BE1024887B1 - Inrichting en werkwijze voor het assembleren van een bouwwerk op zee - Google Patents

Abstract

De uitvinding betreft een inrichting voor het op zee assembleren van een uit onderdelen opgebouwd bouwwerk, in het bijzonder een windturbine. De inrichting omvat een met een vaartuig verbonden robotarm, die is voorzien van een gereedschap voor het aangrijpen van de onderdelen, en een besturingseenheid, die is ingericht om de robotarm dusdanig te bewegen dat de onderdelen op een in zee aanwezige fundering kunnen worden geplaatst. De uitvinding betreft eveneens een werkwijze voor het op zee assembleren van een uit onderdelen opgebouwd bouwwerk, in het bijzonder een windturbine, onder gebruikmaking van de uitgevonden inrichting.

Description

(73) Houder(s) :

HIGH WIND N.V.

2070, ZWIJNDRECHT België (72) Uitvinder(s) :

JACOBS Johannes Andreas Maria

2990 WUUSTWEZEL

België

ROOSE Peter Georges Nelly

3510 SPALBEEK

België (54) INRICHTING EN WERKWIJZE VOOR HET ASSEMBLEREN VAN EEN BOUWWERK OP ZEE (57) De uitvinding betreft een inrichting voor het op zee assembleren van een uit onderdelen opgebouwd bouwwerk, in het bijzonder een windturbine. De inrichting omvat een met een vaartuig verbonden robotarm, die is voorzien van een gereedschap voor het aangrijpen van de onderdelen, en een besturingseenheid, die is ingericht om de robotarm dusdanig te bewegen dat de onderdelen op een in zee aanwezige fundering kunnen worden geplaatst. De uitvinding betreft eveneens een werkwijze voor het op zee assembleren van een uit onderdelen opgebouwd bouwwerk, in het bijzonder een windturbine, onder gebruikmaking van de uitgevonden inrichting.

BELGISCH UITVINDINGSOCTROOI

FOD Economie, K.M.O., Middenstand & Energie

Publicatienummer: 1024887 Nummer van indiening: 2012/0167

Dienst voor de Intellectuele Eigendom

Internationale classificatie: B63B 27/18 F03D 1/00 Datum van verlening: 03/08/2018

De Minister van Economie,

Gelet op het Verdrag van Parijs van 20 maart 1883 tot Bescherming van de industriële Eigendom;

Gelet op de wet van 28 maart 1984 op de uitvindingsoctrooien, artikel 22, voor de voor 22 September 2014 ingediende octrooiaanvragen ;

Gelet op Titel 1 Uitvindingsoctrooien van Boek XI van het Wetboek van economisch recht, artikel XI.24, voor de vanaf 22 September 2014 ingediende octrooiaanvragen ;

Gelet op het koninklijk besluit van 2 december 1986 betreffende het aanvragen, verlenen en in stand houden van uitvindingsoctrooien, artikel 28;

Gelet op de aanvraag voor een uitvindingsoctrooi ontvangen door de Dienst voor de Intellectuele Eigendom op datum van 13/03/2012.

Overwegende dat voor de octrooiaanvragen die binnen het toepassingsgebied van Titel 1, Boek XI, van het Wetboek van economisch recht (hierna WER) vallen, overeenkomstig artikel XI.19, § 4, tweede lid, van het WER, het verleende octrooi beperkt zal zijn tot de octrooiconclusies waarvoor het verslag van nieuwheidsonderzoek werd opgesteld, wanneer de octrooiaanvraag het voorwerp uitmaakt van een verslag van nieuwheidsonderzoek dat een gebrek aan eenheid van uitvinding als bedoeld in paragraaf 1, vermeldt, en wanneer de aanvrager zijn aanvraag niet beperkt en geen afgesplitste aanvraag indient overeenkomstig het verslag van nieuwheidsonderzoek.

Besluit:

Artikel 1. - Er wordt aan

HIGH WIND N.V., Haven 1025-Scheldedijk 30, 2070 ZWIJNDRECHT België;

vertegenwoordigd door

BROUWER Hendrik Rogier, Meir 24 bus 17, 2000, ANTWERPEN;

een Belgisch uitvindingsoctrooi met een looptijd van 20 jaar toegekend, onder voorbehoud van betaling van de jaartaksen zoals bedoeld in artikel XI.48, § 1 van het Wetboek van economisch recht, voor: INRICHTING

EN WERKWIJZE VOOR HET ASSEMBLEREN VAN EEN BOUWWERK OP ZEE.

UITVINDER(S):

JACOBS Johannes Andreas Maria, Hofakker 32, 2990, WUUSTWEZEL;

ROOSE Peter Georges Nelly, Oudestraat 154, 3510, SPALBEEK;

VOORRANG:

AFSPLITSING :

Afgesplitst van basisaanvraag : Indieningsdatum van de basisaanvraag :

Artikel 2. - Dit octrooi wordt verleend zonder voorafgaand onderzoek naar de octrooieerbaarheid van de uitvinding, zonder garantie van de Verdienste van de uitvinding noch van de nauwkeurigheid van de beschrijving ervan en voor risico van de aanvrager(s).

Brussel, 03/08/2018,

Bij bijzondere machtiging:

BE 2012/0167

2012/0167

Inrichting en werkwijze voor het assembleren van een bouwwerk op zee

De uitvinding betreft een inrichting voor het assembleren van een bouwwerk op zee. De uitvinding betreft eveneens een werkwijze voor het assembleren van een bouwwerk op zee. De uitvinding betreft in het bijzonder een inrichting en werkwijze voor het assembleren van een windturbine op zee.

Een groeiend aantal bouwwerken dient op zee te worden gebouwd, onderhouden en gerepareerd. Een typisch voorbeeld betreft een offshore windturbine, die is opgebouwd uit een gondel of nacelle, welke wordt ondersteund door een mast die meer dan 100 meter hoog kan zijn. De mast omvat verschillende mastsegmenten die doorgaans opeenvolgend op elkaar worden geplaatst. De gondel betreft de behuizing op de mast waarin zieh een groot deel van de benodigde apparatuur bevindt, en die alleen al een gewicht van meer dan 350 ton kan bezitten. De windturbine is verder voorzien van een naaf, waarop een aantal rotorbladen zijn aangebracht. De naaf vormt de verbinding tussen de rotorbladen van de windturbine en de as ervan. De rotorbladen, die een lengte van meer dan 70 meter kunnen hebben, zetten de bewegingsenergie van de wind om in een draaiende beweging van de as. De tegenwoordig zeer gebruikelijke windturbines zijn uitgerust met drie rotorbladen, waarbij de rotorbladen over hun lengteas kunnen draaien. Daardoor kunnen ze bij elke windsnelheid de optimale stand innemen, waardoor een optimale opbrengst bereikt wordt. Ook kunnen zij aldus bij hoge windsnelheden uit de wind worden gedraaid door middel van eén zogenaamde pitch installatie. Een typische windturbine is verder voorzien van een overbrenging of tandwielkast om de generator draaisnelheid (50 Hz) af te stemmen op de rotatiesnelheid van de rotors. De generator zet de beweging van de as om in elektriciteit, en levert de opgewekte stroom aan het openbare net.

Bij het assembleren, onderhouden en/of repareren van dergelijke grote bouwwerken op zee is het gebruikelijk onderdelen van het bouwwerk te transporteren naar een opvijzelbaar offshore platform, dat is aangemeerd in de nabijheid van de plaats waar het bouwwerk zieh bevindt of moet worden opgebouwd. Voor het opbouwen van een windturbine bijvoorbeeld worden de mastonderdelen en een op een naaf aangebracht samenstel van rotorbladen met een geschikt vaartuig naar de plaats van opbouw gevaren. Het opvijzelbaar platform is voorzien van een hijsinrichting die de

BE 2012/0167 aangevoerde onderdelen vanaf het vaartuig kan opnemen en naar het op te bouwen bouwwerk kan voeren.

2012/0167

Bij het hijsen en plaatsen van onderdelen is het gebruikelijk dat deze tenminste tijdelijk in een andere stand dan de transportstand dienen te worden gebracht. Meer in het bijzonder dienen onderdelen te worden gemanipuleerd om ze van hun transportstand (de stand waarin het betreffende onderdeel werd getransporteerd) naar hun montagestand te brengen (de stand waarin het betreffende onderdeel op of aan een reeds bestaande opbouw wordt toegevoegd). Zo wordt bij het hijsen en plaatsen van windturbinerotorbladen op een reeds bestaande of opgebouwde mast het opvijzelbaar platform voorzien van een hulpkraan (een zogenaamde ‘tailing crane’) die er voor zorgt dat het samenstel van naaf en rotorbladen (bijvoorbeeld drie) vanuit de horizontale transporttoestand in verticale richting tenminste gedeeltelijk wordt opgericht, teneinde dit samenstel op de mast aan te kunnen brengen. Een uiteinde van een rotorblad wordt hierbij aan de hulpkraan vastgemaakt.

Door de golfbelasting op de spudpalen van het platform en de relatief läge stijfheid van de spudpalen kan een off-shore opvijzelbaar platform in de opgevijzelde toestand grote bewegingen in het horizontale vlak vertonen. Doordat ook de hijskraan onderhevig is aan windbelasting kunnen gehesen onderdelen van het bouwwerk aan behoorlijke horizontale bewegingen onderhevig zijn ten opzichte van een met de aarde verbonden hindering voor het bouwwerk of ten opzichte van andere reeds ge'installeerde onderdelen van het bouwwerk. Gebleken is dat het installeren van de verschillende onderdelen van een windturbine in het bijzonder hierdoor alles behalve eenvoudig is, en dat ongebruikelijke bewegingen van gehesen onderdelen grote schade kunnen teweegbrengen aan bijvoorbeeld de windturbinebladen.

De bekende inrichting en werkwijze zijn omslachtig. Bovendien neemt de hulpkraan veel plaats in op het platform waardoor kostbare plaats verloren gaat. Daarnaast vergt het werken met een hulpkraan goede coördinatie en vakmanschap, bij gebrek waaraan er gevaar kan ontstaan.

BE 2012/0167

Een doel van onderhavige uitvinding is een inrichting te verschaffen waarmee (onderdelen van) grote structuren op zee kunnen worden geassembleerd, en in het bijzonder windturbines.

Dit doel wordt bereikt door een inrichting voor het op zee assembleren van een uit onderdelen opgebouwd bouwwerk, in het bijzonder een windturbine, te verschaffen, welke inrichting een met een vaartuig verbonden robotarm omvat die is voorzien van een gereedschap voor het aangrijpen van de onderdelen, en een besturingseenheid, die is ingericht om de robotarm dusdanig te bewegen dat de onderdelen op een in zee aanwezige fundering kunnen worden geplaatst. Door gebruik te maken van de robotarm kan op veilige, nauwkeurige en minder windgevoelige wijze een groot bouwwerk op zee worden geassembleerd. Bovendien laat de inrichting toe door te werken bij weersomstandigheden waarbij de inrichting volgens de stand der techniek dit niet toelaat.

2012/0167

De uitvinding betreft derhalve eveneens een werkwijze voor het assembleren van een groot bouwwerk op zee, in het bijzonder een windturbine, met gebruikmaking van de inrichting volgens de uitvinding. De werkwijze omvat het verschaffen op een vaartuig van een inrichting volgens de uitvinding, en het met behulp van de robotarm plaatsen van de onderdelen op een in zee aanwezige fundering. Door de robotarm volgens de uitvinding te verschaffen wordt het gebruik van een kraan en van een hulpkraan eventueel vermeden.

Het vaartuig kan in beginsel elk vaartuig zijn met voldoende draagkracht voor de inrichting maar is bij voorkeur een opvijzelbaar offshore platform, dat is aangemeerd in de nabijheid van de plaats van opbouw, meer in het bijzonder in de nabijheid van de in zee aanwezige fundering voor het bouwwerk. Zoals hieronder verder duidelijk zal worden kunnen de eerste en tweede grijpmiddelen, evenals de te assembleren onderdelen van het bouwwerk, eenvoudig in een transportstand worden gebracht waarin deze zonder gevaar en met relatief grote snelheid over zee kunnen worden vervoerd naar de assemblage locatie. Het opvijzelbaar offshore platform en/of het vaartuig omvatten doorgaans een werkdek, dat een substantiële last kan dragen, en verankeringspalen die het werkdek ondersteunen. Elke in hoofdzaak vertikaal verlopende verankeringspaal is in deze richting beweegbaar van een hoge positie tijdens

BE 2012/0167 transport tot een läge positie in de verankerde stand, in welke stand de palen steun vinden op de zeebodem. De hoogtestand van het werkdek ten opzichte van het watemiveau kan worden gewijzigd door het werkdek relatief ten opzichte van de palen te verschuiven door middel van (hydraulische) vijzels. Het werkdek kan in de verankerde stand tot boven het watemiveau worden opgevijzeld.

2012/0167

Het op zee te assembleren bouwwerk kan in beginsel elk bouwwerk zijn. De inriehting en werkwijze volgens de uitvinding zijn echter in het bijzonder geschikt voor het op zee assembleren van windturbines waarbij de onderdelen bijvoorbeeld mastdelen en de gondel (of nacelle) met naaf van de windturbine omvatten, evenals de rotorbladen van de windturbine.

Onder robotarm wordt in onderhavige aanvraag verstaan de arm van elke automatisch gecontroleerde, en bij voorkeur programmeerbare, manipulator of robot met tenminste drie vrijheidsgraden. Onder deze definitie vallen onder andere de gelede robotarm van een gelede robot (‘articulated robot’), de armen van een cartesiaanse robot, SCARA robot, e.d.. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de inriehting volgens de uitvinding omvat de robotarm een gelede robotarm. Een gelede robotarm is opgebouwd uit verschillende onderling gekoppelde armleden, waarbij de koppeling een rotatie toelaat.

Volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een inriehting verschaft waarbij de gelede robotarm tenminste 4-assig is, en bij voorkeur 6-assig. Doordat de inriehting volgens de uitvinding in een voorkeursuitvoeringsvorm slechts een of meerdere robotarmen omvat dient een dergelijke robotarm voldoende draagkracht te bezitten om het benodigde (aanzienlijke) hijsvermogen te leveren.

Een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm van de inriehting volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de robotarm is ingericht om verwisselbare gereedschappen te dragen. Met meer voorkeur omvatten de verwisselbare gereedschappen een grijper voor een mastsectie, een grijper voor een rotorblad of een grijper voor een gondel van een windturbine. De inriehting volgens de uitvinding heeft in deze uitvoeringsvorm het voordeei dat de robotarm kan worden aangepast aan het grijpen van het betreffende onderdeel. Het grijpen van mastdelen en het plaatsen ervan op de fundering vergt doorgaans een grote kracht maar relatief weinig bewegingsvrijheid. Het grijpen van

BE 2012/0167 rotorbladen daarentegen vergt relatief weinig kracht maar een grote bewegingsvrijheid waarbij het voordelen heeft de bladen dusdanig te kunnen manipuleren dat deze weinig wind vangen. Door het gereedschap afhankelijk van het te grijpen onderdeel te kiezen kan het meest günstige gereedschap worden gekozen.

2012/0167

In een andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding is een arm van de robotarm uitschuifbaar. Dit is met name van voordeel vanwege de doorgaans relatief grote afstanden en hoogtes die de robotarm moet kunnen overbruggen om de onderdelen te ondersteunen.

De inrichting volgens de uitvinding omvat in een uitvoeringsvorm stuurmiddelen voor tenminste de robotarm. Dergelijke stuurmiddelen zijn op zieh bekend, zoals bijvoorbeeld een PLC besturingseenheid, die is ingericht om de robotarm, en in het bijzonder de onderlinge bewegingen van de robotarmleden en/of het gereedschap aan te sturen in afhankelijkheid van de positie van een gehesen of te hijsen onderdeel.

In een uitvoeringsvorm waarbij naast de robotarm tevens een hijskraan wordt toegepast om de onderdelen mee te helpen hijsen, heeft de inrichting volgens de uitvinding het kenmerk dat de inrichting stuurmiddelen omvat om de bewegingen van de hijskraan en de robotarm op elkaar af te stemmen. Volgens de uitvinding zijn de optionele hijskraan en/of de robotarm bij voorkeur voorzien van meetmiddelen voor het vastleggen van de positie van bijvoorbeeld het hijsoog van het hijsmiddel en/of de positie van het gereedschap van de robotarm. Door middel van het doorgeven van de instantané positie van deze of andere onderdelen van de hijskraan en/of robotarm aan een centrale computer of PLC kan middels een terugkoppellus de robotarm dusdanig worden aangestuurd dat deze de gewenste beweging voigt. In een andere uitvoeringsvorm wordt de stand en positie van het onderdeel gemeten en de beweging van de robotarm gestuurd in afhankelijkheid van de stand en positie van het onderdeel. Nog een andere mogelijkheid omvat een uitvoeringsvorm waarin de inrichting is voorzien van meetmiddelen voor het meten van de kracht in een robotarmlid of in meerdere robotarmleden, en wordt de beweging van de robotarm dusdanig gestuurd dat de gemeten kracht begrepen is tussen een minimum en een maximum waarde. Het zal duidelijk zijn dat de vakman meerdere mogelijkheden ter beschikking staan voor het

BE 2012/0167 afstemmen van de bewegingen van de optionele hijskraan en de robotarm, en dat de uitvinding niet per se beperkt is tot het inzetten van een enkele besturingseenheid.

2012/0167

In nog een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een inrichting verschaft waarbij de robotarm is verbonden met een zieh in hoofdzaak loodrecht op het vlak van het dek uitstrekkende steunstructuur. Een dergelijke steunstructuur maakt het gemakkelijker relatief grote hoogtes te bereiken met het gereedschap van de robotarm, waarbij tegelijkertijd relatief grote lasten kunnen worden gemanipuleerd.

Nog een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de robotarm middels een in de lengterichting van de steunstructuur transleerbaar koppellichaam aan de steunstructuur is bevestigd. Het koppellichaam is in een andere uitvoeringsvorm om de lengterichtingsas van de opgerichte steunstructuur roteerbaar wat het bereik van de robotarm verder ten goede komt.

Verdere voordelen worden geleverd door een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding te verschaffen waarbij de robotarm dwars op de lengterichtingsas van de opgerichte steunstructuur uitschuifbaar is. Hierdoor wordt het mogelijk onderdelen aan te grijpen die zieh op verschillende dwarse afstanden van de steunstructuur bevinden. Door de eerste grijper van de eerste robotarm om de lengterichtingsas van de opgerichte steunstructuur roteerbaar te maken kan een aangegrepen onderdeel op een bedrijfszekere en in hoofdzaak windongevoelige wijze van een opslagplaats op het vaartuig, in het bijzonder het werkdek van een offshore platform, tot boven de fundering worden gebracht, waarbij een eventuele dwarse afstand tot de fundering kan worden overbrugd door de robotarm uitschuifbaar uit te voeren in deze richting. De robotarm zorgt voor voldoende stabiliteit van het gehesen onderdeel terwijl het benodigde hijsvermogen wordt geleverd door het hijsmiddel.

Een plaatsbesparende uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de opgerichte steunstructuur een monopaal omvat, die aan de buitenzijde is voorzien van een geleiding voor de robotarm. De geleiding omvat bijvoorbeeld een op enige radiale afstand van de monopaal aangebracht paar geleiderails waarlangs de robotarm of het koppellichaam kan glijden, bijvoorbeeld in de lengterichting van de

BE 2012/0167 opgerichte steunstructuur. De afstand tot de monopaal kan desgewenst door een vakwerkstructuur worden overbrugd.

2012/0167

Gewicht kan worden bespaard door in een uitvoeringsvorm van de inrichting te voorzien waarbij de opgerichte steunstructuur een vakwerk omvat. Een dergelijke uitvoeringsvorm is robuust en goed bestand tegen de vaak ruwe omstandigheden ter plaatse.

Het heeft in een uitvoeringsvorm verdere voordelen wanneer het steunlichaam dwars op de lengterichtingsas van de opgerichte steunstructuur uitschuifbaar is. De opgerichte steunstructuur zal doorgaans een zekere afstand uitsteken boven het dek van het vaartuig of het werkdek van het platform. De hoogte van de steunstructuur bedraagt bij voorkeur tenminste 15 meter boven het werkdek van het vaartuig of platform, met meer voorkeur tenminste 20 meter, en met de meeste voorkeur ten minste 25 m. Bij voorkeur is de hoogte echter beperkt tot maximaal 35 m, waardoor de voorkeurshoogtes begrepen zijn tussen 15-35 meter boven het werkdek van het vaartuig of platform, met meer voorkeur tussen 20-35 meter, en met de meeste voorkeur tussen 25-35 m.

Een plaatsbesparende inrichting volgens de uitvinding wordt verschaft door een uitvoeringsvorm waarin het vaartuig een opvijzelbaar platform omvat en de steunstructuur is aangebracht rondom een verankeringspaal (ook wel aangeduid met spudpaal) van het platform.

In nog een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een inrichting verschaft waarbij de robotarm een gelede robotarm omvat die is verbonden met een zieh op het dek bevindend steunplateau. Het eerste robotarmlid dat met het steunplateau is verbonden zal om relatief grote hoogtes te kunnen bereiken met het gereedschap van de robotarm en tegelijkertijd relatief grote lasten te kunnen dragen voldoende sterkte en stijfheid dienen te bezitten. Een voorkeursuitvoeringsvorm omvat een eerste robotarmlid in de vorm van een schamierend aan het steunplateau of werkdek bevestigd vakwerk. Verder is het voordelig als het steunplateau draaibaar is opgesteld ten opzichte van het werkdek waarbij de as van rotatie zieh in hoofdzaak loodrecht uitstrekt op het werkdek. Aan de ten opzichte van het steunplateau andere zijde van het eerste robotarmlid kan desgewenst een aantal verdere robotarmleden draaibaar zijn verbonden.

BE 2012/0167

Het laatste robotarmlid zal doorgaans het gereedschap dragen hoewel het eveneens mogelijk is de robotarm te voorzien van meerdere gereedschappen die desgewenst door verschillende robotarmleden worden gedragen.

2012/0167

Met de uitgevonden inrichting kan op efficiënte wijze een uit onderdelen opgebouwd bouwwerk, in het bijzonder een windturbine, op zee worden geassembleerd. In een uitvoeringsvorm van de uitvinding kan hiertoe een inrichting worden verschaft die tenminste twee robotarmen omvat, waarbij met behulp van de eerste robotarm eerste onderdelen op een in zee aanwezige fundering geplaatst worden, en met behulp van de tweede robotarm tweede onderdelen op de eerste onderdelen worden geplaatst. In een typische uitvoeringsvorm omvatten de eerste onderdelen de mastdelen van een windturbinemast en de gondel, en de tweede onderdelen de windturbinebladen. Het gebruik van twee of meer robotarmen heeft onder andere het voordeel dat elke robotarm kan worden afgestemd op het te ondersteunen en aan te grijpen onderdeel.

Om de onderdelen binnen het werkbereik van de hijsmiddelen, en vooral binnen het werkbereik van de robotarm(en) te kunnen brengen wordt een uitvoeringsvorm van de inrichting verschaft die verplaatsingsmiddelen omvat voor het verplaatsen van de onderdelen over het dek van het vaartuig tot in het werkbereik van de robotarm. Een voordelige uitvoeringsvorm in dit verband heeft het kenmerk dat de verplaatsingsmiddelen op het dek aangebrachte schuifbanen of rails omvatten.

Een uitvoeringsvorm van de uitvinding verschaft een werkwijze waarin de robotarm, die bij voorkeur tenminste 4-assig is, en met nog meer voorkeur 6-assig, onder aansturing van de besturingseenheid met een aangegrepen onderdeel wordt gemanipuleerd om dit onderdeel in uitlijning te brengen met op de in zee aanwezige fundering en eventueel daarop reeds geplaatste onderdelen.

De werkwijze volgens de uitvinding is in het bijzonder geschikt voor het assembleren van een windturbine op zee, in welke uitvoeringsvorm de middels de ten minste één robotarm te manipuleren onderdelen de mastsecties of de gondel met naaf van een windturbine omvatten, evenals de rotorbladen van een windturbine. De naaf is bij het hij sen desgewenst voorzien van één of meerdere rotorbladen.

BE 2012/0167

De uitvinding zal nu in meer detail worden toegelicht onder verwijzing naar de bijgevoegde figuren, zonder hiertoe overigens te worden beperkt. In de figuren toont: Fig. 1 een schematisch zijaanzicht van een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding;

Fig. 2 een schematisch zijaanzicht van de in figuur 1 getoonde inrichting in een stap van een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding;

Fig. 3 een schematisch zijaanzicht van de in figuur 1 getoonde inrichting in een andere stap van een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding;

Fig. 4 een schematisch zijaanzicht van de in figuur 1 getoonde inrichting in een verdere stap van een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding;

Fig. 5 een schematisch zijaanzicht van een andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding;

Fig. 6 een schematisch zijaanzicht van de in figuur 1 getoonde inrichting in een stap van een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding;

Fig. 7 een schematisch zijaanzicht van de in figuur 1 getoonde inrichting in een andere stap van een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding; en tenslotte Fig. 8 een schematisch zijaanzicht van de in figuur 1 getoonde inrichting in een verdere stap van een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding.

2012/0167

Onder verwijzing naar figuur 1 wordt een uitvoeringsvorm van de inrichting getoond die specifiek is bedoeld voor het assembleren van een windturbine 50 op zee. De getoonde inrichting is voorzien van een eerste robotarm 2, ingericht voor het tijdens het hij sen ondersteunen van mastsecties 51 en een gondel 53 met naaf 54 op de in zee aanwezige fundering 52, en een tweede robotarm 3, ingericht voor het tijdens het hijsen ondersteunen en op de mastsecties 51 plaatsen van tweede onderdelen die in onderhavige uitvoeringsvorm in ieder geval de rotorbladen 55 van de windturbine 50 omvatten.

De eerste en tweede robotarm (2,3) zijn beide verbonden met een opgerichte steunstructuur in de vorm van een vakwerk 21, dat aan de buitenzijde is voorzien van een niet getoonde geleiding voor de eerste en tweede robotarm (2, 3). De geleiding omvat in de lengterichting 24 van de vakwerkstructuur 21 (die overeenkomt met de verticale richting) verlopende zijribben waarlangs een koppellichaam 20 voor de koppeling tussen het vakwerk 21 en de eerste robotarm 2, en een koppellichaam 30 voor

BE 2012/0167 de koppeling tussen vakwerk 21 en de tweede robotarm 3 in de lengterichting van de vakwerkstructuur kunnen transleren, en desgewenst röteren rond de lengterichtingsas 24. Gelet op de afmetingen van rotorbladen 55 is de hoogte van de steunstructuur 21 bij voorkeur tenminste 20 meter boven het werkdek 10 van het vaartuig 1, met meer voorkeur tenminste 30 meter, en met de meeste voorkeur tenminste 35 meter boven het werkdek 10 van het vaartuig 1. De eerste robotarm 2 is voorzien van een desgewenst verwisselbare grijper 22 en is dusdanig uitgevoerd dat deze in Staat is om de mastsecties 51 en, eventueel na verwisseling van de grijper, de gondel 53 met naaf 54, te omklemmen en te ondersteunen, waarbij de hijskraan 100 in hoofdzaak zorgt voor het benodigde hefvermogen. De grijper 22 is onder tussenkomst van een robotarmlid 23 bevestigd aan het koppellichaam 20, dat aangrijpt op de geleiding van het vakwerk 21 en in de lengterichting 24 van het vakwerk 21 transleerbaar is. De eerste robotarm 2 wordt längs het vakwerk 21 bewogen door middel van (niet getoonde) aandrijfmiddelen zoals een motor.

Beide koppellichamen (20, 30) zijn de getoonde uitvoeringsvorm draaibaar om de lengterichtingsas 24 van het vakwerk 21 bevestigd en kunnen hierom worden geroteerd door middel van op zieh bekende aandrijfmiddelen. Het robotarmlid 23 in de vorm van een vakwerkstructuur is in de richting 25 dwars op de lengterichtingsas 24 van de steunstructuur 21 uitschuifbaar. Hiermee kan een met de eerste robotarm 2 ondersteunde mastsectie 51 bijvoorbeeld van een positie in de nabijheid van het vakwerk 21 naar een verder van het vakwerk 21 gelegen positie worden gebracht, waarbij de hijskraan 100 zorgt voor de benodigde hijskracht. Hiermee kan wwn nauwkeurige uitlijning worden bereikt met de fundering 52.

De tweede robotarm 3 omvat een gelede robotarm die is opgebouwd uit twee leden 31 en 32, waarvan er tenminste één desgewenst telescopisch uitschuifbaar is. De leden 31 en 32 kunnen onderling bewegen waarbij een 6-assige gelede robot de voorkeur heeft. In vele gevallen kan tevens een 3-assige, 4-assige of 5-assige robot worden toegepast. De grijparm is aan de steunstructuur 21 verbonden door middel van een rond de lengterichtingsas 24 draaibaar koppellichaam 30. Het koppellichaam 30 kan overeenkomen met het koppellichaam 20. In een dergelijke uitvoeringsvorm wordt het koppellichaam (20, 30) voorzien van middelen om verschillende robotarmen (2, 3) aan te kunnen koppelen. De verschillende robotarmen (2, 3) bevinden zieh in ongebruikte

2012/0167

BE 2012/0167 toestand op het werkdek 10, zoals getoond in figuur 1 voor de tweede robotarm 3, en in figuur 4 voor de eerste robotarm 2. Om de rotatie uit te voeren zijn (niet getoonde) aandrijfmiddelen zoals een motor aanwezig. Het vrije lid 32 omvat aan het vrije uiteinde ervan een tweede grijper 33, die is ingericht om rotorbladen 55 te omklemmen en te ondersteunen tijdens het hijsen met de hijskraan 100. De tweede grijper 33 heeft hiertoe bij voorkeur een omklemmingsgeometrie die in hoofdzaak overeenstemt met de geometrie van een dwarsdoorsnede van de rotorbladen 55. Zoals bekend heeft een dergelijke dwarsdoorsnede doorgaans de geometrie van een vleugelprofiel die erop is gericht zoveel mogelijk wind te vangen. Ook grijper 33 is desgewenst uitwisselbaar met een ander type grijper, bijvoorbeeld voor een mastdeel 51.

2012/0167

Het vaartuig 1 dat bijvoorbeeld een opvijzelbaar offshore platform omvat is naast een werkdek 10, dat een substantiële last kan dragen van typisch meer dan 1000 ton, tevens voorzien van verankeringspalen 4 die het werkdek 10 ondersteunen. Elke verankeringspaal 4 verloopt in hoofdzaak verticaal en is in verticale richting beweegbaar van een niet getoonde hoge positie tijdens transport tot een läge positie in de verankerde stand (getoond in figuren 1 - 5), in welke stand de palen 4 steun vinden op de zeebodem. De hoogtestand van het werkdek 10 ten opzichte van het watemiveau kan worden gewijzigd door het werkdek 10 relatief ten opzichte van de palen 4 te verschuiven door middel van (hydraulische) vijzels 5.

Het vaartuig of platform 1, voorzien van de inrichting volgens de uitvinding wordt doorgaans aangemeerd in de onmiddellijke nabijheid van een in zee aanwezige fundering 52 voor een windturbine 50. De fundering 52 kan hierbij elk type fundering omvatten zoals bijvoorbeeld een jacket, een monopaal of een zogenaamde gravity based fundering (GBF). Tijdens het transport van de inrichting bevinden de verankeringpalen 4 zieh in opgetrokken stand. Verder zijn op het werkdek 10 van het vaartuig opslagplaatsen voorzien voor de eerste en tweede onderdelen in de vorm van een rek 6 voor de rotorbladen 55, en een voor de eerste grijper 22 bereikbare standplaats voor de mastsecties 51 en de gondels 53 met naaf 54. De mastsecties 51 bevinden zieh tijdens het transport in verticaal opgerichte stand doch het is ook mogelijk een andere configuratie aan te nemen.

BE 2012/0167

Een geschikte werkwijze voor het op zee assembleren van een uit de mastsecties 51 en rotorbladen 55 opgebouwde windturbine 50 omvat het met behulp van de eerste robotarm 2 plaatsen van mastsecties 51 op de in zee aanwezige fundering 52, het vervolgens op de aldus geplaatste mastsecties 51 plaatsen van een rotor (53, 54) en het tenslotte plaatsen van rotorbladen 55 met behulp van de tweede robotarm 3.

2012/0167

Meer in het bijzonder wordt, onder verwijzing naar figuren 1 en 2 en na verankering van het vaartuig 1 door neerlaten van de verankeringpalen 4, een eerste mastsectie 51 door de grijper 22 van de eerste robotarm 2 aangegrepen, bij voorkeur in een bovenste gedeelte van de mastsectie 51, waarbij de eerste grijper 22 zieh in een ten opzichte van de steunstructuur 21 uitgeschoven positie bevindt. Deze positie wordt bereikt door het steunlichaam 23 in de dwarse richting 25 uit te schuiven. De grijper 22 van de eerste robotarm 2 zal zieh bij het aangrijpen van een mastsectie 51 doorgaans in een onderste gedeelte van de steunstructuur 21 bevinden. De grijper 22 wordt met de aangegrepen mastsectie 51 om de lengterichtingsas 24 van de steunstructuur 21 geroteerd, bijvoorbeeld door rotatie van de geleiding, waarbij de grijper 22 desgewenst dwars op de lengterichtingsas 24 wordt uitgeschoven om de mastsectie 51 in uitlijning te brengen met de in zee aanwezige fundering 52. Vervolgens wordt de grijper 22 met aangegrepen mastsectie 51 längs de steunstructuur 21 neerwaarts bewogen totdat deze contact maakt met de bovenzijde van de fundering 52 en hierop wordt vastgezet, bijvoorbeeld door boutverbindingen. De grijper 22 van de eerste robotarm 2 wordt vervolgens teruggeroteerd rond de as 24 tot in een positie waarin de eerste grijper 22 een tweede mastsectie 51 kan aangrijpen. Ook deze mastsectie 51 wordt bij voorkeur in een bovenste gedeelte ervan aangegrepen.

De boven beschreven handelingen worden zo vaak herhaald als er mastsecties 51 moeten worden geplaatst. De grijper 22 van de eerste robotarm 2 wordt vervolgens teruggeroteerd rond de as 24 tot in een positie waarin de eerste grijper 22 een gondel 53 met naaf 54 kan aangrijpen. Hiertoe is de grijper 22 desgewenst voorzien van middelen om de aangrijpgeometrie te wijzigen en aan te passen aan de geometrie van een gondel met naaf. In de in figuur 3 getoonde stap wordt de grijper 22 met de aangegrepen gondel 53 om de lengterichtingsas 24 van de steunstructuur 21 geroteerd en vervolgens längs de geleiding in de richting 24 naar boven bewogen tot in een positie waarin de gondel 53 zieh geheel boven de reeds geplaatste mastsecties 51 bevindt. Opgemerkt wordt dat

BE 2012/0167 het ook hier mogelijk is de eerste grijper 22 eerst te transleren in de richting 24 en vervolgens te röteren, of beide bewegingen tegelijkertijd uit te voeren. Vervolgens wordt de grijper 22 desgewenst dwars op de lengterichtingsas 24 uitgeschoven om de gondel 53 in uitlijning te brengen met de reeds op de fundering 52 aanwezige mastsecties 51, waarna de grijper 22 met aangegrepen gondel 53 längs de steunstructuur 21 licht neerwaarts wordt bewogen totdat deze contact maakt met de bovenzijde van de reeds geplaatste bovenste mastsectie 51 en hierop wordt vastgezet, bijvoorbeeld door boutverbindingen.

2012/0167

In de in figuur 4 getoonde stap wordt met behulp van de tweede gelede robotarm 3 een rotorblad 55 vanaf het opslagrek 6 naar de op de mastsecties 51 geplaatste gondel 53 gebracht en hi eraan bevestigd op bekende wijze. Hierbij worden de leden 31 en 32 ten opzichte van elkaar geroteerd (ze zijn bijvoorbeeld onderling gekoppeld door middel van een cardankoppeling) en desgewenst telescopisch uitgeschoven om het rotorblad 55 in uitlijning te brengen met de gondel 53 en meer bepaald met de naaf 54.

Deze stap wordt vervolgens zo veel keer herhaald als er rotorbladen 55 aan de naaf 54 dienen te worden gekoppeld. In de getoonde uitvoeringsvorm betreft het totaal aantal aan de naaf 54 te koppelen rotorbladen 3, zodat een rotor een samenstel van een naaf 54 en drie rotorbladen 55 omvat.

Onder verwijzing naar figuren 5-8 wordt een andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding getoond. In deze uitvoeringsvorm omvat de inrichting een gelede robotarm 100 die is verbonden met een zieh op het dek 10 bevindend steunplateau 110. Het eerste robotarmlid 101 dat met het steunplateau 110 is verbonden is uitgevoerd als een middels schamierplaat 120 aan het steunplateau 110 of werkdek 10 bevestigd vakwerk. Het eerste robotarmlid 101 heeft aldus voldoende sterkte en stijfheid om relatief grote hoogtes te kunnen bereiken met het gereedschap van de robotarm 100 en tegelijkertijd relatief grote lasten te kunnen dragen bij een relatief laag gewicht. Het steunplateau en/of de schamierplaat zijn draaibaar opgesteld ten opzichte van het werkdek 10 waarbij de as van rotatie zieh in hoofdzaak loodrecht uitstrekt op het werkdek 10 in de richting 24. Aan de ten opzichte van het steunplateau 110 andere zijde van het eerste robotarmlid 101 zijn in de getoonde uitvoeringsvorm twee verdere robotarmleden (102, 103) draaibaar verbonden. Het laatste robotarmlid 103 draagt het

BE 2012/0167 gereedschap (104a, 104b, 104c) voor het aangrijpen van respectievelijk de mastsecties 51, de gondel 53, en de rotorbladen 55 van de windturbine, welke gereedschappen verwisselbaar zijn met de robotarm zoals hierboven in meer detail werd beschreven. Het is ook in deze uitvoeringsvorm mogelijk de robotarm 100 te voorzien van meerdere gereedschappen die desgewenst door verschillende robotarmleden worden gedragen.

2012/0167

Onder verwijzing naar figuren 5 en 6 wordt na verankering van het vaartuig 1 door neerlaten van de verankeringpalen 4, een eerste mastsectie 51 door de robotarm 100 aangegrepen met een gereedschap 104a, bij voorkeur in een bovenste gedeelte van de mastsectie 51. De betreffende mastsectie 51 wordt vervolgens met gereedschap 104a van de robotarm 100 aangegrepen waarna een (niet getoonde) besturingseenheid de robotarmen (101, 102, 103) dusdanig aanstuurt dat de gewenste uitlijning met de fundering 52 wordt verkregen. Het gereedschap 104a wordt met een aangegrepen mastsectie 51 neerwaarts bewogen totdat deze contact maakt met de bovenzijde van de fundering 52 en hierop wordt vastgezet, bijvoorbeeld door boutverbindingen. De robotarm 100 wordt vervolgens door de besturingseenheid tot in een positie gebracht waarin het gereedschap 104a een tweede mastsectie 51 kan aangrijpen. Ook deze mastsectie 51 wordt vervolgens door de robotarm 100 gegrepen en opgeheven waarbij deze aangrijping er voor zorgt dat het bewuste mastdeel 51 niet al te veel hinder ondervindt van, bijvoorbeeld door windkracht geïnduceerde, ongecontroleerde bewegingen.

De boven beschreven handelingen worden zo vaak herhaald als er mastsecties 51 moeten worden geplaatst. Met de robotarm 100 wordt vervolgens een op het dek 10 opgestelde gondel 53 met naaf 54 aangegrepen met een hiertoe op de robotarm 100 aangebracht en geëigend gereedschap 104b, en in een positie tot boven de reeds geplaatste mastdelen 51 gebracht en hierop geplaatst onder aansturing van de besturingseenheid. Ook de gondel 53 wordt op de bovenste mastsectie 51 vastgezet, bijvoorbeeld door boutverbindingen.

In de in figuur 8 getoonde stap wordt vervolgens met behulp van de robotarm 100 een rotorblad 55 vanaf het opslagrek 6 naar de op de mastsecties 51 geplaatste gondel 53 gebracht en hieraan bevestigd waarbij de bevestiging op bekende wijze plaatsvindt. Hierbij worden de leden 101, 102 en 103 ten opzichte van elkaar geroteerd onder

BE 2012/0167 aansturing van de besturingseenheid om het rotorblad 55 in uitlijning te brengen met de gondel 53 en meer bepaald met de naaf 54. Deze stap wordt vervolgens zo veel keren herhaald als er rotorbladen 55 aan de naaf 54 dienen te worden gekoppeld.

2012/0167

De uitvinding is niet beperkt tot de in de figuren getoonde uitvoeringsvormen, en vele Varianten ervan zijn mogelijk binnen de beschermingsomvang van de aangehechte conclusies. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk één of meerdere rotorbladen 55 aan de naaf 54 te bevestigen (bijvoorbeeld in zogenaamde bunnyvorm) waarbij de naaf 54 zieh nog in opgetakelde toestand aan de steunstructuur 21 bevindt, met andere woorden nog niet is geplaatst op de reeds op de fundering 52 geplaatste mastsecties 51, en het geheel pas daarna op de mastsecties 51 te plaatsen door verticale translatie van de grijper 22 van de eerste robotarm 2 längs de steunstructuur 21.

Claims (24)

1. Conclusies

   BE 2012/0167

   2012/0167

   1. Inrichting voor het op zee assembleren van een uit onderdelen opgebouwd bouwwerk, in het bijzonder een windturbine, welke inrichting een met een vaartuig verbonden robotarm omvat die is voorzien van een gereedschap voor het aangrijpen van de onderdelen, en een besturingseenheid, die is ingericht om de robotarm dusdanig te bewegen dat de onderdelen op een in zee aanwezige fundering kunnen worden geplaatst.
2. 2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de robotarm een gelede robotarm omvat.
3. 3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de gelede robotarm tenminste 4-assig is, en bij voorkeur 6-assig.
4. 4. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de robotarm is ingericht om verwisselbare gereedschappen te dragen.
5. 5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk dat de verwisselbare gereedschappen een grijper omvatten voor een mastsectie, een rotorblad of een gondel van een windturbine.
6. 6. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat een arm van de robotarm uitschuifbaar is.
7. 7. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de robotarm een gelede robotarm omvat die met een eerste robotarmlid schamierend is verbonden met een zieh op het dek bevindend steunplateau.
8. 8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk dat het steunplateau draaibaar is opgesteld ten opzichte van het werkdek waarbij de as van rotatie zieh in hoofdzaak loodrecht uitstrekt op het werkdek.

   BE 2012/0167
9. 9. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de robotarm is verbonden met een zieh in hoofdzaak loodrecht op het vlak van het dek uitstrekkende steunstructuur.

   2012/0167
10. 10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk dat de opgerichte steunstructuur een vakwerk omvat, dat is voorzien van een geleiding voor de robotarm.
11. 11. Inrichting volgens één der conclusies 7-10, met het kenmerk dat het vaartuig een opvijzelbaar platform omvat en de steunstructuur een spudpaal van het platform omvat.
12. 12. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de inrichting tenminste twee robotarmen omvat.
13. 13. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de inrichting verder verplaatsingsmiddelen omvat voor het verplaatsen van de onderdelen over het dek van het vaartuig tot in het werkbereik van de robotarm.
14. 14. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk dat de verplaatsingsmiddelen op het dek aangebrachte schuifbanen of rails omvatten.
15. 15. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, verder omvattende hijsmiddelen, die zijn ingericht voor het tijdens het met de robotarm plaatsen van de onderdelen op een in zee aanwezige fundering de onderdelen te hijsen.
16. 16. Werkwijze voor het op zee assembleren van een uit onderdelen opgebouwd bouwwerk, in het bijzonder een windturbine, welke werkwijze omvat het verschaffen op een vaartuig van een inrichting volgens één der voorgaande conclusies, en het met behulp van de robotarm plaatsen van de onderdelen op een in zee aanwezige fundering.
17. 17. Werkwijze volgens conclusies 16, met het kenmerk dat de robotarm tenminste 4-assig is, en bij voorkeur 6-assig, en dat de robotarm met een aangegrepen onderdeel door middel van de besturingseenheid wordt gemanipuleerd om dit onderdeel in

    BE 2012/0167 uitlijning te brengen met op de in zee aanwezige fundering en eventueel daarop reeds geplaatste onderdelen.

    2012/0167
18. 18. Werkwijze volgens één der conclusies 16-17, met het kenmerk dat de robotarm is ingericht om verwisselbare gereedschappen te dragen en dat het gereedschap wordt verwisseld met een voor het ondersteunen van een onderdeel geëigend gereedschap.
19. 19. Werkwijze volgens conclusie 18, met het kenmerk dat de verwisselbare gereedschappen een grijper omvatten voor een mastsectie, een rotorblad of een gondel van een windturbine.
20. 20. Werkwijze volgens één der conclusies 16-19, met het kenmerk dat hijsmiddelen de onderdelen ondersteunen of aangrijpen, tenminste tijdens het plaatsen ervan door de robotarm.
21. 21. Werkwijze volgens één der conclusies 16-20, met het kenmerk dat de robotarm met gereedschap middels een koppellichaam met de steunstructuur is verbonden en het gereedschap met een aangegrepen onderdeel längs de steunstructuur wordt getransleerd tot in een positie waar vanaf het onderdeel in uitlijning wordt gebracht met op de in zee aanwezige fundering en eventueel reeds daarop geplaatste onderdelen.
22. 22. Werkwijze volgens conclusie 21, met het kenmerk dat het koppellichaam om de lengterichtingsas van de opgerichte steunstructuur wordt geroteerd om het onderdeel in uitlijning te brengen met de in zee aanwezige fundering en eventueel reeds daarop geplaatste onderdelen.
23. 23. Werkwijze volgens één der conclusies 16-22, met het kenmerk dat de onderdelen de mastsecties, de rotorbladen en de gondel van een windturbine omvatten.
24. 24. Werkwijze volgens conclusie 23, met het kenmerk dat de onderdelen de gondel met naaf van een windturbine omvatten, waarbij de naaf is voorzien van rotorbladen.

    io

    LO

    Q-rfVL

    2012/0167

    .........π π η..π π π π π η π π η π π η π π π j □ ο ο 7 I—ί η η ο ι

    ’ . , - · . ,·. ? .«« . i A, · /α>'.·;<··./·.<;7. ;·< \ \···?·ΤΛ···*·7Τ , « · · 4 · ,ι* : * · t , · ., » ·«...·-·.*<