CN109526231A - 用于风轮机的垫片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及适于设置在风轮机的过渡件与单桩之间的垫片。一个实施例涉及用于与风轮机的过渡件的底部部件形状配合的垫片，垫片主要用弹性材料制造并成形为中空的长形本体，以便在安装在过渡件与单桩之间时围绕单桩的至少一部分，使得垫片稳定过渡件相对于单桩的位置。所公开的垫片可在将过渡件安装在单桩上时替代传统灌浆工序或螺栓连接工序。

Description

用于风轮机的垫片
技术领域
本发明涉及一种用于安装海上风轮机结构的垫片，诸如适于设置在过渡件与桩结构(诸如风轮机的单桩或用于风轮机的三角架或四角架的桩)之间的垫片。垫片还可适用于安装具有相应结构几何形状(诸如多个塔架区段)的其它海上风轮机相关结构。
背景技术
大规模结构，诸如风轮机和海上风轮机，通常安装在单桩和过渡件的组件上。单桩的一端固定到地面或海床中，并且过渡件安装在单桩的另一(上)端处。因此，该组件提供了用于安装风轮机自身的水平平台。因此，过渡件的底部部件安装在单桩的上部部件上。
过渡件和单桩的组件承载风轮机的负荷。因此，组件稳定并且过渡件相对于单桩不移动是必要的。
传统上，通过对过渡件和单桩灌浆或将两者螺栓连接在一起(或其组合)而将过渡件相对于单桩固定或稳定。单桩和过渡件是以在它们之间具有一定间距的同心布置的圆柱形本体，并且随后通过在单桩与过渡件之间的环形空间中形成的灌浆密封、和/或通过例如通过螺栓连接两个元件的相应凸缘将过渡件和单桩螺栓连接在一起而将两个本体安装和固定在一起。
在安装之后，由于来自操作的震动以及来自波浪、风和潮汐的移动可引起单桩相对于过渡件的移动，因此组件将经受巨大的应力。在安装之后传统灌浆遭受开裂和失效，这导致组件的不稳定，并且过渡件通常将随着时间的过去而相对于单桩逐渐向下移动。
为了减小灌浆中开裂的风险，并且为了使密封失效的风险最小化，灌浆可包括可弹性压缩的组成部分(components)，诸如在EP 2672016中所公开的发泡聚氨酯。
可选地，或除了灌浆以外，还可通过使用安装在过渡件与单桩之间的多个离散的支承部件减小过渡件与单桩之间的任何移动。离散的支承部件可包括弹性体部件，诸如EP2518306所描述的聚氨酯或如EP 2604757所描述的橡胶。
弹性体部件可具有额外的优点。DE 10 2013 019 288公开了一种至少部分地由减震涂层覆盖的海上桩，该减震涂层可以是粘弹性聚合物、橡胶、硅橡胶、聚氨酯、弹性体、热塑弹性体或沥青。该涂层被公开为在将海上桩安装到海床的过程中降低噪音。
为了进一步加固风轮机和海上风轮机，大规模结构可安装在桩结构上而不是单桩上。其它桩结构包括任何类型的导管架基底(jacket foundation)，诸如三角架或四角架基底。风轮机还可包括多个塔架区段，以增加风轮机的高度和/或提高所安装的结构的应力耐性(stress tolerances，抗压能力)。
尽管在灌浆和/或离散的支承部件上具有进展，以及桩结构的结构进展，仍存在对于过渡件相对于桩结构的更加长期耐久和有效稳定性、以及构成过渡件的元件(诸如塔架区段)的稳定性的需求。还存在对于用于组装和安装过渡件和/或用于将过渡件组装和安装到桩结构(诸如组装和安装到单桩)的更简单和更具有成本效率的方法的需求。
发明内容
本公开涉及一种用于将过渡件安装和固定至桩结构(诸如单桩)的垫片，该垫片特别适于海上单桩。本发明还涉及一种用于安装和固定多个过渡件(诸如多个塔架区段)的垫片。所公开的垫片提供了两个构件(诸如单桩和过渡件)的更加稳定和长期耐久的组件，以及用于组装两个构件的更简单的方法，从而提高安装风轮机的成本效率。因此，所公开的垫片被构造为支承负荷和吸收负荷，例如，其被构造为承载大规模结构(诸如过渡件)的负荷。支承负荷的构造还有助于使得几何形状不完美匹配的两个构件能够安装和固定在一起，例如，这样的桩结构和过渡件，它们不完全同心和/或构件之一是圆柱形的而另一构件是更加椭圆柱形的。所公开的垫片还提供了两个大规模构件之间的接合部，使得可免除砂浆、灌浆、沙子、碎石、水泥和/或混凝土的使用。因此，该垫片为垫片的制造和垫片到桩结构和过渡件的组装提供了提高的灵活性和简便性。例如，垫片可独立于桩结构和过渡件被制造和固化，诸如作为随后安装到桩结构和/或过渡件的独立部件而制造。
本公开的第一方案涉及用于与风轮机的过渡件的底部部件形状配合的垫片，该垫片主要以弹性材料制造并且成形为中空的长形本体，以在安装在过渡件与桩结构(诸如用于单桩、三脚架或四角架的桩)之间时围绕桩结构的至少一部分，以使得垫片稳定过渡件相对于桩结构的位置。即，垫片通常围绕桩结构的顶部外表面并邻接过渡件的底部内表面。
本公开还适于组装过渡件的区段。本发明的另一方案涉及用于与第一过渡件区段的底部部件(诸如第一塔架区段的底部部件)形状配合的垫片，该垫片主要用弹性材料制造并且成形为中空的长形本体，以用于在安装在第一过渡件区段与第二过渡件区段之间时围绕第二过渡件区段的至少一部分(诸如第二塔架区段的上部部件)，以使得垫片稳定第一过渡件区段相对于第二过渡件区段的位置。
本公开的第二方案涉及垫片，所述垫片优选地适于与风轮机的过渡件的底部部件匹配和/或形状配合。因此，该垫片可成形为中空的长形本体。在优选实施例中，垫片主要用弹性材料(诸如PUR)制造。优选地，垫片是自支撑结构。因此，垫片可在安装在过渡件与单桩之间(即，以夹持结构位于过渡件与单桩之间)时围绕单桩的至少一部分，以使得在组装这两个元件期间以及之后，垫片稳定过渡件相对于单桩的位置。
在本发明的第一方案的优选实施例中，垫片由多个部件组装而成。在另一优选实施例中，垫片由多个部件组装而成，其中每个部件被构造为与邻接的部件匹配。可选地，多个部件以与拼图类似的方式相互匹配，其中邻接部件的邻接边缘仅可以以预定的方式装配。在优选实施例中，邻接部件是圆柱形或圆锥形的，其中这些部件可相互上下设置或设置在彼此的延伸部中，从而形成的圆柱形或圆锥形的高度为组装的部件的累计高度。在另一优选实施例中，邻接的部件是圆柱形或圆锥形的，并且沿着顶部周界的边缘和沿着底部周界的边缘中的至少一个形成锐角，以使得邻接部件可以以楔入的方式匹配或组装。
本公开的第三方案涉及根据本发明的第一方案或第二方案的垫片的用途，用于安装海上结构(诸如将过渡件安装到桩结构(诸如单桩、用于三角架或四角架的桩))，和/或用于安装过渡件(诸如安装多个塔架区段)。
本公开的第四方案涉及用于将风轮机的过渡件安装至单桩的方法。第一步骤可以是将所公开的垫片安装在过渡件的底部部件中。该安装过程可在陆地上(in land)进行，使得垫片在运输到单桩的位置时被定位、装配和固定在过渡件的底部部件中。另一步骤是在单桩已安装在地面中(in ground)的位置处(例如，在海上位置处)，组装过渡件和单桩。过渡件和单桩以垫片在它们之间的方式同心地布置。因而垫片确保在过渡件与单桩之间存在固定的密封。并且更重要地：可在不使用灌浆和/或螺栓连接的情况下进行过渡件到单桩上的组装，使所公开的垫片和方法成为用于安装海上风轮机的非常划算的解决方案。
本公开的第五方案涉及用于安装风轮机的多个塔架区段的方法，该方法可选地在陆上或海上实施，包括以下步骤：设置第一塔架区段；将根据第一方案的垫片安装到第一塔架区段的第一端；将第二塔架区段组装到第一塔架区段的第一端，以使得垫片夹持在这两个塔架区段之间；以及对所有塔架区段重复该过程。
本公开的第六方案涉及用于安装风轮机的桩基底(诸如导管架基底)的方法，该方法包括以下步骤：设置用于基底的一个或多个支腿，其中每个支腿包括用于与海床接触的一个或多个下部部件和用于与过渡件接触的一个或多个上部部件；将根据第一方案的垫片安装至下部支腿；将下部支腿组装到上部支腿，使得垫片夹持在两个支腿之间。
在本发明的第六方案的优选实施例中，基底是导管架基底(诸如三角架基底或四角架基底)。
本公开的第七方案涉及用于使风轮机的过渡件的底部部件与桩结构形状配合的垫片的制造。在优选实施例中，垫片通过浇铸(casting process)工艺(诸如模铸)制造，并且垫片和过渡件可在海上场所或陆上组装。在另一优选实施例中，垫片通过对过渡件的内表面或过渡件的底部部件上的喷涂工艺或涂覆工艺(诸如热喷涂或喷雾干燥)制造。优选地，在海上或陆上组装之前，过渡件包覆有垫片。可选地，过渡件在陆上(诸如在过渡件生产场地处)被包覆。在另一优选实施例中，通过喷涂聚脲溶液而制造垫片，因而垫片形成为聚脲涂层。
本发明的第七方面的优选实施例涉及用于制造用于风轮机的过渡件的底部部件的垫片的方法，该方法包括以下步骤：
-将流体弹性材料逐渐喷涂到过渡件的待与桩结构组装的区段的底部内表面上，从而形成弹性材料层，
-固化弹性材料层，从而形成垫片。
本发明的第七方案的另一优选实施例涉及用于制造用于风轮机的过渡件的底部部件的垫片的方法，该方法包括以下步骤：
-将流体弹性材料浇注到一个或多个预制模具中，
-固化弹性材料以形成包括一个或多个部件的垫片。
附图说明
在下文中将参照附图更详细地描述本发明。
图1示出了安装在单桩1上的过渡件2，其中单桩1的上部部件被包裹在所公开的垫片3的实施例中。
图1A以立体侧视图示出了组件，并且其中线D-D标示单桩1的中心和纵向方向。垫片在图1A中不可见。
图1B示出了组件的竖直截面，并且其中为了参考而包含来自图1A的线D-D。现在可以看到垫片3夹持在过渡件2与单桩1之间。
图2示出了所公开的垫片3的实施例，其成形为中空的截头圆锥形，在上部处具有凸缘4。单桩的纵向中心和纵向方向由线D-D标示。
图2A示出了从垫片3的底部看过去的立体图。
图2B示出了竖直截面视图，其中看到截头圆锥形，并且还标示了垫片的示例性尺寸。
图2C示出了圆锥的水平截面视图，其示出了截头圆锥的下部直径和上部直径及凸缘4。还标示了示例性尺寸。
图2D示出了垫片3的凸缘4的实施例的放大视图。该放大视图与由图2B中的“E”所标示的区域相对应。凸缘4包括沿着圆锥的水平和径向方向延伸的凸缘部，因此，凸缘的水平部相对于圆锥的壁形成大于90°的角。壁厚度和水平凸缘部的延伸部的示例性尺寸被标示。
图3示出了所公开的垫片3’的另一实施例，其成形为中空的截头圆锥形，其中圆锥的曲面还包括多个孔。
图3A示出了从垫片3’的底部看过去的立体图。
图3B示出了竖直截面视图，其中看到截头圆锥形，并且还标示了垫片3’的示例性尺寸。单桩的中心和纵向方向由线D-D标示。
图3C示出了圆锥的水平截面视图，其示出了截头圆锥的下部直径和上部直径，以及孔的位置。还标示了下部直径和上部直径以及垫片3’的示例性尺寸。
图3D示出了垫片3’的凸缘4的放大视图。该放大视图与图3B中的“E”所标示的区域相对应。凸缘4包括沿着圆锥的水平和径向方向延伸的凸缘部，因此，凸缘的水平部相对于圆锥的壁形成大于90°的角。标示了壁厚度和水平凸缘部的延长部的示例性尺寸。
图4A和图4B示出了图1的垫片3的实施例，该垫片包括沿着圆锥的水平和径向方向延伸的凸缘4部分，并且还被构造为与单桩1的顶部部件接合。
图5示出了所公开的垫片3”的另一实施例，其成形为中空的截头圆锥形，其中圆锥是由三个部件1-3组装的。
图5A示出了从垫片3”的底部看过去的立体图。
图5B示出了竖直截面视图，其中看到截头圆锥形，并且标示了三个部件1-3。还标示了垫片3”和部件1-3的示例性尺寸。单桩的中心和纵向方向由线D-D标示。
图5C示出了圆锥的水平截面图，其示出了截头圆锥的下部直径和上部直径。还标示了垫片3”的下部直径和上部直径的示例性尺寸。
图5D示出了垫片3”的部分3的凸缘4的放大视图。该放大视图与由图5B的“E”所标示的区域相对应。凸缘4包括沿着圆锥的水平和径向方向延伸的凸缘部，因此，凸缘的水平部相对于圆锥的壁形成大于90°的角。标示了圆锥壁厚度和水平凸缘部的延伸部的示例性尺寸。
图6示出了由三个塔架区段5组装的风车塔的截面实施例，并且其中塔架区段与根据本公开的垫片3”’组装和安装在一起。塔架区段为圆锥形的，并且垫片安装在设置在下方的塔架区段上的直径较小的一端部上。通过使设置在上方的塔架区段上的直径较大的一端部降低以使得垫片夹持在两个塔架区段之间的圆锥形接触区域中来组装部件。
图7示出了在图6中示出的风车塔的截面实施例，其中塔在海上设置在过渡件2上，该过渡件设置在海平面7上。
图8示出了导管架基底的实施例，其中基底是包括三个支腿1’的三角架。
图9示出了导管架基底的实施例，其中基底是包括四个支腿1’的四角架。
图10示出了基底支腿1’的实施例的分解视图，该基底支腿包括用于与海床接触的下部部件8和用于与过渡件接触的上部部件9，并且其中下部部件和上部部件形成圆柱形形状配合的组件。垫片3””安装在下部部件上，并且组装时，垫片夹持在两个部件之间的接触区域中。
图11示出了基底支腿1’的实施例的分解视图，该基底支腿包括用于与海床接触的下部部件8’和用于与过渡件接触的上部部件9’，并且其中下部部件和上部部件形成闭合的管状形状配合的组件。垫片3””’安装在下部部件上，并且组装时，垫片夹持在两个部件之间的接触区域中。
图12示出了本公开的实施例，其中垫片包括被构造为组装成圆锥形垫片的五个圆锥形部件(部件3-1、3-2、3-3、3-4和3-5)。该图以截面视图示出了垫片，并且每个部件的至少一个周界边缘形成锐角，以使得邻接部件以类似楔入的方式组装。与过渡件2的接触区域相对于过渡件2的位置被标示且在图12的右侧示出。
具体实施方式
在将过渡件安装在单桩上时，所公开的垫片3、3’、3”、3”’、3””、3””’、3-1可取代灌浆和螺栓连接(灌浆和螺栓连接为当前的标准工序)。灌浆仅可在单桩的位于海平面上方的部件上执行，并且灌浆仅可在特定天气条件下(诸如在特定温度以上)执行。另外，将两个元件螺栓连接在一起是复杂的、耗时的和昂贵的工序。所公开的垫片3、3’、3”、3”’、3””、3””’、3-1可用在单桩与过渡件之间的组装在海平面以下的情况中，从而可降低过渡件与单桩之间的组装点。在一些情况中，利用所公开的垫片，过渡件和单桩的组装点可被降低多达10米，从而显著降低整个风轮机构造的质心。
此外，当前所公开的垫片不是与灌浆相同程度地取决于天气条件。垫片还可在运输到单桩的位置之前，在陆地上安装在过渡件的底部部件中。例如，可对过渡件的底部部件(诸如圆柱形过渡件的内表面)进行涂覆或喷涂，以形成附接至过渡件的垫片。因此，在此公开的垫片可对风轮机(特别是海上风轮机)的安装提供显著的成本降低。
所公开的垫片还可使单桩与过渡件之间的相对移动最小化；例如，在风轮机的运转期间由震动、波浪、风和潮汐所引起的移动。所公开的垫片还可作为单桩与过渡件之间的密封件。所公开的垫片还能够调节单桩与过渡件之间的几何公差方面的不匹配。
图1示出了具有略微圆锥、几乎为圆柱形的单桩1和所公开的垫片3的实施例，该垫片围绕单桩1的一部分。图1A以侧视图示出了单桩和过渡件的组件，其中垫片不可见，并且图1B示出了组件的竖直截面，其中可看到垫片3夹持在单桩1与过渡件之间。从图1看到垫片3具有中空长形本体的形状，在本例中为截头圆锥形。
如图1和图4中最佳示出的，过渡件2的底部部件将安装在垫片3的顶部或周围。在风轮机的组装和安装之后，可因震动和天气而引起单桩1和/或过渡件2的移动。该移动将产生传递到垫片3的应力。取决于垫片的特性，应力可被进一步传递到组件的其它部件。
为了使组件内的移动最小化，并且因此稳定过渡件相对于单桩的位置，垫片3能够吸收应力是有利的。弹性材料是粘弹性的，即，具有粘性特性和弹性特性两者，并且其因此适于吸收应力。
因此，本公开的垫片优选地主要由弹性材料制造，并且因此被构造为吸收应力，其中应力可以是任何类型的应力，并且应力可具有任何方向。
在一个实施例中，垫片被构造为通过吸收因过渡件和/或单桩相对于彼此的移动而产生的压缩应力、拉应力和/或剪应力而稳定过渡件相对于单桩的位置。
垫片可经受压缩应力、拉应力和/或剪应力。然而，在风轮机的运转期间，垫片的压缩将是普遍存在的。因此由于高压缩力而导致的垫片失效是危险的并且必须避免。在本发明的另一实施例中，垫片因此被构造为承受高于10N/mm2、更优选地高于15N/mm2、最优选地高于20N/mm2的压缩力。
本公开的垫片被构造为支承负荷。因此，弹性材料具有特定硬度是必要的。垫片可由选定的现有技术已知的弹性材料类型制造，并且通过选定的现有技术已知的工艺制造，由此可获得需要的硬度。
垫片可通过浇铸工艺(诸如模铸)制造。浇铸工艺包括将流体形状的弹性材料或其前体(precursor)浇注到一个或多个预制模具中。该材料随后固化或硬化，以形成垫片。因此，垫片可浇铸为一件或多件(其为一个或多个独立式单元)。在浇铸多个部件时，多个浇铸部件可随后组装以形成垫片。浇铸垫片和/或垫片部件可在海上场所或在陆上组装。
垫片还可通过喷涂工艺或涂覆工艺(诸如热喷涂或喷雾干燥)制造。喷涂或涂覆工艺包括将流体形状的弹性材料或其前体喷涂到表面(诸如过渡件上的表面)上。该工艺可限制到表面的某些部分，诸如过渡件的将与桩结构组装在一起的区段的底部内表面。喷涂形成弹性材料层，该弹性材料层随后被固化或硬化，由此形成垫片。
在这种情况下，垫片作为施加在过渡件的底部部分(诸如圆柱形过渡件的内表面)上的涂层而形成。在这种情况下，在海上或陆上组装之前给过渡件包覆以垫片也是有利的。可选地，过渡件在陆上(诸如在过渡件生产场所处)包覆/喷涂。喷涂或包覆通常是比浇铸更昂贵的制造工艺，但具有的优点是，用于喷涂/包覆的原料的运输比浇铸垫片的运输更划算。喷涂/包覆工艺的另一优点是确保垫片与过渡件的实际内表面形状配合。
可被构造为支承负荷的弹性材料包括聚氨酯(PUR)。在另一实施例中，弹性材料选自由聚氨酯(PUR)、橡胶、尼龙、聚甲醛(POM)、聚乙烯(PE)、聚脲和它们的任何组合组成的组。最优选的材料是聚氨酯(PUR)和/或聚脲。
弹性材料可通过浇铸工艺或喷涂工艺制造。对于某些弹性材料，由于液体弹性体的物理特性，使用喷涂工艺可能是有利的。在优选实施例中，喷涂体系是聚氨酯体系，诸如聚脲热浇铸和冷浇铸体系。在另一优选实施例中，通过喷涂制造的垫片由聚脲组成。
在另一实施例中，弹性材料具有根据ASTM D2240的至少70、更优选地至少80、更优选地至少85、甚至更优选地在70至120之间，更优选地在80至100之间以及最优选地在85至95之间的肖氏A硬度。在另一实施例中，弹性材料具有至少50、更优选地至少60、且最优选地至少75的肖氏D硬度。在另一实施例中，垫片包括具有至少75的肖氏D硬度的聚脲，其中垫片优选地通过喷涂/涂覆工艺制造。
优选地，垫片主要以弹性材料制造，并且垫片吸收应力的能力将取决于弹性材料的量。弹性材料的量越高，应力吸收就越好。因此，垫片可包括70-100％的弹性材料，更优选地90-100％、甚至更优选地95-100％、且最优选地99-100％的弹性材料。
垫片包括某些类型的聚氨酯也可能是有利的。
聚氨酯弹性体由二异氰酸酯、长链多元醇和短链填充剂的反应制备。通过改变每种组分，可调整聚氨酯弹性体的特性以满足特定应用的需要。
浇铸聚氨酯弹性体可通过二异氰酸酯与聚醚/聚酯多元醇之间的用以形成预聚物的反应以及随后的所述预聚物与链填充剂之间的反应而形成。一旦反应和固化，就形成弹性体的三维结构。
在优选实施例中，二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、脂肪族和非常规异氰酸酯以及它们的任何组合的组。
在优选实施例中，多元醇选自聚醚多元醇和/或聚酯多元醇的组。在另一优选实施例中，聚醚/聚酯多元醇选自聚丙二醇(PPG)、聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)、聚己二酸酯、聚己内酯、非常规多元醇和它们的任何组合的组。
在优选实施例中，通过二异氰酸酯与聚醚/聚酯之间的反应形成的预聚物选自预聚物的系列的组，包括：使用热铸方法处理的传统TDI和MDI封端的基于聚醚和聚酯的预聚物；无汞MDI体系；具有低未反应TDI含量以减小操作者对TDI的暴露的预聚物；具有醚或酯主链的类MDI(Quasi-MDI)预聚物；具有与TDI预聚物可比的处理特征的胺交联MDI预聚物；和以专用二异氰酸酯封端的预聚物。
本发明涵盖主要由大分子构成的所有固体塑料。这些固体塑料的示例包括热塑性塑料(诸如聚乙烯或聚丙烯等)、热固性材料(诸如环氧树脂或三聚氰胺树脂等)、弹性体(诸如天然橡胶或合成橡胶等)、和热塑性弹性体(诸如热塑性共聚多酰胺或聚酯弹性体)。
优选地，但不排他地，在本发明的上下文中使用聚氨酯、聚脲或聚氨酯-聚脲混合化合物。这些在下文中称为聚异氰酸酯加聚产物。
这些特别包括密实型聚异氰酸酯加聚产物，诸如弹性体、硬质体、聚异氰酸酯加聚铸模树脂或热塑性聚异氰酸酯加聚产物和基于聚异氰酸酯加聚产物的泡沫，诸如柔性泡沫、半刚性泡沫、刚性泡沫或整体泡沫，以及聚异氰酸酯加聚产物涂层和粘合剂。
在本发明的上下文中，聚异氰酸酯加聚产物还被理解为意指包含聚异氰酸酯加聚产物和其它聚合物的聚合物共混物，以及来自于这些聚合物共混物的泡沫。
优先考虑密实型聚异氰酸酯加聚产物、涂层或整体泡沫，更优选地密实型聚异氰酸酯加聚产物和涂层，特别是聚异氰酸酯加聚产物树脂、聚异氰酸酯加聚产物浇铸弹性体和热塑性聚异氰酸酯加聚产物和涂层，和非常特别优选地聚异氰酸酯加聚产物浇铸树脂，也称为聚异氰酸酯加聚产物硬质体，和聚异氰酸酯加聚产物弹性体和涂层。
在本发明的范围内，密实型聚氨酯或固体聚氨酯被理解为意指基本上不包括夹附气体的固体。在这种情况下，“基本上不包括夹附气体”意味着聚氨酯优选地包含小于20％体积比(by volume)、特别是优选地小于10％体积比、特别是小于5％体积比，并且非常特别是小于2％体积比的夹附气体。
热塑性聚氨酯被理解为意指显示出热塑性特性的密实型聚异氰酸酯加聚产物。热塑性特性被理解为意指热塑性聚异氰酸酯加聚产物可在加热期间重复熔化并在加热期间显示出塑性流动。
聚异氰酸酯加聚产物浇铸树脂意指通过混合原料并且随后将反应混合物浇铸到模具中获得的密实型聚异氰酸酯加聚产物。
为了涂覆较大的表面，将浇铸树脂倒出并例如通过刮除或使用刮片进行分配。
可选地，这些体系可通过喷涂而应用。在非化学交联浇铸弹性体与高交联硬质体或浇铸树脂之间进行区分。
在本发明的范围内，并且作为本发明的实施例，聚异氰酸酯加聚产物泡沫被理解为根据DIN 7726的泡沫。
聚异氰酸酯加聚产物粘合剂包括用于胶粒、聚异氰酸酯加聚产物刚性泡沫废料和用于无机产物的粘合剂。
为了制备本发明的实施例，使聚异氰酸酯与具有至少两个异氰酸酯反应性氢原子(例如OH基团或NH2基团)和至少350g/mol的分子量的化合物(可选地低分子量的扩链剂和/或交联剂，如果合适，催化剂，可选地推进剂和可选地其它添加剂)进行反应，以形成反应混合物并与聚异氰酸酯加聚产物进行反应。
用于根据本发明生产聚异氰酸酯加聚产物的聚异氰酸酯成分包括所有聚异氰酸酯。例如，这些聚异氰酸酯包括从现有技术获知的脂肪族、脂环族和芳香族二价或多元异氰酸酯，以及它们的任何混合物。示例包括2,2’-、2,4’-和4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯，它们包括单体二苯甲烷二异氰酸酯与二苯甲烷二异氰酸酯的较高核心的同系物(聚合物MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)或其低聚物、2,4-甲苯二异氰酸酯或2,6-甲苯二异氰酸酯(TDI)或它们的混合物、四亚甲基二异氰酸酯或其低聚物、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)或其低聚物，萘二异氰酸酯(NDI)或它们的混合物。
聚异氰酸酯成分可用于聚异氰酸酯预聚物的形成。
多元醇和多胺是本领域技术人员已知的。它们具有至少两个反应性氢原子和至少350g/mol的分子量，并且可用作具有至少两个对异氰酸酯为反应性的氢原子和至少350g/mol的分子量的化合物。这些化合物具有(例如)2至8的官能度和350g/mol至12000g/mol的分子量。这包括例如：聚醚(聚酯、聚碳酸酯)多胺，聚硫聚醚(聚酯、聚碳酸酯)，聚醚(聚酯、聚碳酸酯)酰胺和/或包含羟基的聚缩醛和脂肪族聚碳酸酯和丙烯酸酯或它们的混合物。
形状
垫片优选地被构造为围绕单桩的至少部分。由于单桩的截面通常是圆形的并且顶部的外部形状通常是截头圆锥，因此所公开的垫片优选地成形为中空的长形本体，即，装配在相应的过渡件与单桩之间的本体。垫片还可适于形状配合在过渡件的通常中空的底部内部。取决于单桩和相应的过渡件的形状，当前所公开的垫片成形为中空的圆柱、中空的截头圆锥或它们的任何组合是有利的。
因此，在一个实施例中，中空的长形本体选自包含中空圆柱、中空的截头圆锥或它们的任何组合的组中。
图2示出了成形为中空的截头圆锥的垫片3。单桩的中心和纵向方向由线D-D标示。图2A示出了垫片3的立体图。图2B示出了竖直截面视图，其中可见截头圆锥形，并且还标示了垫片的示例性尺寸。在图2B中，圆锥的高度为9382.7mm，并且圆锥的壁厚度为75mm。图2C示出了圆锥的水平截面视图，其示出了截头圆锥的下部直径和上部直径。如果图2C中的实施例以具有如本文所示的材料特性的PUR制造，垫片的重量可约为15.7公吨。
垫片的尺寸部分地通过通常必须与其形状配合的相应的单桩和过渡件的尺寸确定，部分地通过考虑应力吸收能力和材料成本来确定。垫片的尺寸越大，则垫片的强度和应力吸收能力就越高。然而，较大的尺寸还与较高的垫片重量和成本相关。
在另一实施例中，中空的长形本体具有至少10mm，更优选地至少20mm，甚至更优选地至少30mm，甚至更优选地至少40mm，更优选地至少50mm，更优选地至少60mm，最更优选地至少70mm，或30-100mm之间，更优选地50-80mm之间，及最优选地60-80mm之间的壁厚度。
在本发明的另一实施例中，中空的长形本体具有至少2m，或至少3m，或至少5m，或至少7m，或至少8m，或5-20m之间，更优选地7-15m之间，最优选地9-12m之间的高度。
在另一实施例中，中空的长形本体是由下部直径和上部直径限定的中空的截头圆锥，其中下部直径在4-14m之间，更优选地在6-9m之间，并且上部直径在5-15m之间，更优选地7-10m之间。
在另一实施例中，垫片是自支撑的，即，它是自支撑的结构。因此，垫片可单独制造，并且不作为单桩或过渡件的一部分，并且本体因此通常将不是涂层。
凸缘
垫片优选地被构造为围绕单桩的至少部分，并且还优选地适于与过渡件的底部形状配合。在另一实施例中，当前所公开的垫片包括上水平凸缘4，该上水平凸缘4具有沿着垫片的径向方向延伸的凸缘部，如图4A至图4B所示。凸缘部的水平/径向长度仅是垫片的上部直径的一小部分。可设置凸缘4以确保更好地装配在过渡件内部，例如，以接合/邻接过渡件的底部中的另一凸缘部。单桩还可包括垫片的凸缘可安置于其上的凸缘部。在这种情况下，垫片的凸缘可被构造为在移动期间随单桩的凸缘一起波动。然而，凸缘不是垫片的基本特征。例如对于圆锥形的单桩，相应的圆锥形过渡件以及位于其间的匹配的垫片，上凸缘对于获得期望的垫片的功能不是必要的。
凸缘表面中的孔
垫片的尺寸与垫片的强度和应力吸收能力以及与垫片的重量和成本均正相关。有利地并且在不折损强度和应力吸收能力的情况下，垫片可由此在表面中包括开口或孔，从而减小重量和材料成本。
图3示出了成形为中空的截头圆锥的垫片3，其中圆锥的曲面包括多个呈圆孔形状的开口5。图3A示出了垫片的立体图。图3B示出了竖直截面视图，其中可见截头圆锥形，并且还标示了垫片的示例性尺寸。单桩的中心和纵向方向由线D-D标示。图3C示出了圆锥的水平截面视图，其示出了截头圆锥的下部直径和上部直径，以及孔的位置。孔可具有圆形或椭圆形形状或它们的组合。图2和图3中的垫片具有类似的尺寸，一个差别是图3中的实施例中的表面孔。如果用PUR制造，则图3中的垫片的重量可约为12.7公吨，即，提供如图3所示的孔可使垫片的重量减小约3公吨。减小垫片的重量的另一种方式是将其提供为网状结构。
相对于图2中示出的没有开口的垫片，具有开口的垫片还可包括径向的(和可选水平的)凸缘部。图3D示出了在图3B中标示为“E”的区域的放大视图，其示出了沿着圆锥的水平和径向方向延伸的凸缘部，因此，凸缘的水平部相对于圆锥的壁形成大于90°的角。
在另一实施例中，孔的总面积占圆锥的表面面积的10-70％之间，更优选地占圆锥的表面面积的20-50％之间，并且最优选地占圆锥的表面面积的25-40％之间。在示例中
在本发明的另一实施例中，开口设置在距中空的长形本体的两端的一距离处，即，垫片的顶部和底部不包括孔，因为在过渡件例如由于风而正移动时顶部和底部将承受所引起的大部分应力。在一个实施例中，孔因此可设置在距中空的长形本体的下部和上部1-5m范围内的距离处，更优选地设置在2-4m范围内的距离处，并且最优选地设置在3-4m范围内的距离处。
由部件组装的垫片
所公开的垫片可以是主要用弹性材料制造且成形为中空的长形本体的单个结构。然而，当前所公开的垫片3或3’也可由多个部件组装而成。由多个部件组装而成的垫片通过降低对组装设备以及垫片制造设备的需求而便于过渡件与单桩之间的组装。用于覆盖单桩的垫片或组装的垫片的重量可以是巨大的。在本发明的实施例中，垫片或组装的垫片的重量在10000-20000kg之间，更优选地在14000-18000kg之间，并且最优选地在15000-17000kg之间。
因此，对于包括多个部件的垫片，垫片的安装变得更灵活，并且取决于其在逻辑上(logistically，组织管理上)成本效率更高，其可在陆地上或在海平面以下安装，从而引起潜在的成本降低。在本公开的一个实施例中，垫片因而由多个部件组装而成。
图5A至图5B示出了由三个部件组装而成的垫片3”，其中第一部件(部件1)将被设置在最下方，第三部件(部件3)将被设置在单桩的顶部，第二部件(部件2)将被设置在其它部件之间。图5A示出了从垫片3”的底部看过去的立体图，图5B示出了竖直截面视图，其中可见截头圆锥形状，并且标示了三个部件，即部件1、部件2和部件3。还标示了垫片3”和部件1至部件3的示例性尺寸。单桩的中心和纵向方向由线D-D标示。
从成本效率角度来看，部件的优选数量取决于每个部件的重量。垫片3”可由至少2个部件组装而成，更优选地由至少3个部件组装而成，甚至更优选地由至少4个部件组装而成。在另一实施例中，垫片3”由6个部件组装而成，更优选地由5个或4个部件组装而成，并且最优选地由2个或3个部件组装而成。
在图5A至图5B中，垫片3”的每个部件具有中空的截头圆锥的形状，其可由第一直径和第二直径限定，其中上部第一直径小于下部第二直径。因此在由多个部件组装而成的垫片3”中，一个部件的最大直径优选地与接下来位于单桩上和过渡件的底部中的另一部件的较小直径相对应。这有助于使得垫片部件可按顺序组装，以使得部件1首先设置，随后设置部件2，然后设置部件3。因此在本公开的一个实施例中，每个部件具有中空的截头圆锥的形状。为了最大程度地稳定过渡件相对于单桩的位置，或者为了最大的应力吸收，组装好的垫片3”有利地形成连续的中空截头圆锥，并因此完全环绕单桩的部分。这可以通过垫片3”的多个圆锥获得，所述圆锥具有直径，所述直径被构造成使得所述部件可以被紧邻地组装，从而完全覆盖单桩，如图5A和图5B在右边的草图中所示的。因此，在本公开的一个实施例中，多个圆锥的直径被构造成使得组装的圆锥形成连续的中空截头圆锥。
图5C示出了组装的圆锥的水平横截面，其示出了截头圆锥的下部直径和上部直径。还标示了垫片3”的下部直径和上部直径的示例性尺寸。
组装的垫片3”的部件3还可包括凸缘4。图5D示出了垫片3”的凸缘4、部件3的放大视图。该放大视图与图5B中由“E”所标示的区域相对应。凸缘4包括沿着圆锥的水平和径向方向延伸的凸缘部，因此，凸缘的水平部相对于圆锥的壁形成大于90°的角。在图中标示了圆锥壁厚度和水平凸缘部的延长部的示例性尺寸。
图12示出了包括多个部件且由多个部件组装的垫片的另一实施例。相对于过渡件2的位置在图的右侧示出。
为了使垫片的运输和组装更简单，垫片包括多个部件是有利的，其中邻接部件被构造为以预定的方式匹配。例如，多个部件可以以与拼图类似的方式相互匹配，其中邻接部件可以仅以预定的方式装配。
如图12所示，对于包括彼此上下布置或布置在彼此的延伸部中的多个圆锥形部件的圆锥形垫片，邻接部件是形成截头圆锥的底部周界和顶部周界的边缘。邻接边缘可相对于圆锥的外表面形成锐角，从而圆锥形部件在彼此上下布置时可以以类似嵌套或楔入的方式组装。
在优选实施例中，邻接部件是圆柱形或圆锥形的并且沿着顶部周界和底部周界的至少一个边缘形成锐角，以使得邻接部件可以以类似楔入的方式匹配或组装。
图12中示出的垫片包括五个圆锥形部件3-1、3-2、3-3、3-4和3-5。对于布置在中间的三个部件3-2、3-3、3-4，顶部周界和底部周界都与相邻的圆锥邻接，并且两个周界边缘都形成锐角。对于布置在组装的垫片圆锥的顶部和底部的两个部件3-1、3-5，仅各自的底部周界边缘和顶部周界边缘与相邻的圆锥邻接。因此，可选地仅周界边缘其中之一形成锐角。
根据本公开的垫片可对过渡件形成连续的表面接触区域，如图1和图4的实施例所示。额外地或可选地，垫片可对过渡件形成不连续的表面接触区域，如图12的实施例所示。
应用
当前所公开的垫片可用于安装任何陆地上或海上风轮机相关的结构。这包括适于将过渡件安装到桩结构(例如，将过渡件安装到单桩)，或将过渡件安装到用于与海床接触的任何其它类型的基底结构，诸如用于三角架或四角架的桩。三角架或四角架的各自的三个或四个桩(或支腿)中的每个可视为相当于单桩。
当前所公开的垫片还适于将具有与过渡件相对应的结构几何形状的其它海上风轮机相关的结构安装到桩结构。
风轮机结构可具有过渡件或塔架，其包括多个元件或区段。区段可包括与过渡件到桩结构类似的管状或圆锥组件形状。因此，垫片可适用于安装过渡件的多个元件，或适用于安装多个塔架区段。
为了生产较大的(并因此更有效率的)风轮机塔架，塔架实际上通过组装多个塔架区段来生产。图6示出了由三个塔架区段5组装而成的风车塔的截面实施例，并且其中区段利用根据本公开的垫片3”’的实施例组装和安装。塔架区段为圆柱形的，并且垫片安装在设置在下方的区段上的具有较小直径的端部上。通过降低设置在上方的区段的具有较大直径的端部以使得垫片被夹在两个区段之间的圆锥形接触区域中而组装部件。
组装的塔架区段等同于单桩和过渡件的组件，其中设置在下方的塔架区段与单桩相对应，并且设置在上方的塔架区段与过渡件相对应。
除了便于生产较大规模的塔架以外，垫片还可向塔架提供灵活性。因此，在塔架暴露于来自周围环境和风轮机的移动部件两者的应力时，塔架的应力耐性提高。
在设置在海上之前，塔架区段的组装可在陆地6上(即，在陆上)实施。图7示出了图6中示出的风车塔的截面实施例，其中塔架设置在海上的海平面7处，并安装在过渡件2上。
塔架区段是大规模结构，且因此，垫片能与塔架尺寸形状配合是有利的。
在本发明的实施例中，垫片的厚度在10-60mm之间，更优选地在20-50mm之间或在30-40mm之间。在另一实施例中，垫片的高度在2000-7500mm之间，更优选地在2500-6500mm之间，或在3000-6000mm之间。
风轮机结构通过例如驱入到海床中的单桩而安装到地面(ground，地基)中。等同于单桩，大规模结构也可安装在导管架(jacket)基底上，诸如三角架或四角架基底。由于结构的重量由多个桩(或支腿)而不是由单个单桩支撑，因此导管架基底可提供更强的和更灵活的基底。
图8示出了导管架基底的实施例，其中基底是包括三个支腿1’的三角架。图9示出了导管架基底的实施例，其中基底是包括四个支腿1’的四角架。
为了便于组装基底以及为基底提供灵活性，基底桩或支腿通过由多个部件(诸如用于与海床接触的下部支腿和用于与过渡件接触的上部支腿)构成的垫片组装而成是有利的。
因此，组装的基底支腿相当于单桩和过渡件的组件，其中下部支腿相当于单桩，上部支腿相当于过渡件。
图10示出了基底支腿1’的实施例的分解视图，该基底支腿包括用于与海床接触的下部部件8和用于与过渡件接触的上部部件9，并且其中下部部件和上部部件形成圆锥形形状配合的接触区域。垫片3””安装在下部部件上，并且在组装时，垫片夹在两个部件之间的圆锥形接触区域中。
图10中示出的支腿1’可构成任何风轮机结构的基底。在本发明的一实施例中，支腿是单桩的部分。在本发明的另一实施例中，基底是导管架基底，诸如三角架或四角架基底，因此，分别包括三个或四个支腿。
组装的支腿可以具有如图11所示的其它几何形状组装，其中垫片3””’在一端是封闭的，从而围绕用于与海床接触的下部部件8’的一端。因此，在用于与过渡件接触的上部部件9’与下部部件组装时，垫片夹在两个部件之间的完全接触的区域中。
图10和图11两者示出了垫片是中空的长形本体的实施例。然而，对于具有封闭端垫片的实施例，垫片与基底支腿之间的接触面积较大。较大的接触面积对于提高基底支腿的灵活性可以是有利的。在本发明的优选实施例中，中空的长形本体在一端是封闭的。
基底支腿是大规模结构，并且因此有利的是垫片可与支腿形状配合。
在本发明的一实施例中，垫片的厚度在10-60mm之间，更优选地在20-50mm之间或在30-40mm之间。
在另一实施例中，垫片的高度在3000-7000mm之间，更优选地在3500-6500mm之间，或在4000-6000mm之间。
在另一实施例中，垫片的直径在500-5000mm之间，更优选地在1000-4000mm之间或在1200-2650mm之间。

Claims (29)

1.一种用于与风轮机的过渡件的底部部件形状配合的垫片，所述垫片主要用弹性材料制造并成形为中空的长形本体，用于在安装在所述过渡件与桩结构之间时围绕桩结构的至少一部分，所述桩结构诸如为用于单桩、三角架或四角架的桩，使得所述垫片稳定所述过渡件相对于所述桩结构的位置。
2.根据权利要求1所述的垫片，其中，所述垫片被构造为通过吸收由于所述过渡件和/或所述桩结构的移动而产生的压缩应力、拉应力和/或剪应力而稳定所述过渡件相对于所述桩结构的位置。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的垫片，其中，所述垫片被构造为承受高于10N/mm2，更优选地高于15N/mm2，并且最优选地高于20N/mm2的压缩力。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的垫片，其中，所述弹性材料选自包括聚氨酯(PUR)、橡胶、尼龙、聚甲醛(POM)、聚乙烯(PE)和它们的任何组合的组，更优选地所述弹性材料是聚氨酯，诸如聚脲。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的垫片，所述垫片通过浇铸工艺或喷涂工艺制造。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的垫片，其中，所述弹性材料具有根据ASTMD2240的至少70，更优选地至少80，更优选地70-120之间，更优选地80-100之间，更优选地85-95之间的肖氏A硬度，或具有至少50，更优选地至少60，并且最优选地至少75的肖氏D硬度。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的垫片，包括至少95％的弹性材料。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的垫片，其中，所述中空的长形本体的形状选自包含中空圆柱、中空截头圆锥和它们的任何组合的组。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的垫片，其中，所述中空的长形本体具有至少20mm，更优选地至少30、40或50mm的壁厚度。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的垫片，其中，所述中空的长形本体具有至少7m，更优选地6.5、6、5、4或3m的高度。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的垫片，其中，所述中空的长形本体还包括沿着所述本体的径向方向延伸的上凸缘。
12.根据权利要求1-10中的任一项所述的垫片，其中，所述中空的长形本体在一端被封闭。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的垫片，其中，所述中空的长形本体具有包括一个或多个孔的表面。
14.根据权利要求13所述的垫片，其中，所述孔的面积占所述中空的长形本体的表面积的至少25％。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的垫片，其中，所述中空的长形本体是自支撑结构。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的垫片，其中，所述垫片由多个部件组装而成。
17.根据权利要求16所述的垫片，其中，所述垫片由6个部件，更优选地5个或4个部件，并且最优选地2个或3个部件组装而成。
18.根据权利要求16所述的垫片，其中，所述垫片由至少2个部件，更优选地至少3个部件，甚至更优选地至少4个部件组装而成。
19.根据权利要求16-18中的任一项所述的垫片，其中，每个部件具有中空的截头圆锥的形状。
20.根据权利要求19所述的垫片，其中，多个圆锥的直径被构造为使得组装的圆锥形成连续的中空截头圆锥。
21.根据权利要求16-20中的任一项所述的垫片，其中，所述多个部件被构造为以类似楔入的方式邻接。
22.根据前述权利要求1-20中的任一项所述的垫片的用途，用于在不使用灌浆或螺栓连接的情况下安装海上风轮机结构，诸如将过渡件安装到桩结构，诸如单桩、用于三角架或四角架的桩，和/或用于安装过渡件的部件，诸如多个塔架区段。
23.一种将风轮机的过渡件安装到单桩的方法，包括以下步骤：
-将根据权利要求1-21中的任一项所述的垫片安装在所述过渡件的底部部件中，以及
-在所述单桩已固定在地面中的位置处，诸如在海上位置，将所述过渡件组装到所述单桩上以使得所述垫片夹在所述过渡件与所述单桩之间。
24.一种安装用于风轮机的多个塔架区段的方法，所述方法可选地在陆地上或海上实施，包括以下步骤：
a)设置第一塔架区段，
b)将根据权利要求1-21中的任一项所述的垫片安装到所述第一塔架区段的第一端，
c)将第二塔架区段组装到所述第一塔架区段的第一端，以使得所述垫片夹在两个区段之间，
d)针对其他塔架区段重复步骤a-c。
25.一种安装风轮机的桩基底诸如导管架基底的方法，包括以下步骤：
-设置用于所述基底的一个或多个支腿，其中，每个支腿包括用于与海床接触的下部部件和用于与过渡件接触的一个或多个上部部件，
-将根据权利要求1-21中的任一项所述的垫片安装到下部支腿，
-将下部支腿组装到上部支腿，以使得所述垫片夹在两个支腿部件之间。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述基底是导管架基底，诸如三角架或四角架基底。
27.一种制造用于风轮机的过渡件的底部部件的垫片的方法，所述方法包括以下步骤：
-将流体弹性材料逐渐喷涂到将与桩结构组装的过渡件的一区段的底部内表面上，从而形成弹性材料层，以及
-固化弹性材料层，从而形成垫片。
28.一种制造用于风轮机的过渡件的底部部件的垫片的方法，所述方法包括以下步骤：
-将流体弹性材料浇注到一个或多个预制模具中，以及
-固化弹性材料，以形成包括一个或多个部件的垫片。
29.根据权利要求27-28中的任一项所述的方法，其中，所述垫片是根据权利要求1-21中的任一项所述的垫片。
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