CN112236359B - 用于将漂浮式风能设备紧固在水体底部处的漂浮平台 - Google Patents

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Abstract

一种用于借助锚固在水体底部处的系泊浮子(200)而将漂浮式风能设备(300)紧固在水体底部处的漂浮的平台，其中，漂浮式风能设备(300)具有沿朝向水体底部的方向敞开的、用于容纳系泊浮子(200)的凹部，其特征在于用于将漂浮式风能设备(300)定位在相对于漂浮的平台预先确定的位置中的定位装置以及用于将系泊浮子(200)下沉到平台下方和通过升高系泊浮子(200)而将系泊浮子(200)装入到漂浮式风能设备(300)的凹部中的致动器。

Description

用于将漂浮式风能设备紧固在水体底部处的漂浮平台
技术领域
本发明涉及一种借助于锚固在水体底部上的系泊浮子(Mooring-Boje)将漂浮式风能设备紧固在水体底部处，其中，漂浮式风能设备具有沿朝向水体底部的方向敞开的、用于容纳系泊浮子的凹部。
背景技术
从DE 10 2016 118 079 B3已经公知了一种漂浮式风能设备，该漂浮式风能设备具有沿朝向水体底部的方向敞开的、用于容纳锚固在水体底部处的系泊浮子的凹部。为了将系泊浮子装到风能设备的凹部中，在那里提出，通过对设置在风能设备中的压舱水箱进行注水(提供压舱物)来使系泊浮子下沉，将风能设备的凹部定位下沉的系泊浮子上方，并且通过排空压舱水箱来使系泊浮子能水面而装到凹部中。
然而，实际的考虑已经表明，难以将风能设备的凹部精确地定位在沉在水体表面下方的系泊浮子上方。在此，风能设备相对于布置在水体表面下方的系泊浮子的精确定向也由于天气情况和海浪而变得困难。
发明内容
因此，本发明的任务是，提供一种装置和方法，利用该装置，即使在恶劣的天气情况下也可以将锚定在水体底部上的系泊浮子以简单的方式和方法安装到风能设备的沿朝向水体底部的方向敞开的凹部中。
本发明的基本构思在于，提出一种平台，该平台能够实现具有沿朝向水体底部的方向敞开的、用于容纳系泊浮子的凹部的、漂浮式风能设备相对于根据本发明的平台的精确定位，由此在平台、风能设备和系泊浮子的几何形状预先已知的情况下实现了：借助于设置在平台处的致动器将系泊浮子装入(插入)风能设备的凹部中。
在此，致动器构造为升降机或枢转臂，其中，系泊浮子能从第一位置进入第二位置中，并且最终进入第三位置中，在第一位置中，系泊浮子布置在水体表面上方并且能够与锚绳连接，在第二位置中，系泊浮子布置在水体表面下方并且特别是在漂浮式风能设备下方，在第三位置中，系泊浮子装入到风能设备的凹部中。
根据本发明，提出了用于借助锚固在水体底部处的系泊浮子而将漂浮式(浮动式)风能设备紧固在水体底部处的漂浮的平台，其中，漂浮式风能设备具有沿朝向水体底部的方向敞开的、用于容纳系泊浮子的凹部，其中，漂浮(浮动)的平台具有用于将漂浮式风能设备定位在相对于漂浮的平台预先确定的位置中的定位装置，并具有致动器，用于将系泊浮子向平台下方下沉和通过升高系泊浮子而将系泊浮子装到漂浮式风能设备的凹部中。
定位装置可以是设置在平台处的结构，风能设备能贴靠在(邻抵于)或靠在该结构处。尤其地，定位装置是用于将漂浮式风能设备对接在漂浮的平台上的对接区，该对接区特别是U形地构造。
特别优选地规定，对接区和漂浮式风能设备的一个部段彼此互补地构造，使得风能设备和平台能够近乎插接在一起。尤其是，形成形状配合的各元件可以弹性地构造。
此外，平台具有至少一个缆绳绞盘，用于将漂浮式风能设备拉(紧)到漂浮的平台上。特别地，风能设备具有用于紧固缆绳绞盘的缆绳的止动点(附接点)，其中，缆绳绞盘和风能设备的止动点(附接点)彼此相对地定向，使得风能设备借助缆绳绞盘被张紧到平台的定位装置处、尤其是平台的对接区处。
替代地，可以设置水平可动的抓紧机构，其使平台和风能设备一起移动并且彼此力配合地连接。例如，该抓紧机构可构造为夹钳(夹板/夹爪)。
为了将风能设备固定在平台处，优选地设置用于将漂浮的平台与漂浮式风能设备连接的连接装置。这些连接装置可以尤其设置在平台的对接区的区域中。
用于使系泊浮子下沉到平台下方(向平台下方下沉)和通过升高系泊浮子而将系泊浮子装到(插入)漂浮式风能设备的凹部中的致动器优选构造为升降机或者枢转臂。
如果致动器构造为升降机，则必须确保，系泊浮子够从布置在水体表面上方的位置被带到布置在水体表面下方和风能设备下方的位置中，并且能从那里装到风能设备中。这例如可以这样实现：升降机布置为使得系泊浮子能在对接区内移动，并且风能设备中的系泊浮子应装入其中的凹部能在升降机的区域中布置在对接区内。
如果致动器构造为枢转臂，则必须确保，风能设备的凹部位于致动器的枢转区域中。在此，枢转臂同样构造为使得系泊浮子能从布置在水体表面上方的位置被带到布置在水体表面下方和风能设备下方的位置中，并且能从那里装到风能设备中。为此，必须将枢转机构的几何形状和铰接点设计构造成使得系泊浮子在对接位置中能从第一位置中精确地从下方插到风能设备的凹部中，而不会在此撞击到风能设备的壁处并且可能在此损坏。在此，枢转过程尤其通过系泊浮子的锥形形状变得容易。
特别优选地，致动器构造为使得平台上的系泊浮子可以与致动器连接。
当平台构造为船舶的甲板时，实现了一种特别有利的设计构造。在此，甲板可以具有特别有利的属性。如果甲板例如具有U形的对接区，则优选地规定，该U形的对接区可被工作平台覆盖。特别优选地，工作平台可被容纳在船舶的船体中，并能从船体中驶出。
此外，提出了一种用于安装漂浮式风力设备的系统，该系统由上述漂浮(浮动)的平台、具有布置在其下侧上的用于容纳可紧固到水体底部处的系泊浮子的凹部的漂浮式风能设备、以及可装到该漂浮式风能设备的凹部中的、用于将漂浮式风能设备紧固在水体底部处的系泊浮子构成。
最后，根据本发明的用于借助锚定在水体底部处的系泊浮子来将漂浮式风能设备紧固在水体底部处的方法具有以下步骤，其中，漂浮式风能设备具有沿朝向水体底部的方向敞开的凹部，用于容纳系泊浮子：
a.将至少一个系泊浮子和漂浮的平台运输到漂浮式风能设备的安装位置，
b.借助至少一个锚固装置将系泊浮子锚固在水体底部处，
c.借助紧固在漂浮的平台处的致动器将系泊浮子下沉到水体表面下方(向水体表面下方下沉)，
d.将漂浮式风能设备运输到安装地点，并将漂浮式风能设备在相对于漂浮的平台预先确定的位置中紧固在漂浮的平台处，
e.通过借助紧固在漂浮的平台处的致动器来升高系泊浮子而将系泊浮子插入(装入)布置在漂浮式风能设备的下侧处的凹部中。
在步骤a之前，优选地，将用于紧固系泊浮子的锚绳紧固在水体底部处。优选地，设计成标记浮子的漂浮体可以紧固在锚绳的自由端处，然后将其结合(聚拢)到辅助浮子上，并优选地是借助漂浮体与辅助浮子之间的形状配合。
步骤b优选地对应地这样实现：捕获与锚绳的自由端(以及海底电缆)连接的辅助浮子，并且将锚绳以及将海底电缆以相应的正确的长度与系泊浮子连接。
当系泊浮子在漂浮的平台上运输时，该方法特别高效且省时实施。特别地，为此，平台具有可在其中运输多个系泊浮子的部段。
系泊浮子的下沉和/或升高特别优选地在系泊浮子同时枢转的情况下进行，特别是在与平台有关的所述致动器设计构造为枢转臂的情况下进行。
在将系泊浮子装入到漂浮式风能设备中之后，这两个部件例如借助至少一个螺纹连接件(螺栓连接件)而彼此连接。
最后，还提出了一种用于保持锚固在水体底部处的多条锚绳的系统，该系统包括：多个漂浮体，漂浮体分别设置为用于紧固锚固在水体底部处的锚绳的自由端；以及设计为能漂浮的平台的辅助浮子；其中，在辅助浮子的上侧上设有多个槽，该多个槽与漂浮体的下侧至少部分地互补地构造，每一个槽均具有轴向地穿过(穿透)辅助浮子的缆绳通道，并且其中每个缆绳通道具有径向延伸的、在辅助浮子的周缘处通入的狭槽，用于将与锚绳连接的对应的漂浮体装入到槽中。
该系统优选地同时具有用于紧固海底电缆的装置，使得在将风能设备运输到安装位置之前，可以最佳地准备漂浮式风能设备的该安装位置。
附图说明
接下来根据在附图中示出、特别是优选设计构造的实施例来进一步阐述本发明。附图示出：
图1示出了特别优选地构造的辅助浮子，其用于保持锚定在水体底部处的锚绳和海底电缆；
图2示出了根据本发明的特别优选地构造的、呈船舶形式的装置，其接近锚绳和保持海底电缆的辅助浮子；
图3示出了在将锚绳和海底电缆紧固到系泊浮子时，在接纳辅助浮子之后的图2所示的船舶；
图4示出了具有在下沉到水线以下之后紧固在锚绳处并与海底电缆连接的系泊浮子的船舶；
图5示出了当借助两个拖船来接近漂浮式风能设备时处于图4所示状态中的船舶的概况；
图6示出了船舶的俯视图，该船舶包括在下沉状态下与锚绳和海底电缆连接的系泊浮子以及对接在船舶处的风能设备；
图7示出了处于图6所示状态中的船舶的侧视图；以及
图8示出一侧视图，其中风能设备对接在船舶处，并且系泊浮子装入到风能设备中。
具体实施方式
图1示出了特别优选地构造的辅助浮子，用于保持锚固在水体底部处的锚绳和海底电缆。
为了安装具有沿朝向水体底部的方向敞开的凹部的漂浮式风能设备，该凹部用于容纳锚固在水体底部的为此设置的区域中(例如海上风电场)的系泊浮子，首先必需通过安装锚绳30和海底电缆40来准备设置的位置。该锚绳30锚固在水体底部中，其中，锚绳的自由端设有漂浮在水体表面上的漂浮体20。
因为将单独的锚绳30在系泊浮子中放在一起，因此有利的是，将设有漂浮体20的锚绳30的自由端在空间上放在一起(集合在一起)。在当前情况下，为此目的提出了一种辅助浮子10，该辅助浮子构造为具有用于穿过锚绳30的缆绳通道的可漂浮的平台，其中，被轴向地引导穿过辅助浮子10的缆绳通道具有径向狭槽14，锚绳30可以通过径向狭槽14侧向地装入到辅助浮子10的缆绳通道中。漂浮体20在此保持与锚绳30连接，其中，辅助浮子10在其上侧具有互补构造的槽12，用于放置漂浮体20，这些槽12围绕缆绳通道布置。
以此方式，锚固在水体底部处的锚绳30可以在水体表面上被捆扎或集成束，并准备好以供进一步处理。此外，海底电缆40也优选地居中地紧固在辅助浮子10处，从而完成安装漂浮式风能设备的准备。
为了使锚绳30容易聚集，将轻质的塑料绳50紧固到漂浮体20处并与自由端连接。由此，漂浮体20可以容易地被再利用，同时显著简化了锚绳30的自由端的处理。
辅助浮子10和/或漂浮体20可在此配备有电子定位辅助装置或特别地进行标记，例如通过由水体表面沉积的颜色，从而可以更轻松地找到漂浮式风能设备的安装位置。
在准备好将锚绳30锚固在水体底部处和将配备有漂浮体20的锚绳储存在辅助浮子中之后，图2现在示出了进一步的方法步骤，在该步骤中，根据本发明的、特别优选地构造的呈船舶100的形式的装置接近到保持锚绳30和海底电缆40的辅助浮子10。
船舶100具有设计为具有U形对接区110的辅助平台的甲板，如稍后还将示出的，U形对接区110将部分地容纳漂浮式风能设备。
升降机120安装在船舶100的甲板上，升降机120垂直延伸穿过对接区110，并且在所示示例中已经承载有系泊浮子200。系泊浮子200因此可以借助升降机120从甲板上方移动到水体表面下方。
船舶100在其甲板上具有对于安装漂浮式风能设备的其它方法特别有用的其它特征。一方面，可以看到对接区110具有可侧向移动的连接装置，连接装置用于将船舶100与漂浮式风能设备连接。另一方面，提供了由甲板或船舶容纳的工作平台130，工作平台在第一位置(如图2所示)中释放对接区110，而在第二位置(如图3所示)中覆盖对接区110的U形开口。
覆盖对接区110的平台130可具有用于使在甲板上工作的人员受到保护的其它装置，例如栏杆。特别地，工作平台130设计构造成使得其可以容纳其上紧固有锚绳30的辅助浮子10，其特别优选地位于布置在升降机120上的系泊浮子200下方。为此，集成在甲板中的工作平台130又具有供锚绳30穿过的通路。
通过将辅助浮子10容纳在船舶100的甲板上，船舶100与水体底部锚固，从而排除了辅助浮子10和系泊浮子200之间的相对运动。辅助浮子10在工作平台130上有利的布置、并且特别是在布置在升降机120上的系泊浮子200下方的有利布置使得由辅助浮子10保持的锚绳30和海底电缆40能容易地紧固在系泊浮子200处。
通过将锚绳30紧固在系泊浮子200处，系泊浮子200因此直接紧固在水体底部处，并且因此也将船舶100间接紧固在水体底部处。系泊浮子200在水体底部处的锚固优选在将锚绳30同时预张紧到预先确定值的情况下进行。
在任何情况下(如图4所示)，在下一步骤中，都将辅助浮子10和工作平台130卸下，并且将紧固在锚绳30处的系泊浮子200(海底电缆40也紧固在系泊浮子处)借助升降机120穿过船舶100的对接区110向水体表面的下方下沉。在此系泊浮子200保持与船舶100固定连接。
图5中现在示出了借助两个拖船400将漂浮式风能设备300沿构造为船舶100的漂浮的平台的方向拉动时的图示。
可以清楚地看到，漂浮式风能设备300的一子区域设计构造为与船舶100的对接区130互补，使得能将漂浮式风能设备300中的设计为与对接区130互补的部分装入到船舶100的对接区130中、在下沉的系泊浮子200上方。该子区域也称为前部连接器，其优选地由钢制成，并且用作为基部的混凝土部分、漂浮物和系泊浮子之间的连接。
这再次在图6中示出，图6中示出了船舶100的俯视图，其中系泊浮子200在下沉的状态中与锚绳30和海底电缆40连接，并且漂浮式风能设备300对接到船舶100处。
漂浮式风能设备300优选地借助于设置在船舶100处的连接装置而与船舶100连接。特别地，船舶100特别优选地具有缆绳绞盘，缆绳绞盘借助对应的缆绳和设置在漂浮式风能设备300处的附接点而将漂浮式风能设备300拉紧到船舶100处。
一方面由于船舶100与漂浮式风能设备300之间的固定连接以及先前实现的在与船舶100连接的系泊浮子200与水体底部之间的锚固，所以排除了系泊浮子200与船舶100之间的相对运动以及在船舶100与漂浮式风能设备300之间的相对运动。通过根据本发明的布置，在该状态下，漂浮式风能设备300已经与水体底部连接，尽管只是间接地。
图7再次以侧视图示出了船舶100、系泊浮子200和漂浮式风能设备300相对于彼此的几何关系。
可以清楚地看到，借助紧固在系泊浮子200处的锚绳30，将船舶100、紧固在其处的系泊浮子200和紧固在船舶100处的漂浮式风能设备300紧固在水体底部处。在此，紧固在升降机120处的系泊浮子200位于水体表面下方且在漂浮式风能设备300下方的区域中。特别地，紧固在升降机120处的系泊浮子200位于漂浮式风能设备300的凹部下方，该凹部沿朝向水体底部的方向敞开，用于容纳系泊浮子200。
通过借助紧固在船舶100处的升降机120来使系泊浮子200升高，将系泊浮子200装入到布置在其之上的漂浮式风能设备300的凹部中并与其连接，从而如图8所示使漂浮式风能设备300直接锚固在水体底部处。为了在系泊浮子200与漂浮式风能设备300之间耐用且可逆的连接，例如可以使用螺纹连接。在任何情况下，处于这种状态中的船舶100仅间接地、即通过漂浮式风能设备300与水体底部连接。通过解开船舶100与漂浮式风能设备300之间的连接，假定船舶100携带其它的系泊浮子200，船舶100可以行进至另一漂浮式风能设备300的另一安装位置。
船舶100当然也可以用于其它目的，特别是用于安装辅助浮子10。除了用于(快速)运动(前进)的主驱动器之外，船舶100还具有定位驱动器，用于使船舶100与漂浮式风能设备300精确地定位，例如水射流驱动器或福伊特施耐德驱动器(Voith-Schneider-Antrieb)。

Claims (16)

1.一种漂浮的平台，所述漂浮的平台借助于锚固在水体底部处的系泊浮子(200)将漂浮式风能设备(300)紧固在水体底部处，其中，所述漂浮式风能设备(300)具有沿朝向所述水体底部的方向敞开的、用于容纳系泊浮子(200)的凹部，
其特征在于，
定位装置，用于将所述漂浮式风能设备(300)定位在相对于所述漂浮的平台预先确定的位置中，以及
致动器，用于使所述系泊浮子(200)下沉到所述平台下方和通过升高所述系泊浮子(200)而将所述系泊浮子(200)装到所述漂浮式风能设备(300)的凹部中。
2.如权利要求1所述的漂浮的平台，其特征在于，所述定位装置是对接区，用于将所述漂浮式风能设备(300)对接到所述漂浮的平台处。
3.如权利要求2所述的漂浮的平台，其特征在于，所述对接区U形地设计构造。
4.如权利要求1至3中任一项所述的漂浮的平台，其特征在于至少一个缆绳绞盘，用于将所述漂浮式风能设备(300)拉到所述漂浮的平台。
5.如权利要求1至3中任一项所述的漂浮的平台，其特征在于至少一个夹钳，用于将所述漂浮式风能设备(300)拉到所述漂浮的平台，并且用于将所述漂浮式风能设备(300)机械地固定在所述漂浮的平台处。
6.如权利要求1至3中任一项所述的漂浮的平台，其特征在于连接装置，用于将所述漂浮的平台与所述漂浮式风能设备(300)连接。
7.如权利要求1至3中任一项所述的漂浮的平台，其特征在于，所述致动器是升降机。
8.如权利要求1至3中任一项所述的漂浮的平台，其特征在于，所述致动器是枢转臂。
9.一种船舶，具有构造为如权利要求1至8中任一项所述的漂浮的平台的甲板。
10.一种系统，所述系统由以下部件构成：
-如权利要求1至8中任一项所述的漂浮的平台，
-漂浮式风能设备(300)，所述漂浮式风能设备具有布置在其下侧上的凹部，用于容纳可紧固在水体底部处的系泊浮子(200)，以及
-能装入到所述漂浮式风能设备(300)的所述凹部中的系泊浮子(200)，用于将所述漂浮式风能设备(300)紧固在水体底部处。
11.一种借助于锚固在水体底部处的系泊浮子(200)将漂浮式风能设备(300)紧固在所述水体底部处的方法，其中，所述漂浮式风能设备(300)具有沿朝向所述水体底部的方向敞开的、用于容纳所述系泊浮子(200)的凹部，所述方法具有以下步骤：
a.将至少一个所述系泊浮子(200)和漂浮的平台运输到所述漂浮式风能设备(300)的安装位置，
b.借助至少一个锚固装置而将所述系泊浮子(200)锚固在所述水体底部处，
c.借助紧固在所述漂浮的平台处的致动器将所述系泊浮子(200)向水体表面下方下沉，
d.将所述漂浮式风能设备(300)运输到安装地点，并且将所述漂浮式风能设备(300)在相对于所述漂浮的平台预先确定的位置中紧固在所述漂浮的平台处，
e.通过借助紧固在所述漂浮的平台处的所述致动器来升高所述系泊浮子(200)，将所述系泊浮子(200)装入布置在所述漂浮式风能设备(300)的下侧处的凹部中。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，将所述系泊浮子(200)在所述漂浮的平台上运输。
13.如权利要求11和12中任一项所述的方法，其特征在于，所述系泊浮子(200)在所述水体底部处的锚固保持了锚固装置的预张紧。
14.如权利要求11和12中任一项所述的方法，其特征在于，所述系泊浮子(200)的下沉和/或升高在所述系泊浮子(200)同时枢转的情况下进行。
15.一种系统，用于保持锚固在水体底部处的多条锚绳(30)，其特征在于，
多个漂浮体(20)，所述多个漂浮体分别设置为用于紧固锚固在水体底部处的锚绳(30)的自由端，以及
设计为能漂浮的平台的辅助浮子(10)，在所述辅助浮子(10)的上侧上设有多个槽(12)，所述多个槽(12)与所述漂浮体(20)的下侧至少部分地互补地构造，所述多个槽分别设有轴向地穿过所述辅助浮子(10)的缆绳通道，其中，每个所述缆绳通道具有径向延伸的、在所述辅助浮子(10)的周缘处通入的狭槽(14)，用于将与所述锚绳(30)连接的对应的漂浮体(20)装入到所述槽(12)中。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于用于紧固海底电缆(40)的装置。
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