CN103930622A - 用于海上结构的导管架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于海上结构的导管架(4)包括：一个堆叠于另一个之上的多个导管架模块(6)，每个导管架模块具有多条中空的腿(10)；和多个桩(8)，其穿过中空的腿(10)以将导管架(4)固定到海床上，其中桩(8)包括：穿过最下部的导管架模块(6a)的腿(10)的基础桩(8a)，每个基础桩的下部部分向下延伸到最下部的导管架模块(6a)之下而进入到海床中，并且每个基础桩的上部部分向上延伸到最下部的导管架模块(6a)的腿(10)的顶部之外，并且进入到设置在最下部的导管架模块(6a)之上的第二导管架模块(6b)的腿(10)中，使得基础桩(8a)的上部部分延伸进入到第二导管架模块(6b)的腿(10)中达到一段小于导管架模块(6)的高度的高度；以及处于第二导管架模块(6b)的腿(10)中的从桩(8b)，其设置在基础桩(8a)的上部部分之上，并且向上延伸到第二导管架模块(6b)的腿(10)的顶部之外。

Description

用于海上结构的导管架

技术领域

本发明涉及用于海上结构的导管架，以及涉及用于安装这种导管架的方法。该海上结构例如可为风力涡轮机的基座。

背景技术

由于增加的能源需求和产生大量所谓的可再生能量的需要，因此海上风力工业得以发展。海上风力场通过规划管理等而避免了对陆基风力场的大量限制。海上风力场也使得向风场现场运输和安装大的部件显著地更容易，这是由于不再需要将部件设计为能通过公路运输，所述公路运输会限制单个部件的尺寸和重量。已经安装了很多设计的海上风力涡轮机，并且正在安装更多的海上风力涡轮机。

涡轮机的机构和塔架可在一定程度上来自于陆基技术，这是由于基本的要求是相同的，尽管海上位置会允许更大尺寸的风机和因此显著更大发电量的涡轮机。但是，海上风力涡轮机的基座与陆地基座在本质上显著不同。目前的方案包括设置在相对深的水中的风力场，可能的深度在20到50米的范围中，并且鉴于这些深度，基座成为整体结构的重要部分。此外，海上风力场可要求制造和安装数十吨或数百吨的风机。结果，需要能够有效地制造和安装的结构。

发明内容

根据第一方面，本发明提供了用于海上结构的导管架，该导管架包括：彼此叠置的多个导管架模块，每个导管架模块具有多条中空的腿；和多个穿过中空的腿以将导管架固定于海床的桩；其中，所述桩包括：穿过最下部的导管架模块的腿的基础桩，每个基础桩的下部部分向下延伸到最下部的导管架模块之下并进入海床中，并且每个基础桩的上部部分向上延伸到最下部的导管架模块的腿的顶部之外并且进入到处于最下部的导管架模块之上的第二导管架模块的腿中，使得基础桩的上部部分延伸进入到第二导管架模块的腿中达到一段小于导管架模块的高度的高度；以及从桩，其处在处于基础桩的上部部分之上的第二导管架模块的腿中，并且向上延伸到第二导管架模块的腿的顶部之外。

因此，本发明提供了一种模块化结构，其使得导管架可预制为易于运输的部件。例如，导管架模块的高度可在12到18米之间，从桩的高度可与模块的高度相同，并且基础桩可具有25到45米的大于模块高度的长度，该额外的长度包括延伸到海床内的长度。桩的处于海床内的长度取决于土地条件，以及海上结构上的预期载荷。可以不需要特定的安装船(vessel)或复杂的锚具来安装这些部件。这些部件足够小并且足够轻，从而能够在相对小的驳船上运输，并且可通过标准吊车而举起。适合于安装模块系统的适当尺寸的安装船可容易地获得，并且能比更大并且更复杂的安装船以成本更低地操作，所述更大并且更复杂的安装船是处理较大部件所需要的。也可以高效的方法、更快更复杂的安装以及也通过数个并行操作的小安装船来安装模块系统。因此，可在给定的时间内安装较大量的导管架。

桩延伸穿过模块的整个高度，并且通过桩和导管架模块的重叠而被分成不同的区域。这提供了结实并且稳定的结构。优选地，下部导管架模块的腿中的桩向上延伸到相邻导管架模块的腿中达到一段为模块高度的20%到50%的距离。

每个基础桩的上部部分和下部部分可为分离的桩部分。这具有的优点是减小了基础桩部件的最大长度。通过这种设置，在上部部分和下部部分之间可存在有接头。优选地，这种接头具有与在基础桩和从桩之间的配合相同的配合，这将在下文中详细讨论。在这种类型的特别优选的装置中，基础桩的上部部分可与从桩相似或相同，并且因此可具有相同的尺寸和形状。

在一种替代性的设置中，基础桩形成为单个不中断的长度，并且上部部分和下部部分别为这种单个长度的顶部部分和底部部分。

在一个优选的实施方案中，桩设置为向上延伸到相邻的导管架模块的腿中达不同的量。特别地，可至少存在第一引导桩，其向上延伸到相邻的导管架模块的腿中的长度比其他桩更大。在安装相邻的导管架模块（或上部结构）时，这种引导桩可用作相邻导管架模块（或上部结构）的第一设置点，这避免了需要将这种模块的腿与所有四个桩同时对齐。优选地，也存在第二引导桩，其向上延伸到相邻的导管架模块的腿中的长度比第一引导桩小，但是比剩余桩大。以这种方式使用两个引导桩意味着两个步骤：首先将相邻的导管架模块设置在第一引导桩上，接着设置在第二引导桩上，由此可容易地将模块对齐。

对于12米高的导管架模块，重叠的量例如可为至少4米。通过这种尺寸的模块，第一引导桩可延伸到相邻导管架模块的腿中达5.5米，第二引导桩可延伸到相邻导管架模块的腿中4.5米，并且其余的两个桩可延伸到相邻导管架模块的腿中达4米。

第二导管架模块可为最上部的导管架模块。但是，优选地使用至少一个额外的导管架模块和额外的从桩。因此，导管架可包括：在第二导管架模块之上的第三导管架模块，处在第二导管架模块的腿中的从桩为第一组从桩，其向上延伸到第三导管架模块的腿中；并且处在第三导管架模块的腿中的第二组从桩处于第一组从桩之上，并且向上延伸到第三导管架模块的腿的顶部之外。可存在有其他的模块和桩，例如第四导管架模块和第三组从桩。在一些优选的实施方案中，导管架包括全部仅三个导管架模块。

优选地，导管架包括安装在处于最上部导管架模块上方的最上部从桩的暴露部分上的上部结构。该上部结构可为用于完成海上安装或用于为安装额外的结构或装置而提供平台的任何所需要的结构。在一个优选的实施方案中，上部结构为用于在导管架上安装塔架、例如风力涡轮机塔架的过渡件。

过渡件优选地在陆地上预制，并且可具有用于支撑塔架等的中部结构和用于与最上部从桩的暴露部分相连的外部连接件。外部连接件可为具有与导管架模块的中空腿类似尺寸的中空柱体。中部结构和外部连接件可通过平台结构和/或梁或类似结构而相连。在一个优选的设置中，过渡件可与塔架、例如风力涡轮机塔架形成整体。

优选地，通过浇筑将桩固定到导管架模块的腿中。浇筑可以在所有导管架模块和桩的装配结束之后将灌浆泵送到腿中且处于桩的周围。当存在上部结构时，灌浆也优选地围绕处于外部连接件中的桩，并且因此将上部结构与导管架固定在一起。通过使用浇筑，中空的腿应当具有比桩的横截面更大的横截面，优选地该横截面设置为允许围绕桩进行灌浆。例如，腿可为直径为1到1.5米的圆管，并且桩可为直径比腿的直径小20%到40%的柱体。

浇筑保证了桩和导管架模块之间的可靠连接，并且提供了必要的抗拉强度发，以便当海上结构上的竖直载荷或水平载荷在导管架上产生拉伸载荷时阻止导管架的不稳定和失效。也可以使用用于将桩和导管架相连的其他连接方法。例如，桩和腿可通过机械配合件、例如穿过腿和桩的螺栓相连。但是，优选浇筑。浇筑不要求桩和腿的任何精确的竖直对齐。而且，导管架的每条腿的浇筑可在一个简单的操作中通过使用传统的浇筑技术将灌浆泵送到腿的基座中而完成。

通过桩和模块的中空的腿的重叠，相邻的导管架模块不需要结合任何用于传递载荷的配合机构，除了相邻模块的用于传递压力载荷的坝肩之外。但是，导管架模块优选地包括用于在相邻的中空的腿之间的接头周围提供密封的连接件，以便更有效地将灌浆容纳在中空的腿中。连接件可为提供在导管架模块的每个管状腿的底部或顶部处的连接环，环的至少一部分具有比腿的外径更大的直径，以便与相邻的导管架模块的相应的腿的顶部部分重叠。重叠量相对较小，例如其可为腿的宽度/直径的四分之一。连接件可包括锥形的或楔形的部分，以将连接件引导到相邻的导管架模块上和/或提供紧密的摩擦配合并且将一条腿相对于另一条腿密封。连接件可包括O形圈或类似的密封件。优选地，腿和连接件为大体圆形的，尽管本发明不仅限于圆形的几何形状。

优选地，中空的腿包括用于使桩处于腿的中部并且将桩与腿的壁间隔开的内凸缘。有利地是，这保证了对于灌浆注射的均匀并准确的间隔。也保证了相邻的桩彼此对齐。

如上文解释，桩在导管架模块的中空的腿内一个位于一个之上地设置。优选地，桩的端部成型为与相邻的桩形成互锁配合。因此，从桩可具有在一个端部处的阳配合件和在另一端部处的阴配合件。优选地，阴配合件设计为可与阳配合件摩擦配合。这保证了桩的刚性连接和对齐，以及用于传递压力载荷的良好的接触表面。当使用浇筑系统时，这可避免将桩彼此焊接在一起，这种焊接在一些现有技术的结构中是需要的。通过避免需要焊接复杂的海上结构，可显著地减少安装操作。安装操作也可以较少的时间完成。可将桩简单地下入到中空的腿中，并且不需要海上焊接设备或复杂的支撑设施以在进行焊接时将两个桩保持在位置中。

适当地话，基础桩的上部部分可在其上部端部处具有阳配合件或阴配合件。基础桩的下部部分的下部端部可具有传统的几何形状，以方便地驱动桩进入到海床中。优选地，基础桩的上部部分的上部端部包括平坦表面，以允许连接锤击件以将桩驱动到到海床中。

从桩优选地在其第一端部处具有配合件，所述配合件具有与基础桩的顶端的配合几何形状相对应的几何形状。从桩的相反侧端部可具有相反类型的配合件。基础桩和从桩使用类似的配合件意味着仅存在两种配合类型。结果，用于制造桩的工具更简单。

在一个优选的实施方案中，基础桩的上部部分的上部端部包括围绕着凸出的锥形件或截头锥形件的肩。因此在这种实施方案中，从桩在其下部端部处具有阴配合件，以容纳基础桩的上部端部的凸出部分。这种阴配合件可包括带有锥形或截头锥形的内部空间的承座。从桩的另一端部优选地具有与基础桩的上部部分的顶端相同的阳配合几何体。

导管架模块可包括中空的腿，其带有处在腿之间的桁架或梁。最下部的导管架模块还可包括设在中空的腿的基座处的泥垫。

优选地，导管架模块设计为具有腿装置，所述腿装置可围绕平行于腿延伸的轴（即当导管架模块处于其安装位置中时大体竖直的轴）旋转对称。旋转对称的角度优选地与腿的数量相对应。例如，如果导管架模块具有三条或四条腿，则其应当具有三重旋转对称或四重旋转对称。导管架模块可为整体式旋转对称。例如，导管架模块可包括通过类似于桁架装置相连的对称设置的腿。

通过对称设置，当将一个导管架模块设置在另一个之上时，仅需要将腿对齐，而对两个模块的相对方位没有其他的限制。当安装模块时，这可导致显著的优点。使用成本有效的小安装船时，必须将安装船总体锚固在相对于风和/或波浪方向的设定方位中。将模块以特定的方位而装载到安装船上，并且因此以该方位被升举或安装。如果没有使用对称结构，则在安装期间风和/或波浪方向发生变化的情况中，将不能继续进行使用成本有效的小安装船的安装，这是由于当升举时没有复杂的额外设备来将模块转动显著的量。通过对称结构，即使主要的海上条件和风条件发生变化，仍可继续使用同样小且有效的安装船进行安装，这是由于始终仅需要将导管架模块较小地转动以将腿与之前安装的模块对齐。例如，与非对称系统的±180°的转动相比，使用四重对齐，最大的转动为±22.5°。

导管架可包括用于从海床到导管架顶部的线缆等的通道的J形管。优选地，J形管包括设在最下部的导管架模块的基座处的角形部分，其可与最下部的导管架模块一起预制。角形部分可包括大体水平的下部、弯头和大体水平的上部，所述大体水平的下部用于接收沿底部大体水平地延伸的线缆，所述弯头使线缆转动约90度，所述大体水平的上部使得线缆大体竖直地延伸离开角形部分。通常，J形管也包括从角形部分延伸到导管架的顶部的竖直部分的管。但是，在优选的实施方案中，本导管架的J形管不包括这种竖直部分。作为替代地是，线缆经角形部分的大体竖直出口到达结构的顶部，而没有被封闭在管中。已经发现，对于很多海上结构（包括风力涡轮机）来说，没有必要将线缆封闭。省去竖直管使得导管架的结构和安装更加简单，也使得易于将线缆安装穿过J形管。可存在间隔开直到模块结构的高度的线缆约束件，例如安装在模块的腿上的环。在波浪和潮汐水运动期间，使用线缆约束件可将线缆保持在位置中。

优选地，J形管设置为与最下部的模块的腿相邻，并且可与该腿固定在一起。在一个优选的实施方案中，J形管可转动，以在任何所希望的方向中引导角形部分的大体水平的下部。这意味着J形管可接收从任何方向延伸的线缆，并且因此避免了需要将导管架相对于线缆的方向进行定向。在一个特别优选的实施方案中，可存在有与最下部的导管架模块的两条相对的腿相邻地安装的两条J形管。这两条J形管优选地均能够转动。这意味着导管架可接收来自任何方向延伸的布线，而不需要在布线到达J形管之前使布线在导管架之下延伸或穿过导管架。

对称的优点也适用于上部结构的安装。优选地，这种结构设置为相对于从最上部的导管架模块的对称的腿中延伸出的桩而在任何方向中安装。这在上部结构包括应当以特定方式相对于主风向而取向的部件、例如进出通道时是特别有利的，所述进出通道例如为应希望地设置在结构的背风处的舷梯和/或登上平台，其中背风方向为导管架的相对于通常天气条件的背风处。

因此，在一个特别优选的实施方案中，导管架包括上部结构，例如预制有进出通道的过渡件，其中导管架模块具有旋转对称的设置，并且因此上部结构能够在安装时根据需要而取向。

导管架模块可具有三条或更多的中空的腿。在一个优选的实施方案中，使用四条腿。这使得导管架模块具有正方形横截面，并且可使用立方体形模块。通过正方形和优选的立方体形状，导管架模块可通过简单的桁架结构（其在每侧均带有类似的连接件和桁架）而形成。这使得导管架模块的规模化生产较为简单，并且当存储和运输模块时，正方形或立方体形状也允许有效地使用空间。

一个优选的实施方案意在用于25米到60米深度的水中，并且可具有大体立方桁架结构的导管架模块，所述导管架模块在每个拐角处均带有腿，并且高度/宽度在10米到20米之间。在优选的设置中，使用了三个导管架模块，因此导管架的总高（除上部结构外）将为30米到60米。导管架可设计为当将基座安装在海床上时，导管架在水平面之上延伸10米到15米。

着眼于海上风力工业对导管架进行了改进，因此在一个优选的实施方案中，导管架为海上风力涡轮机的基座。本发明延伸到包括所描述的导管架的海上风力涡轮机结构。但是，也可将导管架有利地用在其他的海上行业中，例如油气行业。

根据第二方面，本发明提供了一种安装用于海上结构的导管架的方法，该导管架包括多个导管架模块（每个导管架模块具有多条中空的腿）和多个桩，其中该方法包括：将最下部的第一导管架模块设置在海床上；将基础桩安装成穿过该最下部的导管架模块的腿，使得基础桩的下部部分向下延伸到最下部的导管架模块之下而进入到海床中，并且基础桩的上部部分向上延伸到最下部的导管架模块的腿的顶部之外达到一段小于导管架模块的高度的高度；将第二导管架模块设置在最下部的导管架模块之上，使得基础桩的上部部分延伸进入到第二导管架模块的腿中；以及将从桩安装到第二导管架模块的腿中，使得从桩设置在基础桩的上部部分之上，并且向上延伸到第二导管架模块的腿的顶部之外。

本发明的方法使得导管架的安装不再需要专用安装船或复杂的锚具。部件足够小并且足够轻，从而可在相对小的驳船上运输并可由标准吊车而举起。导管架模块、桩和其他部件可具有如上文所讨论的与本发明的第一方面相关的特征。

因此，尽管第二导管架模块可为最上部的导管架模块，但是优选地使用至少一个额外的导管架模块和额外的从桩。因此，该方法包括：第二导管架模块的腿中的从桩为第一组从桩；将第三导管架模块设置在第二导管架模块之上，使得第一组从桩延伸进入到第三导管架模块的腿中；以及在第三导管架模块的腿中安装第二组从桩，使得第二组从桩处于第一组从桩之上，并且向上延伸到第三导管架模块的腿的顶部之外。

在优选的方法中，基础桩安装为从最下部的导管架模块向上延伸一段为导管架模块的高度的20%到50%的长度。从桩可从第二导管架模块和任选的其它导管架模块中伸出一段类似的长度。

在一个优选的实施方案中，桩安装为使得其向上延伸到相邻导管架模块的腿中达不同的量。这可通过在不同深度的海床中安装基础桩，或通过提供用于安装在相同深度的海床中的不同长度的基础桩而实现。当所有从桩都具有相同长度（所述长度优选地与模块的高度相对应）时，基础桩的不同高度可在第二导管架模块上方通过从桩的暴露部分再现。

存在有至少第一引导桩，其向上延伸到相邻的导管架模块的腿中达到一段比其他的桩更长的长度，并且该方法可包括通过首先将一条腿设置在第一引导桩上而设置相邻的导管架模块，并且接着将该模块与其他的桩对齐。优选地，该方法包括安装第二引导桩，其向上延伸到相邻的导管架模块的腿中达到一段小于第一引导桩但大于其余桩的长度。通过使用第二引导桩，安装相邻的导管架模块的方法可包括将相邻的导管架模块的第一腿设置在第一引导桩上，接着将导管架模块的第二腿与第二引导桩对齐，并且将第二腿设置在第二引导桩上以使得其余的腿和桩对齐。

该方法还可包括在最上部的导管架模块上方，在最上部的从桩的暴露部分上安装上部结构。该上部结构可为如上文所述的结构。在安装上部结构之前，优选地将桩的暴露部分切割成所需要的统一长度。

在一个优选的实施方案中，该方法包括在中空的腿内在桩的周围浇筑，以因此将桩固定在腿中。优选地，在所有的导管架模块和桩的装配完成之后，再将灌浆泵送到腿中并到桩的周围。当存在上部结构时，优选地也可在安装了上部结构之后再进行浇筑，以便灌浆可在上部结构的外部连接件内围绕在桩的周围，并且因此将上部结构固定于导管架。优选地，在单独的步骤进行上部结构和桩的浇筑，以将导管架模块与桩浇筑在一起，同时在安装上部结构之前完成将导管架模块与桩浇筑在一起的步骤。

该方法可包括以下面顺序中的一个而进行的浇筑：

1.在一个次序中将导管架模块的腿和连接件与上部结构浇筑在一起，接着在上部结构之上安装塔架或其他功能部分。

2.在安装后，在第一步骤中浇筑所有的导管架模块，在单独的第二步骤中将连接件和上部结构浇筑在一起。

3.在最下部的导管架模块的基座处浇筑数米（例如4米），堵住，接着浇筑顶部，第二浇筑阶段任选地包括将上部结构与导管架浇筑在一起。

将导管架模块设置在下部导管架模块之上的步骤可包括将导管架模块的腿对齐。优选地，腿包括如上文所述的连接件，并且所述对齐使用连接件的锥形或楔形部分以将连接件引导到相邻导管架模块的腿的端部上。

在优选的实施方案中，桩具有如上文解释的阳配合件和阴配合件，并且该方法包括在从桩的安装期间，随着将从桩下到中空的腿中，将一个桩的阳部件设置在另一个桩的阴部件中。

优选地，导管架模块为上文所描述的对称形式。本发明的方法可包括当将一个导管架模块设置在另一个之上时，将导管架模块的腿对齐。优选地，该方法包括安装含有外部连接件的上部结构，并且该方法包括将外部连接件与最上部从桩的暴露部分对齐。在优选的实施方案中，上部结构预制有进出通道，并且在安装上部结构的期间使进出通道与导管架的背风处对齐。

该方法可用作安装海上风力涡轮机的方法的一部分，因此该方法可包括安装过渡件形式的上部结构以保持涡轮机塔架，并且在导管架上安装塔架、涡轮机和风机。该方法可包括将线缆与导管架相连，优选地通过如上文所描述的J形管装置来连接。在其中J形管能转动的一个优选的实施方案中，该方法可包括转动J形管以引导其朝向海床上的布线方向。

可以理解，导管架结构基本上以成套形式制造和运输。因此，在第三方面，本发明提供了用于导管架的成套部件，该成套部件包括：设置为彼此间一个堆叠在另一个之上的多个导管架模块，每个导管架模块具有多条中空的腿；以及设置为穿过中空的腿以将导管架固定于海床的多个桩；其中，桩包括基础桩和从桩，所述基础桩用于穿过最下部的导管架模块的腿，向下延伸到最下部的导管架模块之下而进入到海床中，并且向上延伸到最下部的导管架模块的腿的顶部之外且进入到处于最下部的导管架模块之上的第二导管架模块的腿中，使得基础桩延伸到第二导管架模块的腿中达到一段小于导管架模块的高度的高度，所述从桩用于安装在第二导管架模块的腿中，其处于基础桩之上，并且向上延伸到第二导管架模块的腿的顶部之外。

因此，该成套部件包括模块和桩，桩的长度和尺寸设置为可将其根据需要而安装在第一方面的结构中。导管架模块和/或桩可具有如上文第一方面讨论的特征，并且其可设置为用于如上文所描述的安装。成套部件也包括如上文描述的其他特征，例如至少一个额外的导管架模块和额外的从桩、上部结构等。

上文描述的J形管概念就其本身被认为是新颖的和具有创造性的，因此在另一方面中，本发明提供了J形管系统，其用作线缆等的从海床到海上结构的顶部的通道，该J形管包括角形部分，该角形部分包括大体水平的下部、弯头和大体竖直的上部，所述大体水平的下部用于接收沿底部大体水平地延伸的线缆，所述弯头用于将线缆转动约90度，所述大体竖直的上部使得线缆大体竖直地延伸离开该角形部分，其中敞开的、未被封闭的线缆从大体竖直的部分的顶部延伸朝向海上结构的顶部。通过这种J形管，因此可将布线穿过角形部分的大体竖直的出口到达结构的顶部，而不用被封闭在管中。如上文所述，省去了竖直管使得导管架的结构和安装更简单，也使得易于将线缆安装穿过J形管。此方面也适用于海上结构或包括J形管的海上结构的基座件。该基座件可为上文所述的类型的导管架类型的基座。J形管系统可包括间隔开到模块结构的高度的线缆约束件，例如安装在模块的腿上的环。优选地，将J形管设置为与基座件的腿相邻，并且可与该腿固定在一起。在一个优选的实施方案中，J形管可相对于海上结构或基座件而转动，以在任何所需要的方向中引导角形部分的大体水平的下部。在一个特别优选的实施方案中，J形管装置包括与最下部的导管架模块的两条相对的腿相邻地安装的两条J形管。

尽管在上文中针对海平面和海床来进行的描述，但是应当理解，上文描述的结构也可用于任何适当的水体，例如海、海洋、河口、内陆湖和水库。因此，任何涉及到海平面之处应当被理解为对于任何水体中的结构所需要的位置的水平面数据。类似地是，任何涉及到海床之处应当被理解为涉及水体的底部。

如这里所使用的顶部和底部以及其他涉及相关竖直位置的用语，例如上方和下方，意在参考导管架和海上结构的部件的正常安装取向。因此，例如当其安装时桩的顶部是最上部的部分，并且桩的底部是桩的相反端部。自然地，结构的部件可以其他的取向而生产和运输。

附图说明

现在将仅根据实施例并参考附图来描述本发明的特定优选的实施方案，在所述附图中：

图1是导管架和风力涡轮机的部分分解等轴视图，为了清晰起见省略了一些辅助部件；

图2是导管架的侧视图；

图3是导管架的平面图，其中省略了过渡件；

图4到10显示了导管架在海床上的安装；

图11是导管架的腿内的桩之间的连接的细节图，其中导管架的腿的直径被放大；

图12是所安装的带有舷梯的导管架的一部分的视图，其中舷梯处于收回状态；

图13是与图12类似的视图，其中舷梯处于展开状态；以及

图14显示了处在舷梯的下部部分和导管架的腿之间的连接的细节。

具体实施方式

下面结合如图1所示的用于风力涡轮机的导管架来描述优选的实施方案。风力涡轮机和塔架可为整体上的传统的结构，并且因此没有进行任何进一步的详细描述。塔架安装在设置在导管架4之上的过渡件2上。导管架4包括通过桩8固定于海床中的三个导管架模块6。图1显示了桩在导管架的下方进入到海床中的程度。在这种优选的实施方案中，导管架模块6的高度和宽度均为12米，大体为立方体形。桩8可延伸到海床中约30米，实际深度根据土地条件和风力涡轮机上的预期载荷而确定。导管架4的尺寸使得允许三个模块中的一个凸出到参考水平面之上。

图2和3更详细地显示了导管架4。每个导管架模块6均为立方体形，其带有四条沿竖直边的中空的腿10，所述腿通过由X形的两条交叉的梁12形成的桁架结构而连接在立方体的每个竖直外表面上。在图中显示的优选的实施方案中没有包括任何其他的交叉梁。但是，如果结构强度需要的话，则可在X形梁12的上方和/或下方添加水平的交叉梁。在图3的平面图中可清楚地看到，导管架模块6不包括或者在立方体形的内部或者在立方体形的水平外表面处穿过该结构的中部的任何梁。该优选的实施方案使用了管状的中空梁。在将导管架设计为支撑海上风力涡轮机的方面，用于这种12米的立方体的中空梁具有直径为1.2米的中空的腿10和直径为0.6米的交叉梁12。

最下部的导管架模块6包括泥垫，以将导管架模块支撑在海床上。泥垫可根据土地情况而以通常的方式调整。导管架4也包括用作从海床到导管架4的顶部的线缆等的通道的J形管（未示出）。J形管（未示出）安装在最下部的导管架模块6的腿10的基座处，并且可转动。每个J形管包括角形部分，所述角形部分带有水平下部、弯头和竖直上部，所述水平下部用于接收沿底部大体水平地延伸的线缆，所述弯头将线缆转动90度，所述竖直上部使得线缆竖直向上地朝向导管架的顶部延伸而离开该角形部分。与传统的J形管不同，在这种优选的实施方案中的J形管不包括从角形部分延伸到导管架顶部的管的竖直部分。作为替代的是，可将布线穿过角形部分的竖直出口而到达结构的顶部，而不需要封闭在管中。在波浪和潮汐水运动期间，安装在模块6的腿10上的环将线缆保持在位置中。

在安装了导管架4之后，将最接近于引入布线的J形管转动，以在布线方向中引导角形部分的水平下部。接着，可通过环来将布线安装穿过J形管并且到结构的顶部。

过渡件2包括中心圆形结构和四个三角形梁14，所述中心圆形结构用于支撑涡轮机塔架，所述四个三角形梁从中心圆形结构向外延伸，并且朝向处于每个梁14的端部处的外部连接件逐渐缩小，所述梁与从最上部的导管架模块6向上延伸的桩的顶部相连。梁14具有箱梁结构。

根据图4到10，通过下文对导管架4的安装讨论，可以清楚导管架4的结构的其他细节。三个导管架模块6、过渡件2和桩8通过船只16输送到安装地点，并且通过吊车将最下部的第一导管架模块6a下入到海床上的所需位置。图4显示了船只16在甲板上带有第二导管架模块6b和第二导管架模块6c以及过渡件2，并且第一导管架模块6a设置在海床上。将四个基础桩8a插入到第一导管架模块6a的中空的腿10中，并且如图5所示，驱动这些桩穿过腿10并且进入到海床中。使用部分处于空气中并且部分被淹没的锤击件来驱动桩。如上文提到，基础桩8a的进入到海床中的程度可为约30米。基础桩8a的上端部则从第一导管架模块6a的腿10的顶部中凸出。

对于使用12米高的导管架模块6的这种实施例，桩的暴露长度为至少4米。两个基础桩8a均暴露4米。另外两个桩具有更大的暴露高度，以便提供引导桩以促进下一个导管架模块的简单对齐。在这种优选的实施方案中，第一引导桩在腿10的顶部上方延伸5.5米，并且第二引导桩在腿的顶部上方延伸4.5米。

作为使用锤击件来将基础桩8a驱动到海床中的替代，可将桩安装在预钻出的孔中，并且通过浇筑等固定在位置中。

当基础桩8a就位时，将第二导管架模块6b下到基础桩8a的暴露出的上端部上。在图6中显示了该步骤。首先将第二导管架模块6b与第一引导桩对齐，所述第一引导桩为从最下部的导管架模块6a中伸出到最大高度的基础桩。将第二导管架模块设置在该第一引导桩上，这提供了第一固定点。接着，当将第一引导桩与第二导管架模块6b接合时，则可将导管架模块转动以与第二引导桩对齐。在第二引导桩上安装第二导管架模块会将导管架模块牢固地保持在位置中，阻止进一步转动。当将第一引导桩和第二引导桩下滑时，应当将其与剩余的两个基础桩8a正确地对齐，允许将其容易地设置到所有四个桩上。

当第二导管架模块6b就位时，将从桩8b安装到第二导管架模块6b的腿10中。从桩8b具有与导管架模块6的高度相同的长度，并且因此从桩从第二导管架模块6b的腿的顶部中伸出一段与基础桩8a从最下部的导管架模块6a中伸出的长度相同的长度。这意味着从桩8b包括带有与基础桩8a中的引导桩的额外高度相对应的额外高度的第一引导桩和第二引导桩。

接着，以类似的方式将第三导管架模块6c和另一组从桩8b安装在第二导管架模块6b之上。

当已经安装了所有的导管架模块6和桩8时，将灌浆泵送到桩8和导管架的腿10之间的空间中。使用传统的灌浆注射技术和浇筑容器17将灌浆从导管架的底部向上泵送，如图8示意性地显示。灌浆形成了桩8和导管架的腿10之间的连接，并且保证了导管架柱体可承受竖直的拉伸载荷。

将处在部分构造成的导管架顶部处的暴露的桩端部进行切割，以使得其彼此等高，并且以提供适合于支撑过渡件2的暴露长度，所述过渡件2安装在暴露的桩端部上，如图9所示。过渡件2预制有进出通道18，其在图9中没有示出但是下面的图12、13和14进行了描述。在安装过渡件2之前将其转动，以使得进出通道18处于导管架4的背风侧上。由于导管架4的过渡件2和其他部件具有旋转对称结构，因此可将其安装在相对于导管架模块6的任何转动方向中。

通过使过渡件2处于正确的方向中，过渡件2的四个连接部（其具有带有与导管架模块6的中空腿10类似尺寸的柱形承座的形式）被设置在桩8的顶端上，并且接着注入灌浆以将过渡件2固定在位置中。导管架4完成，如图10所示。过渡件2可任选地与已经到位的涡轮机塔架安装在一起，塔架和过渡件2已经在陆地上组装在一起。

现在将根据图11来描述模块内部和桩内部的连接的其他细节。图11显示了导管架的腿和桩在两个模块之间的连接处的截面，其中腿和桩的直径相对于重叠区的长度被放大。如上文解释，在这种实施方案中，重叠区的长度将为4米。

导管架模块6的中空的腿10包括内凸缘20，所述内凸缘从腿的壁上凸出，并且用于将桩8设置在中空的腿10的中部，并且也在桩8和中空的腿10的壁之间保持所设定的最小空间。此外，腿10包括连接环22，在这种情况中，连接环处于上部模块6的腿10的底部处。连接环22具有基本上大于腿的外径的内径，并且包括用于将两条腿引导为彼此对齐并且使得两条腿紧密楔入式配合的锥形部。也包括有O形圈密封件，以保证连接环22将两条腿10之间的接头密封，并且容纳随后泵送到桩8和中空的腿10的壁之间的空间内的灌浆23。

两个桩8设计为使用塞-套型装置来实现互锁。下部的桩8具有阳接头24，其包括从平面向上凸出的截头锥体，以及在锥体的基部周围的肩部。当驱动基础桩8a进入到海床中时，肩部可用于与锤击件碰撞。上部的桩8具有互补形状的阴接头26，所述阴接头带有用于接收阳接头24的截头锥体的截头锥形容腔。有利地是，锥形形状提供了可阻止所不希望的灌浆进入到两个桩8之间的连接中的紧密配合。基础桩8a在其上端部处具有阳接头24。从桩8b在其一个端部处具有阴接头26，并且在另一个端部处具有阳接头24。

图12和13显示了所构建的导管架和塔架以及安装在过渡件2上的辅助件的其他细节。这些辅助件包括在过渡件上的与舷梯30相连的铺板28，以及吊车31。吊车31用于将部件和设备从下方的安装船33装到铺板28上。铺板28也与向上进入到塔架中的梯子相连，所述梯子提供了从塔架基座的下方进入到塔架中的进出通道。有利地是，这避免了需要在塔架中制造入口，这意味着塔架不会由其结构中的孔而弱化。

如上文提到的那样，铺板28和舷梯30预制在过渡件2上，并且在安装过渡件2（带有或没有塔架）的期间转动到使得舷梯30设在导管架的背风侧上。安装过程的最后步骤是将舷梯30与上部导管架模块6的腿10相连。将这些辅助件预制在过渡件2上意味着在陆地上而不是在海上安装地点处进行复杂的构造和装配。

舷梯30提供了从安装船到铺板28和涡轮机塔架的通道。它是带有上部部分和下部部分（其形式为梯段32、34）的铰接式梯子，其在梯子的基座处将铺板28与进出平台36相连。上部梯段34在一个端部处与铺板28相连，并且从铺板28延伸到中间平台38。在中间平台38处，梯子的方向折回，并且中间平台38与下部梯段32相连，所述下部梯段朝向铺板28折回并终止于进出平台36，在这种实施方案中，进出平台基本上处于上部梯段34的与铺板28相连的起始点以下。

上部梯段34和下部梯段32可通过中间平台38而转动式彼此相连，并且上部梯段32可转动地与铺板28相连。转动连接允许舷梯30朝向水面降低，以将进出平台36设置在下部安装船33的标高处。当不使用舷梯30时，可将进出平台36缩回，并且与折叠在一起的上部梯段34和下部梯段32一起升起到收起结构。图12显示了舷梯30的升起/收起结构，并且图13显示了伸展/使用中的结构。

处于铺板28上的恒定张力绞车40通过线缆与进出平台36相连，并且支撑由舷梯30的重量产生的竖直载荷。绞车40用于将舷梯30升起和落下。当存在有安装船33并且舷梯30落下时，进出平台36处于安装船的铺板上。随着由于水的运动而导致的安装船33升起和降落，恒定张力绞车40将会使舷梯30升起或落下，以与安装船33的运动相匹配。结果，进出平台36将不会相对于安装船33而向上和向下运动，这使得易于使用舷梯30。

舷梯30的一个重要特征是与梯子的基座与最上部的导管架模块6的腿10之间的连接。在图14中对此进行了详细显示，其包括在展开结构中所示的带有安装船的梯子基座的放大视图。围绕腿10的套环42会引导进出平台36的竖直运动，并且阻止其水平运动。套环42也为支撑由舷梯30的重量产生的水平载荷而提供了反作用力。应当理解的是，由于梯子从其在铺板28处的安装点侧向地延伸，因此在与铺板28的安装点的周围产生了力矩。套环42提供了反抗这种力矩的水平反作用力，以支撑偏移的舷梯30。套环42包括引导轮44，以使得其可平稳地沿着腿10上下运动。上部梯段34与铺板28的连接也承受了这种水平载荷，其与套环42处的水平反作应力平衡，但方向相反。

套环42通过轴46与进出平台36相连。缓冲杆48也与套环42相连。缓冲杆48设计为接收安装船33的头部，并且因此将安装船33固定保持在水平位置中。安装船33可使用小量的推力以保持安装船33的头部挤压顶靠缓冲杆48。缓冲杆48会与安装船33一起向上运动和向下运动，这是由于正如进出平台36一样，缓冲杆由恒定张力绞车40支撑。

Claims (25)

1.一种用于海上结构的导管架，所述导管架包括：

一个堆叠于另一个之上的多个导管架模块，每个导管架模块具有多条中空的腿；以及

多个桩，其穿过所述中空的腿以将所述导管架固定到海床上；

其中，所述桩包括：

穿过最下部的导管架模块的腿的基础桩，每个基础桩的下部部分向下延伸到所述最下部的导管架模块之下而进入到海床中，并且每个基础桩的上部部分向上延伸到所述最下部的导管架模块的腿的顶部之外，并且进入到设置在所述最下部的导管架模块之上的第二导管架模块的腿中，使得所述基础桩的上部部分延伸进入到所述第二导管架模块的腿中达到一段小于导管架模块的高度的高度；以及

处于所述第二导管架模块的腿中的从桩，所述从桩设置在所述基础桩的上部部分之上，并且向上延伸到所述第二导管架模块的腿的顶部之外。

2.根据权利要求1所述的导管架，其特征在于，所述桩设置为向上延伸到导管架模块的腿之外达不同的量，使得存在有第一引导桩和第二引导桩，所述第一引导桩向上延伸到一段大于其他桩的长度，第二引导桩向上延伸到一段小于第一引导桩但大于剩余桩的长度。

3.根据权利要求1所述的导管架，其特征在于，包括：处于所述第二导管架模块之上的第三导管架模块，在所述第二导管架模块的腿内的从桩为第一组从桩并且向上延伸到所述第三导管架模块的腿中；处于所述第三导管架模块的腿内的第二组从桩，其处于第一组从桩之上，并且向上延伸到所述第三导管架模块的腿的顶部之外。

4.根据权利要求1、2或3所述的导管架，其特征在于，所述桩通过浇筑而固定在所述导管架模块的腿中。

5.根据上述权利要求中任一项所述的导管架，其特征在于，包括用于安装塔架、例如风力涡轮机塔架的过渡件，所述过渡件安装在处于最上部的导管架模块之上的最上部的从桩的暴露部分上。

6.根据权利要求5所述的导管架，其特征在于，所述过渡件在陆地上预制，并且包括用于支撑塔架等的中心结构和用于与最上部的从桩的暴露部分相连的外部连接件。

7.根据权利要求6所述的导管架，其特征在于，所述外部连接件为设置在所述最上部的从桩的暴露部分上的中空管，并且使用浇筑以将所述过渡件固定于所述导管架模块。

8.根据上述权利要求中任一项所述的导管架，其特征在于，所述导管架模块包括用于在相邻的中空的腿之间的连接处周围提供密封的连接件。

9.根据上述权利要求中任一项所述的导管架，其特征在于，所述中空的腿包括内凸缘，所述内凸缘用于将桩设置在所述腿的中心处并且将桩与腿的壁间隔开。

10.根据上述权利要求中任一项所述的导管架，其特征在于，所述桩的端部成型为与相邻的从桩形成互锁配合。

11.根据上述权利要求中任一项所述的导管架，其特征在于，所述基础桩的上部部分的上部端部包括围绕凸出的锥形或截头锥形件的肩。

12.根据权利要求11所述的导管架，其特征在于，所述从桩包括处于其下部端部处的阴配合件，以容纳前面的桩的上部端部的凸出部件。

13.根据权利要求12所述的导管架，其特征在于，所述从桩的另一上部端部包括围绕凸出的锥形或截头锥形件的肩。

14.根据上述权利要求中任一项所述的导管架，其特征在于，所述导管架模块设计为带有围绕着平行于腿延伸的轴旋转对称的腿装置。

15.根据上述权利要求中任一项所述的导管架，其特征在于，包括带有角形部分的J形管，所述角形部分包括大体水平的下部、弯头和大体竖直的上部，所述大体水平的下部用于接收沿底部大体水平延伸的线缆，所述弯头用于将线缆转动约90度，所述大体竖直的上部使得线缆大体竖直地延伸离开所述角形部分，其中所述J形管不包括向上延伸过导管架的整体高度的竖直管。

16.根据权利要求15所述的导管架，其特征在于，所述J形管设置为相邻于最下部的模块的腿，并且可以转动以在任何所希望的方向中引导所述角形部分的大体水平的下部。

17.根据权利要求15或16所述的导管架，其特征在于，包括两个J形管，它们安装成相邻于所述最下部的导管架模块的两条相对的腿。

18.一种海上风力涡轮机，其包括根据上述权利要求中任一项所述的导管架。

19.一种安装用于海上结构的导管架的方法，所述导管架包括：多个导管架模块，每个导管架模块具有多条中空的腿；以及多个桩；

其中，所述方法包括：

将第一最下部的导管架模块设置在海床上；

将基础桩安装穿过所述最下部的导管架模块的腿，使得所述基础桩的下部部分向下延伸到所述最下部的导管架模块之下并进入海床中，并且所述基础桩的上部部分向上延伸到所述最下部的导管架模块的腿的顶部之外达到一段小于导管架模块的高度的高度；

将第二导管架模块设置在所述最下部的导管架模块之上，使得所述基础桩的上部部分延伸到所述第二导管架模块的腿中；以及

在所述第二导管架模块的腿中安装从桩，使得将所述从桩设置在所述基础桩的上部部分之上，并且向上延伸到所述第二导管架模块的腿的顶部之外。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述导管架如权利要求1到17中任一项所述。

21.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，所述桩安装为使得其向上延伸到相邻的导管架模块的腿中达不同的量。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述导管架包括第一引导桩和第二引导桩，所述第一引导桩向上延伸到相邻的导管架模块的腿中达到一段比其他的桩的更大的长度，所述第二引导桩向上延伸到相邻的导管架模块的腿中达到一段小于所述第一引导桩但是大于剩余的桩的长度，并且

所述方法包括通过下面的方式设置随后的导管架模块：将相邻的导管架模块的第一腿设置在第一引导桩上，将导管架模块的第二腿与第二引导桩对齐，并且将第二腿设置在第二引导桩上以使得将剩余的腿和桩对齐。

23.根据权利要求19到22中任一项所述的方法，其特征在于，包括在所述中空的腿中在桩的周围进行浇筑，以便将所述桩固定在所述腿中，其中在将所有的导管架模块和桩的装配完成之后再将灌浆泵送到所述腿中的桩的周围。

24.一种用于导管架的成套部件，所述成套部件包括：

设置为一个堆叠在另一个之上的多个导管架模块，每个导管架模块具有多条中空的腿；以及

多个桩，其设置为穿过所述中空的腿以将所述导管架固定于海床中；

其中，所述桩包括：

穿过最下部的导管架模块的腿中的基础桩，所述基础桩包括下部部分和上部部分，所述下部部分用于向下延伸到所述最下部的导管架模块之下而进入到海床中，所述上部部分用于向上延伸到所述最下部的导管架模块的腿的顶部之外并且进入到处于所述最下部的导管架模块之上的第二导管架模块的腿中，使得所述基础桩的上部部分延伸进入第二导管架模块的腿中达到一段小于导管架模块的高度的高度；以及

从桩，其安装在所述第二导管架模块的腿中并处于所述基础桩的上部部分之上，并且向上延伸到所述第二导管架模块的腿的顶部之外。

25.根据权利要求24所述的成套部件，其特征在于，所述导管架模块和/或桩如权利要求1到17中任一项所述。