CN102653308A - 将风力涡轮机运输到“离岸”地点的船只及其设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种将风力涡轮机运输到“离岸”地点的船只及其设置方法，所述船只(4)用于将具有所谓的“重力”地基(1)的风力涡轮机(2)运输到“离岸”地点，该地基(1)是一种能够在地基(1)自身重量加上风力涡轮机的重量的影响下将风力涡轮机(2)稳定在海床(FM)上的地基，其中所述船只包括多个刚性的竖直“桩体”(5)，桩体通过船只(4)而延伸，桩体的下端具有用于连接到由地基(1)承载的匹配装置(8)的可变形装置(6)，这些桩体(5)能够按要求在竖直方向上运动，从而通过桩体(5)的下降运动对风力涡轮机(2)进行引导和稳定，并且通过上升运动，桩体(5)将上升运动传递到风力涡轮机(2)。

Description

将风力涡轮机运输到“离岸”地点的船只及其设置方法

技术领域

本发明涉及一种用于将具有所谓的“重力式”地基的风力涡轮机运输到“离岸”地点(也即，位于公海中的地点)的船只。

其还涉及一种利用船只将风力涡轮机设置在“离岸”安装地点的方法。

背景技术

目前，大部分风力发电厂都以两个主要步骤安装在离岸地点。构成第一步骤的阶段包括安装用于风力涡轮机的地基，而第二步骤由安装风力涡轮机本身(也即，设置其塔架、罩子及其叶片)构成。

对于地基而言，存在数种类型的船只来将这些风力涡轮机运输到位并进行安装。这些船只取决于地基的类型。其可以由驳船或“托起”(自升)式的船只、“起重臂”式的安装在驳船上的起重机、甚至各种配备有起重机的船只构成。

对于风力涡轮机存在数种类型的地基。因此，能够提及单桩、导管架、重力、三脚、吸力桩等地基。

对于最轻的地基(也即，单桩和三脚式的)，具有小提升能力的船只是适合的；其略贵并相当常见。

对于最重的地基，则需要具有高提升能力的船只，也即对于重力地基来说要在3000吨以上。后者是少见的，因此不容易得到，并且是昂贵的。

花费在海上的操作时间必然高于在陆地上进行的同样操作。

托起式船只花费特定量的时间来靠其支脚提升自身，并且在每次铺设风力涡轮机或地基时使其收缩。其借助于起重机来执行风力涡轮机的分段架设。这种类型的架设具有与操作多样性相关的风险，并且其受限于气象条件，特别是风力条件(特别是对于安装叶片来说更是如此)。

为了缩短海上的操作时间，已经想出了将地基及其配套的风力涡轮机作为单一件运输到离岸安装地点。风力涡轮机的完全安装利用在接近风力发电厂的港口地点处执行。随后用船只来装上已组装到其地基的风力涡轮机，以便将其运送到位并且将其设置在位。

在专利文献WO 2001/34977、WO 2001/59489、US 7234409、FR2923454和WO 2010/028762中能够发现这样的技术的实例。

因此，在这些文献一开始就描述了将风力涡轮机安装在离岸地点的设备，这就使得其运输不必支撑该风力涡轮机的整个重量。

后者能够漂浮，只要其地基保持很少水或不保持水。

在某些实施方案中，设备具有船只的形式，该船只具有卡爪来夹持风力涡轮机的塔架。从上方观察的话，该船只具有U形叉的形式，该U形叉具有纵向狭槽，该狭槽的面对的边缘具有的间距略微大于风力涡轮机的塔架的直径。

对于运输，描述了使地基的上表面与船只的底部接触，并且通过缆绳、锁链或类似元件来保持对其进行保持。

尽管该设备似乎基本上是令人满意的，但是为了在确保尽可能完美的稳定性的条件下处理和将风力涡轮机设置在海床上，由此构成的操作还可以更为完善。

事实上，将诸如配备有其地基的风力涡轮机的超重物件从漂浮着的并由此在水上可以进行六个自由度的运动的船只沉降在海床上，这需要既刚性且挠性的工具，刚性用于引导该物件并将其固定到其水底上的目标位置，而挠性使得一旦该物件被沉降，船只不会传递过度的水平力到基部。

发明内容

因此，根据本发明实现了这一目的。

因此，本发明的第一目的涉及一种船只，用于将具有所谓的“重力”地基的风力涡轮机运输到“离岸”地点，“重力”地基也即一种能够在该地基自身重量加上所述风力涡轮机的重量的作用下将所述风力涡轮机稳定在海床上的地基，由上方观察，该船只具有“U”形的基本形状，该“U”形具有限定多个船体的两个“分支”以及连接这两个“分支”的联接桥，使所述多个船体分隔的空间允许所述风力涡轮机的塔架进入该空间，其特征在于，所述船只包括多个刚性的竖直“桩体”，所述桩体延伸通过所述船只，所述桩体的下端具有用于连接到由所述地基承载的匹配装置的可变形装置，这些桩体能够按要求在竖直方向上运动，从而通过这些桩体的下降运动，在该下降运动的过程中对所述风力涡轮机进行引导和稳定，并且通过上升运动，所述桩体将上升运动传递到所述风力涡轮机。

所述船只能够是双体船类型的。

因此，例如大约五十米长的这些桩体能够获得该刚性，以用于将风力涡轮机沉降在深达45m的底部上。

当所述可变形连接装置的长度为大约十米时，所述可变形连接装置当在大约十度自由度的圆锥体之内运动时可以具有挠性，该运动对应于涉及动态定位性能(围绕目标位置偏离1或2m)的所述船只的水平运动。

该设计并不需要例如建立在许多离岸起重机上的装置来补偿拖升或其它运动，这些起重机在水底上或在其它船只上沉降或拖起地基。

如果使用安装在船只上的具有连接到风力涡轮机的地基的缆绳的四个卷扬机，则由于在下降的过程中在漂浮船只和所述风力涡轮机之间存在相对运动，所以会存在将难以控制侧向位移的风险。这些运动要么会使所述风力涡轮机本身不稳定，要么会使所述风力涡轮机的塔架和所述船只之间存在不合需要的接触，要么会以相对于所需目标无法接受的准确度沉降在底部上。此外，水流也会扩大这些侧向位置偏差。

根据其它有利的但非限制性的特征：

-所述桩体的数量为四个，并且由上文可知，所述桩体定位在假想四边形的四个方角处；

-所述桩体定位为使得某些桩体处在所述联接桥的边缘处，其它桩体处于所述船体的边缘处；

-所述可变形装置的长度确定为使得所述可变形装置补偿或吸收所述船只的运动，从而使由所述风力涡轮机及其地基构成的“物件”在设置在“离岸”地点的过程中保持为“稳定的”；

-其包括用于在竖直运动中驱动所述桩体的装置；

-这些装置包括与由所述桩体承载的齿条啮合的小齿轮；

-所述可变形装置由吊索构成；

-所述可变形装置在其自由端处具有用于连接到所述地基的系统，这些装置优选为自动地且远程地进行操作；

-其包括在所述风力涡轮机的运输过程中能够阻挡所述风力涡轮机的装置；

-所述装置由沟槽构成，所述沟槽在所述船体的表面中形成并且竖直定向，并且具有向下取向的开口，而所述地基包括相等数量的突出构件，所述突出构件设置为进入所述沟槽并且锁定到所述沟槽内；

-其是半潜式的。

本发明的另一个方面涉及一种利用根据上述特征之一的半潜船只将由风力涡轮机及其地基构成的物件设置在“离岸”安装地点上的方法，所述物件为“重力式”的，也即能够浸入水中并且在该物件自身重力的影响下使自身在海床上保持稳定。

该方法的特征在于，其包括以下步骤：

a)移动所述船只，直到所述桩体的下端竖直地位于由所述地基承载的匹配连接装置之上，或者基本位于所述匹配连接装置之上；

b)降低所述桩体，并且将所述可变形装置连接到所述匹配装置；

c)升高所述桩体和所连接的风力涡轮机，所述风力涡轮机的地基总是保持为至少部分地被浸没；

d)向着安装地点移动所述船只，同时增加该船只的吃水深度以提高其稳定性；

e)将所述船只竖直地定位在所述安装位置之上；

f)降低所述桩体，直到所述地基倚靠在海床上；

g)断开所述可变形装置并撤走所述船只(4)。

根据本发明的有利的但非限制特征：

-在步骤d)和e)之间，进一步增大所述船只的吃水深度；

-通过用水填充包含在所述船只中的压载舱来增大所述吃水深度；

-在所述步骤f)之后，对包含在所述地基中的压载舱进行填充。

附图说明

通过阅读如下的描述将清楚本发明的其它特征和优点。这要参考所附附图来进行，在这些附图中：

-图1和2是分别显示了风力涡轮机的地基的处于港口或其它地点上的结构的简化的立体图和正面图；

-图3与图1的立体图一样，也是使两个漂浮地基移动的拖船的简化的立体图。

-图4是显示利用由驳船承载的起重机和塔架部段将风力涡轮机组装到所谓的组装地点的立体图，该组装地点位于港口或其它区域；

-图5也是显示在架设塔架部段之前在楔形支船架上设置在位的风力涡轮机的地基的立体图；

-图6是显示根据本发明的船只的俯视图，其处于接近风力涡轮机的操作中；

-图7是从另一个视角观察的基本与上图类似的局部视图；

-图8是风力涡轮机和船只的立体图，其以假想线来显示；

-图9是风力涡轮机的地基及其塔架的一部分以及四个桩体的立体图，这些塔架配备在本发明的船只上；

-图10是这些桩体中的一个桩体的中间竖直截面的局部视图；

-图11是地基的局部视图，意在显示使其相对于船只楔入的装置；

-图12是前述装置的另一个角度的视图，其与在船只的船体中形成的狭槽配合；

-图13和14是显示通过船只来向着安装地点运输风力涡轮机的简化的立体图；

-图15和16局部地显示了在离岸地点进行降低和设置操作的风力涡轮机；

-最后，图17和18显示了相对于地基撤走船只的桩体，并且使船只离开，从而将风力涡轮机留在其地点的合适位置。

具体实施方式

在图1和2中非常示意性地显示了例如在干坞的地面上制造风力涡轮机地基，如果需要，形成该地基的结构能够由驳船运输到风力涡轮机的最后组装区域(图3)。

优选地，这样的地基由钢壳体构成，该钢壳体压载有混凝土并覆盖有也由钢制成的围壁，从而使其几何形状和其质量与将要运输其的船只的技术特征兼容。

作为变型，这样的地基能够专门由增强的混凝土制成。

将注意到在该平行六面体的地基的两个相对面上存在插接套12，其中可竖直运动地插接有的支柱13(参见图3)。

这些支柱的优点将在说明书中进行进一步解释。

而且，地基并不必具有平行六面体形状。

为了优化成本并稳固地运输这些地基1，在交叉形状的组件11中，其优选地划分为特定数量的邻接单元10，一些填充有混凝土而另一些是空的。然后，后者设计为通过接收水到其内部空间来进行压载，或者部分在随后的步骤中填充有混凝土。

仅以显示的方式，在该步骤中，该组件的钢的总质量可以是1300吨，而混凝土的质量可以是2000吨。

在并未显示的后续步骤中，使地基进行漂浮，特别是着眼于将其输送到用于风力涡轮机的组装地点。

如图3所示，可以将两个地基(或更多)连接在一起，并且利用公知类型的拖船R来将该组件例如移动到港口区域的地基存放位置。

在该图以及随后的各图中，水表和海床分别标示为SE和FM。

以显示的方式，地基在该运输的过程中的吃水深度为大约4.5m。

将地基转移到组装地点，在该地点的起重机G能够继续并完成将风力涡轮机2组装到其地基1上的组装。为此，风力涡轮机2的塔架23的节段22已经提前设置在起重机附近。附图标记24用于表示风力涡轮机的罩子，出于简化的原因，由其承载的叶片在此并未显示。这些元件能够陆运，或者借助于至少一个驳船(例如如图所示标示为B)来进行海运。

图5基本显示了与上图同样的情形，但是地基被设置在混凝土或砂砾支船架3上，从而在其组装阶段使该组件稳定。

在图4和5的两种情形中，注意用水填充目前被清空的压载舱，并且通过用混凝土填充特定的舱室来完成压载，以便除了前面提到的大约1300吨钢之外，使混凝土达到3800吨。

在还考虑到塔架、罩子和叶片时，该质量增加大约900吨以总共达到大约6000吨。考虑到由风力涡轮机及其地基的“物件”的运输，水压载舱随后被全部或部分清空，从而由于地基的部分或全部沉没而使该物件的表观重量达到大约1400吨。

在图6和7中从不同角度显示了船只的接近阶段，该船只将使组装在其地基上的风力涡轮机2到达离岸地点。

起初，陈述了上述地基为所谓的重力式，其意指地基在其自身重量加上风力涡轮机本身的重量的影响下可稳定在海床上。

因此，一旦风力涡轮机设置在位，其在任何条件下都不能够漂浮。

在附图中标示为4的前述船只是半潜的双体船类型，并且从上方观察的话，其具有U形的基本形状，该U形的两个“分支”限定平行的船体40以及连接船体的联接桥41。因此，存在将船体40分隔开并且可以将风力涡轮机的塔架23接合在其内的空间，同时地基1占据了根据所考虑的处理步骤而有时位于船只以下有时位于船只的漂浮部之间的空间。

仅在图13中可见并且标示为45的加硬的交叉构件提高了船只的抗应变性，并且还提高了地基的水力质量，该地基在运输的过程中保持部分地或全部浸没。该交叉构件设置在联接桥41之下并且与联接桥41相距一定距离。

该桥部承载构成舟艇的座舱的上部结构42。

最后，联接桥41具有基本为U形的延伸部410，其竖直地位于空置空间以上并且包容工作空间。

本发明的一个特别重要的特征在于，船只包括通过其延伸的多个刚性竖直桩体5。

术语“桩体”意指刚性竖直管，其能够是实心的但优选为在其内部容积中是中空的。

在该情况下，这些桩体的每一个均具有大约55m的高度。

其在数量上至少为三个，但优选为在数量上为四个。在此情况下，由上方观察，其设置于在联接桥41的延伸部410处延伸的假想四边形的三个方角处。这些桩体由任何一种公知的机械系统411进行驱动，例如齿条和齿轮53，其使得桩体组件相对于船只上升及下降。

在图10中以剖视图显示了这样的桩体的一个实施方案。该桩体5在此是中空的。它在其顶部具有罩子50，并且在内部具有加硬的平台51，通过该平台经由梯子穿过的开口可以下降。

这样的系统特别是允许进行安全检查，以便确保涉及桩体的所有部件均正常地操作。

同样根据本发明的主要权利要求，桩体的下端具有可变形装置6，用于连接到由地基承载的匹配装置8。

在此，在实施方案中所显示的这些部件为由链环组件构成的吊索6。

然而，其能够由缆绳或任何其它可变形装置构成。以显示的方式，该吊索的长度为大约6m。

通过图8和9可以理解构建到船只内的桩体5、机构系统411以及吊索6相对于船只和地基的位置。

参考图9，应注意到地基1在其上面上及其四个角附近具有由中空管形成的孔井8，该中空管以截头圆锥形形状80向上延伸，其中锥形向上扩张，从而作为提升点。不可见的锁定系统7(例如利用钩子)使得吊索6连接到地基上的所述提升点8。

在桩体5的沉降运动的同时(其位置位于孔井8的紧上方)，可以将吊索6接合在孔井8中，并且通过锁定装置7而牢固地使其连接。当进行该操作时，地基和配套的风力涡轮机连接到船只。

然后可以控制桩体上升直到地基1毗靠船只的船体，如图14所示。利用通过使用图9和12所示的装置可以将风力涡轮机锁定到船只4。

在此，这些部件由在每一个船只4的船体中形成的沟槽44构成，其竖直取向并具有面向下的开口，而地基1具有相等数量的突出构件9，其设置为使其进入到沟槽44内并且毗靠其底部。毗靠的保持在位通过在机械桩体上升系统中的竖直预张力来提供，从而不可以进行竖直运动(在Z方向上)。

更精确地，突出构件具有进入到沟槽44内的板件90。

随着该设计在吊索和提升点8处产生大的竖直力(由地基“承载”的提升点的尺寸也是关键的)，一个变化是将框架设置在桩体的上部中，并且设置系统来阻止地基在平面中(在X和Y方向上)相当于船只的运动。然后，在Z(竖直)方向上相对于船只的自由度是自由的。

在该变化中，提升系统的尺寸并不关键，这是因为其随后并不进行预加载，并且不再处理动态运动，而是仅存在由于物件独自的表观重量而造成的力。

因此由于施加在部分或全部浸没的地基上的阿基米德推力，从而使固定到船只的地基具有大约1400吨的表观重量。

随后移动该船只，优选地同时增大船只4的吃水深度来提高其稳定性。为此，船只是半潜式的，其意指其船体包括可以填充海水的压载箱。

在该操纵的过程中，吃水深度例如为10m。

一旦抵达地点，支柱13首先被驱动使得这些支柱低于地基1的插接套12，从而这些支柱超过地基的下面而突出。然后准备移动风力涡轮机来将其设置在海床FM上。为此，如果需要则要增大船只的吃水深度，例如增大到15m，并且同时需要降低桩体5。

配备有可在竖直方向上运动的支柱的这种地基能够独立于本文所述的船只使用。

容易理解，将例如该风力涡轮机及其地基的“超重物件”从漂浮的船只4沉降在海床上(因此根据该运动而可知水上运动)需要刚性工具，该刚性工具对该物件进行引导，并将其固定到其水底的目标。

在此情况下，该刚性工具由桩体5构成。然而，该工具必须是挠性的，从而一旦物件被沉降，使船只不会将过度的水平力传递到地基。

在此情况下，该工具包含吊索6。这些吊索可以通过在大约十度的自由度的锥体之内移动而具有该挠性，该自由度对应于与船只的动态定位性能相关的船只的水平运动(围绕目标位置漂移1或2m)。该技术并不需要例如通常建立在许多离岸起重机上的装置来补偿拖升或其它运动，这些起重机在水底上或在其它船只上沉降或提升地基。

在该下降运动的过程中，预先从其插接套12延伸的支柱13穿入海床FM内，主要显著地提升了风力涡轮机在平面中的稳定性，而不会干扰地基以下的地面。地基1越靠近海床FM，船只的拖升就降低的越大，这是因为在海床和地基之间的吸气作用引起的。

因此，在地基和地面之间接触时，冲击降低，同时在已经沉降之后将地基提离地面的危险也降低。随着负载逐渐从船只传递到海床，船只的吃水深度减小(总共大约2m)。一旦进行该操作，就远程断开连接装置7，并升起提升工具。

随后，在图18所示的最后步骤中，将船只撤走。

用海水对地基的空气压载空间进行填充能够在船只撤走之前由船只起动，或者借助于能够靠近风力涡轮机的其它船只起动，同时在水表SE附近执行简单的阀开启操作。

Claims (15)

1.一种船只(4)，用于将具有所谓的“重力”地基(1)的风力涡轮机(2)运输到“离岸”地点，所述“重力”地基(1)是一种能够在该地基(1)自身重量加上所述风力涡轮机的重量的影响下将所述风力涡轮机(2)稳定在海床(FM)上的地基，从上方观察的话，该船只(4)具有“U”形的基本形状，该“U”形具有限定多个船体(40)的两个“分支”以及连接这两个“分支”的联接桥(41)，使所述多个船体(40)分隔开的空间允许所述风力涡轮机(2)的塔架(23)接合在该空间之内，其特征在于，所述船只包括多个刚性的竖直“桩体”(5)，所述桩体穿过所述船只(4)，所述桩体的下端具有用于连接到由所述地基(1)承载的匹配装置(8)的可变形装置(6)，这些桩体(5)能够按要求在竖直方向上运动，从而通过这些桩体(5)的下降运动，所述风力涡轮机(2)在该下降运动的过程中被进行了引导和稳定，并且通过上升运动，所述桩体(5)将上升运动传递到所述风力涡轮机(2)。

2.根据权利要求1所述的船只，其特征在于，所述桩体(5)的数量为四个，并且从上方观察的话，所述桩体(5)定位在假想四边形的四个方角处。

3.根据前述权利要求中的一项所述的船只，其特征在于，所述桩体(5)定位成使得某些桩体处在所述联接桥(41)的边缘处，其它桩体处于所述船体(40)的边缘处。

4.根据前述权利要求中的一项所述的船只，其特征在于，所述可变形连接装置(6)的长度被确定为使得所述装置补偿或吸收所述船只的运动，从而使由所述风力涡轮机(2)及该风力涡轮机的地基(1)构成的“物件”在将所述地基设置在“离岸”地点的过程中保持为“稳定的”。

5.根据前述权利要求中的一项所述的船只，其特征在于，所述船只包括用于在竖直平移中驱动所述桩体(5)的驱动装置。

6.根据权利要求5所述的船只，其特征在于，所述驱动装置包括与由所述桩体(5)承载的齿条(53)啮合的小齿轮。

7.根据前述权利要求中的一项所述的船只，其特征在于，所述可变形装置(6)由吊索构成。

8.根据前述权利要求中的一项所述的船只，其特征在于，所述可变形装置(6)在其自由端处具有用于连接到所述地基(1)的系统(7)，这些装置优选为自动地且远程地进行操作。

9.根据前述权利要求中的一项所述的船只，其特征在于，所述船只包括在所述风力涡轮机(2)的运输过程中能够阻挡所述风力涡轮机(2)的阻挡装置(44；9)。

10.根据权利要求9所述的船只，其特征在于，所述阻挡装置由在所述船体(40)的表面中形成的沟槽(44)构成，所述沟槽(44)为竖直定向并且具有向下取向的开口，而所述地基具有相等数量的突出构件(9)，所述突出构件(9)设置为使所述突出构件(9)进入所述沟槽(44)并且锁定到所述沟槽(44)内。

11.根据前述权利要求中的一项所述的船只，其特征在于，所述船只是半潜式的。

12.一种方法，用于利用根据与权利要求11组合的权利要求1至10中的一项所述的船只(4)将具有所谓的“重力”地基(1)的风力涡轮机(2)设置在“离岸”安装地点上，所述“重力”地基(1)是一种能够在该地基(1)自身重量加上所述风力涡轮机的重量的影响下将所述风力涡轮机(2)稳定在海床(FM)上的地基，该风力涡轮机(2)预先依靠在已浸没的地点，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

a)移动所述船只(4)，直到所述桩体(5)的下端竖直地位于由所述地基(1)承载的匹配连接装置(8)之上，或者基本位于所述匹配连接装置(8)之上；

b)降低所述桩体(5)，并且将所述可变形装置(6)连接到所述匹配装置(7；8)；

c)升高所述桩体和所连接的风力涡轮机(2)，所述风力涡轮机(2)的地基(1)总是保持为被至少部分地浸没；

d)朝着安装地点移动所述船只(4)，同时增大该船只(4)的吃水深度以提高所述船只(4)的稳定性；

e)将所述船只(4)竖直地定位在安装位置之上；

f)降低所述桩体(5)，直到所述地基(1)倚靠在海床上；

g)断开所述可变形装置(6)并撤走所述船只(4)。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在步骤d)和e)之间，进一步增大所述船只(4)的吃水深度。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，通过用水填充设立在所述船只(4)内的某些压载舱来增大所述吃水深度。

15.根据权利要求12至14中的一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤f)之后，用水填充设立在所述地基(1)内的压载舱。

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