CN111344487B - 海上风力涡轮机、工作平台及制造工作平台的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于安装在海上风力涡轮机上的工作平台(100)。该工作平台包括当被安装时形成工作平台的顶侧(124)的不可渗透的顶板(120)、当被安装时形成工作平台的底侧(123)的不可渗透的底板(121)、以及一个或多个不可渗透的侧板(130、131、132)。不可渗透的顶部(120)、底部(121)和侧板(130、131、132)进一步布置在一起以形成不透水的封闭空间。

Description

海上风力涡轮机、工作平台及制造工作平台的方法

技术领域

本发明总体上涉及用于安装在海上风力涡轮机上的工作平台，涉及制造这种工作平台的方法，涉及包括这种工作平台的海上风力涡轮机，以及涉及用于安装具有这样的工作平台的海上风力涡轮机的方法。

背景技术

海上风力涡轮机已经成为可再生能源的主要来源之一。海上的风几乎一直存在确保了在发电量和正常运行时间方面的高效率。此外，风力涡轮机的尺寸仅受工程约束限制，而陆上风力涡轮机则更多地受其他因素(例如噪声、美观、阴影、空中交通等)的限制。

工作平台，即远离风力涡轮机的外部延伸的水平平台，是必不可少的元件。该工作平台具有多种功能，例如作为施工期间和施工后的工作区域、作为进入风力涡轮机内部的入口、作为用于安装在下方的船只着陆梯的入口位置、作为临时或永久起重机的支撑平台、作为用于导航辅助设备(例如灯光和雾号)的支撑件、作为用于提供从船只直接进入的运动补偿闸道的支撑件。

对工作平台的不同严格要求使其成为风力涡轮机中非常昂贵的元件。首先，平台必须能够承受侵蚀性的海洋环境。其次，平台可能表现出最大挠曲。第三，工作平台通常在岸上建造，安装在过渡件上，然后在海上组装到风力涡轮机上。

例如在US2015/0292175中公开的工作平台的一种实施方式包括钢管框架，该钢管框架具有固定在框架顶部上的镀覆的工作区域。然后，钢框架为平台提供必要的强度和刚度。然后可以通过在整个平台上施加一个或多个涂层来提供进一步的防腐蚀保护。

尽管基于管状框架的平台已被证明可以满足不同的严格要求，但它仍然存在一些缺点。首先，钢管框架的制造过程非常费力，因为所有部件都需要焊接在一起。为了确保所需的耐腐蚀性，需要全焊透焊缝，这可能需要花费几遍焊接才能实现。全焊透焊接带来的另外的缺点是可能发生焊接变形。其次，由于通常用于管状框架的所有弯曲和弯折，涂覆本身是费力的。此外，由于焊接引起的所有不规则部都是涂层中可能开始腐蚀的潜在薄弱点。该缺点也影响维护成本，因为必须检查和维修工作平台，例如，任何时候或者在任何地方需要重新涂覆。由于结构复杂，检查过程很长，因此很昂贵，并且由于涂层不理想，通常需要进行修复。第三，由于其必须承受极端天气条件，因此管状框架中暴露部件的钢厚度就强度方面而言通常尺寸过大。这进一步导致高的材料成本和安装成本，并且进一步加剧了与焊接有关的上述问题。

发明内容

本发明的目的是减轻上述问题和缺点，并且除其他外，提供一种工作平台，该工作平台不易变形，不易出现建筑误差或不规则部，易于涂覆，并保持较低的物料成本。

根据第一方面，该目的通过一种用于安装在海上风力涡轮机上的工作平台来实现，该工作平台包括：i)不可渗透的顶板，其当被安装时形成该工作平台的顶侧；ii)不可渗透的底板，其当被安装时形成工作平台的底侧；和iii)一个或多个不可渗透的侧板。不可渗透的顶板、底板和侧板布置在一起以形成不透水的封闭空间。

换句话说，工作平台包括箱状结构，该箱状结构由顶板、底板和侧板限定，因此限定了封闭空间。不可渗透和不透水的意思是，在工作平台被安装时，在任何天气条件下，水(即海水或雨水)都不能进入封闭空间。这样的效果是，封闭空间内的所有东西都不会暴露在天气因素下，并因此仅根据结构要求(例如刚度或挠度)进行设计。因此，优点是获得了简单得多的暴露的外部结构，其进一步导致更少的变形，更轻的材料，更少的需要涂覆的不规则部以及更低的材料成本。

有利的是，顶板、底板和侧板进一步布置在一起以形成自支撑结构。换句话说，顶板具有用于在工作平台的顶部上的竖向负载的支撑功能，并且在被安装时处于基本竖向位置的侧板将为顶板提供进一步的支撑。以类似的方式，当被安装时，一个或多个不可渗透的侧板可进一步有助于抵抗竖向挠度。

为了限制竖向挠度，所述一个或多个不可渗透的侧板的高度使得当被安装时竖向挠曲低于预定的最大竖向挠度。换句话说，平台在负载下的弯曲由侧板的高度决定。

根据一个实施例，所述一个或多个不可渗透的侧板包括内侧板和外侧板，该内侧板和外侧板布置成使得封闭空间通过内侧板围绕通孔并且从该通孔向外延伸直至外侧板；并且其中所述通孔用于装配在所述海上风力涡轮机的管状横截面部分上。

换句话说，在被已安装时封闭空间围绕风力涡轮机的桩(pile)，使得通过工作平台可接近风力涡轮机的整个轮廓。

根据一个实施例，工作平台还包括在封闭空间内的一个或多个内梁，内梁连接到顶板和/或底板，使得顶板和/或底板被支撑并且使得在使用时所述一个或多个内梁进一步有助于抵抗竖向挠度。

换句话说，内梁是工作平台的另外的结构元件。内梁的高度与侧板的高度相对应，因为它们也从顶板延伸到底板。这使得工作平台更加坚固。由于内梁未暴露，因此其尺寸可以由平台的整体刚度要求确定。这意味着可以减小内梁的厚度，因为平台的总挠度抵抗性主要取决于梁的高度。

有利地，所述一个或多个内梁根据网格图案布置。这意味着至少两个内梁彼此交叉，从而在被安装时在两个水平方向上提供结构刚度。

更有利地，为了促进内梁的交叉，内梁包括狭槽，并且根据网格图案彼此交叉的内梁通过狭槽装配到彼此中。这具有进一步的优点，即内梁将彼此互锁，使得尽管有狭槽并且甚至在交叉的内梁之间没有任何永久连接的情况下，内梁也将在其整个高度上提供挠度抵抗。

优选地，不可渗透的顶板、底板和侧板由金属制成并且焊接在一起以形成不透雨水的封闭空间。类似地，内梁也可以由金属制成并焊接到顶板和/或底板。有利的是，仅顶板、底板和侧板的厚度由耐腐蚀性确定，而内梁的厚度将仅由结构要求确定。此外，仅顶板、底板和侧板之间的连接将需要全焊透焊缝，而所有其他连接可以通过简单得多的焊缝(例如通过单程交错焊缝)来进行。

替代地，也可以将其他材料用于板和梁，例如铝、玻璃纤维或纤维增强塑料。

根据第二方面，本发明涉及一种海上风力涡轮机，其包括根据前述权利要求中任一项所述的工作平台。

根据第三方面，本发明还涉及一种用于制造根据第一方面的工作平台的方法。该方法包括以下步骤：

-提供第一板；和

-将一个或多个内梁固定到第一板上；

-将一个或多个板固定在一个或多个内梁上，从而形成第二板；和

-将一个或多个侧板固定到第一板和第二板的侧部；

于是，第一板和第二板分别对应于底板和顶板，或者可替代地，第一板和第二板分别对应于顶板和底板。

根据一个实施例，该方法还包括以下步骤：

-将一个或多个内梁的第一子集固定在第一板上；

-将一个或多个内梁的第二子集固定在第一板上，使得第一子集和第二子集形成网格图案。

根据另一个实施例，该方法还包括以下步骤：

-将一个或多个内梁焊接到第一板上；和

-将一个或多个板焊接到一个或多个内梁上。

优选地，通过交错焊接来执行对一个或多个内梁的焊接。

根据第四方面，本发明涉及用于安装海上风力涡轮机的方法，该方法包括以下步骤：

-安装海上风力涡轮机的管状部分；和

-将根据第一方面的工作平台装配在所述管状部分上，使得管状部分穿过工作平台的通孔；和

-将工作平台固定到管状部分。

附图说明

图1A示出了根据本发明的实施例的工作平台的横截面的侧视图；

图1B示出了根据本发明的实施例的工作平台的俯视图，其图的上半部是横截面；

图2示出了根据本发明的实施例的海上风力涡轮机；和

图3A、图3B、图3C和3D示出了根据本发明实施例的用于制造工作平台的制造过程的不同步骤。

具体实施方式

图1A示出了根据本发明实施例的工作平台100的横截面170的侧视图。图1B示出了该工作平台100的俯视图，其中该图的上半部示出了当从顶部观察时工作平台的内部视图，而该图的下半部示出了当从顶部124观察时工作平台的外部视图。图2示出了当被安装到海上风力涡轮机200的管状结构201上时的工作平台100。需要从图2 的角度理解用于指示工作平台100的各部件的位置的相对术语，例如顶部124、底部123、侧部、上部和下部，即较高是指远离水位205 的竖向方向270，较低是指朝向水位205的相反的竖向方向271，而例如侧部的水平参考是指与方向270和271正交的方向272。

工作平台100布置成安装在海上风力涡轮机200上。工作平台100 包括顶板120，当被安装在风力涡轮机200上时，顶板120限定水平的工作区域。顶板120是不透水的。当已安装时，沉积在工作平台上的水将不会穿透顶板，而是会由于重力而排到顶板120的侧部。有利地，顶板120相对于方向271倾斜，使得所有水快速地从工作平台排出，并且使得没有残留水保留在平台上，例如在顶板120的小的不规则部处。工作平台100还包括在顶板120的边界区域处基本竖向地布置的侧壁130、131、132。侧壁130、131、132也是不透水的。在工作平台100的底侧123上，将底板121布置到侧板130、131、132的另一侧，使得顶板120、侧板130、131、132和底板121的结合限定出封闭部。底板121也是不透雨水的。底板、顶板和侧板进一步永久性地附接在一起，以使已被安装时限定出的封闭部不受雨和水的影响。优选地，封闭部完全不透水，以使得当被安装在风力涡轮机200上时水不能从任何侧渗透到封闭部中。

根据优选实施例，板120、121、130、131、132由金属、优选地由钢制成，并且通过连续焊缝焊接在一起，从而在板之间的所有过渡处获得不渗透性。更优选地，焊缝是全焊透焊缝。工作平台100的钢板优选地具有至少8mm、更优选地至少15mm的厚度，以便在使用期间承受冲击和载荷并且在风力涡轮机200的使用寿命中提供耐腐蚀性。优选地，封闭部的外侧也被涂覆以防腐蚀和抗冲击。由于密封的封闭部，可能不需要或在较小程度上需要在内部采取防腐蚀措施。

进一步选择侧板130、131、132的高度以实现预定的结构整体性，更具体地，获得在竖向方向上的预定的最小刚度，或者类似地，在被安装时在静态和动态竖向载荷下获得工作平台的预定的最大竖向挠度。例如，对于具有8m悬垂的钢平台，侧壁的高度可以为至少70cm。这导致小于1/200的挠度，并且还允许在施工过程中进入封闭空间。

工作平台100可以进一步包括内梁161-167、141-144、151-154。梁是一种结构元件，其主要抵抗横向地施加到梁轴线的载荷，即沿竖向向下方向271的载荷。在底侧123上，梁由底部平台121支撑，在顶侧124上，梁由顶部平台120支撑。由于多个支撑位置，因此可以将梁定义为连续梁。梁具有与侧壁130-132基本相同的高度。因此，当梁由与侧壁相同的材料制成时(例如，钢)，它们将提供与侧壁类似的结构支撑，特别是在平台100的最大竖向挠度方面。内梁可以制造得比侧壁薄，这是因为由于在封闭空间中没有水的渗透，梁将较少受到腐蚀。对于与上述相同的示例，当侧壁的厚度为15mm时，梁的厚度可以为12mm。所述梁可具有诸如板的线性横截面，可替代地，所述梁可具有H、L、C、I或L形横截面。此外，梁可在中间具有孔，以在施工期间使进入变得容易并且减轻工作平台100的重量。梁141-144、151-154中的一些还可以根据网格图案布置，即，其中第一组梁141-144与另一组梁151-154交叉。梁可以进一步彼此平行地布置，例如梁141-144和梁151-154，或者梁可以彼此不平行地布置。对于布置成获得最大刚度的梁161-167就是这种情况。

根据优选实施例并且如图1A和图1B所示，工作平台100围绕通孔125。第一大致圆形的侧板132布置成围绕通孔的侧壁，并且用作封闭空间的第一侧边界。封闭空间然后进一步由顶板和底板120、121 向外延伸，即在远离侧壁132的方向上延伸，直到侧板130、131，侧板130、131用作封闭空间的沿远离通孔的方向的第二最外侧的边界。选择通孔125本身使得其对应于风力涡轮机的管状部分201的横截面。

图2示出了当安装为海上风力涡轮机200的一部分时的工作平台 100。风力涡轮机200包括从海平面250竖向延伸的管状部分201、202。最低的管状部分201可以设置为不同的元件，即，钻入海床的第一单桩和安装在单桩顶部上并在海平面上方延伸的第二过渡件。然后将工作平台附接到过渡件上。单桩和过渡件也可以由单件实现，该单件被直接锤入海床并在海平面205上方延伸。风力涡轮机可进一步包括第三管状部分或塔架202，其被安装到过渡件或单桩上。在塔架的顶部，涡轮203本身与转子叶片204附接。

工作平台还可以被提供有其他部件，例如栏杆101。

图3A至图3D示出了根据本发明实施例的用于制造用于海上风力涡轮机的工作平台的步骤。例如，可以执行这些步骤以制造上述工作平台100。

在第一步中，如图3A所示，提供工作平台的板320。优选地，板 320对应于顶板120，但是可替代地，也可以首先设置底板121。然后，如图3B所示，提供第一组内梁341、342、343，例如对应于内梁141-144。第一组内梁包括从梁的边界一直延伸到梁的中间的竖向狭槽360。狭槽的宽度优选地至少是梁自身的厚度。

然后，在如图3C所示的下一步骤中，将第二组内梁351、352、 353提供到顶部平台320上。第二组梁具有与梁341-341相似的狭槽360，并且被布置为使得第二组梁的狭槽装配到第一组梁的狭槽中。由于狭槽至少延伸到梁的中间，梁351-353滑入第一组梁中，直到它们与板320接触为止。梁341-343和351-353进一步永久固定在板320 上。当梁由金属制成时，它们可以例如通过焊接固定。由于梁全部位于工作平台100的封闭部内，因此可以进行单程焊接。此外，焊接可以是非连续焊接，例如交错焊接，从而与连续的全焊透焊接相比节省了焊接时间。优选地，梁341-343进一步在狭槽360的位置处固定(例如通过焊接)到梁351-353。

然后，在如图3D所示的下一步骤中，在梁341-343和351-353的顶部上设置板321a、321b。板例如通过焊接固定到下面的梁。此外，板321a和321b也彼此固定，从而形成单个板，优选地为工作平台的底板。由于板321a和321b当被安装时暴露，因此板优选通过全焊透焊接彼此固定。为了便于将板固定到梁341-343和351-353上，梁可以进一步包括凸缘361，例如通过使梁具有L形的横截面。

当底板321a和321b、顶板320和内梁彼此固定时，工作平台可以进一步用侧板完成，以获得不透水的完全封闭的空间(在图中未示出)。这样，可以获得如图1A和图1B所示的工作平台100。

作为上述实施例的替代，平台100的板也可以由钢以外的其他材料制成，例如铝、玻璃纤维或纤维增强塑料。代替焊接，则可以通过板之间的粘接剂粘合来实现板的永久且不可渗透的固定。

尽管已经通过参考特定实施例对本发明进行了说明，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明不限于前述说明性实施例的细节，并且本发明可以通过各种改变和变型来实现，而不脱离其范围。因此，本发明的实施方式在所有方面都应被认为是说明性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书而不是前述说明书来限定，并且因此所有落入权利要求等同的含义和范围内的改变旨在被包含在其中。换句话说，预期涵盖落入基本原理的范围内以及其本质属性在本专利申请中要求保护的任何和所有修改、变化或等同物。此外，本专利申请的读者将理解，术语“包括”或“包含”不排除其他元件或步骤，术语“一”或“一个”不排除多个，并且诸如计算机系统、处理器或另外的集成单元之类的单个元件可以实现权利要求中记载的多个装置的功能。权利要求中的任何附图标记均不应被解释为限制所涉及的相应的权利要求。当术语“第一”、“第二”、“第三”、“a”、“b”、“c”等在说明书或权利要求书中使用时，其被引入以区分相似的元件或步骤，而不一定描述顺序或时间顺序。应该理解的是，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本发明的实施例能够按照本发明以其他顺序或以与上面所述或所示的不同的方向来操作。

Claims (15)

1.用于安装在海上风力涡轮机(200)上的工作平台(100)，该工作平台包括：

不可渗透的顶板(120)，所述顶板当被安装时形成所述工作平台的顶侧(124)；

不可渗透的底板(121)，所述底板当被安装时形成所述工作平台的底侧(123)；

一个或多个不可渗透的侧板(130、131、132)；

其中，不可渗透的所述顶板(120)、所述底板(121)和所述侧板(130、131、132)布置在一起以形成不透水的封闭空间。

2.根据权利要求1所述的工作平台(100)，其中，不可渗透的所述顶板(120)、所述底板(121)和所述侧板(130、131、132)进一步布置在一起以形成自支撑结构。

3.根据权利要求1或2所述的工作平台(100)，其中，所述一个或多个不可渗透的侧板(130、131、132)当被安装时进一步有助于抵抗竖向挠度。

4.根据权利要求3所述的工作平台(100)，其中，所述一个或多个不可渗透的侧板(130、131、132)的高度被确定成使得当被安装时所述竖向挠度低于预定的最大竖向挠度。

5.根据权利要求1或2所述的工作平台(100)，其中，所述一个或多个不可渗透的侧板(130、131、132)包括内侧板(132)和外侧板(130、131)，所述内侧板和所述外侧板布置成使得所述封闭空间通过所述内侧板包围通孔(125)并从所述通孔向外延伸直至所述外侧板；并且其中，所述通孔用于装配在所述海上风力涡轮机(200)的管状横截面部分(201)上。

6.根据权利要求1所述的工作平台(100)，还包括位于所述封闭空间内的一个或多个内梁(161-167、141-144、151-154)，所述内梁连接至所述顶板(120)和/或所述底板(121)，使得所述顶板和/或所述底板被支撑并且使得在使用时所述一个或多个内梁进一步有助于抵抗竖向挠度。

7.根据权利要求6所述的工作平台(100)，其中，所述一个或多个内梁(141-144、151-154)根据网格图案布置。

8.根据权利要求7所述的工作平台(100)，其中，所述内梁包括狭槽；并且其中，根据所述网格图案彼此交叉的内梁通过所述狭槽彼此装配。

9.根据权利要求6所述的工作平台(100)，其中，不可渗透的所述顶板(120)、所述底板(121)和所述侧板(130、131、132)由金属制成并且被焊接在一起，以形成不透雨水的所述封闭空间。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的工作平台(100)，其中，所述一个或多个内梁由金属制成并且被焊接至所述顶板和/或所述底板。

11.包括根据前述权利要求中任一项所述的工作平台(100)的海上风力涡轮机(200)。

12.用于制造根据权利要求7所述的工作平台(100)的方法，包括以下步骤：

提供第一板(320)；

将一个或多个内梁(341-343，351-353)固定在所述第一板上；

将一个或多个板(321a-321b)固定在所述一个或多个内梁上，从而形成第二板；和

将一个或多个侧板固定至所述第一板和所述第二板的侧部；

并且其中，所述第一板(320)和所述第二板(321)分别对应于所述底板和所述顶板，或者所述第一板和所述第二板分别对应于所述顶板和所述底板。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括以下步骤：

将所述一个或多个内梁的第一子集(341-343)固定在所述第一板上；

将所述一个或多个内梁的第二子集(351-353)固定在所述第一板上，使得所述第一子集和所述第二子集形成网格图案。

14.根据权利要求12或13所述的方法，还包括以下步骤：

将所述一个或多个内梁(341-343、351-353)焊接到所述第一板上；和

将所述一个或多个板焊接到所述一个或多个内梁上。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，通过交错焊接来执行对所述一个或多个内梁(341-343、351-353)的焊接。

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