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TW201912931A - 離岸結構配合系統及其安裝方法 - Google Patents

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TW201912931A
TW201912931A TW107129225A TW107129225A TW201912931A TW 201912931 A TW201912931 A TW 201912931A TW 107129225 A TW107129225 A TW 107129225A TW 107129225 A TW107129225 A TW 107129225A TW 201912931 A TW201912931 A TW 201912931A
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column buoy
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史蒂芬 Ｐ 林伯雷
雅南斯 納塔拉詹
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美商索菲克股份有限公司
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Abstract

本發明揭示一種用於在不使用一起重船之情況下使離岸設備配合於經固定至一基座之一柱浮標之系統及方法。該系統包括具有界定一狹槽之一對叉之一浮船。界定一開口之一萬向吊架經定位於該狹槽內且經連接至該船，且一鎖定軸環經安裝至該萬向吊架。一配合構件經附接至該柱浮標。該船經操縱以將該柱浮標放置於該萬向吊架開口內。隨著該柱浮標位於該萬向吊架開口內，該鎖定軸環經配置及設計以可釋放地附接至該柱浮標之該配合構件且限制該柱浮標與該船之間的相對垂直運動，而該萬向吊架則允許該浮船在不驅動此等運動至該柱浮標的情況下側滾及俯仰。

Description

離岸結構配合系統及其安裝方法
本發明大體上係關於一種用於在一浮動船殼上安裝離岸設備之方法及系統，且更特定言之，本發明係關於一種用於在不使用一大離岸起重機之情況下在一浮動船殼上離岸安裝一風力發電機之方法及系統。
在浮動離岸替代能量計劃之領域中，在特定環境中之安裝成本顯然足以造成計劃遠非經濟上可行。諸如一風力機之一頂側組件在諸如一柱浮標之一浮動船殼上之典型安裝需要使用一非常昂貴大離岸起重機。有限數目個此等起重機連同其操作及活動成本組合提高其花費且降低其符合所需之可用性。
使用一標準駁船/叉型船以安裝風力機可節省實質成本。然而，對一柱浮標及一駁船之波浪環境之運動回應非常不同。因此，在安裝期間，可存在柱浮標與具有風力發電機之駁船之間的大相對運動以使得使風力發電機與柱浮標配合非常困難及危險。
受讓人之美國專利第9,725,870 B2號揭示一種用於在不使用一大離岸起重機之情況下使一風力廢電機與一柱浮標之總成及方法。專利揭示含有接套管導引件及減震器之兩個大桁架(一個位於風力廢電機上而一個位於柱浮標上)以在配合期間減少負載力。儘管一可工作解決方案，總成通常由於對柱浮標及風力廢電機之所需適應(其係安裝於一柱浮標上之每個風力廢電機之一額外成本)而太昂貴。
期望具有用於在不使用一大離岸起重機之情況下在諸如一柱浮標之一浮動船殼上安裝離岸設備之一安裝系統及方法。進一步期望系統及方法經調適以將一風力廢電機安裝於柱浮標上。期望系統及方法係具成本效益、安全、可再使用及能夠在較大海況中執行。
本發明係一種用於在不使用一大離岸起重機之情況下在諸如一柱浮標之一浮動船殼上安裝離岸設備之系統及方法。該系統及方法適合依一具成本效益、安全及及時方式將一風力廢電機安裝於一柱浮標上。本發明使用自一叉型船之船頭或船尾抓取該柱浮標且藉此使該船之側滾及俯仰運動與該柱浮標隔離之一萬向吊架。此在配合期間大幅減少相對運動及負載且藉此降低風險。其亦可經構形以處置較大安裝環境。
本發明之較佳實施例亦包含在運輸至該柱浮標期間將該風力廢電機支撐於該船上之一支撐框架總成。該支撐框架總成安裝於一彈簧系統上以允許在使該風力發電機配合於該柱浮標期間該柱浮標之角向相對運動在該支撐框架總成與船之間吸收。該風力發電機可依一非常受控方式而以大幅減少之相對運動及負載降在該柱浮標上。此降低安裝風險及達成較大海況中之安裝。
現將參考圖式詳細描述本發明之較佳實施例。圖1展示根據本發明之一運輸船10之一例示性實施例。運輸船10包含具有一甲板14之一船殼12。界定一狹槽16之一對叉18係形成於船殼12中或自船殼12延伸。叉18及狹槽16較佳地係位於叉型船10之船頭或船尾。
在本發明之一較佳實施例中，一萬向吊架20係定位於叉18之間的狹槽16內，如圖2、圖3及圖4中所展示。萬向吊架20包含係開放端且位於船叉18之間(或船叉18之頂部)的兩個嵌套吊架30、40。一外吊架30在平面圖中大體上係U狀的，如圖2及圖3中所展示。外吊架30具有實質上平行於彼此之外第一腳部32及外第二腳部34，其等大體上自一外基座片段36橫向延伸。如圖2、圖3及圖4中所展示，較佳地，外吊架30適配於狹槽16內，其中一空間存在於外腳部32、34與叉18之間。
萬向吊架20分別包含經連接至船10之第一安裝構件22及第二安裝構件24。安裝構件22及24可係連接至船10之船殼12及/或叉18。如圖3中所展示，安裝構件22及24各分別包含相對於船10之一長軸之一成角度表面22a及24a。較佳地，成角度表面22a及24a係彼此平行且在相對於船長軸之一45度(45°)。另外，外吊架30包含彼此平行且分別與安裝構件22及24之成角度表面22a及24a呈相反關係的第一成角度表面32a及第二成角度表面34a。
參考圖2、圖3及圖4，外吊架30係用一對外軸及襯套38安裝至船10/叉18。該對外軸及襯套38係彼此且在一水平平面中軸向對準。
參考圖2及圖3，在平面圖中大體上係U狀之一內吊架40界定一開口41。內吊架40具有實質上彼此平行之第一腳部42及第二腳部44，其等大體上自一內基座片段46橫向延伸。如圖2中所展示，較佳地，內吊架40適配於外吊架30內，其中一空間分別存在於內腳部42及44及外腳部32、34與內基座片段46及外基座片段36之間。
如圖3中所展示，外吊架30分別包含相對於船10之長軸之第三成角度表面32b及第四成角度表面34b。較佳地，第三成角度表面32b及第四成角度表面34b彼此平行且垂直於外吊架30之第一成角度表面32a及第二成角度表面34a。另外，內吊架40包含彼此平行且分別與外吊架30之第三成角度表面32b及第四成角度表面34b呈相反關係之第一成角度表面42a及第二成角度表面44a，如圖3中所展示。
參考圖2、圖3及圖4，內吊架40使用一對內軸及襯套對48安裝至外吊架30。該對內軸及襯套對48彼此且在一水平平面中軸向對準。較佳地，軸向對準之內軸及襯套對48對位於相同於軸向對準之外軸及襯套對38之水平平面中且相對於彼此垂直。
如上文所描述，內吊架40可圍繞兩個水平軸接頭鉸接以允許內吊架40相對於船10之平衡環。沿一水平軸之第一組兩個外軸及襯套對38介於船10與外吊架30之間。沿垂直於第一軸之一水平軸之第二組兩個內軸及襯套對48介於外吊架30與內吊架40之間。
用於將內吊架40可釋放地附接至容器41內之柱浮標100之一柱鎖定軸環60安裝於內吊架40下方。較佳地，柱鎖定軸環60包含固定至內吊架40之內基座片段46之一固定握爪62 (圖2及圖3)及使用液壓缸66致動之兩個樞轉握爪64以在柱鎖定軸環60中捕獲柱浮標100。樞轉握爪64經由樞軸銷65可樞轉地附接至內腳部42、44。液壓缸66在一端處附接至內腳部42、44且在一第二端處附接至樞轉握爪64。圖2展示在一敞開位置中之柱鎖定軸環60之樞轉握爪64且圖3展示在一閉合位置中之樞轉握爪64。
參考圖4，柱鎖定軸環60界定抓取柱浮標100上之凸環狀配合特徵件102之一凹狀容器68。此附接隨柱浮標100與內吊架40之間的相對運動一起發生；因此，容器68之形狀適應此等運動使得在附接期間內吊架40將依循柱浮標100之運動。擋板可放置於此界面處以吸收一些初始碰撞能量。一旦閉合柱鎖定軸環60，內吊架40附接至柱浮標100且固定柱浮標100與內吊架40之間的垂直相對運動。船10仍可在不驅動此等角向運動至柱浮標100之情況下側滾及俯仰。驅動起伏運動，但柱浮標100對於起伏之回應相對較軟。
在如圖5中所展示之較佳實施例中，船10包含用於在將一風力廢電機80運輸至柱浮標100之離岸位置期間固定風力廢電機80之一支撐框架總成82。在較佳實施例中，支撐框架總成82亦被用於降低風力廢電機80及將風力廢電機80附接至柱浮標100。較佳地，使用各包含一固定部分86及使用液壓缸87致動以捕獲及將風力廢電機80固定至支撐框架82之兩個致動臂88的複數個可釋放發電機鎖定軸環84，將風力廢電機80附接至支撐框架總成82，如圖6中所展示。應理解可使用交替鎖定機構。
參考圖5，支撐框架總成82之下端係連接至複數個框架液壓配合單元90。在如圖5及圖6中所展示之實施例中，四個框架液壓配合單元90係定位於支撐框架總成82與船叉18之間。各框架液壓配合單元90包含一系列汽缸千斤頂92及彈簧94，以降低支撐框架總成82且允許及抑制柱浮標100與船10之間的相對旋轉運動。
通常，風力發電機80至柱浮標100之最終連接係由一螺栓凸緣連接進行。風力發電機80依一受控方式降至柱浮標100上，以減少凸緣72及74 (圖7)上的碰撞負載。凸緣72較佳地係定位於風力發電機80之一船殼板81內部，且凸緣74較佳地係定位於柱浮標100之一船殼板101內部。此係使用兩個主組件總成來完成：該複數個架液壓配合單元90 (圖5)及複數個最終對準導引件/連接器50 (圖5及圖6)。應理解儘管僅展示最終對準導引件/連接器50，但較佳地複數個最終對準導引件/連接器50被用於系統中。
該複數個架液壓配合單元90之主要功能係：
在運輸期間將支撐框架總成82鎖定或固定至船10；
抵抗風力發電機80之傾覆；
使風力發電機80降至柱浮標100上且將風力發電機80之重量轉移至柱浮標100；
在使風力發電機80配合於柱浮標100期間及之後吸收柱浮標100及船10之相對運動；
在配合期間結合最終對準導引件/連接器50一起工作以將柱浮標100之運動轉移至支撐框架總成82；及
彈簧剛性在配合程序中較早僵硬且一旦風力發電機80配合於柱浮標100就變軟。在風力發電機80至柱浮標100之重量轉移之後彈簧94變得更軟。較佳實施例使用具有一雙坡力偏轉曲線之一複合彈簧系統。
較佳地，存在分別放置於柱浮標100及風力發電機80上之凸緣74、72外部之四個最終對準導引件/連接器50。最終對準導引件/連接器50將在最初接觸之後即吸收風力發電機80與柱浮標100之間的碰撞負載。參考圖7，最終對準導引件/連接器50包含一對配合(公及母)最終對準錐體52a及52b。較佳地，最終對準導引件/連接器50之一上部分50a包含一連接器接合汽缸54及一公連接器56a。最終對準導引件/連接器50之一下部分50b包含一母連接器56b、一上升彈簧57及一主彈簧58。主彈簧58減少碰撞負載且可為一彈性彈簧。公連接器56a及母連接器56b可分別係旋轉閂鎖連接器類型。例如，連接器接合汽缸54「推動」及向下移動及延伸以接合閂鎖及拉起鎖。當連接器接合汽缸54再次「推動」時其向下移動及延伸以解鎖及脫離閂鎖。應理解可使用一般技術者已知之其他形式及類型之連接器。
最終對準導引件/連接器50之主要功能係：
將風力發電機80之負載及運動自船10轉變至柱浮標100；
將風力發電機80之導引對準提供至柱浮標100；
含有減震器以消除及/減少凸緣72至凸緣74碰撞負載；
結合框架液壓配合單元90工作以轉移負載及運動；及
含有鎖定機構以將風力發電機80附接至柱浮標100及驅動柱浮標100角向運動至框架液壓配合單元90。
配合程序概述於以下步驟中：
1. 船10到達位置，其中風力發電機80以通過模式附接至安裝/支撐框架總成82。
2. 船10靠近柱浮標100，其中柱鎖定軸環60位於敞開位置中，在適當定向及吃水上將一大索(圖中未展示)附接至及將船10拉動至柱浮標100。柱浮標100及船10拉在一起使得柱鎖定軸環容器68與柱浮標100上之對應特徵件102接合。
3. 一旦獲得柱鎖定軸環60與柱浮標100之間的接觸，樞轉握爪64閉合且柱浮標100固定至內吊架40。對準及進行此初始接觸之能力係萬向吊架20之一關鍵特徵。在鎖定/接合期間，柱鎖定軸環60及內吊架40將其自身與柱浮標100對準。
4. 風力廢電機支撐框架總成82自通過鎖定條件移除且與該複數個框架液壓配合單元90一起下降以獲得風力發電機80與柱浮標100之接觸。
5. 最終對準導引件/連接器50進行首次接觸及吸收初始碰撞負載。接合連接器50且風力發電機80之重量轉移至柱浮標100及內吊架40。
6. 安裝及拉緊凸緣螺栓連接。
7. 壓載柱浮標100及船10使得柱浮標100承受風力發電機80之重量。
8. 釋放風力廢電機鎖定軸環84。可期望在此點朝向船10之中心移動框架及移動框架遠離塔以避免對撞。
9. 釋放柱鎖定軸環60。
10. 船10釋放大索及背離柱浮標100。
如上文所討論，一風力發電機80與一柱浮標100之配合係一困難及昂貴離岸安裝任務。使用叉型船10比具有一大離岸起重機之一船經濟，但對柱浮標100之波浪環境及一船狀船10之運動回應係徑向上不同。本發明使用自叉型船10之船頭或船尾抓取柱浮標100之一萬向吊架20及消除柱浮標100與船10之間的相對垂直運動同時允許船10在不驅動角向運動至柱浮標100之效應之情況下自由側滾及俯仰。
支撑風力廢電機80之支撐框架總成82較佳地安裝於一彈簧系統上以允許柱浮標100之角向相對運動在風力廢電機與柱浮標100之配合期間在支撐框架總成82與船10之間吸收。風力廢電機80依一非常受控方式而以大幅減少之相對運動及負載降至柱浮標100上。此降低安裝風險且達成較大海況中之安裝。
本發明包含一安裝方法及配合系統以將一風力廢電機80安裝至諸如一柱浮標100之一浮動船殼。系統係由一萬向吊架20組成以允許船10連接至柱浮標100及允許一安裝/支撐框架總成82固定風力廢電機80及使風力廢電機80降至柱浮標100上。支撐框架總成82由可降低框架總成82及在連接期間及連接之後使柱浮標100之運動與船10隔離之一框架支撐配合單元90附接至船10。另外，最終對準接套管導引件/連接器50用於吸收柱浮標100與風力廢電機80之間的初始接觸及提供最終對準及連接使得可安裝凸緣螺栓連接。
本文所使用之術語及描述僅以繪示之方式闡述且不意謂為限制。熟習技術者應認識到許多變動在以下申請專利範圍及其等效物中所界定之本發明之精神及範疇內係可行的，其中除非另有指示，否則所有術語應在其最廣泛可能意義上理解。
10‧‧‧運輸船
12‧‧‧船殼
14‧‧‧甲板
16‧‧‧狹槽
18‧‧‧叉
20‧‧‧萬向吊架
22‧‧‧第一安裝構件
22a‧‧‧成角度表面
24‧‧‧第二安裝構件
24a‧‧‧成角度表面
30‧‧‧外吊架
32‧‧‧外第一腳部
32a‧‧‧第一成角度表面
32b‧‧‧第三成角度表面
34‧‧‧外第二腳部
34a‧‧‧第二成角度表面
34b‧‧‧第四成角度表面
36‧‧‧外基座片段
38‧‧‧外軸及襯套對
40‧‧‧內吊架
41‧‧‧開口/容器
42‧‧‧第一腳部
42a‧‧‧第一成角度表面
44‧‧‧第二腳部
44a‧‧‧第二成角度表面
46‧‧‧內基座片段
48‧‧‧內軸及襯套對
50‧‧‧最終對準導引件/連接器
50a‧‧‧上部分
50b‧‧‧下部分
52a‧‧‧公最終對準錐體
52b‧‧‧母最終對準錐體
54‧‧‧連接器接合汽缸
56a‧‧‧公連接器
56b‧‧‧母連接器
57‧‧‧上升彈簧
58‧‧‧主彈簧
60‧‧‧柱鎖定軸環
62‧‧‧固定握爪
64‧‧‧樞轉握爪
65‧‧‧樞軸銷
66‧‧‧液壓缸
68‧‧‧凹狀容器
72‧‧‧凸緣
74‧‧‧凸緣
80‧‧‧風力廢電機
81‧‧‧船殼板
82‧‧‧支撐框架總成
84‧‧‧鎖定軸環
86‧‧‧固定部分
87‧‧‧液壓缸
88‧‧‧致動臂
90‧‧‧框架液壓配合單元
92‧‧‧汽缸千斤頂
94‧‧‧彈簧
100‧‧‧柱浮標
101‧‧‧船殼板
102‧‧‧凸環狀配合特徵件
藉由閱讀以下實施例之詳細描述及藉由檢查附圖而更佳理解本發明，其中：
圖1係根據本發明之一叉型運輸船之一例示性實施例之一透視圖；
圖2係展示一敞開位置中之叉、一萬向吊架及一柱鎖定軸環之運輸船之一部分之一平面圖；
圖3係類似於圖2及展示固定至一柱浮標之一閉合位置中之柱鎖定軸環之一平面圖；
圖4係船叉、萬向吊架、柱鎖定軸環及柱浮標之一部分正視圖；
圖5係支撐定位於柱浮標上之一風力廢電機之安裝於船叉上之一支撐框架之一部分正視圖；
圖6係沿圖5之線6-6取得之一截面圖；及
圖7係展示風力廢電機之一最終對準導引件/連接器與柱浮標之配合之一部分正視圖。

Claims (21)

  1. 一種用於在不使用一起重船之情況下使離岸設備配合於一柱浮標之系統，該柱浮標經固定至一基座，該系統包括： 一浮船，其具有界定一狹槽之一對叉； 一萬向吊架，其經定位於該狹槽內且經連接至該船，該萬向吊架界定一開口； 一鎖定軸環，其經安裝至該萬向吊架；及 一配合構件，其經附接至該柱浮標， 其中隨著該柱浮標係位於該萬向吊架開口內，該鎖定軸環經配置及設計以可釋放地被附接至該柱浮標之該配合構件且限制該柱浮標與該船之間的相對垂直運動，而該萬向吊架則允許該浮船在不驅動此等運動至該柱浮標的情況下側滾及俯仰。
  2. 如請求項1之系統，其中該鎖定軸環包括： 一固定握爪，其經固定至該萬向吊架；及 至少一樞轉握爪，其經附接至經配置及設計以在該鎖定軸環之閉合之後即捕獲該柱浮標之該萬向吊架。
  3. 如請求項2之系統，其中該至少一樞轉握爪受液壓控制。
  4. 如請求項2之系統，其中該至少一樞轉握爪包括一對樞轉握爪。
  5. 如請求項1之系統，其中該配合構件係一凸環狀構件，且該鎖定軸環包含用於與該凸環狀構件配合之一凹狀容器。
  6. 如請求項1之系統，其中該萬向吊架包括： 一外吊架，其在平面圖中實質上係U狀，該外吊架經可樞轉地連接至該船；及 一內吊架，其在平面圖中實質上係U狀，該內吊架適配於該外吊架內且經可樞轉地連接至該外吊架。
  7. 如請求項6之系統，其中該鎖定軸環經安裝至該內吊架。
  8. 如請求項1之系統，進一步包括經安裝至該船之一支撐框架總成，該支撐框架總成經配置及設計以在該萬向吊架上支撐該設備。
  9. 如請求項8之系統，進一步包括經定位於該支撐框架總成與該對叉之間之複數個框架液壓配合單元，該複數個框架液壓配合單元經配置及設計以降低該支撐框架總成。
  10. 如請求項9之系統，其中該複數個框架液壓配合單元之各者包括一系列汽缸千斤頂及彈簧，以降低該支撐框架總成及抑制該柱浮標與該船之間的相對旋轉運動。
  11. 如請求項8之系統，其中該支撐框架總成包含經配置及設計以可釋放地被附接至該設備及限制該設備與該支撐框架總成之間之相對垂直運動的至少一可釋放發電機鎖定軸環。
  12. 如請求項8之系統，進一步包括複數個最終對準導引件及包括經配置及設計以與一下部分配合之一上部分之連接器，該等最終對準導引件及連接器之該上部分係附接至該設備，且該下部分係附接至該柱浮標。
  13. 如請求項12之系統，其中該等最終對準導引件及連接器之各者包括經配置及設計以在最初接觸之後即吸收該設備與該柱浮標之間之碰撞負載之一主彈簧。
  14. 如請求項13之系統，其中該等最終對準導引件及連接器之各者包括經配置及設計以將該設備附接至該柱浮標之一鎖定機構。
  15. 如請求項13之系統，其中該設備包括一風力發電機。
  16. 一種在不使用一起重船之情況下將一風力發電機安裝至一離岸柱浮標之方法，該方法包括： 使用一萬向吊架及一支撐框架總成裝配一叉型船； 將該風力發電機載入及固定於該叉型船上； 使用該叉型船將該風力發電機運輸至該柱浮標； 操縱該叉型船，將該柱浮標放置於該萬向吊架之一開口內； 閉合經安裝至該萬向吊架之一柱鎖定軸環，以與該柱浮標鎖定接合； 降低該風力發電機，以獲得與該柱浮標之接觸； 將該風力發電機連接至該該風力發電機； 調整該船及該柱浮標之至少一者之壓載，使得該柱浮標支撐該風力發電機之重量； 自該支撐框架總成釋放該風力發電機； 敞開該柱鎖定軸環以釋放該柱浮標；及 操縱該船遠離該柱浮標。
  17. 如請求項16之方法，其中閉合一柱鎖定軸環以與該柱浮標鎖定接合之步驟包括接合該柱浮標上之一對應配合特徵件之一鎖定軸環容器。
  18. 如請求項16之方法，其中降低該風力發電機之步驟包括經由複數個框架液壓配合單元降低該支撐框架總成。
  19. 如請求項16之方法，其中自該支撐框架總成釋放該風力發電機之步驟包括解鎖該支撐框架總成之複數個發電機鎖定軸環。
  20. 如請求項16之方法，其中將該風力發電機連接至該柱浮標之步驟包括： 將經安裝至該風力發電機之複數個最終對準導引件及連接器之一上部分接合至經安裝至該柱浮標之該複數個最終對準導引件及連接器之一下部分。
  21. 如請求項20之方法，其中將該風力發電機連接至該柱浮標之步驟進一步包括將一風力發電機凸緣螺栓連接至一柱浮標凸緣。
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