1', 7, 25 и опционально ветровой турбины 16 или любой из ее составляющих частей. В этом случае по меньшей мере часть мачты крана 20, например металлическая эстакадная конструкция, может транспортироваться уже установленной на платформе 1 и оставаться частично погруженной после погружения. В качестве примера, изображенного, в частности, на фиг. 14, кран 20 прикреплен с помощью фиксирующего приспособления 19 к фрагментам самой вышки, и части крана 20 являются временными и повторно используемыми, за исключением полупогружной нижней части, которая является постоянной с целью обеспечения повторной установки крана 20 для обслуживания, ремонта или операции замены компонентов и т.д.

Указанный кран может быть самоустанавливаемым, т.е. вышка может быть вышкой-краном, ранее раскрытым в другой патентной заявке.

На фиг. 15 и 16 показан другой пример установки морской вышки в соответствии со способом согласно изобретению. Указанные фигуры иллюстрируют стадию перемещения на плаву и стадию введения балласта соответственно. Отличия от примера, проиллюстрированного на фиг. 7-10, заключаются в следующем:

ветровая турбина 16 также перемещается во временном положении на вспомогательных плавучих конструкциях 14, вместе с надстраиваемыми фрагментами 14; ветровая турбина 16 содержит корпус ветровой турбины, который транспортируется сверху надстраиваемого фрагмента 7, и лопасти ветровой турбины, которые транспортируются непосредственно над вспомогательной конструкцией, имеющей положительную плавучесть;

количество вспомогательных конструкций 14, имеющих положительную плавучесть, равно не двум, а четырем.

Само собой, принципы изобретения остаются одними и теми же, а варианты реализации и детали строительства могут широко варьироваться относительно тех, которые были описаны и проиллюстрированы только лишь в качестве неограничивающих примеров без отступления от области патентной защиты изобретения, которая определена в последующей формуле изобретения.

В частности, упомянем в качестве иллюстративного и неограничивающего примера, что, в то время как ствол вышки имеет круглое сечение в предпочтительном варианте применения, в альтернативном варианте также возможны формы сечений в виде многоугольника.

Claims (8)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ установки морской вышки, например опорного основания, содержащей ствол вышки, выполненный, по существу, из бетона, и соответствующий фундамент вышки, выполненный, по существу, из бетона, причем указанный ствол является полупогружным в установленном состоянии и указанный фундамент является погружным в установленном состоянии; указанный способ содержит следующие шаги:

   - 9 026167

   a) изготавливают сухим образом указанный фундамент, содержащий блок, выполненный, по существу, из бетона, причем указанный блок фундамента является, по существу, пустотелым, герметичным, имеет положительную плавучесть и имеет балластный клапан для открывания канала, ведущего к внутренней части указанного блока фундамента, изготавливают сухим образом базовый фрагмент указанного ствола вышки и надстраиваемый фрагмент или фрагменты указанного ствола;

   b) присоединяют механическим образом или неразъемным образом указанный базовый фрагмент к указанному блоку фундамента таким образом, что указанный базовый фрагмент и указанный блок фундамента занимают относительное расположение, предусмотренное для установленного состояния, причем указанный базовый фрагмент и указанный блок фундамента образуют начальный модуль;

   c) помещают указанный начальный модуль в водоем, в место установки указанного опорного основания, причем указанный начальный модуль выполнен таким образом, что он имеет плавучесть, необходимую для его перемещения по водоему вплавь;

   ά) присоединяют сбоку к указанному блоку фундамента и/или к указанному базовому фрагменту по меньшей мере одну вспомогательную конструкцию, имеющую положительную плавучесть, которая является временной и повторно используемой, и в ходе установки остается, по меньшей мере, частично над водой, причем указанная вспомогательная конструкция, имеющая положительную плавучесть, контактирует и/или соединяется с указанным блоком фундамента и/или с указанным базовым фрагментом;

   е) присоединяют по меньшей мере один из указанных надстраиваемых фрагментов к указанному блоку фундамента, и/или к указанному базовому фрагменту, и/или к указанной вспомогательной конструкции во временное положение, т.е. в положение, отличное от положения, которое они занимают в установленном состоянии по отношению к начальному модулю;

   д) буксируют указанный начальный модуль по водоему самостоятельно вплавь к месту установки указанного опорного основания;

   й) размещают в указанном начальном модуле указанный надстраиваемый фрагмент или фрагменты, находящийся во временном положении, таким образом, что указанный надстраиваемый фрагмент или фрагменты занимают положение, предусмотренное для установленного состояния относительно начального модуля;

   ί) приводят в действие указанный балластный клапан указанного блока фундамента с тем, чтобы открыть канал, ведущий к внутренней части указанного блока фундамента, и ввести балласт в указанный блок фундамента через указанный канал таким образом, что указанный начальный модуль погружается до тех пор, пока не опустится на дно водоема, причем шаг й) выполняют после шага д); причем шаг д) выполняют после шага е).
2. 2. Способ установки морской вышки по п.1, в котором шаг а) изготовления сухим образом указанных надстраиваемых фрагментов включает в себя предварительную сборку длинных клинчатых камней, вертикальные размеры которых превышают их горизонтальные размеры, до образования полных фрагментов.
3. 3. Способ установки морской вышки по п.1, также содержащий после шага ά) и перед шагом д) шаг, на котором присоединяют ветровую турбину к указанному блоку фундамента, и/или к указанному базовому фрагменту, и/или к указанному надстраиваемому фрагменту или фрагментам, и/или к указанной вспомогательной конструкции или конструкциям.
4. 4. Способ установки морской вышки по п.3, в котором после шага присоединения ветровой турбины размещают указанную ветровую турбину таким образом, что она занимает положение, предусмотренное для установленного состояния.
5. 5. Способ установки морской вышки по п.1, в котором после шага ά) и перед шагом й) присоединяют подъемное приспособление для конструкции вышки к указанному блоку фундамента, и/или к указанному базовому фрагменту, и/или к указанной вспомогательной конструкции.
6. 6. Способ установки морской вышки по п.1, в котором на шаге а) указанный блок фундамента внутренне разделяют на герметичные полости посредством разделительных стенок.
7. 7. Способ установки морской вышки по п.6, в котором на шаге ί) введение балласта в указанный блок фундамента приводит к пространственно селективному распределению балласта посредством распределительного клапана для переноса жидкости в прилежащие герметичные полости указанного блока фундамента.
8. 8. Способ установки морской вышки по п.7, в котором указанные балластный клапан и/или указанный распределительный клапан содержат дистанционный привод и/или предварительно установленный автоматический привод.